本申請(qǐng)屬于萃取分離設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地說，涉及一種高效復(fù)合脈沖萃取塔。
背景技術(shù)：
：脈沖萃取塔主要是通過液壓脈沖或者空氣脈沖來提供能量輸入，從而使塔內(nèi)兩相作往返式的快速脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)，既能使分散相液滴充分破碎和分散從而有效提高兩相接觸面積，加強(qiáng)兩相流體的湍動(dòng)和充分接觸，這些都有利于提高塔的傳質(zhì)效率。由于塔內(nèi)沒有其他的機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)件，設(shè)備密閉性好且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，從而不易發(fā)生泄漏并且維修方便因此特別適用于處理腐蝕性強(qiáng)和放射性強(qiáng)的體系。目前，脈沖萃取塔已成為應(yīng)用最廣泛的萃取分離設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于化工、石油、食品、濕法冶金以及核工業(yè)等領(lǐng)域。影響脈沖萃取塔傳質(zhì)效率的主要因素包括分散相存留分?jǐn)?shù)、分散相液滴直徑以及軸向混合。而對(duì)于脈沖萃取塔而言，以上三種因素主要受脈沖強(qiáng)度大小的影響。一方面增加脈沖強(qiáng)度，能夠使液滴破碎的更小和充分分散從而提高分散相的存留分?jǐn)?shù)和降低分散相液滴直徑，進(jìn)而提高兩相的接觸面積來增加兩相傳質(zhì)；另一方面，當(dāng)脈沖強(qiáng)度過高時(shí)，流體湍動(dòng)過于劇烈而造成渦流擴(kuò)散，連續(xù)相夾帶問題也十分嚴(yán)重，從而使得軸向混合加劇降低傳質(zhì)效率。此外，當(dāng)脈沖強(qiáng)度過高時(shí)，分散相的存留分?jǐn)?shù)增加較多時(shí)會(huì)增加分散相液滴間的碰撞頻率和聚合，使傳質(zhì)比表面積的增幅趨于減小。傳統(tǒng)的脈沖萃取塔主要包括脈沖篩板塔和脈沖填料塔兩種。其中脈沖篩板塔主要結(jié)構(gòu)是在塔內(nèi)安裝一定間距的水平篩板。篩板孔徑通常在3mm左右，開孔率在20％—30％范圍內(nèi)變動(dòng)。脈沖填料塔內(nèi)可裝填散裝填料和規(guī)整填料。脈沖篩板塔由于開孔率較小，對(duì)于兩相界面張力較大的體系，必須外加脈沖作用才能使兩相通過篩板作逆流流動(dòng)。此外由于篩板開孔孔徑相對(duì)較大，本身對(duì)于分散相的破碎效應(yīng)不夠大，只能借助于較強(qiáng)的脈沖輸入來破碎液滴使其充分分散。對(duì)于脈沖填料萃取塔，雖然填料對(duì)于促進(jìn)分散相的破碎效應(yīng)好于篩板，但是當(dāng)增大脈沖強(qiáng)度時(shí)，填料塔內(nèi)的軸向返混將會(huì)加劇從而降低傳質(zhì)推動(dòng)力，削弱了塔的傳質(zhì)效率。一方面，篩板能夠作為分布器較為有效的抑制軸向返混，同時(shí)能夠促進(jìn)分散相液滴的分散-聚并效應(yīng)從而加強(qiáng)兩相接觸，但需要較高的能量輸入才能使分散相液滴充分破碎和分散；另一方面，雖然填料對(duì)于分散相具有很好的破碎作用，但是較高的脈沖強(qiáng)度就可能加劇軸向返混反而較低了傳質(zhì)效率。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本申請(qǐng)的目的在針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠?qū)煞N脈沖萃取塔的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，能夠在較低能量消耗的情況下提高兩相間傳質(zhì)效率，從而降低萃取塔的運(yùn)行成本的新型篩板-填料復(fù)合脈沖萃取塔。一種復(fù)合脈沖萃取塔，包括：包括塔體，在塔體的中心豎向設(shè)置有中心軸，在中心軸上固定有間隔分布的若干篩板，在篩板之間裝填有規(guī)整填料，所述篩板上分布有若干通孔。進(jìn)一步地，如上所述的復(fù)合脈沖萃取塔，在所述篩板上通孔的孔率為10-60％，篩孔直徑1.0-9.5mm。進(jìn)一步地，如上所述的復(fù)合脈沖萃取塔，所述篩板和規(guī)整填料材質(zhì)為不銹鋼、陶瓷或聚四氟乙烯中的一種。本申請(qǐng)通過在篩板之間加裝規(guī)整填料并安裝在萃取塔內(nèi)，構(gòu)成復(fù)合脈沖萃取塔。通過對(duì)比使用，本申請(qǐng)?zhí)峁┑膹?fù)合脈沖萃取塔和脈沖篩板萃取塔以及脈沖填料萃取塔的傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本申請(qǐng)的的復(fù)合脈沖萃取塔的傳質(zhì)系數(shù)高于同操作條件下其他兩種脈沖萃取塔的傳質(zhì)系數(shù)，其傳質(zhì)效率更高。此外，本申請(qǐng)復(fù)合脈沖萃取塔在較低的能量輸入時(shí)即可獲得較高的傳質(zhì)效率，有利于降低能量消耗和溶劑損失。因此該發(fā)明如若應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，能夠有效降低成本。而對(duì)于萃取要求較高需要較高脈沖輸入的實(shí)驗(yàn)或者實(shí)際生產(chǎn)，亦能夠相對(duì)更有效的抑制軸向返混及其所帶來的對(duì)傳質(zhì)性能的削弱。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：附圖1為本申請(qǐng)復(fù)合篩板填料萃取塔結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本申請(qǐng)篩板間全裝填填料1時(shí)三種脈沖萃取塔萃取性能比較示意圖；附圖3為本申請(qǐng)篩板間全裝填填料2時(shí)三種脈沖萃取塔萃取性能比較示意圖；附圖4為本申請(qǐng)?zhí)沾蓮?fù)合脈沖塔和陶瓷脈沖篩板塔的傳質(zhì)性能比較；附圖5為本申請(qǐng)?zhí)沾蓮?fù)合脈沖塔和陶瓷脈沖篩板塔的液滴直徑比較；其中：1、塔體；2、中心軸；3、篩板；4、填料；附圖2-5中，Vc、Vd分別指連續(xù)相和分散相表觀流速；Hoxp指表觀傳質(zhì)單元高度；Af指脈沖強(qiáng)度。具體實(shí)施方式以下將配合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本申請(qǐng)的實(shí)施方式，藉此對(duì)本申請(qǐng)如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。如附圖1所示，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N高效篩板-填料復(fù)合脈沖萃取塔，包括塔體1、中心軸2、篩板3、填料4。填料4置于兩個(gè)篩板3之間，同篩板3一起固定在中心軸2上。本申請(qǐng)的工作原理為結(jié)合篩板和填料二者的優(yōu)點(diǎn)來優(yōu)化兩相傳質(zhì)。通過填料來促進(jìn)分散相液滴的破碎和分散以增加兩相接觸面積，同時(shí)篩板能夠作為分布器來抑制軸向混合，而且二者結(jié)合能夠促進(jìn)液滴的破碎-聚并過程而有效提高兩相接觸，從而大幅提高萃取塔的傳質(zhì)效率。實(shí)例1實(shí)驗(yàn)所用萃取塔有效高度為1.15m，內(nèi)徑為50mm。選用30％TBP-煤油-硝酸體系，該體系在工業(yè)生產(chǎn)前的小試中應(yīng)用十分廣泛，是研究萃取設(shè)備傳質(zhì)性能的典型體系。實(shí)驗(yàn)中，TBP(煤油作為稀釋劑)為分散相，水作為連續(xù)相，硝酸作為溶質(zhì)。實(shí)驗(yàn)用品均為化學(xué)純?cè)噭?。?shí)驗(yàn)體系具體物性參數(shù)如表1所示。表1實(shí)驗(yàn)體系物性參數(shù)本實(shí)施例所述篩板和規(guī)整填料二者所用材質(zhì)均為不銹鋼。復(fù)合脈沖萃取塔的裝填方式為：每兩個(gè)篩板之間均加裝填料。不同操作條件下復(fù)合脈沖萃取塔與脈沖篩板萃取塔和脈沖填料萃取塔傳質(zhì)性能比較如附圖2所示。從圖中可以看到，復(fù)合脈沖萃取塔的傳質(zhì)性能較脈沖篩板萃取塔和脈沖填料塔的萃取性能均有明顯提高。尤其是在較低的脈沖強(qiáng)度時(shí)，脈沖復(fù)合萃取塔的萃取性能較脈沖篩板塔提升有40％以上，這說明在相同的萃取分離要求下，復(fù)合脈沖萃取塔需要的能量輸入更低。實(shí)例2實(shí)驗(yàn)所用萃取塔有效高度為1.15m，內(nèi)徑為50mm。選用30％TBP-煤油-硝酸體系，該體系在工業(yè)生產(chǎn)前的小試中應(yīng)用十分廣泛，是研究萃取設(shè)備傳質(zhì)性能的典型體系。實(shí)驗(yàn)中，TBP(煤油作為稀釋劑)為分散相，水作為連續(xù)相，硝酸作為溶質(zhì)。實(shí)驗(yàn)用品均為化學(xué)純?cè)噭?。?shí)驗(yàn)體系具體物性參數(shù)如表1所示。本實(shí)施例所述篩板和規(guī)整填料二者所用材質(zhì)均為不銹鋼。該實(shí)例中復(fù)合脈沖萃取塔的裝填方式為：每兩個(gè)篩板之間均加裝填料。不同操作條件下復(fù)合脈沖萃取塔與脈沖篩板萃取塔和脈沖填料萃取塔傳質(zhì)性能比較如附圖3所示。從圖中可以看到，該種復(fù)合脈沖萃取塔的傳質(zhì)性能同樣優(yōu)于脈沖篩板萃取塔和脈沖填料萃取塔。實(shí)例3實(shí)驗(yàn)所用萃取塔有效高度為1.0m，內(nèi)徑為75mm。選用30％TBP-煤油-醋酸體系，這也是一種研究萃取設(shè)備傳質(zhì)性能的典型體系。實(shí)驗(yàn)中，TBP(煤油作為稀釋劑)為分散相，水作為連續(xù)相，醋酸作為溶質(zhì)。實(shí)驗(yàn)用品均為化學(xué)純?cè)噭?。?shí)驗(yàn)體系具體物性參數(shù)如表1所示。該實(shí)驗(yàn)所用孔徑3mm，開孔率23％的陶瓷篩板。復(fù)合脈沖萃取塔的裝填方式為：篩板之間等間隔50mm，每塊篩板上加裝25mm的陶瓷規(guī)整填料。不同操作條件下復(fù)合脈沖萃取塔與脈沖篩板萃取塔傳質(zhì)性能比較如附圖4所示。液滴平均直徑的比較如從圖5所示。從圖中可以看到，該陶瓷復(fù)合脈沖萃取塔的傳質(zhì)性能同樣明顯優(yōu)于脈沖篩板萃取塔。復(fù)合脈沖萃取塔液滴平均直徑的也小于于脈沖篩板萃取塔，這也有利于提高復(fù)合脈沖萃取塔的傳質(zhì)效率。實(shí)例4根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論模型計(jì)算，3種不同直徑的陶瓷復(fù)合脈沖萃取塔的主要結(jié)構(gòu)和性能如表2所示，可供鹽湖鹵水萃取法提取鋰和稀土元素分離等強(qiáng)鹽酸體系的中試和示范裝置選用。脈沖強(qiáng)度參考實(shí)例3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。表2幾種不同直徑的陶瓷復(fù)合脈沖萃取塔的主要結(jié)構(gòu)和性能塔徑(MM)傳質(zhì)段有效高度(MM)傳質(zhì)單元數(shù)兩相流量之和(升/小時(shí))15020006-8～5220020006-8～9530030006-9～210上述說明示出并描述了本申請(qǐng)的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本申請(qǐng)并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本申請(qǐng)的精神和范圍，則都應(yīng)在本申請(qǐng)所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3