一种立式混合澄清萃取设备及塔萃取工艺方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于化工分离中的萃取技术领域，具体涉及一种立式混合澄清萃取设备及塔萃取工艺方法和应用。
【背景技术】
[0002]溶剂萃取技术是利用液态的萃取剂处理与之不互溶的双组分或多组分溶液，实现组分分离的传质分离过程。由于可以根据分离对象和要求选择适当的萃取剂和流程，因此具有选择性高、分离效果好、易于实现大规模连续生产和适应性强等优点。随着溶剂萃取技术的发展和在众多领域中的应用。常用的液液萃取设备是离心萃取设备、混合澄清槽、塔式萃取设备，这几种主要设备都有其优缺点。
[0003]离心萃取设备具有结构紧凑、处理能力大、运转平稳、功耗低、清洗维护方便等优点，适合处理两相密度差小、粘度大和易乳化的体系，但离心萃取设备存在着结构复杂、力口工要求高、制造成本贵、维修不便等缺点。
[0004]混合澄清器由混合室与澄清室组成。在混合室中，原料液与萃取剂借助搅拌装置的作用使其中一相破碎成液滴而分散于另一相中，两相在混合室中充分混合，以加大相际接触面积并提高传质速率。两相分散体系在混合室内停留一定时间后，传质过程接近平衡，再进入另一侧澄清室，在澄清室中，轻、重两相依靠密度差进行重力沉降(或升浮)，并在界面张力的作用下凝聚分层，形成萃取相和萃余相。混合澄清器具有处理量大，液相流量比范围大；结构简单，易于放大，易实现多级连续操作，传质效率高；操作方便，适应性强的优点。但缺点是混合澄清器按照水平排列时，设备占地面积大，储液盒内的溶剂储量大，混合与澄清速率不匹配，每级均设有搅拌装置，级间需设输送泵，设备费和操作费都较高，能量消耗较多。并且由于一般敞口使用和调节，设备不易密闭，溶剂的损失及操作环节污染较为明显。
[0005]在塔式萃取设备中，两相在垂直的塔或柱内分别做上下连续逆流流动进行相接触并传质。塔式萃取设备种类繁多，按照能量给予的形式有脉冲、往复振动等，按照部件结构形式有转盘、筛板、填料等。转盘萃取塔是在塔体壁面上按一定间距设置若干个环形挡板，在中心轴上按同样间距安装若干个转盘，转盘随中心轴作高速旋转对两相起到搅拌作用的萃取设备。转盘塔具有结构简单、通量大、造价低、操作维修方便等优点，但由于转速的影响易导致轴向混合严重和液泛。脉冲萃取塔是指由于外力作用使液体在塔内产生脉冲运动的萃取塔，脉冲的波形可以是正弦波或其他波形。脉冲式萃取设备效率高，但通量小，限制了其应用范围。
[0006]往复振动筛板塔是由一根中心轴将若干层筛板按一定间距固定在一起，由塔顶的传动机构驱动而作往复运动的萃取设备。机械能量均匀的施加在充满料液的整个塔体中，振动的振幅和频率可以调节，振动的波形可以是正弦波或其他波形。重相自上而下，轻相自下而上逆向流动，塔内筛板的作用是降低连续相严重的对流或轴向返混，并提供表面积促进分散相的分散一聚合一再分散，筛板先被连续相所润湿，分散相以分尚的液滴群的形式上升或下降，在该萃取过程中，液液接触表面不断更新，进行着质量传递。
[0007]此种萃取塔通量大且效率较高，结构简单，容易放大，维修及操作费用较低，占地面积少，动力消耗低，易于密闭操作。但是目前此种萃取设备使用较为常见的材料为不锈钢，它的润湿性能一般，对分散相的分散效果不好。对它的处理方法大致有:高锰酸钾法、碱液空气氧化法、热空气氧化法等。但是对金属的表面处理会由于金属表面的缺陷和应力腐蚀裂纹，而使处理后的金属表面出现局部腐蚀。
[0008]CN102772914A专利公开了一种空气搅拌立式多级混合澄清萃取装置。所述装置由3?30级不锈钢材质的混合澄清萃取槽自下而上交错堆垛串联而成。每级萃取槽分为混合槽和澄清槽，且各级混合槽和澄清槽左右交替排序。混合槽内设有空气搅拌器。该装置特别适用于悬殊相比易乳化体系，可在两相界面清晰的情况下实现均匀混合，完成萃取。但是该新型结构比较复杂，塔内材料采用不锈钢材质，在处理腐蚀性较强的有机相萃取体系时，使用寿命有待考验。
[0009]CN1256999C专利公开了一种鼓泡筛板塔萃取方法及其所用设备。所述方法为使重相从塔的上方流入，经若干块筛板从塔下方流出，轻相从塔的下方流入，经若干块筛板从塔的上方流出，使气体从塔底通过分布器均匀地进入萃取塔底部，经筛板后从塔的上方流出。该方法达到了强化液液两相接触与传质的目的，促使两相顺利通过筛孔，从而大幅度提高了萃取塔效率和处理能力。但是该实施方法较难操作，且极易形成液返。
[0010]CN200960416Y专利公开了一种填充和搅拌结合式多级逆流液液萃取塔，由萃取相静置段、萃取塔段、萃余相静置段三部分组成，采用多级搅拌和填充塑料球，所述的搅拌轴用优质钢0Crl8Ni9Ti加工制造。填充塑料球采用聚四氟乙烯材料制成，填充塑料球占萃取段体积50%，所述方法使溶剂和原混合物尽可能接触，提高分离效果。但是该方法使得塔内处理量明显下降，要达到相同的处理量，需要增高相应的塔高。
[0011]所以，萃取用填料或筛板的材料，既要考虑萃取过程对填料或筛板的要求，又要考虑填料或筛板材料表面对萃取过程的影响。因此需要发展一种立式萃取装置，以有效地解决立式萃取设备理论塔板高度及材料腐蚀的问题，是所属技术领域面临的难题。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是，提供一种立式混合澄清萃取设备及塔萃取工艺方法和应用，主要解决现有技术中塔萃取过程中塔内的分散材料对分散相的润湿性不好，使得分散相分散程度不高，传质效率低的技术问题。
[0013]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
[0014]一种立式混合澄清萃取设备，该设备包括塔体、两相分散接触材料、主轴和振动电机，所述主轴贯穿所述塔体空腔的上下两端，所述振动电机与主轴相连，带动主轴运动；所述两相分散接触材料根据萃取过程中的分散相的性质进行选取；当分散相为有机相、连续相为水相时，所述两相分散接触材料选取疏水材料；当分散相为水相、连续相为有机相时，所述两相分散接触材料选取亲水材料。所述塔内的主轴顶端可通过与塔顶偏心轮相连，在振动电动机的带动下转动。
[0015]在立式混合澄清萃取设备中，重相从塔的上方流入，经过塔内若干理论级后从塔的下方流出，轻相从塔的下方流入，经过若干理论级后从塔的上方流出。塔内若干理论级自下而上串联而成；每级理论级均分为混合段和澄清段，且各级混合段和澄清段交替排列。
[0016]所述立式混合澄清萃取设备的塔体上下端均连接有一段大于或等于塔体直径的空心圆柱型腔体作为重相与轻相的澄清槽。所述澄清槽与塔体的连接方式为焊接、螺纹固定、法兰连接中的任意一种。所述重相、轻相澄清槽的外壁设有液位计，作用是观测塔体上下端澄清段的重相、轻相液面位置。
[0017]所述塔体的材质为金属、玻璃或高分子材料中的任意一种,塔体内表面做防腐处理，塔体外表面设可视窗口。
[0018]所述两相分散接触材料的结构包括有筛板、散装填料、规整填料中的一种或者至少两种结构形式。散装填料优选为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料、球形填料。规整填料优选为波纹填料、格栅填料、脉冲填料、压延孔板波纹填料、丝网波纹填料、板波纹填料和网孔波纹填料。
[0019]所述两相分散接触材料的材质选自聚氯乙烯、糊状聚氯乙烯树脂、聚丙烯、聚四氟乙烯、乙烯乙烯醇共聚物、尼龙。
[0020]当分散相为有机相、连续相为水相时，所述两相分散接触材料选自聚丙烯、聚四氟乙烯；当分散相为水相、连续相为有机相时，所述两相分散接触材料选自乙烯乙烯醇共聚物、尼龙。
[0021]所述塔体内还包括填料，所述填料浸润在连续相中，当连续相为有机相时填料选取疏水材料，当连续相为水相时填料选取亲水材料。
[0022]如上所述的立式混合澄清萃取设备进行液液连续萃取的方法，通过以下措施达到:
[0023]所述设备，采用水相作为连续相时，将水相由所述设备进料口向塔内充料，待塔体部分充满物料后，水相停止进料；开启振动装置，频率调至50?250转/min，按照有机相与水相的流量比为1.5?5，由有机相进口向所述设备进包含萃取剂的有机相，待界面建立，开始经过下部的澄清槽由水相出口排出萃余水相；有机相萃取剂开始经由上部的澄清槽由有机相出口溢流以后，有机相和水相的进出料口按上述流量比分别有萃取剂和物料进出。
[0024]所述设备，采用有机相为连续相时，将有机相由所述设备进料口向塔内充料，待塔体部分充满物料后，有机相停止进料；开启振动装置，频率调至50?250转/min，按照有机相与水相的流量比为1.5?5，由水相进口向所述设备进水相，待界面建立，开始经过下部的澄清槽由水相出口排出萃余水相；有机相萃取剂开始经由上部的澄清槽有机相出口溢流以后，有机相和水相的进出料口按上述流量比分别有萃取剂和物料进出。
[0025]所述设备，可用于单级连续萃取操作或多级串联逆流连续萃取操作。将所述设备用于多级串联逆流连续萃取操作时，将上一级混合澄清槽导出的重相液流引入下一级混合澄清槽的重液进口，轻液引入下一级混合澄清槽的轻液进口，两相在下一级立式混合澄清萃取设备内充分混合后，各自进入上端及下端的澄清槽进行分离。如此反复，可实现轻重两相逆流传质，达到萃取分离目的。
[0026]所述设备，可用于分离与纯化盐湖卤水或海水中的金属离子如锂、铷、铯，以及以海水或盐湖齒水为原料生产金属盐类，如氯化锂、碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、氯化铯、氯化铷、硝酸铯、氯化铷、硝酸铷。上述分离纯化通过对金属离子化合物进行萃取分离、洗涤、反萃以及萃取剂回收等工艺处理体系。所述工艺处理体系中，有机相体系由萃取剂和稀释剂组成，萃取剂可采用磷酸三丁酯、1-苯基-偶氮二萘酚、4-仲丁基-2 ( Ct -甲苄基)苯酚、4_叔丁基-2(ct-甲苄基)苯酚等，其质量百分比范围可为5-80%;稀释剂包括有:煤油、航空煤油、磺化煤油、邻二氯苯、硝基乙烷等，其质量百分比范围20-95%。
[0027]本发明还提供一种塔萃取工艺方法，包括如下步骤:
[0028]步骤1，根据待萃取的离子体系，确定有机相