CN2037252U - 喷雾式准液膜分离装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于一种液态溶液的溶剂萃取装置。为实现在准液膜分离技术中用喷雾分散代替静电分散的目的，采取在萃取池和反萃取池中各设喷嘴，各由一个输液泵分别将待萃取溶液和反萃取溶液送入喷嘴，形成一定压力，利用连续相和分散相之阅的比重差，以雾沫状态喷入萃取池和反萃取池的连续相中。这样，连续相既可以是任一介电常数的有机相，也可以是水相。本装置可以用于湿法冶金和废水处理技术中。
Description
本实用新型涉及一种用于湿法冶金和废水处理的液态溶液的溶剂萃取装置，其结构特征包括一个反应槽，反应槽的中间设有多孔板和隔板，多孔板将反应槽的大部分分隔成萃取池和反萃取池，隔板将反应槽的剩余部分分隔成萃取澄清池和反萃取澄清池，萃取澄清池和反萃取澄清池分别经带阀的导管与萃残液收集器和浓缩液收集器连通。
本实用新型的先前发明“静电式准液膜分离方法及其装置”（中国专利ZL861017307）是根据液膜萃取、反萃在非平衡状态下同时进行的原理，结合静电相分散技术而发展起来的一种新的分离技术，这一技术避免了乳状液膜法中的制乳、破乳步骤，因而使得分离过程被简化并且易于连续化操作；在这一技术中，用多孔电极隔板取代支承体液膜中的支承体，因而降低了分离过程中的传质阻力，提高了传质速率，又解决了类似支承体液膜中的试剂流失、孔道堵塞和沾污等问题。但是，静电式准液膜技术由于采用静电场进行相分散，使得它的应用范围受到限制。这些限制是：连续相必须是有机相且介电常数须低于10，对于在萃取过程中有机相介电常数增加较大的体系，采用静电式准液膜技术也存在着困难。此外，在静电式准液膜技术中采用静电场进行相分散，必须考虑安全问题，电极板的制作有特殊的要求。
本实用新型的目的在于提供一种用喷雾分散代替静电分散的准液膜分离装置来克服静电式准液膜装置的上述缺点，同时保留静电式准液膜技术的主要优点。
本实用新型的技术方案在于利用位于反应槽中间的多孔板，使该多孔板两侧的连续相溶液可以通过多孔板上的孔隙自由流动，利用连续相与分散相之间的比重差，将待分离的溶液和反萃液在一定的压力下通过喷嘴以雾沫状态喷入连续相中，在多孔板上装设挡板，有效地将该多孔板两侧的分散相分隔开，从而保证了萃取和反萃取过程在反应槽内部的耦合。上述特征通过如下过程体现：将含有待萃取溶质的溶液和反萃取溶液分别与带孔隙和挡板的多孔板分隔开的连续相（可以是有机相或者是水相）接触，连续相可以通过多孔板上的孔隙自由流动，含有待萃取溶质的溶液和反萃取溶液通过喷嘴分别以雾沫状喷入连续相中的萃取侧和反萃取侧并被多孔板上的挡板所隔开，在萃取侧，待萃取溶液微滴中的溶质被萃取到连续相中，所生成的萃合物在其浓度梯度的推动下，通过多孔板向反萃侧扩散，在反萃侧，溶质从萃合物中被反萃到反萃取溶液微滴中，连续相中的萃取剂得到再生，萃取剂在其浓度梯度的推动下通过多孔板扩散回萃取侧，如此循环，使萃取－－反萃过程在横向得以连续进行。与此同时，萃取侧与反萃侧中的分散相在重力（或浮力）的作用下，分别在连续相中下沉（或上浮），沉到（或浮到）澄清池后与连续相分层，分别获得萃残液和浓缩液，萃残液和浓缩液分别通过带阀的导管流入各自的收集器。
上述过程是在一种适应于本实用新型的装置中完成的，本装置是对静电式准液膜萃取设备的改进。本装置包括一个反应槽，反应槽的中间设有多孔板和隔板，多孔板将反应槽的大部分分隔成萃取池和反萃取池，隔板将反应槽的剩余部分分隔成萃取澄清池和反萃取澄清池，萃取澄清池和反萃取澄清池分别经带阀的导管与萃残液收集器和浓缩液收集器连通。其特征在于在萃取池和反萃取池中各设喷嘴，各由一个输液泵分别将待萃取溶液和反萃取溶液送入喷嘴喷入萃取池和反萃取池。
本实用新型采用喷嘴的结构特征，以喷雾分散取代静电分散，连续相既可以是任一介电常数的有机相，也可以是水相。本实用新型所提出的技术保留了静电式准液膜分离技术的过程简单、易于连续操作、传质阻力小、试剂损失少等优点。与静电式准液膜技术相比较，由于本技术采用喷雾的方式实现相分散，除了要求分散相与连续相存在着一定的比重差外，对所用的连续相没有其他的限制条件，因而扩大了准液膜的应用范围。此外，由于取消了反应槽中的静电场，因而进一步简化了设备，同时使操作过程更加安全。
图1、图2和图3分别为喷雾式准液膜分离装置的三种结构示意图。
图4为多孔板的四种结构示意图。
结合附图将本实用新型的结构和工作过程详细描述于下：
图1、图2和图3中所示的装置包括一个反应槽1。多孔板2将反应槽1的大部分分隔成萃取池3和反萃取池11。隔板7将反应槽1的剩余部分分隔成萃取澄清池6和反萃澄清池8。萃取池3和萃取澄清池6是完全连通的，反萃取池11和反萃取澄清池8也是完全连通的。隔板7的作用是使两个澄清池中的溶液不互相泄漏，并且支承多孔板2。
多孔板2上有多组孔隙12，每组孔隙12上装有挡板13。萃取池3和反萃取池11中的连续相溶液可以通过孔隙12自由地从萃取池3流入反萃取池11或者从反萃取池11流入萃取池3，而萃取池3和反萃取池11中的分散相微滴则完全被挡板13所隔开，不能在两池中互串。输液泵18将待萃取溶液从液槽19中送至喷嘴17，在一定的压力下，该溶液通过喷嘴17喷入萃取池3；输液泵15将反萃取溶液从液槽14中送至喷嘴16，在一定的压力下，反萃取溶液通过喷嘴16喷入反萃取池11。
萃取澄清池6中的萃取残液经过带阀门的导管4流入萃残液收集器5中，反萃取澄清池8中的浓缩液经过带阀门的导管10流入浓缩液收集器9中。
多孔板2可以根据实际情况用金属或非金属材料制成，板上的孔隙率应在20％以上。图4中的多孔板21和22为未装设挡板的多孔板，这两种多孔板上由于高度差Δh的存在，可以有效地将多孔板两侧的分散相分隔开，Δh一般应大于2mm。
反应槽1、隔板7和挡板13既可以用金属材料制成，也可以用非金属材料制成。反应槽1的长度和高度可以根据实际需要选定，其宽度则应在不妨碍设备安装和操作的前提下越小越好。喷嘴16、17视所操作的体系性质可用金属或非金属材料制成。萃取池3和反萃取池11上的喷嘴数目一般有多个，也可以只有一个。通常情况下萃取侧的喷嘴数目应多于反萃取侧的喷嘴数目。喷嘴的喷出端孔径一般在0.1mm——0.5mm之间，喷嘴的入口孔径与出口孔径之比应大于5。
工作时，将含有萃取剂的连续相注满反应槽1，先后启动输液泵18、15，待萃取料液和反萃取液分别通过喷嘴17、16喷入萃取池3和反萃取池11。在萃取池3，待萃取溶液微滴中的溶质被萃取到连续相中形成萃合物，连续相中的萃合物在其自身的浓度梯度的推动下，通过多孔板2上的孔隙扩散到反萃取池11中。扩散到反萃取池11中的萃合物与反萃取液微滴进行反应，原先被萃取到连续相中的溶质此时被反萃到反萃取液中，连续相中的萃取剂同时得以再生，萃取剂在自身的浓度梯度的推动下通过多孔板2上的孔隙12从反萃取池11扩散回萃取池3，继续进行上述过程。与此同时，萃取池3和反萃取池11中的分散相微滴在重力（或浮力）的作用下，分别通过连续相下沉（或上浮）到萃取澄清池6和反萃取澄清池8中，并通过带阀门的导管4和10分别引入萃残液收集器5和浓缩液收集器9中。
萃取池3中的混合液与萃取澄清池6中的萃残液之间有一相界面，该界面的位置可以通过调节导管4的出口高度来控制。同样，反萃取池11中的混合液与反萃取澄清池8中的浓缩液之间也有一个相界面，其位置亦可通过调节导管10的出口高度来控制。
区别分散相与连续相的不同比重数值，喷雾式准液膜分离装置有不同的安装方法。当两分散相的比重均大于连续相的比重时，分离装置按图1中的结构安装；当两分散相的比重均小于连续相的比重时，分离装置按图2中的结构安装；当一种分散相的比重大于连续相的比重而另一种分散相的比重小于连续相的比重时，分离装置按图3中的结构安装，并使用多孔板23。
实施例：
反应槽1的外形尺寸为120（长）×70（宽）×180（高）mm，用有机玻璃制成。反应槽1的内部有效尺寸为：萃取池3和反萃取池11均为80（长）×14（宽）×100（高）mm，萃取澄清池6和反萃取澄清池8均为80（长）×12（宽）×40（高）mm。多孔板2为长方形，外形尺寸为：86×110mm，厚2mm，它的两侧插在反应槽1内侧壁的导槽中，下部由隔板7所支承。多孔板2用聚氯乙烯板制成，多孔板2上有孔隙12和挡板13，孔隙12为2×70mm的长方形的通孔，共有10组孔隙。挡板13的位置如图4中多孔板20所示，多孔板20、21、22适用于图1和图2所示的两种场合，多孔板23仅适用图3所示的场合。喷嘴16、17用聚氯乙烯制成，其出口孔径为2mm，入口孔径为10m－m。
利用上述装置从水溶液中提取钴（Co2＋）。料液为含1000ppmCo2＋和0.1M CH3COONa的水溶液，其初始pH值调至5.0。反萃取液为2.0M2H4S－溶液。有机相为含15％（体积）二（2－乙基已基）磷酸（萃取剂）的加氢煤油溶液。实验中料液流量为125ml／h，反萃液流量为28ml／h，料液在萃取池3中经过4～5秒钟的萃取，Co2＋的萃取率达98％左右，反萃液在反萃池11中经过4～5秒钟的反萃取，Co2＋的浓度从0上升到4000ppm左右。
利用上述装置从水溶液中提取Eu3＋。料液为含110ppmEu3＋溶液（3NHNO3介质），反萃液为0.05N HNO3。有机相为15％（V／V）DHDECMP－环己烷溶液（DHDECMP为一种双官能团萃取剂，其化学名称是N，N－二乙胺甲酰甲撑膦酸二己酯。）。实验中料液流量为70ml／n，萃取与反萃的流量比为1.5：1。料液在萃取池3中经过4～5秒的萃取，Eu3＋的萃取率为74.6％，同时在反萃取澄清池得到浓缩的Eu3＋。在上述同样的工艺条件下，平衡萃取Eu3＋5分钟，其萃取率仅为57.4％。这说明由于准液膜过程属于非平衡态的传质过程，不受化学平衡限制，因而具有较高的传质效率。尤其是在象本例分配比较小的萃取体系中，准液膜的这一特性更为显著。
Claims (5)
1、一种准液膜分离装置，包括一个反应槽，反应槽的中间设有多孔板和隔板，多孔板将反应槽的大部分分隔成萃取池和反萃取池，隔板将反应槽的剩余部分分隔成萃取澄清池的反萃澄清池，萃取澄清池和反萃澄清池分别经带阀的导管与萃残液收集器和浓缩液收集器连通，其征征在于在萃取池和反萃取池中各设喷嘴，各由一个输液泵分别将待萃取溶液和反萃取溶液送入喷嘴喷入萃取池和反萃取池。
2、根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于所述的喷嘴可以用金属或非金属材料制成。
3、根据权利要求1或2所述的分离装置，其特征在于所述的喷嘴的喷出端孔径在0.1mm～0.5mm之间，喷嘴的入口孔径与出口孔径之比应大于5。
4、根据权利要求1或2所述的分离装置，其特征在于所述的喷嘴的数目每侧可以有多个，或只有一个，对于多个喷嘴的结构，萃取侧的喷嘴数目多于反萃取侧的喷嘴数目为佳。
5、根据权利要求3所述的分离装置，其特征在于所述的喷嘴的数目每侧可以有多个，或只有一个，对于多个喷嘴的结构，萃取侧的喷嘴数目多于反萃取侧的喷嘴数目为佳。
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