專利名稱：通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板萃取塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板萃取塔，屬于化工萃取單元操作 過程的萃取設(shè)備的創(chuàng)新。
背景技術(shù)：
液液萃取是石化、化工、制藥、冶金、環(huán)保等行業(yè)重要的操作環(huán)節(jié)，篩板塔是應(yīng)用最廣 的液液萃取設(shè)備之一。工業(yè)液液萃取分離物質(zhì)的篩板萃取塔的主要原理是分散相通過篩孔分 散成液滴向上(或向下)流動，若重相為連續(xù)相，則分散相向上流動，而連續(xù)相通過降液管 依次流過各層塔板往下流動，從而進(jìn)行相間傳質(zhì)。目前商用萃取塔塔板及降液管的結(jié)構(gòu)主視 圖如圖1所示。仔細(xì)分析傳統(tǒng)篩板塔內(nèi)的液液兩相流動過程，可以發(fā)現(xiàn)連續(xù)相從降液管流出 后，在傳質(zhì)主區(qū)域存在一定的流動結(jié)構(gòu)，利用計算流體力學(xué)模擬可以給出連續(xù)相的流動結(jié)構(gòu) 如圖2所示，可以明顯看到有回流區(qū)域。初步分析表明，液液兩相在回流區(qū)的傳質(zhì)通量遠(yuǎn)低 于平均傳質(zhì)量，即傳統(tǒng)塔板存在較大的傳質(zhì)死區(qū)。因此，如何優(yōu)化塔板上液液兩相尤其是連 續(xù)相的流動結(jié)構(gòu)，從而提高液液兩相傳質(zhì)效率是開發(fā)新型液液傳質(zhì)設(shè)備的重要方向。發(fā)明內(nèi)容為了克服傳統(tǒng)篩板萃取塔導(dǎo)致的連續(xù)相死區(qū)體積較大的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一 種通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板萃取塔，該萃取塔通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化連續(xù) 相的流動結(jié)構(gòu)，減小回流區(qū)域，增大有效傳質(zhì)區(qū)域，從而提高傳質(zhì)效率。圖3為本發(fā)明中通 過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板萃取塔的示意圖。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提出的通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板萃取塔，其降液管為控制流動型， 即降液管擋板直抵塔板板面，并在降液管上開橫槽(圖4為以開兩個橫槽舉例)或一定數(shù)量 的孔(圖5為以開圓孔舉例)。當(dāng)連續(xù)相流入降液管內(nèi)，通過擋板所開橫槽或孔進(jìn)入傳質(zhì)區(qū)域。所述的橫槽寬15 25鵬，長度等于降液管的寬。所述的孔為圓孔或方孔，孔徑5 25mm，孔中心距8 40mm，孔隙率30% 45%。 所述的降液管與上下兩層塔板均以焊接的方式連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于同已有的萃取塔相比， 一種通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板
萃取塔可以使連續(xù)相通過降液管擋板上的開槽或開孔流入塔板傳質(zhì)主區(qū)域，從而大大減小了 死區(qū)體積，改善了連續(xù)相的流動結(jié)構(gòu)，使同一層塔板上連續(xù)相的濃度分布更均勻，增大了傳 質(zhì)推動力，提高了傳質(zhì)效率。


圖l:目前商用萃取塔塔板及降液管的結(jié)構(gòu)主視圖，其中l(wèi)為連續(xù)相，2為分散相； 圖2:計算流體力學(xué)模擬的傳統(tǒng)塔板結(jié)構(gòu)下連續(xù)相流動分布；圖3:本發(fā)明中流動結(jié)構(gòu)優(yōu)化篩板萃取塔的示意圖，其中l(wèi)為連續(xù)相，2為分散相； 圖4:本發(fā)明中降液管擋板開槽示意圖； 圖5:本發(fā)明中降液管擋板開圓孔示意圖； 圖6:本發(fā)明實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施方式
為了對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，下面結(jié)合附圖6對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明 現(xiàn)以水相為連續(xù)相，油相為分散相，傳質(zhì)方向?yàn)榉稚⑾嘞蜻B續(xù)相為例，采用塔直徑為400mm、板間距300mm的篩板塔，對本發(fā)明加以詳細(xì)說明，如圖6所示，塔體從塔頂?shù)剿滓来螢槌吻宥?，?nèi)設(shè)輕相出口5;重相入口6;萃取段，內(nèi)設(shè)若干塊塔板3和降液管4;沉降段，內(nèi)設(shè)輕相分布器7和放液口 8，分布器采用碰淋頭式壓力型，放液口位于塔底。輕相進(jìn)口管路通過磁力驅(qū)動離心泵與油相儲罐相連，重相進(jìn)口管路直接與自來水管相連。降液管的管寬為30mm，堰長為120mm。對于傳統(tǒng)篩板萃取塔，降液管擋板下端與塔板的距離為 40mm，即存在降液管底隙，對新型萃取塔，降液管擋板上下兩端分別與上、下兩層塔板以焊 接方式相連。降液管擋板上開兩個槽，位置分別在降液管高度方向的兩個三等分點(diǎn)處，槽寬 均為20mm，長度貫穿降液管。本發(fā)明提出的通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板萃取塔，如果為開橫槽的降液管， 橫槽寬15 25mm，長度等于降液管的寬；如果為開孔的降液管，孔為圓孔或方孔，孔徑5 25mm，孔中心距8 40mm，孔隙率30% 45%。我們對傳統(tǒng)萃取塔和新型萃取塔分別進(jìn)行了萃取模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)采用水萃取煤油(含30% 磷酸三丁酯)中的醋酸，過程如下在常溫下將自來水從篩板萃取塔塔頂經(jīng)水相分布器6打 入塔內(nèi)，并使水相液面略低于輕相出口，然后用油泵將油相從油相儲罐經(jīng)油相分布器7打入 塔內(nèi)，水相和油相在塔內(nèi)逆向流動，在萃取段進(jìn)行兩相傳質(zhì)，其中水相為連續(xù)相，油相為分
散相。水相通過降液管4上的開槽均勻流過塔板，再經(jīng)過下層降液管上的開槽流向下層塔板; 油相液滴經(jīng)過塔板上的篩孔發(fā)生破碎，到上層塔板下端與主體匯聚，然后經(jīng)過上層塔板上的 篩孔再破碎，傳質(zhì)界面不斷更新，使醋酸被從油相萃取到水相，實(shí)現(xiàn)了液液高效傳質(zhì)。油相 液滴在塔頂部澄清段聚集并通過油相出口 5回到油儲槽，水相從塔底底閥8排出。醋酸通過 蠕動泵打入煤油-醋酸混合器，混合器中裝有填料，可以使排出的煤油與補(bǔ)充的醋酸混合均勻， 并通過管路打循環(huán)，使二者更加均勻的混合。通過分析油水兩相的進(jìn)出口濃度定量計算萃取 效率。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同的操作條件下，采用傳統(tǒng)萃取塔，水相濃度變化為0. 0305mol/L，采用 新型萃取塔，水相濃度增加量為0.0421 mol/L，可以看出，采用流動結(jié)構(gòu)優(yōu)化篩板萃取塔較 傳統(tǒng)的萃取塔的傳質(zhì)效率有了較大的提高。本發(fā)明的通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板萃取塔，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施 方式予以窮舉。所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視 為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權(quán)利要求
1. 一種通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板萃取塔，其特征是降液管擋板直抵塔板板面，控制流動，在降液管上開橫槽或一定數(shù)量的孔，當(dāng)連續(xù)相流入降液管內(nèi)，通過擋板所開橫槽或孔進(jìn)入傳質(zhì)區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的篩板萃取塔，其特征是所述的橫槽槽寬15 25min，長度 等于降液管的寬。
3. 如權(quán)利要求1所述的篩板萃取塔，其特征是所述的孔是圓孔或方孔，孔徑5 25mm，孔中心距8 40mm，孔隙率30% 45%。
4. 如權(quán)利要求1所述的篩板萃取塔，其特征是所述的降液管與上下兩層塔板以 焊接的方式連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板萃取塔，通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板萃取塔，其降液管為控制流動型，即降液管擋板直抵塔板板面，并在降液管上開橫槽或一定數(shù)量的孔。當(dāng)連續(xù)相流入降液管內(nèi)，通過擋板所開橫槽或孔進(jìn)入傳質(zhì)區(qū)域。同已有的萃取塔相比，一種通過改變降液管結(jié)構(gòu)來優(yōu)化流動的篩板萃取塔可以使連續(xù)相通過降液管擋板上的開槽或開孔流入塔板傳質(zhì)主區(qū)域，從而大大減小了死區(qū)體積，改善了連續(xù)相的流動結(jié)構(gòu)，使同一層塔板上連續(xù)相的濃度分布更均勻，增大了傳質(zhì)推動力，提高了傳質(zhì)效率。
文檔編號B01D11/04GK101396620SQ200810152769
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者劉春江, 潔 成, 胡雪沁, 袁希鋼, 悅 黃 申請人:天津大學(xué)