專利名稱：具有中心進料入口的液-液萃取塔和方法
具有中心進料入口的液-液萃取塔和方法
背景技術：
I.發(fā)明領域本發(fā)明涉及液-液萃取塔及其操作方法。如本文所用，詞語“塔”和“柱”可互換使用。2.相關領域描述液-液萃取涉及將質量從一種液相轉移至另一種不混溶液相。如本文所定義進料”是供往萃取塔的具有要分離的組分的液體，并且可具有作為主要組分的進料溶劑和作 為次要組分的一種或多種溶質。如本文所定義，“萃取溶劑”是加入塔中以用于從進料中萃取一種或多種溶質的不混溶的液體。如本文所定義，“萃取物”是從萃取塔移出的包含萃取溶劑和一種或多種溶質的液體。如本文所定義，“萃余液”是從萃取塔移出的主要包含進料溶劑的液體；它是已移出一種或多種溶質后的剩余進料液體。圖I是基于Scheibel設計的一種液_液萃取塔的圖示。該一般設計類型的多種版本示于例如美國專利 2，493，265 ;2，850，362 ;和 3，389，970 以及“Perry，s ChemicalEngineers’ Handbook”第七版(Copyright 1997)第 15-40 至 15-42 頁中。將進料引入塔側將形成大規(guī)模循環(huán)，該循環(huán)并無真正的意義，并會在離開萃取塔的假定單相萃取物中混合或夾帶進料。這影響了從萃取塔中移出的萃取物的質量。因此，需要將進料引入塔的改善的方法，使得收集區(qū)域的大規(guī)模循環(huán)得以減少。發(fā)明概沭在一個實施方案中，本發(fā)明涉及液-液萃取塔，所述塔包括至少一個進料入口、至少一個萃取溶劑入口、至少一個萃取物出口和至少一個萃余液出；其中萃取塔還具有多個級段(stages)和用于收集萃取物的區(qū)域；至少一個級段包括具有傳動中心水平葉輪的混合區(qū)域，該葉輪定位在一對具有開口中心的水平環(huán)形覆蓋導流板之間，并且所述葉輪具有中心葉輪板；級段還具有介于所述一對水平環(huán)形覆蓋導流板和塔側之間的開口 ；其中進料入口鄰近中心葉輪板定位。在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及使用萃取溶劑，使用具有至少一個進料入口、至少一個萃取溶劑入口、至少一個萃取物出口和至少一個萃余液出口的液-液萃取塔從進料 中進行萃取物的液-液萃取的方法的改善；并且其中所述塔還具有多個級段和用于收集萃取物的區(qū)域；并且至少一個級段具有包括傳動中心水平葉輪的混合區(qū)域，該葉輪定位在一對具有開口中心的水平環(huán)形覆蓋導流板之間，級段還具有介于所述一對水平環(huán)形覆蓋導流板和塔側之間的開口；所述改善包括鄰近中心葉輪板對稱地引入進料。附圖簡沭圖I是基于Scheibel設計的一種液-液萃取塔的圖不。圖2是塔內萃取物收集區(qū)域的流動情況的圖示。圖3是使用環(huán)型分配器對稱地引入進料的一種裝置的圖示。圖4是在圖3中所示的用于對稱地引入進料的裝置的詳細透視圖。
圖5A和圖5B是利用多根將進料導向塔中心線或導離塔中心線的傾斜開口管而對稱地引入進料的備選裝置類型的圖示。圖6和圖7是利用將進料垂直導向塔中心傳動軸周圍的單根管或多根管而對稱地引入進料的備選裝置類型的圖示。圖8是具有用于鄰近中心葉輪板對稱地引入進料的裝置的液-液萃取塔的圖示，其中萃取物從塔底收集。圖9是具有用于鄰近中心葉輪板對稱地引入進料的裝置的液-液萃取塔的圖示，其中萃取物從塔頂收集。

圖10是圖9的詳圖，其顯示了利用多根將進料垂直導向塔中心傳動軸周圍的管而對稱地引入進料的備選裝置類型。發(fā)明詳沭本發(fā)明涉及液-液萃取塔，所述塔包括至少一個進料入口、至少一個萃取溶劑入口、至少一個萃取物出口和至少一個萃余液出口，并具有多個級段和用于萃取物收集的區(qū)域。萃取塔具有至少一個包括混合區(qū)域的級段，混合區(qū)域具有包括中心葉輪板的傳動中心水平葉輪板，，其中葉輪定位在一對具有開口中心的水平環(huán)形覆蓋導流板之間。級段還具有介于所述一對水平環(huán)形覆蓋導流板和塔側之間的開口。進料入口鄰近中心葉輪板定位。在一個優(yōu)選的實施方案中，進料入口位于收集區(qū)域，使得鄰近中心葉輪板基本上對稱地引入進料，從而減少由于進料被引入塔而引起的收集區(qū)域內的大規(guī)模循環(huán)。 圖I是對基于Scheibel設計的現(xiàn)有技術液_液萃取塔的展不。塔10具有進料入口 11、萃取溶劑入口 12、萃取物出口 14和萃余液出口 15。塔還具有被稱為區(qū)域20的多個級段和被稱為區(qū)域22的多個混合區(qū)域。在萃取塔的任一端均具有收集區(qū)域21。每個混合區(qū)域22均具有水平葉輪23a，水平葉輪23a具有許多連接到葉輪板23b的葉輪片，并定位在由適宜的支撐件24a支撐的一對水平環(huán)形覆蓋導流板24之間，為清楚起見，其中的許多支撐件并未示出。水平葉輪由中心軸25傳動。每個水平覆蓋導流板均具有開口中心26和另一個開口 27，所述開口 27介于導流板和塔側之間。萃取塔還設有多個引導來自塔側的流的環(huán)狀流導流板28。能使用的任選元件是在區(qū)域A、B、或C中使用填料或絲網(wǎng)29 (為清楚起見而并未不出)。圖2是對圖I萃取塔底部收集區(qū)域21的典型現(xiàn)有技術配置的展示，其中進料入口11位于塔側，萃取物出口 14位于塔底。典型的是，經(jīng)進料入口 11從塔側連續(xù)排料至底部收集區(qū)域21，并且萃取物以一種相的形式經(jīng)由萃取物出口 14從塔底連續(xù)移出。排料至塔側會在收集區(qū)域形成不可取的大規(guī)模循環(huán)。較低密度的進料相11立刻開始上升，并如流向箭頭30和31所示，沿著塔側上行。已發(fā)現(xiàn)，由進料傳遞至收集區(qū)域中流體的能量與進料中低密度流體流經(jīng)收集區(qū)域的距離成比例。另外，如果入塔的進料的體積流率較大，則進料入口可具有流向收集區(qū)域中心和水平環(huán)形覆蓋導流板24開口中心26的水平流分量32。如流向箭頭33、34和35所示，向上的和水平的進料流的混合在收集區(qū)域中形成大規(guī)模循環(huán)流。此循環(huán)流并無真正的意義，并會在作為萃取物的第二相中混合和夾帶來自進料的不可取的低密度材料，即小氣泡。這將影響從萃取塔中移出的萃取物的質量。圖2示出了收集區(qū)域位于塔底而萃取物為高密度相的實施方案。在其它實施方案中，相同的原理將適用于圖2的鏡像，其中收集區(qū)域位于塔頂，并且萃取物為低密度相。在任一情況中，不可取的循環(huán)流均在收集區(qū)域中產(chǎn)生混合，并在萃取物的所需相中夾帶不可取的相。在一些實施方案中，進料入口是具有垂直和/或傾斜孔口的噴灑器。圖3示出了為進料11提供進料入口的噴灑器40的一個實施方案。噴灑器40定位在收集區(qū)域中，使得進料被基本上對稱地引入(如流向箭頭41所示)中心葉輪板(未示出)下方和鄰近中心葉輪板的所述一對水平環(huán)形覆蓋導流板24之一的開口中心26中。因進料被引入塔中而造成的在收集區(qū)域中的大規(guī)模循環(huán)得以減少。這基本上在混合區(qū)域22而非收集區(qū)域21中有效地引入進料，并使萃取物14中進料的循環(huán)和夾帶更少。在一些實施方案中，噴灑器40或其它用于鄰近中心葉輪板供料的裝置必須定位在中心軸25周圍或補償中心軸，所述中心軸25傳動位于所述一對水平環(huán)形覆蓋導流板24之間的水平葉輪23。如果需要，噴灑器或其它裝置可定位用于在水平環(huán)形覆蓋導流板的適宜支撐件24a的周圍和/或連接到適宜的支撐件24a。圖4示出了噴灑器40的一個實施方案。在本實施方案中，噴灑器是具有多個狹槽41的圓環(huán)，用于基本上以對稱的方式分配入口流。雖然顯示了多個狹槽，但許多不同的孔口在實用的情況下也可使用。例如，可使用一個連續(xù)的圓形狹槽，或者可用圓形或其它形狀的簡單孔替換狹槽?？卓谀芙?jīng)機器加工或定位以使流基本垂直，或能斜向塔的中心線。作為另外一種選擇，在一個優(yōu)選的實施方案中，孔口能經(jīng)機器加工或定位，以使進料流斜離塔中心線并導向水平葉輪的葉片，而進料入口位于水平環(huán)形導流板開口中心的上方或下方。在此情況下，在一個優(yōu)選的實施方案中，進料流從垂直方向傾斜不超過約80度，同時還鄰近中心葉輪板對稱地被分配。在其它實施方案中，進料流從垂直方向傾斜至少40度，同時還鄰近中心葉輪板對稱地被分配。而且，當圖4中的噴灑器顯示為基本垂直向上地導流時，將為這樣的情況其中收集區(qū)域位于塔底；如果收集區(qū)域位于塔頂，則可使用基本上垂直向下導流的類似噴灑器。如果收集區(qū)域位于塔底，則“鄰近中心葉輪板”是指進料入口位于最近的中心葉輪板下方；而如果收集區(qū)域位于塔頂，則“鄰近中心葉輪板”是指進料入口位于最近的中心葉輪板上方。在一些其它實施方案中，進料入口是對稱地分布于萃取塔中心線周圍的兩根或更多根管。在一些優(yōu)選的實施方案中，兩根或更多根垂直取向的管朝向塔中心線或混合區(qū)域的水平葉輪片傾斜或彎曲。圖5A和圖5B是對由多根用于對稱提供進料的傾斜或彎曲管制成的此類裝置的圖示。裝置50具有至少兩根將進料流導向水平環(huán)形導流板開口中心正中位置的管。裝置55具有至少兩根將進料流導離水平環(huán)形導流板開口中心正中位置，但仍引導到該開口中心的彎管。為清楚起見，它們示為位于水平環(huán)形導流板下方，然而，應當理解的是，它們可能并優(yōu)選地將延伸穿過水平環(huán)形導流板的中心區(qū)域并進入混合區(qū)域。在一些實施方案中，進料入口是位于萃取塔的中心線上基本垂直取向的管。圖6示出了用于對稱地提供進料的實施方案，其中使用單根管60，管60經(jīng)過特別的調整或尺寸制定，以圍繞傳動塔中多個水平葉輪的中心軸25或補償中心軸。在此實施方案中，中心軸 實際上被插入管中，并起到附加功能的作用以有助于按環(huán)狀對稱的方式將進料鄰近中心葉輪板進行分配。圖7示出了用于對稱供料的另一個實施方案，其中使用多根垂直管70，這些管經(jīng)過特別的調整或定位以補償中心軸25，并以對稱的方式將進料鄰近中心葉輪板進行分配。這示出了延伸穿過水平環(huán)形導流板的開口中心的管。
如本文所用，術語進料入口是指供料管的末端、任何噴灑器或其它裝置的表面，所述裝置具有孔或狹槽或其它液體進料流實際上離開進料管的孔口。在一些優(yōu)選的實施方案中，進料入口和中心葉輪板底部邊緣之間的垂直距離為一英寸或更短。在一些其它優(yōu)選的實施方案中，介于進料入口和水平環(huán)形覆蓋導流板之一的開口中心之間的垂直距離小于一個進料入口管直徑。在任一情況下，垂直距離均從進料管末端的最近點、或任何噴灑器或其它裝置的表面到水平環(huán)形覆蓋 物的平面進行測量。據(jù)信，進料入口能優(yōu)選地定位成與中心葉輪板底部邊緣的垂直距離近達0.25英寸(0.64cm);任何更近的距離據(jù)認為可能造成操作性方面的問題，而不會增加有益效果。所謂術語“對稱分配”是指如果存在多個進料入口，則這些入口相對于塔中心線均勻地分配，并對稱地定位；也就是說，穿過塔中心線，能畫出至少一個垂直平面，所述平面顯示出進料入口的對稱性。如果只有單個進料入口，則穿過塔中心線和該入口，能畫出至少一個顯示對稱性的垂直平面。圖8示出了塔80的一個實施方案，塔80包括噴灑器或其它用于鄰近中心葉輪板提供進料的裝置81，其中進料入口和萃取物收集區(qū)域位于塔的底部。為清楚起見，進料入口示為位于水平環(huán)形導流板下方，然而，應當理解的是，其可能并優(yōu)選地將延伸穿過水平環(huán)形導流板的開口中心并進入混合區(qū)域。塔具有如前所述的所有特征，包括進料入口 11、萃取溶劑入口 12、萃取物出口 14和萃余液出口 15。如前所定，塔還具有多個級段和多個混合區(qū)域。如前所定，每個混合區(qū)域均具有介于一對水平環(huán)形覆蓋導流板之間的水平葉輪。圖9示出了塔90的另一個實施方案，塔90包括噴灑器或其它用于鄰近中心葉輪板提供進料的裝置91，其中進料入口和萃取物收集區(qū)域位于塔的頂部。如前，進料入口示為位于水平環(huán)形導流板上方，然而，應當理解的是，其可能并優(yōu)選地將向下延伸穿過水平環(huán)形導流板的開口中心并進入混合區(qū)域。塔具有如前所述的所有特征，包括進料入口 11’、萃取溶劑入口 12’、萃取物出口 14’和萃余液出口 15’。如前所定，塔還具有多個級段和多個混合區(qū)域。如前所定，每個混合區(qū)域均具有介于一對水平環(huán)形覆蓋導流板之間的水平葉輪。圖10是來自圖9的視圖10-10的細部圖，其顯示了裝置91的一種可能配置，從而示出用于圍繞傳動塔內多個水平葉輪的中心軸25或補償中心軸而進行定位的一種可能配置。在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及使用萃取溶劑，使用具有至少一個進料入口、至少一個萃取溶劑入口、至少一個萃取物出口和至少一個萃余液出口的液-液萃取塔從進料中進行萃取物的液-液萃取的方法的改善；并且其中萃取塔還具有多個級段和用于萃取物收集的區(qū)域；至少一個級段具有包括傳動中心水平葉輪的混合區(qū)域，該葉輪定位在一對具有開口中心的水平環(huán)形覆蓋導流板之間，并且所述葉輪具有中心葉輪板；級段還具有介于所述一對水平環(huán)形覆蓋導流板和塔側之間的開口 ；該改善包括鄰近中心葉輪板對稱地引入進料。在一些優(yōu)選的實施方案中，進料在中心葉輪板一英寸或更短的距離內被引入。在一些其它實施方案中，進料在中心葉輪板的一個進料入口管直徑的距離內被引入。通過使用具有垂直和/或傾斜孔口的噴灑器；垂直管；或多根垂直取向的、傾斜的、或彎曲的管來將進料直接地引入鄰近中心葉輪板的混合區(qū)域中。在一些其它實施方案中，進料被引導穿過水平環(huán)形覆蓋導流板之一的開口中心并被引導到混合區(qū)域的環(huán)形入口中。在一些其它實施方案中，通過使用具有垂直和/或傾斜孔口的噴灑器；垂直管；或多根垂直取向的、傾斜的、或彎曲的管來將進料對稱地引導穿過開口中心
權利要求
1.液-液萃取塔，包括 至少一個進料入口、至少一個萃取溶劑入口、至少一個萃取物出口和至少一個萃余液出口 ； 其中所述萃取塔還具有多個級段和用于收集萃取物的區(qū)域； 至少一個級段包括具有傳動中心水平葉輪的混合區(qū)域，所述葉輪定位在一對具有開口中心的水平環(huán)形覆蓋導流板之間，并且所述葉輪具有中心葉輪板； 所述級段還具有介于所述一對水平環(huán)形覆蓋導流板和塔側之間的開口； 其中所述進料入口鄰近所述中心葉輪板定位。
2.根據(jù)權利要求I所述的液-液萃取塔，其中所述進料入口和所述中心葉輪板之間的垂直距離為一英寸或更短。
3.根據(jù)權利要求I所述的液-液萃取塔，其中所述進料入口是具有垂直和/或傾斜孔口的噴灑器。
4.根據(jù)權利要求I所述的液-液萃取塔，其中所述進料入口是位于所述萃取塔的中心線上的基本上垂直取向的管。
5.根據(jù)權利要求4所述的液-液萃取塔，其中所述進料入口和所述中心葉輪板之間的垂直距離小于一個進料入口管直徑。
6.根據(jù)權利要求I所述的液-液萃取塔，其中所述進料入口是兩根或更多根對稱地分布在所述萃取塔的中心線周圍的管。
7.根據(jù)權利要求I所述的液-液萃取塔，其中所述進料入口是兩根或更多根垂直取向的管，所述管朝向所述混合區(qū)域的中心或所述混合區(qū)域的水平葉輪傾斜或彎曲。
8.根據(jù)權利要求6所述的液-液萃取塔，其中所述進料入口和所述中心葉輪板之間的垂直距離小于一個進料入口管直徑。
9.根據(jù)權利要求I所述的液-液萃取塔，其中包括所述一對覆蓋導流板的混合區(qū)域定位在引導來自塔側的流的一組附加環(huán)狀流導流板之間。
10.方法，所述方法是使用萃取溶劑，使用具有至少一個進料入口、至少一個萃取溶劑A 口、至少一個萃取物出口和至少一個萃余液出口的液-液萃取塔從進料中進行萃取物的液-液萃取的方法； 并且其中所述塔還具有多個級段和用于收集萃取物的區(qū)域； 并且至少一個級段具有包括傳動中心水平葉輪的混合區(qū)域，所述葉輪定位在一對具有開口中心的水平環(huán)形覆蓋導流板之間，并且所述葉輪具有中心葉輪板；所述級段還具有介于所述一對水平環(huán)形覆蓋導流板和塔側之間的開口； 所述改善包括鄰近所述中心葉輪板對稱地引入進料。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述進料在所述中心葉輪板一英寸或更短的距離內被引入。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述進料在所述中心葉輪板的一個進料入口管直徑的距離內被引入。
13.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中通過使用具有垂直和/或傾斜孔口的噴灑器；垂直管；或多根垂直取向的、傾斜的、或彎曲的管來弓I入所述進料。
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述進料被引導穿過所述水平環(huán)形覆蓋導流板之一的開口中心并被引導到所述混合區(qū)域的環(huán)形入口中。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中通過使用具有垂直和/或傾斜孔口的噴灑器；垂直管；或多根垂直取向的、傾斜的、或彎曲的管來將所述進料對稱地引導穿過所述開口中心。
全文摘要
本發(fā)明涉及液-液萃取塔，所述塔包括進料入口和多個級段以及用于收集萃取物的區(qū)域；至少一個級段包括具有傳動中心水平葉輪的混合區(qū)域，所述葉輪定位在一對具有開口中心的水平環(huán)形覆蓋導流板之間，并且所述葉輪具有中心葉輪板；其中所述進料入口鄰近所述中心葉輪板定位。本發(fā)明還涉及改善的液-液萃取方法，所述方法包括鄰近所述中心葉輪板對稱地引入進料。
文檔編號B01D11/04GK102655918SQ201080057508
公開日2012年9月5日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權日2009年12月17日
發(fā)明者D·H·馬洛, M·劉 申請人:納幕爾杜邦公司