[發明專利]一種大相比液液兩相連續萃取裝置

有效

• 申請號: 201110404565.2
• 申請日: 2011-12-07
• 公開（公告）號: CN102512848A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 黃焜;劉會洲;安震濤;劉德明;楊良嶸
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B01D11/04
• 分類號: B01D11/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳慧珍

技術領域

本發明屬于液-液溶劑萃取分離技術領域，特別是涉及一種大相比液液兩相連續萃取裝置。

背景技術

溶劑萃取是一類重要的化工分離技術。傳統的有機相-水相兩相萃取過程中，互不相溶的油、水兩相體積比(相比)或流量比(流比)的選擇往往決定了兩相混合過程中哪一相作為分散相，而另一相作為連續相。因此，相比(或流比)的選擇合適與否，對最終目標物的分離指標具有重要的影響。通常地，適用于傳統液-液兩相萃取分離的設備，其結構設計需要考慮既有利于特定萃取體系的兩相傳質過程，又有利于混合后的兩相快速相分離。因此，萃取體系兩相相比或流比不宜過大。否則，極易造成兩相混合不均，影響相間傳質效率。特別對一些易乳化萃取體系，兩相相比或流比過大，極易造成相間夾帶，萃取劑流失，萃取操作難于控制。根據使用目的不同，常見的萃取設備主要分為三大類：混合-澄清萃取器、塔式或柱式萃取器、離心萃取器。對于混合-澄清萃取槽內的操作，若油水兩相相比過大，勢必要求增加混合室內攪拌轉速，以保證小體積的分散相充分分散。于是，澄清室的沉降面積也得相應增大，以抵消強烈攪拌帶來的不利后果，導致混合澄清萃取槽占地面積過大，澄清室內溶劑滯存量過大，工藝運行成本高。對于通常的塔式或柱式萃取器，在大相比條件下操作時，需要增加塔或柱的高度來盡量接近傳質相平衡和實現兩相分離，這就需要較高的廠房。若兩相流比過大，尤其不適用于一些兩相密度差較小的萃取體系或易乳化體系，否則極易造成萃取塔內發生嚴重的兩相流軸向返混。一般地，萃取塔內嚴重的軸向返混由以下因素導致：(1)連續相在流動方向上速度分布不均勻；(2)連續相內存在渦流漩渦，局部速度過大處，可能夾帶分散相液滴，造成分散相的返混；(3)分散相液滴大小不均勻，分散相液滴速度分布不均勻，造成部分液滴的前混；(4)當分散相流速過大時，會引起液滴周圍連續相液體的返混。另外，萃取塔外界輸入能量(攪拌或脈沖)強化湍流，雖有粉碎液滴和強化傳質的作用，但是當攪拌過度時，也會使返混加劇。軸向返混對萃取塔的性能產生不利影響，它不僅降低了傳質推動力，而且降低了萃取塔的處理能力。采用離心萃取器以離心力代替重力強化相分離過程，雖然能解決一部分由于乳化導致的分相困難問題，但由于離心機需在較高轉速下操作，相接觸時間短，若兩相相比過大，極易造成分相不完全，相夾帶損失嚴重。

近年來，隨著過程工業的不斷發展，傳統的液-液兩相溶劑萃取設備已經遠遠不能適應新興分離體系的應用要求。例如，因經濟成本等要求，生化體系的萃取分離常常要求在大相比條件下操作。由于蛋白質等生物活性物質常常具有表面活性，萃取過程極易引起乳化，造成分相過程難于有效控制。大相比下操作時，萃取溶劑分散困難，相連續性難于控制，萃取過程受相平衡和傳質效率的限制難以獲得滿意的分離效率。倘若萃取過程相分離效果不好，一部分溶劑殘留于重相中，不僅造成了萃取溶劑的損失，而且造成對重相的二次污染。然而提高其萃取效率和能力與減少萃取溶劑的損失和對重相的二次污染之間往往存在著矛盾，傳統的兩相萃取設備難于較滿意地解決，目標產物的分離提純已成為制約這些行業發展的“瓶頸”，其費用往往占到整個產品生產成本的50％以上。另一方面，溶劑萃取作為濕法冶金過程中的一個重要工序已廣泛應用于各種金屬離子的分離提取。但近年來，由于資源的貧化，金屬離子在待萃料液中的濃度越來越低，導致萃取操作往往需要面對較大的水油相比。例如，稀土萃取工業，中重稀土元素的分離常常需要解決水油相比大于200∶1的困難，水油兩相體積比有時甚至高達1000∶1。如何從萃取分離設備的結構設計來實現大相比萃取操作，已成為稀土萃取分離工業迫切需要解決的難題。