一种高效填料萃取塔

本发明属于萃取装备领域，具体涉及一种高效填料萃取塔。

背景技术：

1、液液萃取塔具有结构简单、密封好、生产能力大等优点，在石油、化工、生物、医药和环境工程等诸多领域被广泛应用。萃取塔的内部结构是利用重力或机械作用使一种液体破碎成液滴，分散在另一连续液体中，进行液-液萃取。为了加强萃取过程中的液-液混合，现有技术中开发了各种类型的萃取塔，包括筛板脉冲取塔、板环脉冲取塔、填料萃取塔以及转盘塔等，其中填料萃取塔由于其填料成本低且无动力消耗，因此得到了较为广泛的应用。但现有使用的填料多为气液填料，气液两相几乎可以在所有填料表面上进行充分接触，达到较高的传质效率。而在液液萃取过程中，质量传递是在细小的分散相液滴群与连续相之间进行的，因此萃取过程要求填料能很好地破碎分散相，形成滴径大小均匀的液滴群，如果分散相液滴在填料表面上聚合成液层，则会使传质比表面积大大下降，从而使传质效率下降。

2、中国发明专利公告文本cn102847341b公开了一种轮盘式液-液萃取塔，通过对轮盘进行具体设置，增大了相际接触面积，从而提高了萃取效率，但是其结构复杂，没有对填料进行具体设置。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的是提出一种高效填料萃取塔。

2、通过如下技术手段实现：

3、一种高效填料萃取塔，所述高效填料萃取塔包括塔顶、填料段和塔底。

4、所述塔顶包括塔顶澄清空间、水相进口和有机相出口；所述塔顶澄清空间的直径或等效直径大于所述填料段的直径或等效直径，所述水相进口和有机相出口均分别开设于塔顶澄清空间的侧壁上。

5、所述塔底包括塔底澄清空间、水相出口和有机相进口；所述塔底澄清空间的直径或等效直径大于所述填料段的直径或等效直径，所述水相出口和有机相进口均分别开设于塔底澄清空间的侧壁上。

6、所述填料段位于塔顶和塔底之间，填料段包括塔体、填料组以及支撑架，所述塔体顶部与塔顶底部密封连接，塔体底部与塔底顶部密封连接，在塔体的底部设置有所述支撑架，在支撑架上设置有填料组，所述支撑架用于支撑所述填料组。

7、所述填料组为多个复合填料单元叠加而成，每个所述复合填料单元包括多层的i型填料和/或多层的ii型填料；其中i型填料为直径为0.8～1.2mm的不锈钢丝织成网状结构后压制成波浪形网面，ii型填料为直径为0.85～1.25mm的复合长丝织成网状结构后压制成波浪形网面，多层的i型填料形成i-i型组合填料，多层的ii型填料形成ii-ii型组合填料，多层的i型填料和多层的ii型填料组合形成i-ii型组合填料；所述复合填料单元为i-i型组合填料、ii-ii型组合填料或i-ii型组合填料中的一种或多种组合。

8、其中i-ii型组合填料中i型填料的层数与ii型填料的层数之比为(3～5)：(1～2)。

9、当所处理物料的界面张力(有机相和水相两相之间的界面张力)大于设定的界面张力阈值时，在所述填料组中所述填料组中i型填料的层数小于ii型填料的层数，当所处理物料的界面张力小于设定的界面张力阈值时，在所述填料组中所述填料组中i型填料的层数大于ii型填料的层数，所述界面张力阈值为18.2～26.2mn/m。

10、作为优选，所述水相进口的高度位置低于所述有机相出口的高度位置；所述水相出口的高度位置低于所述有机相进口的高度位置。

11、作为优选，所述复合长丝为0.3～0.6mm的不锈钢丝外部包覆有聚四氟乙烯形成的复合长丝；所述波浪形网面的的曲面直径为0.8～6.2cm。

12、作为优选，所述塔体顶部与塔顶底部通过法兰连接且通过密封材料进行密封连接，塔体底部与塔底顶部通过法兰连接且通过密封材料进行密封连接。

13、作为优选，所述填料组为5～15个复合填料单元叠加而成。

14、作为优选，每个所述复合填料单元中ii-ii型组合填料位于上部，i-ii型组合填料位于中部，i-i型组合填料位于下部。

15、作为优选，所述支撑架为密布通孔结构，且支撑架的开孔率为98～99.9％。

16、一种高效液-液萃取方法，所述高效液-液萃取方法使用上述的高效填料萃取塔进行，包括如下步骤：

17、(1)组装填料段，根据所处理物料的界面张力设置复合填料单元，当所处理物料的界面张力大于设定的界面张力阈值时，所述复合填料单元中ii-ii型组合填料：i-ii型组合填料：i-i型组合填料的比例为(7.5～8.5):(1.5～2.5):(0.5～1.5)，当所处理物料的界面张力小于设定的界面张力阈值时，所述复合填料单元中ii-ii型组合填料：i-ii型组合填料：i-i型组合填料的比例为(0.5～1.5):(1.5～2.5):(7.5～8.5)，所述界面张力阈值为18.2～26.2mn/m；然后在填料段内竖直填充5～15个所述复合填料单元，形成所述填料组，填料段组装完成。

18、(2)灌塔，先将水相出口关闭，通过有机相进口向所述高效填料萃取塔中填充新鲜的有机相料液，所述新鲜的有机相料液灌入后的液位高度位于塔顶澄清空间中的介于有机相出口和水相进口之间。

19、(3)液-液萃取，开启水相进口，向高效填料萃取塔中排入水相料液，待有机相料液和水相料液的的两相界面位于塔顶澄清空间中的介于有机相出口和水相进口之间时，开启水相出口，保持水相进口的水相料液流量和水相出口的料液流量相同或基本相同；然后持续的通过水相进口通入水相料液，通过有机相进口通入有机相料液，进行液-液萃取。

20、作为优选，步骤(1)中所述界面张力阈值优选为22.2～25.1mn/m；优选填料段内竖直填充8～11个所述复合填料单元。

21、作为优选，步骤(1)中，当所处理物料的界面张力大于设定的界面张力阈值时，所述复合填料单元中ii-ii型组合填料：i-ii型组合填料：i-i型组合填料的比例优选为(7.8～8.2):(1.8～2.2):(0.8～1.2)，当所处理物料的界面张力小于设定的界面张力阈值时，所述复合填料单元中ii-ii型组合填料：i-ii型组合填料：i-i型组合填料的比例为(0.8～1.2):(1.8～2.2):(7.8～8.2)。

22、本发明的技术效果在于：

23、本发明通过对具体结构的萃取塔的填料方式进行具体设置和组装，通过使用具体不同形式的填料，从而使得水相液滴可分别在i型填料和ii型填料表面进行有效聚并由于填料的非润湿特点而破碎，通过本发明的具体设置达到的上述特点不仅实现了液滴在萃取的运动过程中液滴的有效破碎和聚并；同时基于液滴界面张力及润湿性的特点，液滴在相应的填料表面被拉伸和铺展，从而提高了传质比表面积，继而提高传质效率。

24、本发明通过针对不同界面张力的物料采用不同的填料布置方式，从而能够使得不同液液萃取过程中的填料方式针对不同物料达到最优传质效率。

技术特征：

1.一种高效填料萃取塔，其特征在于，所述高效填料萃取塔包括塔顶、填料段和塔底；

2.根据权利要求1所述的高效填料萃取塔，其特征在于，所述水相进口的高度位置低于所述有机相出口的高度位置；所述水相出口的高度位置低于所述有机相进口的高度位置。

3.根据权利要求1所述的高效填料萃取塔，其特征在于，所述复合长丝为0.3～0.6mm的不锈钢丝外部包覆有聚四氟乙烯形成的复合长丝；所述波浪形网面的曲面直径为0.8～6.2cm。

4.根据权利要求1所述的高效填料萃取塔，其特征在于，所述塔体顶部与塔顶底部通过法兰连接且通过密封材料进行密封连接，塔体底部与塔底顶部通过法兰连接且通过密封材料进行密封连接。

5.根据权利要求1所述的高效填料萃取塔，其特征在于，所述填料组为5～15个复合填料单元叠加而成。

6.根据权利要求1所述的高效填料萃取塔，其特征在于，每个所述复合填料单元中ii-ii型组合填料位于上部，i-ii型组合填料位于中部，i-i型组合填料位于下部。

7.根据权利要求1所述的高效填料萃取塔，其特征在于，所述支撑架为密布通孔结构，且支撑架的开孔率为98～99.9％。

8.一种高效液-液萃取方法，其特征在于，所述高效液-液萃取方法使用权利要求1-7任一项所述的高效填料萃取塔进行，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的高效液-液萃取方法，其特征在于，步骤(1)中所述界面张力阈值优选为22.2～25.1mn/m；优选填料段内竖直填充8～11个所述复合填料单元。

10.根据权利要求8所述的高效液-液萃取方法，其特征在于，步骤(1)中，当所处理物料的界面张力大于设定的界面张力阈值时，所述复合填料单元中ii-ii型组合填料：i-ii型组合填料：i-i型组合填料的比例优选为(7.8～8.2):(1.8～2.2):(0.8～1.2)，当所处理物料的界面张力小于设定的界面张力阈值时，所述复合填料单元中ii-ii型组合填料：i-ii型组合填料：i-i型组合填料的比例为(0.8～1.2):(1.8～2.2):(7.8～8.2)。

技术总结
本发明涉及一种高效萃取塔，该萃取塔为采用不同种材料制备形成的填料萃取塔，所述填料为组合型填料，基于液滴的拉伸及变形，使得本发明的萃取塔具有萃取效率高，持液量高，液滴比表面积大等优点。

技术研发人员：王勇,常朝,许东兵,谭博仁,齐涛
受保护的技术使用者：中国科学院过程工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15