[發明專利]一種多參數分段優化的新型轉盤萃取塔

在審

• 申請號: 201710093717.9
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106621459A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 王運東;費維揚;靖宇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01D11/04
• 分類號: B01D11/04
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司11315
• 代理人: 許志勇

技術領域

本發明涉及萃取分離設備技術領域，具體是一種多參數分段優化的新型轉盤萃取塔。

背景技術

轉盤萃取塔具有結構簡單，操作穩定、處理能力大，投資小及安裝維修方便等特點，因此在石油煉制和化學工業中得到了廣泛應用。

轉盤萃取塔自從其本世紀50年代問世以來，一直在石油及化學工業中得到了廣泛的應用。影響轉盤萃取塔傳質的主要因素是分散相存留分數和軸向返混。轉盤萃取塔在進行工業放大時，由于軸向返混而使75～90％的塔高用于補償軸向返混帶來的傳質推動力的降低。在萃取柱中連續相內的軸向返混被認為是由以下幾種因素中的一個或幾個而引起的[1-2]：1)由于流體和流體攪拌而引起的渦流擴散；2)徑向速度分布；3)分散相液滴尾流內連續相的夾帶；4)分散相液滴流動引起的渦流。但具體造成返混的因素、來源、影響程度以及影響區域研究的還很不充分。

計算流體力學(CFD)是一門發展迅速的前沿學科，它在航天及汽車工業中的應用取得了巨大的成功。在化工領域的運用也在迅速發展。Weiss等人通過計算流體力學的方法理論計算了轉盤塔(直徑為150mm)內的流場，研究了塔內流體流動的流型。他們指出基于動量方程的模型可以為萃取塔的設計和操作提供有用的工具。Bart等人則對轉盤萃取塔內單相和兩相流體流動規律進行了深入的研究。他們指出，充分的徑向動量傳遞是保證傳質過程中設備體積的有效利用的充分條件。如果設備的幾何結構不能保證這種徑向的動量把計算流體力學方法用于萃取設備的優化設計，參數選擇等具有重要的學術價值和應用前景。因此從塔內流體的流場測量入手，研究流體流動特性及塔的放大效應，探討影響塔操作的主要因素，運用計算流體力學方法進行流場的數學模擬，對于改進現有轉盤塔及建立新的轉盤塔優化設計方法都有十分重要的意義。

清華大學化學工程聯合國家重點實驗室長期從事轉盤萃取塔的流體力學和傳質研究。利用一維激光多譜勒儀測量了轉盤萃取塔內在各種操作條件下單相流動(連續相)的速度場。結果發現，轉盤萃取塔內的流型在有無流動狀態下相差很大(圖2、3)。同時也證實了影響轉盤塔傳質性能主要是級間的軸向返混和溝流這一推斷。

為了消除轉盤塔內的級間返混，提高傳質效率，清華大學萃取實驗室發明了新型轉盤萃取塔(費維揚，王運東.一種裝有級間轉動擋板的轉盤萃取塔，中國發明專利，ZL99106151.9,2009)，即在轉盤塔內的固定環平面增加篩孔擋板以抑制軸向返混，提高傳質效率。從速度場的測量和計算流體力學模擬的結果來看，增加篩孔擋板后有效地抑制了級間的軸向返混，同時級內的混合強度增加，有利于轉盤塔內兩相間的傳質。

盡管轉盤塔在小塔徑時，其傳質效率較高,但工業規模的轉盤塔由于石油化工體系復雜，設備規模龐大，塔內的兩相流體力學和傳質過程極為復雜，軸向返混嚴重,其傳質效率非常低。另一方面，隨著對產品質量要求的提高和進料組成變化等原因，為保證產品質量所需的溶劑比急劇升高，影響了裝置的處理能力和經濟技術指標。對一些生產裝置的標定表明，轉盤萃取塔僅相當于3～4個理論級，而且普遍存在轉盤萃取塔轉與不轉一樣的問題。

從基本規律出發，深入研究液液兩相流體流動特性進而指導工業放大設計是國內外化學工程界研究的熱點。國外已有研究轉盤萃取塔內流體流動規律的報道，但如何改進轉盤萃取塔目前存在的問題尚無報道。

我國石化企業的萃取設備與國際先進水平尚有一定差距。清華大學化學工程聯合國家重點實驗室是我國主要的萃取研究基地。在國家和行業部門的大力支持下，與有關單位密切合作，開展了萃取設備內的應用基礎研究，解決了一批關鍵技術問題，完成了數十項技術改造，都取得了成功，經濟效益和社會效益顯著。但目前仍有大量研究工作急需進行。

從塔內流場測量入手，研究流體流動特性及塔的放大效應，探討影響塔操作的主要因素，運用計算流體力學方法進行流場的數學模擬，對改進現有轉盤塔及建立新的轉盤他優化設計方法都有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多參數分段優化的新型轉盤萃取塔，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：