一种管束多通道相分散的柱式萃取装置及萃取方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种管束多通道相分散的柱式萃取装置，所述柱式萃取装置内安装主轴，主轴外部圆周上排布2个或至少3个与主轴平行的空心细管；所述空心细管一端为直管，另一端折成弯头；所述弯头的弯曲方向为安装轴的远离方向；主轴与电动机相连，当主轴转动，带动空心细管与主轴做同速运动。本发明专利技术所示柱式萃取装置解决了萃取过程中水、油两相体积比大时，体积较小的水相或油相难以采用传统的机械搅拌方式充分分散；而当水、油两相流量比大时，易乳化，导致萃取体系水、油两相澄清分离困难等难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工分离中的萃取
，涉及一种萃取装置及萃取方法，具体地，本专利技术涉及一种管束多通道相分散的柱式萃取装置及萃取。
技术介绍
萃取是一种高效的化工分离技术，是21世纪最有前途的绿色化工发展方向之一。作为化工分离学科的一个重要分支，萃取技术可根据分离对象和工艺要求选择适当的萃取体系和流程，具有选择性高，分离效果好，易于操作和适应性强等特点，因而被广泛应用于湿法冶金、石油化工、原子能化工、医药、环保、生物工程及新材料制备等领域。针对各种萃取体系及工艺方法研制开发新的萃取装备一直是研究的重点。·传统液-液两相萃取装置的结构设计一般需要考虑两方面的工艺要求既要有利于特定萃取体系水、油两液相充分混合，又要有利于两液相快速澄清相分离。根据其具体适用范围的不同，可分为三大类混合澄清萃取槽、塔式或柱式萃取器、离心萃取器(《液液萃取过程和设备》，费维扬等，北京原子能出版社，1993年)。混合澄清萃取槽采用逐级接触式萃取操作。水、油两相的混合和澄清分离有明显的阶段性，混合-澄清-再混合-再澄清……不断重复循环操作。当两相液流进行错流或逆流连续接触时，在每一级萃取槽内完成两相混合与澄清相分离两个步骤，级效率高。多级串联连续萃取操作时，级数可变，且操作弹性好。由于其设备结构简单，容易放大，可靠性高，是目前使用最多的萃取分离装置之一。混合澄清萃取槽一般由混合室和澄清室两部分组成。混合室中安装有搅拌装置或脉冲装置，目的是使互不相溶的两相液体充分混合，可将某一液相作为分散相分散到另一连续的液相中。搅拌过程可促进分散相液滴的破碎，加快液滴表面更新，扩大传质面积，从而加快被萃物质在分散相和连续相的两相界面间传质分配速度。两相流体在混合室内完成相间传质达到平衡后，进入澄清室进行相分离。澄清室的结构设计可以很灵活，一般采用平面展开方式，目的是为了获得较大的沉降面积，有利于分散相液滴在澄清室内尽快聚并成一新的连续相，利用两个宏观液相间密度差实现重力沉降相分离，因此澄清室的尺寸一般较混合室大很多。通常地，混合澄清萃取槽内混合和澄清这两个过程互相制约，难于同时兼顾。萃取时的混合过程需要较小的液滴及较大的湍流，而分离时的澄清过程则希望分散的液滴尽快聚并，流场需尽可能平稳。为了强化萃取过程传质，常常需要加强搅拌、加快两相传质，但这又造成后续澄清及相分离过程的压力，两者之间的矛盾始终没有得到根本解决。特别对于一些易乳化体系或粘度较大的体系，过度的搅拌混合导致两相澄清分离困难，在澄清室内来不及完成两相分离而产生相夹带损失等。为了解决这一问题，现有混合澄清萃取槽只能依靠尽量增加澄清室的沉降面积，延长澄清时间等，但这样做又造成占地面积过大,澄清室内溶剂滞存量过大,运行成本高等问题。塔式或柱式萃取器内两液相的混合和澄清分离分别在立柱塔体的中间段混合区和位于塔体顶端和底端的澄清区完成。相对于混合澄清萃取槽而言，其最大的优点在于空间利用率高，占地面积小，物料流动通量大，处理能力高，且可以实现密闭甚至带压操作。但是，由于塔操作时两相的混合传质过程在垂直方向上进行，两相浓度从上到下连续变化，若流速控制不好，极易造成液泛或轴向返混，常常因相传质还未达到真正平衡或两相分离尚未彻底就排出塔外，降低了分离效率。因此，造成塔式或柱式萃取器的级效率较低，往往需要依靠增加塔或柱的高度来补偿使其尽量接近传质相平衡和实现两相澄清分离，对密度差小的两相体系或易乳化体系，其操作更加困难，当萃取过程中两相流比很高的情况更不适用。此外，当萃取塔外界输入能量(搅拌或脉冲)强化湍流时，虽有破碎液滴和强化传质的作用，但是若搅拌过度，也会使返混加剧。轴向返混对萃取塔的操作性能产生不利影响，不仅降低了传质推动力，而且降低了萃取塔的处理能力。据估计，对于一些大型的工业萃取塔，大约有60-75%的高度是用来补偿轴向混合的。塔式萃取器的扩大设计也比较复杂，操作和维修费用相对平面型混合澄清萃取槽较高。工业上使用萃取塔时，必须尽量提高萃取塔高度，设置专门的扩大端作为澄清区，以抑制轴向混合带来的不利影响。目前，无论是平面展开的混合澄清萃取槽还是立式萃取塔/萃取柱，多用于萃取化学反应动力学速度快，两相混合不易乳化、分相速度快的过程。随着过程工业的不断发展，特别是生物工程和生化制药工业的飞速发展，传统的液-液两相溶剂萃取设备已经远·远不能适应新兴分离体系的应用要求。由于蛋白质等生物活性物质常常具有较高的表面活性，萃取过程极易引起乳化，造成两相混合后的相分离过程难于有效控制。采用离心萃取器以离心力代替重力强化相分离过程，虽然能解决一部分由于乳化导致的分相困难问题，但为了适应工业化大规模连续生产的要求，萃取过程常常要求在水、油两相相体积比或流量比差异较大的条件下操作。由于离心机内水油两相混合相接触的时间较短，大相比操作容易导致相分散困难，相的连续性难于控制，对于易乳化体系传质效率低；为了强化两相分离，离心机需在较高转速下操作，能耗大，处理量难于扩大；另外，离心萃取器的结构复杂，制造和设备维修费用较高。为解决易乳化萃取体系的混相传质和澄清分相这对矛盾，CN 1310034公开了一种“轻相或重相分散低剪切自吸式搅拌萃取装置和操作方法”。该专利提出一种自吸式相分散搅拌器，由轴壁上带进料口的空心搅拌轴及固定安装于空心搅拌轴中部或底端的空心转鼓组成。空心搅拌轴和马达相连，马达驱动空心搅拌轴旋转，利用离心力产生负压，可在较低的转速下完成料液提升。空心转鼓为一侧壁上设有出料口的空心圆柱体，其腔体与空心搅拌轴的空腔相连通。被吸入的液体可从出料口喷出。由于该搅拌器剪切力低，特别适用于易乳化体系的搅拌萃取。但CN 1310034所述的装置的搅拌器属单通道，相分散后两相传质达到饱和需要的时间较长。为此，CN 1318422又提出一种“自吸式多通道相分散萃取装置”。在液相分散器(CN 1310034中称为“空心转鼓”)的上方或下方固定安装一个或多个与空心转轴同心、敞口向上或向下的套筒，在空心转轴和内套筒之间形成内通道，内通道通过设在外套筒侧壁上的出料口和萃取罐内腔相连通；内套筒和外套筒之间形成外通道，外通道通过设在外套筒侧壁上的出料口和萃取罐内腔相连通。该自吸式多通道相分散装置的料液通量显著增大，传质效率提高。但该专利技术装置未考虑轻相和重相同时进出的连续化操作要求。自吸式搅拌器提升液体时，若轻重两相相体积比差异过大，过程难于有效控制，难于实现连续化操作。CN 101862549A提出一种“大相比易乳化体系的无澄清室连续萃取装置”。其液相分散器由一系列中空的同心圆筒组成，圆筒内壁上设置螺旋式导流板。该液相分散器可在较低的转速下将某一液相以微小的颗粒均匀分散到另一液相中。因液相分散器旋转时剪切力低，不易造成两相液流较大的湍动，有效避免了通常的搅拌器搅拌过程剪切力不均衡、易发生乳化的现象，解决了传统搅拌方式难于充分分散小体积液相，大相比操作困难等难题。但该装置不适用水油两相在大流量比条件下的操作，且装置结构较复杂，制造困难，难于放大。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种管束多通道相分散的柱式萃取装置，以解决萃取过程中水、油两相相体积比大时，体积较小的水相或油相难以采用传统的机械搅拌方式充分分散；而当水、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管束多通道相分散的柱式萃取装置，所述柱式萃取装置内安装主轴（2），主轴（2）外部圆周上排布2个或至少3个与主轴（2）平行的空心细管（5），所述空心细管（5）一端为直管，另一端被折成弯头；所述弯头的弯曲方向为安装轴的远离方向；主轴（2）与搅拌电动机（1）相连，当主轴（2）转动，带动空心细管（5）与主轴（2）做同速运动。

【技术特征摘要】
1.一种管束多通道相分散的柱式萃取装置，所述柱式萃取装置内安装主轴(2)，主轴(2)外部圆周上排布2个或至少3个与主轴(2)平行的空心细管(5)，所述空心细管(5) —端为直管，另一端被折成弯头；所述弯头的弯曲方向为安装轴的远离方向；主轴(2)与搅拌电动机(I)相连，当主轴(2 )转动，带动空心细管(5 )与主轴(2 )做同速运动。2.如权利要求I所述的柱式萃取装置，其特征在于，所述装置包括塔体(19)、管束液相分散器、主轴(2)和搅拌电动机(I);所述塔体(19)为两端收缩的圆柱筒形空腔结构，具有一个中心轴线；所述主轴(2)贯穿柱筒形空腔的上下两端，并且其轴线与塔体(19)的轴线重叠；主轴(2)与搅拌电动机(I)相连； 优选地，所述管束液相分散器，包括一束空心细管(5)、薄片圆盘(8)和一个第一空心套管(10);各空心细管(5)通过薄片圆盘(8)与第一空心套筒(10)固定，主轴(2)穿过第一空心套筒(10)，并与第一空心套筒(10)在水平方向位置固定；当主轴(2)旋转时，带动第一空心套筒(10)和空心细管(5)随主轴(2)做同速转动； 其中，所述空心细管(5)—端为直管，另一端被折成弯头，具有弯头部分和直管部分；所述空心细管(5)以主轴轴线为中心轴线，排布于主轴(2)外部的圆周上，并且空心细管(5)的直管部分与主轴平行；所述弯头部分的弯曲方向为轴线的远离方向； 优选地，所述管束液相分散器中，所述空心细管(5)的管内径为3-5_;空心细管(5)的个数优选> 2，优选4-20，进一步优选8。3.如权利要求I或2所述的柱式萃取装置，其特征在于，所述薄片圆盘(8)的中心开有第一中心轴孔(18)，第一中心轴孔(18)的孔径与主轴直径相同；薄片圆盘(8)在以轴线为中心的圆周上开有一圈圆形通孔(17)，通孔(17)的直径与对应的空心细管(5)的外径相同；所述薄片圆盘(8)的数量> 2，优选2 ； 优选地，所述各空心细管(5)通过薄片圆盘(8)与第一空心套筒(10)固定的方式为薄片圆盘(8)分别固定在第一空心套筒(10)的外侧壁；优选固定在第一空心套筒(10)的上下两端的外侧部；所述空心细管(5)的直管部分穿过薄片圆盘(8)上相应的通孔(17)，固定在薄片圆盘(8)上，空心细管(5)直管部分远离弯头部分的一端和靠近弯头部分的一端至少各有一个薄片圆盘(8)； 优选地，空心细管(5)弯头的中心轴在水平方向上伸出薄片圆盘边缘4-10mm，优选4_6mm，进一步优选5mm。4.如权利要求1-3之一所述的柱式萃取装置，其特征在于，所述薄片圆盘(8)与第一空心套筒(10)的固定方式选自焊接、螺纹固定、铆钉固定中的任意I种，优选焊接方式固定； 优选地，空心细管(5)与薄片圆板(8)的固定方式选自螺纹固定、焊接、铆钉固定中的任意I种，优选螺母固定，进一步优选用螺母夹紧固定； 优选地，所述主轴(2)与第一空心套筒(10)在水平方向上固定的方式为第一空心套筒(10)的顶部焊接有空心圆板(24)，空心圆板(24)中心开第二中心轴空孔(26)，主轴(2)从第二中心轴空孔(26)通过，并通过键槽(25)和销键(9)与空心圆板(24)连接；所述键槽(25)优选开于空心圆板(24)上，并进一步优选位于孔(26)两侧；所述销键(9)优选在主轴(2)上端位于塔体(19)空腔内部。5.如权利要求1-4之一所述的柱式萃取装置，其特征在于，所述管束液相分散器下方设调节管束液相分散器位置的第二空心套管(11)，主轴(2)穿过第二空心套管(11)，所述第二空心套管(11)的数量彡I ； 优选地，最下端的一个第二空心套管(11)的外壁加工螺纹，通过齿轮与螺杆传动机构(21)连接； 优选地，管束液相分散器的纵向位置通过调节第二空心套管(11)的数量粗调，通过转动螺杆传动机构(21)，调节最下端第二空心套管(11)的上下位置，对管束液相分散器的纵向位置进行连续微调。6.如权利要求1-5之一所述的柱式萃取装置，其特征在于，所述塔体(19)上下部均设计有圆锥形收缩段，所述收缩段细口处分别连接有一段直径等于收缩段细口的空心圆柱型腔体； 优选地，所述塔体(19)包括圆柱筒形塔体、扣于圆柱形塔体上的圆锥形收缩段和连接于圆锥形收缩段细口的空心圆柱型腔体；其中圆锥形收缩段的粗口直径与圆柱筒形塔体直径相同，空心圆柱型腔体的直径与圆锥形收缩段细口直径相同； 优选地，所述上部空心圆柱外壁设液位计(22)。7.如权利要求1-6之一所述的柱式萃取装置，其特征在于，所述塔体(19)的材质为金属、玻璃或高分子材料中的任意I种，塔体内表面做防腐处理，塔体外表面设视窗口(23)； 优选地，所述柱式萃取装置为单级萃取装置、二级萃取装置或至少三级萃取装置；当萃取装置的级数> 2时，上一级柱式萃取装置的轻相出口(16)与下一级的轻相进口(7)相连，上一级柱式萃取装置的重相出口( 15)与下一级的重相进口( 12)相连；优选地，选用泵将重相从上一级的重相出口输送至下一级的重相入口。8.如权利要求1-7之一所述的柱式萃取装置，其特征在于，所述管束多通道相分散的柱式萃取装置中，塔体(19)为圆柱筒形空腔结构，上下部均设计有圆锥形收缩段；塔体两端的收缩段细口处分别焊接一段直径等于收缩段细口的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄焜，刘会洲，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：