[发明专利]萃取塔以及其使用工艺

说明书

技术领域

本发明涉及逆流液-液萃取塔。本发明也涉及使用所述塔的工艺，以及所述塔或工艺在从有机流除去芳香族化合物中的使用，在处理精炼厂的油类流中，或者在具有至少两个不同密度、界面张力或粘性的原料流的液-液萃取工艺中。

背景技术

液-液萃取，其也被称作溶剂萃取和分离，是一种基于在两种不同的不混溶液体中（通常为水和有机溶剂）其相对的溶解性而分离化合物的方法。它是从一种液相中进入另一种液相的物质的萃取，以及其在例如化学反应后以分离和净化产品的监测中，或在多种或工业的工艺中从废料或副产物流中移出贵重的或危险的化合物是有用的。萃取的物质可以是自然中的例如金属的无机物或者例如精细化工的有机物。因此液-液萃取具有广泛的应用，包括精细有机化合物的生产、香精的生产、核燃料的回收、矿石加工、石化产品的生产和植物油类和生物柴油类的生产，以及许多其它的工业中。某些特定的应用包括芳香族化合物的回收、咖啡的脱咖啡因、均相催化剂的回收、青霉素的制造、铀和钚的回收、润滑油类萃取、从液态的废水中除去苯酚以及从水性流中萃取酸。

在典型的工业应用中，工艺会使用一种萃取步骤，其中溶质从水相被转换到有机相。通常随后采用洗涤阶段，其中非期望的溶质从有机相物质中被移出，于是在提取阶段期望的溶剂从有机相中被移出。有机相可以随后被处理以使其准备再次使用，例如，通过将其洗涤以去除任何降解产物或其它的非期望的污染物。

逆流液-液萃取工艺在获得高水平的质量传递时是尤其有用的，其归因于在逆流流动的路径上保持缓慢倾斜的差别。例如，工业的加工塔通常使用逆流液体萃取系统，其中液体不断地流动以及逆向流经一个或多个室或塔。室或塔可具有特别设计的被安装在其内的设备，例如用来改变液体的物理性质（例如液滴尺寸）的搅拌器和用来阻止液体的直接流通的塔填料。填料也在较轻的上升液体和较重的沉降液体之间使接触增加，且更好的接触意味着质量传递工艺的效率更高。

液-液加工塔和其塔通常被构造来使较重的液体从塔的上部向下流动以及较轻的液体从塔的下部向上进行液体流动。通常期望提供的设备和方法能够提供有效的质量传递或液-液接触，使得流体的接触能够以最小的压降经由给定的最小尺寸的区域而被完成。因此，高效和低压降在液-液萃取操作中是重要的设计准则。用于液-液接触的足够的表面面积对于减少或消除在上升的较轻液体中存在的重液体夹带是必要的。最常见地，对于在塔中的规整填料排列需要在水平和竖直平面两者上均具有足够的表面面积，使得重成分的部分被向下引导，以及较轻的液体被允许以最小的阻力经过填料向上升。通过此类的设备，给料的重的和轻的成分在塔的底部和顶部分别被回收。

逆流液-液萃取塔可以是被动的或静态的填料的塔。静态萃取塔通常完全依赖于填料/内部构件以及经过内部构件的流体流速来产生湍流和液滴。其提供的优势在于（1）为了非常高的生产率的大直径的可行性；（2）操作简单，没有移动的部件和相关的密封件；（3）只需控制仅一个操作界面；以及（4）与混合沉降器装备相比需要相对小的占地面积。但是通常需要高流量来获得足够的质量传递。此类的被动塔承受的限制在于会发生沟道效应，其中在液体之间发生非常少的接触。另一个问题在于在被动塔中通常第一液相的仅相对很少的和大的液滴在相对较短的时间周期内被分散在第二连续的液相中。因此，相对低的混合度以及因此减少的质量传递和阶段效率与被动的或静态的塔相联系。结果，静态的萃取塔的应用通常限于那些涉及低粘性（少于约5 cP）、低度到中度的界面张力（通常3-20 dyn/cm等于0.003-0.02 N/m）、相之间的低度到中度的密度差异、以及不超过3-5个平衡级。

静态萃取塔的低的质量传递效率，尤其是对于带有中度到高度的界面张力或密度差异的系统，可通过在塔内机械搅拌或使液-液分散振动以更好地控制液滴尺寸和总体密度（分散相物质滞留量）而得到提高。许多不同类型的机械搅拌萃取塔已经被提出。更常见的类型包括不同的旋转式叶轮萃取塔，以及旋转式盘接触器或脉冲式萃取塔，例如往复式盘萃取塔。相对于静态萃取塔，搅拌萃取塔适合于带有中度到高度的界面张力的系统，以及能够处理中度的生产率。