专利名称：鼓泡筛板塔萃取方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油化工、湿法冶金、原子能化工等生产过程的方法，特别是一种在筛板萃取塔中引入气体鼓泡技术的鼓泡筛板塔萃取方法及其设备。
背景技术：
工业上，萃取技术已得到广泛用，而萃取装置的性能直接影响到生产过程的能耗和经济效益等。萃取设备的处理能力和设备效率是衡量设备性能的两项最重要的指标，二者往往难以兼顾。比如，脉冲填料塔、脉冲筛板塔等设备效率高，但通量小，限制了其应用范围；震动筛板塔以其突出的高通量、高效率而得到广泛应用。但由于震动筛板塔内存在机械震动和机械磨损，对机械强度有特殊要求，同时也给装置大型化设计和维护带来了困难。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷而提供一种利用筛板萃取塔，采用由下而上的气体鼓泡技术，一方面强化液-液两相的接触和传质，大幅度提高萃取过程效率，另一方面利用气体上升过程中带动轻相液顺利通过筛孔，显著增大筛板萃取塔的处理能力的鼓泡筛板塔萃取方法。
本发明的另一目的是提供一种上述鼓泡筛板塔萃取方法所用设备。
本发明的鼓泡筛板塔萃取方法包括在筛板萃取塔内，使重相液从塔的上方流入，经过若干块筛板后从塔的下方流出；轻相液从塔的下方流入，经过若干块筛板后从塔的上方流出；使气体以0.5～80mm/s的空塔气速从塔底进入筛板萃取塔，通过分布器均匀地进入萃取塔底部，经过若干块筛板后从塔的上方流出。气体在塔内迅速上升的过程中，一方面对液层进行强烈冲击和搅动，并使分散相液滴不断破碎，表面不断更新，强化两相的接触和传质，显著提高萃取过程传质效率；另一方面利用气体的上升冲击作用，带动轻相液克服表面张力作用，使其顺利穿过筛孔，从而显著增大筛板萃取塔的处理能力。
其中，所述气体可以为空气或惰性气体。所述惰性气体优选为氮气。即对非易燃易爆体系，可以使用空气作鼓泡气体；对易燃易爆体系，应使用氮气等惰性气体。
所述轻相液的密度应为重相液密度的30～95％。
所述重相液和轻相液的总通量为10～100m3/m2h。
本发明的鼓泡筛板塔萃取方法所用设备为鼓泡筛板萃取塔，它包括塔体，塔体下部设有轻相液进口，塔体上部设有轻相液出口；在轻相液出口的下方设有重相液进口，在塔体底部设有重相液出口；在塔体下部还设有气体进口，以及与气体进口相连的设在塔内的气体分布器，在塔顶设有气体出口；在气体分布器与重相液进口之间的塔内设有若干块筛板；在轻相液出口与重相液进口之间的塔内还设有填料层。
本发明的鼓泡筛板塔萃取方法所用设备还可以包括所述塔体下部的轻相液进口和气体进口为同一进口，并在塔内设有与之相连的液体分布器。萃取时，先将气体在塔前与轻相液混合，然后经同一入口，一起从塔下部经轻相液体分布器均匀地进入萃取塔下部。所述液体分布器可为排管式液体分布器。
本发明的鼓泡筛板塔萃取方法所用设备还可以包括当气速较小时，在塔顶预留0.05-0.5m高度的气液分离空间，即可实现气液分离；这是因为所用气速较小，气体从塔顶带走的液体非常少，一般不需要配置专门的液滴回收设施。
当气相夹带较严重时，在所述轻相液出口和所述气体出口之间的塔内设一用于捕捉、回收轻相液滴的除雾设施，如北京钢研金属填料联合加工厂生产的丝网除雾器，以促使气液分离，减少液体夹带。所述除雾设施高为0.05～0.5m。
其中，所述筛板的板间距可为20～500mm；所述塔板周边与塔壁之间允许存在0～3mm的间隙，但其间隙越小越好。
所述筛板可以包括无降液管的筛板和带降液管的筛板。所述无降液管的筛板的筛孔直径为φ6～20mm，开孔率为20～70％；所述带有降液管的筛板的筛孔直径为φ1～10mm，开孔率为1～40％，所述降液管底端与下方的筛板之间的距离为板间距的10～50％，且降液管或称溢流管的截面积占塔截面积的5～35％。
本发明的鼓泡筛板塔萃取方法，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。本发明设计的鼓泡筛板萃取塔，即是在筛板萃取塔中采用鼓泡技术，使气体经塔底气体分布器均匀地进入筛板萃取塔下部并在萃取塔内迅速上升，一方面，对液层进行强烈冲击和搅动，促使分散相液滴不断破碎，表面不断更新，强化两相接触与传质，大幅度提高萃取过程中的传质效率；另一方面，气体带动轻相液克服表面张力作用，使之顺利穿过筛孔，从而显著增大筛板萃取塔的处理能力。本设备通量大，效率高；实施方法简单，操作弹性好；特别是采用大孔筛板时，抗堵性能好。
下面结合附图和实施例进一步描述本发明。
附图1是气体单独进塔时用的鼓泡筛板萃取塔的整体结构示意图。
附图2是气体与轻相液混合进塔时用的鼓泡筛板萃取塔的整体结构示意图。
其中，标号1为塔体；标号2为轻相液出口；标号3为气体出口；标号4为丝网除雾器；标号5为便于实现轻重两液相分离的填料层；标号6为重相液入口；标号7为筛板及其筛孔；标号8为气体分布器；标号9为轻相液进口；标号10为重相液出口；标号11为塔顶气体与轻相液体分离的空间；标号12为气体进口；标号13为降液管及其出口挡板；标号14为气体和轻相液共用的液体分布器；标号15为用于气体和轻相液共用的进口；标号16为带降液管的筛板。
具体实施例方式
如图1所示的一种鼓泡筛板塔萃取方法所用设备为气体单独进入的鼓泡筛板萃取塔，它包括塔体1，塔体下部设有轻相液进口9，塔体上部设有轻相液出口2；在轻相液出口的下方设有重相液进口6，在塔体底部设有重相液出口10；在塔体下部还设有气体进口12，以及与气体进口相连的设在塔内的气体分布器8，在塔顶设有气体出口3；在所述轻相液出口2和所述气体出口3之间的塔内设一用于捕捉、回收轻相液滴的丝网除雾器4；在气体分布器与重相液进口之间的塔内设有数块无降液管的筛板7；在轻相液出口与重相液进口之间的塔内还设有填料层5。
如图2所示的一种鼓泡筛板塔萃取方法所用设备为使气体在塔前与轻相液体混合后经同一进口的鼓泡筛板萃取塔，它包括塔体1，塔体下部设有轻相液和气体的同一进口15，在塔内设有与之相连的液体分布器14；塔体上部设有轻相液出口2；在轻相液出口的下方设有重相液进口6，在塔体底部设有重相液出口10；在塔顶设有气体出口3；并在塔顶预留0.05-0.5m高度的气液分离空间11；在气体分布器与重相液进口之间的塔内设有数块带有降液管的筛板16；在轻相液出口与重相液进口之间的塔内还设有填料层5。
其中，当气相夹带较严重时，采用附图1所示的筛板萃取塔，在塔内轻相液出口之上增加一段高为0.2m的丝网除雾器4，以促使气液分离，减少液体夹带。
当气速较小时，采用附图2所示的筛板萃取塔，在塔顶预留0.2m的气液分离空间11，即可实现气液分离。这是因为，所用气速较小，气体从萃取塔顶部所带走的轻相液体量非常少，一般不需要配置专门的轻相液体回收装置。
实施例实施例1煤油/苯甲酸—水—空气体系，煤油、水比重分别为0.80、1.0，体系界面张力37.5mN/m，内径Φ50的鼓泡筛板萃取塔，筛板的筛孔直径为φ10mm，开孔率48％，无降液管，板间距50mm，塔板与塔之间有0.5mm的间隙。当气速为0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h，油/水体积流量比＝1.1∶1时，煤油中苯甲酸质量浓度为0.0018，塔的通量分别可达36、57、65、62、55、52m/h，即有鼓泡时的最大通量均大于无鼓泡(气速为0)时的通量(36m/h)。煤油、水体积流速分别为22.63、20.37m/h，煤油中苯甲酸质量浓度为0.001839kg(苯甲酸)/kg(煤油)，水相无溶质，气速为0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h时，水相出口苯甲酸质量浓度分别为0.00017、0.00028、0.00050、0.00061、0.00070、0.00076，即随着气速增大，水中苯甲酸浓度越来越高，说明萃取效率越来越好。
实施例2煤油/苯甲酸—水—空气体系，煤油、水比重分别为0.80、1.0，体系界面张力37.5mN/m，内径Φ50的鼓泡筛板萃取塔，筛板的筛孔直径为φ14mm，开孔率50％，无降液管，板间距50mm，塔板与塔之间有0.5mm的间隙。当气速为0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h，煤油/水体积流量比＝1.1∶1时，煤油中苯甲酸质量浓度为0.0018，塔的通量分别可达50、80、90、86、77、72m/h，即有鼓泡时的最大通量均大于无鼓泡(气速为0)时的通量(50m/h)。煤油、水体积流速分别为14.0、12.73m/h，煤油中苯甲酸浓度为0.001817kg(苯甲酸)/kg(煤油)，水相无溶质，气速为0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h时，水相出口苯甲酸质量浓度分别为0.000131、0.0001834、0.000296、0.000463、0.000518、0.000613，即随着气速增大，水中苯甲酸浓度越来越高，说明萃取效率越来越好。
实施例3醋酸丁酯/醋酸—水—空气体系，醋酸丁酯、水比重分别为0.87、1.0，体系界面张力9.6mN/m，内径Φ50的鼓泡筛板萃取塔，筛板的筛孔直径为φ10mm，开孔率48％，无降液管，板间距50mm，塔板与塔之间有0.5mm的间隙。当气速为0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h，醋酸丁酯/水体积流量比＝1.1∶1时，醋酸丁酯中醋酸质量浓度为0.0303，塔的通量分别可达45、58.5、54、54、54、49.5m/h，即有鼓泡时的最大通量均大于无鼓泡(气速为0)时的通量(45m/h)。醋酸丁酯、水体积流速分别为20.16、7.13m/h，醋酸丁酯中醋酸质量浓度为0.0303kg(醋酸)/kg(醋酸丁酯)，水相无溶质，气速为0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h时，水相出口苯甲酸质量浓度分别为0.0322、0.0449、0.0470、0.0488、0.0502、0.0520，即随着气速增大，水中醋酸浓度越来越高，说明萃取效率越来越好。
权利要求
1.一种鼓泡筛板塔萃取方法，其特征是在筛板萃取塔内，使重相液从塔的上方流入，经过若干块筛板后从塔的下方流出；轻相液从塔的下方流入，经过若干块筛板后从塔的上方流出；使气体以0.5～80mm/s的空塔气速从塔底进入筛板萃取塔，通过分布器均匀地进入萃取塔底部，经过若干块筛板后从塔的上方流出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述气体为空气或惰性气体。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述惰性气体为氮气。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述轻相液的密度应为重相液密度的30～95％。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述重相液和轻相液的总通量为10-100m3/m2h。
6.一种如权利要求1～5之一的鼓泡筛板塔萃取方法所用设备，其特征是包括塔体，塔体下部设有轻相液进口，塔体上部设有轻相液出口；在轻相液出口的下方设有重相液进口，在塔体底部设有重相液出口；在塔体下部还设有气体进口，以及与气体进口相连的设在塔内的气体分布器，在塔顶设有气体出口；在气体分布器与重相液进口之间的塔内设有数块筛板；在轻相液出口与重相液进口之间的塔内还设有填料层。
7.如权利要求6所述的设备，其特征是还包括所述塔体下部的轻相液进口和气体进口为同一进口，并在塔内设有与之相连的液体分布器。
8.如权利要求6所述的设备，其特征是还包括当气速较小时，在塔顶预留0.05-0.5m高度的气液分离空间。
9.如权利要求6所述的设备，其特征是当气相夹带较严重时，在所述轻相液出口和所述气体出口之间的塔内设一小段除雾设施；所述除雾设施高为0.05～0.50m。
10.如权利要求9所述的设备，其特征是所述除雾设施为丝网除雾器。
11.如权利要求6所述的设备，其特征是所述筛板的板间距为20～500mm；所述塔板周边与塔壁之间允许存在0～3mm的间隙。
12.如权利要求6所述的设备，其特征是所述筛板包括无降液管的筛板和带降液管的筛板；所述无降液管的筛板的筛孔直径为φ6～20mm，开孔率为20～70％；所述带有降液管的筛板的筛孔直径为φ1～10mm，开孔率为1～40％，所述降液管底端与下方的筛板之间的距离为板间距的10～50％，且降液管或称溢流管的截面积占塔截面积的5～35％。
全文摘要
本发明为一种鼓泡筛板塔萃取方法及其所用设备。本方法包括使重相液从塔的上方流入，经若干块筛板从塔下方流出；轻相液从塔的下方流入，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。本设备包括塔体下部的轻相液进口、气体进口、重相液出口，塔体上部设有轻相液出口、重相液进口、气体出口；以及塔内的气体分布器、筛板、填料层、除雾设施。本发明的方法，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。本发明的设备通量大，效率高；实施方法简单，操作弹性好；特别是采用大孔筛板时，抗堵性能好，适用于各种常、中、高压萃取体系。
文档编号B01D11/00GK1524602SQ0310534
公开日2004年9月1日 申请日期2003年2月25日 优先权日2003年2月25日
发明者熊杰明 申请人:北京石油化工学院