本申請屬于萃取領(lǐng)域，具體屬于萃取乳化液破乳領(lǐng)域，涉及一種流場-電場協(xié)同調(diào)控的介微通道破乳裝置及流場-電場協(xié)同調(diào)控破乳的方法。

背景技術(shù)：

1、萃取過程中存在液-液兩相的傳質(zhì)和相分離效率較低的問題，嚴重制約了其工業(yè)再放大。對此，乳化-破乳聯(lián)合技術(shù)利用乳化狀態(tài)下液-液兩相的高速傳質(zhì)，能有效縮小設(shè)備尺寸，突破工業(yè)放大限制。然而，破乳的相分離效率不高成為乳化-破乳聯(lián)合技術(shù)亟需解決的難題。

2、液滴碰撞后的有效聚結(jié)是破乳技術(shù)的關(guān)鍵。乳化液中液滴的油-水界面吸附著表面電荷，通過電場誘導(dǎo)其表面電荷非均勻再分布，產(chǎn)生表面各向異性，是調(diào)控液滴碰撞和聚結(jié)的有效方式。目前，對于液滴在電場下碰撞和聚結(jié)的研究，大多集中在通過電場對液滴的偶極、電泳和介電泳等作用驅(qū)動靜止的液滴運動和遷移發(fā)生碰撞。電場驅(qū)動的液滴碰撞發(fā)生在電場線方向上，導(dǎo)致液滴的碰撞形式單一，難以實現(xiàn)高效破乳。

3、因此，迫切需要尋找一種乳化液液滴碰撞聚結(jié)的有效調(diào)控方式，從而提高破乳效率實現(xiàn)大批量乳化液的高效破乳，解決溶劑萃取法凈化濕法磷酸技術(shù)的工業(yè)再放大難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種流場-電場協(xié)同調(diào)控的介微通道破乳裝置及流-電場協(xié)同調(diào)控破乳方法，利用流-電場協(xié)同調(diào)控與流體通道的尺寸效應(yīng)，有效調(diào)控乳化液液滴碰撞和聚結(jié)，具有破乳效率高、處理量大等優(yōu)點。

2、本申請為達到其目的，采用的技術(shù)方案如下：

3、為了實現(xiàn)上述目的，第一方面，本申請實施例公開了一種流場-電場協(xié)同調(diào)控的介微通道破乳裝置，所述破乳裝置包括外筒電極、內(nèi)筒、流道調(diào)節(jié)組件和中心電極；所述內(nèi)筒套設(shè)于所述外筒電極內(nèi)并沿第一方向延伸，所述內(nèi)筒設(shè)有進液口以及出液口；

4、所述流道調(diào)節(jié)組件設(shè)置在內(nèi)筒內(nèi)部并沿第一方向延伸，所述流道調(diào)節(jié)組件的外表面包括多個子結(jié)構(gòu)，所述子結(jié)構(gòu)沿第一方向排列設(shè)置；

5、所述流道調(diào)節(jié)組件設(shè)置有第一空腔，所述第一空腔內(nèi)設(shè)置有所述中心電極，所述中心電極的軸線與所述流道調(diào)節(jié)組件的軸線平行或重合；所述內(nèi)筒的內(nèi)表面和所述流道調(diào)節(jié)組件外表面之間形成所述第二空腔，所述第二空腔供流體通過，所述第二空腔與進液口和出液口連通；所述外筒電極與中心電極之間形成電場。

6、作為一種可選的實施方式，所述內(nèi)筒的內(nèi)徑r1＝2～75mm，長度l1＝200～300mm；和/或，所述外筒電極的長度小于或等于內(nèi)筒的長度。

7、和/或，當(dāng)所述外筒電極的長度小于所述內(nèi)筒(2)的長度時，所述外筒電極與進液口的最小距離為0～75mm，所述外筒電極的長度為150～300mm。

8、作為一種可選的實施方式，所述內(nèi)筒的內(nèi)徑r1與所述流道調(diào)節(jié)組件子結(jié)構(gòu)最大外徑r2的比例為r1：r2＝(1.5～4)：1，所述第二空腔的一維尺寸r3＝r1-r2＝1～25mm。

9、作為一種可選的實施方式，至少2個相同的所述子結(jié)構(gòu)沿第一方向連續(xù)設(shè)置或間隔設(shè)置，構(gòu)成重復(fù)單元；

10、和/或，所述流道調(diào)節(jié)組件(3)包括至少1個所述重復(fù)單元。

11、作為一種可選的實施方式，所述子結(jié)構(gòu)的形狀選自扭繩狀、橢圓狀、水滴狀、棱柱狀或陀螺狀中的一種或多種；

12、和/或，當(dāng)所述重復(fù)單元的數(shù)量大于1個時，構(gòu)成各個所述重復(fù)單元的所述子結(jié)構(gòu)的形狀可以相同或不同；

13、和/或，當(dāng)子結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置時，所述子結(jié)構(gòu)之間間距0<l3≤5mm；

14、和/或，所有所述重復(fù)單元沿第一方向的延伸長度總和l4＝15～100mm。

15、作為一種可選的實施方式，所述流道調(diào)節(jié)組件的外表面材料選自絕緣親水材料；

16、和/或，所述內(nèi)筒的內(nèi)表面材料選自絕緣親油材料；

17、和/或，所述絕緣親油材料選自聚氨酯泡沫、多孔硅膠、聚四氟乙烯或聚丙烯的一種或多種；

18、和/或，所述絕緣親水材料選自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚酰胺(pa，尼龍)改性材料、陶瓷、玻璃等中的一種或多種；

19、作為一種可選的實施方式，所述外筒電極接地，所述中心電極與電源發(fā)生裝置相連，由所述電源發(fā)生裝置提供直流電或交流電；

20、和/或，所述電場形式為均勻電場或非均勻電場；

21、和/或，所述電源發(fā)生裝置提供的電壓為1-15kv。

22、第二方面，本申請實施例公開了一種流場-電場協(xié)同調(diào)控的破乳方法，其特征在于，所述破乳方法的操作步驟包括：

23、1)啟動電源發(fā)生裝置，調(diào)節(jié)電源電壓大小與頻率，在流體通道內(nèi)產(chǎn)生電場；

24、2)將乳化液按一定流速注入至所述破乳裝置內(nèi)的流體通道中，所述破乳裝置內(nèi)的流體通道中設(shè)置有至少一個流道調(diào)節(jié)組件；

25、3)所述乳化液沿流體通道流經(jīng)所述流道調(diào)節(jié)組件，在電場-流場協(xié)同調(diào)控下進行破乳過程，經(jīng)過一定時間后得到破乳液。

26、作為一種可選的實施方式，所述破乳裝置采用本申請第一方面公開的破乳裝置，所述中心電極與電源發(fā)生裝置相連，由電源發(fā)生裝置提供直流電或交流電；所述電場形式為均勻電場或非均勻電場；所述電源發(fā)生裝置提供的電壓為1-15kv。

27、作為一種可選的實施方式，所述乳化液在注入所述進液口之前具有第一溫度，所述第一溫度為18-35℃；所述破乳時間為2-10min。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請具有以下有益效果：

29、1)本申請通過調(diào)整流道調(diào)節(jié)組件子結(jié)構(gòu)的形狀及表面材料潤濕性，并在適當(dāng)位置設(shè)定電場，誘導(dǎo)液滴產(chǎn)生表面各向異性并控制液滴發(fā)生碰撞，有效調(diào)控液滴的碰撞速率和聚結(jié)效率，從而實現(xiàn)高效破乳。

30、2)本申請流體通道尺寸介于微通道和傳統(tǒng)大化工的流體通道尺寸之間，即利用介微通道尺寸，在流動通量和控制精度之間建立平衡，既保證較大流動通量，又能較為精準(zhǔn)調(diào)控流場-電場，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化大批量乳化液的破乳。

31、3)采用本申請的破乳裝置，在流場-電場協(xié)同調(diào)控下，有機萃取體系乳化液(如磷酸-水/tbp-煤油乳化液體系)在10min內(nèi)破乳率可達88％，破乳效率明顯提高，解決了乳化萃取后兩相無法高效分離的難題。

技術(shù)特征：

1.一種流場-電場協(xié)同調(diào)控的介微通道破乳裝置，其特征在于，所述破乳裝置包括外筒電極(1)、內(nèi)筒(2)、流道調(diào)節(jié)組件(3)和中心電極(4)；所述內(nèi)筒(2)套設(shè)于所述外筒電極(1)內(nèi)并沿第一方向延伸，所述內(nèi)筒(2)設(shè)有進液口(5)以及出液口(6)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的破乳裝置，所述內(nèi)筒(2)的內(nèi)徑r1＝2～75mm，長度l1＝200～300mm；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的破乳裝置，所述內(nèi)筒(2)內(nèi)徑r1與流道調(diào)節(jié)組件(3)子結(jié)構(gòu)最大外徑r2的比例為r1：r2＝(1.5～4)∶1，所述第二空腔的一維尺寸r3＝r1-r2＝1～25mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的破乳裝置，其特征在于，至少2個相同的所述子結(jié)構(gòu)沿第一方向連續(xù)設(shè)置或間隔設(shè)置，構(gòu)成重復(fù)單元；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的破乳裝置，其特征在于，所述子結(jié)構(gòu)的形狀選自扭繩狀、橢圓狀、水滴狀、棱柱狀或陀螺狀中的一種或多種；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的破乳裝置，其特征在于，所述流道調(diào)節(jié)組件(3)的外表面材料選自絕緣親水材料；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的破乳裝置，其特征在于，所述外筒電極(1)接地，所述中心電極(4)與電源發(fā)生裝置相連，由所述電源發(fā)生裝置提供直流電或交流電；

8.一種流場-電場協(xié)同調(diào)控的破乳方法，其特征在于，所述破乳方法的操作步驟包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的破乳方法，其特征在于，所述破乳裝置為權(quán)利要求1～7任一項所述的破乳裝置，所述中心電極(4)與電源發(fā)生裝置相連，由電源發(fā)生裝置提供直流電或交流電；所述電場形式為均勻電場或非均勻電場；所述電源發(fā)生裝置提供的電壓為1-15kv。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的破乳方法，其特征在于，所述乳化液在注入所述進液口(5)之前具有第一溫度，所述第一溫度為18-35℃c；所述破乳時間為2-10min。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種流場?電場協(xié)同調(diào)控的介微通道破乳裝置及流場?電場協(xié)同調(diào)控的破乳方法，所述破乳裝置包括外筒電極、內(nèi)筒、流道調(diào)節(jié)組件和中心電極；所述內(nèi)筒套設(shè)于所述外筒電極內(nèi)；所述流道調(diào)節(jié)組件包括多個子結(jié)構(gòu)，所述子結(jié)構(gòu)沿第一方向排列設(shè)置；所述流道調(diào)節(jié)組件內(nèi)設(shè)置有所述中心電極；所述內(nèi)筒的內(nèi)表面和所述流道調(diào)節(jié)組件外表面之間形成所述供流體通過的第二空腔；所述外筒電極與中心電極之間形成電場。本申請利用流場?電場協(xié)同調(diào)控與流體通道的尺寸效應(yīng)，在流動通量和控制精度之間建立平衡，既保證較大流動通量，又能較為精準(zhǔn)調(diào)控流場?電場，有效調(diào)控乳化液液滴碰撞和聚結(jié)，解決了乳化萃取后兩相高效分離的難題。

技術(shù)研發(fā)人員：陳明,佘希碩,李軍,金央,王玉濱,陳建鈞
受保護的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6