[发明专利]一种气泡表面有机液膜大相比萃取装置

说明书

技术领域

本发明属于溶剂萃取分离技术领域，特别涉及一种气泡表面有机液膜大相比萃取装置。

背景技术

溶剂萃取是重要的化工分离技术，具有分离效率高、操作简便、容易放大等优点，在石化、制药、湿法冶金、环保等领域应用广泛。传统的萃取设备分为三大类：混合-澄清萃取槽、塔式萃取器、离心萃取器。这些设备可以实现对萃取过程中互不相溶的水、油两相混合和分相的有效控制。但在实际使用过程中，互不相溶的水、油两相的体积比（相比）或流量比（流比）不宜过大。

对于混合-澄清萃取槽，若水油两相体积比相差过大，在混合室内需要增加搅拌混合的强度，以保证小体积的油相得以充分的分散在大体积的连续水相中。在澄清室内则需要相应增大澄清室的沉降面积，以抵消强烈搅拌对水油两相澄清分相带来的不利后果，导致混合澄清萃取槽成本投入过大；另外，若水油两相操作流比过大，极易造成小体积的油相在大体积水相中的机械夹带损失，工艺运行成本增高。对于塔式萃取器，在大相比条件下操作时，需要增加塔的高度来尽量接近传质相平衡，这就需要较高的厂房。另外，若水油两相流比过大，极易造成塔内发生严重的两相流轴向返混或液泛，影响水油两相传质和分相效率，尤其对于两相密度差较小或易乳化体系，分相更加困难。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澄清分相困难问题，但由于离心萃取的相接触时间短，若两相相比过大，极易造成分相不完全，相夹带损失严重。另外，对于处理目标组分浓度低的溶液，离心萃取器操作费用较高，其经济性不佳。

随着过程工业的发展，对萃取设备的要求越来越高。传统的液-液两相萃取设备已经不能满足新兴分离体系的应用要求。如何从萃取设备的结构设计来实现大相比或大流比的萃取操作，已成为溶剂萃取领域迫切需要解决的难题。例如，在湿法冶金领域，由于矿石品位的下降，目标元素在浸出水相料液中的浓度越来越低，而有机萃取剂价格昂贵，于是对萃取设备提出的要求是：其一，单位时间处理的水相料液量大；其二，有机萃取剂用量少；其三，萃取剂的夹带损失少。为了达到上述要求，萃取过程需要解决水油两相在大相比或大流比的条件下萃取的操作困难问题。水油两相体积比有时甚至要求高达1000:1以上，在如此大相比条件下操作时有机萃取剂分散困难，两相混合不均，影响传质效率，导致目标物分离指标下降。再如，因成本等的要求，生化体系的溶剂萃取也常常要求在大相比条件下操作。但由于蛋白质等生物活性物质在萃取过程极易引起乳化。一旦引起乳化，将导致萃取过程难于有效控制，大相比萃取过程的有机溶剂夹带损失严重，分离效率低，极易造成对分离产物的二次污染。

将小体积的待分散液体分散到另一种大体积的不互溶液体中，一般采用的是机械搅拌分散方式（费维扬.液液萃取过程和设备.北京:原子能出版社,1993年），但该方法适用的相比范围并不大（一般水：油的相比小于30）。对易乳化体系而言，该方法更不适用。CN1256168A公开了一种液体喷吹混合器，将互不相溶的两种液体中的一种液体喷吹分散为小尺寸颗粒，与另一种不互溶的液体（其作为连续相）混合制备乳状液。该发明并不适用于萃取过程的大流比萃取操作，且由于需要另外引入表面活性剂以稳定分散的小颗粒液体，一方面极易造成乳化，分相困难，另一方面，萃取剂因为表面活性剂而受到污染。CN101862549A公开了一种大相比易乳化体系的无澄清室连续萃取装置。该装置的最大特点在于设计了一种自吸式相分散搅拌器。利用自吸式搅拌器的旋转离心力，使得小体积的油相或水相抽吸后沿一系列中空同心圆筒壁上升，然后通过设置在圆筒壁上端的微孔分散到大体积的连续相中。该发明解决了传统搅拌方式处理待分散液体体积较小时不易充分分散的难题。由于自吸式搅拌器剪切力低，可在较低的转速下实现易乳化体系的搅拌萃取。但使用该自吸式搅拌器提升液体时，水油两相的相比或流比仍不宜过大。特别是对于水油两相相比大于200，甚至相比更大的萃取体系，该装置无法正常工作。为了提升微小体积的待分散液体，自吸式搅拌器需要在较高的转速下工作，这就违背了当初防止乳化的设计初衷。另外，对于非常小体积的待分散液体，受自吸式搅拌器结构尺寸的影响，抽吸过程无法分辨水油两相，常常是两相一起被提升，造成后续操作难于有效控制。