專利名稱：輪盤式液-液萃取塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)工業(yè)傳質(zhì)與分離設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種液-液萃取塔。
背景技術(shù)：
萃取是分離液體混合物的重要方法，廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、石油化工、濕法冶金、原子能工業(yè)、生工制藥和食品工業(yè)等眾多領(lǐng)域。在萃取操作中，影響該傳質(zhì)過程的因素有多種，其中兩相接觸面積是第一位的要素，萃取技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，無一不是圍繞著改善液-液接觸狀況和增大傳質(zhì)面積而展開的。傳統(tǒng)的萃取技術(shù)，主要是通過機械攪拌、借助剪切力的作用將一相破碎成液滴群分散懸浮在另一連續(xù)相中，而料液往往具有較大的粘性和較高的表面張力，液滴聚合的速度很快，液體破碎分散所需的能耗較高，而且分散的液滴尺寸一般在2 3mm，相際接觸面積不大，萃取效率不高。
近年來，隨著化工技術(shù)研究向高效率和精細(xì)化方向的迅猛發(fā)展，研究者們以新的視角審視傳統(tǒng)萃取技術(shù)的固有缺點、嘗試采用新的方法強化液-液分散和萃取分離過程，以期獲得技術(shù)上的突破。駱廣生等人采用微孔分散方法研究了分散相液滴尺寸對萃取過程的影響，并提出了一種多級逆流微萃取系統(tǒng)(CN 102059001A)，該萃取系統(tǒng)分離效率較高，但工藝流程較為復(fù)雜，特別是當(dāng)料液中含有固體雜質(zhì)時，容易堵塞孔眼，工業(yè)應(yīng)用受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種輪盤式液-液萃取塔，此種萃取塔尤其適用于含有一定量的固體雜質(zhì)的液體的分離，不僅提高了萃取(分離)效率，而且對物料的適應(yīng)范圍寬，處理能力大，流程簡捷，運行和維護方便。本發(fā)明的技術(shù)方案在萃取塔的各萃取室中安裝一種輪盤，用微薄液膜分散為特征的萃取模式代替現(xiàn)有技術(shù)中的以液滴分散為特征的萃取模式，從而實現(xiàn)高效的萃取。本發(fā)明所述輪盤式液-液萃取塔，包括第一澄清段、萃取段、第二澄清段、動力裝置和主軸，所述萃取段位于第一澄清段與第二澄清段之間，所述主軸的上端與動力裝置的動力輸出軸連接，其下端穿過第一澄清段伸入萃取段內(nèi)腔，安裝在萃取段底部所設(shè)置的支撐座上；萃取段至少有兩個萃取室，每個萃取室主要由萃取段外殼和安裝在所述外殼內(nèi)壁的兩環(huán)形水平隔板圍成，各萃取室內(nèi)均設(shè)置有一個輪盤，所述輪盤安裝在主軸上；第一澄清段的殼壁上設(shè)置有料液進(jìn)口和萃取液出口，所述第二澄清段的殼壁上設(shè)置有萃取劑進(jìn)口和萃余液出口。上述輪盤式液-液萃取塔中，動力裝置為調(diào)速電機，或電機和減速器的組合。。為了有效抑制級間返混，并能使液體在萃取室室間順暢流動，本發(fā)明所述輪盤式液-液萃取塔設(shè)置了多孔擋板，所述多孔擋板的數(shù)量與環(huán)形水平隔板的數(shù)量相同，其外徑小于環(huán)形水平隔板的內(nèi)徑，各環(huán)形水平隔板的內(nèi)孔中均安放一個多孔擋板，各多孔擋板分別固定在主軸上。各環(huán)形水平隔板與多孔擋板之間的環(huán)形開口是料液、萃取劑進(jìn)出萃取室的通道。
上述多孔擋板，其開孔率為5% 10%，多孔擋板上的孔均勻分布，孔徑為3mm 5mm ο本發(fā)明所述輪盤式液-液萃取塔，其萃取室中的輪盤由套管、筋板、徑板、第一網(wǎng)板、第二網(wǎng)板、上翼板和下翼板構(gòu)成；上述各構(gòu)件的組裝方式所述筋板固定在套管上，其中心線與套管的中心線重合，所述徑板至少為三塊，各徑板相距等角度安裝在套管上，所述第二網(wǎng)板為圓筒形，環(huán)繞各徑板的外端安裝并與各徑板固連，其高度與徑板的高度相同，其中心線與套管的中心線重合，所述第一網(wǎng)板位于套管與第二網(wǎng)板之間且環(huán)繞套管安裝形成與套管同中心線的圓筒并與各徑板固連，其高度與第二網(wǎng)板的高度相同，所述上翼板和下翼板均為環(huán)形平板，分別安裝在第二網(wǎng)板的上端和下端。上述輪盤中，其第一網(wǎng)板和第二網(wǎng)板的開孔率優(yōu)選為10% 25%，兩網(wǎng)板上的孔均勻分布，且孔徑相同。所述第一網(wǎng)板和第二網(wǎng)板上開設(shè)的孔優(yōu)選以下排列方式和尺寸相鄰兩列孔中鄰近的三個孔按等邊三角形排列，孔徑為2mm 4mm。 本發(fā)明所述輪盤式液-液萃取塔的工作模式從萃取塔上部引入重相料液，從萃取塔下部引入輕相萃取劑，在密度差的作用下，重相料液向下沉降，輕相萃取劑向上浮升；電機驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)并帶動輪盤和多孔擋板轉(zhuǎn)動，在主軸附近形成負(fù)壓，吸引重相料液和輕相萃取劑從輪盤上、下兩端入口進(jìn)入輪盤內(nèi)腔，在離心力的作用下，重相料液和輕相萃取劑由內(nèi)而外流過輪盤，經(jīng)第一網(wǎng)板完成第一次分散混合，再經(jīng)過第二網(wǎng)板分散后從輪盤外緣甩入盤外液體中(見圖7)。若將盤外液體視為靜止不動的幕墻，則從輪盤第二網(wǎng)板流出的液體被涂敷在此幕墻上。若將第二網(wǎng)板的每個孔視作一支自來水筆，筆尖隨輪盤的轉(zhuǎn)動而在幕墻上劃過，把墨水(液體)均勻涂布在幕墻上，形成一層極薄的液層(見圖8)。假設(shè)第二網(wǎng)板沿圓周方向有一百個孔，那么，輪盤旋轉(zhuǎn)一周就在幕墻上涂敷了一百層液膜。第二網(wǎng)板上密集的網(wǎng)孔猶如成千上萬支自來水筆的涂抹，形成無數(shù)的液膜薄層。這樣，無論是重相料液還是輕相萃取劑或混合液，都將被充分鋪展開來，形成非常大的相際接觸面積，使傳質(zhì)速率大大加快。萃取后的液體迅速離開作用區(qū)，完成分散相液滴的聚并和分層過程，分層后的兩相，輕者上浮，重者下行，分別從環(huán)形水平隔板與多孔擋板之間的環(huán)形開口和多孔擋板上分布的孔進(jìn)入下一萃取室繼續(xù)進(jìn)行萃取。經(jīng)過多級萃取后，萃取液富集在塔頂澄清段，萃余液富集在塔底澄清段，并被引出塔外。本發(fā)明具有以下有益效果I、本發(fā)明所述萃取塔，由于其各萃取室內(nèi)所設(shè)置的輪盤實現(xiàn)了以微薄液膜分散為特征的萃取模式(即將互不相溶的兩個液相形成薄層液膜)，因而相際接觸面積大，傳質(zhì)速度快，大大提高了萃取效率。2、本發(fā)明所述萃取塔，將多級逆流萃取過程集合在一臺設(shè)備中，流程簡捷，運行和維護十分方便。3、本發(fā)明所述萃取塔，由于其萃取室設(shè)置了多孔擋板及多孔擋板與隔板的組合方式，不僅有效抑制了級間返混，而且能使液體在萃取室室間順暢流動。4、由于輪盤中第一網(wǎng)板和第二網(wǎng)板的孔徑達(dá)2mm 4mm，因而不易堵塞，對料液的適應(yīng)性強，便于工業(yè)應(yīng)用。


圖I是本發(fā)明所述輪盤式液-液萃取塔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I的A-A剖視圖。圖3是輪盤的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3的D-D剖視圖。圖5是圖4的E向局部視圖。圖6是本發(fā)明所述輪盤式液-液萃取塔工作時與相關(guān)裝置的組合示意圖。圖7是兩相液體在本發(fā)明所述輪盤式液-液萃取塔的萃取室中的流動方式示意圖，其中_ 重相料液，...... 輕相萃取劑，ο混合液。
圖8是輪盤的工作原理示意圖。圖中，I-動力裝置，2-主軸，3-萃取液出口，4-多孔擋板，5-環(huán)形水平隔板，6_萃取段外殼，7-輪盤(7-1 :套管、7-2 :筋板、7-3 :上翼板、7-4 :徑板、7-5 :第一網(wǎng)板、7-6第二網(wǎng)板、7_7 :下翼板)，8_萃取室,9_支撐座，10-萃取劑進(jìn)口，11-萃余液出口，12—料液進(jìn)口，13-萃取塔，14-料液儲槽，15-萃取劑儲槽，16-萃取液儲槽，17-萃余液儲槽，18-泵。
具體實施例方式下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明所述輪盤式液-液萃取塔作進(jìn)一步說明。實施例I本實施例中，輪盤式液-液萃取塔的結(jié)構(gòu)如圖I、圖2所示，包括第一澄清段L2、萃取段L1、第二澄清段L3、動力裝置I和主軸2，萃取段L1、第一澄清段L2和第二澄清段L3的外殼均為圓筒體，所述萃取段位于第一澄清段與第二澄清段之間，動力裝置I為調(diào)速電機，所述主軸的上端與調(diào)速電機的動力輸出軸連接，其下端穿過第一澄清段L2伸入萃取段L1內(nèi)腔，安裝在萃取段L1底部所設(shè)置的支撐座9上；所述第一澄清段L2的外殼側(cè)壁上設(shè)置有料液進(jìn)口 12和萃取液出口 3，所述第二澄清段L3的外殼側(cè)壁上設(shè)置有萃取劑進(jìn)口 10，外殼底壁上設(shè)置有萃余液出口 11。本實施例中，萃取段L1有九個萃取室8，每個萃取室由萃取段外殼6、安裝在所述外殼內(nèi)壁的兩環(huán)形水平隔板5、位于所述環(huán)形水平隔板內(nèi)孔且固定在主軸上的多孔擋板4圍成(見圖I)，各萃取室的高度為60mm，內(nèi)徑為150mm，各萃取室內(nèi)均設(shè)置有一個輪盤7，所述輪盤安裝在主軸上，其外徑為80mm，高度為20mm，結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示，由套管7_1、筋板7-2、徑板7-4、第一網(wǎng)板7-5、第二網(wǎng)板7-6、上翼板7-3和下翼板7_7構(gòu)成；所述筋板7_2通過焊接固定在套管7-1上，其中心線與套管的中心線重合，所述徑板7-4為六塊，各徑板7-4相距60度焊接在套管上，所述第二網(wǎng)板7-6為圓筒形，環(huán)繞各徑板7-4的外端安裝并與各徑板7-4焊接，其高度與徑板的高度相同，其中心線與套管的中心線重合，所述第一網(wǎng)板7-5位于套管7-1與第二網(wǎng)板7-6之間且環(huán)繞套管安裝形成與套管同中心的圓筒并與各徑板7-4焊接，其高度與第二網(wǎng)板7-6的高度相同，所述上翼板7-3、下翼板7-7為環(huán)形板，分別焊接在第二網(wǎng)板7-6的上端和下端。本實施例中，第一網(wǎng)板7-5和第二網(wǎng)板7-6的開孔率為22 %，兩網(wǎng)板上所開設(shè)的孔均勻分布，各孔的孔徑相等，為2mm，相鄰兩列孔中鄰近的三個孔按等邊三角形排列，如圖5所示。多孔擋板開孔率為10%，孔徑為3_，均勻布孔。實施例2
本實施例使用實施例I所述結(jié)構(gòu)的輪盤式液-液萃取塔萃取濕法磷酸，輪盤式液-液萃取塔13與料液儲槽14、萃取劑儲槽15、萃取液儲槽16、萃余液儲槽17、兩臺泵18的組合方式如圖6所示，從萃取塔第一澄清段L2的料液進(jìn)口 12引入料液，從萃取塔第二澄清段L3的萃取劑進(jìn)口 10引入萃取劑，從萃取塔第一澄清段L2的萃取液出口 3排出萃取液，從萃取塔第二澄清段L3的萃余液出口 11排出萃余液。本實施例中，磷酸料液的磷酸質(zhì)量濃度為55%，采用磷酸三丁酯和航空煤油的混 合物為萃取劑，磷酸三丁酯與航空煤油的體積比為4:1，萃取劑與磷酸料液的相比為4:1，主軸2的轉(zhuǎn)速為150rpm，磷酸料液的流量為134ml/min (用蠕動泵計量)，萃取劑的流量為536ml/min (用螺動泵計量)。按上述工藝參數(shù)進(jìn)行了三次重復(fù)試驗，試驗結(jié)果表明，三次重復(fù)試驗的磷酸萃取率平均值為59. 6%(萃取率用重量法進(jìn)行分析)。
權(quán)利要求
1.一種輪盤式液-液萃取塔，包括第一澄清段(L2)、萃取段(U)、第二澄清段(L3)、動力裝置(I)和主軸(2)，所述萃取段位于第一澄清段與第二澄清段之間，所述主軸的上端與動力裝置的動力輸出軸連接，其下端穿過第一澄清段(L2)伸入萃取段(L1)內(nèi)腔，安裝在萃取段(L1)底部所設(shè)置的支撐座(9)上，其特征在于所述萃取段(L1)至少有兩個萃取室(8)，每個萃取室主要由萃取段外殼(6)和安裝在所述外殼內(nèi)壁的兩環(huán)形水平隔板(5)圍成，各萃取室內(nèi)均設(shè)置有一個輪盤(7)，所述輪盤安裝在主軸(2)上。
所述第一澄清段(L2)的殼壁上設(shè)置有料液進(jìn)口(12)和萃取液出口(3)，所述第二澄清段(L3)的殼壁上設(shè)置有萃取劑進(jìn)口(10)和萃余液出口(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述輪盤式液-液萃取塔，其特征在于還包括多孔擋板(4)，所述多孔擋板的數(shù)量與環(huán)形水平隔板(5)的數(shù)量相同，其外徑小于環(huán)形水平隔板的內(nèi)徑，各環(huán)形水平隔板的內(nèi)孔中均安放一個多孔擋板，各多孔擋板分別固定在主軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述輪盤式液-液萃取塔，其特征在于所述多孔擋板(4)的開孔率為5% 10%,多孔擋板上的孔均勻分布，孔徑為3mm 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一權(quán)利要求所述輪盤式液-液萃取塔，其特征在于所述輪盤(7)由套管(7-1)、筋板(7-2)、徑板(7-4)、第一網(wǎng)板(7-5)、第二網(wǎng)板(7_6)、上翼板(7-3)、下翼板(7-7)構(gòu)成。
所述筋板(7-2)固定在套管(7-1)上，其中心線與套管的中心線重合，所述徑板(7-4)至少為三塊，各徑板(7-4)相距等角度安裝在套管上，所述第二網(wǎng)板(7-6)為圓筒形，環(huán)繞各徑板(7-4)的外端安裝并與各徑板(7-4)固連，其高度與徑板的高度相同，其中心線與套管的中心線重合，所述第一網(wǎng)板(7-5)位于套管(7-1)與第二網(wǎng)板(7-6)之間且環(huán)繞套管安裝形成與套管同中心線的圓筒并與各徑板(7-4)固連，其高度與第二網(wǎng)板(7-6)的高度相同，所述上翼板(7-3)、下翼板(7-7)為環(huán)形板，分別安裝在第二網(wǎng)板(7-6)的上端和下端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述輪盤式液-液萃取塔，其特征在于所述第一網(wǎng)板(7-5)和第二網(wǎng)板(7-6)的開孔率均為10% 25%，第一網(wǎng)板和第二網(wǎng)板上的孔均勻分布，且各孔孔徑相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述輪盤式液-液萃取塔，其特征在于所述第一網(wǎng)板(7-5)和第二網(wǎng)板(7-6)上網(wǎng)孔的孔徑為2mnT4mm，相鄰兩列孔中鄰近的三個孔按等邊三角形排列。
全文摘要
一種輪盤式液-液萃取塔，包括第一澄清段、萃取段、第二澄清段、動力裝置和主軸，所述萃取段位于第一澄清段與第二澄清段之間，所述主軸的上端與動力裝置的動力輸出軸連接，其下端穿過第一澄清段伸入萃取段內(nèi)腔，安裝在萃取段底部所設(shè)置的支撐座上；萃取段至少有兩個萃取室，每個萃取室主要由萃取段外殼和安裝在所述外殼內(nèi)壁的兩環(huán)形水平隔板圍成，各萃取室內(nèi)均設(shè)置有一個輪盤，所述輪盤安裝在主軸上；第一澄清段的殼壁上設(shè)置有料液進(jìn)口和萃取液出口，所述第二澄清段殼壁上設(shè)置有萃取劑進(jìn)口和萃余液出口。
文檔編號B01D11/04GK102847341SQ201210322268
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者葉世超, 祝杰, 辛揚揚, 李軍, 鐘本和 申請人:四川大學(xué)