[发明专利]液-液萃取系统以及用于其使用的工艺

说明书

背景技术

本发明涉及液-液萃取系统。本发明还涉及用于使用所述系统的工艺和所述系统的用途或工艺，其使用在从有机流移走芳香族化合物中，在处理精炼厂的油类流中，或者在具有不同粘性、相似密度或低界面张力的至少两种给料流的液-液萃取工艺中。

液-液萃取（其也称作溶剂萃取和分离）是根据两种不同的不混溶液体（通常是水和有机溶剂）中其相对的溶解性来分离化合物的方法。从一种液相中萃取物质进入另一种物质是萃取，且在例如化学反应之后的分离净化试验中来分离和提纯产品中或者在多种或工业工艺中从废料或副产品流移走有价值的或者危险的成分中是实用的。萃取的物质可以本质上是无机的（例如金属）或有机的（例如精细化学物质）。因此，液-液萃取具有广泛的应用，包括精细有机化合物的生产、香料的加工、核的回收、矿石加工、石化产品的生产以及植物油和生物柴油的生产，以及许多其它工业。一些特定的应用包括芳烃的回收、均相催化剂的回收、青霉素制造、铀和铍的回收、润滑油萃取、从水相废水中移除苯酚以及从水相流萃取酸。

在通常的工业应用中，工艺将使用其中溶质从水相转移至有机相的萃取步骤。通常，随后的擦洗阶段使用在从有机相移除不期望的溶质中，以及然后所希望的溶质在汽提阶段中从有机相中移走。然后有机相可以被处理来使其准备好用于再次使用，例如，通过冲洗其以移除任何降解产物或其它不期望的污染物。

由于在逆流流动的路径上方维持缓慢倾斜的微分，逆流液-液萃取工艺在获得高水平的质量传递中是尤其有用的。例如，工业工艺塔通常使用逆流液体萃取系统，其中液体持续流动逆流地穿过一个或更多个室或者塔。室或塔可具有特别设计的设备安装在其中，例如用于影响液体的物理性质（例如微滴尺寸）的搅拌器和用于阻隔液体的直接流的塔填料。填料还在较轻的上升液体与较重的下降液体之间提供增加的接触，且更好的接触意味着更高效率的质量传递工艺。

液-液工艺塔和其塔通常构造来提供较重的液体从塔的上部部分的下行流和较轻的液体从塔的下部部分的上行流。通常期望来提供供应有效的质量传递或液-液接触的设备和方法，使得流体的接触能够以通过最小尺寸的给定区域的最小的压降来完成。因此，在液-液萃取操作中高效率和低压降是重要的设计准则。用于液-液接触的足够的表面积对于减少或消除存在于较轻的上行液体中的较重液体夹带是必需的。最通常的，对于塔中的规整填料阵列而言在其水平面和垂直平面两者中具有足够的表面积是必需的，使得部分重的成分被引导向下，且允许较轻的液体来向上以最小的阻力上升穿过填料。通过此类设备，给料的重的和轻的成分分别在塔的底部和顶部处被回收。

逆流液-液萃取塔可以是被动的或静态的填料塔。静态填料塔通常完全依赖于填料/内部构件以及经过内部构件以产生涡流和液滴的流体流速率。其提供下列优点：（1）以大直径的可用性用于非常高的生产率，（2）没有运动部件和相关联的密封的简单操作，（3）仅需要控制一个操作界面，以及（4）与混合澄清器设备相比需要相对小的占地面积。但是通常对于获得水相质量传递需要高流动。此类的被动塔忍受的限制在于，在液体之间发生非常少的接触中会发生沟流。另一个问题在于，仅第一液相的通常相对少和大的液滴在被动塔中在第二连续液相中被分散相对短的时间周期。由此与被动的或静态的塔相关联的是相对低程度的混合，且由此减小质量传递和阶段效率。因此，静态萃取塔的应用通常限于那些涉及低粘性（小于约5cP），低至中等界面张力（通常3-20dyn/cm，等于0.003-0.02 N/m），在相之间的低至中等密度差异，以及不超过3-5个平衡阶段。

静态萃取塔的低质量传递效率，尤其对于具有中等至高界面张力或密度差异的系统而言，可以通过机械搅拌或者使液-液分散在塔内跳动以更好地控制液滴尺寸和群体密度（分散相滞留）来改善。已经提出了许多不同类型的机械搅拌萃取塔。更常见的类型包括各种旋转叶轮塔，以及旋转盘接触器或者脉冲塔，例如往复板式塔。与静态萃取塔相反，搅拌萃取塔非常适合于具有中等至高界面张力的系统，且能够产生中等生产率。

尽管如此，来在搅拌萃取塔中提供正好合适量的混合是重要的。在萃取期间更高的搅拌（更多混合）使质量传递阻力最小，但是有助于形成小且难以沉淀的液滴或乳状液，且由此引起工艺中的夹带现象或“溢流现象”。在设计液-液萃取工艺时，通常目标在于来产生不稳定的分散，其在萃取期间提供合理高的界面面积用于良好的质量传递，且还是容易被打破的以允许在萃取之后的快速的液-液相分离。因此，在搅拌后不利的是随后需要非常长的沉淀时间以便于分离这些相。