[发明专利]一种塔式萃取设备及塔萃取工艺方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于化工分离中的萃取技术领域，具体涉及一种塔式萃取设 备及塔萃取工艺方法和应用。

背景技术

工业中较广泛的运用溶剂萃取法分离出所需要的物质。溶剂萃取法的原 理是由萃取剂、稀释剂、溶剂混合均匀作为有机相，将有机相和水相相互混 合，水相中要分离出的物质进入有机相后，再通过水相和有机相的两相密度 差而分离开。由于可以根据分离对象和要求而选择合适的萃取剂和萃取设备， 因此，溶剂萃取取法具有可操作性强、选择性高、分离效果明显、易于实现 规模化生产、成本可控、操作简单方便等优点。正因为溶剂萃取法的这些诸 多优点，使溶剂萃取技术在众多领域得以发展和应用，特别是在冶金领域， 同时，越来越多的液液萃取设备也相继被开发出来，常用的液液萃取设备有 混合澄清槽、离心萃取器、塔式萃取器和膜萃取器，其中塔式萃取设备根据 其结构功能不同，又分为填料塔、筛板塔、脉冲塔等。这几种常用的液液萃 取设备各有其优缺点。

混合澄清槽是最早使用且目前仍被广泛应用的溶剂萃取设备。该装置具 有结构简单，操作可靠，流比范围大，处理量大，级效率高，能耗低，放大 简单，适应性强等优点。混合澄清槽设备是一种逐级接触式萃取设备，在每 一级设备内互不相溶的两种液相都会进行搅拌混合和澄清分相两个过程，从 而实现目标溶质在不同液相间的传质与分离。因此，混合澄清槽设备主要由 混合室和澄清室组成，在混合室中，通过搅拌装置实现原料液和萃取剂的充 分混合，通过充分搅拌，使其中一相破碎成液滴形式而分散于另一相中，以 增加两相的接触面积，从而提高传质速率。经过充分混合的两相混合体系在 混合室内达到平衡后进入澄清室，通过两相的密度差而实现两相分离。但是， 由于工业化生产过程中处理量较大，混合澄清槽需要平行放大放置，因此占 地面积较大，混合澄清槽中的物料存留量较大，且对于某些体系，混合破碎 速率和凝并速率差异大，每级均需要设置搅拌装置和物料输送泵，增加了设 备成本和控制难度等缺点。

离心萃取器是利用离心力实现液液两相萃取和分离的高效萃取设备。该 设备可以实现液液两相混合传质、反应、萃取、洗涤、分离等多种功能。离 心萃取器与传统的箱式和塔式萃取设备相比，级存留时间短、分相迅速、流 比范围宽；通过调换堰板和变频调速可满足不同密度、不同粘度的液体物料， 因此适应性强；离心萃取器相平衡建立快，易于实现单级或多级串联逆流或 错流洗涤和萃取，因此萃取效率高；且离心萃取机机内容积小，溶剂存留量 小，萃取剂或洗涤剂耗用最小，因此节省投资费用和溶剂的回收再生费用。 但是，离心萃取器存在设备结构复杂、加工要求精度高、制造成本昂贵、维 修不方便等缺点。

塔式萃取器是垂直安装的萃取设备，多为圆柱形。轻相自塔底进入，由 塔顶溢出，重相自塔顶加入，由塔底流出，两者在塔内做逆向流动，其中一 相为分散相，另一相为连续相，分散相以滴状分散在连续相中，以增大接触 面积，有利于传质。塔的中部是工作段，上下两端为分离段，分别用于分散 相液滴的凝聚分相以及连续相夹带的微细液滴的沉降分离。按照产生分散相 的方法不同，萃取塔可以分为3中类型：无动力、塔自身具有动力、工作液 体具有动能。

填料塔是无动力型萃取塔，这种塔在塔体内外没有外加动力，液体依靠 自身的能量和填料的相互作用而分散和混合。填充塔由塔体、填料、填料的 压板和支撑板、液体分布器等组成。填料时填料塔的基本够件，单位体积填 料层所具有的表面积，即表面积应尽可能大，以提高分散液体的能力；孔隙 率，即填料层内空隙所占的体积应该比较大，能够促进液滴的多次凝聚和分 散，使传质表面不断更新，增强液滴湍流，并减少两相轴向返混。喷淋塔和 和筛板塔也可归于这个类型。填料塔操作范围小，对液体负荷的变化特别敏 感。当液体负荷较小时，填料表面不能很好地润湿，传质效果急剧下降，当 液体负荷过大时，容易产生液泛，且不易处理含固体悬浮物的物料，填料塔 适用于易起泡物系和腐蚀性物系。