专利名称：一种筛板萃取塔的制作方法
技术领域：
本发明属于萃取设备技术领域，涉及一种新型结构的筛板萃取塔，特别涉及降液管、导流挡板等新型塔内件结构。
背景技术：
传统筛板萃取塔(I)内部结构如图I所示，连续相液体从塔顶入口(3)进入，流经竖直安装的降液管(4)，横向穿过每一层塔板(5)间距，最后从塔底出口(6)流出。分散相液体从塔底进入，以液滴形式向上穿过每一层塔板，最后从塔顶流出，两相液体在逆流接触过 程中进行相际传质，从而达到液液萃取分离的目的。塔内连续相液体在两层塔板间存在面积很大的回流区，严重浪费塔内空间；大部分的连续相液体不停的旋涡运动，夹带上升的分散相液滴一起回流造成轴向返混，使得相际接触表面不能得到及时更新，增大了传质阻力；同时连续相在塔板上流速过大，缩短了两相接触时间，两相间不能进行充分传质，降低了塔的传质效率。结构决定效率，化工生产过程中的各种输送、分离、反应等设备，其内部结构会直接影响流体的流动、传递或者所发生反应的效率，所以我们希望通过优化设备结构来提高工艺过程的效率。对于塔设备，优化降液管结构以提高塔的传质效率是一种十分行之有效的手段。近些年来，已有很多关于通过改变降液管结构、数量及其排布方式等来提高塔内传质效率的研究。降液管已从传统的弓形和圆形结构发展为半环形降液管、径向降液管、倾斜降液管、月牙形降液管等；数量也由单降液管发展为双降液管和多降液管形式，塔板结构亦有单溢流塔板、双溢流塔板和多溢流塔板。工业中成功应用的通过优化降液管结构来提高塔内传质效率的案例不胜枚举，如NYE塔板、MD塔板、DJ塔板、Vortex塔板等。然而，目前这些降液管的改变形式大多是应用于精馏设备中，对于萃取塔，通过改变降液管结构以改善塔内流动结构、提高萃取过程传质效率的研究报道尚且很少。
发明内容
本发明的一种筛板萃取塔，目的在于克服现有筛板萃取塔内液体流动不均匀，塔板间存在面积很大的回流区，塔内空间有效利用率低，两相传质效率低等缺点，通过改进降液管结构、安装导流挡板等，设计出一种塔板间基本不存在回流区，流动结构合理，传质效率高的新型筛板萃取塔。本发明是通过以下技术方案实现的本发明的新型筛板萃取塔(2)如图2所示，降液管(4)以一定角度倾斜安装，降液管安装倾角由连续相入口宽度和塔板间距所确定，即连续相入口宽、塔板间距和降液管壁长构成一个直角三角形，如图2所示；在塔板(5)出口处安装导流挡板(7)，导流挡板与降液管平行安装；降液管和导流挡板开槽(8)。降液管的上部若干开槽处分别安装横向小挡板(9)，所安装横向小挡板的数目为降液管上开槽数目的三分之一至二分之一，横向小挡板宽度为降液管壁厚的2 3倍。
本发明的新型筛板萃取塔，经CFD模拟和实验验证，塔内连续相流动结构合理，塔板间回流区基本消失，塔内空间有效利用率大大提高，这样能够增大相际接触面积同时增长两相接触时间，使传质过程得到强化，最终提高两相传质效率。与传统塔相比，新型塔内降液管倾斜安装、塔板出口处添加导流挡板、降液管与导流挡板开槽后，塔内流场回流区面积会减小很多，流速分布变得较均匀；进一步的，调整降液管和导流挡板上开槽的数目和尺寸，塔内流场变得更加均匀，大的回流区几乎被消除，只是边角处存在一些滞留区；而在降液管上部若干开槽处分别水平安装了横向小挡板，横向小挡板的作用是减小液体由于重力作用而形成的较大向下速度分量，限制了液体由于急促向下运动而在两块板间的下方区域形成回流区或在两块塔板的上方区域形成大面积滞留区的趋势，使连续相在塔板间的速度分布总体上更加均匀，回流区和滞留区面积更小。新型筛板萃取塔内，除了塔板边角处存在小块的滞留区外，绝大部分区域内已经没有回流区，大大减少了轴向返混现象，整个塔内流场很接近于理想的柱塞流模型，这将使得相际接触表面得到充分更新，降低传质阻力，提高塔的传质效率。本发明的特征在于萃取塔内降液管结构得到改进，塔板出口处安装导流挡板，具体为将传统萃取塔内的竖直降液管改为以一定角度倾斜安装，降液管安装倾角由连续相入口宽度和塔板间距所确定，即连续相入口宽、塔板间距和降液管壁长构成一个直角三角形；塔板出口处安装导流挡板，导流挡板与降液管平行安装；降液管和导流挡板开槽，所开槽的数目和尺寸根据塔的整体尺寸和分离任务确定；降液管上部若干开槽处安装横向的小挡板，所安装横向小挡板的数目为降液管上开槽数目的三分之一至二分之一，横向小挡板宽度为降液管壁厚的2 3倍，所安装横向小挡板的数目和尺寸根据塔的整体尺寸和分离任务确定。各塔内件的具体尺寸随分离任务和萃取塔的整体尺寸对应进行变化，应由CFD模拟和实验测量进行确定。所开槽的数目和尺寸和横向小挡板宽度可以根据塔的整体尺寸和分离任务确定。各塔内件的具体尺寸随分离任务和萃取塔的整体尺寸对应进行变化，应由CFD模拟和实验测量进行确定。本次申请提供的新型萃取塔内件结构详细尺寸由fluent软件模拟计算和PIV实验验证后得到很好的效果。本发明的效果和优点是，连续相液体能够均匀的流经整个塔内，塔板间回流区基本消失，流场分布均匀，流动结构接近理想的柱塞流模型，塔内空间有效利用率显著提高，最终提闻了两相传质效率。
图I是传统筛板萃取塔内部结构示意图；图2是新型筛板萃取塔内部结构示意图；图3是新型筛板萃取塔三维结构示意图；图中，I-传统筛板萃取塔，2-新型筛板萃取塔，3-连续相入口，4-降液管，5-塔板，6-连续相出口，7-导流挡板，8-槽，9-横向小挡板。
具体实施方式
下面根据附图对本发明作进一步的详细说明传统筛板萃取塔(I)内部结构如图I所示，连续相液体从塔顶连续相入口(3)进入，流经竖直安装的降液管(4)，横向穿过每一层塔板(5)间距，最后由塔底连续相出口流出(6)，分散相液体从塔底进入，以液滴形式向上穿过每一层塔板，最后从塔顶流出，两相液体在逆流接触过程中进行相际传质，从而达到液液萃取分离的目的。新型筛板萃取塔(2)内部结构如图2所示，降液管(4)以一定角度倾斜安装；在塔板(5)出口处安装导流挡板(7)，导流挡板与降液管平行安装；降液管和导流挡板上开若干槽(8);降液管上部几个开槽处安装横向小挡板(9)，所安装横向小挡板的数目为降液管上开槽数目的三分之一至二分之一，横向小挡板宽度为降液管壁厚的2 3倍，其具体数目和尺寸根据塔的整体尺寸和分离任务确定。具体实施例在相同的分离任务和相同的塔体尺寸下，对比传统筛板萃取塔(I) 和新型筛板萃取塔(2)内的流型结构和传质分离效果。两塔尺寸如表I所示。表I两塔尺寸
结构尺寸/mm
内径400
塔高1395
壁厚 5板间距 300降液管底隙高度 40_连续相进、出口宽_60_新型筛板萃取塔的整体尺寸与传统塔相同，只是降液管和导流挡板的结构进行了改变，其具体结构和尺寸如表2所示。表2新型筛板萃取塔特征结构
结构数量尺寸/mm
降液管开槽910.2 (底槽40.8)
导流挡板开槽 10 10.2 横向小挡板_4_10_物系为30% TBP(煤油为溶剂)_醋酸-水体系，利用煤油萃取水中的醋酸。其中，水相为连续相，油相为分散相。连续相入口流速为O.Olm/s，连续相入口醋酸浓度为0.lmol/1。经过CFD模拟和PIV实验测定，模拟和实验结果一致表明，传统塔内塔板间存在面积很大的回流区，严重浪费塔内空间，并且塔板上连续相流速非常大，缩短了两相接触时间。新型塔内流动结构合理，速度分布均匀，除了塔板边角处存在小块的滞留区外，绝大部分区域内已经没有回流区，大大减少了轴向返混现象，整个塔内流场很接近于理想的柱塞流模型，这将使得相际接触表面得到充分更新，减小传质阻力，提高两相传质效率。定量比较两塔内回流区面积占板间距纵向截面积比例，结果如表3所示。表3两塔回流区面积所占比例比较
权利要求
1.一种筛板萃取塔，降液管倾斜安装；在塔板出口处安装导流挡板，导流挡板与降液管平行安装。
2.根据权利要求I所述的筛板萃取塔，其特征在于降液管安装倾角由连续相入口宽度和塔板间距所确定，即塔连续相入口宽、塔板间距和降液管壁长构成一个直角三角形。
3.根据权利要求I或2所述的筛板萃取塔，其特征在于降液管和导流挡板开槽。
4.根据权利要求1、2或3所述的筛板萃取塔，其特征在于降液管上部若干开槽处安装横向小挡板，所安装横向小挡板的数目为降液管开槽数目的三分之一至二分之一，横向小挡板宽度为降液管壁厚的2 3倍。
全文摘要
本发明涉及一种筛板萃取塔；在塔板出口处安装导流挡板，导流挡板与降液管平行安装。降液管安装倾角由连续相入口宽度和塔板间距所确定，即塔连续相入口宽、塔板间距和降液管壁长构成一个直角三角形。在于降液管和导流挡板开槽。降液管上部若干开槽处安装横向小挡板，所安装横向小挡板的数目为降液管开槽数目的三分之一至二分之一，横向小挡板宽度为降液管壁厚的2～3倍。本发明的萃取塔，连续相液体能够均匀的流经整个塔内，塔板间回流区基本消失，流场分布均匀，流动结构接近理想的柱塞流模型，塔内空间有效利用率显著提高，最终提高了两相传质效率。
文档编号B01D11/04GK102631794SQ20111043102
公开日2012年8月15日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者刘春江, 周阳, 李雪, 段连, 段长春, 温新, 王晓静 申请人:天津大学