專利名稱：多相萃取器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種至少具有兩室的多相萃取器，兩室通過連接通道在其上部和下部相連，并裝有分散裝置及包括第一，第二，有時(shí)還有第三分散相的出口和入口。
這種類型的多相萃取器可應(yīng)用于化學(xué)，濕法冶金，微生物及其它工業(yè)部門，以分離、萃取、濃縮和純化物質(zhì)。
已知實(shí)現(xiàn)三相液體萃取工藝的兩室系統(tǒng)設(shè)備，其中兩室的上部相連或者包含多孔隔板。兩室被連續(xù)相充滿，不溶于連續(xù)相的兩種分散相呈液滴形式通過連續(xù)相。結(jié)果使物質(zhì)從一種分散相(萃余液)經(jīng)過連續(xù)相(亦稱為液膜相)進(jìn)入另一分散相(萃取相)(例如，可參見“Theoretische Grundlagen der chemischen Technologie”1984，Vol.18；No.6，pp.736-738)。
這種設(shè)備需要在其效率和擴(kuò)大應(yīng)用于多級(jí)流程方面加以改善。
從技術(shù)角度和所達(dá)到的效果的角度看來，由充滿連續(xù)相液膜的第一和第二室組成的三相萃取器與已知設(shè)備最近似。兩室具有將各相分散的裝置，并通過溢流口互相連通，實(shí)現(xiàn)連續(xù)相循環(huán)。溢流以連接兩室的下部和上部的管道來完成。萃取器裝有第一和第二分散相的入口和出口(俄國(guó)專利申請(qǐng)No.94-015776/26(015406)27.04.94)。
欲被分散的相，即起始溶液，和萃取劑(萃取相)在相應(yīng)的室中被分散裝置分別分散為液滴，該液滴相經(jīng)過連續(xù)相流動(dòng)。由于第一和第二室中乳液之間的比重差別，通過上下溢流即產(chǎn)生連續(xù)相循環(huán)，結(jié)果使欲被萃取的物質(zhì)從一室轉(zhuǎn)移到另一室并從被分散的第一相進(jìn)入第二相。
已知的三相萃取器的缺點(diǎn)在于，循環(huán)連續(xù)相可能將分散相的液滴從一室夾帶到另一室，這種現(xiàn)象造成設(shè)備效率降低和萃取相沾污，特別是在由于循環(huán)動(dòng)量(第一和第二室乳液比重之間的差別)的增強(qiáng)引起萃余相和萃取相之間流比增加的情況下，這種現(xiàn)象更為加劇。
另一缺點(diǎn)是不能在這種萃取器中實(shí)現(xiàn)多組分連續(xù)萃取，即萃取器不能應(yīng)用于要求選擇分離多組分混合物的工藝過程(起始溶液各個(gè)組分的分離)。
在從烯溶液中萃取和濃縮物質(zhì)時(shí)，例如從廢水中提取金屬，萃余相和萃取相的流比可能大于2-10。在這種情況下，已知萃取器的設(shè)計(jì)不能再提高效率。
本發(fā)明的目的在于改善多相萃取器的效率。本發(fā)明的目的還在于開發(fā)一種實(shí)現(xiàn)多組分連續(xù)萃取的多相萃取器。
從上述設(shè)備著手，為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明通過在多級(jí)萃取器的兩室設(shè)置分離區(qū)，該分離區(qū)位于連接通道的入口處。
按照優(yōu)選實(shí)施方案，第二室在其上部和下部與第三室連通。
這些室容納在一個(gè)殼體中，并用公用隔板隔開是有利的。
本發(fā)明的改進(jìn)在于，在帶有上部與下部連通室的第一級(jí)之下串聯(lián)布置另一些具有連通室的級(jí)，其間各級(jí)的相互連通是藉助于孔板(篩板)，分散相穿過這些多孔板流動(dòng)。
優(yōu)選的多相萃取器在多孔板上裝有連通管，以便在各級(jí)之間傳送連續(xù)相，還在殼體上裝有連續(xù)相的入口和出口。
該實(shí)施方案包括有安置在連接通道或溢流口的入口處的分離區(qū)或分離室，防止連續(xù)相循環(huán)流將液滴從一室夾帶入另一室。將殼體中的兩室用公用隔板分開的布置亦對(duì)此有貢獻(xiàn)。在這種情況下，構(gòu)成溢流口的連接通道的截面大為增加，而從一室轉(zhuǎn)入另一室的連續(xù)相流速減小。
第二室與第三室的連接實(shí)質(zhì)上提供了一種以第二室為共用室的全新的多室系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)以及再加上第三分散相的入口和出口及分散裝置，就能夠?qū)崿F(xiàn)多組分連續(xù)萃取工藝過程。
各室在其上下端連通可實(shí)現(xiàn)過程的各種工藝方案。例如，欲被分散的第二相可用作起始溶液。從其中分離的組份通過連續(xù)相轉(zhuǎn)移到第一和第三分散相。另外，起始混合物亦可以連續(xù)相的方式供料，其間，連續(xù)相的各種組份萃入不同的分散相。
在第一和第二室下面附設(shè)類似結(jié)構(gòu)的室(多級(jí)串聯(lián))就可在多相萃取器中實(shí)現(xiàn)物質(zhì)多級(jí)分離過程。帶有連續(xù)相入口和出口和用于級(jí)間傳送的連結(jié)管的萃取器方案創(chuàng)造了用液膜方法和三相萃取實(shí)現(xiàn)分離過程的先決條件。


圖1-3表示本發(fā)明之三相萃取器的三種可能方案，圖4-6表示另一些多相萃取器方案。
圖1表示藉助于固定位置的起液膜作用的循環(huán)連續(xù)相實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離的單級(jí)萃取器。
圖2和圖3為多級(jí)三相萃取器，其中各室布置于一個(gè)殼體內(nèi)。
按照?qǐng)D2的萃取器，其分離級(jí)的多個(gè)室均用垂直板16這種形式的公用隔板再分隔開。按照?qǐng)D3的萃取器，這種隔板的形式為置于中心的同心管16。在這種情況下，室1置于外環(huán)室，而另一室2則置于中心管16之中，這樣，這種萃取器的結(jié)構(gòu)方式為圓柱設(shè)備。
在所有這些實(shí)施方案中，原則上三相萃取器包括第一室1和第二室2，兩者皆裝置有分散裝置3。在其上部和下部室1和室2均通過連接通道或溢流口4相連。根據(jù)分散相不同，相接觸界面座位于室1和2的連接的上部和下部。三相萃取器的室1和室2包括分離區(qū)或分離室6和7，其安置在連接4或溢流口的進(jìn)口處，萃取器安裝有第一和第二分散相的進(jìn)口8和9，出口10和11。
按照?qǐng)D2和圖3的多級(jí)萃取器包括另一些串聯(lián)的室1和室2，它們安置在最上面的第一室和第二室之下，還安裝有連續(xù)相入口12和出口13以及在上下室之間傳送連續(xù)相從一級(jí)到一級(jí)的連續(xù)管14。不同級(jí)的室1和室2通過孔板15篩板相互連接，孔板作為相鄰級(jí)之間的分散裝置。在一個(gè)級(jí)中，室1和室2用公用隔板16隔開，隔板16分別安置在下孔板15的上面和上孔板15的下面。
三相萃取器運(yùn)行的基本原理如下第一和第二室充滿連續(xù)相。欲被分散的第一相和第二相經(jīng)入口8和9和分散裝置3進(jìn)入室內(nèi)。根據(jù)接觸液體的比重不同。分散相的液滴在1和2室中向上或向下流動(dòng)并聚結(jié)在界面5處。分散和聚結(jié)過程在多級(jí)設(shè)備的每個(gè)級(jí)內(nèi)重復(fù)進(jìn)行。在第二和以下的級(jí)內(nèi)(按照相流的運(yùn)動(dòng))欲被分散的相的分散是通過孔板15來實(shí)現(xiàn)。兩種分散相通過出口10和11從萃取器流出。
當(dāng)液滴流通過室1和室2運(yùn)動(dòng)時(shí)，生成不同比重的乳液。其結(jié)果使連續(xù)相作上升運(yùn)動(dòng)，而在另一邊則作下降運(yùn)動(dòng)。這就使連續(xù)相在室1和2之間通過分離區(qū)6和7產(chǎn)生循環(huán)，分離區(qū)位于連接通道4的入口處。
當(dāng)連續(xù)相流過室1和室2的分離區(qū)6和7時(shí)，連續(xù)相夾帶的分散相微滴得到分離。這樣，由第一和第二分散相流混合造成的分離過程效率的損失可以明顯的降低。
分散相的液滴的夾帶或帶走取決于分離區(qū)6和7和連接通道4中連續(xù)相的流速。用安置在殼體中的隔板隔開室1和2的結(jié)果(圖2和3)，連接通道4的截面大為增加，從而進(jìn)一步降低連續(xù)相的速度，使液滴達(dá)到更好的分離。因此，利用了一種簡(jiǎn)單而又有效的分離區(qū)6和7的結(jié)構(gòu)，使分散相呈液體溢流形式(水力學(xué)分層)。
三相萃取器可作為用液膜或多相萃取設(shè)備分離物質(zhì)的置。
在第一種情況下，起始溶液(萃余液)呈分散相形式進(jìn)入室1和室2，欲萃取的物質(zhì)被連續(xù)相萃取。由循環(huán)連續(xù)相(這里作為液膜)萃取之物質(zhì)被轉(zhuǎn)移到另一室，在那里用第二分散相(萃取相)進(jìn)行再萃取。連續(xù)相的循環(huán)可以是固定的(圖1)或是貫流的(圖2，3)。在后一種情況下，含有至少兩個(gè)組份的起始溶液經(jīng)過入口12(圖2，3)進(jìn)入萃取器，欲被萃取的各種組份經(jīng)由不同的分散相在室1和室2萃取。在多級(jí)柱式設(shè)備中發(fā)生連續(xù)相和分散相的逆向接觸。連續(xù)相通過上室和下室之間的連接管14從一級(jí)流入另一級(jí)，并通過出口13流出萃取設(shè)備。
上述多相萃取器能夠在萃余相和萃取相之間流比大和流比變化情況下有效地進(jìn)行分離過程。
圖4表示多組分萃取過程的一種單級(jí)萃取器。在這里，所有的分散相的比重皆大于連續(xù)相的比重。連續(xù)相為萃余相或料液相；分散相表示萃取相。如圖5和6所示萃取器的全部室均分布在柱內(nèi)。
根據(jù)圖6的剖面圖表示室呈圓柱形的方案布置。第一和第三室，分別表示為1a和3a，布置在圓環(huán)形室中，而第二室2a則布置在中心管中。
根據(jù)圖4-6的多相萃取器基本上由第一、第二和第三室組成，分別表示為1a，2a和3a，每個(gè)室皆安裝有分散裝置4a。第一和第三室，分別表示為1a和3a，在其上部和下部與第二室2a相連。萃取器裝有第一和第二和第三分散相的入口6a、7a、8和出口9a，10a和11a。
根據(jù)圖5的多級(jí)萃取器安裝有附加的1a室、2a室和3a室，這些室排列在最上級(jí)的三個(gè)室的下面，還安裝有連續(xù)相入口12a和出口13a。
根據(jù)圖4-6多級(jí)萃取器運(yùn)行的基本原理如下第一，第二和第三室，分別表示為1a，2a和3a被連續(xù)相充滿。欲被分散的第一相、第二相和第三相經(jīng)入口6a，7a和8a和分散裝置4a進(jìn)料。根據(jù)進(jìn)行接觸溶液的比重不同，分散相的液滴在1a，2a和3a室中向上或向下流動(dòng)并在相界面聚結(jié)。在多級(jí)萃取器中，分散和聚結(jié)過程在每一級(jí)重復(fù)進(jìn)行。在第二室和以后各級(jí)的室中欲被分散的相通過隔開相鄰級(jí)的孔板14a達(dá)到分散。第一相、第二相和第三相經(jīng)9a、10a和11a流出。
在室1a，2a和3a中，由于乳液之間比重不同的結(jié)果，連續(xù)相在第二室2a向下流動(dòng)，而在第一和第三室，分別表示為1a和3a，向上流動(dòng)，從而在各室之間經(jīng)由上部和下部連接形成循環(huán)(參見圖4和5)。亦有可能達(dá)到逆流循環(huán)。在這種情況下，在第二室2a中產(chǎn)生向下流動(dòng)，而在1a和3a室中則發(fā)生向下流動(dòng)。
在多室系統(tǒng)中，第二室2a與第三室3a的連接結(jié)果，使連續(xù)相從第二室2a開始產(chǎn)生數(shù)個(gè)循環(huán)回路，這時(shí)，亦出現(xiàn)到達(dá)液流的混合，這就使起始溶液的組份在各分散相之間分配。
權(quán)利要求
1.一種具有至少兩室(1，1a，2，2a)的多相萃取器，其室的上部和下部通過連接通道(4)連接和安裝有分散裝置(3，4a)，并包括第一和第二分散相的入口和出口(8，9，10，11，8a，9a，10a，11a)，其特征在于，室(1，2)包括位于連接通道(4)入口處的分離區(qū)(6，7)。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，第二室(2a)在其上部和下部與第三室(3a)相連。
3.權(quán)利要求1和2的設(shè)備，其特征在于，多個(gè)室容納在一個(gè)殼體內(nèi)，并用公用隔板(16)隔開。
4.權(quán)利要求1-3的設(shè)備，其特征在于，在帶有多個(gè)相互連通室的第一級(jí)下面，串聯(lián)排列另外一些帶有多個(gè)相互連接室的級(jí)，其中各級(jí)藉助于多孔板(15，14a)連接在一起，分散相經(jīng)多孔板流動(dòng)。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于，連接管(14)位于多孔板(15)處，以及在各級(jí)之間轉(zhuǎn)移連續(xù)相，并在殼體上設(shè)置有連續(xù)相的出入口(12，13)。
全文摘要
本文涉及一種多相萃取器,它具有至少兩室(1,1a,2,2a),室的上部和下部通過連接通道4相連。此外各室安裝有分散裝置(3,4a),以便產(chǎn)生第一和第二分散相的液滴群。該多相萃取器還設(shè)置有供第一和第二分散相進(jìn)入和流出的管口(8,9,10,11,8a,9a,10a,11a)。實(shí)際性的改進(jìn)在于室(1,2)設(shè)置有位于連接通道4入口處的分離區(qū)(6,7)。
文檔編號(hào)B01D11/04GK1200051SQ96197715
公開日1998年11月25日 申請(qǐng)日期1996年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月19日
發(fā)明者A·E·科斯塔尼安 申請(qǐng)人:拜爾公司