一种连续相并流萃取塔和萃取的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种连续相并流萃取塔和萃取的方法，尤其为化工生产中多级逆流的萃取过程提供一种萃取塔和连续萃取的方法。
【背景技术】
[0002]多级逆流萃取是化工生产中常用的分离方法，它依靠两相物料在设备内充分接触实现分离的目的。目前采用的主要设备有填料塔和板式塔，填料塔是利用填料的切割作用将分散相切割成细小的液滴实现较高的液液传质表面，板式塔主要是利用塔板的筛孔将分散相物料形成细小的液滴。由于板式塔的塔板阻隔效应，与填料塔相比可大大减小轴向返混有利于提高传质效率，但对于普通的筛板塔，连续相物料在各塔板间往返折流，使塔板两端传质推动力差别较大，不利于提高平均传质推动力。
[0003]针对化工生产中常见的汽液分离问题，美国专利US4582569、US5223183和US8235362相继提出了相邻塔板上液相并流的分离方法和塔板结构，一定程度上解决了液相往返折流带来的传质推动力不高的问题，但长期以来该种分离方法主要应用于精馏分离以提高板效，并未见该种方法在连续萃取过程方面的塔板结构和应用报道。
[0004]对于萃取过程，近些年研宄主要集中在对填料结构的改进，如国内相继提出了扁环填料、格栅填料和网架填料等新型填料结构。但单纯的填料塔一般较适用于界面张力不高的萃取系统，对于界面张力较高的系统，更倾向于采用传统带搅拌作用的萃取设备或板式塔。
[0005]此外，工业上还有许多萃取系统，溶质在两相中的浓度变化范围很大，整个萃取塔中液液界面张力大小也有较大幅度的变化，依靠单一的填料往往难于获得最佳的萃取效果，特殊结构的板式塔也许更有优势。
[0006]本发明针对界面张力变化范围较宽的萃取系统，提出采用连续相并流板式塔进行液液萃取分离。依靠相邻两个传质单元的连续相并流效应，提高塔板的整体传质推动力；通过改变不同位置塔板的孔径大小和板间距，可方便地适用于界面张力范围较宽的萃取系统；通过对降液管(或升液管)进出口结构的改进及增设导流挡板，使之能减小连续相流体的流速分布不均现象。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对界面张力范围较宽的萃取系统，提供一种连续相并流萃取塔和萃取的方法，该萃取塔和萃取方法能够提高塔板传质推动力、减小塔板上连续相流速分布不均，实现较高的塔板效率。
[0008]塔板效率是评价塔板性能的综合参数，其主要影响因素有塔板结构、操作因素及流体性质。流体性质取决于所选择物系的自身，其影响对各种萃取设备是同一的，是固有因素。塔板结构不同，连续相与分散相流体接触的方式不同，单位体积内能够形成的液液界面差别较大，这对液液传质速率有较大的影响；其次塔板结构不同也使塔板上流体的流动方向和流速变化也有较大差异，导致不同的停留时间分布差异及局部传质推动力的差异，进一步影响液液传质。因此改变塔板结构和塔板布置方式是改变塔板效率的重要手段。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种连续相并流萃取塔，包括圆柱形塔柱、若干塔板和升液管，所述塔板为圆形水平板，开有中心孔，所述中心孔为两端半圆中间矩形组成的直槽口结构，升液管为空心柱体，横截面与塔板中心孔一致，升液管穿过塔板的中心孔固定在塔板的中心，相邻两个塔板之间形成传质单元；升液管内部设有若干Z形挡板，将升液管分隔成一系列Z形封闭通道，Z形封闭通道的半圆形侧壁的下部开有与塔板下部传质单元相通的入液口，入液口为左右对称的两组多排条形孔，或者为左右对称的两个矩形开孔，在矩形开孔上等间距焊有若干片水平弓形舌板，形成百叶窗式液体入口，舌板的外缘突出于半圆形侧壁或与半圆形侧壁齐平；Z形封闭通道的半圆形侧壁的上部开有与上一级塔板下部传质单元相通的出液口，出液口的结构与入液口相同；塔板表面开有Φ3?8mm筛孔，筛孔成正三角形或正方形排列，筛孔为竖直孔或突孔；塔板的下表面竖直焊有第一导流挡板和两个第二导流挡板，第一导流挡板位于升液管长轴的中轴线上，外缘与塔板持平，高度与出液口一致或略高；第二导流挡板位于靠近第一导流挡板的升液管半圆形与矩形的连接处，并垂直于升液管的中轴线，高度与第一导流挡板一致，宽度小于第一导流挡板。
[0010]一种应用上述萃取塔进行萃取的方法，包括以下步骤:
[0011](I)以轻相为连续相、重相为分散相时，连续相流体从塔底进料口进入升液管，经过出液口进入塔底第一块塔板的下部，沿塔板下部水平流动从另一侧流进入液口再次进入升液管，沿Z形封闭通道向上再从出液口流出进入第二块塔板的下部，再依次在塔板下水平流动从另一侧进入升液管，如此逐级向上流动最后从塔顶出料口排出；分散相流体从塔顶进料口进入塔内，依靠液体分布器进入塔顶第一块塔板的上方，形成一层聚集层后沿塔板上设置的筛孔竖直穿过塔板进入下一级传质单元，与连续相充分接触后在塔板上又形成聚集层，如此逐级向下穿过塔板最后在塔的底端重新汇合凝聚后从塔底出料口排出；在每个传质单元内，水平流动的连续相与竖直向下流动的分散相液滴以错流方式接触进行质量交换；
[0012](2)以重相为连续相、轻相为分散相时，萃取塔倒置即可，此时升液管变为降液管，连续相流体从塔顶进入降液管，通过Z形封闭通道向下从出液口流出，在塔板间逐级向下流动，分散相流体从塔底进入第一块塔板的下方，聚集、分散、再聚集后逐级向上流动。
[0013]本发明的有益效果在于:
[0014](I)本发明结构简单，将传统板式塔两边的降液管整合于一体集中布置于塔的中心形成升液管(或降液管)，整体造价与传统板式塔相比差别不大。
[0015](2)本发明的连续相流体在相邻两个单元的塔板间同向并流流动，流型成半圆形，与传统板式塔相邻塔板的连续相逆向流动相比有利于提高塔板的整体传质推动力。
[0016](3)本发明通过改进升液管(或降液管)进出口结构，结合导流挡板可以减小塔板间连续相流体流速分布不均的现象。
[0017](4)本发明可通过方便地改变不同位置的塔板结构和板间距，适用于对液液两相界面张力变化范围较宽的萃取分离。
【附图说明】
[0018]图1为萃取塔内部结构平视图；
[0019]图2为萃取塔内部结构立体图；
[0020]图3为塔板俯视图；
[0021]图4为升液管侧面结构图；
[0022]图5为萃取塔内部物流图；
[0023]图中，圆形塔柱1、塔板2、升液管3、中心孔4、Z形挡板5、入液口 6、出液口 7、圆形侧壁8、弓形舌板9、第一导流挡板10、第二导流挡板11、塔底进料口 12、塔顶进料口 13、塔底出料口 14、塔顶出料口 15。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0025]如图1-5所示，本发明一种连续相并流萃取塔，包括圆柱形塔柱1、若干塔板2和升液管3，所述塔板2为圆形水平板，开有中心孔4，所述中心孔4为两端半圆中间矩形组成的直槽口结构，升液管3为空心柱体，横截面与塔板中心孔4 一致，升液管3穿过塔板2的中心孔4固定在塔板2的中心，相邻两个塔板2之间形成传质单元；
[0026]升液管3内部设有若干Z形挡板5，将升液管3分隔成一系列Z形封闭通道，Z形封闭通道的半圆形侧壁8的下部开有与塔板2下部传质单元相通的入液口 6，入液口 6为左右对称的两组多排条形孔，或者为左右对称的两个矩形开孔，在矩形开孔上等间距焊有若干片水平弓形舌板9，形成百叶窗式液体入口，舌板9的外缘突出于半圆形侧壁8或与半圆形侧壁8齐平；Z形封闭通道的半圆形侧壁8的上部开有与上一级塔板2下部传质单元相通的出液口 7，出液口 7的结构与入液口 6相同；
[0027]塔板2表面开有Φ 3?8mm筛孔，筛孔成正三角形或正方形排列，筛孔为竖直孔或突孔；塔板2的下表面竖直焊有第一导流挡板10和两个第二导流挡板11，第一导流挡板10位于升液管3长轴的中轴线上，外缘与塔板2持平，高度与出液口 7 —致或略高；第二导流挡板11位于靠近第一导流挡板10的升液管3半圆形与矩形的连接处，并垂直于升液管3的中轴线，高度与第一导流挡板10 —致，宽度小于第一导流挡板10。
[0028]对于内径小于900mm的小型萃取塔，塔板2与升液管3可组合成一个整体，安装时先固定第一块塔板和升液管，然后通过定距管依次将整块塔板装于塔内，塔板与塔壁、升液管间的缝隙通过在塔板边缘焊接塔板圈填充密封填料的方式进行密封。当两段塔节需要对接时，在上段塔节升液管内壁焊接一段口径稍小