CN104307381B

CN104307381B - 一种无机膜以及混合油中溶剂的回收装置和方法

Info

Publication number: CN104307381B
Application number: CN201410534945.1A
Authority: CN
Inventors: 黄凤洪; 万楚筠; 李慧; 邓乾春; 李文林; 郑明明; 钮琰星; 杨湄; 周琦; 郑畅
Original assignee: Oil Crops Research Institute of Chinese Academy of Agriculture Sciences
Current assignee: Oil Crops Research Institute of Chinese Academy of Agriculture Sciences
Priority date: 2014-10-11
Filing date: 2014-10-11
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-10-11
Also published as: CN104307381A

Abstract

本发明提供一种无机膜以及混合油中溶剂的回收装置和方法，无机膜的材质为选自Al₂O₃、TiO₂、SiO₂或ZrO₂中的任意一种或任意两种以上的化合物，回收装置包括依次通过管道连接的精滤器(10)、混合罐(20)、溶剂泵(30)、分离罐(40)及储存罐(50)，分离罐(40)内的膜组件采用上述无机膜，回收方法包括在精滤器(10)中注入混合油并进行过滤，将过滤后的混合油注入混合罐(20)暂存，将混合罐(20)内的混合油经溶剂泵(30)泵入分离罐(40)进行膜分离，将膜分离后的溶剂注入储存罐(50)中存放。本发明可显著提高溶剂回收率，以及节约能耗。

Description

一种无机膜以及混合油中溶剂的回收装置和方法

技术领域

本发明涉及一种无机膜以及混合油中溶剂的回收装置和方法。

背景技术

传统的油脂萃取技术中溶剂回收是通过两次长管蒸发，再通过水蒸汽蒸馏以除去油中残留溶剂的方法来回收溶剂，由于溶剂量很大且有相变过程，需要消耗大量的能量，这是油脂萃取和精炼主要的耗能工序之一。用膜分离技术回收混合油中溶剂可节省大量能源。膜分离技术是一种使用半透膜分离方法，是在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力，对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。现已应用的膜过程有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等，其中在食品工业中常用的有微滤、超滤和反渗透三种。目前，国内外关于采用膜分离技术从混合油中回收溶剂的研究报道较少，从已进行过的工作来看，大多采用已经商业化的有机膜，膜的种类主要有超滤、纳滤和反渗透等。从分离效果看，膜的分离性能(通量和截留率)较为有限。这主要是因为混合油中普遍采用的溶剂正己烷具有很强的疏水性，而上述研究中所采用的有机膜大多为亲水性膜，因此不适于混合油体系的分离。另外，研究发现，正己烷等溶剂对大多数有机膜的溶胀破坏性很强，这限制了膜法回收有机溶剂的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种无机膜，其具有强好的疏水性能，能提升膜分离效率。

此外，本发明另一目的是提供一种混合油中溶剂的回收装置和方法，采用上述无机膜，可显著提高溶剂回收率，以及节约能耗。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种无机膜，应用于混合油中溶剂的回收，所述无机膜的材质为选自Al₂O₃、TiO₂、SiO₂或ZrO₂中的任意一种或任意两种以上的化合物，所述无机膜的表面经过疏水处理，并且所述无机膜的截留分子量为1kDa～10kDa。

一种混合油中溶剂的回收装置，包括依次通过管道连接的精滤器、混合罐、溶剂泵、分离罐及储存罐，所述精滤器的出液口连接于混合罐顶部的进液口，所述混合罐底部的出液口经由溶剂泵连接于所述分离罐底部的进液口，所述分离罐侧方的出液口连接于所述储存罐侧方的进液口，其特征在于，所述分离罐的膜组件包括如上所述的无机膜；还包括真空泵，所述精滤器、混合罐、分离罐及储存罐分别通过管道连接于真空泵的入口。

根据以上方案，所述分离罐的顶部还设置有循环出口，所述混合罐的侧方设置有循环入口，所述循环出口通过管道连接于所述循环入口。所述循环入口与循环出口之间设置有阀门以调节所述分离罐内的跨膜压差。

根据以上方案，所述分离罐的出液口与溶剂泵的出液口之间通过管道相连接，并且通过阀门控制分离罐的出液口与溶剂泵的出液口的连通状态。所述混合罐上设置有可调节所述混合罐内部温度的水浴夹套。

根据以上方案，所述混合罐顶部通过管道依次连接有缓冲罐、压缩机和冷凝器，所述冷凝器的出口连接于所述储存罐。

根据以上方案，所述真空泵的出口通过管道连接于所述缓冲罐的入口，并且所述真空泵的出口设置有阀门以控制真空泵是否与缓冲罐相连通。

一种混合油中溶剂的回收方法，应用于如上所述的回收装置，该方法包括以下步骤：S1、在精滤器中注入混合油并进行过滤；S2、将过滤后的混合油注入混合罐暂存；S3、将混合罐内的混合油经溶剂泵泵入分离罐进行膜分离；S4、将膜分离后的溶剂注入储存罐中存放。

根据以上方案，在步骤S1之前将精滤器、混合罐、分离罐及储存罐内的绝对压力降至0.01MPa以下。在所述步骤S4进行的同时，将膜分离后的其它产物通过分离罐的循环出口经由混合罐的循环入口注入混合罐进行循环分离。在进行所述循环分离时，需要调节所述分离罐的进液口与出液口之间的压差为0.1～1.5MPa。在所述步骤S2进行的同时，将混合罐内温度调至15～70℃。在所述步骤S4完成后，还包括如下步骤：S01、对混合罐进行升温使混合油中的溶剂蒸发；S02、将蒸发成气体的溶剂吸入缓冲罐中暂存；S03、将缓冲罐内的气体溶剂通过压缩机增压后注入冷凝器进行冷却；S04、将冷却成液体的溶剂注入储存罐保存。

根据以上方案，还包括步骤S05、在混合罐与缓冲罐之间接入真空泵，以抽取混合罐内的气体溶剂。

根据以上方案，所述步骤S5中，抽取混合罐内的气体溶剂至混合罐内绝对压力为0.01MPa。

本发明的有益效果是：

1)本发明的膜分离组件中采用无机陶瓷膜耐高温性和耐腐蚀性好、机械强度大、清洁状态好，不易堵塞、使用寿命长，这样减少了维修与更换，从而节约了时间与费用。

2)本发明中采用无机陶瓷膜的混合油中溶剂回收装置，使溶剂更易透过无机膜，膜通量得到较大提升，可以显著提高溶剂回收率。

3)本发明在回收混合油中溶剂时，先采用膜组件浓缩混合油液，从而无相变回收大部分溶剂，大大降低能耗，提高溶剂回收效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：10、精滤器；20、混合罐；30、溶剂泵；40、分离罐；50、储存罐；60、真空泵；70、缓冲罐；80、压缩机；90、冷凝器；41、循环出口；21循环入口。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

本发明提供一种无机膜，应用于混合油中溶剂的回收，所述无机膜的材质为选自Al₂O₃、TiO₂、SiO₂或ZrO₂中的任意一种或任意两种以上的化合物，可以形成一种无机陶瓷膜，应用于混合油体系的有机溶剂回收工艺时，可以避免混合油中存在的有机物特别是正己烷等物质对膜的溶胀破坏性，可以使膜法回收更加广泛地应用于溶剂回收工艺，完全体现膜分离技术的优越性，提高溶剂回收效率，节约能耗。

优选地，根据以上方案，所述无机膜的表面经过疏水处理，使无机膜进一步提升其分离能力。

进一步地，所述无机膜的截留分子量为1kDa～10kDa，可以适用于大多数有机溶剂的回收，提高本发明的应用广泛程度。

如图1所示，本发明还提供一种混合油中溶剂的回收装置以及对应的回收方法，下面结合装置与方法对本发明作进一步阐述。

本发明的回收装置包括依次通过管道连接的精滤器10、混合罐20、溶剂泵30、分离罐40及储存罐50，所述精滤器10的出液口连接于混合罐20顶部的进液口，所述混合罐20底部的出液口经由溶剂泵30连接于所述分离罐40底部的进液口，所述分离罐40侧方的出液口连接于所述储存罐50侧方的进液口，所述分离罐40的膜组件包括无机膜，该无机膜的材质是上述选自Al₂O₃、TiO₂、SiO₂或ZrO₂中的任意一种或任意两种以上的化合物。本发明的回收方法包括以下步骤：S1、在精滤器10中注入混合油并进行过滤；S2、将过滤后的混合油注入混合罐20暂存；S3、将混合罐20内的混合油经溶剂泵30泵入分离罐40进行膜分离；S4、将膜分离后的溶剂注入储存罐50中存放。

在进行溶剂回收时，从注入口经阀V1将混合油注入精滤器10，由精滤器10过滤除去细小颗粒杂质后，经管道流入混合罐20中，当混合罐20中液位达到的上限后停止向混合罐20输送混合油，开启混合罐20与溶剂泵30之间的阀V3和溶剂泵30，使混合罐20内的混合油从分离罐40的进液口输送入分离罐40中进行膜分离，在膜分离过程中，混合油中的溶剂会透过膜，从分离罐40的出液口流出，经分离罐40与储存罐50之间的阀V8，从储存罐50的进液口注入储存罐50中保存。

通过本发明的回收装置进行膜分离溶剂回收时，由于采用无机陶瓷膜耐高温性和耐腐蚀性好、机械强度大、清洁状态好，不易堵塞、使用寿命长，这样减少了维修与更换，从而节约了时间与费用，同时使溶剂更易透过无机膜，膜通量得到较大提升，可以显著提高溶剂回收率，此外本发明在回收混合油中溶剂时，采用膜组件浓缩混合油液，从而无相变回收大部分溶剂，大大降低能耗，提高溶剂回收效率。

根据以上方案，还包括真空泵60，所述精滤器10、混合罐20、分离罐40及储存罐50分别通过管道连接于真空泵60的入口，在进行步骤S1之前将精滤器10、混合罐20、分离罐40及储存罐50内的绝对压力降至0.01MPa以下。具体地在回收进行之前，先启动真空泵60将回收装置中各管路和罐体的空气抽出，使管路和罐体形成负压，可以加快混合油的流动速度，有效提高分离效率。

在膜分离过程中，混合油中的溶剂会透过膜最终进入储存罐50，但也有部分未透过膜的混合油中仍包含溶剂需要回收，因此根据以上方案，所述分离罐40的顶部还设置有循环出口41，所述混合罐20的侧方设置有循环入口21，所述循环出口41通过管道连接于所述循环入口21，即在所述步骤S4进行的同时，将膜分离后的其它产物通过分离罐40的循环出口41经由混合罐20的循环入口21注入混合罐20进行循环分离。具体地未透过膜的混合油从分离罐40的循环出口41流出，经混合罐20与分离罐40之间的阀V7，从混合罐20的循环入口21回流到混合罐20中进行循环分离，以提高混合油中溶剂的回收率。

在进行循环回收时，为了保证混合油的流动顺畅，根据以上方案，所述循环入口21与循环出口41之间设置有阀门以调节所述分离罐40内的跨膜压差，即分离罐40的进液口液体压力与出液口液体压力之差，在进行所述循环分离时，需要调节所述分离罐40的进液口与出液口之间的压差为0.1～1.5MPa，该调节阀门可直接采用上述的阀V7，调节阀V7的开合程度，即可将分离罐40内的跨膜压差调节至合适的范围。

在多次回收之后，分离罐40中的膜组件的通量下降至原始通量的35％～50％时，需要对膜组件进行冲冼操作，因此根据以上方案，所述分离罐40的出液口与溶剂泵30的出液口之间通过管道相连接，并且通过阀门控制分离罐40的出液口与溶剂泵30的出液口的连通状态，具体地，可在混合罐20中装载纯的溶剂，关闭溶剂泵30与分离罐40之间的阀V5，以及分离罐40与储存罐50之间的阀V8，同时开启控制分离罐40的出液口与溶剂泵30的出液口的连通状态的阀V6，开启溶剂泵30后即可对分离罐40内的膜组件进行反冲洗操作，直至膜组的通量恢复为原来的80％以上。

在混合油的温度对分离过程有一定影响，因此根据以上方案，所述混合罐20上设置有可调节所述混合罐20内部温度的水浴夹套，在混合油进入混合罐20后，即在所述步骤S2进行的同时，可以通过水浴夹套对混合罐20内的混合油进行升温，可以将温度提升至15～70℃，以提升混合油的分离效率。

随着膜分离过程的不断进行，混合罐20中的混合油浓度(油脂质量与溶剂体积之比)会逐渐变大，直至混合油浓度达到50％～80％后，通过膜分离已不能有效回收溶剂，此时需要停止膜分离，采用减压蒸发脱溶的方式进行回收。因此，根据以上方案，所述混合罐20顶部通过管道依次连接有缓冲罐70、压缩机80和冷凝器90，所述冷凝器90的出口连接于所述储存罐50，即在所述步骤S4完成后，还包括如下步骤：S01、对混合罐20进行升温使混合油中的溶剂蒸发；S02、将蒸发成气体的溶剂吸入缓冲罐70中暂存；S03、将缓冲罐70内的气体溶剂通过压缩机80增压后注入冷凝器90进行冷却；S04、将冷却成液体的溶剂注入储存罐50保存。具体地，减压蒸发脱溶的过程为，通过水浴夹套将混合罐20的温度调节为30～85℃，同时开启压缩机80，对混合罐20中的溶剂进行减压和蒸发，混合罐20内的溶剂被蒸发为气体蒸汽，溶剂蒸汽依次经混合罐20顶部与缓冲罐70之间的阀V2、接口D和阀V15进入缓冲罐70，然后再进入压缩机80中进行压缩后进入冷凝器90中冷却，冷却为液体的溶剂经冷凝器90的出口与储存罐50之间的阀V17流入储存罐50中储存。

随着混合罐20中混合油的溶剂不断蒸发，混合罐20中的气体压力不断下降，通过压缩机80减压已起不到较大效果，因此根据以上方案，所述真空泵60的出口通过管道连接于所述缓冲罐70的入口，并且所述真空泵60的出口设置有阀门以控制真空泵60是否与缓冲罐70相连通，即还包括步骤S05、在混合罐20与缓冲罐70之间接入真空泵60，以抽取混合罐20内的气体溶剂。具体地，当混合罐20的气压直至降为0.08～0.16MPa时，关闭阀V15使混合罐20与缓冲罐70隔离，开启阀V12、V13和真空泵60，使真空泵60接入混合罐20与缓冲罐70之间，直空泵可与压缩机80进行联动，以进一步降低混合罐20中的气体压力，直至绝对压力小于0.01MPa，减压蒸发脱溶结束后，开启阀V4可以将混合罐20中的油脂经接口C放出进行后续处理，同时储存罐50中较纯的溶剂，可通过开启阀V10，经接口B放出后重新用于油脂萃取。

Claims

1.一种混合油中溶剂的回收装置，其特征在于，包括依次通过管道连接的精滤器（10）、混合罐（20）、溶剂泵（30）、分离罐（40）及储存罐（50），所述精滤器（10）的出液口连接于混合罐（20）顶部的进液口，所述混合罐（20）底部的出液口经由溶剂泵（30）连接于所述分离罐（40）底部的进液口，所述分离罐（40）侧方的出液口连接于所述储存罐（50）侧方的进液口，所述分离罐（40）的膜组件包括无机膜，所述无机膜的材质为选自Al₂O₃、TiO₂、SiO₂或ZrO₂中的任意一种或任意两种以上的化合物,所述无机膜的表面经过疏水处理，并且所述无机膜的截留分子量为1kDa～10kDa;还包括真空泵（60），所述精滤器（10）、混合罐（20）、分离罐（40）及储存罐（50）分别通过管道连接于真空泵（60）的入口；所述分离罐（40）的顶部还设置有循环出口（41），所述混合罐（20）的侧方设置有循环入口（21），所述循环出口（41）通过管道连接于所述循环入口（21）;所述循环入口（21）与循环出口（41）之间设置有阀门以调节所述分离罐（40）内的跨膜压差；所述分离罐（40）的出液口与溶剂泵（30）的出液口之间通过管道相连接，并且通过阀门控制分离罐（40）的出液口与溶剂泵（30）的出液口的连通状态;所述混合罐（20）上设置有可调节所述混合罐（20）内部温度的水浴夹套;所述混合罐（20）顶部通过管道依次连接有缓冲罐（70）、压缩机（80）和冷凝器（90），所述冷凝器（90）的出口连接于所述储存罐（50）。

2.根据权利要求1所述的混合油中溶剂的回收装置，其特征在于，所述真空泵（60）的出口通过管道连接于所述缓冲罐（70）的入口，并且所述真空泵（60）的出口设置有阀门以控制真空泵（60）是否与缓冲罐（70）相连通。

3.一种混合油中溶剂的回收方法，应用于如权利要求1～2任一条权利要求所述的回收装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、在精滤器（10）中注入混合油并进行过滤；S2、将过滤后的混合油注入混合罐（20）暂存；S3、将混合罐（20）内的混合油经溶剂泵（30）泵入分离罐（40）进行膜分离；S4、将膜分离后的溶剂注入储存罐（50）中存放；在步骤S1之前将精滤器（10）、混合罐（20）、分离罐（40）及储存罐（50）内的绝对压力降至0.01MPa以下;在所述步骤S4进行的同时，将膜分离后的其它产物通过分离罐（40）的循环出口（41）经由混合罐（20）的循环入口（21）注入混合罐（20）进行循环分离;在进行所述循环分离时，需要调节所述分离罐（40）的进液口与出液口之间的压差为0.1～1.5MPa;在所述步骤S2进行的同时，将混合罐（20）内温度调至15～70℃。

4.根据权利要求3所述的混合油中溶剂的回收方法，其特征在于，在所述步骤S4完成后，还包括如下步骤：S01、对混合罐（20）进行升温使混合油中的溶剂蒸发；S02、将蒸发成气体的溶剂吸入缓冲罐（70）中暂存；S03、将缓冲罐（70）内的气体溶剂通过压缩机（80）增压后注入冷凝器（90）进行冷却；S04、将冷却成液体的溶剂注入储存罐（50）保存。

5.根据权利要求4所述的混合油中溶剂的回收方法，其特征在于，还包括步骤S05、在混合罐（20）与缓冲罐（70）之间接入真空泵（60），以抽取混合罐（20）内的气体溶剂。

6.根据权利要求5所述的混合油中溶剂的回收方法，其特征在于，所述步骤S5中，抽取混合罐（20）内的气体溶剂至混合罐（20）内绝对压力小于0.01MPa。