CN1125664C - 一种膜分散式萃取器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种膜分散式萃取器，该萃取器为一柱形筒，柱形筒中置有膜管，萃取器的器壁分别设有连续相的出口和入口，以及分散相的出口和入口。其中的膜管还可以替换成膜板。膜管和膜板上的小孔的孔径为0.01-60微米。本发明可应用于萃取的各个领域，液滴粒径小，处在微米级，传质面积大，传质效率高，处理量大，所需停留时间短。操作简单，操作费用低；设备简单，设备费用低。

Description

一种膜分散式萃取器
本发明涉及一种膜分散式萃取器，属于化学化工技术领域。
萃取作为一种分离过程，在化学工业、石油化工、原子能化工等领域的应用非常广泛。萃取过程主要主要是分散—传质—聚合三个阶段的循环：(1)将一相分散到另一相中；(2)在分散相液滴和连续相接触的一段时间内，使传质过程进行到接近平衡的程度；(3)分散相液滴聚会，两相分离并分别进入下一级或作进一步的处理(如反萃、浓缩等)。
在萃取过程中，两个液相密度差小，而粘度和界面张力比较大，因此两相的混合比较困难。为了使萃取过程进行得比较充分，就要使一相在另一相中分散成细小的液滴，液滴平均直径越小，相际传质表面积越大，一般来说越有利于传质。萃取设备的性能主要由传质效率、处理量、操作强度和能耗等几个方面。
由于萃取过程的多样性，发展出了多种多样的萃取设备，主要有混合澄清槽、萃取柱和离心萃取器等。其中，混合澄清槽两相接触较好，级效率高，一般在90％以上；处理能力大，操作弹性较大，相比(体积比，有机相∶水相)可从1∶10到10∶1；易于放大；但滞留量大，需要的厂房面积非常大，设备投资高，能耗较大。萃取柱结构简单，设备费用低；但传质效率低，需要高的厂房；对密度差小的体系处理能力低，要求密度差至少有200kg/m3；操作弹性小，相比(体积比，有机相∶水相)从1∶5到5∶1；能耗大。离心萃取器能处理两相密度差小的体系；设备体积小，接触时间短，传质效率高；滞留量小，溶剂积压量小；但设备费用大，操作费用高，维修费用大，能耗很大。
综上所述，已有的萃取设备都存在着较大的缺点，分散的液滴大都在毫米量级，传质所需的时间长，滞留量大，设备处理能力有限，致使设备体积较大或较高，操作弹性都比较低，应用范围受到限制，且能耗高，经济效益差。
本发明的目的是设计一种膜分散式萃取器，采用膜(无机或有机膜)作为相分散的介质，以压力为推动力，分散得到微米级的液滴，并加入内构件提高萃取传质效率。传质面积大大增加，并使传质所需的时间减少，萃取效率高，设备处理量大，能耗低，操作弹性高，对相比没有要求，应用范围非常广范。
本发明设计的膜分散式萃取器，为一柱形筒，柱形筒中置有膜管，萃取器的器壁分别设有连续相的出口和入口，以及分散相的出口和入口。膜管上的小孔孔径为0.01-60微米。
上述的膜管中还可以设置内构件，该内构件可以为柱形，通过支撑架置于膜管中；还可以由平板拧转成螺旋片，螺旋片的二端固定在膜管的二端部。内构件也可以由塔板和支撑柱组成，塔板上开有降液孔和支撑柱孔，塔板通过支撑柱支撑后置于膜管中。
本发明设计的膜分散式萃取器，为一柱形筒，柱形筒中置有膜板，萃取器的器壁分别设有连续相的出口和入口，以及分散相的出口和入口。膜板上的小孔的孔径为0.01-60微米。
本发明可应用于萃取的各个领域，液滴粒径小，处在微米级，传质面积大，传质效率高，处理量大，所需停留时间短，当平均接触时间大于4秒时，传质效率大都在90％以上；以压力为推动力，压差在几百千帕以内，操作简单，操作费用低；设备简单，设备费用低。膜分散式萃取设备是一种新型、高效、低能耗、高处理量的萃取设备。
附图说明：
图1为装有膜管的膜分散式萃取器的结构示意图。
图2为装有膜片的膜分散式萃取器的结构示意图。
图3、图4、图5为膜管中设有不同内构件的萃取器结构示意图。
图6为内构件上塔板的结构示意图。
下面结合附图，详细介绍本发明的内容。
图1-图6中，1是连续相出口，2是萃取器，3是膜管，4是阀门，5是分散相出口，6是连续相入口，7是分散相入口，8是膜板，9是柱形内构件，10是支架，11是由平板拧转而成螺旋片形内构件，12是支撑柱，13是塔形内构件，14是支撑柱孔，15是降液口。
如图1所示，本发明设计的膜分散式萃取器，为一柱形筒，柱形筒中置有膜管3，萃取器2的器壁分别设有连续相的出口1和入口6，以及分散相的出口5和入口7。膜管上的小孔孔径为0.01-60微米。
本发明设计的膜分散式萃取器，还可以为柱形筒，柱形筒中置有膜板8，萃取器的器壁分别设有连续相的出口1和入口6，以及分散相的出口5和入口7。膜板上的小孔的孔径为0.01-60微米。
本发明采用微孔或微滤膜作为相分散的介质。所采用的膜为无机膜或有机膜，膜的类型为管状膜或平板膜，孔径为0.01～60微米。
以压力为推动力。如附图1和图2所示，分别为管式膜和平板膜萃取的示意图，连续相和分散相分别在连续相和分散相通道内流动，分散相通道内的压力大于连续相通道内的压力，在压差的作用下，分散相以微小液滴的形式通过膜孔分散到连续相中，发生传质并达到传质平衡，分散相和连续相一起流出膜器，完成一级萃取。分散相和连续相澄清后分离，分别进入反萃和下一级萃取。
在膜器中加入内构件作为强化萃取的元件，如图3、4、5所示，内构件为柱形9、螺旋形11或塔板形13。
下面介绍本发明的实施例。
实施例1
采用30％TBP-煤油(体积比)萃取硝酸，以Al2O3管式陶瓷膜为分散介质，膜孔径为0.2微米。
不加内构件，部分结果如下：
压差KPa   分散相通量l/(h.m2) 停留时间s 传质效率
270     90.0  8.29  98.7％
300     180.0  4.02  97.6％
340     199.8  5.85  96.6％
370     255.6  5.66  96.2％
400     302.4  2.09  98.7％
加入螺旋型内构件，部分结果如下：
压差KPa 分散相通量l/(h.m2) 停留时间s 内构件螺距mm 传质效率
200  140.0  4.45  3  92.7％
340  208.8  7.63  10  99.3％
370  275.4  7.14  5  98.3％
370  311.0  5.49  3  97.0％
400  388.8  2.18  3  100％
实施例2
采用30％TBP-煤油(体积比)萃取硝酸，以Al2O3管式陶瓷膜为分散介质，膜孔径为0.8微米。
压差KPa 分散相通量l/(h.m2) 停留时间s 传质效率
60  120.0  8.94  93.4％
100  300.0  7.21  91.1％
130  589.5  6.03  94.1％
130  586.3  4.35  96.6％
实施例3
采用正丁醇萃取丁二酸，以平板无机膜(不锈钢烧结膜)作为分散介质，膜孔径为1～5微米，压差小于100KPa，分散相通量至少可达到800l/(h.m2)，当停留时间为5.7s时，传质效率为90.4％，停留时间为7s时，传质效率为93％。
实施例4
采用20％TOA+80％正辛醇(体积)萃取丙酸，采用有机平板膜进行分散，膜孔径约为10微米，分别用PET核孔膜和PTFE微孔膜，压差小于100KPa，最大分散相通量大于1000l/(h.m2)，停留时间大于5s，传质效率大于90％。
实施例5
采用正丁醇萃取磷酸，以平板金属膜为分散介质，膜孔径约为60微米，当停留时间大于10s时，萃取效率在90％以上。

Claims (7)

1、一种膜分散式萃取器，其特征在于，该萃取器为一柱形筒，柱形筒中置有膜管，萃取器的器壁分别设有连续相的出口和入口，以及分散相的出口和入口。
2、一种如权利要求1所述的萃取器，其特征在于，其中所述的膜管上开有小孔，小孔的孔径为0.01-60微米。
3、一种如权利要求1所述的萃取器，其特征在于，其中所述的膜管中设有内构件，该内构件为柱形，通过支撑架置于膜管中。
4、一种如权利要求1所述的萃取器，其特征在于，其中所述的膜管中设有内构件，该内构件是由平板拧转成的螺旋片，螺旋片的二端固定在膜管的二端部。
5、一种如权利要求1所述的萃取器，其特征在于，其中所述的膜管中设有内构件，该内构件由塔板和支撑柱组成，塔板上开有降液孔和支撑柱孔，塔板通过支撑柱支撑后置于膜管中。
6、一种膜分散式萃取器，其特征在于，该萃取器为一柱形筒，柱形筒中置有膜板，萃取器的器壁分别设有连续相的出口和入口，以及分散相的出口和入口。
7、一种如权利要求6所述的萃取器，其特征在于，其中所述的膜板上开有小孔，小孔的孔径为0.01-60微米。
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