CN113117378A - 萃取装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种萃取装置及其应用。该装置包括混合澄清槽和立设在混合澄清槽中并将混合澄清槽分隔为依次排布的多个槽体的壁板，每个槽体由具有流通口的隔板分隔为澄清室和混合室；澄清室中设置有面向混合液流动方向的整流器；该混合澄清槽配置为，相邻两个槽体中，沿轻相液的流动方向，上游槽体的澄清室中的轻相液通过位于槽顶的第一通道流动至下游槽体的混合室，下游槽体的澄清室中的重相液通过位于槽底的第二通道流动至上游槽体的混合室。本公开通过增设整流器、延长澄清室长度及恰当控制槽内温度等措施解决了热室中不易分相的液液萃取问题，满足了水法后处理工艺的需求。该装置有效加强了两相液体的分相、易于加工、安全可靠且适合远程操作。

Description

萃取装置及其应用
技术领域
本公开涉及乏燃料后处理领域，具体地，涉及一种萃取装置及其应用。
背景技术
在核燃料后处理工艺中，主要目的是通过对较多强放射性物质的液-液萃取分离工艺实验或生产，把目标组分从溶解液中分离出来并进行提纯，获得合格的目标产品。目前在此工程领域，应用广泛的萃取设备有混合澄清槽、脉冲萃取柱以及离心萃取器。
混合澄清槽是液-液萃取过程中广泛应用的一种萃取设备，它的特点是结构简单、投资低廉，且运行稳定、萃取级效率高等。混合澄清槽萃取的一般过程是，互不相溶的两相在进入混合澄清槽的混合室后，在搅拌的作用下相互混合，实现两相间的物质传递，而后，两相混合物进入澄清室，两相由于密度差，在重力作用下，密度较大的一相向下聚集，而密度较小相向上聚集，从而实现两相分离。
现有的萃取装置无法有效地解决诸如密度差小、分子间力的作用等影响造成的澄清过程不易分相问题。
发明内容
本公开的目的是提供一种具备强化分相功能的萃取装置及其应用。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种萃取装置，包括混合澄清槽和立设在所述混合澄清槽中并将所述混合澄清槽分隔为依次排布的多个槽体的壁板，每个所述槽体由具有流通口的隔板分隔为澄清室和混合室；所述澄清室中设置有面向混合液流动方向的整流器；
所述混合澄清槽配置为，相邻两个槽体中，沿轻相液的流动方向，上游槽体的澄清室中的轻相液通过位于槽体顶部的第一通道流动至下游槽体的混合室，下游槽体的澄清室中的重相液通过位于槽底的第二通道流动至上游槽体的混合室。
可选地，所述整流器形成为具有网孔的整流网板；或者，所述整流器形成为整流栏板，所述整流栏板的底边与所述澄清室的底壁具有间隙；
可选地，所述隔板和所述整流器分别可拆卸地插接在所述槽体中；
可选地，所述整流器设置于澄清室中远离隔板的一端；
可选地，所述隔板和所述整流网板的外轮廓相同。
可选地，每个所述槽体中，在沿混合液的流动方向上，所述澄清室的长度与所述混合室的长度之比为3以上。
可选地，所述槽体可拆卸地设置有加热元件。
可选地，所述澄清室中还设置有面向混合液流动方向的与所述隔板相间隔的第一挡板，所述第一挡板临近于所述流通口并与所述流通口位置对应；
可选地，所述第一挡板可拆卸地插接在所述槽体中；
可选地，所述壁板可拆卸地插接在所述混合澄清槽中。
可选地，所述第一通道为形成在所述壁板顶部边缘的缺口，其中，在每个所述混合室中，所述缺口与流通口位于对角线的两端。
可选地，所述缺口的底面从上游槽体的澄清室倾斜向下延伸至下游槽体的混合室。
可选地，所述第二通道包括从上游槽体的混合室的底部向下延伸的第一流道，以及从下游槽体的澄清室的底部向下延伸的第二流道，所述第一流道与所述第二流道连通。
可选地，所述第一流道形成在所述混合室的远离所述隔板的一端，所述第二流道形成在所述澄清室的远离所述隔板的一端；
可选地，下游槽体的混合室设置于槽体内远离上游槽体的混合室的一端。
可选地，所述萃取装置包括插接块，所述插接块包括：
第一部分，设置在所述壁板的边缘并与所述壁板共同隔离下游的澄清室和上游的混合室，
第二部分，插入到所述槽体的底部下方，所述第二部分的两侧分别构成所述第一流道和所述第二流道的一部分。
可选地，所述第一流道构造为竖直延伸的圆柱状，所述第二部分的第一侧面形成为用于构成所述第一流道的弧形面；
所述第二流道构造为口径从上到下渐缩的锥状，且第二流道从下游的澄清室到上游的混合室倾斜向下延伸至所述第一流道的底部，所述第二部分的与所述第一侧面相反的第二侧面形成为用于构成所述第二流道的平直面。
可选地，所述壁板可拆卸地插接在所述混合澄清槽中；
可选地，所述槽体可拆卸地设置有加热元件。
可选地，所述萃取装置还包括驱动电机和多个可竖直伸入到所述混合室中的搅拌机构，所述搅拌机构包括杆体、设置在所述杆体底部的桨叶、以及设置在所述杆体顶部的驱动齿轮，所述混合澄清槽还包括多个与所述驱动齿轮共同形成齿轮组的传动齿轮，多个所述搅拌机构通过所述齿轮组联动，所述齿轮组连接到所述驱动电机的输出端。
本公开第二方面提供本公开第一方面所述的萃取装置在核燃料后处理中的应用。
通过上述技术方案，本公开的萃取装置通过在混合澄清槽的澄清室内设置整流器，能够对澄清室内流动的混合相中形成的分散带进行扰动，从而强化澄清室内混合液体的分相、减少相间夹带，解决了热室中的液液萃取不易分相的问题，满足了水法后处理核燃料工艺的需求。该混合萃取装置明显提高了澄清室中两相液体的分相速率和分相效果，且装置易于加工、安全、可靠，适合远程操作。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开一示例性实施方式提供的萃取装置的示意图；
图2是图1示出的萃取装置的另一角度的示意图；
图3是本公开另一示例性实施方式提供的萃取装置的示意图；
图4是图3沿A-A线截取的截面图；
图5是图3示出的萃取装置隐藏支撑架后的示意图；
图6是本公开示例性实施方式提供的萃取装置中插接块的示意图。
附图标记说明
10-混合澄清槽，20-壁板，21-缺口，30-隔板，31-流通口，40-澄清室，41-整流器，42-第一挡板，50-混合室，61-第一流道，62-第二流道，63-第二挡板，71-驱动电机，72-杆体，73-桨叶，74-驱动齿轮，75-传动齿轮，80-插接块，81-第一部分，82-第二部分，821-第一侧面，822-第二侧面，90-支撑架
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指装置在正常使用状态下的上和下，例如图1和图3的图面方向。“内、外”是针对装置本身的轮廓而言的。
如图1所示，本公开第一方面提供一种萃取装置，包括混合澄清槽10和立设在混合澄清槽10中并将混合澄清槽10分隔为依次排布的多个槽体的壁板20，每个槽体由具有流通口31的隔板30分隔为澄清室40和混合室50；澄清室40中设置有面向混合液流动方向的整流器41；
混合澄清槽配置为，相邻两个槽体中，沿轻相液的流动方向，上游槽体的澄清室40中的轻相液通过位于槽体顶部的第一通道流动至下游槽体的混合室50，下游槽体的澄清室40中的重相液通过位于槽底的第二通道流动至上游槽体的混合室50。
本公开的发明人发现，在混合澄清槽的澄清室内设置整流器，能够对澄清室内的混合相中的分散带进行扰动，从而强化澄清室内混合液体的分相、减少相间夹带，解决了热室中的液液萃取不易分相的问题，满足了水法后处理核燃料工艺的需求。该混合萃取装置明显提高了澄清室中两相液体的分相速率和分相效果，且装置易于加工、安全可靠，适合远程操作，尤其适用于核燃料后处理工艺，例如对于含有强放射性物质的混合液。
一种实施方式中，在沿混合液的流动方向上，澄清室40的长度与混合室50的长度之比为3以上，例如为3～10或3.2～8.0，这一实施方式中，通过适当延长澄清室的长度，能够进一步强化分相，从而进一步促进热室中澄清过程的分相。
根据本公开，澄清室40中设置有整流器41，以破坏澄清室中混合相的流型，对流动的混合相中形成的锥尖形状的分散带区域进行扰动、拉扯，使混合相分相速度加快，分离效果得到提升。一种具体的实施方式中，具体地，如图1所示，整流器41例如为面向混合液流动方向设置的整流网板，整流网板具有网孔，能够对混合相液的不同区域产生不同的表面张力，从而对混合相产生微观的牵拉作用，促进分相，提高澄清室中轻重相液分相效果。另一实施方式中，整流器形成为整流栏板，整流栏板的底边与澄清室的底壁之间形成有间隙，整流栏板的两侧边缘与澄清室的侧壁连接，优选可拆卸地插接。这一实施方式中，整流栏板对于位于混合相中间区域的分散带起到扰动和破坏流型作用，能够促进分散带区域的混合相进一步分相。
进一步地，整流器可拆卸地插接在槽体中，以便于加工、更换及安装。
上述实施方式中，为了配合插接，壁板20上设有槽。在整流器为整流网板的实施方式中，进一步地，隔板30和整流器41外轮廓相同，使得壁板上能够只加工一种规格的槽便可同时适配于隔板30和整流器41，从而降低加工和安装难度。
进一步地，整流器设置于澄清室40中远离隔板30的一端，即沿混合液流动方向，整流器设置于澄清室的下游处。进一步地，沿混合液流动方向整流器与混合室之间的距离与混合室长度之比例如为2～3，以进一步提高分相效果、并有助于控制澄清室的总体积。
根据本公开的一种具体实施方式，槽体设置有加热元件(图中未示出)。进一步地，加热元件可拆卸地设置于槽体中，以恰当控制槽内温度，促进混合澄清槽的分相过程。加热元件可以设置于混合室50和/或澄清室40中。
为了降低装置的整体加工难度，根据本公开的一种具体实施方式，萃取装置的部件中的一种或几种可设置为可拆卸的插接件。如一种实施方式中，隔板30可拆卸地插接在槽体中，以方便加工、安装和更换。另一实施方式中，壁板20可拆卸地插接在混合澄清槽10中。
根据本公开的一种实施方式中，流通口为开设于隔板30上的通孔，以利于搅拌装置在混合室中搅拌。流通口的形状没有特殊要求，例如为竖直延伸的长条孔，进一步地实施方式中，如图1所示，流通口31开设在隔板30的边部，以便于加工。
根据本公开的一种实施方式中，澄清室40中还设置有面向混合液流动方向的与隔板30相间隔的第一挡板42，第一挡板42临近于流通口31，并且第一挡板42与流通口31位置对应，以降低从流通口流出的混合液的流速，促进液体在澄清室澄清分离。在流通口31开设在隔板30的边部的实施方式中，相应地，第一挡板42连接在壁板20或者混合澄清槽外周的壁上。
进一步地一种实施方式中，第一挡板42可拆卸地插接在槽体中。
根据本公开的一种实施方式，如图1所示，第一通道为形成在壁板20顶部边缘的缺口21，其中，在每个混合室50中，缺口21与流通口31位于对角线的两端，这一实施方式中，缺口与流通口之间的距离较远，以使得混合物能够在混合室充分混合，可避免未经充分混合的液流流入澄清室中。
为了促进液体从澄清室流入下一级的混合室，进一步的实施方式中，缺口21的底面从上游槽体的澄清室40倾斜向下延伸至下游槽体的混合室50，即形成底面倾斜的溢流堰式缺口。
根据本公开的一种实施方式中，用于流通重相液的第二通道包括从上游槽体的混合室50的底部向下延伸的第一流道61，以及从下游槽体的澄清室40的底部向下延伸的第二流道62，第一流道61与第二流道62连通。为了进一步提高重相液向上一级混合室流动、轻相液向下一级混合室流动的效率，一种优选的实施方式中，如图4所示，第一流道61设置为沿竖直方向延伸的流道，第二流道62设置为包括锥形段的流道，该锥形段的流道向上一级槽体的下方倾斜延伸，以使第一流道61与第二流道62在底部相互连通。
进一步的实施方式中，第一流道61形成在混合室50的远离隔板30的一端，第二流道62形成在澄清室40的远离隔板30的一端，以便于加工。
进一步地，如图2所示，澄清室还设置有第二挡板63，第二挡板设置在第二流道的边部，一定程度上避免来自混合室的混合液未经充分澄清而直接流入第二流道。
在本公开的一种实施方式中，槽体的混合室50设置于槽体内远离上游槽体的混合室的一端，即每个槽体的混合室与上游槽体的澄清室和下游槽体的澄清室相靠近，每个槽体的澄清室与上游槽体的混合室和下游槽体的混合室相靠近。
在本公开一种优选的实施方式中，为了降低萃取装置的加工难度，如图4和图6所示，萃取装置包括插接块80，插接块包括：
第一部分81，设置在壁板20的边缘并与壁板20共同隔离下游的澄清室40和上游的混合室50，
第二部分82，插入到槽体的底部下方，第二部分的两侧分别构成第一流道61和第二流道62的一部分。
例如第一部分81形成为柱形，该柱形在壁板20厚度方向上的宽度与壁板厚度相同，第二部分82形成为上宽下窄的锥形板，锥形板的板面沿上述宽度方向延伸。该实施方式中，可以先在混合澄清槽的槽体底部开设如图4所示的梯形槽，再将插接块插入该梯形槽处，以在插接块的两侧面与梯形槽的槽壁之间形成底部连通的第二通道，从而简化了第二通道处的加工过程。
这一实施方式中，进一步地，第二部分82的顶面可以与槽体的底面平齐，以利于槽体内液体流动。
这一实施方式中，进一步地，壁板20上可以设有开口，该开口的形状与插接块的第一部分81的外轮廓相匹配。进一步地，如图2所示，壁板20的开口可以设置于壁板的边缘，以便于加工，开口的侧边缘和槽体内壁可以分别设置有与插接块相匹配的插槽，以便使插接块插入壁板20的开口。
进一步的实施方式中，如图4所示，第一流道61构造为竖直延伸的圆柱状，第二部分82的第一侧面821形成为用于构成第一流道61的弧形面；第二流道62构造为口径从上到下渐缩的锥状，且第二流道从下游的澄清室40倾斜向下延伸并向上游的混合室50延伸，至第一流道61的底部，第二部分82的与第一侧面821相反的第二侧面822形成为用于构成第二流道62的平直面或弧形面。
根据本公开，混合澄清槽内液体的流动可以通过动力装置来实现，例如可以利用搅拌机构，一种实施方式中，如图3-图5所示，萃取装置还包括驱动电机71和多个竖直伸入到混合室50中的搅拌机构，搅拌机构包括杆体72、设置在杆体72底部的桨叶73、以及设置在杆体72顶部的驱动齿轮74，混合澄清槽还包括多个与驱动齿轮74共同形成齿轮组的传动齿轮75，多个搅拌机构通过齿轮组联动，齿轮组连接到驱动电机的输出端。上述实施方式通过设计搅拌齿轮排列方式，能够进一步提高装置的萃取级效率。进一步地，齿轮组可以固定于支撑架90上，以通过支撑架90进行一体式地操控和快速更换。
根据本公开，萃取装置可以包括多个槽体，以形成多级萃取分离，提高分离效率。槽体的个数可以根据需要进行调整。在多个槽体的实施方式中，搅拌机构的桨叶的组数与位置分别与每一级槽体的混合室相对应。
根据本公开，混合澄清槽的材质没有特别限制，例如可以为不锈钢、有机玻璃(亚克力)、PEEK等耐腐蚀耐辐照材料，以满足热室中强放射性和强腐蚀性的操作环境要求。
根据本公开的混合澄清槽可以采用液位调节装置调节槽内液面高度。一种实施方式中，混合澄清槽采用重力腿式的重相堰来调节控制混合澄清槽内的液体的界面高度；重相堰设置在第一级槽体上，包括通过螺纹杆控制高度的限位槽；能够通过机械手旋转螺纹杆，调节限位槽高度，改变液柱静压，调节方式方便、可靠，并且能够远程调节混合澄清槽内的液体的界面位置。
需要说明的是，每个槽体中的基本构造相同，这里为了方便描述，附图中仅示例性显示部分结构。
本公开第二方面提供本公开第一方面所述的萃取装置在核燃料后处理中的应用。例如在处理含放射性有机相料液中的应用。
如图1～图5所示，一种实施方式中，根据本公开的萃取装置的工作过程可以包括如下步骤：
第n-1级的有机相(轻相液)通过第n-1级的澄清室40与第n级的混合室50之间的缺口21(第一通道)，流入第n级的混合室；同时，第n+1级的水相(重相液)依次经过第n+1级与第n级间的第二通道(依次包括第二流道62、第一流道61)，进入第n级的混合室50；进入第n级混合室50中的有机相与水相，在驱动齿轮74驱动的桨叶13的作用下混合且完成物质传递，并在搅拌的作用下，将混合相经流通口31甩出进入澄清室40，并通过第一挡板42降低其流出速度；混合相进入澄清室40后，在重力作用下，两相由于密度差，逐渐分相；在到达整流器41后，还未分相液体的在整流器41的作用下，实现强化分相；分相后，水相密度较大在下层，有机相密度较小在上层，水相经第n级的第二流道62、第一流道61进入第n-1级的混合室；有机相经第n级与第n+1级间缺口21(第一通道)，进入第n+1级的混合室。至此完成一次萃取。
实施例
采用具有如图1-图6所示结构的6级的混合澄清槽(萃取槽材质为亚克力，澄清室与混合室的长度比为3，整流器为具有网孔的整流网板)，进行含放射性有机相料液的洗涤实验。
配制一定量含放射性有机相料液，进行3级碱洗，3级酸洗。洗涤碱为5％碳酸钠水溶液，洗涤酸为5％的硝酸水溶液，该混合澄清槽可将放射性物质洗涤进入水相，洗涤后放射性去污率在99％以上，满足工艺要求，本发明提供的混合澄清槽可成功用于含放射性有机相料液的洗涤去污。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种萃取装置，其特征在于，包括混合澄清槽(10)和立设在所述混合澄清槽(10)中并将所述混合澄清槽(10)分隔为依次排布的多个槽体的壁板(20)，每个所述槽体由具有流通口(31)的隔板(30)分隔为澄清室(40)和混合室(50)；所述澄清室(40)中设置有面向混合液流动方向的整流器(41)；
所述混合澄清槽配置为，相邻两个槽体中，沿轻相液的流动方向，上游槽体的澄清室(40)中的轻相液通过位于所述槽体顶部的第一通道流动至下游槽体的混合室(50)，下游槽体的澄清室(40)中的重相液通过位于槽底的第二通道流动至上游槽体的混合室(50)。
2.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，所述整流器(41)形成为具有网孔的整流网板；或者，所述整流器(41)形成为整流栏板，所述整流栏板的底边与所述澄清室(40)的底壁具有间隙；
可选地，所述隔板(30)和所述整流器(41)分别可拆卸地插接在所述槽体中；
可选地，所述整流器(41)设置于澄清室(40)中远离隔板(30)的一端；
可选地，所述隔板(30)和所述整流网板的外轮廓相同。
3.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，每个所述槽体中，在沿混合液的流动方向上，所述澄清室(40)的长度与所述混合室(50)的长度之比为3以上。
4.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，所述槽体可拆卸地设置有加热元件。
5.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，所述澄清室(40)中还设置有面向混合液流动方向的与所述隔板(30)相间隔的第一挡板(42)，所述第一挡板(42)临近于所述流通口(31)并与所述流通口(31)位置对应；
可选地，所述第一挡板(42)可拆卸地插接在所述槽体中；
可选地，所述壁板(20)可拆卸地插接在所述混合澄清槽(10)中。
6.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，所述第一通道为形成在所述壁板(20)顶部边缘的缺口(21)，其中，在每个所述混合室(50)中，所述缺口(21)与流通口(31)位于对角线的两端；
可选地，所述缺口(21)的底面从上游槽体的澄清室(40)倾斜向下延伸至下游槽体的混合室(50)。
7.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，所述第二通道包括从上游槽体的混合室(50)的底部向下延伸的第一流道(61)，以及从下游槽体的澄清室(40)的底部向下延伸的第二流道(62)，所述第一流道(61)与所述第二流道(62)连通；
可选地，所述第一流道(61)形成在所述混合室(50)的远离所述隔板(30)的一端，所述第二流道(62)形成在所述澄清室(40)的远离所述隔板(30)的一端；
可选地，下游槽体的混合室(50)设置于槽体内远离上游槽体的混合室的一端。
8.根据权利要求7所述的萃取装置，其特征在于，所述萃取装置包括插接块(80)，所述插接块包括：
第一部分(81)，设置在所述壁板(20)的边缘并与所述壁板(20)共同隔离下游的澄清室(40)和上游的混合室(50)，
第二部分(82)，插入到所述槽体的底部下方，所述第二部分的两侧分别构成所述第一流道(61)和所述第二流道(62)的一部分；
可选地，所述第一流道(61)构造为竖直延伸的圆柱状，所述第二部分(82)的第一侧面(821)形成为用于构成所述第一流道(61)的弧形面；
所述第二流道(62)构造为口径从上到下渐缩的锥状，且第二流道从下游的澄清室(40)到上游的混合室(50)倾斜向下延伸至所述第一流道(61)的底部，所述第二部分(82)的与所述第一侧面(821)相反的第二侧面(822)形成为用于构成所述第二流道(62)的平直面。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的萃取装置，其特征在于，所述萃取装置还包括驱动电机(71)和多个可竖直伸入到所述混合室(50)中的搅拌机构，所述搅拌机构包括杆体(72)、设置在所述杆体(72)底部的桨叶(73)、以及设置在所述杆体(72)顶部的驱动齿轮(74)，所述混合澄清槽还包括多个与所述驱动齿轮(74)共同形成齿轮组的传动齿轮(75)，多个所述搅拌机构通过所述齿轮组联动，所述齿轮组连接到所述驱动电机的输出端。
10.权利要求1～9中任意一项所述的萃取装置在核燃料后处理中的应用。
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