CN102389644A

CN102389644A - 一种密闭超声浸出方法及装置

Info

Publication number: CN102389644A
Application number: CN2011102981484A
Authority: CN
Inventors: 曾兴民; 汪旭明; 刘海民
Original assignee: Xingmin Tech Zhuzhou Co Ltd
Current assignee: Xingmin Tech Zhuzhou Co Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-03-28

Abstract

一种密闭超声浸出方法及装置，其特征是：采用至少一个U型浸出装置，使入流溶液单向流经设有超声波能量场的U型通道。所述的U型浸出装置，包含一个盛满入流溶液的浸出腔室和设于浸出腔室液面上方的密闭腔室；所述的浸出腔室，是一个截面包括圆形和正多边形的U型通道；所述的密闭腔室，其壁面至少设有一个废气出口。所述的U型通道，其截面包括等径截面和变径截面；其壁面外壁上或壁面外壁外设有至少一个超声波发生装置；其两个直管段内各设有一个搅拌装置；其一个直管段内液面以下壁面设有至少一个入流溶液进口，其另一个直管段内液面以下壁面设有至少一个浸出后液出口。本发明的用途包括，应用于各种浸出温度下的常压和负压超声浸出过程。

Description

一种密闭超声浸出方法及装置

所属技术领域

本发明涉及一种超声浸出方法及装置，尤其是一种密闭超声浸出方法及装置，属湿法提取技术领域。

背景技术

超声浸出方法，即采用超声波强化浸出过程的方法，随着超声波工程技术的进步，逐渐进入湿法提取技术领域的工业化应用。众所周知的超声浸出装置，其浸出腔室主要是敞口的槽式浸出腔室，其次是直管式和螺旋盘管式的管式浸出腔室。槽式浸出腔室的浸出过程，固体粉料的浸出时间缺乏均一性，存在浸出不足和浸出过度缺陷。直管式和螺旋盘管式浸出腔室，在浸出过程有气体生成物或气体反应物的情况下，易于在管道内壁表面形成气膜，阻碍超声波能量的传递，使管道内溶液中的超声波能量场大幅衰减，导致超声浸出效率下降。因此，很有必要对现有超声浸出方法及装置加以改进。

发明内容

本发明的目的之一，是提出一种浸出时间均一性好、可有效消除气膜效应、使废气全部得到收集的密闭超声浸出方法。

本发明的目的之二，是提出实现密闭超声浸出方法的U型浸出装置。

本发明的目的之三，是提出密闭超声浸出方法及装置的用途。

本发明所采取的技术方案是：一种密闭超声浸出方法，包含一个盛满入流溶液的浸出腔室，其特征是：在浸出腔室内设有U型浸出装置，在U型浸出装置外包裹有超声波发生装置，使入流溶液单向流经设有超声波能量场的U型通道；盛满入流溶液的浸出腔室上方设有一个密闭腔室；所述的U型浸出装置是一个截面包括圆形和正多边形的U型通道；所述的密闭腔室，其顶面或壁面至少设有一个废气出口。

所述的U型通道，其截面包括等径截面和变径截面；其壁面外壁上或壁面外壁外设有至少一个超声波发生装置；其两个直管段内各设有一个搅拌装置；其一个直管段内液面以下壁面设有一个入流溶液进口，其另一个直管段内液面以下壁面设有一个浸出后液出口。

所述的液面，包含U型通道两个直管段的同一水平液面，且是互不连通的。

所述的入流溶液，是包含固体粉料和浸出溶剂的待浸出溶液。

根据上述方法所提出的一种密闭超声浸出装置，包含一个盛满入流溶液的浸出腔室，其特征是：在浸出腔室内设有U型浸出装置，且在U型浸出装置的U型通道壁面外壁上设有至少一个超声波发生装置，超声波能量是通过U型通道壁面传递到入流溶液之中。

作为本发明的另一种改型实施方案，一种密闭超声浸出装置，包含至少一个U型浸出装置，其特征是：在U型通道壁面外壁外设有至少一个超声波发生装置，在U型通道壁面外壁与超声波发生装置之间设有一个盛满水介质的夹层腔室，超声波能量是先通过夹层腔室、再通过U型通道壁面传递到入流溶液之中。

作为本发明的另一种改型实施方案，一种密闭超声浸出装置，包含至少一个U型浸出装置，其特征是：在U型通道内设有至少一根插入式直管。

所述的密闭超声浸出装置，其超声波发生装置声强≥2W/cm²；其U型通道直管段截面周长为超声波发生装置声强数值的100-1000倍，周长单位为mm，声强单位为W/cm²。

本发明的技术原理和工作过程是：

入流溶液经设于液面以下的入流溶液进口进入U型浸出装置，在具有设定超声波能量场和旋流场的环境下，单向流经U型通道。由超声波发生装置提供的超声波能量场，强化U型通道内的浸出反应过程；由搅拌装置提供的旋流场，使固体粉料趋向浸出腔室壁面内壁附近区域流动，使浸出过程生成气体和反应气体趋向浸出腔室中央区域流动，阻止和消除气膜效应。废气浮出液面，进入气压为常压或负压的密闭腔室，经废气出口排出；浸出后液经设于液面以下的浸出后液出口流出U型浸出装置。由此实现采用U型浸出装置的密闭超声浸出过程。

本发明的优点是：

1）采用U型通道实现入流溶液单向流动，保障了超声浸出时间的均一性，有效消除浸出不足和浸出过度。

2）采用搅拌装置在U型通道直管段内产生旋流场，有效阻止和消除超声浸出过程中的气膜效应。

3）采用密闭腔室收集浸出过程废气，实现超声浸出过程清洁生产。

4）U型浸出装置，易于实施模块化应用。

附图说明

图1为一种U型浸出装置。

图2为另一种U型浸出装置。

图3为另一种U型浸出装置。

图4为一种模块化密闭超声浸出系统。

图1中，1、密闭腔室；2、废气；3、废气出口；4、液面；5、浸出后液出口；6、浸出后液；7、U型通道直管段；8、搅拌装置；9、放液口；10、阀门；11、搅拌装置；12、壁面；13、超声波发生装置；14、浸出腔室；15、U型通道；16、U型通道直管段；17、U型浸出装置；18、入流溶液；19、入流溶液进口。

图2中，20、夹层腔室；21、U型浸出装置。

图3中，22、插入式直管；23、添加剂；24、插入式直管；25、添加剂；26、U型浸出装置。

图4中，27、U型浸出装置；28、密闭超声浸出系统；29、密闭超声浸出系统；30、废气；31、浸出后液；32、U型浸出装置；33、浸出后液；34、浸出后液；35、浸出后液；36、U型浸出装置；37、浸出后液；38、添加剂；39、密闭超声浸出系统；40、U型浸出装置；41、入流溶液；42、入流溶液；43、入流溶液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不局限于实施例所描述的范围。

从附图可以看出，本发明涉及一种密闭超声浸出方法，包含一个盛满入流溶液的浸出腔室，其特征是：在浸出腔室内设有U型浸出装置，在U型浸出装置外包裹有超声波发生装置，使入流溶液单向流经设有超声波能量场的U型通道；盛满入流溶液的浸出腔室上方设有一个密闭腔室；所述的U型浸出装置是一个截面包括圆形和正多边形的U型通道；所述的密闭腔室，其顶面或壁面至少设有一个废气出口。

根据上述方法所提出的一种密闭超声浸出装置，至少有以下几种：

实施例一：

如图1所示的一种密闭超声浸出装置，至少包含一个U型浸出装置17，使入流溶液18单向流经设有超声波能量场的U型通道15，U型浸出装置17包含一个U型通道15和设于U型通道15壁面12外壁上的至少一个超声波发生装置13；在U型通道直管段16内设有搅拌装置11，在U型通道直管段7内设有搅拌装置8；在U型通道15液面4上方设有密闭腔室1；在U型通道15底部设有放液口9和阀门10。超声波能量通过U型通道15壁面12传递到入流溶液18之中，其声强为2W/cm²。U型通道15，其直管段7和16截面为正八边形等径截面，连接直管段7和16的截面为等径矩形截面，其直管段7和16截面周长为超声波发生装置13声强的400倍，即800mm。

U型浸出装置17，包含一个盛满入流溶液18的浸出腔室14和设于浸出腔室14液面4上方的密闭腔室1；所述的浸出腔室14，是一个截面包括圆形和正多边形的U型通道15；所述的密闭腔室1，其壁面12至少设有一个废气出口3。

U型通道15，其截面包括等径截面和变径截面；其壁面12外壁上或壁面12外壁外设有至少一个超声波发生装置13；其直管段7内设有搅拌装置8，其直管段16内设有搅拌装置11；其直管段16内液面4以下壁面12设有至少一个入流溶液进口19，其直管段7内液面4以下壁面12设有至少一个浸出后液出口5。

U型通道15两个直管段7和16具有同一个水平液面4，且是互不连通的。

入流溶液18，是包含固体粉料和浸出溶剂的待浸出溶液。

本发明的技术原理和工作过程是：入流溶液18经设于液面4以下的入流溶液进口19进入U型浸出装置17，在具有设定超声波能量场和旋流场的环境下，单向流经U型通道15。由超声波发生装置13提供的超声波能量场，强化U型通道15内的浸出反应过程；由搅拌装置7和16提供的旋流场，使固体粉料趋向浸出腔室14壁面12内壁附近区域流动，使浸出过程生成气体和反应气体趋向浸出腔室14中央区域流动，阻止和消除气膜效应。废气2浮出液面4，进入气压为常压或负压的密闭腔室1，经废气出口3排出；浸出后液6经设于液面4以下的浸出后液出口5流出U型浸出装置17。打开阀门10，U型通道15内的溶液即从放液口9排出，便利对U型浸出装置17实施检修。由此实现采用U型浸出装置的密闭超声浸出过程。

本发明的优点是：

1）入流溶液18在U型通道15内单向流动，保障了固体粉料在设定浸出溶剂条件下超声浸出时间的均一性。

2）调整搅拌装置16和7的转速，即可调整入流溶液18在U型通道直管段16和7内的旋流场线速度。转速越高，旋流场线速度越大，入流溶液18所受到的离心力和向心力也越大，气体在U型通道15壁面12内壁表面形成气膜的几率就越小，从而有效阻止和消除超声浸出过程中的气膜效应。

3）在U型通道15上方设置密闭腔室1，可100%收集超声浸出过程产生的废气2，用于处理浸出过程中产生有毒气体的入流溶液18是非常有效的。

4）在确定U型通道15截面直径或周长后，根据入流溶液18的流量和超声浸出终点时间，即可确定U型通道15的长度，进而可以确定U型浸出装置17的个数及其模块化组合方式。

实施例二：另一种U型浸出装置

图2所示的是另一种U型浸出装置21，包含一个U型通道15和设于U型通道15壁面12外壁外的至少一个超声波发生装置13；在U型通道直管段16内设有搅拌装置11，在U型通道直管段7内设有搅拌装置8；在U型通道15液面4上方设有密闭腔室1；在U型通道15壁面12外壁与超声波发生装置13之间设有一个盛满水介质的夹层腔室20，超声波能量是先通过夹层腔室20、再通过U型通道15壁面12传递到入流溶液18之中。超声波发生装置13的超声波声强为4W/cm²；U型通道15，其直管段7和16截面为正十六边形等径截面，连接直管段7和16的截面为等径截面，其直管段7和16截面周长为超声波发生装置13声强的600倍，即2400mm。

本发明的技术原理和工作过程与实施例一是相同的。其优点是：

1）可以利用水介质来实现恒温超声浸出过程。对于浸出温度控制苛刻的超声浸出过程，可以借助水介质循环流动带走超声浸出过程释放的热量；对于高温超声浸出过程，可以借助循环流动的高温水介质缩小U型浸出装置21与其外部自然环境的温降梯度，阻止U型通道15内的超声浸出温度降低。

2）对于腐蚀严重的超声浸出过程，夹层腔室20可有效消除腐蚀对超声波发生装置13的负面影响，延长超声波发生装置13的运行寿命。

实施例三：另一种U型浸出装置

图3所示的是另一种U型浸出装置26，其结构和技术原理与实施例一和实施例二是相同的，不同之处在于：通过在U型通道直管段16内设置插入式直管22，在U型通道直管段7内设置插入式直管24，注入添加剂23和25，例如压缩空气或氧气，进一步强化超声浸出过程。显然，搅拌装置11和8的高速旋转，可有效阻止压缩空气或氧气在U型通道15壁面12内壁形成气膜。

实施例四：一种模块化密闭超声浸出系统

图4所示的是一种模块化密闭超声浸出系统28，采用U型浸出装置27与U型浸出装置32串联，组成密闭超声浸出系统29；采用U型浸出装置36与U型浸出装置40串联，组成密闭超声浸出系统39；再由密闭超声浸出系统29和密闭超声浸出系统39并联，组成密闭超声浸出系统28。U型浸出装置27、32、36和40，包括U型浸出装置17、21和26。其技术原理与前述实施例是一样的。

可以看出，入流溶液42分流为入流溶液41和43。入流溶液43单向流经U型浸出装置27，产出浸出后液31；浸出后液31单向流经U型浸出装置32，产出浸出后液33。入流溶液41单向流经U型浸出装置40，产出浸出后液38；浸出后液38单向流经U型浸出装置36，产出浸出后液35。浸出后液33和浸出后液35混合，产出浸出后液34。超声浸出系统28，通过补加添加剂38，维持U型浸出装置27、32、36和40设定的添加剂浓度。超声浸出系统28产出的过程废气2，通过U型浸出装置27、32、36和40的密闭腔室1汇集为总废气30。显然，密闭超声浸出方法及装置的用途，包括应用于各种浸出温度下的常压和负压超声浸出过程。U型浸出装置17、21、26、27、32、36、40的液面4，是通过设于上述U型浸出装置外部的高位槽液面进行控制的。

Claims

1.一种密闭超声浸出方法，包含一个盛满入流溶液的浸出腔室，其特征是：在浸出腔室内设有U型浸出装置，在U型浸出装置外包裹有超声波发生装置，使入流溶液单向流经设有超声波能量场的U型通道；盛满入流溶液的浸出腔室上方设有一个密闭腔室；所述的U型浸出装置是一个截面包括圆形和正多边形的U型通道；所述的密闭腔室，其顶面或壁面至少设有一个废气出口。

2.如权利要求1所述的密闭超声浸出方法，其特征是：所述的U型通道，其截面包括等径截面和变径截面；其壁面外壁上或壁面外壁外设有超声波发生装置；其两个直管段内各设有一个搅拌装置；其一个直管段内液面以下壁面设有一个入流溶液进口，其另一个直管段内液面以下壁面设有一个浸出后液出口。

3.如权利要求1所述的密闭超声浸出方法，其特征是：所述的液面，包含U型通道两个直管段的同一水平液面，且是互不连通的。

4.如权利要求2所述的密闭超声浸出方法，其特征是：所述的入流溶液，是包含固体粉料和浸出溶剂的待浸出溶液。

5.一种实现权利要求1所述的密闭超声浸出方法的密闭超声浸出装置，包含U型浸出装置，其特征是：在U型通道壁面外壁上设有超声波发生装置，超声波能量是通过U型通道壁面传递到入流溶液之中。

6.一种实现权利要求1所述的密闭超声浸出方法的密闭超声浸出装置，包含至少一个U型浸出装置，其特征是：在U型通道壁面外壁外设有超声波发生装置，在U型通道壁面外壁与超声波发生装置之间设有一个盛满水介质的夹层腔室，超声波能量是先通过夹层腔室、再通过U型通道壁面传递到入流溶液之中。

7.一种实现权利要求1所述的密闭超声浸出方法的密闭超声浸出装置，包含U型浸出装置，其特征是：在U型通道内设有至少一根插入式直管。

8.如权利要求6、7和8所述的密闭超声浸出装置，其特征是：所述的密闭超声浸出装置，其超声波发生装置声强≥2W/cm²；其U型通道直管段截面周长为超声波发生装置声强数值的100-1000倍，周长单位为mm，声强单位为W/cm²。

9.一种密闭超声浸出方法及装置的用途，包括应用于各种浸出温度下的常压超声浸出过程和负压超声浸出过程。