CN109701297B - 一种超重力萃取分离耦合装置及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超重力萃取分离耦合装置及应用，通过同时设置超重力混合单元和萃取分离单元，超重力混合单元首先将轻相流体和重相流体的至少一个分散为微纳尺度的液滴，并将两个流体混合形成萃取混合流体，提高了两相流体的接触面积，另一方面，在萃取分离单元中通过离心使所述萃取混合流体中的轻相流体和重相流体分离，提高了其中一相的分散程度和两相之间的混合效率，缩短了萃取平衡时间，并且可以通过超重力混合单元中的驱动电机产生的离心力同时作用于萃取分离单元，一方面缩短了分离时间，另一方面节约了功耗，提高了能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及萃取分离技术领域，更具体的，涉及一种超重力萃取分离耦合装置及应用。
背景技术
液-液萃取又称溶剂萃取，一般可分为两相传质和两相分离两个过程，原理是利用原料液中各组分在适当溶剂中溶解度的差异而实现混合液中组分分离的过程。
萃取分离具有常温操作、能耗低、选择性好、易于连续操作和自动化控制等优点，广泛应用于化工、石油、食品、制药等领域。而萃取分离过程主要由分散—传质—聚并三个阶段的循环来完成，要实现待分离组分的萃取，就要将一相分散到另一相中。一般而言，液滴平均直径越小，相际传质表面积越大，越有利于传质。但分散液滴越小，分散相液滴的聚并和相分离过程就越难。因此发展新型高效的萃取分离设备仍是萃取分离领域的一个重要研究方向。
萃取设备按结构特点可分为两类：一是单件组合式，以混合澄清器为典型，两相间的混合主要依靠机械搅拌；二是塔式，如填料塔、筛板塔和转盘塔等，两相间的混合依靠密度差或加入机械能造成震荡。其中混合澄清器、填料塔、板式塔等依靠重力实现两相间的澄清，对于两液体密度差小或体积比大、或界面张力小而易乳化或粘度很大时，依靠重力的作用难以实现两相间很好的混合或澄清。因此目前的萃取设备存在诸多难以克服的不足。
发明内容
为了解决目前萃取设备存在的诸多不足，本发明提供一种超重力萃取分离耦合装置及应用，通过同时设置超重力混合单元和萃取分离单元，超重力混合单元首先将轻相流体和重相流体的至少一个分散为微纳尺度的液滴，并将两个流体混合形成萃取混合流体，提高了两相流体的接触面积，另一方面，在萃取分离单元中通过离心使所述萃取混合流体中的轻相流体和重相流体分离，提高了其中一相的分散程度和两相之间的混合效率，缩短了萃取平衡时间，并且可以通过超重力混合单元中的驱动电机产生的离心力同时作用于萃取分离单元，一方面缩短了分离时间，另一方面节约了功耗，提高了能源利用率。
本发明第一方面实施例提供一种超重力萃取分离耦合装置，包括：
壳体；以及设置于所述壳体内的超重力混合单元和萃取分离单元；其中，
所述超重力混合单元用于将轻相流体和重相流体的至少一个分散为微纳尺度的液滴，并使两个流体混合形成萃取混合流体；所述轻相流体和所述重相流体的其中一个包括有被萃取溶液，所述被萃取溶液在所述轻相流体和所述重相流体中的溶解度不同；
所述萃取分离单元通过离心使所述萃取混合流体中的轻相流体和重相流体分离，进而使所述被萃取溶液从所述轻相流体和所述重相流体的其中一个萃取至其中另一个。
在某些实施例中，所述超重力混合单元包括：
超重力分散单元和降膜混合单元；
所述降膜混合单元用于使两个流体的其中一个形成膜状流动的液膜；
所述超重力分散单元用于将另一个流体分散为微纳尺度的液滴，并使所述液滴与液膜混合形成萃取混合流体。
在某些实施例中，所述超重力分散单元包括：
设于所述壳体内的具有容腔的转子；
设于所述容腔中央处的液体分布器；以及
固定在所述容腔内并围绕所述液体分布器设置的填料，所述填料形成剪切流体的剪切结构；或者，
所述超重力分散单元包括：
设于所述壳体内的旋转腔室，所述旋转腔室内设有若干转子柱和定子柱，所述若干转子柱围绕所述旋转腔室的转动中心转动进而与所述定子柱配合形成剪切流体的剪切结构。
在某些实施例中，所述降膜混合单元包括：
围绕所述超重力分散单元设置的降膜板；以及
承载板，所述承载板的外侧表面与所述壳体内表面结合固定，内侧表面与所述降膜板远离所述超重力分散单元的一侧表面结合固定，所述降膜板的顶端所在平面高于所述承载板的上表面；或者，
所述降膜混合单元包括：
围绕所述超重力分散单元设置的降膜板；以及
溢流槽体，所述溢流槽体内的连续相流体可溢流至所述降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面。
在某些实施例中，所述超重力混合单元包括转轴；所述萃取分离单元包括：
与所述壳体内侧壁固定的固定件，所述固定件具有通孔；
一端贯穿所述固定件并与所述转轴固定连接的转动轴；以及
与所述转动轴另一端结合固定的转筒，所述萃取混合流体通过固定件上的通孔进入所述转筒内；
其中，所述固定件包括：位于内环的轻相通道，以及与所述轻相通道不连通并且位于外环的重相通道；
所述轻相通道具有一轻相入口和贯通所述壳体表面的轻相出口，所述重相通道具有一重相入口通道和贯通所述壳体表面的重相出口；
所述轻相入口位于所述重相入口的内侧位置，进而在所述转筒转动下，分离的轻相流体可进入所述轻相通道，分离的重相流体可进入所述重相通道。
在某些实施例中，所述萃取分离单元包括：
固定在所述转轴和所述转动轴之间的变速器，所述变速器可使所述转轴和所述转动轴的转速不一致。
在某些实施例中，所述固定件上的通孔的数量为一个，所述萃取分离单元还包括：
固定在所述通孔上并位于所述固定件下侧的单相导向管。
在某些实施例中，所述降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面为光滑表面；或者，
所述降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面经过喷沙工艺处理形成粗糙表面；或者，
所述降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面均匀铺设丝网填料。
在某些实施例中，所述降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面均匀铺设经过疏水或亲水改性处理的丝网填料。
本发明第二方面提供一种上述所述的超重力萃取分离耦合装置的应用，将所述超重力萃取分离耦合装置应用于萃取分离系统中，所述萃取分离系统包括所述超重力萃取分离耦合装置。
本发明的有益效果：
本发明提供一种超重力萃取分离耦合装置及其应用，通过同时设置超重力混合单元和萃取分离单元，超重力混合单元首先将轻相流体和重相流体的至少一个分散为微纳尺度的液滴，并将两个流体混合形成萃取混合流体，提高了两相流体的接触面积，另一方面，在萃取分离单元中通过离心使所述萃取混合流体中的轻相流体和重相流体分离，提高了其中一相的分散程度和两相之间的混合效率，缩短了萃取平衡时间，并且可以通过超重力混合单元中的驱动电机产生的离心力同时作用于萃取分离单元，一方面缩短了分离时间，另一方面节约了功耗，提高了能源利用率。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的超重力萃取分离耦合装置的结构示意图。
图2为本发明的超重力萃取分离耦合装置的俯视图。
图3为本发明的转子的结构示意图。
图4为本发明的降膜混合单元的示意图。
图5为本发明的降膜板的具体结构示意图。
图6为本发明的重相通道的俯视示意图。
图7为本发明的轻相通道的俯视示意图。
图8为本发明的超重力萃取分离耦合系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种截面图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及他们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
因此目前的萃取设备存在诸多难以克服的不足，例如对于两液体密度差小或体积比大、或界面张力小而易乳化或粘度很大时，依靠重力的作用难以实现两相间很好的混合或澄清。
有鉴于此，本发明提供一种超重力萃取分离耦合装置及应用，通过同时设置超重力混合单元和萃取分离单元，超重力混合单元首先将轻相流体和重相流体的至少一个分散为微纳尺度的液滴，并将两个流体混合形成萃取混合流体，提高了两相流体的接触面积，另一方面，在萃取分离单元中通过离心使所述萃取混合流体中的轻相流体和重相流体分离，提高了其中一相的分散程度和两相之间的混合效率，缩短了萃取平衡时间，并且可以通过超重力混合单元中的驱动电机产生的离心力同时作用于萃取分离单元，一方面缩短了分离时间，另一方面节约了功耗，提高了能源利用率。
下面对本发明进行详细说明。
本发明第一方面实施例提供一种超重力萃取分离耦合装置，包括：壳体；以及设置于所述壳体内的超重力混合单元和萃取分离单元。
所述超重力混合单元用于将轻相流体和重相流体的至少一个分散为微纳尺度的液滴，并使两个流体混合形成萃取混合流体；所述轻相流体和所述重相流体的其中一个包括有被萃取溶液，所述被萃取溶液在所述轻相流体和所述重相流体中的溶解度不同。
具体的，在一些实施例中，超重力混合单元可以为常规的两股进料的超重力旋转填充床、定转子反应器等。
以超重力旋转填充床为例，所述超重力混合单元具体包括设于所述壳体内的具有容腔的转子；设于所述容腔中央处的液体分布器；以及固定在所述容腔内并围绕所述液体分布器设置的填料，所述填料形成剪切流体的剪切结构。其中液体分布器为两个，一个通入轻相流体，另一个通入重相流体。
以定转子反应器为例，所述超重力混合单元设于所述壳体内的旋转腔室和插入所述旋转腔室中的液体分布器，所述旋转腔室内设有若干转子柱和定子柱，所述若干转子柱围绕所述旋转腔室的转动中心转动进而与所述定子柱配合形成剪切流体的剪切结构。同样的，其中液体分布器为两个，一个通入轻相流体，另一个通入重相流体。
上述实施例以目前常用的两种超重力反应装置进行说明，可以知晓的是，由于萃取分离单元和超重力混合单元均需要借助于离心实现，因此在优选的实施例中，可以共用一个电机，通过一个电机带动超重力混合单元和萃取分离单元的运行。当然，也可以根据需要设置两个不同的电机带动旋转产生离心力，本申请不做限制。
在优选的实施例中，本申请对超重力装置进行了改进，区别于现有的旋转填充床或定转子反应器，本实施例中的超重力混合单元包括：超重力分散单元和降膜混合单元；所述降膜混合单元用于使两个流体的其中一个形成膜状流动的液膜；所述超重力分散单元用于将另一个流体分散为微纳尺度的液滴，并使所述液滴与液膜混合形成萃取混合流体。该实施例中，由于连续相流体通过降膜板流动，因此超重力分散单元中的液体分布器仅为一个。
需要说明的是，本申请中的分散相流体为经过超重力分散单元分散的流体，其可以为轻相流体和重相流体中的一个，连续相流体为经过降膜混合单元形成膜式流动的流体，其可以为轻相流体和重相流体中的另一个，本申请不再赘述。
下面结合附图对上述的优选实施例进行详细说明。
如图1和图2所示，通过底座8固定所述超重力萃取分离耦合装置，其中超重力混合单元位于上方，萃取分离单元位于下方，超重力萃取分离耦合装置的壳体16具有容纳腔，容纳腔内设置有上述的超重力分散单元，超重力分散单元包括分散相流体的进口1，连接在所述分散相流体的进口1上的液体分布器9，液体分布器9上均匀设置若干孔道，超重力分散单元还包括设于所述壳体16内具有容腔的转子3。
转子3包括围绕所述液体分布器9设置的填料、填料的外壳，以及固定在填料外壳中心处的转轴，转轴通过电机17带动高速旋转，可以根据需要调节电机17的功率，进而调节转轴的转速。进一步的，转轴可以设置动密封。
填料可以是丝网填料、整体式填料等，本申请对填料本身不做限制，填料可以根据需要选择合适的材料或者类型，本申请对此不做限制。
填料固定在转子3的外壳内表面，并且在转子3中央处形成可插入液体分布器9的容腔，所述填料形成剪切流体的剪切结构，进而使得分散相流体通过该液体分布器上的孔道喷射到填料上，填料在转子3的高速转动下实现对流体的切割，进而将分散相流体剪切为微纳尺度的液滴。
在旋转填充床内，剪切结构可以是丝网层层绕制形成的结构，通过丝网的切割，使得流体剪切形成微纳尺度的液滴，本申请不限于此，可以知晓，目前对于超重力反应器的研究表明，在转子3的高速转动下，剪切结构可以有多种形式，丝网层层绕制仅仅是常用的一种。
在一个优选的实施例中，转子3可以是如图3所示出的形状，即填料的外层围绕多层(例如两层)丝网填料，内层设置为具有多个周向发散并且直径逐渐变小的变径通道，该变径通道使得经过液体分布器9喷射出的分散相流体的在变径通道的压缩下喷射力更大，喷射更加集中，然后经过多层丝网填料的切割，进一步强化了丝网切割效果，使得分散相分散更加充分，液滴更小。
在一些具体实施例中，填料为丝网填料，其材料为不锈钢，每两层丝网间隔相同间距，并且固定在同一轴面上。
在一些具体实施例中，丝网的数目为2层，每层丝网的目数可以相同，也可以不同，在优选的实施例中，目数为24-36，组合为24-24、26-26、28-28、30-30、32-32、34-34、36-36，优选为32-32、34-34、36-36，更优选为34-34，36-36。
在一些具体实施例中，转子的转轴转速可以在2000-12000rpm，例如转速可以为2000rpm、3000rpm、4000rpm、5000rpm、6000rpm、7000rpm、8000rpm、9000rpm、10000rpm，优选为8000-12000rpm，更优选为10000-12000rpm。
转轴的转速在2000-12000rpm时，即达到超高转，超高转的转速可以将分散相流体剪切为纳米级的小液滴，是实现微小液滴的方式之一，能够实现分散相流体充分分散。
在一些具体实施例中，可以通过转子的转速控制剪切的液滴的大小，例如转子转速越高，液滴越小。
进一步的，液体分布器上的孔道的孔径可以为1-4mm，例如1mm、2mm、4mm。每个孔道的间距为0.5-2cm，例如1cm，1.5cm，2cm等。
图1和图2示出的实施例中，降膜混合单元包括围绕所述超重力分散单元设置的降膜板11，和承载板，所述承载板的外侧表面与所述壳体内表面结合固定，内侧表面与所述降膜板远离所述超重力分散单元的一侧表面结合固定，所述降膜板的顶端所在平面高于所述承载板的上表面，进而承载板与降膜板11和壳体共同形成溢流槽10。
本实施例中，由于降膜板的顶端高于承载板的上表面，因此降膜板11与承载板和超重力萃取分离耦合装置壳体共同形成了溢流槽10，在形成的溢流槽10上具有通入连续相流体的管道，该管道与连续相液体进口2连通，进而通过管道使连续相流体进入溢流槽中，当溢流槽中的流体的液面高度高于降膜板11顶端所在平面时，溢流槽中的流体溢出，经过降膜板11形成膜状流动的液膜，进而与微纳尺度的液滴混合，混合后通过流入萃取分离单元中。
在另一个图中未示出的实施例中，降膜混合单元包括：围绕所述超重力分散单元设置的降膜板；以及溢流槽体，所述溢流槽体内的连续相流体可溢流至所述降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面。
该实施例中，溢流槽体不依赖于壳体和降膜板形成，即溢流槽体可以整体高于降膜板的顶端，只要溢流槽体溢流出的连续相流体能够流动至降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面即可，进而在降膜板上形成膜状流动的液膜，与微纳尺度的液滴混合。
降膜板靠近超重力分散单元的一侧表面可以为光滑表面；也可以为粗糙表面，本申请对此不做限制。
在一个实施例中，粗糙表面可以通过喷砂工艺处理形成，本发明不限于此。粗糙表面能够形成液膜流动的阻力，进而增加了液膜与液滴混合的停留时间。
此外，可以根据连续相流体的性质，将降膜板设置为具有亲水性或者具有疏水性，例如若连续相流体为水相，优选亲水性不锈钢材料，若连续相流体为油相，优选为疏水性不锈钢材料。
在图4中的实施例中，降膜板11表面设有丝网填料，达到提高液体的均匀分布、增大接触液体面积、增大混合效果的目的。
在优选的实施例中，如图5所示，降膜板的顶端具有若干排列均匀的缺口，缺口贯穿至所述降膜板靠近和远离超重力分散单元的两侧表面。这样由于缺口的高度低于降膜板最高点的高度，因此溢流的连续相流体首先经过缺口处溢流出，由于缺口均匀排布，因此溢流出的流体溢流均匀，不会导致部分区域溢流过多，部分区域由于阻力和惯性力的缘故导致无法溢流，进而使得液膜厚度不均匀的问题。
该些实施例中，基于常规超重力反应器的改进，通过同时设置超重力分散单元和降膜混合单元，超重力分散单元首先将分散相流体分散为微纳尺度的液滴，降膜混合单元使连续相流体形成流动的液膜，进而通过超重力分散单元使液滴与液膜撞击，分散相流体在混合之前充分分散，然后与连续相混合，连续相在降膜混合单元中的降膜板上平缓下流，保证了连续相的稳定持续性，通过上述的结合，增加两相混合界面的扰动，使混合效率提高，分散程度高，并且降膜单元使分散撞击在液膜上的液滴进一步破碎，提高了能量的利用率。
下面对本申请的萃取分离单元进行详细说明。
所述萃取分离单元通过离心使所述萃取混合流体中的轻相流体和重相流体分离，进而使所述被萃取溶液从所述轻相流体和所述重相流体的其中一个萃取至其中另一个。
具体的，结合图1、图6至图7所示，所述萃取分离单元包括：与所述壳体16内侧壁固定的固定件，所述固定件具有通孔；一端贯穿所述固定件并与所述转轴固定连接的转动轴6；以及与所述转动轴6另一端结合固定的转筒7，所述萃取混合流体通过固定件上的通孔进入所述转筒7内；其中，所述固定件包括：位于内环的轻相通道14，以及与所述轻相通道14不连通并且位于外环的重相通道4；所述轻相通道14具有一轻相入口和贯通所述壳体表面的轻相出口5，所述重相通道4具有一重相入口通道和贯通所述壳体表面的重相出口13；所述轻相入口位于所述重相入口的内侧位置，进而在所述转筒7转动下，分离的轻相流体可进入所述轻相通道14，分离的重相流体可进入所述重相通道4。
该实施例中，轻相通道14形成了一个轻相收集室，重相通道4形成了一个重相收集室，由于轻相流体的质量较轻，密度较小，惯性较小，因此轻相流体在离心旋转的作用力下逐渐流动至旋转的中心区域，通过位于中心处的轻相入口进入轻相通道14；重相流体的质量较重，密度较高，惯性较大，在离心旋转的作用力下逐渐流动至离心的外围，进而通过设置在外围的重相入口进入重相收集室，这样利用旋转产生的离心力，使两相液体由于密度差的不同快速分离，缩短分离时间。
在一个优选的实施例中，如图1所示，为了调节超重力分散单元的转轴与萃取分离单元的转筒的转速差异，所述萃取分离单元包括：固定在所述转轴和所述转动轴之间的变速器12，所述变速器12可使所述转轴和所述转动轴的转速不一致。
此外，在另一个优选的实施例中，固定件为中空转鼓，其中的空腔形成了位于内环的轻相通道和位于外环的重相通道，另外，中空转鼓的轻相通道和重相通道结构为文丘里变径结构，液体出口孔径为0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm，优选为0.1-0.5mm，更优选为0.1mm。
在一些具体实施例中，转筒的转速为600rpm、800rpm、1000rpm、1200rpm、1400rpm、1600rpm、1800rpm、2000rpm，优选为800-1400rpm，更优选为1000-1200rpm。
进一步的，在优选实施例中，所述固定件上的通孔的数量为一个，所述萃取分离单元还包括：固定在所述通孔上并位于所述固定件下侧的单相导向管15。这样设置后萃取混合流体从单向流动管15中进入转筒7，减少或避免液体返混。
基于上述实施例的详细描述，可以知晓，本方面通过同时设置超重力混合单元和萃取分离单元，超重力混合单元首先将轻相流体和重相流体的至少一个分散为微纳尺度的液滴，并将两个流体混合形成萃取混合流体，提高了两相流体的接触面积，另一方面，在萃取分离单元中通过离心使所述萃取混合流体中的轻相流体和重相流体分离，提高了其中一相的分散程度和两相之间的混合效率，缩短了萃取平衡时间，并且可以通过超重力混合单元中的驱动电机产生的离心力同时作用于萃取分离单元，一方面缩短了分离时间，另一方面节约了功耗，提高了能源利用率。
基于与本申请上一方面相同的理由，本申请第二方面提供一种上述所述的超重力萃取分离耦合装置的应用，将所述超重力萃取分离耦合装置应用于萃取分离系统中，所述萃取分离系统包括所述超重力萃取分离耦合装置。
在一些具体实施例中，如图8所示，该系统具体包括：液体流量计18；流量调节阀19；离心泵20；第一原料罐21；第一产品罐22；超重力萃取分离耦合装置23；第二产品罐24；第二原料罐25；为液体流量计26；流量调节阀27；离心泵28。
其中第一原料罐21包括上述的轻相流体，第二原料罐25中包括上述的重相流体，第一产品罐22中包括萃取后的轻相流体，第二产品罐24中包括有萃取后的重相流体，其中待萃取的产品可以择一分布在第一原料罐21和第二原料罐25中，并且经过萃取后，待萃取的产品分布在另一个原料罐中。
下面结合具体场景对本方面进行详细说明。
1)在图8所示的萃取系统中，在低浓度苯酚污水处理过程中，用30％磷酸三丁酯(煤油)萃取分离废水中的苯酚，液体分布器孔径为0.5cm，孔间间距为1cm，转子的中空转鼓的孔径0.5mm，不锈钢丝网目数为200，转子的转速为6000rpm，分离转筒转速为800rpm，分散相为磷酸三丁酯和煤油的混合物，连续相为苯酚水溶液，分散相与连续相相比为1:10，水相中苯酚质量浓度为20mg/L，调节PH值为6.5～6.7，连续相进料流量为100L/h，分散相进料流量为10L/h，为反应温度为常温。
经检测，本场景的萃取级效率在80％左右。
2))在图8所示的萃取系统中，在低浓度苯酚污水处理过程中，用30％磷酸三丁酯(煤油)萃取分离废水中的苯酚，液体分布器孔径为0.5cm，孔间间距为1cm，转子的中空转鼓的孔径0.5mm，不锈钢丝网目数为200，转子的转速为8000rpm，分离转筒转速为800rpm，分散相为磷酸三丁酯和煤油的混合物，连续相为苯酚水溶液，分散相与连续相相比为1:10，水相中苯酚质量浓度为20mg/L，调节PH值为6.5～6.7，连续相进料流量为100L/h，分散相进料流量为10L/h，为反应温度为常温。
经检测，本场景的萃取级效率在85％左右。
3))在图8所示的萃取系统中，在低浓度苯酚污水处理过程中，用30％磷酸三丁酯(煤油)萃取分离废水中的苯酚，液体分布器孔径为0.5cm，孔间间距为1cm，转子的中空转鼓的孔径0.5mm，不锈钢丝网目数为200，转子的转速为10000rpm，分离转筒转速为800rpm，分散相为磷酸三丁酯和煤油的混合物，连续相为苯酚水溶液，分散相与连续相相比为1:10，水相中苯酚质量浓度为20mg/L，调节PH值为6.5～6.7，连续相进料流量为100L/h，分散相进料流量为10L/h，为反应温度为常温。
经检测，本场景的萃取级效率在92％左右。
基于与本发明第一方面中的超重力萃取分离耦合装置的发明构思，本发明第三方面提供的应用，提高了其中一相的分散程度和两相之间的混合效率，缩短了萃取平衡时间，并且可以通过超重力混合单元中的驱动电机产生的离心力同时作用于萃取分离单元，一方面缩短了分离时间，另一方面节约了功耗，提高了能源利用率，具有溶剂分散效率高、混合效果好、萃取率高、萃取及分离时间短、设备体积小、处理量大等特点。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种超重力萃取分离耦合装置，其特征在于，包括：
壳体；以及设置于所述壳体内的超重力混合单元和萃取分离单元；其中，
所述超重力混合单元用于将轻相流体和重相流体的至少一个分散为微纳尺度的液滴，并使两个流体混合形成萃取混合流体；所述轻相流体和所述重相流体的其中一个包括有被萃取溶液，所述被萃取溶液在所述轻相流体和所述重相流体中的溶解度不同；
所述萃取分离单元通过离心使所述萃取混合流体中的轻相流体和重相流体分离，进而使所述被萃取溶液从所述轻相流体和所述重相流体的其中一个萃取至其中另一个；
所述超重力混合单元包括转轴；所述萃取分离单元包括：
与所述壳体内侧壁固定的固定件，所述固定件具有通孔；
一端贯穿所述固定件并与所述转轴固定连接的转动轴；以及
与所述转动轴另一端结合固定的转筒，所述萃取混合流体通过固定件上的通孔进入所述转筒内；
其中，所述固定件包括：位于内环的轻相通道，以及与所述轻相通道不连通并且位于外环的重相通道；
所述轻相通道具有一轻相入口和贯通所述壳体表面的轻相出口，所述重相通道具有一重相入口通道和贯通所述壳体表面的重相出口；
所述轻相入口位于所述重相入口的内侧位置，进而在所述转筒转动下，分离的轻相流体可进入所述轻相通道，分离的重相流体可进入所述重相通道。
2.根据权利要求1所述的超重力萃取分离耦合装置，其特征在于，所述超重力混合单元包括：
超重力分散单元和降膜混合单元；
所述降膜混合单元用于使两个流体的其中一个形成膜状流动的液膜；
所述超重力分散单元用于将另一个流体分散为微纳尺度的液滴，并使所述液滴与液膜混合形成萃取混合流体。
3.根据权利要求2所述的超重力萃取分离耦合装置，其特征在于，所述超重力分散单元包括：
设于所述壳体内的具有容腔的转子；
设于所述容腔中央处的液体分布器；以及
固定在所述容腔内并围绕所述液体分布器设置的填料，所述填料形成剪切流体的剪切结构；或者，
所述超重力分散单元包括：
设于所述壳体内的旋转腔室和插入所述旋转腔室中的液体分布器；
所述旋转腔室内设有若干转子柱和定子柱，所述若干转子柱围绕所述旋转腔室的转动中心转动进而与所述定子柱配合形成剪切流体的剪切结构。
4.根据权利要求2所述的超重力萃取分离耦合装置，其特征在于，所述降膜混合单元包括：
围绕所述超重力分散单元设置的降膜板；以及
承载板，所述承载板的外侧表面与所述壳体内表面结合固定，内侧表面与所述降膜板远离所述超重力分散单元的一侧表面结合固定，所述降膜板的顶端所在平面高于所述承载板的上表面；或者，
所述降膜混合单元包括：
围绕所述超重力分散单元设置的降膜板；以及
溢流槽体，所述溢流槽体内的连续相流体可溢流至所述降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面。
5.根据权利要求1所述的超重力萃取分离耦合装置，其特征在于，所述萃取分离单元包括：
固定在所述转轴和所述转动轴之间的变速器，所述变速器可使所述转轴和所述转动轴的转速不一致。
6.根据权利要求1所述的超重力萃取分离耦合装置，其特征在于，所述固定件上的通孔的数量为一个，所述萃取分离单元还包括：
固定在所述通孔上并位于所述固定件下侧的单相导向管。
7.根据权利要求4所述的超重力萃取分离耦合装置，其特征在于，所述降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面为光滑表面；或者，
所述降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面经过喷沙工艺处理形成粗糙表面；或者，
所述降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面均匀铺设丝网填料。
8.根据权利要求4所述的超重力萃取分离耦合装置，其特征在于，所述降膜板靠近所述超重力分散单元的一侧表面均匀铺设经过疏水或亲水改性处理的丝网填料。
9.一种权利要求1-8任一项所述的超重力萃取分离耦合装置的应用，其特征在于，将所述超重力萃取分离耦合装置应用于萃取分离系统中，所述萃取分离系统包括所述超重力萃取分离耦合装置。
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