專利名稱：液-液接觸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液一液接觸器，尤其涉及對這樣一種液一液接觸器的改進(jìn)，在這種接觸器中由于兩種相互不可溶的液體之間的密度差而使兩者在逆向流中連續(xù)地接觸。這種液-液接觸器的典型用途是液-液提取和液-液反應(yīng)，這些工作在煉油、石油化學(xué)、煤化學(xué)、核能處理及其它諸多處理工業(yè)中都是一套重要的工作。
逆向流型液-液接觸器分為兩種;一種是無攪拌式的，諸如帶孔板塔，填充塔和折流塔;另一種機(jī)械攪拌或脈沖式的，如轉(zhuǎn)盤塔、奧爾德林-拉什頓塔、脈沖塔和交換提煉塔。
后一種類型的接觸器每學(xué)位設(shè)備高度表現(xiàn)出高的接觸效率。但這種類型的接觸器也有缺點(diǎn)，即設(shè)備投資大、維護(hù)麻煩，這是因?yàn)闆]有機(jī)械驅(qū)動部件的原因。另一方面，無攪拌型接觸器雖然接觸效率相對低一點(diǎn)，但因投資少，易維護(hù)而具有其優(yōu)越性。
本發(fā)明人多年來一直致力于對無攪拌式液-液接觸器，特別是具有相對較高接觸效率的帶孔板塔的改進(jìn)的研究，這種接觸器的投資少且維護(hù)簡單。
常規(guī)帶孔板塔具有如

圖11和12所示的結(jié)構(gòu)(圖中表示一個實(shí)施例，其中輕液“L”是分散相而重液“H”是連續(xù)相)，在塔20的頂部設(shè)有重液入口21和輕液出口22;在塔底部設(shè)有輕液進(jìn)入23和重液出口24，塔中設(shè)有許多盤25。
盤25包括水平帶孔板26和垂直板27，通過切下一塊圓的帶孔板的一部分從而為液流形成一條流通道來構(gòu)成帶孔板26，而垂直板27則是從水平帶孔板的自由端垂直向下(分散相輸入方向)延伸。由切割帶孔板和垂直板所構(gòu)成的流通道是溢流流道(所示的流道稱為下導(dǎo)管)或一條連續(xù)相液體29的通道，只有連續(xù)相(重液)流過該通道并且許多的孔成為只有分散相(輕液)流過的通道。
這種帶孔板塔的操作如下，在塔20底部從輕液入口輸入輕液同時在塔頂從重液入口21輸入重液。
以這樣一種方式將這兩種液體輸入，使其中之一形成一個連續(xù)相而使另一個成為分散相。在圖示實(shí)施例中，輕液形成分散相，在這樣的條件下輸入輕液，即使輕液的流速相對形成連續(xù)相的重液的流速是這樣一個值，在此值下分散相液滴積累和凝集從而使其在停留在帶孔板之下并向上運(yùn)動時形成分散相的凝集層，且在此值下分散相凝集層從分散相液體28的孔或通道中流出。
如上所述通過在塔20中使連續(xù)、逆向的輕液和重液的液-液接觸在用輕液提取重液中的一種組份，或反過來在用重液提取輕液中的一種組份，或者在雙者之間引起化學(xué)反應(yīng)之后，連續(xù)地通過輕液出口22抽出用完的輕液并通過重液出口24抽出用完的重液。
與具有較大液流開口面積的折流塔相比，上述帶孔板塔每單位階具有較高的液-液接觸效率。但滿足上述分散相流速條件的工況要求分散相液體28的通道面積小或帶孔板的孔小，因此分散相輸入速度不能增加許多且液體產(chǎn)量不能增加。
為消除上述缺陷，本發(fā)明人做了以下實(shí)驗(yàn)。
首先使用一個常規(guī)帶孔板塔并在分散相流速相對連續(xù)相的流速之比為常量的情況下增加液體流速至出現(xiàn)溢流，確定液-液接觸效率。所觀測的效率比常規(guī)工況下的低，因此在保持高接觸效率的條件下不可能提高欲處理流體的流速。
然后，擴(kuò)大孔的直徑或增加孔的數(shù)量，由此增大分散相液體通道的開口面積進(jìn)而提高分散相的流速。這將使得帶孔板26之下的分散相的凝集層厚度減薄，并且在工作條件發(fā)生小的變化的某些情況下甚至?xí)怀霈F(xiàn)分散相凝集層。因此，既無穩(wěn)定工作又無恒定液-液接觸效率。此外，還觀察到，在沒有分散相凝集層的情況下，接觸效率大大地下降。這些實(shí)驗(yàn)表明開發(fā)這種類型的接觸是沒有希望的。
本發(fā)明的目的在于提供一種常規(guī)無攪拌液-液接觸器不可能實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)量和接觸效率均較高的液-液接觸器。本發(fā)明的目的特別在于提供一種液-液接觸器，在這種接觸器中，即使通過增大分散相通道面積而大大提高被處理液體的量，仍可確保使分散相液滴凝聚形成分散相的凝集層以及打破凝集層形成液滴的往復(fù)重復(fù)并可維持高的接觸效率。
本發(fā)明的設(shè)備是，一種具有許多盤的液-液接觸器，其中，從接觸器的頂部輸入一種重液并從其底部輸入一種輕液從而使兩種液體連續(xù)地接觸，在接觸器中兩種液體之一形成一種分散相而另一種成為沿相反方向流動的連續(xù)相;其特征在于，接觸器包括一個塔殼和一些由柱狀板和隔墻組成的盤，柱狀板在塔中沿水平方向延伸覆蓋住塔的橫截面的一部分從而形成連續(xù)相和分散相的液流通道，隔墻沿輸入分散相的方向從柱狀板的自由端垂直延伸且其上設(shè)有允許分散相流過的開口，開口使從上流柱狀板來的分散相液滴留在下流柱狀板之下，在停留期間液滴凝集形成分散相的凝集層，凝集層可沿水平方向穿過隔墻中的開口流出。
下面將參見附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述。附圖中與常規(guī)設(shè)備相同的部分以相同的序號予以表示。
圖1為本發(fā)明液-液接觸器一個實(shí)施例的垂直剖視圖，用以表示其整體結(jié)構(gòu);
圖2是沿圖1中A-A方向的橫向剖視圖;
圖3是沿圖1中B-B方向的垂直剖視圖;
圖4是本發(fā)明接觸器主要部分在工作時的放大垂直剖視圖，用以表示該設(shè)備的機(jī)構(gòu);
圖5是與圖1相似的垂直剖視圖，其中表示本發(fā)明設(shè)備的隔墻和開口的其它實(shí)施例;
圖6是與圖5相似的垂直剖視圖;
圖7是與圖5相似的垂直剖視圖;
圖8是與圖4相似的放大垂直剖視圖，表示本發(fā)明設(shè)備的另一個實(shí)施例的機(jī)構(gòu);
圖9是圖8中C-C方向的橫向剖視圖;
圖10是圖8中D-D方向的橫向剖視圖;
圖11是一種常規(guī)帶孔板液-液接觸器的垂直剖視圖，表示其結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu);
圖12是圖11主要部分的放大垂直剖視圖，且與圖4和8相對應(yīng)。
在如圖1所示的本發(fā)明液-液接觸器中，在塔10的頂部設(shè)有一個重液入口21和一個輕液出口22;而在其底部設(shè)有一個輕液入口23和一個重液出口24，在塔10中還布置有許多的盤1。
如圖2和3所示，本發(fā)明所用的盤1包括一個水平柱狀板2和一個從柱狀板的位于液體通道4一側(cè)的端部垂直向下(即分散相輸入方向)延伸的隔墻3，所述水平柱狀板2是將一塊圓板切去一部分為連續(xù)和分散相提供一條通道4而構(gòu)成的。隔墻中設(shè)有用作分散相液通道的開口5。
如圖4所示，在柱狀板2之下或在分散相輸入側(cè)，當(dāng)分散相的液滴停留在上述地方時便聚積并凝聚從而形成分散相的凝聚層。如此形成的分散相凝聚層沿水平方向從隔墻3的開口5流出。
本發(fā)明液-液接觸器的操作和常規(guī)帶孔板塔一樣，即在塔10的底部從輕液相入口23輸入新鮮的輕液并在頂部從重液相入口21輸入新鮮的重液，從而使其中之一變成分散相而另一種變成連續(xù)相;同時，從塔10頂部的輕液出口22抽出與重新接觸過的用完的輕液并從塔10底部的重液出口24抽出與輕液接觸的用完的重液。
在這樣一種液-液接觸器中，即在將具有上述結(jié)構(gòu)的盤1以交替旋轉(zhuǎn)180°的位置分布于塔中時，連續(xù)相液體和分散相液體沿鋸齒形線從塔壁的一側(cè)流至另一側(cè)，因而提高了液-液接觸效率。
隔墻3的高度必須能防止分散相液滴溢流，但其高度可以小于在常規(guī)帶孔板塔中所使用的下水管的高度。這是因?yàn)樵诔Ｒ?guī)帶孔板塔中的液滴在沿垂直方向(見圖12)運(yùn)動時形成一層凝聚層，所以垂直板27的長度必須與凝聚所需的距離相對應(yīng);而如圖4中箭頭所示的那樣，在本發(fā)明的接觸器中分散相液滴在其在柱狀板2之下沿水平方向運(yùn)動時聚積并凝聚，因此盤之間沿高度方向的距離可以縮短很多。
在隔墻中作為分散相液體通道的開口5的面積與塔的橫截面積的適宜可分化為2-30%，最好為3-15%。只要能適應(yīng)本發(fā)明目的，任何形狀的開口都是可以的。除圖3所示形狀之外，圖5至7所示的形狀也是可用的。在設(shè)計(jì)中可以很大的自由度根據(jù)欲處理液體的流速來選擇這些實(shí)施例中開口的面積百分比。
圖8至10表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例。在該實(shí)施例中，兩層盤為一組，這樣可提供一種具有較高流通量的雙通道型(兩條液體通道)液-液接觸器。(圖中與前述實(shí)施例相同的部分以同樣的序號表示)如圖9所示，第一盤1a包括一對柱狀板2a，兩板之間形成液體4a的第一通道;還有在通道處從柱狀板2a的端部向下垂直延伸的隔墻3a。第一盤的作用與上述實(shí)施例中所述的盤1相同。
第二盤1b包括如圖10所示形狀的一塊柱狀板2b，該板水平延伸覆蓋由第一柱狀板1a所形成的第一通道并形成兩條第二通道4b，4b;還包括在第二通道處從柱狀板的兩端垂直延伸的隔墻3b，3b。第二盤的作用亦與上述實(shí)施例中所述的盤1相同。
通過如圖8所示，在塔10中交替布置第一盤1a和第二盤16，第二實(shí)施例的接觸器將可以處理大于第一實(shí)施例接觸器的液體量。
在上述第二實(shí)施例中，可以提供一種多通道(三條或更多條液體通道)的接觸器。在這種多通道接觸器中，第一盤的柱狀板上設(shè)有兩條或更多條液體通道，第二盤的柱狀板上設(shè)有三條或更多條液體通道，第一和第二通道沿垂直軸線不在同樣的位置上。
在本發(fā)明的液-液接觸器中，分散相L3的凝聚層從分散相通道5，5a，5b中流出成為沿水平方向的噴射流L1，凝聚層必然由連續(xù)相H的剪切應(yīng)力分開而轉(zhuǎn)變成液滴L2，上述分散相通道根據(jù)欲處理液體量設(shè)置。這些液滴向上運(yùn)動并與連續(xù)相接觸，在停在下一階柱狀板之下時積累并凝集成為分散相的凝聚層。通過重復(fù)液滴的分散和凝集，用輕液從重液中提取某種組分，或反過來用重液從輕液中提取某種組分或兩種液體之間的化學(xué)反應(yīng)均可在高接觸效率條件完成。
在下面的兩個對照例和實(shí)施例中，進(jìn)行液-液提煉以用異辛烷(下面稱“溶劑”)提取濃度為12%(重量百分比，以不同)的異丁烯酸水溶液(以下稱“原料”)對照例1以圖11和12所示結(jié)構(gòu)的帶孔板塔為提煉設(shè)備。在內(nèi)徑為75mm的塔中，以150mm的均勻間隔布置10塊帶孔板，每塊板上有5個4mm直徑的孔(下導(dǎo)管部分對塔橫截面的面積百分比為14%)。
原料是一種重液，而溶劑為輕液。將輕液做為分散相輸入并在大氣壓和20℃的溫度下以1.38/1.0的溶劑率(溶劑/原料)使其與重液相接觸。
當(dāng)原料流速為56公斤/小時，溶劑(異丁烯酸濃度%)流速78公斤/小時時，提余液流速為53公斤/小時，異丁烯酸濃度為7.3%。進(jìn)行液-液平衡計(jì)算并給出一個2.9mm的每理論階高(以下稱為“HETS”;一個較低的值表示較好的特性)。
在原料和溶劑流速分別達(dá)到84公斤/小時和116公斤/小時時，出現(xiàn)溢流。
實(shí)例1以圖1至4所示結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的接觸器作為提取設(shè)備。在內(nèi)徑75mm的接觸器中，設(shè)有19階盤，每個盤均包括一個柱狀板和一道隔墻;柱狀板上設(shè)有用于分散相流通道的面積百分比為32%的液體流通道，而隔墻上設(shè)有兩個10×10mm2、以75mm間隔均勻分布的矩形開口。涂原料速度之外的其它工作條件。如溶劑率均與對照例1中的相同。
在原料流速為84公斤/小時，溶劑(異丁烯酸濃度0%)的流速為116公斤/小時的情況下，提余液流速為80公斤/小時，異丁烯酸濃度為7.0%。由液-液平衡計(jì)算得出的HETS為2.7m。
當(dāng)原料流速和溶劑流速分別增至113公斤/小時和156公斤/小時時，提余液流速為107公斤/小時，異丁烯酸濃度為7.4%，HETS為3.0m。
表1匯總了對照例1和實(shí)例1中的處理量和提取效率的數(shù)值。
表1流速(公斤/小時)提取效率對照例1實(shí)例1原料溶劑提取HETS提取HETS(%)(m)(%)(m)
5678422.9--84116**452.7113156--423.0＊出現(xiàn)溢流表1中的結(jié)果表示，在根據(jù)本發(fā)明的接觸器中，即使為了增加產(chǎn)量而使供料速度大大高于常規(guī)帶孔板塔的速度，也不會降低總的液-液接觸效率。
對照例2以圖11和12所示結(jié)構(gòu)的常規(guī)設(shè)備作為提取設(shè)備。該設(shè)備是內(nèi)徑為75mm的帶孔板塔，其中以200mm的均勻間距設(shè)置有10塊帶孔板，每塊板上有直徑4mm的孔72個(下導(dǎo)管相對塔橫截面的面積百分比為14%)。
原料是重液而溶劑是輕液。將溶劑作為分散相輸入，并在大氣壓和20℃下，以溶劑率(溶劑/原料)為1.38/1.0的條件使其與重液接觸。
在原料流速為900公斤/小時，溶劑(異丁烯酸濃度0%)流速為1240公斤/小時的條件下，提余液流速為855公斤/小時，異丁烯酸濃度為7.4%。液-液平衡計(jì)算給出HETS值為4.0m。
當(dāng)原料流速增至1350公斤/小時，溶劑流速增至1860公斤/小時時，出現(xiàn)溢流。
實(shí)例2
以圖1至4所示結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的接觸器作為提取設(shè)備。在內(nèi)徑300mm的塔中，設(shè)有19階盤，每個盤包括一個柱狀板和一道隔墻;柱狀板上設(shè)有作為分散相流通道的面積百分比為32%的液流通道，隔墻具有4個40×20mm2的700mm間隔均布的長方開口。除輸入速度外的工作條件，如溶劑率均與對照例2中的相同。
在原料流速為1350公斤/小時，溶劑(異丁烯酸濃度為0%)流速為1860公斤/小時的條件下，提余液流速為1250公斤/小時，異丁烯酸濃度為4.7%。液-液平衡計(jì)算得出的HETS為2.5m。
當(dāng)原料流速增至1800公斤/小時，溶劑流速增至156公斤/小時時，提余液流速為1670公斤/小時，異丁烯酸濃度為5.2%，HETS為2.7m。
表2比較了對照例2和實(shí)例2之間的產(chǎn)量和提取效率。
表2流速(公斤/小時)提取效率對照例2實(shí)例2原料溶劑提取(%)HETS(m)提取(%)(HETS)(m)9001240424.0--13501860**642.518002490--602.7
＊出現(xiàn)溢流根據(jù)表2所示參數(shù)可知，較大直徑的塔可獲得比表1中較小直徑塔好一些的結(jié)果。換句話說，在較大直徑的塔中每階的接觸效率得以提高。人們認(rèn)為，這是由于在各盤之下的液滴水平運(yùn)動距離較大所致，即這種運(yùn)動保證了凝集層的形成，進(jìn)而提高了效率。
在本發(fā)明的液-液接觸器中，作為分散相液流通道的開口的面積百分比可以大于常規(guī)帶孔板塔中孔的面積百分比。因此，分散相液滴直徑可以大，處理能力得以提高。分散相的分散和凝集在垂直方向上于短距離中的循環(huán)確保液-液接觸效率至少與常規(guī)帶孔板塔的相同。
另外，在本發(fā)明中，由于分散相液滴沿近似水平的方向流出與向下流動的連續(xù)相相接觸，并且分散相的液體射流被連續(xù)相流強(qiáng)大的剪切應(yīng)力分成小液滴，則所形成的均勻分散改進(jìn)了液-液接觸效率。
還因?yàn)榉稚⑾嗄瘜铀降亓鞒霾⑶以谒竭\(yùn)動時出現(xiàn)液滴的積累和凝集，所以可將塔的總高降低。在同樣高度的塔中，可以布置更多的盤，由此提高總的液-液接觸效率。
權(quán)利要求
1.一種具有許多盤的液-液接觸器，其中，從接觸器的頂部輸入一種重液并從其底部輸入一種輕液從而使兩種液體連續(xù)地接觸，在接觸器中兩種液體之一形成一種分散相而另一種成為沿相反方向流動的連續(xù)相；其特征在于，接觸器包括一個塔殼和一些由柱狀板和隔墻組成的盤，柱狀板在塔中沿水平方向延伸覆蓋住塔的橫截面的一部分從而形成連續(xù)相和分散相的液流通道，隔墻沿輸入分散相的方向從柱狀板的自由端垂直延伸且其上設(shè)有允許分散相流過的開口，開口使從上流柱狀板來的分散相液滴留在下流柱狀板之下，在停留期間液滴凝集形成分散相的凝集層，凝集層可沿水平方向穿過隔墻中的開口流出。
2.如權(quán)利要求1所述的接觸器，其特征在于，這些盤具有相同的形狀并在塔中于交替旋轉(zhuǎn)180°的位置上分布，連續(xù)相液體和流過開口的分散相液體從塔壁一側(cè)至另一側(cè)交替形成一條鋸齒形線。
3.如權(quán)利要求1所述的接觸器，其特征在于，這些盤包括第一和第二盤，第一盤的兩側(cè)設(shè)有液流通道，第二盤的一側(cè)設(shè)有一條液流通道;第一和第二盤交替地分布于塔中，其相對位置關(guān)系使液流通道沿垂直軸線不處于相同的位置上，這樣連續(xù)相和分散相液體便重復(fù)分流和合流。
4.如權(quán)利要求1所述的接觸器，其特征在于，這些盤包括第一和第二盤，第一盤上設(shè)有兩條或更多的液流通道，第二盤上至少設(shè)有一條液流通道;第一和第二盤交替地分布于塔中，其相對位置關(guān)系使液流通道沿垂直軸線不處于相同的位置上，這樣連續(xù)相和分散相液體便重復(fù)分流和合流。
全文摘要
在無攪動逆流式液-液接觸塔中，在塔殼內(nèi)側(cè)沿垂直方向交替地以適當(dāng)間隔水平設(shè)有由柱狀板和隔墻構(gòu)成的盤。柱狀板分出塔橫截面的一部分作為液體的一條或多條通道，隔墻從柱狀板的端部垂直向下延伸且在其靠近柱狀板處設(shè)有開口，這樣可使相對小尺寸的設(shè)備具有大的處理能力。由于該設(shè)備無運(yùn)動件，故易于維護(hù)。
文檔編號B01D11/04GK1103007SQ94108060
公開日1995年5月31日 申請日期1994年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月19日
發(fā)明者中山喬, 相良絋 申請人:日揮株式會社