[發明專利]一種中空纖維膜萃取器

有效

• 申請號: 201610136877.2
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105561630B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 孔慶然;李希;成有為;王麗軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01D11/04
• 分類號: B01D11/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 徐敏

技術領域

本發明涉及中空纖維膜萃取技術領域，特別涉及一種中空纖維膜萃取器。

背景技術

中空纖維膜萃取避免了傳統萃取設備中兩相流體存在分散相接觸以及依靠密度差進行分離的限制，從而有效的克服了溶劑乳化、兩相密度差接近體系無法分離等傳統萃取設備所面臨的問題，因此成為重要的新型萃取手段。公開號為CN 1434019的專利文獻中公開了采用中空纖維膜萃取-電反萃取實現發酵過程有機酸的在線提取和提濃。CN 102268559的專利文獻中公開了通過中空纖維膜萃取來純化富集含鋁化合物。公開號為CN 102107924的專利文獻中公開了使用中空纖維膜萃取來預處理糠醛工業廢水。公開號為CN 103304005的專利文獻中公開了采用中空纖維膜萃取來凈化廢水中的苯酚。公開號為CN 102817302的專利文獻中公開了使用中空纖維膜提取了木耳多糖。

上述文獻在具體工業實施過程中，存在兩大問題限制了傳質效率。第一，現有膜萃取器膜絲為直的中空纖維。發明人在研究中發現，對于絕大部分的分離體系，膜萃取器的傳質阻力均集中于管程的水相中，但由于膜絲直徑太小，無法設置內部構件來強化傳質。因此，可以將直的膜絲換成彎曲的膜絲，管程流體流動時產生徑向二次流動，強化管程傳質，萃取效率可以提升20％～100％。第二，工業過程中，為了提高萃取器的處理能力，減少制作成本，膜萃取器外殼均設計為直徑10cm以上的圓柱狀，水相在管程流動，油相通過殼程與水相逆流接觸。

現有的中空纖維膜萃取器的殼程流動受到外形和生產封裝工藝的影響，不可避免的存在流體短路，流動死區等情況，影響了殼程流體的整體傳質速率，導致膜萃取在萃取器放大時，萃取性能下降的必然結果。公開號為CN 203556294的專利文獻中公開了提出了對中空纖維膜進行編織，利用編織線在殼程組成擋板，從而增加流道長度和流體停留時間，提升殼程傳質速率。但是，該方法所設計的擋板無法完全避免殼程液體的滲透，在工業長期使用時，仍會產生短路和死區。公開號為CN 102908877的專利文獻中公開了設計了一種長方形框體的氣液膜接觸器，將數根中空纖維膜固定于多孔支撐管內成為一束，再將數束含有膜絲的支撐管安置于膜接觸器內，從而強化殼程均勻流動。

但是，在該設計中膜接觸器內的支撐管長度不一致，加工組裝困難，且膜絲浸入殼程液體部分的比例低；殼程流體錯流時，存在不同部位流體傳質通量不均勻的情況，從而無法使得殼程流體的利用率最大化。因此，亟需一種新型的制作簡單的膜萃取器，確保在工業長期使用中管程流體的高傳質性能和殼程流體分布的均勻性。

發明內容

本發明提供一種中空纖維膜萃取器，萃取時水相流體與油相萃取劑局部錯流流動，整體逆流流動，有效提高傳質效率，且結構簡單制作成本低。

一種中空纖維膜萃取器，包括：

第一萃取腔，具有相對布置的第一進液口和第一出液口以形成第一水相流動路徑，具有相對布置的第一進油口和第一出油口以形成基本垂直且覆蓋所述第一水相流動路徑的第一油相流動路徑；

第二萃取腔，具有相對布置的第二進液口和第二出液口以形成第二水相流動路徑，具有相對布置的第二進油口和第二出油口以形成基本垂直且覆蓋所述第二水相流動路徑的第二油相流動路徑，所述第一出液口與第二進液口連通，所述第二出油口與第一進油口連通；

第一中空纖維膜組，填充在第一萃取腔內，第一中空纖維膜組的兩端分別沿第一水相流動路徑延伸至第一進液口和第一出液口；

第二中空纖維膜組，填充在第二萃取腔內，第二中空纖維膜組的兩端分別沿第二水相流動路徑延伸至第二進液口和第二出液口。

使用本發明進行萃取時，水相流體從第一進液口進入第一中空纖維膜組的管程，通過后在第一萃取腔的第一出液口匯集，并通流入第二萃取腔的第二進液口，隨后進入第二萃取腔的第二中空纖維膜組的管程，最后從第二萃取腔的第二出液口排出；油相萃取劑從第二進油口進入第二萃取腔以垂直于水相流動方向流入，穿過中第二空纖維膜組填充體的殼層，以錯流方式與第二萃取腔中的中空纖維膜內部流動的水相通過中空纖維的多孔壁面接觸進行質量傳遞，隨后流出第二出油口進入第一出油口，再次錯流穿過第一萃取腔的第一中空纖維膜組填充體的殼程，再從第一萃取腔的第一出油口排出，從而實現了水相流體與油相萃取劑局部錯流，整體逆流接觸。本發明通過設置雙腔結構進行萃取，管、殼程兩相流體在各萃取腔內錯流流動，而整體逆流流動，具有高傳質效率和低制作成本的優點。