專利名稱:列管式脈沖篩板萃取柱的制作方法
本實(shí)用新型涉及一種改進(jìn)的柱式萃取設(shè)備，適用于各種液－液萃取化工單元操作。
在現(xiàn)有的脈沖篩板萃取柱內(nèi)，大都采用使流體作垂直方向脈動運(yùn)動的方式輸入能量，以保證兩相逆流流動并有良好的接觸。這種柱的最大直徑目前已達(dá)3米，現(xiàn)有脈沖篩板萃取柱的主要缺點(diǎn)是一、柱徑是對設(shè)備的傳質(zhì)特性有很大影響。例如，當(dāng)脈沖篩板萃取柱徑由3英寸放大到23.5英寸時，用30％磷酸三丁酯－煤油溶劑萃取硝酸鈾酰，其傳質(zhì)單元高度由1.4英尺增加到5.9英尺，增加4倍多。傳質(zhì)效率降低的原因在于萃取柱內(nèi)兩相的縱向混合及徑向不均勻性隨柱徑變大而急劇增加。二、放大困難。由于工業(yè)應(yīng)用的復(fù)雜性，目前還不能直接由基本參數(shù)直接設(shè)計出工業(yè)化的大型脈沖篩板萃取柱。雖然有一些經(jīng)驗(yàn)公式，但各自的局限性很大，很難應(yīng)用，一直沿用逐步放大的方法，由小型實(shí)驗(yàn)、中型試驗(yàn)?zāi)酥涟牍I(yè)試驗(yàn)才能設(shè)計出大直徑的脈沖篩板萃取柱。不但費(fèi)錢費(fèi)物，而且也影響了脈沖篩板萃取柱在工業(yè)上的應(yīng)用。
美國專利3，854，176公開了一種環(huán)形柱。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是用兩根同心園筒構(gòu)成萃取柱段，用園環(huán)形篩板代替常用的園形篩板，這樣不但從幾何尺寸方面保證了核臨界安全，而且還降低了傳質(zhì)單元高度。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)能力要比同直徑的普通脈沖篩板萃取柱要小。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種傳質(zhì)單元高度低而且可以根據(jù)需要放大任意倍數(shù)而不增加其傳質(zhì)單元高度的脈沖篩板萃取柱。
本實(shí)用新型的特征是在脈沖篩板萃取柱內(nèi)篩板之間增設(shè)垂直構(gòu)件每一垂直構(gòu)件的高度等于篩板間的距離，全部垂直構(gòu)件保持同一方位將脈沖篩板柱柱段分割成一系列并聯(lián)的截面積形狀為三角形、四邊形、或六邊形的異型管狀小脈沖篩板萃取柱，每一小萃取柱內(nèi)的液體不和其它小萃取柱的液體串通。板段兩端裝有平分布板及旋流分布板構(gòu)成的再分布器，使得每個小截面脈沖篩板萃取柱的入口濃度相同，這樣大、小脈沖篩板萃取柱的傳質(zhì)性能相同，亦即克服了大直徑脈沖篩板萃取柱內(nèi)縱向混合和徑向不均勻性的不良影響。
本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
普通的脈沖篩板萃取柱由上擴(kuò)大段〔1〕、下擴(kuò)大端〔7〕，水相入口〔2〕及分布器〔12〕、有機(jī)相入口〔8〕及分布器〔11〕、水相出口〔9〕、有機(jī)相出口〔13〕、脈沖入口〔10〕及篩板〔5〕組成。兩相在萃取柱中逆流流動，外加脈沖促進(jìn)液體流動，篩板是加強(qiáng)兩相間的傳質(zhì)。本實(shí)用新型特點(diǎn)是篩板〔5〕之間增設(shè)垂直構(gòu)件〔6〕將大直徑脈沖篩板柱分割成許多均勻的小空間。垂直構(gòu)件板〔14〕、〔15〕構(gòu)成的小空間的橫截面可為三角形〔17〕，四邊形〔18〕，六邊形〔19〕，小截面的大小與大脈沖篩板柱的柱徑及小實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)。垂直構(gòu)件〔6〕的高度為2～15厘米，正好等于兩塊篩板〔5〕之間的距離。利用垂直構(gòu)件上的定位孔〔16〕使柱內(nèi)部所有的垂直構(gòu)件保持相同的方位，從而組成若干并列的、貫穿整個有效板段的三角形或四邊形或六邊形等異型管。這樣，經(jīng)小實(shí)驗(yàn)測定一個異型管的性能，就可以掌握整個大直徑脈沖篩板萃取柱的性能。本發(fā)明中采用的垂直構(gòu)件的材料可用碳鋼、不銹鋼、鈦等金屬材料，也可用塑料、有機(jī)玻璃、陶瓷等非金屬材料。在同一脈沖篩板萃取柱內(nèi)的垂直構(gòu)件可以為同一種材料，也可以同時采用兩種不同的材料。
對于大直徑脈沖篩板萃取柱，異型管的數(shù)目大于等于10個。為了使液體均勻地分散到每個異型管中，除了兩相分布器〔11、12〕外，還在脈沖篩板萃取柱板段的上、下兩端裝有液體再分布器。液體再分布器由平分布板〔3〕及旋流分布板〔4〕交替排列組成，板〔3〕及〔4〕的間距為2～15厘米，其確切的數(shù)目和間距取決于大脈沖篩板萃取柱的直徑，對于1米直徑脈沖篩板萃取柱，其每一個液體再分布器由10～15塊板組成，其板間距可為5厘米。
篩板〔5〕的間距為2～15厘米，自由截面積為0.2～0.5，篩板孔徑為2～15毫米，篩孔形狀可為平孔或帶凸臺的噴嘴狀。使用時具體參數(shù)應(yīng)與垂直構(gòu)件〔6〕的形狀相匹配。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，同直徑的脈沖篩板萃取柱的建造費(fèi)用與其柱高成正比，本柱型可以有效地降低柱高，且柱徑越大，效果越顯著，這樣就能減少設(shè)備的建造費(fèi)用，同時也能減少基建投資，試劑裝載量和消耗。此外有把握的一次放大成功也將節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用。
附圖圖1列管式脈沖萃取柱結(jié)構(gòu)示意圖圖2垂直構(gòu)件主體示意圖圖3垂直構(gòu)件橫向剖面圖〔1〕上擴(kuò)大段、〔2〕水相入口、〔3〕平分布板、〔4〕旋流分布板、〔5〕篩板、〔6〕垂直構(gòu)件、〔7〕下擴(kuò)大段、〔8〕有機(jī)相入口、〔9〕水相出口、〔10〕脈沖入口、〔11〕、〔12〕分布器、〔13〕有機(jī)相出口、〔14〕、〔15〕垂直構(gòu)件板，〔16〕定位孔，〔17〕〔18〕〔19〕三角形、四邊形、六邊形垂直構(gòu)件橫向剖面圖。
實(shí)施例已知直徑5厘米的脈沖篩板萃取柱分離硫酸鎳－硫酸鈷時，實(shí)驗(yàn)測得其傳質(zhì)單元高度為0.3米，傳質(zhì)單元數(shù)等于5。現(xiàn)要求設(shè)計用于同樣條件下，生產(chǎn)能力放大100倍的脈沖篩板萃取柱。
一、確定柱徑欲生產(chǎn)能力放大100倍，則要求柱的有效截面積放大100倍。
5厘米直徑柱面積＝ 3.14/4 ×52＝19.6厘米2選定本發(fā)明脈沖篩板萃取柱的垂直構(gòu)件的截面為正方形，則其邊長＝4.4厘米，取垂直構(gòu)件板厚0.3厘米，則所需柱徑為本發(fā)明柱徑＝4 × (4.4+0.3)2× 1003.14= 53厘米]]>二、確定柱高采用本發(fā)明，其大柱有效板段高度＝實(shí)驗(yàn)柱有效板段高度＋再分布器高度。
對直徑為50厘米左右的本發(fā)明柱，再分布器由2塊平分布板〔3〕和2塊旋流分布板〔4〕組成，其板間距為5厘米，則每個再分布器高度為20厘米。篩板〔5〕的結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)柱篩板相同。這樣53厘米直徑柱有效板段＝5×0.3＋2×0.2＝1.9米可見，采用本發(fā)明的柱型放大，其有效板段與實(shí)驗(yàn)時小直徑脈沖篩板柱有效板段高度(1.5米)相近，而采用普通的脈沖篩板萃取柱，需要柱徑為50厘米，有效板段為6米。
權(quán)利要求
1.一種脈沖篩板萃取柱，包括水相和有機(jī)相進(jìn)出口[2.8，9.13]、篩板[5]和兩相分布器[11、12]，其特征是在篩板[5]之間增設(shè)垂直構(gòu)件[6]，每一垂直構(gòu)件的高度等于篩板[5]間的距離，全部垂直構(gòu)件保持同一方位將脈沖篩板柱柱段分割成一系列并聯(lián)的，截面形狀為三角形、四邊形或六邊形的異型管狀小脈沖篩板萃取柱，每一小萃取柱內(nèi)的液體不和其它小萃取柱的液體串通，板段兩端裝有平分布板[3]及旋流分布板[4]構(gòu)成的再分布器。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是垂直構(gòu)件的材料可用碳鋼金屬材料也可用非金屬材料，在一個萃取柱內(nèi)可用同一材料的垂直構(gòu)件，也可以用兩種材料的垂直構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是每一垂直構(gòu)件的高為2～15厘米；其橫截面為三角形、四邊形或六邊形，垂直構(gòu)件上設(shè)有定位孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是再分布器平分布板〔3〕和旋流分布板〔4〕，二種分布板交錯排列，其間距為2～15厘米，分布板的數(shù)目根據(jù)柱徑?jīng)Q定。
專利摘要
列管式脈沖篩板萃取柱，適用于各種液-液萃取化工單元操作，其特征是在萃取柱內(nèi)增設(shè)垂直構(gòu)件，將大直徑脈沖篩板萃取柱分割成一系列小截面的脈沖篩板萃取柱。兩端設(shè)置再分布器。采用本柱型傳質(zhì)單元高度低，且可從小實(shí)驗(yàn)結(jié)果一步放大至工業(yè)規(guī)模，具有投資少效率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B01D11/04GK86207618SQ86207618
公開日1987年12月9日 申請日期1986年10月27日
發(fā)明者毛宗強(qiáng), 孫世仁 申請人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan