[0001 ]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。

　　[0002]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。

　　[0003]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栗，增加了设备成本和控制难度等缺点。

　　[0004]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。

　　[0005]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。

　　[0006]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。

　　[0007]脉冲塔也称为脉动塔，它是为了避免制作机械装置的困难，采用向塔内输入能量，以强化液体的分散。脉冲塔在工作段中装置多组筛板或填料。装置筛板的称为脉冲筛板塔，填装填料的称为脉冲填料塔。由脉动装置产生的脉动液流，通过管道引入塔底，使全塔液体做往复运动，脉动液流在筛板或填料间的高速往复运动产生涡流，促使液滴破碎。常常通过气体变压或者采用脉冲栗等机械装置来发生脉动。脉冲萃取塔虽然易于控制，效率高的特点，但是通量低，且耗能较大。

　　[0008]转盘塔和振动筛板塔属于自身具有动力的萃取塔。为了强化液体的分散，提高传质效率，需要向塔内的液体输入动力。主要方法有两种，一种是使塔板旋转，即转盘塔，另一种是使塔板上下振动，即振动筛板塔。

　　[0009]在转盘塔的工作段中，等距离沿注壁安装许多组环板，把工作段分隔成一系列小室。每个室中心有一个旋转的圆盘，所有的圆盘安装在位于塔中心的主轴上，由塔外的机械装置带动旋转。转盘塔具有结构简单、通量大、造价低、操作维修方便等优点，但由于转速的影响易导致轴向混合严重和液泛。

　　[0010]振动筛板塔结构类似于转盘塔，柱壁也安装许多组环板，中间的筛板也通过一个主轴连成串，但是由装于塔顶上方的机械装置带动，在垂直方向做往复运动，搅动液流。对于振动筛板塔，塔板的结构尺寸，开孔率，塔板的润湿性等因素会影响液滴尺寸的大小，分散相的滞留量大小，进而影响传质效率。

　　[0011]因此，振动筛板萃取塔具有可操作性强，通量大且效率较高，结构简单，容易放大，维修及操作费用较低，占地面积少，动力消耗低，易于密闭操作等优点。但是目前对此种萃取设备的研究尚不完备，且针对不同的体系，采用不同材料的塔板对萃取效率和塔通量都有较大的影响。目前，使用较为常见的材料为不锈钢，它的润湿性能一般，对分散相的分散效果不好。通常对不锈钢塔板的处理方法大致有:高锰酸钾法、碱液空气氧化法、热空气氧化法等，但是对金属的表面处理会由于金属表面的缺陷和应力腐蚀裂纹，而使处理后的金属表面出现局部腐蚀。在工业生产中，塔通量较低一直是扩大规模化生产和降低成本的一大难题，然而塔通量不仅和塔板结构有关，塔板材料也是影响塔通量的另一重要因素。因此，塔板材料对振动筛板塔的设计至关重要，选择合适的塔板材料，可以较大程度的提高塔的通量。

　　[0012]CN10263179A专利公开了一种在塔板出口处安装导流挡板，导流挡板和降液管平行安装的筛板萃取塔。该发明的萃取塔，连续相液体能够均匀流经整个塔内，塔板间回流区基本消失，流场分布均匀，流动结构接近理想的柱塞流模型，塔内空间有效利用率显著提高，从而提高了两相传质系数。但是，由于该萃取塔塔板的结构较复杂，不能充分利用塔体的空间，因此，塔的通量较小。

　　[0013]CN104107560A专利公开了一种板式塔内件，包括塔板，该塔板主要由多个降液单元和鼓泡单元组成，其降液单元为凹形，边缘、侧壁及底部开孔;鼓泡单元为凸形，边缘、侧壁及顶部开孔，该发明的塔板可以有效的增加鼓泡面积，进一步提高气液相处理能力，塔通量得以提高。该发明专利是从板结构上方面考虑提高塔通量。

　　[0014]CN104027999A专利公开了板式塔内件领域的一种高通量塔板，该塔板包括一组降液单元和一组鼓泡单元，并将降液单元和鼓泡单元间隔布置，鼓泡单元为驼峰状凸起结构，设有气体通道，降液单元为下沉式结构，设有液体通道。该发明塔板的横切面是曲线，因此塔板的面积增加，从而可以加大开孔的面积，提高气相处理能力，因此该发明可以解决通量低的问题。同样，该发明专利也是从塔板结构上考虑如何提高塔通量的。

　　[0015]CN103301645AG专利公开了一种高通量板式塔，塔盘板沿液流方向向下倾斜设置，倾斜方向与塔盘板的方向相反，降液管和降液板倾斜设置，降液板在气体导流板下方，降液板的上端与气体导流板固接，下端与其下层的受液盘之间留有间隙。该发明的结构通过安装气体导流板，改变自下层塔盘上升气流的流动方向，提高流道长度，从而提高塔的处理能力。

　　[0016]所以，目前为了提高塔的通量，大部分都是从塔板结构上考虑，然而，塔板材料或填料也是影响塔通量的重要元素之一。由于塔的液液萃取，是通过塔板材料或者填料将分散相分散在连续相中，通过界面更新完成传质过程，所以塔板材料或填料的表面性能，即和两相的亲和能力，对传质效果和塔通量具有较大的影响。因此，开发一种可以提高塔通量的塔设备以及塔萃取工艺是解决目前工业生产中塔通量较低的另一有效途径。

　　[0017]本发明的目的是，提供一种塔式萃取设备及塔萃取工艺方法和应用，主要解决现有技术中萃取塔通量低的问题。