一种中空纤维膜萃取器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及中空纤维膜萃取技术领域，特别设及一种中空纤维膜萃取器。
【背景技术】
[0002] 中空纤维膜萃取避免了传统萃取设备中两相流体存在分散相接触W及依靠密度 差进行分离的限制，从而有效的克服了溶剂乳化、两相密度差接近体系无法分离等传统萃 取设备所面临的问题，因此成为重要的新型萃取手段。公开号为CN 1434019的专利文献中 公开了采用中空纤维膜萃取-电反萃取实现发酵过程有机酸的在线提取和提浓。CN 102268559的专利文献中公开了通过中空纤维膜萃取来纯化富集含侣化合物。公开号为CN 102107924的专利文献中公开了使用中空纤维膜萃取来预处理慷醒工业废水。公开号为CN 103304005的专利文献中公开了采用中空纤维膜萃取来净化废水中的苯酪。公开号为CN 102817302的专利文献中公开了使用中空纤维膜提取了木耳多糖。
[0003] 上述文献在具体工业实施过程中，存在两大问题限制了传质效率。第一，现有膜萃 取器膜丝为直的中空纤维。发明人在研究中发现，对于绝大部分的分离体系，膜萃取器的传 质阻力均集中于管程的水相中，但由于膜丝直径太小，无法设置内部构件来强化传质。因 此，可W将直的膜丝换成弯曲的膜丝，管程流体流动时产生径向二次流动，强化管程传质， 萃取效率可W提升20%~100%。第二，工业过程中，为了提高萃取器的处理能力，减少制作 成本，膜萃取器外壳均设计为直径lOcmW上的圆柱状，水相在管程流动，油相通过壳程与水 相逆流接触。
[0004] 现有的中空纤维膜萃取器的壳程流动受到外形和生产封装工艺的影响，不可避免 的存在流体短路，流动死区等情况，影响了壳程流体的整体传质速率，导致膜萃取在萃取器 放大时，萃取性能下降的必然结果。公开号为CN 203556294的专利文献中公开了提出了对 中空纤维膜进行编织，利用编织线在壳程组成挡板，从而增加流道长度和流体停留时间，提 升壳程传质速率。但是，该方法所设计的挡板无法完全避免壳程液体的渗透，在工业长期使 用时，仍会产生短路和死区。公开号为CN 102908877的专利文献中公开了设计了一种长方 形框体的气液膜接触器，将数根中空纤维膜固定于多孔支撑管内成为一束，再将数束含有 膜丝的支撑管安置于膜接触器内，从而强化壳程均匀流动。
[0005] 但是，在该设计中膜接触器内的支撑管长度不一致，加工组装困难，且膜丝浸入壳 程液体部分的比例低;壳程流体错流时，存在不同部位流体传质通量不均匀的情况，从而无 法使得壳程流体的利用率最大化。因此，亟需一种新型的制作简单的膜萃取器，确保在工业 长期使用中管程流体的高传质性能和壳程流体分布的均匀性。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种中空纤维膜萃取器，萃取时水相流体与油相萃取剂局部错流流 动，整体逆流流动，有效提高传质效率，且结构简单制作成本低。
[0007] -种中空纤维膜萃取器，包括：
[0008] 第一萃取腔，具有相对布置的第一进液口和第一出液口 W形成第一水相流动路 径，具有相对布置的第一进油口和第一出油口 W形成基本垂直且覆盖所述第一水相流动路 径的第一油相流动路径；
[0009] 第二萃取腔，具有相对布置的第二进液口和第二出液口 W形成第一水相流动路 径，具有相对布置的第二进油口和第二出油口 W形成基本垂直且覆盖所述第二水相流动路 径的第二油相流动路径，所述第一出液口与第二进液口连通，所述第二出油口与第一进油 口连通；
[0010] 第一中空纤维膜组，填充在第一萃取腔内，第一中空纤维膜组的两端分别沿第一 水相流动路径延伸至第一进液口和第一出液口；
[0011] 第二中空纤维膜组，填充在第二萃取腔内，第二中空纤维膜组的两端分别沿第二 水相流动路径延伸至第二进液口和第二出液口。
[0012] 使用本发明进行萃取时，水相流体从第一进液口进入第一中空纤维膜组的管程， 通过后在第一萃取腔的第一出液口汇集，并通流入第二萃取腔的第二进液口，随后进入第 二萃取腔的第二中空纤维膜组的管程，最后从第二萃取腔的第二出液口排出；油相萃取剂 从第二进油口进入第二萃取腔W垂直于水相流动方向流入，穿过中第二空纤维膜组填充体 的壳层，W错流方式与第二萃取腔中的中空纤维膜内部流动的水相通过中空纤维的多孔壁 面接触进行质量传递，随后流出第二出油口进入第一出油口，再次错流穿过第一萃取腔的 第一中空纤维膜组填充体的壳程，再从第一萃取腔的第一出油口排出，从而实现了水相流 体与油相萃取剂局部错流，整体逆流接触。本发明通过设置双腔结构进行萃取，管、壳程两 相流体在各萃取腔内错流流动，而整体逆流流动，具有高传质效率和低制作成本的优点。
[0013] 所述中空纤维膜组采用聚丙締、聚乙締、聚偏二氣乙締或聚四氣乙締为材料，单根 膜丝内径0.10~2.0mm，壁厚20~200μπι，膜的壁面为多孔可渗透表面，表面亲油而憎水。
[0014] 形成萃取腔的外壳和隔板均采用与中空纤维膜相同或相似的材料，如聚丙締、聚 乙締、聚偏二氣乙締或聚四氣乙締、聚氯乙締或者由上述多种聚合物复配或加工而成的材 料。
[0015] 为了使水相流体和油相流体在萃取腔内均匀流动，优选的，所述第一萃取腔和第 二萃取腔为长方体，所述第一进液口和第一出液口、所述第一进油口和第一出油口、所述第 二进液口和第二出液口W及所述第二进油口和第二出油口都分别设置在长方体相对的侧 面上。
[0016] 为了方便制造和安装，优选的，所述第一萃取腔和第二萃取腔贴靠并排布置，所述 第一出液口与第二进液口设置在同一端面通过第一通道连通，所述第二出油口与第一进油 口连通设置在同一端面通过第二通道连通。第一进油口、第一出油口、第二进油口 W及第二 出油口覆盖有多孔板，使得壳程流体能均匀流动。
[0017] 为了提高水相流体进入第一萃取腔的流动均匀性，优选的，所述第一进液口连接 第一均液腔，所述第一均液腔的侧壁上设有总进液口，所述总进液口的中屯、轴基本垂直所 述的第一水相流动路径。水相流体先在第一均液腔内分撒后再进入第一进液口，使水相流 体流动更均匀。进一步优选的，所述第一均液腔为与长方形的第一进液口相适应的长方体 的腔体。
[0018] 为了提高油相流体进入第一萃取腔的流动均匀性，优选的，所述第二进油口连接 第二均液腔，所述第二均液腔的侧壁上设有总进油口，所述总进油口的中屯、轴基本垂直所 述的第二油相流动路径。进一步优选的，所述第二均液腔为与长方形的第二进油口相适应 的长方体的腔体。
[0019] 为了提高水相流体进入第一萃取腔的流动均匀性，优选的，所述第二出液口连接 第Ξ均液腔，所述第Ξ均液腔的侧壁上设有总出液口，所述总出液口的中屯、轴基本垂直所 述的第二水相流动路径。
[0020] 为了提高油相流体进入第一萃取腔的流动均匀性，优选的，所述第一进油口连接 第四均液腔，所述第四均液腔的侧壁上设有总出油口，所述总出油口的中屯、轴基本垂直所 述的第一油相流动路径。
[0021] 优选的，所述第一中空纤维膜组或/和第二中空纤维膜组的纤维膜成螺旋状弯曲 形态。中空纤维膜采用螺旋弯曲的膜丝绳为基本单元填充，W强化管程的质量传递，
[0022] 中空纤维膜组采用的膜丝绳是由内径0.2~2.0mm，壁厚20~20化m，壁面孔径为 0.1~0.5皿，孔隙率为0.3~0.7,长度为0.40~3.0m和根数为2~15根的直管中空纤维膜丝 自旋转螺旋而成，膜丝绳螺旋半径为2.0~10mm，螺距为2.0~80mm，膜丝绳还可W进一步二 次编织。
[0023] 为了提高萃取效率W及便于制造，优选的，所述第一中空纤维膜组和第二中空纤 维膜组相互平行设置。
[0024] 本发明的萃取器的制作过程简单，采用螺旋管弯曲形态的膜丝绳W强化管程传 质，采用方形萃取器来实现壳程流体流动分布均匀，壳程流体传质利用率高和应用范围广 泛。
[00巧]本发明的有益效果：
[0026] 本发明的中空纤维膜萃取器通过设置两个萃取腔结合流体进出口的设置实现两 相局部错流，整体逆流接触，对传质利用率高，便于组装和实现工业化。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明的中空纤维膜组所采用的螺旋膜丝绳的立体结构示意图。
[0028] 图2是本发明的中空纤维膜萃取器的立体结构示意图。
[0029] 图3是本发明的中空纤维膜萃取器的拆分立体结构示意图。
[0030] 图4是本发明的中空纤维膜萃取器的框架的立体结构示意图。
[0031] 图5是本发明的中空纤维膜萃取器的水相端头的立体结构示意图。
[0032] 图6本发明的中空纤维膜萃取器的油相端头的立体结构示意图。
[0033] 图7是现有的管式逆流接触膜萃取器的结构示意图。
[0034] 图8是现有的管式带中屯、分布管膜萃取器的结构示意图。
[0035] 图9是现有的管式带隔板膜萃取器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036] 如图1~6所示，本实施例的中空纤维膜萃取器包括矩形框架结构的长方体萃取腔 1，萃取腔内设有分隔板2将其分隔为第一萃取腔11和第二萃取腔12。长方体萃取腔1的上下 顶面密封，四个周向侧面通过分隔板2分隔为第一进液口 111、第一出液口 112、第一进油口 113、第一出油口 114、第二进液口 121、第二出液口 122、第二进油口 123和第二出油口 124。
[0037] 长方体萃