转盘萃取塔的改进
第5l卷第3期
2OOO年6月
化工
J0urnofChemicallnd~tryandEngineering(Chin~)
vd.513
June2000
3q一.己齐鸣斋
(华东理工j匠系，上海200237)
关键词!翌笪改进薹垂堡闭式涡轮转盘塔z受造
eo固分类号TQ02832
}7言
转盘塔(RI)C)具有结构简单，通量大，造价
低，操作维修方便等优点，得到广泛应用.但
RDc靠平滑转盘在全塔上，下一致地对连续相
(c)和分散相(d)整体输入能量造成以下同题
(1)转速NR较高，导致c相轴向混合严重,
能耗大，转轴晃动厉害，塔内界面张力大的物系
更是如此;
(2)液滴平均直径d，持液率轴向分布过
宽即进口端液滴不能被最初几块转盘充分分散,
d.大上升快，小，较长一塔段(约0.5m左右)
不能发挥有效作用.而液滴上升过程中会被转盘不
断分散，以至出口端分散过度,d过小，偏大,
易过早出现液泛.塔内变化大的物系则更加
突出.
为了优化RDC的性能，许多学者作了大量改
进研究，开发出多种改进型转盘塔，如开式涡轮转
盘塔(OTRI~)，加装丝阿的改进型转盘塔(MRDC)-.不对称转盘塔(ARI3)，采用六叶桨
式搅拌器的Kuhni塔及Scheibel塔等-4J但往往
对RDC结构上的缺陷改进不力，而自身结构更趋
复杂.
本文以保持RDC结构简单为原则，以降低
NR，减小d.并使其轴向分布趋于均匀为目的，成
功地开发了一种改进型萃取塔一闭式涡轮转盘塔(CTRDC,rotatingdiskcoFltactorwithclosedtur. bine)，即在d相进口端以1～2块闭式涡轮代替平
滑转盘，其余部分与REC结构完全一样.由于闭
式祸轮的强烈搅拌作用,d相入塔后即被吸入闭式19994)1-25收到初稿,1999415.28收到修改稿
联景人及第一作者：齐鸣斋，男,44岁，博I土，副教授戴杰./_
(南京化工F再南京2l0038)
涡轮搅拌器而被充分(预)分散，且所需N相应
低得多(一般小于RDC的临界转速NR).因此,
已被涡轮分散的液滴在沿轴向上升途中被转盘进一步分散的几率较小.这样，便达到既降低NR又减
小d及轴向液滴大小分布过宽的目的.而塔上部
的转盘又保证了塔内液体湍动的能量需要，以获得高的传质效率.实验结果很好地验证了开发设计
意图.
1实验部分
1.1CrRDC实验设备
设备设计须确定定环内径D.，转盘直径DR,
隔室高度HT与塔内径DT的关系.以文献[5]
提供的经验关联式为依据，考虑到ⅣR较低,DT/ DR,DT/HD/DT取值时兼顾了结构参数对通
量和塔效率的影响.结构尺寸见表1.塔体为两节
厚壁扩口玻璃管，两端用法兰连接.定环经定距管
由3根直径5n一的拉杆固定，转盘及闭式涡轮经定距管固定于直径14mm的转轴上.闭式涡轮外
径45nm1，吸入口内径30nⅡn，叶片高度10r衄1, 厚度1nm,6片叶片与径向成60(向后斜)安
装.所有内件均用不锈钢制造.
T铀Ie1P盯amet蚺0fCntDC
1.2实验物系
实验所用物系及物性数据见表2.甲苯，丙
酮，正丁醇均为工业级，水为自来水
一一一…一-…一一一一～一.
化工2000年6月
Table2Physlca]pro0e't~ofsystems(20℃)
1.3实验流程及方法
实验装置流程见图1.开机后，当每相流过3
倍塔体积，塔内和测压管内界面均稳定后，测取实
验数据.两相流量用计量泵控制.转速由直流调速
电机控制和数字显示仪测量.持液率采用压差法测量J.由静力学原理可导得≠=(^】一^2)/(H一
^2).丙酮，甲苯，水用102G气相谱仪分析,
工业中试时的JBRF用化学法分析.液滴直径采用照相法测定【两拍照点分别位于涡轮上方第l2
隔室和第39隔室(上，下两玻璃段中间).从每张
放大为5寸的照片上测量约8O～100个液滴直径,
以计算液滴Sauter平均直径，即d=∑;/
∑
Fig1Flowdiagram
1—oCmotor:2~ressuretube;3.13_一setder;
4--irtterf~cec~ntroller;5--eolunml6,7一㈣dvalve; 8——wa1盯vessel:9__c日】Tra;1[—Ice,edturbine; 11一DCpower;12一:14—dfinatevessel~
15一detvalve?:16一solvev_tvd;17一nng;
1B—i-~twmaterialvessel:19一extractve8目d
2实验结果与讨论
2.1流体力学
2.1.1转速RDC存在NRc按Laddh的经验
公式计算本实验的NRc，物系1的NRd=650r' rnin～，物系一2的NR2:200r?min.CTRDC
所需的操作转速小于NRc.NR的明显降低，不仅
使功耗下降,c相轴向混合程度减小，塔效率提
高，而且有利于转轴的设计，安装和操作维护.如
对于物系一1，正常操作转速可由800～1100r?
n降至550r?min以下.
2.1.2持液率图2标绘了物系一1不含丙酮时
的≠与功耗因子P,(N3R5R/HTD})的关系，并
且与文献[9]中同一物系相同操作条件下在RDC
中的相应值作比较.由图可见，相同功耗下
比RDC中的高得多.同理，为获得相
同的≠值,CTRDC所需的功耗比RDC小得多Fig.2Comparisonofhold—upbetw~nCTRDCandRDC (U=【=015cms..)
2.1.3液滴大小实验观察发现，在CTRDC中
从闭式涡轮出口到塔顶上界面整个范围内液滴大小
分布非常均匀.在RDC中则可较明显地看出从下往上液滴越来越小，尤其在d相进口端有长达0.5 m左右的过渡塔段不能发挥有效作用.液滴平均直径的测量结果见图3，图4
图3中文献值为Strand等用相同物系在
RDC中的测量结果.显然，相同转速和流速条件typec转dp
下CTRDC中的d比RDC中的d.小得多.上,
下两拍照点的液滴平均直径ddp2标绘于图4.
由图可见，两者一致性较好，几乎所有点均落在
±15%的误差线之内
与RDC相比，由于CTRDC中Nd.大大
降低，且d轴向分布更均匀，从而持液率上升,
通量增加，轴向混合程度下降，塔效率提高，塔的
第51卷第3期齐鸣斋等：转盘萃取塔的改进401 F3G3l=i㈣0fd口between
CTRDCmadRDC(system—1)
IJmm
Fig.4Cornpamonofaxialdp
操作弹性变大.
2.2传质
2.2.1萃取理论级数N及塔效率以丙酮为
溶质(初始质量分数5%～6%)用物系一1进行传质实验，主要研究了NT及口与NR，流量V(V
=V+Vd)的关系.实验温度，浓度范围内的平
衡线方程见式(1)，该式引白文献[10]并经实验
校正系统误差.因传质实验在较低质量分数(< 6%)下进行，物系一1的互溶度极小，故操作线
可当作直线处理.操作线方程见式(2).