使不同比重液体相互接触的设备的制作方法

专利名称：使不同比重液体相互接触的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使不同比重液体相互接触的设备，尤其涉及一种液体萃取器。
已知有几种类型的柱形液体萃取器，它们是利用外加补充能量工作并且在待萃取液体之间获得径向混和。这些萃取器之一种有一个带一根垂直中心转动轴的垂直圆柱-塔柱，轴上装有混和部件，即一排排的叶片或圆盘。转动会使液体中的一种液体扩散到逆流的另一种液体中(呈连续相)。在这些柱形萃取器的某一些中，混和区域(级)是由沉降器(例如，填料层、多孔体、滤布网等)分隔开的。这些搅拌柱形萃取器的理论级数是每米2-7级，单位载荷为20-30m3/m2h。这些萃取器包括RDC(转动圆盘式)、OLDSHUE-RUSTHON，SCHEIBEL KUHNI，REE(搅拌隔离室式)，在专业领域中已知的BTC-RDC(内折流管式)型萃取器(Chem.Ing.T.52.Fig.No.3.9.3)。还制造有带偏心转动轴的萃取器，该萃取器中对称地配有转动盘(例如LUWA-ARD萃取器)。它的理论级数是1-3/m，单位载荷能力为20m3/m2h。
已知还有一些柱形萃取器，在这些萃取器中，为了改善因有效接触所导致的扩散效率，而用脉动器代替了搅拌。这些包括液体脉动和振动的萃取塔，在前一种萃取塔中，使用与塔柱连接的脉动器(例如活塞式脉动器)使在塔柱中逆流的液体产生脉动。脉动液体的经向混和，即发生一种液体扩散到另一种液体中的现象是因采用了设置在塔柱内的分散元件之故。这种分散元件可以是例如一种填料(英特怕克填料，鲍尔环、马鞍形瓷填料)。这里，单位载荷能力是15-25m/mh，理论级数是4～7/m，脉动率为700～1300mm/min(Chem.Ing.T.50.Fig.NO.5，15-19)。分散元件可以是将塔柱内室垂直分隔成多个隔离室的筛板(多孔圆盘)。它们的有效截面为20～30%，单位载荷能力为30-60m3/m2h，理论级数为4-7/m而脉动率为700-1500mm/min(Chem.Ing.T.50.Fig.No.5，19。)在振动型萃取塔中，液体被相互接触在一起，通过多孔圆盘或筛板的上下振动而分散，这种振动是借助于外部脉动器拉动一根公用杆产生的。已知最好的振动型萃取塔是KARR塔，其中，圆盘的有效截面积为50-60%，单位载荷能力是80-100m3/m2h，理论级数为3-6/m(Chem.Ing.T.50，No.5)。
脉动式非脉动承载萃取塔的单位载荷能力(m3/m2h)是基本一样的，但液体的脉动可防止或至少大大地减少在非脉动填料塔中经常出现的沟流，而且它便于更新与连续相接触的表面。可以用脉动来加强扩散，而且可以使理论级数加倍。但是脉动填料塔的缺陷在于它们对载荷的变化太敏感，不能适应对振幅的影响。另一个问题是偶尔存在于液体中的固状颗粒会干扰萃取过程，填料及塔表面会受到污染，因此，所描述的带有脉动填料的塔不能用来萃取含有固状颗粒的液体。
由于有规则脉动的结果，就形成了新的接触表面，而且可以加强在脉动筛板(多孔圆盘型)萃取塔中的扩散，因此，与非脉动塔相比其每米的理论级数要高些，而且，即使与脉动填料塔相比，它们的理论级数也要高约25-30%。此外，单位载荷(m3/m2h)也可以利用脉动增加。但是，它的缺陷在于脉动筛板萃取塔的单位载荷能力范围非常窄。另一个缺陷是，由于出现大量扩散，在某些情况下，特别是如果待萃取液体含有固状颗粒，则有可能导致萃取过程中断，形成一种缓慢澄清的稳定的乳化液。因筛板对杂质太敏感，故这些塔不适合于萃取含有固状颗粒的液体。
通过使振动板型萃取塔(KARR)的多孔圆盘产生振动，可以使该塔(萃取器)的单位载荷(m3/m2h)得到明显地增加(达到柱形萃取器中的最高值)，而且可以强化扩散，因此理论数将是很有利的。在中等或低表面应力的情况下，可以用这些塔来获益。但是，使筛板振动所需要的机构比较复杂，因此与用于使液体脉动的机构相比要昂贵得多，而且其复杂程度随塔径的增加而增加。即使在这种情况下，仍然含有这样的问题，即因大量扩散，特别是在含有固状颗粒的液体中，可能产生阻碍萃取过程的缓慢澄清的乳化液。这些塔对杂质太敏感，故不适合于萃取含有固状颗粒的液体。
一般说来，可以断言以补充脉动能量操作的萃取塔的构造要比其它萃取器的构造简单些，而且它们的投资成本只是搅拌型或其它型式例如离心式萃取器的几分之一。
离心长逆流萃取器用于发酵工业中彻底萃取含有生物量的发酵液体。这种过时的设备有PODBIELNIAK和ROBATEL萃取器。它们的单位承载能力是可以接受的，但是理论级数太低，而且因为投资成本及操作成本都较高，故使用得越来越少。
根据另一种已知的方法(Westfalia)，利用真空滚筒筛可以从发酵液体中滤出大部分固状颗粒，而含有不多的固状颗粒(1-30%)的发酵液体则在逆流、自排放分离机中用两个步骤萃取出来。这种高标准设备的投资成本和使用成本(包括操纵、维修、能耗量，备件)是非常高的。
近来，逆流萃取倾折器被用来彻底萃取自然发酵液体，其中，即使带有很高(60%)的干物质含量的发酵液体也可以未经预过滤就萃取。这些设备的操作相当简单，萃取也非常有效，但它们的操作成本和投资都是非常高的。
本发明的目的在于实现一种使待接触液体脉动的柱形设备，主要是一种适合于萃取的设备，这种设备构造简单，投资成本低，单位载荷能力(m3/m2h)高，此外，理论级数/m和效率都很高。另外，该设备必须适合于经济有效地萃取含有固状颗粒的发酵液体，而不会在提取过程中于有效扩散和径向混和条件下出现乳化液形成现象。
本发明是基于这样的认识，即，如果脉动液体借助于所装有的将塔柱分隔成许多隔离室的元件的作用而受到导致剪切的分散效应的影响，而且液体得到充分的混和，那么，利用有利的单位功率输入是可以完成有效接触的，阻塞和乳化液形成的危险也消除了，而且含有固状颗粒的液体可以在该设备中得到萃取。根据另一种认识，剪切一分散和混和效应可以由设置在塔柱内具有弹性舌片的圆盘获得，因为排列在圆盘面内的这些脉动弹性舌片会随振动阀的振动而脉动起作用，它们可以通过剪切使隔离室中的液相分散并且使液相在隔离室中充分地沿径向混和，但是，在剪切效应下击碎液滴的情况会在完全没有乳化液形成的情况下有效地产生。
基于上述认识，本发明的目的是用一种设备获得的，这种设备有一个封闭的塔柱，该塔柱配置有通到上部以便导入重相的导管、通到下部以便导入轻相的导管，从下部接出以便排掉重相的导管，从上部接出以便排掉轻相的导管，液面控制和推力调节机构与排放重相的导管相连接，围绕隔离室的分散和混和元件在塔术中处在相互上、下的位置，而脉动器与塔柱下部相连接，其特征在于，有形成分散-混和元件的圆盘，所述圆盘具有可以在它们盘面上振动并且在振动过程中偏离圆盘面的弹性舌片，和一条缝隙沿舌片周缘延伸。该设备是由防腐材料制成。塔柱一般是圆柱形的。
根据一个作为例子的最佳实施例，沿舌片周缘延伸的缝隙宽0.05-1.00mm。当然，在舌片与底板连接处没有缝隙。
根据本发明的另一准则，舌片在圆盘上排列成锯齿构形，并且排在一条或几条线上。
根据作为例子的另一最佳实施例，圆盘是由刚性板和具有弹性舌片的弹性板构成的。
本设备另一实施例的特征在于，垂直于舌片的纵向在弹性舌片的上下侧设置制动销，该制动销一般是适合于改变它们距舌片距离的杆柱。
借助于代表本发明设备的某些最佳实施例和结构细节的附图，对本发明详细描述如下

图1是作为例子给出的该设备一个最佳实施例的示意垂直截面图，图2是图1所示设备的两个圆盘和由它们围绕着的一个隔离室的示意垂直截面图，图的比例作了放大。
图3是图2中沿标出的箭头A方向所示的视图;
图4和图5是设置在圆盘面上的舌片的另一个可能的设计;
图6是图1所示设备1比例放大的实施例，其中圆盘含有弹性舌片;
图7是适于萃取发酵液体的设备的示意垂直截面图。
图1所示设备有一个具有一个下澄清室2和一个上澄清室3的塔柱1。圆柱形塔1中间部分的直径分别小于同样圆柱形的上、下澄清室3、2的直径，中间部分10的高度几倍于两个澄清室的高度。垂直几何中心线在图1中标以X。
活塞式脉动器4与下澄清室2连接，容纳活塞4a的外壳与从下澄清室伸出且在底部封闭着的管接头2a连接。
垂直间隔距离为m的圆盘5设置在塔柱1的中间部分，它们将中间部分1a分成若干隔离室6。圆盘5的结构设计将会作进一步的描述。
在中间部分1a与下澄清室2的交接点附近，有一根导管7a在最下面的圆盘5的下方通入塔柱1内，以便导入轻相。在最上面的圆盘5的上方但在上澄清室的下方，有一根导管7b通入塔柱1内，以便导入重相。导管8从下澄清室2接出，平行于垂直几何中心线X向上延伸，其上部与一个普通的液面控制和推力调节机构9连接，该机构的液箱9a经一根柔软的导管段8a与刚性导管8相互连接。用于排出该设备萃取液的导管11经由一根同样柔软的导管段11a与液箱9a连接。液箱底部相对于导管7b的输入口的位置，及由此导致的液面控制和推力调节功能都是通过升高或降低液箱的方式实现的。由于有柔软导管段8a、11a，因此这种升高或降低是可能的。用于排放萃余液的导管10从上澄清室3的上部接出。在图1中用横画在导管上的短线表示阀的位置。
塔柱1的两个圆盘5的配置和作用模式，以及圆盘5的结构设计都以放大的比例示于图2和图3。图3清楚地显示出，圆盘5是由两个成锯齿形扁平板的零件组成的，而锯齿构形的舌片13a、13b互相镶嵌在一起，从而在它们之间形成有一连续的Z形缝隙14，该缝隙的适宜宽度t为0.05至1.0毫米。为清晰起见，圆盘5的刚性板5b用阴影线表示，它的舌片13b不能有弹性位移。另一方面，弹性板5a的舌片13a在外力的作用下可以产生振动。弹性板可以由塑料或金属制成，最好是由弹性耐酸钢材、弹簧青铜(spring bronze)或类似的弹性金属板制成。可以看出，在每个圆盘5上可以沿几条线上设置若干对舌片13a，13b，这主要是在圆盘直径较大时可以这样配置。刚性板5b可以由例如瓷料制成。板的厚度主要取决于板材的类型。在舌片13a的振动过程中，圆盘5的有效横截面会发生变化，而这种变化在操作过程中是需要的。为了限制舌片13a的振动，如图2所示，在圆盘5的两面垂直舌片13a的纵向安装上刚性制动销12。通过变换它们的位置，可以改变圆盘5的有效横截面积。适宜的制动销12是杆销。
图4试图证明，如果圆盘5的舌片13a、13b是由弹性板制成的，那么舌片可以用非常简单的技术在一块单一板上加工出来，这只需沿着适合于缝隙14的Z形线切割即可。(图4仅示出圆盘5的一部分)。
图6表明，对于在垂直几何中心线X的两侧仅包括弹性舌片13a的圆盘5，在圆盘的上、下两面各配置两个制动销12，因为限制摆动弹性舌片13a的振动对于两舌片线来说是必需的。
如果有必要增加圆盘5的有效比截面，根据图5(其中使用与图3同样的标号)，则可以沿一条弧线切掉弹性舌片13a的端部，即舌片13a比图3和图5所示实施例中的舌片短些，这样，在圆盘5上除了有Z形缝隙14外，还有圆孔15，因为刚性板5b在舌片13a的端头处已有半圆形的切口。孔15增加了圆盘5的有效比截面。
图1-6所示设备的原理如下轻相和重相分别通过下面的导管7a和顶部的导管7b流进塔柱1内(可以注意到，液体的流动方向和脉动器4的脉动方向是用画在图1中导管上的箭头标出的)。在描述图2所示设备的运转情况时，假定轻相含有待萃取的活性成分，则重相即是待萃取的成分。在比重差和脉动器4的影响下，用液面控制和推力调节机构调节的液体在重力场中逆流，即，重相向下流，而轻相向上流，因为后者向下流会将前者压向上方。在逆流过程中，弹性舌片13a如图2中虚线所示的那样，在脉动液体(即外力)的作用下不断地振动，将较浓的液体粉碎成剪切-分散液滴，从而产生分散相，而且在隔离室6的液相之间发生充分的径向混合。液滴的形成是和缓的，液滴尺寸在肉眼看来是稳定的。在舌片13a振动过程中形成的孔的尺寸会自动地变化，这种变化取决于脉动率和单位载荷，而且舌片13a的运动受到制动销12的限制。缝隙14内的高流速可以安全地防止阻塞现象(这种危险出现在现有的萃取器中，这时液体含有固相)。
转回去参见图1，塔柱1的上、下澄清室3、2中的液相分离仅仅是在重力影响下发生的。分离出活性成分的轻相萃余液)通过导管10流出上澄清室3，而含有活性成分的重相(萃取液)通过从下澄清室2伸出的导管8流出塔柱1，并通过导管11从液面控制和推力调节机构的液箱9a流走。
图7示出了与用于萃取自然发酵液有关的本发明设备。部分部件的标号用图1中所用的同一标号。在这种情况下，导管7a从发酵罐16的液箱17接出，一个传统的螺旋桨式搅拌混合器18插在该液箱内。导管7b用来导入溶剂，而促进萃取的液体通过通到自然发酵液的携流导管7a的导管19、20流入系统中。
图7所示设备的原理如下含有生物量的自然发酵液是轻相，用作溶剂的二氯甲烷，即萃取的液体是重相，因此，后者在顶部通过导管7b导入塔柱1内，而前者则在底部通过导管7a导入塔柱1内。塔柱1的载荷在8至17m3/m2h间变化，最佳的脉动率是0.6cm/s，溶剂与发酵液之比在1∶1和1∶2之间。通过启动脉动器4，圆盘5的振动舌片会产生如图1～6所描述的剪切-分散和径向混合效应。使用本发明的设备，萃取效率超过95%，而且，即使在其他存在形成乳化液的危险情况下，仍可以萃取发酵液。在连续萃取过程中，随萃余液排出全部生物量，因此，萃取液中不再含有浮动的固体颗粒。因技术原因中断操作对萃取不会有任何影响。
本发明的好处概述如下本发明的设备的承载能力较高，它对载荷变化不敏感，而且，由于减少了回混，因此在很宽的载荷范围内都具有较高的效率。每米的理论圆盘数(级数)非常有利于降低塔柱高度的需要，这样，空间要求较小，对劳力的需求及组装的成本都要比具有同样生产能力的已知设备的劳力需求及组装成本小得多。在与一个理论级对应的设备容积内的二个明显相位的必要滞留时间是非常短暂的，有利地影响萃取效率。设备运行所需要的能量(设有转动部件)较低，但因结构简单，故与设备操作及投资有关的成本指数也是很有利的。一个主要优点是，在操作过程中设备内没有乳蚀液形成，而且，由于液体流过由振动舌片环绕着的可变宽度缝隙的速度很高，即使萃取含有固相的液体，也不会出现阻塞或停机的危险。这样，含有生物量的自然发酵液体也可以用本发明的设备进行萃取。
本发明当然不是限制在作为例子给出的该设备的各实施例，而是可以在由权利要求所界定的保护范围内以许多种方法来实现。
权利要求
1.一种使不同比重的液体相互接触，特别是用于萃取液体的设备，它具有一个带封闭室的塔柱(1)、一根通到上部以便导入重相的导管(7b)、一根通到下部以便导入轻相的导管(7a)、从下部接出以便排掉重相和从上部接出以便排掉轻相的导管(8，10)，液面控制和推力调节机构(9)与排掉重相的导管(8)连接，围绕着隔离室的分散-混合元件在塔柱中处在相互上、下的位置，脉动器(4)与塔柱(1)的下部连接，其特征在于，形成分散-混合元件的圆盘5在圆盘平面内具有能够振动而且在振动过程中可以偏离圆盘面的舌片(13a)和沿着舌片(13a)的周边延伸的缝隙(14)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，缝隙(14)的宽度t为0.05～1.0mm。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，呈锯齿构形的舌片(13a)在圆盘(5)上排列在一条或几条线上。
4.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其特征在于，圆盘5是由刚性板(5b)和含有弹性舌片(13a)的弹性板(5a)构成的。
5.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其特征在于制动销(12)垂直于舌片(13a)的纵向设置在弹性舌片(13a)上、下侧。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，制动销适合于改变它们距舌片(13a)的距离。
全文摘要
本发明设备有一带封闭室的塔柱1，一通到上部以便导入重相的导管7b，一通到下部以便导入轻相的导管7a，从下部接出以便排掉重相和从上部接出以便排掉轻相的导管8，10，液面和推力调节机构9与排放重相的导管连接。围绕隔离室的分散—混合元件在塔柱1中处在相互上、下位置。脉动器4与塔柱1的下部连接。分散—混合元件由圆盘5形成，其盘面内有可振动舌片，在振动时舌片可偏离圆盘面，而缝隙14沿舌片13a的周边延伸。
文档编号B01D11/04GK1048808SQ9010484
公开日1991年1月30日 申请日期1990年7月20日 优先权日1989年7月20日
发明者伊斯特万·陶卡奇, 久拉·贝斯泽迪斯, 彼得·鲁道夫, 捷尔吉·洁布里 申请人:里克特吉迪恩韦耶斯泽提贾尔公司