基于磁力驱动旋转阀的脉冲萃取塔.pdf

本发明公开了一种基于磁力驱动旋转阀的脉冲萃取塔。它包括旋转阀电机、支架、磁力驱动旋转阀、第一脉冲支路、冷却器、正压罐、负压罐、脉冲振幅调节阀、离心泵、第二脉冲支路、脉冲管、阀门、萃取塔；离心泵入口经负压罐、冷却器与第二脉冲支路相连接，离心泵出口经正压罐、冷却器与第一脉冲支路相连接，磁力驱动旋转阀为五通阀，第一脉冲支路分别与第一脉冲支路的第一、二出口相连接，第二脉冲支路分别与第二脉冲支路的第一、二入口相连接，脉冲接口经脉冲管、阀门与萃取塔相连接。本发明的将脉冲流体完全密封在阀体内，省去了轴封构件，避免了跑冒滴漏现象的发生，延长了检修周期。通过离心泵出口处的阀门调节脉冲振幅，降低了能耗。

1.  一种基于磁力驱动旋转阀的脉冲萃取塔，其特征在于包括旋转阀电机(1)、支架(2)、磁力驱动旋转阀(3)、第一脉冲支路(4)、冷却器(5)、正压罐(6)、负压罐(7)、脉冲振幅调节阀(8)、离心泵(9)、第二脉冲支路(10)、脉冲管(11)、阀门(12)、萃取塔(13)；离心泵(9)入口经负压罐(7)、冷却器(5)与第二脉冲支路(10)相连接，离心泵(9)出口经正压罐(6)、冷却器(5)与第一脉冲支路(4)相连接，磁力驱动旋转阀(3)为五通阀，磁力驱动旋转阀(3)分别设有第一脉冲支路(4)的第一出口、第一脉冲支路(4)的第二出口、第二脉冲支路(10)的第一入口、第二脉冲支路(10)的第二入口，第一脉冲支路(4)与第一脉冲支路(4)的第一出口、第一脉冲支路(4)的第二出口相连接，第二脉冲支路(10)与第二脉冲支路(10)的第一入口、第二脉冲支路(10)的第二入口相连接，脉冲接口经脉冲管(11)、阀门(12)与萃取塔(13)相连接。

2.  根据权利要求1所述的一种基于磁力驱动旋转阀的脉冲萃取塔，其特征在于所述的磁力驱动旋转阀(3)包括外套筒(3-1)、中间隔层(3-2)、阀芯轴承(3-3)、阀芯(3-4)、外套筒磁铁(3-5)、阀芯磁铁(3-6)、外套筒轴承(3-7)、阀芯支撑件(3-8)、第一脉冲支路第一连接口(3-9)，第一脉冲支路第二连接口(3-10)，阀芯(3-4)内上端设有阀芯磁铁(3-6)，阀芯(3-4)内下端设有脉冲腔，脉冲腔侧向开有两切换孔，阀芯(3-4)外侧设有中间隔层(3-2)，阀芯(3-4)上端和中部分别通过阀芯轴承(3-3)与中间隔层(3-2)相连接，阀芯(3-4)下端套有阀芯支撑件(3-8)，中间隔层(3-2)下端侧壁和阀芯支撑件(3-8)侧壁分别对称开有与脉冲支路相配合的四个孔，中间隔层(3-2)下端与支架(2)相连接，中间隔层(3-2)外侧设有外套筒(3-1)，外套筒(3-1)内壁对称地嵌有两片磁铁(3-5)，外套筒(3-1)下端通过外套筒轴承(3-7)与中间隔层(3-2)相连接，中间隔层(3-2)下端外侧设有第一脉冲支路第一连接口(3-9)、第一脉冲支路第二连接口(3-10)、第二脉冲支路第一连接口，第二脉冲支路第二连接口。

3.  根据权利要求1所述的一种基于磁力驱动旋转阀的脉冲萃取塔，其特征在于所述的离心泵(9)与正压罐(6)之间设有阀门(8)。

基于磁力驱动旋转阀的脉冲萃取塔
技术领域
本发明涉及一种基于磁力驱动旋转阀的脉冲萃取塔。
背景技术
萃取过程是利用溶质在两相不相溶液体中的分配系数的差异来实现溶质的回收和分离，实现连续萃取过程的设备为萃取塔。萃取塔利用两相流体的密度差实现逆流流动，为了强化传质，在塔内可设置构件(如筛板、填料)保证流体充分接触，还可通过各种装置(如转盘、振动筛板、脉冲发生器等)向塔内流体输入机械能，对流体进行搅拌破碎，从而产生较大的传质面积，使传质效率大为提高。其中脉冲萃取塔既能够方便向塔内输送机械能，又能够方便调节输送能量的大小，因而在石油化工、冶金、环境保护等过程中获得广泛的应用。
脉冲萃取塔的核心部件是脉冲发生器。脉冲发生器有多种类型，如往复泵脉冲发生器、空气腿脉冲发生器、旋转阀脉冲发生器等，其中旋转阀脉冲发生器对脉冲强度(脉冲强度＝脉冲频率×脉冲幅度)调节灵活，可靠性高，适合作为工业用萃取塔的脉冲发生器。旋转阀脉冲发生器的主要部件有旋转阀、缓冲罐、循环泵等。当旋转阀将脉冲管与脉冲出口支路接通时，正压罐内的液体通过脉冲管压入萃取塔，塔内液体整体向上运动；当旋转阀将脉冲管与脉冲入口支路接通时，萃取塔内的液体通过脉冲管吸入负压罐，此时萃取塔内液体整体向下运动。
传统的旋转阀，由于轴封固有的缺陷，跑冒滴漏时有发生，轴封的磨损难以避免，使得检修周期相对较短；另外通过离心泵上增加旁路来调节振幅，则能耗增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于磁力驱动旋转阀的脉冲萃取塔。
它包括旋转阀电机、支架、磁力驱动旋转阀、第一脉冲支路、冷却器、正压罐、负压罐、脉冲振幅调节阀、离心泵、第二脉冲支路、脉冲管、阀门、萃取塔；离心泵入口经负压罐、冷却器与第二脉冲支路相连接，离心泵出口经正压罐、冷却器与第一脉冲支路相连接，磁力驱动旋转阀为五通阀，磁力驱动旋转阀设有第一脉冲支路的第一出口、第一脉冲支路的第二出口、第二脉冲支路的第一入口、第二脉冲支路的第二入口，第一脉冲支路与第一脉冲支路的第一出口、第一脉冲支路的第二出口相连接，第二脉冲支路分别与第二脉冲支路的第一入口、第二脉冲支路的第二入口相连接，脉冲接口经脉冲管、阀门与萃取塔相连接。
所述的磁力驱动旋转阀3包括外套筒、中间隔层、阀芯轴承、阀芯、外套筒磁铁、阀芯磁铁、外套筒轴承、阀芯支撑件、脉冲支路连接口，阀芯内上端设有阀芯磁铁，阀芯内下端设有脉冲腔，脉冲腔侧向开有两切换孔，阀芯外侧设有中间隔层，阀芯上端和中部分别通过阀芯轴承与中间隔层相连接，阀芯下端套有阀芯支撑件，中间隔层下端侧壁和阀芯支撑件侧壁分别对称开有与脉冲支路相配合的四个孔，中间隔层下端与支架相连接，中间隔层外侧设有外套筒，外套筒内壁对称地嵌有两片磁铁，外套筒下端通过外套筒轴承与中间隔层相连接，中间隔层下端外侧设有第一脉冲支路第一连接口、第一脉冲支路第二连接口、第二脉冲支路第一连接口，第二脉冲支路第二连接口。离心泵与正压罐之间设有阀门。
本发明使用了磁力驱动旋转阀，这样设计虽然增加了成本，但是将脉冲液体完全密封在阀体内，减少了跑冒滴漏现象的发生，减少了溶剂损失，降低了环境污染，延长了检修周期，同时脉冲发生器的稳定性也获得了很大的提高，更加适合危险性体系的萃取。离心泵和正压罐之间设置脉冲振幅调节阀，这样设计的好处是：相对通过离心泵旁路调节振幅，降低了能耗，旁路循环会使离心泵负荷增加。
附图说明
图1是脉冲萃取塔的工艺流程，图中：旋转阀电机1、支架2、磁力驱动旋转阀3、第一脉冲支路4、冷却器5、正压罐6、负压罐7、脉冲振幅调节阀8、离心泵9、第二脉冲支路10、脉冲管11、阀门12、萃取塔13；
图2是本发明的磁力驱动旋转阀的轴向剖面图，图中：外套筒3-1、中间隔层3-2、阀芯轴承3-3、阀芯3-4、外套筒磁铁3-5、阀芯磁铁3-6、外套筒轴承3-7、阀芯支撑件3-8、第一脉冲支路第一连接口3-9、第一脉冲支路第二连接口3-10。
具体实施方式
如图1所示，基于磁力驱动旋转阀的脉冲萃取塔包括旋转阀电机1、支架2、磁力驱动旋转阀3、第一脉冲支路4、冷却器5、正压罐6、负压罐7、脉冲振幅调节阀8、离心泵9、第二脉冲支路10、脉冲管11、阀门12、萃取塔13；离心泵9入口经负压罐7、冷却器5与第二脉冲支路10相连接，离心泵9出口经正压罐6、冷却器5与第一脉冲支路4相连接，磁力驱动旋转阀3为五通阀，磁力驱动旋转阀3分别设有第一脉冲支路4的第一出口、第一脉冲支路4的第二出口、第二脉冲支路10的第一入口、第二脉冲支路10的第二入口，第一脉冲支路4分别与第一脉冲支路4的第一出口、第一脉冲支路4的第二出口相连接，第二脉冲支路10分别与第二脉冲支路10的第一入口、第二脉冲支路10的第二入口相连接，脉冲接口经脉冲管11、阀门12与萃取塔13相连接。离心泵9与正压罐6之间设有阀门8。
如图2所示，磁力驱动旋转阀3包括外套筒3-1、中间隔层3-2、阀芯轴承3-3、阀芯3-4、外套筒磁铁3-5、阀芯磁铁3-6、外套筒轴承3-7、阀芯支撑件3-8、脉冲支路连接口3-9，阀芯3-4内上端设有阀芯磁铁3-6，阀芯3-4内下端设有脉冲腔，脉冲腔侧向开有两切换孔，阀芯3-4外侧设有中间隔层3-2，阀芯3-4上端和中部分别通过阀芯轴承3-3与中间隔层3-2相连接，阀芯3-4下端套有阀芯支撑件3-8，中间隔层3-2下端侧壁和阀芯支撑件3-8侧壁分别对称开有与脉冲支路相配合的四个孔，中间隔层3-2下端与支架2相连接，中间隔层3-2外侧设有外套筒3-1，外套筒3-1内壁对称地嵌有两片磁铁3-5，外套筒3-1下端通过外套筒轴承3-7与中间隔层3-2相连接，中间隔层3-2下端外侧设有第一脉冲支路第一连接口3-9、第一脉冲支路第二连接口3-10、第二脉冲支路第一连接口、第二脉冲支路第二连接口。第二脉冲支路第一连接口、第二脉冲支路第二连接口在垂直纸面的方向，图2中没有标出。，
萃取塔13利用两相不相容流体的密度差进行微分逆流接触萃取。脉冲的产生过程如下：离心泵9出口连接正压罐6，入口连接负压罐7，压力罐内有一定体积比的空气和液体，离心泵9提供了正压罐6的压力和负压罐7的真空度。
安装在支架2上的旋转阀电机1带动旋转阀3的外套筒3-1旋转，外套筒通过磁力带动阀芯3-4旋转，当阀芯切换孔与第一脉冲支路4的第一、第二连接口重叠时，脉冲管11与第一脉冲支路4接通，与第二脉冲支路10隔断，正压罐6内的液体被压入萃取塔13，正压罐6内液位下降，压力下降，负压罐7内部分液体被泵入正压罐6，负压罐内7的液体稍微下降，真空度增加，完成脉冲上冲程；当阀芯切换孔与第二脉冲支路10的第一、第二连接口重叠时，脉冲管11与第二脉冲支路10接通，与第一脉冲支路4隔断，萃取塔13内的液体被吸入负压罐7，负压罐7内液位上升，真空度下降，负压罐7内部分液体被泵入正压罐6，正压罐6内的液位上升降，压力增加，完成脉冲下冲程。随着旋转阀3的旋转，上述过程不断重复，萃取塔的液体上下有规律地运动，产生了脉冲。
旋转阀电机1可以调速，调整旋转阀电机1的转速即可调整脉冲频率。
在离心泵9和正压罐6之间设置一个脉冲振幅调节阀8，脉冲频率一定的情况下，关小调节阀8，正压罐6内的压力下降，负压罐7内的真空度下降，因此脉冲幅度减小。反之，正压罐6压力上升，负压罐7真空度上升，脉冲幅度增加。
由于压力罐内的气体不断地压缩和膨胀，以及脉冲流体在管道中的摩擦，使脉冲流的温度升高，通过脉冲支路上的冷凝器5可以有效地移走这部分热，保证了萃取过程的热力学稳定。
通过安装在脉冲管11上靠近萃取塔底部的阀门12，可以方便地隔断萃取塔和脉冲发生器的连接，这样在检修脉冲发生器时，不需要将萃取塔13内的萃取溶剂排出，简化了检修步骤，减少了溶剂挥发。
实施例：磁力驱动阀外套筒3-1外径100mm、内径80mm、高180mm；外套筒磁铁3-5外径90mm、内径70mm、高100mm、弧度为20度，嵌入外套筒3-1深度为5mm；中间隔层3-2外径60mm、厚度5mm、高200mm；外套筒3-1与中间隔层3-2之间的间隙为10mm；阀芯3-4上端直径40mm、高130mm，下端脉冲腔外径30mm、内径25mm、高50mm，切换孔直径10mm，侧孔离阀芯底部高度为15mm；阀芯磁铁长20mm、宽10mm、高100mm。
离心泵9进出口管径10mm，脉冲管直径20mm，脉冲管11靠近萃取塔13处设置有一阀门12。
正压罐6、负压罐7尺寸相同，直径50mm，高200mm，脉冲支路的直径均为10mm。
填料萃取塔13，(塔有效高度700mm，塔径50mm，内装填直径5mmθ丝网填料)。用煤油-苯甲酸-水体系进行实验，脉冲振幅为10mm，脉冲频率为1HZ，油水体积比为1时，该脉冲萃取塔传质单元高度约为0.5m，磁力驱动旋转阀3长时间运行稳定可靠。