取腔1的四个周向侧面通过四个矩形端头巧、6、7、8)密封，第一萃取腔11 和第二萃取腔12内都设置中空纤维膜组3和中空纤维膜组4,中空纤维膜组由螺旋状弯曲的 膜丝绳组成，中空纤维膜组3的两端分别延伸至第一进液口 111和第一出液口 112,并在两端 灌入粘结剂将膜丝绳定型，再切割，露出膜丝端口，并保持切割端面与上、下端面齐平，中空 纤维膜组4在第二萃取腔12的安装方式相同。
[0038] 矩形端头5内腔设有一块分隔板51形成对称的均液腔52和均液腔53,均液腔52和 均液腔53分别与第一进液口 111与第二出液口 122相对，均液腔52的侧端面设置一段短管作 为总进液口 54与外部流体管路连接;均液腔53的侧端面设置一段短管作为总出液口 55与外 部流体管路连接。
[0039] 矩形端头6的结构与矩形端头5相同，内腔设有一块分隔板61形成对称的均液腔62 和均液腔63，均液腔62和均液腔63分别与第一出油口 114与第二进油口 123相对，均液腔62 的侧端面设置一段短管作为总出油口 64与外部流体管路连接;均液腔63的侧端面设置一段 短管作为总进油口 65与外部流体管路连接。分隔板51、分隔板61与分隔板2共面密封连接， 分隔板需要与长方体萃取腔1的外端面严格密封。
[0040] 矩形端头7和矩形端头8结构一致，但矩形长、宽尺寸不同，都为单腔结构且外壳均 无短管，矩形端头7作为第一通道用于连通第一出液口 112和第二进液口 121，矩形端头8作 为第二通道用于连通第二出油口 124和第一进油口 113。
[0041 ] 萃取时，水相流体从总进液口 54进入均液腔52，再通过第一进液口 111进入中空纤 维膜组3的管程，通过后在第一萃取腔11的第一出液口 112汇集，并通过矩形端头7流入第二 萃取腔12的第二进液口 121，随后进入第二萃取腔12的中空纤维膜组4的管程，再从第二萃 取腔12的第二出液口 122排出在均液腔53汇集最后从总出液口 55排出；油相萃取剂从总进 油口 65进入均液腔63,然后通过第二进油口 123进入第二萃取腔12W垂直于水相流动方向 流入，穿过中空纤维膜组4填充体的壳层，W错流方式与第二萃取腔12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 124并在矩 形端头的C集，进入第一出油口 114,再次错流穿过第一萃取腔11的中空纤维膜组4填充体的 壳程，再从第一萃取腔11的第一出油口 114流出进入均液腔62，最后从总出油口 64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。
[0042] 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。
[0043] 本实施例中，管程和壳程流体分别通过U型流道，实现局部错流，整体逆流。中空纤 维膜组的膜束有效长度1.0米(通过U型流道总长度计），接触器Ξ个方向尺寸分别为1.0米， 1.0米和0.6米，膜束填充率0.40。中空纤维膜组的螺旋膜束由为6根的直管聚丙締中空纤维 膜丝自旋转螺旋而成的，螺旋半径为5.0mm，螺距为20mm。
[0044] 通过实验测试本实施例的萃取器的萃取性能，W精对苯二甲酸废水(PTA废水)为 待萃取水相，W对二甲苯(PX)为萃取剂来萃取其中的芳香簇酸杂质对甲基苯甲酸(PT酸）。 实验时，水相初始的PT酸浓度为lOOOppm，保持单位面积中空纤维膜的水相处理量一定，水 相停留时间为40秒，水/油流量比为1 ο: 1，萃取溫度为323K。实验得到的出口 ΡΤ酸的平均浓 度为 95.0ppm。
[0045] 对比例1:
[0046] 通过与传统构型膜萃取器的膜萃取性能对比，说明本实施例的萃取器的萃取性能 优。为了测试不同构型的膜萃取器的萃取性能，选用的传统膜萃取器作为对比，其构型如图 7~9。
[0047] 如图7所示，常规的管式逆流接触的膜萃取器，壳程流体从壳体一端头部进入壳体 后，带一定角度的逆流与膜束接触，从壳体另一端的头部出口汇集流出。为了防止壳程流体 沿壁面短路，膜束需要尽量贴近壳体内壁面。膜束有效长度1.0米，接触器横截面直径0.20 米，膜束填充率0.40。
[0048] 如图8所示，常规的管式带中屯、分布管膜萃取器，壳程流体从多孔的中屯、分布管流 出，错流与膜束接触，从壳体外侧的空隙汇集流出。为了确保壳程流体均匀通过膜丝，壳体 内壁面和膜束之间需保持1.0厘米的空隙。膜束有效长度1.0米，接触器横截面直径0.20米， 中屯、流体分布管直径6.0厘米，膜束填充率0.40。
[0049] 如图9所示，常规的管式带隔板的膜萃取器，壳体包含多孔的中屯、管分布器，中屯、 管中屯、区域隔断，壳体中间部位的膜束编织形成挡板，迫使壳程流体从一侧中屯、管中流出 后，与膜束成一定角度逆流流至挡板边缘，再与另一侧膜束逆流接触后，从中屯、管汇合流 出。为了确保壳程流动均匀，挡板需要设置严密。膜束有效长度1.0米，接触器横截面直径 0.20米，中屯、流体分布管直径6.0厘米，膜束填充率0.40。
[0050] 采用与本实施例的萃取器相同的萃取体系和操作条件，得到不同构型萃取器的萃 取性能如表1所示。
[0051] 表1不同构型的中空纤维膜萃取器对PTA废水的萃取性能比较：
[0化2]
[0053]~从表1可W看出，在相同的操作条件下，本专利的方形萃取器水相出口的PT酸残余 量低于l(K)ppm，水相出口溶液可W满足PTA废水回收利用标准。和常规的萃取器进行对比， 方形萃取器的管程由于采用螺旋管产生径向二次流动，促进了水相PT酸扩散；同时壳程流 动更加均匀，油相和膜束充分接触。
【主权项】
1. 一种中空纤维膜萃取器，其特征在于，包括： 第一萃取腔，具有相对布置的第一进液口和第一出液口以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以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； 第二萃取腔，具有相对布置的第二进液口和第二出液口以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以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； 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； 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。2. 如权利要求1所述的中空纤维膜萃取器，其特征在于，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 和第二出液口以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。3. 如权利要求2所述的中空纤维膜萃取器，其特征在于，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。4. 如权利要求1~3任一权利要求所述的中空纤维膜萃取器，其特征在于，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，所述总进液口的中心轴基 本垂直所述的第一水相流动路径。5. 如权利要求1~3任一权利要求所述的中空纤维膜萃取器，其特征在于，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，所述总进油口的中心轴基 本垂直所述的第二油相流动路径。6. 如权利要求1~3任一权利要求所述的中空纤维膜萃取器，其特征在于，所述第二出 液口连接第三均液腔，所述第三均液腔的侧壁上设有总出液口，所述总出液口的中心轴基 本垂直所述的第二水相流动路径。7. 如权利要求1~3任一权利要求所述的中空纤维膜萃取器，其特征在于，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，所述总出油口的中心轴基 本垂直所述的第一油相流动路径。8. 如权利要求1所述的中空纤维膜萃取器，其特征在于，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。9. 如权利要求1所述的中空纤维膜萃取器，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明公开了一种中空纤维膜萃取器，包括：第一萃取腔，具有相对布置的第一进液口和第一出液口，具有相对布置的第一进油口和第一出油口；第二萃取腔，具有相对布置的第二进液口和第二出液口，具有相对布置的第二进油口和第二出油口，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；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；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；本发明可以实现两相局部错流，整体逆流接触，对传质利用率高，便于组装和实现工业化。
【IPC分类】B01D11/04
【公开号】CN105561630
【申请号】CN201610136877
【发明人】孔庆然, 李希, 成有为, 王丽军
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年3月10日