塔式萃取设备的研究综述.pdf

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1、第52卷第l期2015年2月化工设置与誓遵PROCESSEQUIPMENT&PI】’ING、，01．52No．1Feb．2015·综述·塔式萃取设备的研究综述牛卿霖，王运东，费维扬(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，并对应用较广泛的填料萃取塔、振动筛板塔、脉冲萃取塔以及机械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

2、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：1009．328l(2015)01．0001．00619世纪末，Nemst提出了著名的Nemst分配定律，从而为液液萃取的发展提供了最早的理论基础。随着核工业技术的发展，液液萃取技术得到了广泛研究和发展，至今依然广泛应用于化工、制药、环保以及能源等领域。在液液萃取领域里，需要综合考虑各种因素，诸如分离要求、成本预算以及设备维修难易程度来选择合适的萃取设备”之】。塔式萃取设备具有密闭性好、处理能力大、适用体系广以及占

3、地面积小等优点，一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填料萃取塔塔填料是填料塔中最重要的塔内构件，对于传质效率的好坏具有决定性影响。选择合适的塔填料能够有效增加两相接触面积、减小轴向混合从而能够大幅提高传质效率和塔的处理能力口】。因此，人们对于塔填料进行了广泛深入的研究，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整填料两种，种类繁多，本文仅就几种典型填料进行讨论。

4、1．1阶梯短环(CMR)填料阶梯短环H是由美国Glistch公司发明的一种散装填料，它最大的特点是将高径比从原来阶梯环的0．5降低到阶梯短环的0．3，如图l所示。实验表明：高径比对于传质效率的影响很大，其中越小的高径比具有越高的传质效率巧】。因此，由于生产制造的规格和种类很多，阶梯短环在工业上应用相当广泛，比如地下水净化等。图1阶梯短环(CMR)F唔1cascademini-咖g(cMR)1．2IMPAC填料16lI咖PAC填料是由美国Lantcsk蛐公司发明，其结构可以看做是由几个Intalox填料合并而成，既有规整填料的特性也有散装填料的优点。由于I蛐PAC收稿日

5、期：2014．09．24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(1989一)，男，湖北荆州人，硕士研究生。主要从事稀土分离研究。化工设置与■啦第52卷第l期填料结构的独特性，使得它不仅具有环形结构高通量的优点，还具有鞍型结构良好的分布性能以及较低的高径比。使用该种填料的填料萃取塔的通量相较使用一般散装填料的填料萃取塔的通量提高15％以上；该填料无翻边和多翅片的设计使其能够有效避免汽液滞留而且自分布性能优良；IMPAC填料具有高比表面积的优点，从而使用其作为填料时比使用一般散装和规整填料的填料萃取塔的传质单元高度降低2

6、0％以上。1．3超级扁环(SMR)填料由清华大学研制的内弯弧形筋片扁环填料f_”和挠性梅花扁环填料【8】，如图2和图3所示。该类型填料采用独特的内弯弧形结构和极低的高径比(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2内弯弧形筋片扁环(QH-1)Fig．2QH—lpacking图3挠性梅花扁环(QH-2)Fig．3QH一2packing在与鲍尔环、拉西环等填料的填料塔萃取对比实验中

7、发现，QH．1型填料表现出更加优越的性能，能够使塔的传质效率提高20％以上川。而QH一2型填料的结构在QH．1型填料的基础上有了进一步的优化和改进，使得其性能在QH．1型填料的基础上有更进一步的提高，它由开有矩形窗口的扁环和与矩形窗口的两条短边相连的内弯弧形筋片组成。在上述两种超级扁环的基础上，费维扬等人又发明了带有加强筋和锯齿形窗口的内弯弧形筋片扁环[9】，如图4所示。该超级扁环具有更高的空隙率和更小的堆比重：此外，加强筋能显著提高填料强度，从而在制造填料时可以选择更少的材料进行加工从而降低成本。最后，新型的矩形窗口和筋片上的锯齿形可以加强连续相的