專利名稱：一種篩板萃取塔的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于萃取設備技術領域，涉及一種新型結構的篩板萃取塔，特別涉及降液管、導流擋板等新型塔內件結構。
背景技術：
傳統(tǒng)篩板萃取塔(I)內部結構如圖I所示，連續(xù)相液體從塔頂入口(3)進入，流經(jīng)豎直安裝的降液管(4)，橫向穿過每一層塔板(5)間距，最后從塔底出口(6)流出。分散相液體從塔底進入，以液滴形式向上穿過每一層塔板，最后從塔頂流出，兩相液體在逆流接觸過 程中進行相際傳質，從而達到液液萃取分離的目的。塔內連續(xù)相液體在兩層塔板間存在面積很大的回流區(qū)，嚴重浪費塔內空間；大部分的連續(xù)相液體不停的旋渦運動，夾帶上升的分散相液滴一起回流造成軸向返混，使得相際接觸表面不能得到及時更新，增大了傳質阻力；同時連續(xù)相在塔板上流速過大，縮短了兩相接觸時間，兩相間不能進行充分傳質，降低了塔的傳質效率。結構決定效率，化工生產(chǎn)過程中的各種輸送、分離、反應等設備，其內部結構會直接影響流體的流動、傳遞或者所發(fā)生反應的效率，所以我們希望通過優(yōu)化設備結構來提高工藝過程的效率。對于塔設備，優(yōu)化降液管結構以提高塔的傳質效率是一種十分行之有效的手段。近些年來，已有很多關于通過改變降液管結構、數(shù)量及其排布方式等來提高塔內傳質效率的研究。降液管已從傳統(tǒng)的弓形和圓形結構發(fā)展為半環(huán)形降液管、徑向降液管、傾斜降液管、月牙形降液管等；數(shù)量也由單降液管發(fā)展為雙降液管和多降液管形式，塔板結構亦有單溢流塔板、雙溢流塔板和多溢流塔板。工業(yè)中成功應用的通過優(yōu)化降液管結構來提高塔內傳質效率的案例不勝枚舉，如NYE塔板、MD塔板、DJ塔板、Vortex塔板等。然而，目前這些降液管的改變形式大多是應用于精餾設備中，對于萃取塔，通過改變降液管結構以改善塔內流動結構、提高萃取過程傳質效率的研究報道尚且很少。
發(fā)明內容
本發(fā)明的一種篩板萃取塔，目的在于克服現(xiàn)有篩板萃取塔內液體流動不均勻，塔板間存在面積很大的回流區(qū)，塔內空間有效利用率低，兩相傳質效率低等缺點，通過改進降液管結構、安裝導流擋板等，設計出一種塔板間基本不存在回流區(qū)，流動結構合理，傳質效率高的新型篩板萃取塔。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的本發(fā)明的新型篩板萃取塔(2)如圖2所示，降液管(4)以一定角度傾斜安裝，降液管安裝傾角由連續(xù)相入口寬度和塔板間距所確定，即連續(xù)相入口寬、塔板間距和降液管壁長構成一個直角三角形，如圖2所示；在塔板(5)出口處安裝導流擋板(7)，導流擋板與降液管平行安裝；降液管和導流擋板開槽(8)。降液管的上部若干開槽處分別安裝橫向小擋板(9)，所安裝橫向小擋板的數(shù)目為降液管上開槽數(shù)目的三分之一至二分之一，橫向小擋板寬度為降液管壁厚的2 3倍。
本發(fā)明的新型篩板萃取塔，經(jīng)CFD模擬和實驗驗證，塔內連續(xù)相流動結構合理，塔板間回流區(qū)基本消失，塔內空間有效利用率大大提高，這樣能夠增大相際接觸面積同時增長兩相接觸時間，使傳質過程得到強化，最終提高兩相傳質效率。與傳統(tǒng)塔相比，新型塔內降液管傾斜安裝、塔板出口處添加導流擋板、降液管與導流擋板開槽后，塔內流場回流區(qū)面積會減小很多，流速分布變得較均勻；進一步的，調整降液管和導流擋板上開槽的數(shù)目和尺寸，塔內流場變得更加均勻，大的回流區(qū)幾乎被消除，只是邊角處存在一些滯留區(qū)；而在降液管上部若干開槽處分別水平安裝了橫向小擋板，橫向小擋板的作用是減小液體由于重力作用而形成的較大向下速度分量，限制了液體由于急促向下運動而在兩塊板間的下方區(qū)域形成回流區(qū)或在兩塊塔板的上方區(qū)域形成大面積滯留區(qū)的趨勢，使連續(xù)相在塔板間的速度分布總體上更加均勻，回流區(qū)和滯留區(qū)面積更小。新型篩板萃取塔內，除了塔板邊角處存在小塊的滯留區(qū)外，絕大部分區(qū)域內已經(jīng)沒有回流區(qū)，大大減少了軸向返混現(xiàn)象，整個塔內流場很接近于理想的柱塞流模型，這將使得相際接觸表面得到充分更新，降低傳質阻力，提高塔的傳質效率。本發(fā)明的特征在于萃取塔內降液管結構得到改進，塔板出口處安裝導流擋板，具體為將傳統(tǒng)萃取塔內的豎直降液管改為以一定角度傾斜安裝，降液管安裝傾角由連續(xù)相入口寬度和塔板間距所確定，即連續(xù)相入口寬、塔板間距和降液管壁長構成一個直角三角形；塔板出口處安裝導流擋板，導流擋板與降液管平行安裝；降液管和導流擋板開槽，所開槽的數(shù)目和尺寸根據(jù)塔的整體尺寸和分離任務確定；降液管上部若干開槽處安裝橫向的小擋板，所安裝橫向小擋板的數(shù)目為降液管上開槽數(shù)目的三分之一至二分之一，橫向小擋板寬度為降液管壁厚的2 3倍，所安裝橫向小擋板的數(shù)目和尺寸根據(jù)塔的整體尺寸和分離任務確定。各塔內件的具體尺寸隨分離任務和萃取塔的整體尺寸對應進行變化，應由CFD模擬和實驗測量進行確定。所開槽的數(shù)目和尺寸和橫向小擋板寬度可以根據(jù)塔的整體尺寸和分離任務確定。各塔內件的具體尺寸隨分離任務和萃取塔的整體尺寸對應進行變化，應由CFD模擬和實驗測量進行確定。本次申請?zhí)峁┑男滦洼腿∷燃Y構詳細尺寸由fluent軟件模擬計算和PIV實驗驗證后得到很好的效果。本發(fā)明的效果和優(yōu)點是，連續(xù)相液體能夠均勻的流經(jīng)整個塔內，塔板間回流區(qū)基本消失，流場分布均勻，流動結構接近理想的柱塞流模型，塔內空間有效利用率顯著提高，最終提聞了兩相傳質效率。
圖I是傳統(tǒng)篩板萃取塔內部結構示意圖；圖2是新型篩板萃取塔內部結構示意圖；圖3是新型篩板萃取塔三維結構示意圖；圖中，I-傳統(tǒng)篩板萃取塔，2-新型篩板萃取塔，3-連續(xù)相入口，4-降液管，5-塔板，6-連續(xù)相出口，7-導流擋板，8-槽，9-橫向小擋板。
具體實施方式
下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明傳統(tǒng)篩板萃取塔(I)內部結構如圖I所示，連續(xù)相液體從塔頂連續(xù)相入口(3)進入，流經(jīng)豎直安裝的降液管(4)，橫向穿過每一層塔板(5)間距，最后由塔底連續(xù)相出口流出(6)，分散相液體從塔底進入，以液滴形式向上穿過每一層塔板，最后從塔頂流出，兩相液體在逆流接觸過程中進行相際傳質，從而達到液液萃取分離的目的。新型篩板萃取塔(2)內部結構如圖2所示，降液管(4)以一定角度傾斜安裝；在塔板(5)出口處安裝導流擋板(7)，導流擋板與降液管平行安裝；降液管和導流擋板上開若干槽(8);降液管上部幾個開槽處安裝橫向小擋板(9)，所安裝橫向小擋板的數(shù)目為降液管上開槽數(shù)目的三分之一至二分之一，橫向小擋板寬度為降液管壁厚的2 3倍，其具體數(shù)目和尺寸根據(jù)塔的整體尺寸和分離任務確定。具體實施例在相同的分離任務和相同的塔體尺寸下，對比傳統(tǒng)篩板萃取塔(I) 和新型篩板萃取塔(2)內的流型結構和傳質分離效果。兩塔尺寸如表I所示。表I兩塔尺寸
結構尺寸/mm
內徑400
塔高1395
壁厚 5板間距 300降液管底隙高度 40_連續(xù)相進、出口寬_60_新型篩板萃取塔的整體尺寸與傳統(tǒng)塔相同，只是降液管和導流擋板的結構進行了改變，其具體結構和尺寸如表2所示。表2新型篩板萃取塔特征結構
結構數(shù)量尺寸/mm
降液管開槽910.2 (底槽40.8)
導流擋板開槽 10 10.2 橫向小擋板_4_10_物系為30% TBP(煤油為溶劑)_醋酸-水體系，利用煤油萃取水中的醋酸。其中，水相為連續(xù)相，油相為分散相。連續(xù)相入口流速為O.Olm/s，連續(xù)相入口醋酸濃度為0.lmol/1。經(jīng)過CFD模擬和PIV實驗測定，模擬和實驗結果一致表明，傳統(tǒng)塔內塔板間存在面積很大的回流區(qū)，嚴重浪費塔內空間，并且塔板上連續(xù)相流速非常大，縮短了兩相接觸時間。新型塔內流動結構合理，速度分布均勻，除了塔板邊角處存在小塊的滯留區(qū)外，絕大部分區(qū)域內已經(jīng)沒有回流區(qū)，大大減少了軸向返混現(xiàn)象，整個塔內流場很接近于理想的柱塞流模型，這將使得相際接觸表面得到充分更新，減小傳質阻力，提高兩相傳質效率。定量比較兩塔內回流區(qū)面積占板間距縱向截面積比例，結果如表3所示。表3兩塔回流區(qū)面積所占比例比較
權利要求
1.一種篩板萃取塔，降液管傾斜安裝；在塔板出口處安裝導流擋板，導流擋板與降液管平行安裝。
2.根據(jù)權利要求I所述的篩板萃取塔，其特征在于降液管安裝傾角由連續(xù)相入口寬度和塔板間距所確定，即塔連續(xù)相入口寬、塔板間距和降液管壁長構成一個直角三角形。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的篩板萃取塔，其特征在于降液管和導流擋板開槽。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的篩板萃取塔，其特征在于降液管上部若干開槽處安裝橫向小擋板，所安裝橫向小擋板的數(shù)目為降液管開槽數(shù)目的三分之一至二分之一，橫向小擋板寬度為降液管壁厚的2 3倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種篩板萃取塔；在塔板出口處安裝導流擋板，導流擋板與降液管平行安裝。降液管安裝傾角由連續(xù)相入口寬度和塔板間距所確定，即塔連續(xù)相入口寬、塔板間距和降液管壁長構成一個直角三角形。在于降液管和導流擋板開槽。降液管上部若干開槽處安裝橫向小擋板，所安裝橫向小擋板的數(shù)目為降液管開槽數(shù)目的三分之一至二分之一，橫向小擋板寬度為降液管壁厚的2～3倍。本發(fā)明的萃取塔，連續(xù)相液體能夠均勻的流經(jīng)整個塔內，塔板間回流區(qū)基本消失，流場分布均勻，流動結構接近理想的柱塞流模型，塔內空間有效利用率顯著提高，最終提高了兩相傳質效率。
文檔編號B01D11/04GK102631794SQ20111043102
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權日2011年12月19日
發(fā)明者劉春江, 周陽, 李雪, 段連, 段長春, 溫新, 王曉靜 申請人:天津大學