[發(fā)明專利]一種多段氣提的塔式混合澄清萃取裝置及萃取方法

有效

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• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102743896A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃焜;劉會洲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: B01D11/04
• 分類號: B01D11/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 梁曉霏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工分離中的萃取技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種塔式混合澄清萃取裝置及方法，特別是涉及一種多段氣提的塔式混合澄清萃取裝置及方法。

背景技術(shù)

液-液萃取是一種重要的化工分離技術(shù)，具有分離效率高、物料適應(yīng)性強、能耗低、易于操作、可實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點，在濕法冶金、石油化工、新能源、生物醫(yī)藥、環(huán)境工程、天然產(chǎn)物提取、新材料制備等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，分離對象的日趨復(fù)雜，對萃取設(shè)備也提出了越來越高的要求。

傳統(tǒng)的液-液兩相萃取裝置因具體使用目的的不同，可分為三大類：混合澄清萃取槽、塔式或柱式萃取器、離心萃取器。根據(jù)操作方式的不同，又可分為兩類：逐級接觸式萃取設(shè)備和連續(xù)微分接觸式萃取設(shè)備（《液液萃取過程和設(shè)備》，費維揚等，北京：原子能出版社，1993年）。

塔式或柱式萃取器最大的優(yōu)點在于物料流動通量大，處理能力高，相對于混合和澄清相分離做平面展開的混合澄清萃取槽而言，空間利用率高，占地面積小，且可以實現(xiàn)密閉甚至帶壓操作。但是，由于塔操作時兩相的混合傳質(zhì)過程在垂直方向上進行，兩相濃度從上到下連續(xù)變化，若流速控制不好，極易造成液泛或軸向返混，而且常常因相傳質(zhì)還未達到真正平衡或相分離尚未徹底就排出塔外，降低了分離效率。因此，塔式或柱式萃取器的級效率較低，往往需要依靠增加塔或柱的高度來補償使其盡量接近傳質(zhì)相平衡和實現(xiàn)兩相澄清分離，對密度差小的兩相體系或易乳化體系，其操作困難，當(dāng)萃取過程中兩相流比很高的情況更不適用。此外，當(dāng)萃取塔外界輸入能量（攪拌或脈沖）強化湍流時，雖有粉碎液滴和強化傳質(zhì)的作用，但是若攪拌過度，也會使返混加劇。軸向返混對萃取塔的操作性能產(chǎn)生不利影響，不僅降低了傳質(zhì)推動力，而且降低了萃取塔的處理能力。據(jù)估計，對于一些大型的工業(yè)萃取塔，大約有60-75%的高度是用來補償軸向混合的。

混合澄清萃取槽采用的是逐級接觸式萃取操作。液-液兩相的混合和澄清分離有明顯的階段性，混合-澄清-再混合-再澄清……不斷重復(fù)循環(huán)操作。當(dāng)兩相液流進行錯流或逆流連續(xù)接觸時，在每一級萃取槽內(nèi)均完成兩相混合與澄清相分離兩個步驟，級效率高。多級串聯(lián)連續(xù)萃取操作時，級數(shù)可變，且操作彈性好。由于其物料適應(yīng)性強，在較寬的相比或流比范圍內(nèi)均可穩(wěn)定操作，設(shè)備制造簡單，容易放大，可靠性高，是目前使用最多的萃取分離裝置之一。一般地，混合澄清萃取槽由混合室和澄清室兩部分組成。混合室中安裝有攪拌裝置或脈沖裝置，目的是使互不相溶的兩相液體充分混合，將某一液相作為分散相分散到另一連續(xù)的液相中。攪拌過程可促進分散相液滴的破碎，加快液滴表面更新速度，加大傳質(zhì)面積，從而加快被萃物質(zhì)在分散相和連續(xù)相的兩相界面間傳質(zhì)分配速度。兩相流體在混合室內(nèi)完成相間傳質(zhì)達到平衡后，進入澄清室進行相分離。澄清室的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以很靈活，一般采用平面展開方式，目的是為了獲得較大的沉降面積，有利于分散相液滴在澄清室內(nèi)盡快聚并成一連續(xù)的新相，利用兩個宏觀液相間密度差實現(xiàn)重力沉降相分離，因此澄清室的尺寸一般較混合室大很多。通常地，混合澄清萃取槽內(nèi)混合和澄清這兩個過程互相制約，難于同時兼顧。萃取時的混合過程需要較小的液滴及較大的湍流，而分離時的澄清過程則希望分散的液滴盡快聚并，流場需盡可能平穩(wěn)。為了強化萃取過程傳質(zhì)，常常需要加強攪拌、延長混合室內(nèi)相接觸時間，但這又造成后續(xù)澄清及相分離過程的壓力，兩者的矛盾始終沒有得到根本解決。特別對于一些易乳化體系或粘度較大的體系，過度的攪拌混合導(dǎo)致兩相澄清分離困難，在澄清室內(nèi)來不及完成兩相分離而產(chǎn)生相夾帶損失等。為了解決這一問題，現(xiàn)有混合澄清萃取槽只能依靠盡量增加澄清室的沉降面積，延長澄清時間等，但這樣做又造成占地面積過大，澄清室內(nèi)溶劑滯存量過大，運行成本高等問題。