專利名稱：一種膜分散式萃取器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種膜分散式萃取器，屬于化學化工技術領域。
萃取作為一種分離過程，在化學工業、石油化工、原子能化工等領域的應用非常廣泛。萃取過程主要主要是分散—傳質—聚合三個階段的循環(1)將一相分散到另一相中；(2)在分散相液滴和連續相接觸的一段時間內，使傳質過程進行到接近平衡的程度；(3)分散相液滴聚會，兩相分離并分別進入下一級或作進一步的處理(如反萃、濃縮等)。
在萃取過程中，兩個液相密度差小，而粘度和界面張力比較大，因此兩相的混合比較困難。為了使萃取過程進行得比較充分，就要使一相在另一相中分散成細小的液滴，液滴平均直徑越小，相際傳質表面積越大，一般來說越有利于傳質。萃取設備的性能主要由傳質效率、處理量、操作強度和能耗等幾個方面。
由于萃取過程的多樣性，發展出了多種多樣的萃取設備，主要有混合澄清槽、萃取柱和離心萃取器等。其中，混合澄清槽兩相接觸較好，級效率高，一般在90％以上；處理能力大，操作彈性較大，相比(體積比，有機相∶水相)可從1∶10到10∶1；易于放大；但滯留量大，需要的廠房面積非常大，設備投資高，能耗較大。萃取柱結構簡單，設備費用低；但傳質效率低，需要高的廠房；對密度差小的體系處理能力低，要求密度差至少有200kg/m3；操作彈性小，相比(體積比，有機相∶水相)從1∶5到5∶1；能耗大。離心萃取器能處理兩相密度差小的體系；設備體積小，接觸時間短，傳質效率高；滯留量小，溶劑積壓量小；但設備費用大，操作費用高，維修費用大，能耗很大。
綜上所述，已有的萃取設備都存在著較大的缺點，分散的液滴大都在毫米量級，傳質所需的時間長，滯留量大，設備處理能力有限，致使設備體積較大或較高，操作彈性都比較低，應用范圍受到限制，且能耗高，經濟效益差。
本發明的目的是設計一種膜分散式萃取器，采用膜(無機或有機膜)作為相分散的介質，以壓力為推動力，分散得到微米級的液滴，并加入內構件提高萃取傳質效率。傳質面積大大增加，并使傳質所需的時間減少，萃取效率高，設備處理量大，能耗低，操作彈性高，對相比沒有要求，應用范圍非常廣范。
本發明設計的膜分散式萃取器，為一柱形筒，柱形筒中置有膜管，萃取器的器壁分別設有連續相的出口和入口，以及分散相的出口和入口。膜管上的小孔孔徑為0.01-60微米。
上述的膜管中還可以設置內構件，該內構件可以為柱形，通過支撐架置于膜管中；還可以出平板擰轉成螺旋片，螺旋片的二端固定在膜管的二端部。內構件也可以由塔板和支撐柱組成，塔板上開有降液孔和支撐柱孔，塔板通過支撐柱支撐后置于膜管中。
本發明設計的膜分散式萃取器，為一柱形筒，柱形筒中置有膜板，萃取器的器壁分別設有連續相的出口和入口，以及分散相的出口和入口。膜板上的小孔的孔徑為0.01-60微米。
本發明可應用于萃取的各個領域，液滴粒徑小，處在微米級，傳質面積大，傳質效率高，處理量大，所需停留時間短，當平均接觸時間大于4秒時，傳質效率大都在90％以上；以壓力為推動力，壓差在幾百千帕以內，操作簡單，操作費用低；設備簡單，設備費用低。膜分散式萃取設備是一種新型、高效、低能耗、高處理量的萃取設備。
圖1為裝有膜管的膜分散式萃取器的結構示意圖。
圖2為裝有膜片的膜分散式萃取器的結構示意圖。
圖3、圖4、圖5為膜管中設有不同內構件的萃取器結構示意圖。
圖6為內構件上塔板的結構示意圖。
下面結合附圖，詳細介紹本發明的內容。
圖1-圖6中，1是連續相出口，2是萃取器，3是膜管，4是閥門，5是分散相出口，6是連續相入口，7是分散相入口，8是膜板，9是柱形內構件，10是支架，11是由平板擰轉而成螺旋片形內構件，12是支撐柱，13是塔形內構件，14是支撐柱孔，15是降液口。
如圖1所示，本發明設計的膜分散式萃取器，為一柱形筒，柱形筒中置有膜管3，萃取器2的器壁分別設有連續相的出口1和入口6，以及分散相的出口5和入口7。膜管上的小孔孔徑為0.01-60微米。
本發明設計的膜分散式萃取器，還可以為柱形筒，柱形筒中置有膜板8，萃取器的器壁分別設有連續相的出口1和入口6，以及分散相的出口5和入口7。膜板上的小孔的孔徑為0.01-60微米。
本發明采用微孔或微濾膜作為相分散的介質。所采用的膜為無機膜或有機膜，膜的類型為管狀膜或平板膜，孔徑為0.01～60微米。
以壓力為推動力。如附圖1和圖2所示，分別為管式膜和平板膜萃取的示意圖，連續相和分散相分別在連續相和分散相通道內流動，分散相通道內的壓力大于連續相通道內的壓力，在壓差的作用下，分散相以微小液滴的形式通過膜孔分散到連續相中，發生傳質并達到傳質平衡，分散相和連續相一起流出膜器，完成一級萃取。分散相和連續相澄清后分離，分別進入反萃和下一級萃取。在膜器中加入內構件作為強化萃取的元件，如圖3、4、5所示，內構件為柱形9、螺旋形11或塔板形13。
下面介紹本發明的實施例。
實施例1采用30％TBP-煤油(體積比)萃取硝酸，以Al2O3管式陶瓷膜為分散介質，膜孔徑為0.2微米。
不加內構件，部分結果如下
>加入螺旋型內構件，部分結果如下
>實施例2采用30％TBP-煤油(體積比)萃取硝酸，以Al2O3管式陶瓷膜為分散介質，膜孔徑為0.8微米。<
>>實施例3采用正丁醇萃取丁二酸，以平板無機膜(不銹鋼燒結膜)作為分散介質，膜孔徑為1～5微米，壓差小于100KPa，分散相通量至少可達到800l/(h.m2)，當停留時間為5.7s時，傳質效率為90.4％，停留時間為7s時，傳質效率為93％。
實施例4采用20％TOA+80％正辛醇(體積)萃取丙酸，采用有機平板膜進行分散，膜孔徑約為10微米，分別用PET核孔膜和PTFE微孔膜，壓差小于100KPa，最大分散相通量大于1000l/(h.m2)，停留時間大于5s，傳質效率大于90％。
實施例5采用正丁醇萃取磷酸，以平板金屬膜為分散介質，膜孔徑約為60微米，當停留時間大于10s時，萃取效率在90％以上。
權利要求
1.一種膜分散式萃取器，其特征在于，該萃取器為一柱形筒，柱形筒中置有膜管，萃取器的器壁分別設有連續相的出口和入口，以及分散相的出口和入口。
2.一種如權利要求1所述的萃取器，其特征在于，其中所述的膜管上的小孔孔徑為0.01-60微米。
3.一種如權利要求1所述的萃取器，其特征在于，其中所述的膜管中設有內構件，該內構件為柱形，通過支撐架置于膜管中。
4.一種如權利要求1所述的萃取器，其特征在于，其中所述的膜管中設有內構件，該內構件由平板擰轉成的螺旋片，螺旋片的二端固定在膜管的二端部。
5.一種如權利要求1所述的萃取器，其特征在于，其中所述的膜管中設有內構件，該內構件由塔板和支撐柱組成，塔板上開有降液孔和支撐柱孔，塔板通過支撐柱支撐后置于膜管中。
6.一種膜分散式萃取器，其特征在于，該萃取器為一柱形筒，柱形筒中置有膜板，萃取器的器壁分別設有連續相的出口和入口，以及分散相的出口和入口。
7.一種如權利要求6所述的萃取器，其特征在于，其中所述的膜板上的小孔的孔徑為0.01-60微米。
全文摘要
本發明涉及一種膜分散式萃取器,該萃取器為一柱形筒,柱形筒中置有膜管,萃取器的器壁分別設有連續相的出口和入口,以及分散相的出口和入口。其中的膜管還可以替換成膜板。膜管和膜板上的小孔的孔徑為0.01—60微米。本發明可應用于萃取的各個領域,液滴粒徑小,處在微米級,傳質面積大,傳質效率高,處理量大,所需停留時間短。操作簡單,操作費用低;設備簡單,設備費用低。
文檔編號B01D11/04GK1267561SQ00105779
公開日2000年9月27日 申請日期2000年4月7日 優先權日2000年4月7日
發明者駱廣生, 孫永, 戴猷元, 汪家鼎 申請人:清華大學