CN115501646A - 一种新型高效环隙式离心萃取器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型高效环隙式离心萃取器，包括转筒、变径底座；两相溶液从变径底座中进料后流经所述环隙通道时，被转筒外壁上的叶板带着旋转，实现两相溶液与变径底座内壁之间的相对运动和摩擦，两相溶液发生层流流动和湍流流动，得到充分混合和混匀，有效实现液液之间的传质；变径底座上的固定叶片进一步加强两相溶液混合传质，转筒内的挡流板阻挡两相液体的上流速率，进一步延长两相溶液的混合传质时间；对于具有慢反应动力学的物质或元素的萃取或者反萃，两相溶液在本发明的离心萃取器内可有效地混匀传质，提高萃取或者反萃的精度；且本发明的离心萃取器适用范围广，可有效应用于具有快速反应动力学的物质或元素的萃取或者反萃。
Description
技术领域
本发明属于液-液萃取设备技术领域，具体涉及一种新型高效环隙式离心萃取器。
背景技术
环隙式离心萃取器是一种高效的液-液萃取设备。它具有液体存留量小、停留时间短、分相性能强、萃取级效率高、开车、停车方便等优点，在制药、石油化工、湿法冶金、核化工及废水处理等各种领域内得到了广泛的应用。
现有技术中，环隙式离心萃取器的工作过程包括混合传质和离心分相两部分；其中混合传质是在环隙中进行的；分相是在转筒内进行的。具体为：当密度不同、互不相溶的两相料液分别从进料口进入离心萃取器的混合区后，料液在高速旋转的转筒带动下，在环隙混合区内完成混合。混合液从转筒底部进入至转筒后在离心力作用下完成分相：重相到转筒内壁处，经通道流至重相收集室，并从重相出口管流出；轻相在转筒中轴区域，经通道流至轻相收集室，并从轻相出口管流出。
环隙离心萃取器中的环隙为两相溶液的混合区，为保证混合区域具有一定的体积，环隙区域必须具有一定的体积，因此环隙的水平宽度不能太小，即转鼓与底座内壁之间必须存有一定的距离。一方面，在两相溶液的混匀程度上：因环隙具有一定宽度，两相溶液在环隙中被高速旋转的转筒带动时，环隙内的溶液主要发生层流流动，层流流动使得两相溶液在环隙中的混合不能达到充分。另一方面，在时间上，处在环隙内的溶液在重力作用下，以及转鼓的抽吸力作用下会很快的进入至转鼓中发生分相作用，使得两相溶液在环隙区域的混匀时间较短。
因此，现有的离心萃取器适宜于具有快速反应动力学的物质或元素的萃取或者反萃。对于具有慢反应动力学的物质或元素，该物质或元素在液液两相料液间的传质速率较慢，在萃取或者反萃时采用现有技术的离心萃取器时两相料液混匀程度差，离心萃取效率低。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种同时适用于具有慢反应动力学的物质或元素可快速混匀离心萃取的新型高效环隙式离心萃取器。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种新型高效环隙式高效离心萃取器，包括转筒、变径底座；所述变径底座的内部为从下往上内径变小的腔体；所述转筒位于所述变径底座的腔体中，与所述变径底座之间形成变径环隙通道；所述变径底座的中部设有固定叶片，位于所述转筒的下方；所述转筒中下部的外侧壁上设有凸出的叶板，所述叶板位于所述环隙通道中；所述转筒内部设有挡流板。
进一步地，所述叶板在所述环隙通道中形成一个或多个竖直转折或弧形转折通道。
进一步地，所述转筒内部设有内叶片，所述挡流板位于所述内叶片的末端。
进一步地，所述转筒的底部设有混合液入口，位于所述挡流板的下方。
进一步地，所述变径底座的中部侧壁上分别设有轻相进料口、重相进料口。
进一步地，所述转筒的侧壁中上部设有转筒轻相出口，其顶部设有转筒重相出口。
进一步地，所述变径底座的侧壁上设有底座轻相出口、底座重相出口。
进一步地，所述底座重相出口、底座轻相出口、轻相进料口在所述变径底座从上往下设置。
进一步地，还包括电机和传动部件，所述传动部件与所述转筒连接；所述电机驱动传动部件带动转筒转动。
本发明采用的技术方案带来的有益效果是，一种新型高效环隙式离心萃取器，包括转筒、变径底座；所述变径底座的内部为从下往上内径变小的腔体；所述转筒位于所述变径底座的腔体中，与所述变径底座之间形成变径环隙通道；所述变径底座的中部设有固定叶片，位于所述转筒的下方；所述转筒中下部的外侧壁上设有凸出的叶板，所述叶板位于所述环隙通道中；所述转筒内部设有挡流板。两相溶液从变径底座进料后流经所述环隙通道时，被转筒外壁上的叶板带着旋转，实现两相溶液与变径底座内壁之间的相对运动和摩擦，使得两相溶液在通道竖直方向上发生层流流动；在水平方向上发生湍流流动，两相溶液因发生湍流流动，得到充分混合和混匀，并有效实现液液之间的传质；两相溶液流经变径底座内部与转筒凸出叶板之间的转折通道时，不仅要沿着竖直方向流动，还要沿着水平方向流动，并最终底座内部；两相溶液流经水平方向上的通道时，因为通道较为狭窄，两相溶液流经水平通道的流速较小，流经时间被延长，同时使得两相溶液的混匀时间、传质时间增长，有效地调节了两相溶液的混匀强度、传质时间，并调协混匀强度与传质时间之间的相对比例关系；两相溶液经固定叶片搅拌后进一步混合传质，进入转筒内部后，挡流板可阻挡两相液体的上流速率，进一步延长两相溶液的混合时间和传质时间；对于具有慢反应动力学的物质或元素的萃取或者反萃，两相溶液在本发明的离心萃取器内可有效地混匀，提高萃取或者反萃的精度；本发明的离心萃取器适用范围广；对于具有快速反应动力学的物质或元素的萃取或者反萃效率进一步有效提高；且本发明的新型高效环隙式高效离心萃取器结构简单，易加工制造和操作。
附图说明
图1是本发明实施例的新型高效环隙式离心萃取器示意图；
图2是传统离心萃取器示意图。
其中：转筒重相出口1、转筒2、底座重相出口3、转筒轻相出口4、底座轻相出口5、轻相进料口6、重相进料口7、内叶片8、环隙通道9、叶板10、挡流板11、变径底座12、混合液入口13、固定叶片14、电机15、传动部件16。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例一
本发明实施例的一种新型高效环隙式离心萃取器，包括转筒2、变径底座12；所述变径底座12的内部为从下往上内径变小的腔体；所述转筒2位于所述变径底座12的腔体中，与所述变径底座12之间形成变径环隙通道9；所述变径底座12的中部设有固定叶片14，位于所述转筒2的下方；所述转筒2中下部的外侧壁上设有凸出的叶板10，所述叶板10位于所述环隙通道9中；所述转筒2内部设有挡流板11。
优选地，所述叶板10在所述环隙通道9中形成一个竖直转折通道。延长了两相在环隙通道9内的停留时间，进一步延长了两相混合传质时间。
优选地，所述转筒2内部设有内叶片8，所述挡流板11位于内叶片8的末端。所述内叶片8将转筒2内部分为4个空间，带动两相液体转动离心。
优选地，所述转筒2的底部设有混合液入口13，位于所述挡流板11的正上方。在变径底座12内的两相液体通过所述混合液入口13进入转筒内部，挡流板11位于混合液入口13的正上方，阻挡混合液进入转筒2内，降低了两相液体进入转筒2内部的速率，延长了两相液体传质时间。
优选地，所述变径底座12的侧壁上分别设有底座重相出口3、底座轻相出口5、轻相进料口6、重相进料口7。轻相液体从轻相进料口6进入变径底座12内，重相液体从重相进料口7进入变径底座12内，两相液体进入变径底座12内后，在所述环隙通道9内混合，并被叶板10带动着旋转并混合，两相被剧烈混合和混匀，被萃取或反萃取的物质或元素在两相之间充分传质；经萃取或反萃后的液体分别经底座重相出口3、底座轻相出口5流出。
优选地，所述轻相进料口6、重相进料口7位于所述变径底座12的两侧。
优选地，所述转筒2的顶部设有转筒重相出口1，侧壁中上部设有转筒轻相出口4；所述转筒重相出口1与所述底座重相出口3连通，所述转筒轻相出口4与所述底座轻相出口5连通。两相液体进入转筒2内部后，在离心力作用下，重相在转筒2内部的最外层，轻相在转筒2的中轴部；重相沿着转筒2上的转筒重相出口1向外流出并向四周甩出，最终从底座重相出口3流出；轻相沿着转筒2上的转筒轻相出口4向外流出并向四周甩出，最终从底座轻相出口5流出。
优选地，所述底座重相出口3、底座轻相出口5、轻相进料口6在所述变径底座12上从上往下设置。
优选地，还包括电机15和传动部件16，所述传动部件16与所述转筒2连接；所述电机15驱动传动部件16带动转筒2。电机15开启后，将转速调至离心萃取器的正常工作转速；经传动部件16带着转筒2共同转动，开启两相料液泵，两相料液分别通过轻相进料口6和重相进料口7分别加入至离心萃取器的变径底座12内部。
优选地，所述转筒2的内径为10～500mm；变径底座12及转筒2均为对称结构；所述环隙通道9中竖直方向通道的水平宽度为1.5～2.5mm，环隙通道9中水平方向通道的竖直高度不受转筒2内径的影响，可控制在1～5mm。
实施例二
参照附图1、2，采用本发明实施例一的离心萃取器与传统离心萃取器在25度环境温度下，对30％TBP-煤油中的Pu(IV)用0.3mol/L二甲基羟胺、0.2mol/L甲基肼、0.40mol/LHNO3水相进行反萃；其中，Pu(IV)浓度为9.1g/L，有机相与水相的流量比为4:1。对比结果如表1所示。
两种离心萃取器转筒12直径均为10mm，本发明实施例一的环隙通道9竖直方向通道的水平宽度为2mm，水平方向通道的竖直高度为1mm；传统离心萃取器环隙通道9中竖直方向通道的水平宽度为2mm。
表1本发明实施例与传统离心萃取器萃取结果比较
| 总流量(mL/min) | 级停留时间时间(s) | 级效率 | |
| 本发明实施例一离心萃取器 | 4.2 | 10 | 68％ |
| 传统离心萃取器 | 4.2 | 22 | 84％ |
由表1可知，本发明实施例一的离心萃取器萃取效率较传统萃取器萃取效率显著提高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种新型高效环隙式离心萃取器，其特征是：包括转筒(2)、变径底座(12)；所述变径底座(12)的内部为从下往上内径变小的腔体；所述转筒(2)位于所述变径底座(12)的腔体中，与所述变径底座(12)之间形成转折变径的环隙通道(9)；所述变径底座(12)的中部设有固定叶片(14)，位于所述转筒(2)的下方；所述转筒(2)中下部的外侧壁上设有叶板(10)，所述叶板(10)位于所述环隙通道(9)中；所述转筒(2)内部设有挡流板(11)。
2.根据权利要求1所述的一种新型高效环隙式离心萃取器，其特征是：所述叶板(10)在所述环隙通道(9)中形成一个或多个竖直转折或弧形转折通道。
3.根据权利要求1所述的一种新型高效环隙式离心萃取器，其特征是：所述转筒(2)内部设有内叶片(8)，所述挡流板(11)位于内叶片(8)的末端。
4.根据权利要求2所述的一种新型高效环隙式离心萃取器，其特征是：所述转筒(2)的底部设有混合液入口(13)，位于所述挡流板(11)的正上方。
5.根据权利要求1所述的一种新型高效环隙式离心萃取器，其特征是：所述变径底座(12)的侧壁上分别设有底座重相出口(3)、底座轻相出口(5)、轻相进料口(6)、重相进料口(7)。
6.根据权利要求5所述的一种新型高效环隙式离心萃取器，其特征是：所述轻相进料口(6)、重相进料口(7)位于所述变径底座(12)的两侧；所述变径底座(12)的两侧均设有所述底座重相出口(3)、底座轻相出口(5)。
7.根据权利要求5所述的一种新型高效环隙式离心萃取器，其特征是：所述转筒(2)的顶部设有转筒重相出口(1)，侧壁中上部设有转筒轻相出口(4)；所述转筒重相出口(1)与所述底座重相出口(3)连通，所述转筒轻相出口(4)与所述底座轻相出口(5)连通。
8.根据权利要求5所述的一种新型高效环隙式离心萃取器，其特征是：所述底座重相出口(3)、底座轻相出口(5)、轻相进料口(6)在所述变径底座(12)上从上往下设置。
9.根据权利要求1所述的一种新型高效环隙式离心萃取器，其特征是：还包括电机(15)和传动部件(16)，所述传动部件(16)与所述转筒2连接；所述电机(15)驱动传动部件(16)带动转筒(2)转动。
10.根据权利要求1所述的一种新型高效环隙式离心萃取器，其特征是：所述转筒(2)的内径为10～500mm；所述环隙通道(9)中竖直方向通道的水平宽度为1.5～2.5mm，环隙通道(9)中水平方向通道的竖直高度为1～5mm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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