专利名称：支撑液膜组件和由其构成的装置的制作方法
支撑液膜(SLN)概念是指液膜材料通过毛细管虹吸和吸附作用附着在聚合膜的孔隙内形成的人工液体薄膜。常用的多孔隋性聚合膜是液膜的支撑体，在其两侧分别流过料液和反萃液，通过液膜作用完成一定的萃取分离目的。
现有的支撑液膜装置简单地由一张平板型聚合膜组成，把它浸泡在液膜材料(萃取液、有机相)中，形成支撑液膜，利用简单地外循环系统使料液和反萃液分别从支撑液膜的两侧流过，构成SLN体系。这种体系中，液膜静止，而料液和反萃液流动，由于流动的液体会带走部分有机相，使其减少，变化或不匀，造成体系稳定性较差。进一步，有人采用双层平板夹芯膜来封闭有机相，试图解决这一问题，但它的新问题是；一、两层膜片之间的气泡难以完全赶尽，并不能形成理论上所设想的均匀液膜；二、由两层膜片形成的液膜，厚度加大，传质路径变长，萃取速率下降，分离效率不高。
不论单层平板膜还是双层平板夹芯膜装置中的液膜都是处于静止状态，流失，得不到补充；不匀，得不到改善；失效，得不到更新。因此，这些装置尚处于试验室阶段，没达到工业化要求。
本发明的目的是解决上述问题，提供一种有机相可以流动，传质路径短，萃取速率高，分离效果好，并具有工业实用化前景的技术方案。
本发明的目的是如下实现的，设计一套支撑液膜组件，包括压板(1)、(1′)、框式隔板(2)和(3)。压板(1)、(1′)上各开有三个互不相通的液体通道(8)和半透孔(9)，四角开有通孔(11)。框式隔板(2)和(3)的四边上均布有液流孔(5)。框式隔板(2)和(3)的区别在于，框式隔板(2)上的对称两边的液流孔(5)处间隔交错开有流道(6)，而框式隔板(3)上的对称两边上的液流孔(5)处则全部开有流道(6)。所述的压板(1)、(1′)和框式隔板(2)、(3)统一设计，形状一致，孔位对应，数量相等。
利用上述组件，按下述方式可构成一个基本的支撑液膜装置；在压板(1)、(1′)之间包括由框式隔板(2)或/和框式隔板(3)相互间隔开的聚合膜(4)至少两层，按萃取原理的液流设计需要在聚合膜(4)上相应地开有透层孔(10)，利用所述的通孔(11)，可把各组件组装成一个整体。使用本发明的这个最基本单元装置可实现控制有机相、料液和反萃液分别在两层聚合膜(4)之间和两侧逆向流动，解决液膜静止带来的各种弊病，又由于相邻两种液体之间仅有一张聚合膜(4)，因此，传质路径短，萃取速率高，分离效果好。工业实用化前景的技术方案由后述的实施例具体给出。
下面结合附图和实施例详细叙述本发明。
图1是本发明基本单元装置及工作示意图；图2是本发明框式隔板(3)的平面示意图；图3是本发明框式隔板(2)的平面示意图；图4是本发明压板(1)的平面示意图；图5是本发明压板(1)的K-K剖视示意图；图6是本发明八层单元液流工作路线设计示意图。
本发明组件首先选用与所述三种液体不反应的材料制作压板(1)、(1′)和框式隔板(2)、(3)。压板(1)、(1′)要有一定的厚度。以便打通孔(8)和半透孔(9)，孔径大小以流量设计为依据。压板(1)、(1′)根据需要可以是一致的，也可以是对称的。框式隔板(2)、(3)尽量要用薄的材料，以减少液膜的厚度。压板(1)、(1′)，框式隔板(2)、(3)是统一设计的，形状应一致，可以是正方形，也可以是矩形，但孔位应对正。孔的数量多少取决于压板(1)、(1′)和框式隔板(2)、(3)的形状和边长，但应相等。按需要量剪裁好多孔惰性聚合膜(简称聚合膜)(4)。根据萃取原理液流设计需要打好透层孔(10)。当聚合膜(4)和柜式隔板(2)、(3)的尺寸与压板(1)、(1′)基本一致时，前两者还需相应地打上通孔(7)和(12)，以便组装。本实施例虽采用一致尺寸，但显然，当压板(1)、(1′)尺寸适当大于框式隔板(2)、(3)和聚合膜(4)时，仅利用通孔(11)即可把它们组装成一个整体。
本发明基本单元的构成是采用两块压板(1)、(1′)之间依次夹持着两块隔板(2)，两张聚合膜(4)和中间一块框式隔板(3)的结构，框式隔板(2)与框式隔板(3)有流道(6)的两边应当垂直放置，以满足液流设计需要。本实施例虽采用这种设计，但不限于这种设计。依液流的设计，框式隔板(2)、(3)还可以有其他种排列方式。
为简便起见，借助本发明基本单元装置叙述一下其液流设计和工作原理令A液从压板(1)的a口注入，经通道(8)和半透孔(9)流入第一层框式隔板(2)的液流孔(5)处，由于此处的第一层聚合膜(4)没打孔，因此，液流孔(5)封死，而带有流道(6)的液流孔(5)则导引A液进入第一层框式隔板(2)的框心(也即第一层聚合膜(4)之上)。并逐渐布满。尔后，从第一层框式隔板(2)的另一侧的流道(6)和液流孔(5)流出。此处的第一层聚合膜(4)上已对应打好透层孔(10)，A液可以透层穿流。经框式隔板(3)的液流孔(5)，第二层聚合膜(4)已打好的透层孔(10)、第二层框式隔板(2)的不带有流道(6)的液流孔(5)，进入另一块压板(1′)的半透孔(9)和通道(8)而从a′口流出。B液从压板(1)的6口处注入，经通道(8)和半透孔(9)流入第一层框式隔板(2)的不带流道(6)的液流孔(5)，此处的第一层聚合膜(4)上已打好透层孔(10)，B液可以透层穿过，流到框式隔板(3)的液流孔(5)处，因此处的第二层聚合膜(4)上无孔，所以B液必经液流孔(5)处开有的流道(6)进入框式隔板(3)的框心(也即第二层聚合膜(4)之上，也可说第一层聚合膜(4)之下或两层聚合膜(4)之间)并逐渐布满，尔后，从框式隔板(3)的另一侧的流道(6)和液流孔(5)处流出。此处的第二层聚合膜(4)上已打好透层孔(10)，B液再次透层穿过，经过第二层框式隔板(2)Z带有流道(6)的液流孔(5)，另一块压板(1′)的半透孔(8)和通道(8)，而从b′口处流出。C液设计从压板(1′)的C′口反向注入，经通道(9)和半透孔(8)上行到第二块框式隔板(2)的液流孔(5)，此处的第二层聚合膜(4)上无孔，C液必然经有流道(6)的液流孔(5)注入第二层框式隔板的框心(也即第二层聚合膜(4)之下)并逐渐布满，尔后，经另一侧的流道(6)和液流孔(5)流出，此处的第二层聚合膜(4)已打好透层孔(10)，而对应的a′口通道上的半透孔(9)(不走A液的孔)已被液流设计需要封死，C液必然上行透层，穿过第二层聚合膜(4)上已对应打好的透层孔(10)、本框式隔板(3)的液流孔(5)，第一层聚合膜(4)已打好的透层孔(10)。第一层框式隔板(2)不带流道(6)的液流孔(5)，进入压板(1)的未被封死的半透孔(9)和通道(8)而从C口流出。简而言之，A、B、C三种液体可按萃取原理要求分别进入两层聚合膜(4)之间和两边，定向流动，接配外循环系统，可顺利实现有效的萃取分离功能。
在基本单元上，实现A、B、C三种工作液体的循环流动后，要想真正具有工业实用化应用价值，应当在基本单元的基础上构造工业实用化的单元。实现工业实用化前景的装置可由本发明组件按下述方法构成；在两块压板(1)、(1′)之间，排放由框式隔板(2)或/和(3)依次相互间隔开的聚合膜(4)八层，或以八层为一个单元的整倍数层，按萃取原理的液流设计及组装需要在聚合膜(4)上相应地打有透层孔(10)，利用所述的通孔(11)把各组件组装一个整体。在这个整体装置中，把A液(料液)、B液(萃取液、有机相)和C液(反萃取液)的液流从一块压板(1)或(1′)的三个通道(8)和半透孔(9)处注入，并利用所述的通孔(5)和流道(6)以及透层孔(10)的有无，依下述次序设计，分别进入所述的八层聚合膜(4)之上流动，即A、B、C、B、A、B、C、B、A、同一种液体在不同层间由所述的液流孔(5)和透层孔(6)所连通；三种液体工作后，分别从另一块压板(1′)或(1′)的三个通道(8)处流出。当本发明装置是以八层为单元成倍增加时，所述的的液流次序也按相同的倍数重复。由于本发明单元装置的成倍增加没有技术限制，因此，接配外循环系统，完全具有工业实用化的前景，达到本发明的全部目的。
本实施例给出较理想的八层聚合膜(4)构成的实用单元，其三种液体的流动设计如图6所示。在这个单元中，料液与萃取液(A与B)萃取液与反萃取液(B与C)各有四次相互流动接触(隔膜)作用的机会，加大了作用长度和面积，充分利用了液摸的功能作用，提高了萃取效率。当把这种单元按总设计要求成倍增加，液流次序也按相同倍数增加，并且以一定数量为一组串联或并联或串并联共用构成一个系统装置时，本发明就走出了实验室阶段，切实具有了工业实用化的意义，为萃取分离各种系统，如水法冶金、海水淡化、稀土分离，污水处理等提供了实用的技术装置。
为了实现工作液体逆向流动的原则，也即有效提高萃取效率，本实施例采用了三种液体中有两种液体中(A和B液)从压板(1)或(1′)处注入，而C液则从另一块压板(1′)或(1)。处反向注入的方法设计。这不是唯一的方法。变换液体种类和注入方向以及框式隔板(2)、(3)排列组合和排放方式，可得到不同的液流设计方案。但不论采用什么设计方案，均要围绕提高萃取效率的中心，并且满足一个液流孔(5)、或通道(8)或半透孔(9)或按液流设计打好的透层孔(10)仅允许通过一种液体的原则(简称一孔一液的原则)。当液流设计使某些孔(如果透孔(9)影响一孔一液原则时，应专门设计制作或封死。
为使某种液体进入层框心更顺利、更易布满整个框心处的聚合膜，本实施例的流道(6)设计成框心方向为长底边的梯形，或说八字形。
还应指出的是，本发明装置的示意图为上下布置，叙述也说及聚合膜(4)之上或之下，这仅是为了叙述和说明方便，并不意味管发明装置仅限于这种方位使用。本发明组件的正放、反放、横放、竖放，没有技术限制，具有很大灵活性，容易满足不同的液流设计需求。其他方位的使用并不影响本发明装置特点功能的实现，也为工业实用化带来了方便和实用性。
权利要求
1.一种支撑液膜组件，其特征是该组件包括压板(1)、(1′)，框式隔板(2)和(3)；压板(1)、(1′)各上开有三个互不相通的液体通道(8)和半透孔(9)，四角开有通孔(11)；框式隔板(2)和(3)的四边上均布有液流孔(5)，框式隔板(2)的对称两边上的液流孔(5)处间隔交错开有流道(6)，框式隔板(3)的对称两边上的液流孔(5)处全部开有流道(6)；所述的压板(1)、(1′)和框式隔板(2)、(3)统一设计，形状一致，孔位对应，数量相等。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征是所述的压板(1)、(1′)、框式隔板(2)和(3)的形状为正方形或长方形。
3.根据权利要求1、2所述的组件，其特征是所述的流道(6)为框心方向是长底边的梯形。
4.一种聚合膜(4)构成的支撑液膜装置，其特征是该装置由权利要求1所述的组件按下述方式构成；压板(1)、(1′)之间包括由框式隔板(2)或/和框式隔板(3)相互间隔开的聚合膜(4)至少两层，按萃取原理的液流设计需要在聚合膜(4)上相应地打有透层孔(10)，利用所述的通孔(11)，可把各组件组装成一个整体。
5.根据权利要求4所述的支撑液膜装置，其特征是所述的由框式隔板(2)或/和(3)相互间隔开的聚合膜(4)为八层，或以八层为一个单元的整倍数层，并且框式隔板(2)和(3)是依次交替排列。
6.根据权利要求5所述的支撑液膜装置，其特征是所述的八层聚合膜(4)或以八层为单元的整倍数层构成的整体，可按串联或并联或串并联方式构成一个系统装置。
7.一种萃取分离液体的方法，其特征是利用权利要求5所述的装置，把A液(料液)、B液(萃取液、有机相)和C液(反萃取液)从一块压板(1)或(1′)的三个通道(8)处注入，从另一块压板(1′)或(1)处流出；其间的液流设计为A、B、C、B、A、B、C、B、A方式分别进入八层聚合膜(4)之上；当所述装置为以八层为单元的整倍数层增加时，上述的液流次序也按相同倍数重复。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是A、B、C三种液体中有两种液体从一块压板(1)或(1′)处注入，另一种液体从另一块压板(1′)或(1)处反向注入。
全文摘要
本发明涉及支撑液膜技术，其特征是该组件包括带有三个液化通道的压板、四边均布有液流孔的两种框式隔板，其一是对称两边间隔交错开有流道、另一种则全部开有流道。在两块压板之间由两种框式隔板依次相互间隔开的聚合膜至少两层即可构成基本单元装置。本发明装置可使萃取液、反萃取液和料液分别在不同层间流动，传质路径短，膜相均匀，分离效果好，适当组合的基本单元可构成具有工业实用性的系统装置。
文档编号B01D11/04GK1127669SQ95101298
公开日1996年7月31日 申请日期1995年1月27日 优先权日1995年1月27日
发明者杜启云 申请人:天津纺织工学院