CN106669224B - 一种萃取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种萃取装置，属于萃取技术领域，为解决现有装置中萃取剂分布不均匀的问题而设计。本发明萃取装置包括气室和套设于气室外的第一溶剂室，气室与第一溶剂室置于第二溶剂室内，第一溶剂室用于盛装轻相萃取剂，第二溶剂室用于盛装重相待萃取液，第一溶剂室与位于第二溶剂室外的萃取剂源连通，气室与位于第二溶剂室外的气源连通；气室的侧壁上沿周向均匀设置有多个出气口，第一溶剂室的侧壁上对应于出气口的位置均匀设置有多个第一出口，每个出气口连通至与其相对应的第一出口的内侧或第一出口中。本发明萃取装置中，油气泡发生点均匀分布，进而使得萃取剂可以在待萃取液中均匀分布，萃取效果好。

Description

一种萃取装置

技术领域

本发明涉及化工分离装置技术领域，尤其涉及一种萃取装置。

背景技术

溶剂萃取是一种重要的化工分离技术，具有分离效率高、操作简便等优点，广泛的应用在石油化工、制药、湿法冶金、环境处理等领域。在溶剂萃取过程涉及到互不相溶的两液相间的反应和传质过程，互不相溶的两液相要实现均匀混合，需使其中一相均匀地分散到另一相中，由此提供较大的两相接触面积。传统的萃取设备分为三大类：混合-澄清萃取槽、塔式萃取器、离心萃取器，这些设备可以实现对萃取过程中互不相溶的水、油两相先混合而后分相分离的有效控制。

然而随着过程工业的发展，对萃取设备的要求越来越高。例如在湿法冶金领域，由于矿石中品位的逐年下降，目标元素在浸出水相料液中的浓度越来越低，这就意味着在实际处理体系中水油两相的体积比(相比)将非常大。类似的在环境控制领域需要回收工业废水总含量极低但有价值的金属元素，在稀土元素萃取分离中，稀土元素浓度往往只有ppm级，对应的萃取剂相对于水相待萃取液只需要很小的体积即可完成萃取回收，这些都要求萃取器对大相比的水油混合体系进行高效率的处理。对于混合-澄清萃取槽，若水油两相体积比相差过大，在混合室内需要增加搅拌混合的强度，以保证小体积的油相得以充分的破碎分散在大体积的连续水相中。在澄清室内则需要相应增大澄清室的沉降面积，以抵消强烈搅拌对水油两相澄清分相带来的不利后果，导致混合澄清萃取槽成本投入过大；另外，若水油两相操作流量比(流比)过大，极易造成小体积的油相在大体积水相中的机械夹带损失，工艺运行成本增高。对于塔式萃取器，在大相比条件下操作时，需要增加塔的高度来尽量接近传质相平衡，这就需要较高的厂房。另外，若水油两相流比过大，极易造成塔内发生严重的两相流轴向返混或液泛，影响水油两相传质和分相效率，尤其对于两相密度差较小或易乳化体系，分相更加困难。离心萃取器以离心力代替重力强化相分离过程，虽然能解决一部分由于乳化导致的澄清分相困难问题，但由于离心萃取的相接触时间短，若两相相比过大，极易造成分相不完全，相夹带损失严重。另外，对于处理目标组分浓度低的溶液，离心萃取器操作费用较高，其经济性不佳。所以如何从萃取设备的结构设计来实现大相比或大流比的萃取操作，已成为溶剂萃取领域迫切需要解决的难题。

针对于上述问题，现有技术中提出了一种混合器，将互不相溶的两种液体中的一种液体喷吹分散为小尺寸颗粒分散相，与另一种不互溶的液体(其作为连续相)混合制备乳状液，以此达到加大两相接触面积的目的。但该方法需要外加表面活性剂以稳定分散的小颗粒液体，极易造成乳化，两相分相困难。现有技术还提出了一种萃取装置，该装置首先采用液膜分布器将小体积有机油相挤压形成一层薄层有机油膜，然后利用液膜分散器连续鼓入气泡，靠气泡将此薄层有机油相分散到大体积的水相中。该装置实现上述功能的前提是小体积有机油相需预先挤压成薄层有机液膜，但由于进油口设置在油室的一端，油室内油压分布不均匀，很难得到厚度均一的薄层有机液膜，实际操作过程无法有效控制有机油相的分散状态。气助分散油相过程往往得到的是微小油滴和/或气泡表面油膜(称之为油泡)的混合分散状态，甚至还混有大量未吸附有机油相的气泡。现有技术还提出了一种萃取方法及其设备，先制备一种气泡和有机油相的混合物，其中气泡是分散相，油相是连续相；然后再经排管式液体分布器将此混合有大量气泡的油相鼓入萃取塔。但该方法和装置无法实现小体积有机油相以形成“油包气”气泡液膜的方式进入塔体，水油两相逆流操作时极易造成乳化，难以澄清分相。现有技术还提出了一种技术方案，将煤油加热变成煤油蒸气，然后将煤油热蒸气吹泡鼓入水溶液，煤油热蒸汽在水溶液中冷凝后吸附在气泡表面，在水溶液中形成油包气的油泡。但是，该方法得以实现取决于煤油热蒸汽在水溶液中的冷凝速率，生成的油膜包气泡分散相表面油膜厚度无法控制，无法得到稳定的油膜包气泡分散相。虽然现有技术还提出了一种技术方案采用内外管嵌套结构，内管鼓吹气体、外管供送油相，以气泡分散小体积油相，可在水溶液中直接产生表面包覆油膜的油膜包气泡分散相，小体积油相在大体积水相中的分散状态容易人为控制，然而其中提出的油气泡分布发生装置，由于油室和气室的分布无法或很难做到均匀，在实际操作中很难得到均匀分散的油气泡。

发明内容

本发明的目的在于提出一种萃取剂可以在待萃取液中均匀分布的萃取装置。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种萃取装置，包括气室和套设于所述气室外的第一溶剂室，所述气室与所述第一溶剂室置于第二溶剂室内，所述第一溶剂室用于盛装轻相萃取剂，所述第二溶剂室用于盛装重相待萃取液，所述第一溶剂室与位于所述第二溶剂室外的萃取剂源连通，所述气室与位于所述第二溶剂室外的气源连通；所述气室的侧壁上沿周向均匀设置有多个出气口，所述第一溶剂室的侧壁上对应于所述出气口的位置均匀设置有多个第一出口，每个所述出气口连通至与其相对应的所述第一出口的内侧或所述第一出口中。

进一步地，每个所述出气口上分别设置有出气管，所有所述出气管共面且均匀设置；每一所述出气管的自由端延伸至与其对应的所述第一出口的内侧，或每一所述出气管的自由端延伸至与其对应的所述第一出口中且所述出气管的外壁面与所述第一出口的内壁面之间具有供萃取剂流动的间隙。

进一步地，所述第一出口呈台阶槽状，且所述台阶槽的内径沿远离所述气室的方向递减。

进一步地，所述第一溶剂室通过第一输送管与位于所述第二溶剂室外用于盛装萃取剂源的第一罐体连通，所述气室通过输气管与位于所述第二溶剂室外用于盛装气源的气罐连通，所述第一输送管套设于所述输气管外，且所述第一输送管与所述输气管的轴线共线。

进一步地，所述第一输送管与所述输气管均位于所述第一溶剂室与所述气室的下方，所述第一罐体与所述气罐上下设置，所述第一输送管插设于所述第一罐体内的部分上沿周向均匀设置有多个第一供给口，所述输气管外露于所述第一输送管且插设于所述气罐内的部分上沿周向均匀设置有多个供气口。

进一步地，所述萃取装置还包括电机，所述电机用于通过驱动所述第一输送管与所述输气管来驱动所述第一溶剂室与所述气室旋转。

进一步地，所述第一溶剂室的横截面、所述气室的横截面均为中心对称图形，所述第一溶剂室的中心线、所述气室的中心线、所述第一输送管的轴线以及所述输气管的轴线共线。

进一步地，所述第二溶剂室的横截面为中心对称图形，所述第二溶剂室的中心线与所述第一溶剂室的中心线、所述气室的中心线共线。

进一步地，所述萃取装置还包括固定架组件，所述固定架组件用于固定所述第二溶剂室、所述气罐和所述第一罐体。

进一步地，所述第二溶剂室与所述第一输送管之间设置有密封件；和/或，所述第一罐体与所述第一输送管之间设置有密封件；和/或，所述气罐与所述输气管之间设置有密封件。

本发明的有益效果如下：

本发明中，多个出气口均匀设置于气室的侧壁上、多个第一出口均匀设置于第一溶剂室的侧壁上，油气泡发生点均匀分布，保证了第一溶剂室的液压与气室的气压的均匀分布，产生油气泡大小均匀，进而使得油相萃取剂可以在水相待萃取液中均匀分布；同时，本实施例的萃取装置可以把极小量的油相萃取剂的比表面变得极大，油气泡与水相接触时间长，十分适合处理大相比的萃取体系，而且由于气泡浮力的牵引力使油气泡容易到达顶部，体系不会发生乳化，便于油相与水相的分离。

附图说明

图1是本发明优选实施例提供的萃取装置的剖视图；

图2是本发明优选实施例提供的气室与第一溶剂室的剖视图。

图中：1、气室；2、第一溶剂室；3、第二溶剂室；4、第一输送管；5、输气管；6、第一罐体；7、气罐；8、电机；9、固定架组件；10、密封件；11、出气口；12、出气管；21、第一出口；41、第一供给口；51、供气口；61、萃取剂入口；71、气体入口。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

优选实施例:

本优选实施例提供了一种萃取装置，其主要用作大相比的萃取体系中。请参阅图1和图2，本优选实施例提供的萃取装置包括气室1和套设于气室1外的第一溶剂室2，气室1与第一溶剂室2置于第二溶剂室3内，第一溶剂室2用于盛装轻相萃取剂，第二溶剂室3用于盛装重相待萃取液，第一溶剂室2与位于第二溶剂室3外的萃取剂源连通，气室1与位于第二溶剂室3外的气源连通；气室1的侧壁上沿周向均匀设置有多个出气口11，第一溶剂室2的侧壁上对应于出气口11均匀设置有多个第一出口21，每个出气口11连通至与其相对应的第一出口21的内侧或第一出口21中。本实施例中，“气室1的侧壁上沿周向”是指沿气室1的侧壁的周部方向，如图2所示，气室1的横截面以及第一溶剂室2的横截面均优选但不局限为呈圆形，也可以呈矩形等中心对称图形。气室1和第一溶剂室2优选为设置于第二溶剂室3的底部。轻相萃取剂优选为油相，重相待萃取液优选为水相。

本实施例中，每个出气口11连通至与其位置相对应的第一出口21的内侧或第一出口21中形成油气泡发生点，第一溶剂室2中的油相充满出气口11与第一出口21的间隙，并被出气口11的出气鼓吹成油膜包气结构的油气泡离开第一溶剂室2进入第二溶剂室3中的水相待萃取液。由于多个出气口11均匀设置于气室1的侧壁上、多个第一出口21均匀设置于第一溶剂室2的侧壁上，油气泡发生点均匀分布，保证了第一溶剂室2的液压与气室1的气压的均匀分布，产生油气泡大小均匀，进而使得油相萃取剂可以在水相待萃取液中均匀分布；同时，本实施例的萃取装置可以把极小量的油相的比表面变得极大，油气泡与水相接触时间长，十分适合处理大相比(水相:油相)的萃取体系，而且由于气泡浮力的牵引力使油气泡容易到达顶部，体系不会发生乳化，便于油相与水相的分离。

出气口11与第一出口21间的连通方式没有具体限制，可以使得第一出口21处形成油泡发生点并使油泡进入至第二溶剂室3中即可。优选地，每个出气口11上分别设置有出气管12，所有出气管12沿周向均匀设置，每一出气管12的自由端延伸至第一出口21中且出气管12的外壁面与第一出口21的内壁面之间具有供萃取剂流动的间隙。当然，每一出气管12的自由端延伸至与其对应的第一出口21处的内侧也属于本实施例的保护范围。

第一出口21的形状结构没有具体限制，可以使得生成的油气泡进入至第二溶剂室3中即可。但优选地，第一出口21呈台阶槽状，且台阶槽的内径沿远离气室1的方向递减。这种结构的第一出口21便于油相与气体接触形成油气泡。

第一溶剂室2与萃取剂源的连通方式以及气室1与气源的连通方式均没有具体限制，但为了保证第一溶剂室2的液压与气室1的气压的均匀分布，产生油气泡大小均匀，优选地，第一溶剂室2通过第一输送管4与位于第二溶剂室3外用于盛装萃取剂源的第一罐体6连通，气室1通过输气管5与位于第二溶剂室3外用于盛装气源的气罐7连通，第一输送管4套设于输气管5外，且第一输送管4与输气管5的轴线共线。优选地，第一罐体6上设置有萃取剂入口61，气罐7上设置有气体入口71，以便于向第一罐体6中补充萃取剂、向气罐7中补充气体。本实施例中，可以通过控制第一罐体6向第一溶剂室2中的供油流量以及气罐7向气室1中的供气流量来调节气泡的大小以及油膜的厚度。

为了进一步保证萃取剂在待萃取液中均匀分布，优选地，第一溶剂室2的横截面、气室1的横截面均为中心对称图形，第一溶剂室2的中心线、气室1的中心线、第一输送管4的轴线以及输气管5的轴线共线。更优选地，第二溶剂室3的横截面为中心对称图形，第二溶剂室3的中心线与第一溶剂室2的中心线、气室1的中心线共线。第一溶剂室2的中心线指穿过第一溶剂室2的所有横截面的对称中心的线，气室1的中心线指穿过气室1的所有横截面的对称中心的线，第二溶剂室3的中心线指穿过第二溶剂室3的所有横截面的对称中心的线。

在上述结构的基础上，第一输送管4与输气管5均位于第一溶剂室2与气室1的下方，第一罐体6与气罐7上下设置，第一输送管4插设于第一罐体6内的部分上沿周向均匀设置有多个第一供给口41，输气管5外露于所述第一输送管4且插设于气罐7内的部分上沿周向均匀设置有多个供气口51。

在上述结构的基础上，萃取装置还包括电机8，电机8用于通过驱动第一输送管4与输气管5来驱动第一溶剂室2与气室1旋转。溶剂室与气室1旋转可以使产生的油气泡迅速的脱离第一出口21，并随着旋转在上方水相均匀分布，同时油气泡呈螺旋路线上浮增大了与水相接触的时间和体积，可以提高萃取效率。电机8优选为变频电机。本实施例中，可以通过调节溶剂室与气室1的旋转速度来调节气泡的大小以及油膜的厚度。

在上述结构的基础上，还包括固定架组件9，固定架组件9用于固定第二溶剂室3、气罐7和第一罐体6。固定组件的结构没有具体限制，例如可以为一体结构也可以为分体结构，可以固定、支撑第二溶剂室3、气罐7和第一罐体6即可。

在上述结构的基础上，第二溶剂室3与第一输送管4之间设置有密封件10；和/或，第一罐体6与第一输送管4之间设置有密封件10；和/或，气罐7与输气管5之间设置有密封件10，以提高装置的密封性。密封件10优选但不局限为由橡胶材料制成。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种萃取装置，其特征在于，包括气室(1)和套设于所述气室(1)外的第一溶剂室(2)，所述气室(1)与所述第一溶剂室(2)置于第二溶剂室(3)内，所述第一溶剂室(2)用于盛装轻相萃取剂，所述第二溶剂室(3)用于盛装重相待萃取液，所述第一溶剂室(2)与位于所述第二溶剂室(3)外的萃取剂源连通，所述气室(1)与位于所述第二溶剂室(3)外的气源连通；所述气室(1)的侧壁上沿周向均匀设置有多个出气口(11)，所述第一溶剂室(2)的侧壁上对应于所述出气口(11)的位置均匀设置有多个第一出口(21)，每个所述出气口(11)连通至与其相对应的所述第一出口(21)的内侧或所述第一出口(21)中；

所述第一溶剂室(2)通过第一输送管(4)与位于所述第二溶剂室(3)外用于盛装萃取剂源的第一罐体(6)连通，所述气室(1)通过输气管(5)与位于所述第二溶剂室(3)外用于盛装气源的气罐(7)连通，所述第一输送管(4)套设于所述输气管(5)外，且所述第一输送管(4)与所述输气管(5)的轴线共线。

2.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，每个所述出气口(11)上分别设置有出气管(12)，所有所述出气管(12)沿周向均匀设置；每一所述出气管(12)的自由端延伸至与其对应的所述第一出口(21)的内侧，或每一所述出气管(12)的自由端延伸至与其对应的所述第一出口(21)中且所述出气管(12)的外壁面与所述第一出口(21)的内壁面之间具有供萃取剂流动的间隙。

3.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，所述第一出口(21)呈台阶槽状，且所述台阶槽的内径沿远离所述气室(1)的方向递减。

4.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，所述第一输送管(4)与所述输气管(5)均位于所述第一溶剂室(2)与所述气室(1)的下方，所述第一罐体(6)与所述气罐(7)上下设置，所述第一输送管(4)插设于所述第一罐体(6)内的部分上沿周向均匀设置有多个第一供给口(41)，所述输气管(5)外露于所述第一输送管(4)且插设于所述气罐(7)内的部分上沿周向均匀设置有多个供气口(51)。

5.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，所述萃取装置还包括电机(8)，所述电机(8)用于通过驱动所述第一输送管(4)与所述输气管(5)来驱动所述第一溶剂室(2)与所述气室(1)旋转。

6.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，所述第一溶剂室(2)的横截面、所述气室(1)的横截面均为中心对称图形，所述第一溶剂室(2)的中心线、所述气室(1)的中心线、所述第一输送管(4)的轴线以及所述输气管(5)的轴线共线。

7.根据权利要求6所述的萃取装置，其特征在于，所述第二溶剂室(3)的横截面为中心对称图形，所述第二溶剂室(3)的中心线与所述第一溶剂室(2)的中心线、所述气室(1)的中心线共线。

8.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，所述萃取装置还包括固定架组件(9)，所述固定架组件(9)用于固定所述第二溶剂室(3)、所述气罐(7)和所述第一罐体(6)。

9.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，所述第二溶剂室(3)与所述第一输送管(4)之间设置有密封件(10)；和/或，所述第一罐体(6)与所述第一输送管(4)之间设置有密封件(10)；和/或，所述气罐(7)与所述输气管(5)之间设置有密封件(10)。