專利名稱：：一種萃取與反萃設備的制作方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明屬于冶金、化工、鈾工業(yè)、醫(yī)藥和食品等行業(yè)從溶液中分離其中有價成分的一種萃取與反萃設備。
背景技術(shù)：
：萃取和反萃作為冶金和化工中從元素或有價成分低的溶液中分離和富集元素或有價成分的方法，已被廣泛應用。萃取和反萃設備有混合澄清器和萃取柱以及近年研究開發(fā)的攪動萃取柱、離心萃取器等。萃取和反萃設備分為分級式和微分式的兩大類。除了分級式和微分式以外，萃取設備還可以按兩相混合和產(chǎn)生逆流所使用的方法，進一步細分為非攪動的和攪動的。逆流微分式萃取設備又可分為離心萃取器和各種型式的萃取柱。最簡單的萃取器如非攪動的噴霧柱、填料柱或多孔板柱等，都是借兩相間的比重差達到混合和逆流的；攪動的萃取器如scheibel柱、往復板柱、脈沖篩板柱和脈沖填料柱等，都引入了機械的攪動作用，但它們?nèi)匀唤璞戎夭町a(chǎn)生逆流。混合澄清器如Kenics混合器和流線式混合器是分級式萃取的典型代表。在這些逆流萃取設備中，水相和有機相經(jīng)混合后在一個大的澄清區(qū)中分離，然后再進行下一級的混合。常見的萃取與反萃設備優(yōu)缺點如表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>混合澄清器在混合后需要一個比較大澄清區(qū)，正常的情況下每級混合之后兩相必須進行分離。由于澄清時間長，澄清的容積大，因而占地面積大，從而生產(chǎn)需要的有機相體積大；由于有機相面積大，有機相揮發(fā)損失大，揮發(fā)有機相容易著火從而形成安全問題；溶液存在少量的固相時會沉積在澄清器中，影響設備的正常運行甚至無法運行。萃取柱具有占地面積小，有機相和水相完全密閉，有機相揮發(fā)量，少量的固相不影響設備的正常運行等優(yōu)點，但無論有攪拌和無攪拌的萃取柱，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，不容易檢修；有機相和水相靠比重差進行分離，效率比較低，不能大規(guī)模處理溶液；由于有機相和水相不能有效混合，級效率相對比較低。離心萃取器系利用離心力增大兩液體之間的比重差，從而使相的分離作用得到加強。它們的優(yōu)點是每臺設備可能只有34級，同時溶劑的一次裝料量少。它們不允許有任何懸浮固體，因為設備中的孔徑很小。不過，離心萃取器中的停留時間短，大約僅幾秒鐘，這使它有可能應用于非平衡體系。在分離溶液中的兩種或兩種以上的金屬時，如有一種金屬的萃取率達到平衡比另一種金屬快得很多，此時就可應用離心萃取器。如果采用萃取柱或混合澄清器，則由于停留時間比較長，溶液中所有的金屬可能基本上都達到平衡，離心萃取器能夠處理密度差非常小的液體，并能在寬的相比和粘度范圍內(nèi)操作。當進料溶液中有細小的懸浮固體存在時，可能需要進行反沖洗。如果這些固體不清除掉，它們可能積累在設備中，引起轉(zhuǎn)子運動的不平衡現(xiàn)象；由于混合時間短，級效率低；離心萃取器造價頗貫，維修費用高。綜上所述，現(xiàn)有的萃取設備或有機相用量大、占地面積大、有機相揮發(fā)大、不安全或級效率低，設備結(jié)構(gòu)復雜、不能處理含有懸浮物(固相)的溶液，需要開發(fā)出一種新型萃取反萃設備，以解決現(xiàn)有萃取反萃設備的不足。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)有各種萃取器優(yōu)點形成一種全新的萃取與反萃設備，該設備由混合器和分離器所組成，能克服上述現(xiàn)有同類設備的不足。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種萃取與反萃設備，由混合器與分離器連接構(gòu)成，所說混合器由下部的混合腔和上部的離心腔組成，在混合腔與離心腔中貫通安裝有一根其上裝有葉輪的中心旋轉(zhuǎn)軸；所說的分離器由上、中、下三部分組成，上部為有機相室，下部為水相室，中部為有機相與水相的離心分離室；有機相和水相分別從混合器下部進入混合腔，攪拌混合10s3min，形成的混合液從混合器上部的離心腔出液口送入分離器中部的離心分離室中，離心分離室隨著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)50s5min，加速有機相和水相的分離，比重較小的有機相進入上部的有機相室，比重較大的水相和其中所含的懸浮物或固相進入下部的水相室。上述混合器下部的混合腔由110級構(gòu)成從下至上對有機相和水相進行110次混合的結(jié)構(gòu)，在110級多層混合腔中，下一級混合腔與上一級混合腔之間有一個與旋轉(zhuǎn)軸相連接的攪拌葉輪和圓盤，水相和有機相通過該圓盤的邊緣和其上的孔道從下向上流動。上述混合器上部的離心腔中設置一個與旋轉(zhuǎn)軸相連的離心葉輪，離心葉輪由412片葉片構(gòu)成，離心腔的上部密封、底面與相鄰一層的混合腔之間有一個與旋轉(zhuǎn)軸相連的圓盤，混合液通過該圓盤的邊緣和其上的孔道進入離心腔。上述混合腔中的攪拌葉輪由48片葉片構(gòu)成。上述分離器為圓柱體與圓錐體連接的組合結(jié)構(gòu)，下部的水相室和上部的有機相室為圓柱體，中間的離心分離室為一個連接在轉(zhuǎn)軸上并隨著軸旋轉(zhuǎn)的圓錐狀圓筒，該圓錐狀圓筒內(nèi)有一個與轉(zhuǎn)軸相連的攪拌葉輪，圓筒內(nèi)的上部和底部分別有若干小孔與有機相室和水相室連通。上述圓錐狀離心分離室可以是正立圓錐或倒立圓錐。上述離心分離室內(nèi)的攪拌葉輪根據(jù)分離要求水平設置在轉(zhuǎn)軸的上部或下部位置。上述分離器的圓柱狀水相室和有機相室內(nèi)分別水平設置有13層隔板，每一個隔板上均勻分布有若干通液小孔。上述分離器中心的轉(zhuǎn)軸下部為中空軸，從混合器上部輸出的混合相通過分離器底部進入中空的轉(zhuǎn)軸，經(jīng)轉(zhuǎn)軸進入分離器的圓錐狀圓筒內(nèi)，當圓錐狀圓筒轉(zhuǎn)動時帶動混合液旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生離心作用，加速有機相和水相的分離。本發(fā)明提供的萃取與反萃設備具有如下優(yōu)點有機相用量小、占地面積小、系統(tǒng)全密閉，有機相揮發(fā)小，安全系數(shù)高、級效率高、設備結(jié)構(gòu)相對不復雜，易于檢修、可以處理含有懸浮物或固相的溶液，固相與水相一同被排出，固相不影響設備的正常運行，放大系數(shù)大，可以實現(xiàn)設備的大規(guī)?；?，完全結(jié)合了箱式萃取、萃取柱和離心萃取的優(yōu)點。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是混合器中設置在混合腔中的攪拌葉輪和圓盤結(jié)構(gòu)原理圖。圖3是混合器中設置在離心腔中的離心葉輪和圓盤結(jié)構(gòu)原理圖。圖4是分離器中分別設置在圓柱狀水相室和有機相室內(nèi)的隔板結(jié)構(gòu)原理圖。具體實施方式1.混合器本實施例的混合器結(jié)構(gòu)如圖1，由第I第III級混合腔與頂層的離心腔構(gòu)成，混合器3實現(xiàn)有機相和水相的高效混合。根據(jù)混合時間及不同介質(zhì)的要求，可以實現(xiàn)混合次數(shù)從110次混合及組成相應的110級混合腔層數(shù)。有機相和水相從混合器3底部側(cè)面的水相入口5和有機相入口2，或混合器的底部即檢修口1進入，與現(xiàn)有的混合澄清器的有機相與水相進入方式基本相同；第I級混合腔6的底部，如果是底部檢修口進水相和有機相時則有一個與旋轉(zhuǎn)軸相連接的圓盤18，防止有機相與水相直接向上流動，只能從底部圓盤上的孔道和它的邊緣向上流動；如果有機相和水相從底部側(cè)面進入，則沒有底部圓盤。第I級混合腔內(nèi)設置的攪拌葉輪隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，在其轉(zhuǎn)動時將有機相和水相均拋向旋轉(zhuǎn)軸，如圖2所示的攪拌葉輪19和普通離心葉輪略有不同，其是拋物面結(jié)構(gòu)，有利于實現(xiàn)水相和有機相在其旋轉(zhuǎn)時拋到軸上，與軸激烈碰撞并混合，葉輪一般為48片葉片。水相和有機相在第I級混合腔混合后進入第II級混合腔7，第II級混合腔內(nèi)的攪拌葉輪與第I級的相同。第II級混合腔底面與第I級混合腔之間有一個圓盤通過軸套連接在旋轉(zhuǎn)軸上。水相和有機相不能直接向上運動，而是通過該圓盤的邊緣和其上的孔道向上流動，然后再被第II級混合腔中的葉輪拋向旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)混合。第III級混合腔的結(jié)構(gòu)與第II級相同，并可以從下至上擴展到IO級混合腔混合。第IV級即為離心腔4，經(jīng)過下面三級混合腔混合后的有機相與水相混合液進入離心腔，其內(nèi)設置有一個與旋轉(zhuǎn)軸相連的離心葉輪20，混合液被離心葉輪拋出進入側(cè)面的出5液管道8然后再進入分離器。如圖3所示的離心葉輪可以有412片，離心腔的底面與第II級混合腔相同，同樣有一個圓盤通過軸套連接在旋轉(zhuǎn)軸上，離心腔上部密封?；旌掀鞯牟牧峡梢杂肞VC、PP、不銹鋼、鈦材和有機玻璃等制作，以滿足不同介質(zhì)條件的要求?；旌掀骺梢圆捎玫娃D(zhuǎn)速，即與現(xiàn)有的箱式混合器相似，也可以采用高轉(zhuǎn)速的，與離心萃取器相似，實現(xiàn)不同的混合時間要求；通過電機及皮帶動力系統(tǒng)帶動的旋轉(zhuǎn)軸與整個混合器用密封圈密封。為了便于檢修，整個混合器用支架固定，頂蓋和外圍的筒體為螺栓連接，每一級外圍筒體都用螺栓連接，連接處有密封件?；旌锨缓碗x心腔底部帶孔的同心軸圓盤用防腐螺栓連接在筒體的壁上，采用兩個半圓合成的同心圓盤，便于拆卸。2.分離器混合的水相和有機相從混合器出液管送到分離器底面的混合液進口，分離器的目的是實現(xiàn)混合水相與有機相的快速分離。分離器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。將混合器混合液出口和離心器進液口連接，并用支架全部固定。分離器由三部分組成，底部為水相室15，中部為有機相與水相離心分離室14，上部為有機相室13。分離器為圓柱和圓錐狀組合體，底部和頂部為圓柱狀，中部為圓錐狀，圓錐狀可以為正立圓錐或倒立圓錐。上部和底部是結(jié)構(gòu)相似的有機相室和水相室，在它們中分別水平設置有13層隔板10，隔板上有許多通液小孔，結(jié)構(gòu)如圖4。隔板的阻塞作用，進一步分離水相和有機相。隔板有阻擋中部離心圓筒造成液相擾動的作用，加速有機相和水相的分離。也可以不用隔板，水相和有機相分別再進入專用的設備進一步分離其中的互含物。隔板由兩個半圓合成，連接在圓柱筒壁上。分離器的核心是中部連接在轉(zhuǎn)軸上的圓錐狀離心分離室?；旌舷嗤ㄟ^分離器底部進入轉(zhuǎn)軸下部的中空軸9，再進入離心分離室，在分離室中的轉(zhuǎn)軸的中部連接有一個離心葉輪12。離心葉輪可以在轉(zhuǎn)軸上的不同位置，其根據(jù)分離要求進行設置。離心葉輪在軸旋轉(zhuǎn)時一同旋轉(zhuǎn)將進入的混合液拋出并形成離心旋轉(zhuǎn)。圓錐狀的分離室上下兩端與轉(zhuǎn)軸相連并隨軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)動時帶動混合液的旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生離心作用，加速有機相和水相的分離。離心力作用下，有機相輕便升起至分離室上部。分離室上部和底部及相對應的側(cè)面有許多通液小孔，有機相從這些小孔進入分離器上部的有機相室；有機相室上部裝有一個有機相出口17。水相和其中所含的懸浮物或固相由于比重大沉降到離心室的下部，從下部的通液小孔進入分離器底部的水相室，水相室底部有水相出口16。為了有效實現(xiàn)分離器的有機相與水相分離，分離器中部的旋轉(zhuǎn)離心圓錐筒與外筒11之間應有足夠的距離和空間，從而有效實現(xiàn)水相和有機相的分離。制作分離器的材料可以用PVC、PP、不銹鋼、鈦材和有機玻璃等，以滿足不同介質(zhì)條件的要求。分離器可以采用低轉(zhuǎn)速，S卩加速箱式混合器分離，也可以采用高轉(zhuǎn)速的，與離心萃取器相似，實現(xiàn)不同的分離時間等要求；通過電機及皮帶動力系統(tǒng)帶動的中心轉(zhuǎn)軸與整個分離器用密封圈密封。為了便于檢修，整個分離器用支架固定，頂蓋和外圍的筒體為螺栓連接，上部、中部和底部都用螺栓連接，連接處有密封件。與轉(zhuǎn)軸接觸處用密封圈密封。中部的離心圓錐筒上蓋、底部和圓錐筒體之間都用專用螺栓連接；整體設備易于拆卸和檢修。3.應用示例3.1硫酸鋅溶液的P204萃取硫酸鋅溶液含鋅10.21g/L，1級理論萃取率65.37%，有機相為40%&04+60%溶劑油，相比A/0=1:1.5，混合時間20min，有機相未皂化處理，澄清分離時間約15min。用本發(fā)明的設備可以達到65.35%萃取率，澄清分離時間約2min。3.2硫酸銅溶液的N902萃取硫酸銅溶液含銅1.37g/L，1級理論萃取率98.21%，有機相為15%&02+90%溶劑油，相比A/0二4:1，混合時間20min，有機相未皂化處理，澄清分離時間約30min。用本發(fā)明的設備可以達到98.20%萃取率，澄清分離時間約2.5min。權(quán)利要求一種萃取與反萃設備，其特征在于由混合器與分離器連接構(gòu)成，所說混合器由下部的混合腔和上部的離心腔組成，在混合腔與離心腔中貫通安裝有一根其上裝有葉輪的中心旋轉(zhuǎn)軸；所說的分離器由上、中、下三部分組成，上部為有機相室，下部為水相室，中部為有機相與水相的離心分離室；有機相和水相分別從混合器下部進入混合腔，攪拌混合10s～3min，形成的混合液從混合器上部的離心腔出液口送入分離器中部的離心分離室中，離心分離室隨著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)50s～5min，加速有機相和水相的分離，比重較小的有機相進入上部的有機相室，比重較大的水相和其中所含的懸浮物或固相進入下部的水相室。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萃取與反萃設備，其特征是混合器下部的混合腔由110級構(gòu)成從下至上對有機相和水相進行110次混合的結(jié)構(gòu)，在110級多層混合腔中，下一級混合腔與上一級混合腔之間有一個與旋轉(zhuǎn)軸相連接的攪拌葉輪和圓盤，水相和有機相通過該圓盤的邊緣和其上的孔道從下向上流動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萃取與反萃設備，其特征是混合器上部的離心腔中設置一個與旋轉(zhuǎn)軸相連的離心葉輪，離心葉輪由412片葉片構(gòu)成，離心腔的上部密封、底面與相鄰一層的混合腔之間有一個與旋轉(zhuǎn)軸相連的圓盤，混合液通過該圓盤的邊緣和其上的孔道進入離心腔。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的萃取與反萃設備，其特征是混合腔中的攪拌葉輪由48片葉片構(gòu)成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萃取與反萃設備，其特征是分離器為圓柱體與圓錐體連接的組合結(jié)構(gòu)，下部的水相室和上部的有機相室為圓柱體，中間的離心分離室為一個連接在轉(zhuǎn)軸上并隨著軸旋轉(zhuǎn)的圓錐狀圓筒，該圓錐狀圓筒內(nèi)有一個與轉(zhuǎn)軸相連的攪拌葉輪，圓筒內(nèi)的上部和底部分別有若干小孔與有機相室和水相室連通。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的萃取與反萃設備，其特征是圓錐狀離心分離室為正立圓錐或倒立圓錐。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的萃取與反萃設備，其特征是離心分離室內(nèi)的攪拌葉輪根據(jù)分離要求水平設置在轉(zhuǎn)軸的上部或下部位置。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的萃取與反萃設備，其特征是分離器的圓柱狀水相室和有機相室內(nèi)分別水平設置有13層隔板，隔板上均勻分布有若干通液小孔。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萃取與反萃設備，其特征是分離器中心的轉(zhuǎn)軸下部為中空軸，從混合器上部輸出的混合相通過分離器底部進入中空的轉(zhuǎn)軸，經(jīng)轉(zhuǎn)軸進入分離器的圓錐狀圓筒內(nèi)，當圓錐狀圓筒轉(zhuǎn)動時帶動混合液旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生離心作用，加速有機相和水相的分離。全文摘要一種萃取與反萃設備，由混合器與分離器連接構(gòu)成，混合器由下部的混合腔和上部的離心腔組成，在混合腔與離心腔中貫通安裝有一根其上裝有葉輪的中心旋轉(zhuǎn)軸；分離器由上、中、下三部分組成，上部為有機相室，下部為水相室，中部為有機相與水相的離心分離室；有機相和水相分別從混合器下部進入混合腔，攪拌混合10s～3min，形成的混合液從混合器上部的離心腔出液口送入分離器中部的離心分離室中，離心分離室隨著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)50s～5min，加速有機相和水相的分離，比重較小的有機相進入上部的有機相室，比重較大的水相和其中所含的懸浮物或固相進入下部的水相室；可以處理含有懸浮物或固相的溶液，固相與水相一同被排出，固相不影響設備的正常運行。文檔編號B01D11/04GK101708382SQ20091021828公開日2010年5月19日申請日期2009年12月7日優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日發(fā)明者李永佳,李永剛,楊大錦,謝剛,趙群,陳加希申請人:楊大錦