一种用于测定环隙式离心萃取器转筒内界面半径的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于测定环隙式离心萃取器转筒内界面半径的方法，当环隙式离心萃取器运行达到稳态后，同时停止重相溶液和轻相溶液进料，并拔出还在继续运转的转筒，由于转筒依然保持原有速度转动，其内部的重相溶液和轻相溶液受离心力作用仍然会保持于转筒内部不会流失，因此，当将转筒移到容器内后停止转筒运转，使转筒内的液体流入容器内的溶液体积即是环隙式离心萃取器运行达到稳态时的实际体积，由此，当容器内液体移入量筒内澄清分相，分别获得重相溶液和轻相溶液各自体积后，即可通过计算获得转筒内两相液体界面半径，从而实现了准确测定环隙式离心萃取器转筒内界面半径。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及溶剂萃取【技术领域】，特别涉及一种用于测定环隙式离心萃取器转筒内 界面半径的方法。 一种用于测定环隙式离心萃取器转筒内界面半径的方法
【背景技术】
[0002] 环隙式离心萃取器是依靠强大离心力实现两相混合液的分相的，是一种高效的 液-液萃取设备，已成功应用于石油化工、材料制备、生物化工、制药工程、废水处理、湿法 冶金和核化工等领域。
[0003] 环隙式离心萃取器运行时，互不相溶的两相液体在外壳内剧烈混合后，混合液经 转筒入口进入转筒澄清段，在强大离心力作用下，重相被甩到转筒澄清段外缘，聚集到澄清 段壁处，而轻相则被挤向澄清段内侧，在两者之间则是乳化层。乳化层从下自上逐渐变薄。 当乳化层移至重相垂直通道处，则会造成重相出口液有轻相夹带，而当乳化层移至轻相堰 处，则会造成轻相出口液有重相夹带，当乳化层扩展到重相垂直通道和轻相堰处时，则两相 出口液都会有相夹带。要严格控制相夹带，必须严格控制转筒内乳化层的位置。转筒澄清 段顶部的乳化层差不多是等体积地漂动在"界面"半径的两侧，因而可用"界面半径"来代 替乳化层。"界面半径"是指不存在乳化层时的两相界面的半径。因此准确获得环隙式离心 萃取器内液体界面半径对于其成功应用是非常重要的。
[0004] 由于离心萃取器是高速旋转的设备，转筒由不透明材料制成，因此很难获得环隙 式离心萃取器转筒内界面半径，现有技术中，一般采用放液法来获得环隙式离心萃取器转 筒内界面半径，其具体步骤包括：当环隙式离心萃取器在一定操作条件下正常运行达到稳 态后，同时并快速停止两相液体进料；与此同时快速打开外壳底的排料口，用量筒接收从外 壳底流出的液体，直到没有液体流出为止；停止转筒高速运转，此时转筒内的液体流入外壳 并通过外壳底排料口流出，用另一个量筒接收从外壳底流出的液体，直到没有液体流出为 止，两相液体在量筒内完全分相后，读出两相各自的体积；利用所测得的转筒内两相的各自 体积，根据计算模型就可求得转筒内的界面半径。但该方法的主要不足：首先，排放完外壳 内液体时由于需要一定的时间，因此还在高速运转的转筒仍会吸入一部分外壳内的液体， 而且转筒内水相和有机相液体也会甩入各自的收集环后流出，这样所获得的转筒内两相体 积就不十分准确；其次，从壳体底排放液体时，总会有一部分液体滞留在壳体内不被排出， 也导致所获得的转筒内两相体积不准确。
[0005] 因此，迫切需要发明一种能准确测定环隙式离心萃取器转筒内界面半径的新方 法。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于测定环隙式离心萃取器转筒内界 面半径的方法，以实现准确测定环隙式离心萃取器转筒内界面半径。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种用于测定环隙式离心萃取器转筒内界面半径 的方法，所述环隙式离心萃取器包括形成有第一容纳腔的外壳，所述转筒套设于所述第一 容纳腔内并在电机驱动下转动，且所述转筒底部开设有混合溶液开口，所述方法包括：
[0008] 启动环隙式离心萃取器后，分别向环隙式离心萃取器外壳的第一容纳腔通入重相 溶液和轻相溶液，以在所述第一容纳腔中形成混合溶液，所述转筒通过转动产生的离心力 由所述混合溶液开口汲取所述混合溶液；
[0009] 当环隙式离心萃取器运行达到稳态后，同时停止重相溶液和轻相溶液向所述外壳 的第一容纳腔进料，并拔出还在继续运转的转筒；
[0010] 将所述转筒移到容器内后停止转筒运转，以使转筒内的液体流入容器内；
[0011] 把容器内液体移入量筒内澄清分相，分别获得重相溶液和轻相溶液各自体积；
[0012] 通过计算获得转筒内两相液体界面半径。
[0013] 进一步，所述转筒呈圆柱形，且所述转筒内形成呈圆柱形的第二容纳腔；所述电机 的传动轴穿过所述转筒顶壁，并与转筒顶壁固定连接，且在所述转筒顶壁与所述传动轴连 接处的所述转筒顶壁开设有重相溶液出液口；所述传动轴位于所述第二容纳腔的末端，形 成有垂直于所述转筒的中心轴的堰体，所述堰体与所述转筒侧壁连接，且所述堰体的上表 面与所述转筒顶壁和部分所述转筒侧壁构成堰段空间，所述堰体的下表面与所述转筒底壁 和部分所述转筒侧壁构成澄清段空间；所述堰体边缘开设有沿所述转筒的中心线延伸的重 相溶液导出通孔；所述堰体与所述转筒侧壁连接处的所述转筒侧壁开设有轻相溶液出液 口，所述堰体底端中心处开设有轻相溶液导出口，所述堰体中开设有与所述轻相溶液导出 口和所述轻相溶液出液口的联通的轻相溶液导出通道；所述堰体还包括于所述堰体底端沿 所述传动轴轴心延伸的径向叶片；
[0014] 通过如下计算模型获得转筒内两相液体界面半径：
[0015]
【权利要求】
1. 一种用于测定环隙式离心萃取器转筒内界面半径的方法，所述环隙式离心萃取器包 括形成有第一容纳腔的外壳，所述转筒套设于所述第一容纳腔内并在电机驱动下转动，且 所述转筒底部开设有混合溶液开口，其特征在于，所述方法包括： 启动环隙式离心萃取器后，分别向环隙式离心萃取器外壳的第一容纳腔通入重相溶液 和轻相溶液，以在所述第一容纳腔中形成混合溶液，所述转筒通过转动产生的离心力由所 述混合溶液开口汲取所述混合溶液； 当环隙式离心萃取器运行达到稳态后，同时停止重相溶液和轻相溶液向所述外壳的第 一容纳腔进料，并拔出还在继续运转的转筒； 将所述转筒移到容器内后停止转筒运转，以使转筒内的液体流入容器内； 把容器内液体移入量筒内澄清分相，分别获得重相溶液和轻相溶液各自体积； 通过计算获得转筒内两相液体界面半径。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转筒内形成第二容纳腔；所述电机 的传动轴穿过所述转筒顶壁，并与转筒顶壁固定连接，且在所述转筒顶壁与所述传动轴连 接处的所述转筒顶壁开设有重相溶液出液口；所述传动轴位于所述第二容纳腔的末端形成 有垂直于所述转筒的中心轴的堰体，所述堰体与所述转筒侧壁连接，且所述堰体的上表面 与所述转筒顶壁和部分所述转筒侧壁构成堰段空间，所述堰体的下表面与所述转筒底壁和 部分所述转筒侧壁构成澄清段空间；所述堰体边缘开设有沿所述转筒的中心线方向延伸的 重相溶液导出通孔；所述堰体与所述转筒侧壁连接处的所述转筒侧壁开设有轻相溶液出液 口，所述堰体底端中心处开设有轻相溶液导出口，所述堰体中开设有与所述轻相溶液导出 口和所述轻相溶液出液口的联通的轻相溶液导出通道；所述堰体还包括于所述堰体底端沿 所述传动轴轴心延伸的径向叶片； 通过如下计算模型获得转筒内两相液体界面半径：
其中，^是转筒内两相液体界面半径，Va，K是转筒内重相溶液体积，Vb是转筒堰段空间 内重相溶液体积，S是转筒内径向叶片厚度，R是转筒内半径，L是转筒澄清段空间高度。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环隙式离心萃取器包括重相溶液供 料泵、重相溶液收集槽、重相溶液供料槽、轻相溶液供料泵、轻相溶液收集槽、轻相溶液供料 槽； 所述外壳的侧壁设置有联通所述第一容纳空间的重相溶液进口管和轻相溶液进口管， 所述外壳的侧壁设置有与所述重相溶液出液口联通的重相溶液出口管，以及与所述轻相溶 液出液口联通的轻相溶液出口管；所述重相溶液供料泵通过连接管分别与所述重相溶液供 料槽和所述重相溶液进口管连接；所述轻相溶液供料泵通过连接管分别与所述轻相溶液供 料槽和所述轻相溶液进口管连接；所述重相溶液出口管通过连接管与所述重相溶液收集槽 连接；所述轻相溶液出口管通过连接管与所述轻相溶液收集槽连接； 所述启动环隙式离心萃取器后，分别向环隙式离心萃取器外壳的第一容纳腔通入重相 溶液和轻相溶液，以在所述第一容纳腔中形成混合溶液包括： 启动环隙式离心萃取器，调节电机以使所述环隙式离心萃取器达到预定转速； 启动重相溶液供料泵，以第一预定流量通过所述重相溶液进口管向所述第一容纳空间 通入重相溶液，待所述重相溶液出口管有重相溶液流出后，启动轻相溶液供料泵，以第二预 定流量通过所述轻相溶液进口管向所述第一容纳空间通入轻相溶液。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电机包括电机本体、传动轴和电机支 座，所述电机本体固定于电机支座； 所述拔出还在继续运转的转筒为通过提拉所述电机支座，将所述电机与转筒一起拔 出。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述拔出还在继续运转的转筒，至将所述 转筒移到容器内的操作时间为2秒以内。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过停止所述电机转动以使停止所述转 筒运转。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述转筒内半径为10mm。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定转速为3000r/min至5000r/ min〇
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述重相溶液为去离子水，所述轻相溶液 为煤油；所述第一预定流量范围为2升/小时以内，所述第二预定流量为范围为2升/小时 以内。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述容器为烧杯。
【文档编号】G01B21/10GK104101318SQ201410371108
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】段五华, 曹烁 申请人:清华大学