本發(fā)明屬于萃取設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高通量連續(xù)逆流萃取器。

背景技術(shù)：

在化工、能源、礦山等工業(yè)生產(chǎn)中，常常涉及到分離液體混合物的操作，其中在欲分離的液體混合物(混合液)中加入一種與其不溶或部分相溶的液體溶劑(萃取劑)，形成兩相系統(tǒng)，利用混合液中各組分在兩相中分配差異的性質(zhì)，易溶組分(溶質(zhì))較多地進(jìn)入溶劑相(萃取相)而實(shí)現(xiàn)分離的操作稱為液液萃取。

為提高目標(biāo)產(chǎn)品的回收效率，工業(yè)生產(chǎn)中的液液萃取大都采用逆流操作模式。逆流萃取模式可分為多級逆流萃取和連續(xù)逆流萃取?；旌铣吻宀酆碗x心萃取器是典型的多級逆流萃取設(shè)備：每一級萃取設(shè)備中的輕重兩相通過并流模式盡可能地達(dá)到相平衡，而后通過相分離設(shè)備分相后，沿相反方向分別進(jìn)入該級設(shè)備前后兩級萃取設(shè)備。因此，在多級萃取流程中，為達(dá)到目標(biāo)收率，需要多級萃取設(shè)備和相分離設(shè)備，有時(shí)為平衡級間壓力，防止級間返混，還需要在各級間額外增設(shè)輸送泵或者單向閥等。這些導(dǎo)致多級逆流萃取的設(shè)備投資、操作費(fèi)用、維護(hù)成本等大大增加。與此相反，連續(xù)逆流萃取設(shè)備則沒有這些缺點(diǎn)。脈沖萃取柱等柱式設(shè)備是典型的連續(xù)逆流萃取設(shè)備：輕重兩相從上下兩端分別進(jìn)入設(shè)備，在重力或者離心力等外加力場的作用下，輕重兩相相對逆流流動，此時(shí)通過脈沖或者攪拌等使得分散相分散成液滴并湍動，完成兩相間的傳質(zhì)操作。與多級逆流萃取相比，連續(xù)逆流萃取通常在一個(gè)設(shè)備中就可達(dá)到多個(gè)理論級效果，但是由于兩相逆流流動，相間相對剪切力等較大，這使得分散相液滴容易被連續(xù)相夾帶而導(dǎo)致返混。當(dāng)兩相通量較大時(shí)，液滴較小時(shí)，返混更為嚴(yán)重并最終導(dǎo)致液泛而無法正常操作。這限制了連續(xù)逆流萃取設(shè)備在工程中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種高通量連續(xù)逆流萃取器，可在兩相高通量的情況下進(jìn)行高效的連續(xù)逆流萃取而不易返混，具有在兩相高通量的情況下，仍可高效傳質(zhì)而不易液泛的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種高通量連續(xù)逆流萃取器，包括內(nèi)表面帶有螺旋導(dǎo)流通道的外筒15和設(shè)置在外筒15中的外表面帶螺旋導(dǎo)流通道的旋轉(zhuǎn)軸1，旋轉(zhuǎn)軸1和外筒15間形成混合環(huán)隙8，外筒15的上端連接上擴(kuò)大段4，下端連接下擴(kuò)大段11。

所述旋轉(zhuǎn)軸1和外筒15同軸線安裝。

所述旋轉(zhuǎn)軸1高速旋轉(zhuǎn)使得混合環(huán)隙8內(nèi)的逆流流動的輕相和重相高效混合傳質(zhì)，旋轉(zhuǎn)軸1外表面的螺旋導(dǎo)流通道促使輕相從下擴(kuò)大段11沿導(dǎo)流通道旋轉(zhuǎn)上行進(jìn)入上擴(kuò)大段4，外筒15內(nèi)表面的螺旋導(dǎo)流通道促使重相從上擴(kuò)大段4沿導(dǎo)流通道旋轉(zhuǎn)下行進(jìn)入下擴(kuò)大段11，由此輕相和重相在高效傳質(zhì)的同時(shí)大通量逆流通過混合環(huán)隙8而不會液泛。

所述的旋轉(zhuǎn)軸1的旋轉(zhuǎn)方向和其外表面螺旋導(dǎo)流通道的螺旋傾斜方向相互配合，使得輕相被其外表面螺旋導(dǎo)流通道推動向上流動。

所述的旋轉(zhuǎn)軸1旋轉(zhuǎn)方向和外筒15內(nèi)表面的螺旋導(dǎo)流通道的螺旋傾斜方向應(yīng)相互配合，使得重相在重力影響下沿外筒15內(nèi)表面的螺旋導(dǎo)流通道向下流動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明由于采用外表面帶有針對輕相的螺旋導(dǎo)流通道的旋轉(zhuǎn)軸和內(nèi)表面帶有針對重相的螺旋導(dǎo)流通道的外筒，在旋轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩相在混合環(huán)隙內(nèi)高效混合傳質(zhì)，螺旋導(dǎo)流通道分別促使輕重兩相沿各自的通道逆流流動，從而可以克服高通量下強(qiáng)剪切力導(dǎo)致的容易液泛的缺點(diǎn)。

本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于化工、能源和礦山等領(lǐng)域的混合液萃取中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的工作原理圖。

圖3是一個(gè)實(shí)驗(yàn)中實(shí)際使用本發(fā)明的連續(xù)逆流萃取流程。

1旋轉(zhuǎn)軸；2上軸承壓緊裝置；3上固定軸承；4上擴(kuò)大段；5輕相溢流口；6重相分布器；7重相進(jìn)料口；8混合環(huán)隙；9輕相進(jìn)料管；10輕相分布器；11下擴(kuò)大段；12下軸承壓緊裝置；13下軸承；14重相排出口；15外筒；16重相排液泵；17重相進(jìn)料泵；18輕相進(jìn)料泵；A重相；C同軸線；D分散相液滴；E萃后輕相；O輕相；R萃后重相；T混合渦流；W旋轉(zhuǎn)方向；AS重相螺旋導(dǎo)流通道；OS輕相螺旋導(dǎo)流通道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

如圖1所示，一種高通量連續(xù)逆流萃取器，包括內(nèi)表面帶有螺旋導(dǎo)流通道的外筒15和設(shè)置在外筒15中的外表面帶螺旋導(dǎo)流通道的旋轉(zhuǎn)軸1，旋轉(zhuǎn)軸1和外筒15同軸線C安裝。旋轉(zhuǎn)軸1和外筒15間形成混合環(huán)隙8，外筒15的上端連接上擴(kuò)大段4，下端連接下擴(kuò)大段11。

本發(fā)明的原理如圖2所示，外筒15內(nèi)表面的螺旋導(dǎo)流通道為重相螺旋導(dǎo)流通道AS，旋轉(zhuǎn)軸1外表面的帶螺旋導(dǎo)流通道為輕相螺旋導(dǎo)流通道OS。旋轉(zhuǎn)軸1高速旋轉(zhuǎn)使得混合環(huán)隙8內(nèi)的逆流流動的輕相O和重相A高效混合傳質(zhì)，旋轉(zhuǎn)軸1外表面的螺旋導(dǎo)流通道促使輕相O從下擴(kuò)大段11沿輕相螺旋導(dǎo)流通道OS旋轉(zhuǎn)上行進(jìn)入上擴(kuò)大段4，外筒15內(nèi)表面的螺旋導(dǎo)流通道促使重相A從上擴(kuò)大段4沿重相螺旋導(dǎo)流通道AS旋轉(zhuǎn)下行進(jìn)入下擴(kuò)大段11，由此輕相O和重相A在高效傳質(zhì)的同時(shí)大通量逆流通過混合環(huán)隙8而不會液泛。其中，旋轉(zhuǎn)軸1的旋轉(zhuǎn)方向W和輕相螺旋導(dǎo)流通道OS的螺旋傾斜方向相互配合，使得輕相O被輕相螺旋導(dǎo)流通道OS推動向上流動。旋轉(zhuǎn)軸1旋轉(zhuǎn)方向W和重相螺旋導(dǎo)流通道AS的螺旋傾斜方向應(yīng)相互配合，使得重相A在重力影響下沿重相螺旋導(dǎo)流通道AS向下流動。

以下實(shí)施例中，采用30％TBP-煤油作為輕相(連續(xù)相，萃取劑)，3.0mol/L的HNO3水溶液作為重相(分散相，混合液)進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)。

如圖3所示，本發(fā)明被用于從混合水溶液中萃取硝酸。實(shí)施例中混合環(huán)隙8的高度為25厘米，寬度為3毫米，旋轉(zhuǎn)軸1的直徑為29毫米。

重相計(jì)量泵17泵送硝酸水溶液即重相A通過重相進(jìn)料口7進(jìn)入重相分布器6，并在重力作用下向下流動進(jìn)入混合環(huán)隙8的上部。讓重相A充滿下擴(kuò)大段11、混合環(huán)隙8和上擴(kuò)大段4，這被稱作充柱操作。在充柱操作完成后，啟動電機(jī)使旋轉(zhuǎn)軸1以900轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)速度高速旋轉(zhuǎn)，并同時(shí)啟動與重相排液口14相連的重相排液泵16。30％TBP-煤油溶液即輕相O通過輕相計(jì)量泵18通過輕相進(jìn)料口9進(jìn)入輕相分布器10。由于和重相A間存在密度差，輕相O自發(fā)上行進(jìn)入混合環(huán)隙8的下部與旋轉(zhuǎn)軸1接觸并被剪切成分散相液滴D。混合環(huán)隙內(nèi)的工作原理如圖2所示：在旋轉(zhuǎn)軸1產(chǎn)生的離心力場的作用下，密度較小的輕相(分散相)液滴D更靠近旋轉(zhuǎn)軸1的外表面，而密度較大的重相(連續(xù)相)A則更傾向于遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸1而更靠近外筒15的內(nèi)表面向下運(yùn)動。旋轉(zhuǎn)軸1外表面上的螺旋導(dǎo)流通道OS的螺旋方向被設(shè)計(jì)成在旋轉(zhuǎn)軸1逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，具有“旋轉(zhuǎn)上行”的視覺效果，而外筒15內(nèi)表面上的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流通道AS的螺旋方向被設(shè)計(jì)成在旋轉(zhuǎn)軸1固定不動，而外筒15相對逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)具有“螺旋下行”的視覺效果。即旋轉(zhuǎn)軸1逆時(shí)針高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸1上的螺旋導(dǎo)流通道OS對靠近其的分散相液滴D具有螺旋向上的推動作用，而外筒15內(nèi)表面上的螺旋導(dǎo)流通道AS則有利于重相A螺旋下行，顯著增大了兩相在混合環(huán)隙8中的逆流通量，卻不容易由于強(qiáng)烈的相對剪切力發(fā)生嚴(yán)重返混并最終液泛。同時(shí)旋轉(zhuǎn)軸1的高速旋轉(zhuǎn)在混合環(huán)隙8間對輕相O和重相A產(chǎn)生了強(qiáng)烈的湍動攪拌效果，甚至?xí)a(chǎn)生泰勒渦流T，這顯著增強(qiáng)了兩相間的傳質(zhì)速率。實(shí)驗(yàn)中控制重相進(jìn)料泵17和輕相進(jìn)料泵18，保證兩相的進(jìn)料速率均為4L/h，控制萃后重相R的排液泵16，使得重相進(jìn)出速率平衡。實(shí)驗(yàn)表明：在沒有螺旋導(dǎo)流通道OS和AS的情況下，兩相進(jìn)料速率均為1.3L/h左右時(shí)，液泛就已經(jīng)發(fā)生而無法進(jìn)行連續(xù)逆流萃取，而在本發(fā)明中兩相進(jìn)料速率達(dá)到4L/h還可正常操作，且硝酸萃取效率可達(dá)90％左右。

在本發(fā)明中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸1順時(shí)針高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸1外表面上的螺旋導(dǎo)流通道OS和外筒15內(nèi)表面上的螺旋導(dǎo)流通道AS的螺旋方向應(yīng)與圖1中的方向相反；當(dāng)輕相作為連續(xù)相時(shí)，應(yīng)先用輕相充柱。