CN112439224A - 隔膜萃取系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隔膜萃取系统，包括：预洗装置以及隔膜从该预洗装置输出后进入的萃取装置，萃取装置位于一密闭的壳体内，其中，预洗装置包括：预洗槽以及设置在预洗槽内、外的多个第一传动辊，其中，预洗槽内装载有萃取剂，在预洗槽上连通有进液管和溢流管，萃取装置包括：位于隔膜上方的压力喷淋装置和N个风淋装置以及位于隔膜下方的N个真空吸液辊，隔膜先后依次经过压力喷淋装置和N个风淋装置，每个真空吸液辊与1个风淋装置相对设置；在每个真空吸液辊的两侧设置有多个第二传动辊。本发明萃取剂消耗量大大减少，无需大规模设置萃取池。
Description
技术领域
本发明属于电池隔膜制备技术领域，具体来说涉及一种隔膜萃取系统。
背景技术
湿法电池隔膜制备时，挤出片材经双向拉伸并冷却后，薄膜内的石蜡油和基体聚乙烯固液两相分离，石蜡油所占据空间形成曲折的微孔通道。常规的萃取工艺是将隔膜浸泡在大量萃取剂中，实现萃取剂液体和石蜡油的置换，再将隔膜烘烤，使萃取剂达到沸点气化，从而形成隔膜微孔结构。传统萃取工艺存在以下缺点：
1、为保证萃取效果，以韩国MASTER隔膜线为例，萃取槽一般分为5个区域，萃取剂存液量一般在120-150m3，同时以6～12m3/h速度补充新液，以实现循环和补充消耗。目前行业最常用的萃取剂是二氯甲烷，萃取工艺经多个萃取槽逆流实现萃取。二氯甲烷消耗量大，即使回收利用，每天萃取剂损耗在1％～3％；
2、萃取膜线长、动力和非动力辊多，工艺置换较慢，萃取时隔膜因萃取剂挥发会发生收缩，断膜几率更高，而萃取维修难度大，异常往往无法被及时处置。且萃取池一旦污染，成本极高。重新穿膜或检修时，人员安全保障弱。
发明内容
针对萃取剂存液量高、萃取剂消耗量大、萃取路径长、效率低以及萃取设备复杂、检修效率低的问题，本发明的目的在于提供一种隔膜萃取系统。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种隔膜萃取系统，包括：预洗装置以及隔膜从该预洗装置输出后进入的萃取装置，所述萃取装置位于一密闭的壳体内，其中，
所述预洗装置包括：预洗槽以及设置在所述预洗槽内、外的多个第一传动辊，以使所述隔膜进入所述预洗槽内沿S路线运动直至从所述预洗槽的上方输出，其中，所述预洗槽内装载有萃取剂，在所述预洗槽上连通有进液管和溢流管，用于循环所述预洗槽内的萃取剂；
所述萃取装置包括：位于隔膜上方的压力喷淋装置和N个风淋装置以及位于隔膜下方的N个真空吸液辊，所述隔膜先后依次经过压力喷淋装置和N个风淋装置，每个所述真空吸液辊与1个所述风淋装置相对设置，位于所述真空吸液辊与所述风淋装置之间隔膜两侧的压力差为5～50kpa；在每个所述真空吸液辊的两侧设置有多个第二传动辊，以使所述隔膜经过所述真空吸液辊时与该真空吸液辊的吸液孔相贴。
在上述技术方案中，所述进液管的进液量为1-3m3/h。
在上述技术方案中，还包括：设置在所述压力喷淋装置下方、用于收集喷淋后液体的回收装置，所述回收装置包括：上端敞口的回收槽、与该回收槽连通的回收管道以及安装在所述回收管道上的泵体，所述回收管道用于排出回收槽内的液体。
在上述技术方案中，在所述壳体上连通有排气管道，在所述排气管道上安装有排风扇。
在上述技术方案中，所述压力喷淋装置与一储液罐通过管道连通，所述储液罐设置有加热装置，以使所述压力喷淋装置喷出的液体的温度为15-30℃。
在上述技术方案中，所述压力喷淋装置的喷头与其正下方的所述隔膜的距离为10～300mm，喷头的喷淋压力为0.5～10Mpa，用于向所述压力喷淋装置输送液体的管道的流量为1～100L/min。
在上述技术方案中，所述风淋装置的出风口喷出的风速为10～40m/s，位于所述真空吸液辊的吸液孔上的隔膜与所述风淋装置的出风口的距离为5～50mm，所述隔膜经过所述风淋装置的速度为10～70m/min。
在上述技术方案中，所述风淋装置的出风口为长条形，出风口的宽度为2～10mm，长度为1.5～6m。
在上述技术方案中，所述压力喷淋装置和风淋装置分别通过固定架固装。
在上述技术方案中，所述真空吸液辊对所述隔膜的微孔内石蜡油和萃取剂的混合液进行吸移，从所述预洗槽输出隔膜的微孔内石蜡油和萃取剂的混合液的质量为X，风淋装置的设置数量为N个，N≥2，以使经过所述N个风淋装置后的隔膜的微孔内石蜡油和萃取剂的混合液的质量小于0.01X，真空吸液辊的直径为500-1000mm。
在上述技术方案中，隔膜在所述预洗槽浸泡萃取剂的时间为10-30s。
在上述技术方案中，所述预洗装置还包括：刮液辊，所述刮液辊设置在所述预洗槽的一侧，用于刮除进入预洗槽前隔膜表面上的成孔剂。
在上述技术方案中，还包括：隔膜从所述萃取装置输出后进入的烘干装置，所述烘干装置位于所述壳体外，烘干温度为40～70℃，烘干时间为3-20s，所述烘干装置上连通有烘干管道，所述烘干管道用于排出烘干装置内挥发的气体。
在上述技术方案中，还包括：风刀，所述风刀位于隔膜通过最后一个所述真空吸液辊的一侧，所述风刀的宽度与真空吸液辊的宽度相同，所述风刀的风速为30-80m/s，用于吹干通过最后一个所述真空吸液辊的隔膜表面的萃取剂。
本发明的有益效果如下：
1、萃取剂消耗量大大减少，无需大规模设置萃取池；
2、压力式萃取，提高萃取效率，萃取膜线大幅缩短；
3、萃取设备更简单，检修简单化，节省萃取设备成本，避免检修污染，节省设备空间。
附图说明
图1为本发明隔膜萃取系统的结构示意图；
图2为压力喷淋装置的结构示意图。
其中，1：预洗槽，1-1：刮液辊，1-2：第一传动辊，1-3：溢流管，1-4：进液管，2：压力喷淋装置，2-1：喷头，2-2：供液管道，2-3：压力传感器，2-4：流量计，3：真空吸液辊，4：风淋装置，5：第二传动辊，6：风刀，7：隔膜，8：烘干装置，9：壳体，9-1：排风扇，9-2：排气管道，10-1：回收槽，10-2：回收管道。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种隔膜萃取系统，包括：预洗装置、隔膜7从该预洗装置输出后进入的萃取装置以及隔膜7从萃取装置输出后进入的烘干装置8，萃取装置位于一密闭的壳体9内，在壳体9上连通有排气管道9-2，在排气管道9-2上安装有排风扇9-1，排气管道9-2通入气液相系统进行过滤分离以再利用萃取剂，其中，
预洗装置包括：预洗槽1以及设置在预洗槽1内、外的多个第一传动辊1-2，以使隔膜7进入预洗槽1内沿S路线运动直至从预洗槽1的上方输出，其中，隔膜7在预洗槽1浸泡萃取剂的时间为10-30s；预洗槽1内装载有二氯甲烷萃取剂，在预洗槽1上连通有进液管1-4和溢流管1-3，用于循环预洗槽1内的萃取剂，进液管1-4的进液量为1.5m3/h；
萃取装置包括：位于隔膜7上方的压力喷淋装置2和N个风淋装置4以及位于隔膜7下方的N个真空吸液辊3。隔膜7先后依次经过压力喷淋装置2和N个风淋装置4，每个真空吸液辊3与1个风淋装置4相对设置，位于真空吸液辊3与风淋装置4之间隔膜7两侧的压力差为5～50kpa；在每个真空吸液辊3的两侧设置有多个第二传动辊5，以使隔膜7经过真空吸液辊3时与该真空吸液辊3的吸液孔相贴。
还包括：设置在压力喷淋装置2下方、用于收集喷淋后液体的回收装置，回收装置位于壳体9内，回收装置包括：上端敞口的回收槽10-1、与该回收槽10-1连通的回收管道10-2以及安装在回收管道10-2上的泵体(图中未示出)，回收管道10-2用于将回收槽10-1内的液体排出至壳体外。
压力喷淋装置2与一储液罐通过管道连通，储液罐设置有加热装置，以使压力喷淋装置2喷出的液体的温度为25℃；加热装置可以确保萃取剂温度稳定，避免喷淋时温度降低引起喷头表面结冰以及保证萃取效果。如图2所示，压力喷淋装置2包括：供液管道2-2和设置在该供液管道上的多个喷头2-1，供液管道与管道连通，且在该管道上安装有流量计2-4和压力传感器2-3，流量计主要是精准控制给液量,萃取剂流量在1～100L/min，喷头在供液管道上按100mm间隔密集规则排布，以保证隔膜宽度方向喷淋覆盖尽量一致，供液管道长5.3m，喷头的孔径为0.1mm，喷头的孔径太小容易发生喷淋时剧烈吸热结冰现象，孔径太大萃取剂消耗量随之增加。压力喷淋装置2的喷头与其正下方的隔膜7的距离为150mm，喷头的喷淋压力为0.5～10Mpa，用于向压力喷淋装置2输送液体的管道的流量为50L/min。
风淋装置4的出风口喷出的风速为10～40m/s，位于真空吸液辊3的吸液孔上的隔膜7与风淋装置4的出风口的距离为10mm，隔膜7经过风淋装置4的速度为50m/min。风淋装置4的出风口为长条形(宽幅狭缝式)，出风口的宽度为2mm，长度为5m，通过调节风淋装置的风速，确保足够的风压对隔膜微孔内的混合液进行驱离。压力喷淋装置2和风淋装置4分别通过固定架固装。
真空吸液辊3对隔膜7的微孔内石蜡油和萃取剂的混合液进行吸移，从预洗槽1输出隔膜7的微孔内石蜡油和萃取剂的混合液的质量为X，风淋装置4的设置数量为N个，本实施例中N＝2，以使经过N个风淋装置4后的隔膜7的微孔内石蜡油和萃取剂的混合液的质量小于0.01X，真空吸液辊3的直径为700mm。
预洗装置还包括：刮液辊1-1，刮液辊1-1设置在预洗槽1的一侧，用于刮除进入预洗槽1前隔膜7表面上大量石蜡油等小分子成孔剂。
烘干装置8位于壳体9外，烘干温度为40～70℃，烘干时间为3-20s，烘干装置8上连通有烘干管道，烘干管道用于排出烘干装置8内挥发的气体。
还包括：风刀6，风刀6位于隔膜7通过最后一个真空吸液辊3的一侧，风刀6的宽度与真空吸液辊3的宽度相同，风刀6的风速为35m/s，用于吹干通过最后一个真空吸液辊3的隔膜7表面的萃取剂。
发明原理：
1.通过预洗装置使用二氯甲烷等萃取剂将隔膜初步浸泡，二氯甲烷等萃取剂置换隔膜中的大多数石蜡油，并在隔膜微孔中形成萃取剂和石蜡油的混合液，此时混合液粘度较隔膜微孔中原石蜡油液体粘度降低，流动性更好。即混合液降低微孔结构中原石蜡油液体的粘度；
2.压力喷淋装置从隔膜正上方喷淋萃取剂，利用喷淋压力和萃取剂密度高于石蜡油的特点，促进隔膜微孔内混合液的驱离；
3.风淋工序，在隔膜上方以一定风速吹风，形成正压，并通过真空吸液辊减小另一侧压力，实现隔膜两面压力差，借助压力加速驱离隔膜微孔内的石蜡油和萃取剂混合液，从而实现高效萃取。
4.通过烘干装置加热，隔膜中残余的萃取剂气化，得到萃取干净的隔膜。
在隔膜生产过程中，混配好的原材料经熔融-挤出-定型-双向拉伸后，形成微孔薄膜，此时薄膜中带有一定比例的石蜡油等成孔剂。隔膜在各第一传动辊传动下，经刮液辊后进入预洗槽中，萃取剂置换隔膜中的部分石蜡油，微孔结构中液体为石蜡油和萃取剂混合液，由于二氯甲烷萃取剂的粘度远远低于石蜡油，混合液在隔膜微孔内的流动性得到大幅改善；风淋装置在压力喷淋装置后持续对隔膜表面施加风压，加快萃取剂和石蜡油混合液体从隔膜微孔渗出；真空吸液辊与隔膜同步传动，同时在隔膜两面形成一定的压差，在萃取剂的作用下，快速将成孔剂从隔膜孔中驱离，实现萃取效果。烘干装置的主要作用是加热烘干隔膜内的残余萃取剂,烘干后的萃取剂实现挥发和回收。
本实施例中以宽幅5m制膜线为例，产速设定50m/min。其中，压力喷淋装置选用的流量计为KZLWGY型涡轮流量计。真空吸液辊尺寸为
风淋装置采用山东章鼓提供的罗茨风机ZG-150，风刀选用苏州斯伯润的50750系列不锈钢风刀。
经刮液辊前测试隔膜中石蜡油实际含量，经刮液辊后测试隔膜中石蜡油实际含量；随后隔膜进入预洗槽内，经第一传动辊传动后，出预洗槽，测试隔膜中实际石蜡油含量，预计萃取掉60％-80％石蜡油，此时隔膜微孔内剩余少量石蜡油；
对比例1为MASTER隔膜线配套萃取设备，进液流量9m3/h，隔膜传动速度50m/min，萃取剂使用二氯甲烷，萃取池二氯甲烷存量140m3，浸泡在萃取池中的膜线长度130m,萃取后石蜡油含量0.27％；
对比例2为MASTER隔膜线配套萃取设备，进液流量9m3/h，隔膜传动速度50m/min，萃取剂使用二氯甲烷，萃取池二氯甲烷存量140m3，浸泡在萃取池中的膜线长度110m,萃取后石蜡油含量0.38％；
实施例采用本发明中的结构，隔膜膜传动速度50m/min，萃取结果如下：
表1参数设置
表2：石蜡油残余含量测试结果
备注：烘干仅加快萃取剂挥发，对石蜡油残余含量无影响。本发明隔膜萃取系统大大缩短了浸泡在萃取剂中的膜线长度，能够减少膜线传动带来的断膜风险及维修成本；
在本发明技术方案的实施例中，预洗槽中只需要30m3二氯甲烷作为萃取剂，比对比例中的萃取槽可减少110m3，大幅减少萃取剂存液量和成本占用；
实施例中的萃取方式，萃取剂流量50L/min，预洗槽进液流量1.5m3/h，相比传统萃取方式9m3/h,每小时进液量减少50％以上；
在相同的萃取剂回收效率下，实施例中萃取剂用量减少，萃取剂实际损失量同比例减少。
实施例中萃取后石蜡油含量在0.13％以内，常规萃取工艺萃取后石蜡油含量在0.27％以上，本发明在萃取效果上有较大进步。
从实施例中不难看出，本发明隔膜萃取系统通过合理组合才能得到较好的萃取效果，预洗膜线长度的控制、刮液辊是否开启、风淋风速和真空吸液辊3压差等参数均会对萃取结果产生较大影响；在本发明的推荐参数范围内，通过其它参数的调整匹配，也可以达到接近的萃取效果，在此不一一列举。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种隔膜萃取系统，其特征在于，包括：预洗装置以及隔膜(7)从该预洗装置输出后进入的萃取装置，所述萃取装置位于一密闭的壳体(9)内，其中，
所述预洗装置包括：预洗槽(1)以及设置在所述预洗槽(1)内、外的多个第一传动辊(1-2)，以使所述隔膜(7)进入所述预洗槽(1)内沿S路线运动直至从所述预洗槽(1)的上方输出，其中，所述预洗槽(1)内装载有萃取剂，在所述预洗槽(1)上连通有进液管(1-4)和溢流管(1-3)，用于循环所述预洗槽(1)内的萃取剂；
所述萃取装置包括：位于隔膜(7)上方的压力喷淋装置(2)和N个风淋装置(4)以及位于隔膜(7)下方的N个真空吸液辊(3)，所述隔膜(7)先后依次经过压力喷淋装置(2)和N个风淋装置(4)，每个所述真空吸液辊(3)与1个所述风淋装置(4)相对设置，位于所述真空吸液辊(3)与所述风淋装置(4)之间隔膜(7)两侧的压力差为5～50kpa；在每个所述真空吸液辊(3)的两侧设置有多个第二传动辊(5)，以使所述隔膜(7)经过所述真空吸液辊(3)时与该真空吸液辊(3)的吸液孔相贴。
2.根据权利要求1所述的隔膜萃取系统，其特征在于，所述进液管(1-4)的进液量为1-3m3/h；
还包括：设置在所述压力喷淋装置(2)下方、用于收集喷淋后液体的回收装置，所述回收装置包括：上端敞口的回收槽(10-1)、与该回收槽(10-1)连通的回收管道(10-2)以及安装在所述回收管道(10-2)上的泵体，所述回收管道(10-2)用于排出回收槽(10-1)内的液体。
3.根据权利要求1所述的隔膜萃取系统，其特征在于，在所述壳体(9)上连通有排气管道(9-2)，在所述排气管道(9-2)上安装有排风扇(9-1)。
4.根据权利要求1所述的隔膜萃取系统，其特征在于，所述压力喷淋装置(2)与一储液罐通过管道连通，所述储液罐设置有加热装置，以使所述压力喷淋装置(2)喷出的液体的温度为15-30℃；
所述压力喷淋装置(2)的喷头与其正下方的所述隔膜(7)的距离为10～300mm，喷头的喷淋压力为0.5～10Mpa，用于向所述压力喷淋装置(2)输送液体的管道的流量为1～100L/min。
5.根据权利要求1所述的隔膜萃取系统，其特征在于，所述风淋装置(4)的出风口喷出的风速为10～40m/s，位于所述真空吸液辊(3)的吸液孔上的隔膜(7)与所述风淋装置(4)的出风口的距离为5～50mm，所述隔膜(7)经过所述风淋装置(4)的速度为10～70m/min。
6.根据权利要求1所述的隔膜萃取系统，其特征在于，所述风淋装置(4)的出风口为长条形，出风口的宽度为2～10mm，长度为1.5～6m；所述压力喷淋装置(2)和风淋装置(4)分别通过固定架固装。
7.根据权利要求1所述的隔膜萃取系统，其特征在于，所述真空吸液辊(3)对所述隔膜(7)的微孔内石蜡油和萃取剂的混合液进行吸移，从所述预洗槽(1)输出隔膜(7)的微孔内石蜡油和萃取剂的混合液的质量为X，风淋装置(4)的设置数量为N个，N≥2，以使经过所述N个风淋装置(4)后的隔膜(7)的微孔内石蜡油和萃取剂的混合液的质量小于0.01X，真空吸液辊(3)的直径为500-1000mm。
8.根据权利要求1所述的隔膜萃取系统，其特征在于，隔膜(7)在所述预洗槽(1)浸泡萃取剂的时间为10-30s；
所述预洗装置还包括：刮液辊(1-1)，所述刮液辊(1-1)设置在所述预洗槽(1)的一侧，用于刮除进入预洗槽(1)前隔膜(7)表面上的成孔剂。
9.根据权利要求1所述的隔膜萃取系统，其特征在于，还包括：隔膜(7)从所述萃取装置输出后进入的烘干装置(8)，所述烘干装置(8)位于所述壳体(9)外，烘干温度为40～70℃，烘干时间为3-20s，所述烘干装置(8)上连通有烘干管道，所述烘干管道用于排出烘干装置(8)内挥发的气体。
10.根据权利要求1所述的隔膜萃取系统，其特征在于，还包括：风刀(6)，所述风刀(6)位于隔膜(7)通过最后一个所述真空吸液辊(3)的一侧，所述风刀(6)的宽度与真空吸液辊(3)的宽度相同，所述风刀(6)的风速为30-80m/s，用于吹干通过最后一个所述真空吸液辊(3)的隔膜(7)表面的萃取剂。
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