关键结构参数介绍

转盘塔的主要结构参数是:塔内径DT、转盘直径DR、固定环孔径DS及隔室高度HT(如图5-3所示)。转盘和固定环的相对尺寸对塔的性能有重要影响。在确定转盘塔的结构尺寸时,应考虑下列因素。

(1)在固定环和转盘之间形成的环流(如图5-2(a)所示)将有利于两相的混合和传质。为了稳定这种环流,应当使转盘和固定环也起到折流挡板的作用。因此固定环孔径和转盘直径的尺寸间应有适当比例。同时,隔室高度HT也很重要。HT/DT过大,使环流的轴向路径过长,稳定性变差,流体短路进入相邻隔室的概率增加,结果使环流迅速衰减,在塔壁附近形成死区,降低传质效率。

图5-3　主要结构参数

(2)应保证两相沿垂直方向的逆流有足够大的自由截面积,此自由截面积影响转盘塔的处理能力。显然,自由截面分数(1-)和应该比较接近,以保证均衡的流动通道。

(3)在转盘和固定环之间应保持足够的间隙,以便于转盘和转轴的吊装。

基于大量的实验观察和生产经验,一些研究者认为转盘塔的结构尺寸应在下列范围内选取:

以上结构尺寸的选取,应考虑到物系性质、操作条件、机械强度和转盘转速等因素。Misek建议用下列公式计算转盘塔的结构尺寸:

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图5-4　HT/DT与DT之间的关系

式中,各结构尺寸的单位为m。按上式计算,随着塔径的增加,固定环间距和塔径的比值HT/DT减小,如图5-4所示。为了提高通量和效率,转盘塔的结构尺寸是可以变化的,提高转盘塔的一些参数值时,其对通量和效率的影响如表5-2所示。表中,“+”表示增加,“-”表示减小,NR为操作转速,uD、uC分别为分散相和连续相的表观流速。

表5-2　转盘塔参数与通量和效率的关系

为进一步提高转盘塔的效率,近年来又开发了不对称转盘塔(偏心转盘萃取塔),其基本结构如图5-5所示。带有搅拌叶片1的转轴安装在塔体的偏心位置,塔内不对称地设置垂直挡板,将其分成混合区3和澄清区4。混合区由横向水平挡板分割成许多小室,每个小室内的转盘起混合搅拌器的作用。澄清区又由环形水平挡板分割成许多小室。

偏心转盘萃取塔既保持原有转盘萃取塔用转盘进行分散的特点,同时分开的澄清区又可以使分散相液滴反复进行凝聚-再分散,减少了轴向混合,从而提高了萃取效率。此外,该类型萃取塔的尺寸范围很宽,塔高可达30 m,塔径可达4 m,对物质的性质(密度差、黏度、界面张力等)适应性很强,且适用于含有悬浮固体或易乳化的料液。

图5-5　偏心转盘萃取塔内部结构

1—转盘;2—横向水平挡板;3—混合区;4—澄清区;5—环形分割板;6—垂直挡板