采用滴膜交替流动过程的新型萃取工艺及采用的组合式规整填料

摘要

本发明涉及一种采用滴膜交替流动过程的新型萃取用组合式规整填料，采用不同结构的填料单元交替放置，一种为产生液滴流动的液滴填料，一种为产生液膜流动的液膜填料。液滴填料是网架填料；网架填料由若干个单片网架组成。液膜填料是筛孔网板波纹规整填料；筛孔网板波纹规整填料由若干个单片筛孔网板波纹片组成。该组合式填料可以使分散相呈现液滴－液膜－液滴－液膜的滴膜交替流动，显著提高分散相液滴的聚并－破碎频率，强化分散相液滴的表面更新速率，加强流体界面湍动程度，而且分散相破碎为较小的液滴后能提供较大的相间接触面积，从而提高传质效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用滴膜交替流动过程的新型萃取用组合式规整填料，属于化工萃取单元操作过程用于传质的塔内填料的改进。

背景技术

液液萃取是石油、化工行业中常用一种用于物系分离的传统的单元操作。目前用于工业萃取的填料主要分为两种，其一为规整填料，如蜂窝型格栅填料、金属孔板波纹填料等，其优点是孔隙率大，不但对分散相起到良好的切割破碎的作用，而且还有聚合导流作用，使分散相表面更新较快，缺点是分散相在填料内的流动主要为贴近壁面的膜状，因此传质面积有限，从而导致分离效率不高；其二是散堆填料，如拉西环，鲍尔环等，其优点是比表面积大，单位体积填料可以提供更大的相间接触传质面积，使分散相液滴表面更新速率加快，提高相间传质推动力，从而强化了传质，此外，散堆填料减少了轴向返混，也可以提高传质效率。但是目前工业上应用的萃取用散堆填料，大部分为实体填料，如拉西环、鲍尔环等，使得分散相液滴的表面更新频率仍然不是很高，因而传质效率不是很高。因此，如何通过改变填料结构，使其既能提高分散相液滴的表面更新频率，又能提供比较大的相间接触面积，从而显著提高液液萃取的传质效率是一个重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用滴膜交替流动过程的新型萃取用组合式规整填料，该组合式填料可以使分散相呈现液滴-液膜-液滴-液膜……的滴膜交替流动，显著提高分散相液滴的聚并-破碎频率，强化分散相液滴的表面更新速率，加强流体界面湍动程度，而且分散相破碎为较小的液滴后能提供较大的相间接触面积，从而提高传质效率。

本发明是通过下述技术方案加以实现的：

一种采用滴膜交替流动过程的方法，是萃取采用不同结构的填料单元交替放置，一种为产生液滴流动的液滴填料，一种为产生液膜流动的液膜填料。

通常使用的液滴填料是网架填料；网架填料由若干个单片网架组成，相邻两片网架的波纹通道方向相互交错呈15°～90°，并且波纹形成的通道与垂直方向呈10°～45°，高为30mm～100mm。图1为单片网架结构示意图，图2为两片网架的连接方式示意图，采用焊接方式连接。

通常使用的液膜填料是筛孔网板波纹规整填料；筛孔网板波纹规整填料由若干个单片筛孔网板波纹片组成，相邻两片波纹板的波纹通道方向相互交错呈15°～90°，并且波纹形成的通道与垂直方向呈10°～45°，高为30mm～100mm。图3为单片筛孔网板波纹结构示意图，图4为筛孔网板波纹规整填料结构示意图。

两种填料的初始放置顺序可以任意选择。

本发明的优点在于：采用组合式填料，在填料液滴流动的区域内，分散相以一定的速度与网架填料比较锋利的棱角发生接触和碰撞时，直径较大的油滴能有效地被切割成直径较小的油滴，相间接触面积增大，当液滴进入液膜流动的区域内时，分散相油滴碰撞并接触到亲油性波纹板填料的表面，油滴聚并为很薄的液膜向上流动，分散相表面更新，向上流动的油相液膜到达波纹板上端时，又破碎为油滴向上运动，即呈现液滴-液膜-液滴-液膜……的滴膜交替流动，显著提高分散相液滴的聚并-破碎频率，强化分散相液滴的表面更新速率，加强流体界面湍动程度，从而提高传质效率。

附图说明

图1：液滴填料中单片网架结构示意图；

图2：两片网架的连接方式示意图；

图3：液膜填料中单片筛孔网板波纹结构示意图；

图4：筛孔网板波纹规整填料结构示意图；

图5：本发明实施例示意图。

具体实施方式

为了对本发明作进一步的详细说明，下面结合附图5对本发明作进一步的详细说明：

现以塔直径为150mm、填料段高度1200mm的填料萃取塔，对本发明加以详细说明，如图5所示，塔体从塔顶到塔底依次为：澄清段，内设轻相出口6；重相入口7；萃取段，内设若干块筛孔网板波纹规整填料填料4和网架填料5，二者交替放置，最下层为网架填料；沉降段，内设轻相分布器8和放液口9，分布器采用碰淋头式压力型，放液口位于塔底。轻相进口管路通过磁力驱动离心泵与油相储罐相连，重相进口管路直接与自来水管相连。

其中网架填料由若干个单片网架组成，相邻两片网架的波纹通道方向相互交错呈15°～90°，并且波纹形成的通道与垂直方向呈10°～45°，高为30mm～100mm。图1为单片网架结构示意图，图2为两片网架的连接方式示意图，采用焊接方式连接。

使用的液膜填料是筛孔网板波纹规整填料；筛孔网板波纹规整填料由若干个单片筛孔网板波纹片组成，相邻两片波纹板的波纹通道方向相互交错呈15°～90°，并且波纹形成的通道与垂直方向呈10°～45°，高为30mm～100mm。图3为单片筛孔网板波纹结构示意图，图4为筛孔网板波纹规整填料结构示意图。

两种填料的初始放置顺序可以任意选择。

我们对传统萃取塔和新型萃取塔分别进行了萃取模拟实验，实验采用水萃取煤油(含30％磷酸三丁酯)中的醋酸，过程如下：在常温下将自来水从规整填料萃取塔塔顶经水相分布器7打入塔内，并使水相液面略低于轻相出口，然后用油泵将油相从油相储罐经油相分布器8打入塔内，水相和油相在塔内逆向流动，在萃取段进行两相传质，其中水相为连续相，油相为分散相。油相液滴经过网架填料后被打碎为液滴向上运动，又在波纹板填料上铺展成膜，呈现滴膜交替流动，传质界面不断更新，使醋酸被从油相萃取到水相，实现了液液高效传质。油相液滴在塔顶部澄清段聚集并通过油相出口6回到油储槽，水相从塔底底阀9排出。醋酸通过蠕动泵打入煤油-醋酸混合器，混合器中装有填料，可以使排出的煤油与补充的醋酸混合均匀，并通过管路打循环，使二者更加均匀的混合。通过分析油水两相的进出口浓度定量计算萃取效率。

实验发现，在相同的操作条件下，采用单一规整填料，表观传质单元高度为0.45m，采用组合式填料，表观传质单元高度为0.38m。改变最下层放置的填料单元类型，可以获得类似的结果。可以看出，采用组合式填料的萃取塔较传统的萃取塔的传质效率有了较大的提高。