CN104815459B - 一种迷宫式超重力液液萃取分离器 - Google Patents
一种迷宫式超重力液液萃取分离器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种迷宫式超重力液液萃取分离器，其包括外壳、填料螺旋管、混合传质机构、分离收集机构、顶盖板、底座、轴承座套、轴、电机；其中混合传质机构包括进料行星叶轮混合装置、传质装置、锥形磨液轮，传质装置设在进料行星叶轮混合装置和锥形磨液轮之间；分离收集机构包括分相槽、弹性开关、收集槽；本发明装置在实现高效萃取的同时兼顾两相分离，多层填料结构增大了两相液体的传质面积，复杂的填料层结构使混合更加均匀，延长了反应时间，提高了萃取率；分离收集机构作为萃取过程的重要组成，实现了萃取分离的一体化。
Description
技术领域
本发明涉及一种迷宫式超重力液-液萃取分离器，属于强化传质技术领域。
背景技术
超重力液-液萃取分离技术，由于其具有较好的萃取效果，已经被广泛应用于生物化学和生物化工领域。但是目前的设备在萃取的过程中停留时间过短，而且其单层填料结构使得传质面积过小。此外，还存在设备制造成本高、体积庞大、萃取速率慢、萃取效率低很多不足处。目前，在冶金领域的人才和设备较少，且现有技术的超重力工程技术装置大部分为整个转子一起转动，且大多为单层填料结构，故混合和传质不彻底，在萃取的过程中停留时间较短。
另外，中国专利申请CN101254355A和CN1116125A公开了一种转动分布形式的液体分布器，即转轴为空心结构并没有出液小孔，液体由两相进液管进入空心轴，转轴内的液体随转轴一起转动，在离心力的作用下，由转轴上的孔送入填料层。虽然这种液体分布器提高了操作弹性，但是由于转轴半径的限制，液体在空心轴内受到的离心力小，液体处理量小。
发明内容
本发明针对上述现有技术的缺点，提供了一种迷宫式超重力液液萃取分离器，其包括外壳1、填料螺旋管2、混合传质机构、分离收集机构、顶盖板12、底座13、轴承座套18、轴24、电机33；顶盖板12通过螺钉连接固定在外壳1上端，底座13设置在外壳1腔体中且其下端与轴24固连，混合传质机构设置在底座13上，分离收集机构设置在底座13下端并与外壳1下端连接，填料螺旋管2固定在外壳1内侧，轴承座套18与旋转开关17为螺纹副动连接，轴承座套18套装在轴24上，轴承座套18通过螺钉连接固定在机架34上，电机33安装在机架34上并通过同步带26与轴24上的小带轮25连接，带动轴24转动；
其中混合传质机构包括进料行星叶轮混合装置、传质装置、锥形磨液轮，传质装置设在进料行星叶轮混合装置和锥形磨液轮之间，其中进料行星叶轮混合装置包括两相进液管11、至少3个小叶轮10、行星轮19、固定柱20、太阳轮21、行星架22，固定柱20下端与底座13固定连接，上端与行星架22固定连接，呈圆周对称分布；行星轮19套装在小叶轮10上并设置在行星架22上方，小叶轮10下端通过轴承与底座13相连；太阳轮21固定在行星架22上并与行星轮19相啮合；两相进液管11经过行星架22向下延伸至底座上方且不与底座接触；所述传质装置包括动盘外填料层5、静盘填料层6、大叶轮7、鼓形挡板8、动盘内填料层9，动盘内填料层9、鼓形挡板8、大叶轮7、动盘外填料层5依次由内到外固定在底座13上；动盘内填料层9设置在小叶轮10外侧，鼓形挡板8设置在动盘内填料层9与大叶轮7之间，静盘填料层6设置在大叶轮7与动盘外填料层5之间，静盘填料层6固定在顶盖板12上；所述锥形磨液轮包括锥形磨液内轮4和锥形磨液外轮3，锥形磨液外轮3套装在锥形磨液内轮4外并构成相对旋转配合关系，锥形磨液内轮4固定在顶盖板12上，锥形磨液外轮3固定在底座13上，锥形磨液外轮3上端的出液孔与填料螺旋管2入口相通；
所述分离收集机构包括分相槽14、弹性开关15、收集槽16；填料螺旋管2的出口与分相槽14相通，收集槽16设置在分相槽14下方，收集槽16由内外两个环形槽组成，内侧出料导管23-1和外侧出料导管23-2呈周向交叉均匀分布在分相槽14的内侧和外侧，内侧出料导管23-1与收集槽16的内槽35相连通，外侧出料导管23-2与收集槽16的外槽36相连通，弹性开关15穿过分相槽14底部的安装孔分别与内侧出料导管23-1、外侧出料导管23-2垂直相交，实现控制内侧出料导管23-1或外侧出料导管23-2开闭功能，旋转开关17设置在收集槽16内侧并与弹性开关15为点接触，内侧出料导管23-1、外侧出料导管23-2可以旋转角度。
所述小叶轮10由小叶轮轴27和固定在轴上的横截面呈三角形的叶片28构成。
所述大叶轮7为中空圆筒状，其上开有两层百叶窗叶片29，百叶窗叶片开启角度为3o~5o。
所述鼓形挡板8为中空鼓型结构，其中间部分为多孔圆环结构。
所述锥形磨液外轮3为中空圆锥台形，轴向磨条Ⅰ31均匀分布在其内表面，锥形磨液外轮3顶端带有出液孔30且与填料螺旋管2相通。
所述锥形磨液内轮4为中空圆锥台形，轴向磨条轴向磨条Ⅱ32均匀分布在其外表面。
所述动盘内填料层9、静盘填料层6、动盘外填料层5均由内外两块环形多孔板构成，且两块环形多孔板之间填塞有填料，多孔板为不锈钢、特种钢等金属材质，填充物为聚氯乙烯、聚四氟乙烯、环氧树脂、聚丙烯等非金属材质，填料具体材质根据具体操作温度和介质选择，填料的设置增加了传质接触面积。
所述填料螺旋管2为螺旋状不锈钢金属软管或耐腐蚀塑料软管。
所述收集槽16由内外两个环形槽组成，外槽收集重相液体，内槽收集轻相液体。
本发明装置使用时，开启电机33电源，调节转子转速，电机33带动轴24转动，同时带动底座13的旋转；通过蠕动泵调节两相液体的压力和流速后，将两相液体分别通入2个两相进液管11后实现逆流对撞，对撞流再经过小叶轮10的紊流阻挡改变运动轨迹后被甩到动盘内填料层9，在动盘内填料层9内扩大了传质面积；在离心力的作用下，混合液体喷向鼓形挡板8，液体收集到鼓形挡板8底部，并通过其中间喷孔向外喷射，形成二次雾化。混合液体甩到大叶轮7后，因为其百叶窗叶片29的偏角作用，产生负压，使液体产生向内的趋势，形成部分逆流对撞；混合液体再甩到静盘填料层6上，最后甩到动盘外填料层5上，反应后由于重力的作用液体下落。在离心力的作用下，混合液体喷向锥形磨液内轮4并汇聚于其底部，在锥形磨液内轮4和锥形磨液外轮3的配合作用下，混合液体被带到锥形磨液外轮3的上端，通过锥形磨液外轮3上端的出液孔30流到填料螺旋管2中。混合液体经过填料螺旋管2后流入分相槽14中，在分相槽14的内侧和外侧均匀分布有内侧出料导管23-1、外侧出料导管23-2，内侧出料导管23-1与收集槽16的内槽35相连通，外侧出料导管23-2与收集槽16的外槽36相连通，由于液体密度不同重相流体将流入收集槽16的外槽，轻相流体将流入收集槽16的内槽，在收集槽16的内槽和外槽分别收集了最终产物。
本发明中四个两相进液管11两两对喷；行星轮19带动小叶轮10即公转又自转；
本发明有益的效果是：1、高效萃取的同时兼顾两相分离；2、传质装置中的多层填料结构增大了两相液体的传质面积，复杂的填料层结构使混合更加均匀，延长了反应时间，提高了萃取率；3、带多喷孔的鼓形挡板起到收集液体、集中喷洒的效果，实现了两相混合的二次雾化；4、大叶轮的百叶窗叶片在旋转条件下将产生负压，让液体向内喷射，实现二次逆流对撞；5、锥形磨液内轮通过与锥形磨液外轮的磨条配合，能使液体顺着锥面上升并从锥形磨液外轮上端的孔流入带填料螺旋管，延长反应时间。
附图说明
图1是本发明迷宫式超重力液液萃取分离器结构示意图；
图2是本发明进料行星叶轮混合装置结构示意图；
图3是本发明传质装置及锥形磨液轮的结构示意图；
图4是本发明传质装置及锥形磨液轮设置结构示意图；
图5是本发明分离收集机构的剖面结构示意图；
图6是本发明分离收集机构的结构示意图；
图7是本发明小叶轮结构示意图；
图8是本发明大叶轮的结构示意图；
图9是本发明大叶轮的俯视结构示意图；
图10是本发明鼓形挡板结构示意图；
图11是本发明锥形磨液外轮结构示意图；
图12是本发明锥形磨液内轮结构示意图；
图13是本发明填料螺旋管结构示意图；
图14是本发明收集槽结构示意图；
图中：1-外壳，2-填料螺旋管，3-锥形磨液外轮，4-锥形磨液内轮，5-动盘外填料层，6-静盘填料层，7-大叶轮，8-鼓形挡板，9-动盘内填料层，10-小叶轮，11-两相进液管，12-顶盖板，13-底座，14-分相槽，15-弹性开关，16-收集槽，17-旋转开关，18-轴承座套，19-行星轮，20-固定柱，21-太阳轮，22-行星架，23-1-内侧出料导管，23-2-外侧出料导管，24-轴，25-小带轮，26-同步带，27-小叶轮轴，28-叶片，29-百叶窗叶片，30-出液孔，31-轴向磨条Ⅰ，32-轴向磨条Ⅱ，33-电机，34-机架，35-内槽，36-外槽。
具体实施方法
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。
实施例1：如图1～14所示，本迷宫式超重力液液萃取分离器包括外壳1、填料螺旋管2、混合传质机构、分离收集机构、顶盖板12、底座13、轴承座套18、轴24、电机33；顶盖板12通过螺钉连接固定在外壳1上端，底座13设置在外壳1腔体中且其下端与轴24固连，混合传质机构设置在底座13上，分离收集机构设置在底座13下端并与外壳1下端连接，填料螺旋管2固定在外壳1内侧，轴承座套18与旋转开关17为螺纹副动连接，轴承座套18套装在轴24上，轴承座套18通过螺钉连接固定在机架34上，电机33安装在机架34上并通过同步带26与轴24上的小带轮25连接，带动轴24转动；
其中混合传质机构包括进料行星叶轮混合装置、传质装置、锥形磨液轮，传质装置设在进料行星叶轮混合装置和锥形磨液轮之间，其中进料行星叶轮混合装置包括4个两相进液管11、3个小叶轮10、行星轮19、固定柱20、太阳轮21、行星架22，固定柱20下端与底座13固定连接，上端与行星架22固定连接，呈圆周对称分布；行星轮19套装在小叶轮10上并设置在行星架22上方，小叶轮10下端通过轴承与底座13相连；太阳轮21固定在行星架22上并与行星轮19相啮合；两相进液管11经过行星架22向下延伸至底座上方且不与底座接触；所述传质装置包括动盘外填料层5、静盘填料层6、大叶轮7、鼓形挡板8、动盘内填料层9，动盘内填料层9、鼓形挡板8、大叶轮7、动盘外填料层5依次由内到外固定在底座13上；动盘内填料层9设置在小叶轮10外侧，鼓形挡板8设置在动盘内填料层9与大叶轮7之间，静盘填料层6设置在大叶轮7与动盘外填料层5之间，静盘填料层6固定在顶盖板12上；所述锥形磨液轮包括锥形磨液内轮4和锥形磨液外轮3，锥形磨液外轮3套装在锥形磨液内轮4外并构成相对旋转配合关系，锥形磨液内轮4固定在顶盖板12上，锥形磨液外轮3固定在底座13上，锥形磨液外轮3上端的出液孔与填料螺旋管2入口相通；
所述分离收集机构包括分相槽14、弹性开关15、收集槽16；填料螺旋管2的出口与分相槽14相通，收集槽16设置在分相槽14下方，收集槽16由内外两个环形槽组成，内侧出料导管23-1和外侧出料导管23-2呈周向交叉均匀分布在分相槽14的内侧和外侧，内侧出料导管23-1与收集槽16的内槽35相连通，外侧出料导管23-2与收集槽16的外槽36相连通，弹性开关15穿过分相槽14底部的安装孔分别与内侧出料导管23-1、外侧出料导管23-2垂直相交，实现控制内侧出料导管23-1或外侧出料导管23-2开闭功能，旋转开关17设置在收集槽16内侧并与弹性开关15为点接触，内侧出料导管23-1、外侧出料导管23-2可以旋转角度。
所述小叶轮10由小叶轮轴27和固定在轴上的横截面呈三角形的叶片28构成；大叶轮7为中空圆筒状，其上开有两层百叶窗叶片29，百叶窗叶片开启角度为3o~5o；鼓形挡板8为中空鼓型结构，其中间部分为多孔圆环结构；锥形磨液外轮3为中空圆锥台形，轴向磨条Ⅰ31均匀分布在其内表面，锥形磨液外轮3顶端带有出液孔30且与填料螺旋管2相通；锥形磨液内轮4为中空圆锥台形，轴向磨条轴向磨条Ⅱ32均匀分布在其外表面；动盘内填料层9、静盘填料层6、动盘外填料层5均由内外两块环形多孔板构成，且两块环形多孔板之间填塞有填料，多孔板为不锈钢，填充物为聚氯乙烯，填料的设置增加了传质接触面积；所述填料螺旋管2为螺旋状不锈钢金属软管；所述收集槽16由内外两个环形槽组成，外槽收集重相液体，内槽收集轻相液体。
本发明装置使用时，开启电机33电源，调节转子转速，电机33带动轴24转动，同时带动底座13的旋转；通过蠕动泵调节两相液体的压力和流速后，将两相液体分别通入2个两相进液管11后实现逆流对撞，对撞流再经过3个小叶轮10的紊流阻挡改变运动轨迹后被甩到动盘内填料层9，在动盘内填料层9内扩大了传质面积；在离心力的作用下，混合液体喷向鼓形挡板8，液体收集到鼓形挡板8底部，并通过其中间喷孔向外喷射，形成二次雾化。混合液体甩到大叶轮7后，因为其百叶窗叶片29的偏角作用，产生负压，使液体产生向内的趋势，形成部分逆流对撞；混合液体再甩到静盘填料层6上，最后甩到动盘外填料层5上，反应后由于重力的作用液体下落。在离心力的作用下，混合液体喷向锥形磨液内轮4并汇聚于其底部，在锥形磨液内轮4和锥形磨液外轮3的配合作用下，混合液体被带到锥形磨液外轮3的上端，通过锥形磨液外轮3上端的出液孔30流到填料螺旋管2中。混合液体经过填料螺旋管2后流入分相槽14中，在分相槽14的内侧和外侧均匀分布有内侧出料导管23-1、外侧出料导管23-2，内侧出料导管23-1与收集槽16的内槽35相连通，外侧出料导管23-2与收集槽16的外槽36相连通，由于液体密度不同重相流体将流入收集槽16的外槽，轻相流体将流入收集槽16的内槽，在收集槽16的内槽和外槽分别收集了最终产物。
由于液相在转子内经历了动盘—静盘—动盘的反复过程，不但增加了传质、传热及反应接触面积，而且适当延长了两相在转子内的反应时间。
实施例2：本实施例装置结构同实施例1，不同在于增加两对小叶轮，增大填料螺旋管的外壳半径，其他条件保持不变。
实施例3：本实施例装置结构同实施例1，增加传质装置中的动盘填料层和静盘填料层的环数，增大填料螺旋管的外壳半径，其他条件保持不变。
Claims (8)
1.一种迷宫式超重力液液萃取分离器，其特征在于：包括外壳（1）、填料螺旋管（2）、混合传质机构、分离收集机构、顶盖板（12）、底座（13）、轴承座套（18）、轴（24）、电机（33）；顶盖板（12）连接固定在外壳（1）上端，底座（13）设置在外壳（1）腔体中且其下端与轴（24）固连，混合传质机构设置在底座（13）上，分离收集机构设置在底座（13）下端并与外壳（1）下端连接，填料螺旋管（2）固定在外壳（1）内侧，轴承座套（18）与旋转开关（17）为螺纹副动连接，轴（24）通过一对推力轴承与轴承座套（18）联接，轴承座套（18）连接固定在机架（34）上，电机（33）安装在机架（34）上并通过同步带（26）与轴（24）上的小带轮（25）连接；
其中混合传质机构包括进料行星叶轮混合装置、传质装置、锥形磨液轮，传质装置设在进料行星叶轮混合装置和锥形磨液轮之间，其中进料行星叶轮混合装置包括两相进液管（11）、小叶轮（10）、行星轮（19）、固定柱（20）、太阳轮（21）、行星架（22），固定柱（20）下端与底座（13）固定连接，上端与行星架（22）固定连接，呈圆周对称分布；行星轮（19）套装在小叶轮（10）上并设置在行星架（22）上方，小叶轮（10）下端通过轴承与底座（13）相连；太阳轮（21）固定在行星架（22）上并与行星轮（19）相啮合；两相进液管（11）经过行星架（22）向下延伸至底座上方且不与底座接触；所述传质装置包括动盘外填料层（5）、静盘填料层（6）、大叶轮（7）、鼓形挡板（8）、动盘内填料层（9），动盘内填料层（9）、鼓形挡板（8）、大叶轮（7）、动盘外填料层（5）依次由内到外固定在底座（13）上；动盘内填料层（9）设置在小叶轮（10）外侧，鼓形挡板（8）设置在动盘内填料层（9）与大叶轮（7）之间，静盘填料层（6）设置在大叶轮（7）与动盘外填料层（5）之间，静盘填料层（6）固定在顶盖板（12）上；所述锥形磨液轮包括锥形磨液内轮（4）和锥形磨液外轮（3），锥形磨液外轮（3）套装在锥形磨液内轮（4）外并构成相对旋转配合关系，锥形磨液内轮（4）固定在顶盖板（12）上，锥形磨液外轮（3）固定在底座（13）上，锥形磨液外轮（3）上端的出液孔与填料螺旋管（2）入口相通；
所述分离收集机构包括分相槽（14）、弹性开关（15）、收集槽（16）；填料螺旋管（2）的出口与分相槽（14）相通，收集槽（16）设置在分相槽（14）下方，收集槽（16）由内外两个环形槽组成，内侧出料导管（23-1）和外侧出料导管（23-2）呈周向交叉均匀分布在分相槽（14）的内侧和外侧，内侧出料导管（23-1）与收集槽（16）的内槽（35）相连通，外侧出料导管（23-2）与收集槽（16）的外槽（36）相连通，弹性开关（15）穿过分相槽（14）底部的安装孔分别与内侧出料导管（23-1）、外侧出料导管（23-2）垂直相交，实现控制内侧出料导管（23-1）或外侧出料导管（23-2）开闭功能，旋转开关（17）设置在收集槽（16）内侧并与弹性开关（15）为点接触。
2.根据权利要求1所述迷宫式超重力液液萃取分离器，其特征在于：小叶轮（10）由小叶轮轴（27）和固定在轴上的横截面呈三角形的叶片（28）构成。
3.根据权利要求1或2所述的迷宫式超重力液液萃取分离器，其特征在于：大叶轮（7）为中空圆筒状，其上开有两层百叶窗叶片（29），百叶窗叶片开启角度为3o-5o。
4.根据权利要求1或2所述的迷宫式超重力液液萃取分离器，其特征在于：鼓形挡板（8）为中空鼓型结构，其中间部分为多孔圆环结构。
5.根据权利要求4所述的迷宫式超重力液液萃取分离器，其特征在于：锥形磨液外轮（3）为中空圆锥台形，轴向磨条Ⅰ（31）均匀分布在其内表面，锥形磨液外轮（3）顶端带有出液孔（30）且与填料螺旋管（2）相通。
6.根据权利要求5所述的迷宫式超重力液液萃取分离器，其特征在于：锥形磨液内轮（4）为中空圆锥台形，轴向磨条轴向磨条Ⅱ（32）均匀分布在其外表面。
7.根据权利要求6所述的迷宫式超重力液液萃取分离器，其特征在于：动盘内填料层（9）、静盘填料层（6）、动盘外填料层（5）均由内外两块环形多孔板构成，且两块环形多孔板之间填塞有填料，填充物为聚氯乙烯、聚四氟乙烯、环氧树脂或聚丙烯。
8.根据权利要求7所述的迷宫式超重力液液萃取分离器，其特征在于：填料螺旋管（2）为螺旋状不锈钢金属软管或耐腐蚀塑料软管，管内充满填料。
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