本发明涉及一种夹层圆锥形罩分散元件和分散液相的方法，用于多液相流动环境下液相的有效分散过程，特别为化工分离领域的液液萃取过程提供一种具有较大操作弹性的塔板分散结构和高效的液相分散方法。
背景技术：
化工生产中常用筛板塔完成液液连续逆流萃取过程，其在减小连续相轴向返混和节约成本等方面比填料塔更有优势，设计合理的筛板萃取塔可实现较好的分离效果。
普通的筛板萃取塔对操作条件的要求较为苛刻，当分散相的流量较小时，塔板间难以形成稳定的凝聚层高度，连续相也有可能直接穿过筛孔造成传质效率下降。当分散相流量太大时，塔板间的凝聚层高度又会过大，导致实际的传质区间过小也会使传质效率降低。
生产上如能根据操作负荷的变化随时同步调节分散相穿过筛板的孔流速度，无疑会大大改善两相的传质效果，避免上述非理想的操作问题出现，本发明即为解决这个问题提供了一种有效的途径。本发明采用了一种夹层圆锥形罩结构，在外层圆锥形罩侧壁上开有多排圆形筛孔，一部分筛孔位置高于内层圆锥形管的顶端，另一部分位置则低于内层圆锥形管的顶端。假设以轻相作为分散相，当其实际流量偏低时，轻相仅会在圆锥形罩内的上部形成有效的凝聚层，此时所有轻相均将从圆锥形罩上部的筛孔排出，重相将从圆锥形罩下部的筛孔倒流入圆锥形罩和圆锥形管间的环隙通道，但由于轻相液封的作用重相并不会流入到内层圆锥形管中，就在环隙内形成液液界面。由于此时仅有圆锥形罩上部的筛孔起分散作用，因而可实现较高的分散相孔流速度。当轻相流量增加时，夹层环隙内的液液两相界面将降低，直至所有倒流入的重相被从下部的筛孔压出，而轻相也将从下部的筛孔排出。可见，随轻相流量的增加，圆锥形罩下部的筛孔也开始起分散作用排出轻相液体，使轻相快速穿过塔板防止形成过高的凝聚层。
本发明的详细结构将在
技术实现要素：
和具体实施方式中再详细叙述。
发明内容
本发明的目的在于针对普通筛板萃取塔操作弹性不高的特点提出一种改进的途径和塔板结构，该种结构可根据分散相流量的变化自适应地调节用于流通分散相的筛孔个数，形成稳定的分散相凝聚层，实现较高的萃取效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种夹层圆锥形罩分散元件，包括两个同中心轴的外层圆锥形罩和内层圆锥形管，圆锥形罩和圆锥形管间形成夹层缝隙，缝隙的下端由水平的环形底板连接并密封；外层圆锥形罩的竖截面呈等腰三角形或等腰梯形；外层圆锥形罩侧壁沿不同高度开有多排筛孔，展开时为扇形筛板结构；内层圆锥形管上下两端敞开，形成液流孔道，内层圆锥形管的高度低于外层圆锥形罩；当外层圆锥形罩的竖截面呈等腰梯形时，外层圆锥形罩的上部由圆形顶板封闭，且圆形顶板上开有至少一个筛孔。
进一步地，当外层圆锥形罩的竖截面呈等腰梯形时，在圆形顶板的中心开有一个筛孔，或在中心开有一个筛孔并沿不同半径开有多圈筛孔。
进一步地，当外层圆锥形罩的竖截面呈等腰梯形时，外层圆锥形罩的顶端直径为8～50mm。
进一步地，所述圆锥形罩的底角为45°～75°。
进一步地，所述外层圆锥形罩的底端直径为60～100mm；所述内层圆锥形管的底端直径为40～80mm，顶端直径为20～40mm。
进一步地，所述筛孔为圆形筛孔，圆形筛孔规格为φ3～6mm。
一种应用上述的分散元件进行分散液相的方法，包括以下步骤：
当用于分散轻相时，将所述分散元件固定在塔板的上方，其孔道底端与塔板上的孔型一致，轻相从塔板开孔向上流动，穿过分散元件内部的圆锥形孔道，流过内层圆锥形管的顶端后直接从外层圆锥形罩的上部筛孔排出，或沿内层圆锥形管的外侧环隙向下流动从外层圆锥形罩侧壁的下部筛孔排出。轻相从外层圆锥形罩的筛孔排出后与周围的重相流体进行接触传质。
当用于分散重相时，将所述分散元件翻转固定在塔板开孔的下方即可。重相穿过分散元件的内部圆锥形孔道向下流动，流过内层圆锥形管的底端直接从外层圆锥形罩的下部筛孔排出，或沿内层圆锥形管的外侧环隙向上流动从外层圆锥形罩侧壁的上部筛孔排出。重相从外层圆锥形罩的筛孔排出后与周围的轻相流体进行接触传质。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明分散元件的外层圆锥形罩与内层圆锥形管间形成环隙通道，在分散相流量较低时起到液封的作用，分散相流量较高时又作为流道让分散相快速流过塔板，因而具有调节操作弹性的作用。
(2)本发明的分散相在大流量穿过分散元件时形成斜向上(针对轻相作为分散相)或斜向下(针对重相作为分散相)的喷射现象，与周围其他分散元件喷射的分散相互相作用有利于在连续相内使分散相破碎增加萃取速率。
(3)本发明的分散元件可方便地采用不同材料进行加工，便于应用时根据连续相和分散相的性质进行选择。
(4)本发明的分散元件可做成标准件，使用时直接安装在塔板的孔道上即可，具有易于推广的前景。
附图说明
图1为圆锥形罩竖截面呈等腰梯形时一种形式的分散元件平视图；
图2为圆锥形罩竖截面呈等腰梯形时一种形式的分散元件俯视图；
图3为圆锥形罩竖截面呈等腰梯形时一种形式的展开图；
图4为圆锥形罩竖截面呈等腰梯形时另一种形式的分散元件平视图；
图5为圆锥形罩竖截面呈等腰梯形时另一种形式的分散元件俯视图；
图6为圆锥形罩竖截面呈等腰梯形时另一种形式的展开图；
图7为圆锥形罩竖截面呈等腰三角形时的分散元件平视图；
图8为圆锥形罩竖截面呈等腰三角形时的分散元件俯视图；
图9为圆锥形罩竖截面呈等腰三角形时的展开图；
图中，圆锥形罩1、圆锥形管2、环形底板3、圆形顶板4、筛孔5、塔板6、孔道7。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-9所示，本发明一种夹层圆锥形罩分散元件，包括两个同中心轴的外层圆锥形罩1和内层圆锥形管2，圆锥形罩1和圆锥形管2间形成夹层缝隙，缝隙的下端由水平的环形底板3连接并密封；外层圆锥形罩1的竖截面呈等腰三角形或等腰梯形；外层圆锥形罩1侧壁沿不同高度开有多排筛孔5，展开时为扇形筛板结构，优选为半圆形筛板结构；内层圆锥形管2上下两端敞开，形成液流孔道7，内层圆锥形管2的高度低于外层圆锥形罩1；当外层圆锥形罩1的竖截面呈等腰梯形时，外层圆锥形罩1的上部由圆形顶板4封闭，圆形顶板4上开有至少一个筛孔5。
进一步地，当外层圆锥形罩1的竖截面呈等腰梯形时，在圆形顶板4的中心开有一个筛孔5，或在中心开有一个筛孔5并沿不同半径开有多圈筛孔5。
进一步地，当外层圆锥形罩1的竖截面呈等腰梯形时，外层圆锥形罩1的顶端直径为8～50mm。
进一步地，所述圆锥形罩1的底角为45°～75°，优选为60°。
进一步地，所述外层圆锥形罩1的底端直径为60～100mm；所述内层圆锥形管2的底端直径为40～80mm，顶端直径为20～40mm。
进一步地，所述筛孔5为圆形筛孔，圆形筛孔规格为φ3～6mm。
一种应用上述分散元件进行分散液相的方法，包括以下步骤：
该种分散元件主要用于液液萃取过程，当用于分散轻相时，将所述分散元件固定在塔板6的上方，其孔道7底端与塔板6上的孔型一致，轻相从塔板6开孔向上流动，穿过分散元件内部的圆锥形孔道7，流过内层圆锥形管2的顶端后直接从外层圆锥形罩1的上部筛孔5排出，或沿内层圆锥形管2的外侧环隙向下流动从外层圆锥形罩1侧壁的下部筛孔5排出。轻相从外层圆锥形罩1的筛孔5排出后与周围的重相流体进行接触传质。
当用于分散重相时，将所述分散元件翻转固定在塔板6开孔的下方即可。重相穿过分散元件的内部圆锥形孔道7向下流动，流过内层圆锥形管2的底端直接从外层圆锥形罩1的下部筛孔5排出，或沿内层圆锥形管2的外侧环隙向上流动从外层圆锥形罩1侧壁的上部筛孔5排出。重相从外层圆锥形罩1的筛孔5排出后与周围的轻相流体进行接触传质。
以下通过具体实施例对本发明的结构作进一步说明，但不应认为本发明只适合这些案例。
实施例1
图1和图2代表了一种夹层圆锥形罩分散元件的结构图。其中，外层圆锥形罩1的竖截面呈等腰梯形；外层圆锥形罩1底端的直径为80mm，顶端的直径为12mm，圆锥形罩高为60mm；内层圆锥形管2底端的直径为64mm，顶端的直径为30mm，圆锥形管高为30mm。
外层圆锥形罩1的侧面展开图如图3所示，为半圆环形筛板，其上按同心圆方式等间距开有5排圆形筛孔5。每排圆形筛孔5在围成圆锥面后处于同一高度，每排筛孔中心离下部环形底板板3的垂直高度分别为10mm、20mm、30mm、40mm和50mm，每排圆形筛孔5的个数从下到上分别为18、15、12、9和6个，成等间距对称排列。圆形筛孔5的规格为φ4～5mm。
外层圆锥形罩1和内层圆锥形管2下部采用宽为8mm的环形底板3连接并密封，确保圆锥形罩1和圆锥形管2同中心轴。圆锥形罩1的上部由圆形顶板4封闭，圆形顶板4的中心开有1个筛孔5。
这种结构的夹层圆锥形罩分散元件总筛孔的开孔面积与孔道7的面积比为0.24～0.37。
实施例2
图1和图2代表了一种夹层圆锥形罩分散元件的结构图。其中，外层圆锥形罩1的竖截面呈等腰梯形；外层圆锥形罩1底端的直径为60mm，顶端的直径为9mm，圆锥形罩高为45mm；内层圆锥形管2底端的直径为48mm，顶端的直径为22.5mm，圆锥形管高为22.5mm。
外层圆锥形罩1的侧面展开图如图3所示，为半圆环形筛板，其上按同心圆方式等间距开有5排圆形筛孔5。每排圆形筛孔5在围成圆锥面后处于同一高度，每排筛孔中心离下部环形底板板3的垂直高度分别为7.5mm、15mm、22.5mm、30mm和37.5mm，每排圆形筛孔5的个数从下到上分别为18、15、12、9和6个，成等间距对称排列。圆形筛孔5的规格为φ3～4mm。
外层圆锥形罩1和内层圆锥形管2下部采用宽为6mm的环形底板3连接并密封，确保圆锥形罩1和圆锥形管2同中心轴。圆锥形罩1的上部由圆形顶板4封闭，圆形顶板4的中心开有1个筛孔5。
这种结构的夹层圆锥形罩分散元件总筛孔的开孔面积与孔道7的面积比为0.24～0.42。
实施例3
图4和图5代表了一种夹层圆锥形罩分散元件的结构图。其中，外层圆锥形罩1的竖截面呈等腰梯形；外层圆锥形罩1底端的直径为80mm，顶端的直径为35mm，圆锥形罩高为40mm；内层圆锥形管2底端的直径为64mm，顶端的直径为30mm，圆锥形管高为30mm。
外层圆锥形罩1的侧面展开图如图6所示，为半圆环形筛板，其上按同心圆方式等间距开有3排圆形筛孔5。每排圆形筛孔5在围成圆锥面后处于同一高度，每排筛孔中心离下部环形底板板3的垂直高度分别为10mm、20mm和30mm，每排圆形筛孔5的个数从下到上分别为18、15和12个，成等间距对称排列。圆锥形罩1的上部由圆形顶板4封闭，圆形顶板4上开有7个筛孔5。圆形筛孔5的规格为φ4～5mm。
外层圆锥形罩1和内层圆锥形管2下部采用宽为8mm的环形底板3连接并密封，确保圆锥形罩1和圆锥形管2同中心轴。
这种结构的夹层圆锥形罩分散元件总筛孔的开孔面积与孔道7的面积比为0.20～0.32。
实施例4
图4和图5代表了一种夹层圆锥形罩分散元件的结构图。其中，外层圆锥形罩1的竖截面呈等腰梯形；外层圆锥形罩1底端的直径为100mm，顶端的直径为45mm，圆锥形罩高为50mm；内层圆锥形管2底端的直径为80mm，顶端的直径为37.5mm，圆锥形管高为37.5mm。
外层圆锥形罩1的侧面展开图如图6所示，为半圆环形筛板，其上按同心圆方式等间距开有3排圆形筛孔5。每排圆形筛孔5在围成圆锥面后处于同一高度，每排筛孔中心离下部环形底板板3的垂直高度分别为12.5mm、25mm和37.5mm，每排圆形筛孔5的个数从下到上分别为18、15和12个，成等间距对称排列。圆锥形罩1的上部由圆形顶板4封闭，圆形顶板4上开有7个筛孔5。圆形筛孔5的规格为φ5～6mm。
外层圆锥形罩1和内层圆锥形管2下部采用宽为10mm的环形底板3连接并密封，确保圆锥形罩1和圆锥形管2同中心轴。
这种结构的夹层圆锥形罩分散元件总筛孔的开孔面积与孔道7的面积比为0.20～0.29。
实施例5
图7和图8代表了一种夹层圆锥形罩分散元件的结构图。其中，外层圆锥形罩1的竖截面呈等腰三角形；外层圆锥形罩1底端的直径为80mm，圆锥形罩高为70mm；内层圆锥形管2底端的直径为64mm，顶端的直径为30mm，圆锥形管2高为30mm。
外层圆锥形罩1的侧面展开图如图9所示，为半圆形筛板，其上按同心圆方式等间距开有6排圆形筛孔5。每排圆形筛孔5在围成圆锥面后处于同一高度，每排筛孔中心离下部环形底板板3的垂直高度分别为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm和60mm，每排圆形筛孔5的个数从下到上分别为18、15、12、9、6和3个，成等间距对称排列。圆形筛孔5的规格为φ4～5mm。
外层圆锥形罩1和内层圆锥形管2下部采用宽为8mm的环形底板3连接并密封，确保圆锥形罩1和圆锥形管2同中心轴。
这种结构的夹层圆锥形罩分散元件总筛孔的开孔面积与孔道7的面积比为0.25～0.38。
实施例6
图7和图8代表了一种夹层圆锥形罩分散元件的结构图。其中，外层圆锥形罩1的竖截面呈等腰三角形；外层圆锥形罩1底端的直径为60mm，圆锥形罩1高为52mm；内层圆锥形管2底端的直径为48mm，顶端的直径为22.5mm，圆锥形管高为22.5mm。
外层圆锥形罩1的侧面展开图如图9所示，为半圆形筛板，其上按同心圆方式等间距开有6排圆形筛孔5。每排圆形筛孔5在围成圆锥面后处于同一高度，每排筛孔中心离下部环形底板板3的垂直高度分别为7.5mm、15mm、22.5mm、30mm、37.5mm和45mm，每排圆形筛孔5的个数从下到上分别为18、15、12、9、6和3个，成等间距对称排列。圆形筛孔5的规格为φ3～4mm。
外层圆锥形罩1和内层圆锥形管2下部采用宽为6mm的环形底板3连接并密封，确保圆锥形罩1和圆锥形管2同中心轴。
这种结构的夹层圆锥形罩分散元件总筛孔的开孔面积与孔道7的面积比为0.25～0.44。