[發明專利]一種氣泡表面有機液膜大相比萃取裝置

有效

• 申請號: 201410007908.5
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103736295A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 黃焜;肖傳緒;劉會洲
• 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: 鞏克棟

技術領域

本發明屬于溶劑萃取分離技術領域，特別涉及一種氣泡表面有機液膜大相比萃取裝置。

背景技術

溶劑萃取是重要的化工分離技術，具有分離效率高、操作簡便、容易放大等優點，在石化、制藥、濕法冶金、環保等領域應用廣泛。傳統的萃取設備分為三大類：混合-澄清萃取槽、塔式萃取器、離心萃取器。這些設備可以實現對萃取過程中互不相溶的水、油兩相混合和分相的有效控制。但在實際使用過程中，互不相溶的水、油兩相的體積比（相比）或流量比（流比）不宜過大。

對于混合-澄清萃取槽，若水油兩相體積比相差過大，在混合室內需要增加攪拌混合的強度，以保證小體積的油相得以充分的分散在大體積的連續水相中。在澄清室內則需要相應增大澄清室的沉降面積，以抵消強烈攪拌對水油兩相澄清分相帶來的不利后果，導致混合澄清萃取槽成本投入過大；另外，若水油兩相操作流比過大，極易造成小體積的油相在大體積水相中的機械夾帶損失，工藝運行成本增高。對于塔式萃取器，在大相比條件下操作時，需要增加塔的高度來盡量接近傳質相平衡，這就需要較高的廠房。另外，若水油兩相流比過大，極易造成塔內發生嚴重的兩相流軸向返混或液泛，影響水油兩相傳質和分相效率，尤其對于兩相密度差較小或易乳化體系，分相更加困難。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澄清分相困難問題，但由于離心萃取的相接觸時間短，若兩相相比過大，極易造成分相不完全，相夾帶損失嚴重。另外，對于處理目標組分濃度低的溶液，離心萃取器操作費用較高，其經濟性不佳。

隨著過程工業的發展，對萃取設備的要求越來越高。傳統的液-液兩相萃取設備已經不能滿足新興分離體系的應用要求。如何從萃取設備的結構設計來實現大相比或大流比的萃取操作，已成為溶劑萃取領域迫切需要解決的難題。例如，在濕法冶金領域，由于礦石品位的下降，目標元素在浸出水相料液中的濃度越來越低，而有機萃取劑價格昂貴，于是對萃取設備提出的要求是：其一，單位時間處理的水相料液量大；其二，有機萃取劑用量少；其三，萃取劑的夾帶損失少。為了達到上述要求，萃取過程需要解決水油兩相在大相比或大流比的條件下萃取的操作困難問題。水油兩相體積比有時甚至要求高達1000:1以上，在如此大相比條件下操作時有機萃取劑分散困難，兩相混合不均，影響傳質效率，導致目標物分離指標下降。再如，因成本等的要求，生化體系的溶劑萃取也常常要求在大相比條件下操作。但由于蛋白質等生物活性物質在萃取過程極易引起乳化。一旦引起乳化，將導致萃取過程難于有效控制，大相比萃取過程的有機溶劑夾帶損失嚴重，分離效率低，極易造成對分離產物的二次污染。

將小體積的待分散液體分散到另一種大體積的不互溶液體中，一般采用的是機械攪拌分散方式（費維揚.液液萃取過程和設備.北京:原子能出版社,1993年），但該方法適用的相比范圍并不大（一般水：油的相比小于30）。對易乳化體系而言，該方法更不適用。CN1256168A公開了一種液體噴吹混合器，將互不相溶的兩種液體中的一種液體噴吹分散為小尺寸顆粒，與另一種不互溶的液體（其作為連續相）混合制備乳狀液。該發明并不適用于萃取過程的大流比萃取操作，且由于需要另外引入表面活性劑以穩定分散的小顆粒液體，一方面極易造成乳化，分相困難，另一方面，萃取劑因為表面活性劑而受到污染。CN101862549A公開了一種大相比易乳化體系的無澄清室連續萃取裝置。該裝置的最大特點在于設計了一種自吸式相分散攪拌器。利用自吸式攪拌器的旋轉離心力，使得小體積的油相或水相抽吸后沿一系列中空同心圓筒壁上升，然后通過設置在圓筒壁上端的微孔分散到大體積的連續相中。該發明解決了傳統攪拌方式處理待分散液體體積較小時不易充分分散的難題。由于自吸式攪拌器剪切力低，可在較低的轉速下實現易乳化體系的攪拌萃取。但使用該自吸式攪拌器提升液體時，水油兩相的相比或流比仍不宜過大。特別是對于水油兩相相比大于200，甚至相比更大的萃取體系，該裝置無法正常工作。為了提升微小體積的待分散液體，自吸式攪拌器需要在較高的轉速下工作，這就違背了當初防止乳化的設計初衷。另外，對于非常小體積的待分散液體，受自吸式攪拌器結構尺寸的影響，抽吸過程無法分辨水油兩相，常常是兩相一起被提升，造成后續操作難于有效控制。