塔式萃取设备的研究综述.pdf

第52卷第1期
化工设写?道
2015年2月
PROCESS EQUIPMENT& PIPING
Feb.2015
缐选
塔式萃取设备的研究综述
牛卿乗,王送东,费维あ
(清华大学化学工程国家重点实验室,北京100084)
摘要:塔式萃取设备由于其密闭性好、处理能力大、适用范围广以及占地面积小等优点,广泛应用于液
液萃取分离过程,并且得到了广泛的研究和发展。文章综述了近年来塔式萃取设备最新的研究进展,并
对应用較广泛的填料萃取塔、振动筛板塔、脉冲萃取塔以及机槭搅拌萃取塔的研究进行了详细介绍,
同时介绍了各类塔式萃取设备实验与CFD模拟相结合的研究概况。浅析了未来萃取设备技术研究和发
展的方向。
关键词:填料萃取塔:振动筛板塔:机械搅拌萃取塔:脉冲萃取塔;CFD模拟
中图分类号:TQ053.5:TH17
文献标识码:A
文章编号:1009-3281(2015)01-0001-006
19世纪末, Nernst提出了著名的 Nemst分配定1.1阶梯短环(CMR)填料
律,从而为液液萃取的发展提供了最早的理论基础。
阶梯短环是由美国 Glistch公司发明的一种散
随着核工业技术的发展,液液萃取技术得到了广泛研装填料,它最大的特点是将高径比从原来阶梯环的0.5
究和发展,至今依然广泛应用于化工、制药、环保以降低到阶梯短环的0.3,如图1所示。实验表明:高
及能源等领域。
径比对于传质效率的影响很大,其中越小的高径比具
在液液萃取领域里,需要综合考虑各种因素,有越高的传质效率。因此,由于生产制造的规格和
诸如分离要求、成本预算以及设备维修难易程度来种类很多,阶梯短环在工业上应用相当广泛,比如地
选择合适的萃取设备?。塔式萃取设备具有密闭性下水净化等。
好、处理能力大、适用体系广以及占地面积小等优点,
直广泛应用于液液萃取领域。因此,本文将针对近
年来塔式萃取设备的技术发展加以讨论。
由于塔式萃取设备的种类很多,本文将就工业
上应用较广泛的几类塔式萃取设备进行讨论,分别是
填料萃取塔、振动筛板塔、机械搅拌萃取塔以及脉冲
萃取塔。
1填料萃取塔
图1阶梯短环〈CMR)
Fig. I cascade mini-ring(CMR)
塔填料是填料塔中最重要的塔内构件,对于传1.2 IMPAC填料
质效率的好坏具有决定性影响。选择合适的塔填料能
IMIPAC填料是由美国 Lantcskan公司发明,其
够有效増加两相接触面积、减小轴向混合从而能够大结构可以看做是由几个 Intalox填料合并而成,既有
幅提高传质效率和塔的处理能力吲。因此,人们对于规整填料的特性也有散装填料的优点。由于 IMPAC
塔填料进行了广泛深人的研究,发明了各种新型高效
填料并应用于工业生产中。塔填料分为散装填料和规收稿目期:20140924
整填料两种,种类繁多,本文仅就几种典型填料进行
基金项目:国家重点基础研究计划(973)课题(2012CBA01203)。
作者简介:牛卿霖(1989-),男,湖北荆州人,硬土研究生。主
讨论。
要从事稀土分离研究。
万方数据
化エ设写道
第52卷第1期
填料结构的独特性,使得它不仅具有环形结构高通量填料的结构在QH-1型填料的基础上有了进一步的优
的优点,还具有鞍型结构良好的分布性能以及较低化和改进,使得其性能在QH-1型填料的基础上有更
的高径比。使用该种填料的填料萃取塔的通量相较使进一步的提高,它由开有矩形窗口的扁环和与矩形窗
用一般散装填料的填料萃取塔的通量提高15%以上:口的两条短边相连的内弯弧形筋片组成。
该填料无翻边和多翅片的设计使其能够有效避免汽
在上述两种超级扁环的基础上,费维扬等人
液滯留而且自分布性能优良; IMPAC填料具有高比乂发明了带有加强筋和锯齿形窗口的内會弧形筋
表面积的优点,从而使用其作为填料时比使用一般片扁环,如图4所示。该超级扁环具有更高的空
散装和规整填料的填料萃取塔的传质单元高度降低隙率和更小的堆比重:此外,加强筋能显著提高
20%以
填料强度,从而在制造填料时可以选择更少的材
1.3超级扁环(SMR)填料
料进行加工从而降低成本。最后,新型的矩形窗
由清华大学研制的内弯弧形筋片扁环填料η和口和筋片上的锯齿形可以加强连续相的湍流,同
挠性梅花扁环填料,如图2和图3所示。该类时使分散相具有更为均匀的液滴平均直径,有效
型填料采用独特的内弯弧形结构和极低的高径比提高填料塔的传质效率
(0.2-0.3)设计,能够有效促进塔内液滴分散一聚合一
再分散的循环此外,虽然SMR填料是一种散装填料,
但是依然能够在塔内堆放时表现出一定的序列性,使
得阻力降能够有效降低。因此,该种填料的发明和使
用能够大大提高塔的处理能力和传质效率
图4带有加强筋和锯齿形窗口的内弯弧形筋片扁环
(QH-3)
Fig4 QH-3 packing
2振动筛板塔
振动筛板塔最早由Kar等人?于1959年发
图2内弯弧形筋片扁环(QH-1)
Fig 2 QH-1 packing
明,由于其除具有塔式萃取设备的一些优点外,
还具有处理含固体颗粒和易乳化体系的特点,目
前已广泛应用于生物制药、石油化T.以及废水处
理等领域
为了解决在振动筛板萃取塔体系中运用功率更
大、转速更高但质量更大的驱动装置的局限性,住
友重机械工业株式会社的研究人员 Koichiro等
将用于支撑驱动装置的支架制作成喇叭形状(见图
5),从而使其底部面积扩大至与萃取塔横截面积相
图3挠性梅花扁环(QH-2)
同,这样其底端边缘正好与萃取塔的侧壁重合;同
Fig 3 QH-2 packing
时通过法兰将支撑架固定在在萃取塔顶端,这样驱
在与鲍尔环、拉西环等填料的填料塔萃取对比动装置的载荷就能通过顶盖法兰转移到萃取塔的侧
实验中发现,QH-1型填料表现出更加优越的性能,壁上,从而能够降低顶盖的振动能耗以及提高驱动
能够使塔的传质效率提高20%以上川。而QH-2型装置的能量输出效率
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