一种离心萃取机外置式本级回流装置.pdf

本发明涉及一种离心萃取机外置式本级回流装置，该外置式本级回流装置包括封闭的溶液收集腔；所述溶液收集腔的上侧固设有上盖，与离心萃取机上的小流量相系出口相连通的进料管穿过上盖插入溶液收集腔的内部；所述溶液收集腔的底部分别设有与离心萃取机上的小流量相系进口相连通的回流管和小流量相系出液装置，所述小流量相系出液装置的进口高于所述回流管的进口。本发明由于设为外置式，因此可以方便地安装在离心萃取机流量较小的、需要实施本级回流的液相出口端，而无需对离心萃取机本身进行任何结构上的改变，本发明运行稳定且能够显著提高萃取分离效果，具有较好的经济效益和社会效益。

1.  一种离心萃取机外置式本级回流装置，其特征在于：该外置式本级 回流装置包括封闭的溶液收集腔(7)；所述溶液收集腔(7)的上侧固设有 上盖(2)，与离心萃取机上的小流量相系出口(N4)相连通的进料管(1) 穿过上盖(2)插入溶液收集腔(7)的内部；所述溶液收集腔(7)的底部 分别设有与离心萃取机上的小流量相系进口(N1)相连通的回流管(10)和 小流量相系出液装置，所述小流量相系出液装置的进口高于所述回流管(10) 的进口。

2.  根据权利要求1所述的一种离心萃取机外置式本级回流装置，其特 征在：所述上盖(2)的形状、尺寸与溶液收集腔(7)的上部开口相匹配， 且所述溶液收集腔(7)设为圆柱形或方槽状；所述上盖(2)和溶液收集腔 (7)通过螺栓(4)固定连接在一起；所述上盖(2)和溶液收集腔(7)的 上部开口之间设置有密封溶液收集腔(7)内部液体的密封垫(3)。

3.  根据权利要求1所述的一种离心萃取机外置式本级回流装置，其特 征在：所述溶液收集腔(7)的靠近其上部开口处的内侧壁面上固设有环形 垫板(5)，所述环形垫板(5)上设置有使流入溶液收集腔(7)的液体均 匀、无冲击地进入腔内的多孔板(6)；所述多孔板(6)上均匀地布设有通 孔。

4.  根据权利要求1所述的一种离心萃取机外置式本级回流装置，其特 征在于：所述进料管(1)设置在上盖(2)的中心位置处；所述回流管(10) 的顶部与溶液收集腔(7)的底部相齐平，所述回流管(10)和小流量相系 出液装置彼此远离，且所述回流管(10)和小流量相系出液装置在空间位置 上均远离进料管(1)在上盖(2)上的进口位置。

5.  根据权利要求1或4所述的一种离心萃取机外置式本级回流装置， 其特征在于：所述小流量相系出液装置的深入在溶液收集腔(7)内部的进 口与溶液收集腔底部内表面之间的高差(h)可调。

6.  根据权利要求5所述的一种离心萃取机外置式本级回流装置，其特 征在于：所述小流量相系出液装置包括与溶液收集腔(7)固定联接的小流 量相系出液管(9)，所述小流量相系出液管(9)与溶液收集腔(7)相联 接的一段设置为直管段，且小流量相系出液管(9)的顶部与溶液收集腔(7) 的底部相齐平；所述小流量相系出液装置还包括短管(8)，所述短管(8) 的下管口插设在小流量相系出液管(9)的直管段中，短管(8)的上管口即 进口高于溶液收集腔(7)的底部内表面，所述短管(8)在小流量相系出液 管(9)的直管段中的插设深度可调。

7.  根据权利要求6所述的一种离心萃取机外置式本级回流装置，其特 征在于：所述小流量相系出液管(9)与短管(8)之间构成螺纹配合，其中， 小流量相系出液管(9)上部的直管段内部设置内螺纹，短管(8)外部设置 有外螺纹，且小流量相系出液管(9)上的内螺纹长度大于短管(8)上的外 螺纹长度；
或者，所述小流量相系出液管(9)与短管(8)设置为插拔式配合，其 中，小流量相系出液管(9)与短管(8)之间设有密封圈(11)，且小流量 相系出液管(9)的内表面和短管(8)的外表面之间加工成过渡配合。

8.  根据权利要求7所述的一种离心萃取机外置式本级回流装置，其特 征在于：所述短管(8)的上管口处的内壁面设置为便于扳手操作的内六角 状。

9.  根据权利要求1所述的一种离心萃取机外置式本级回流装置，其特 征在于该外置式本级回流装置与离心萃取机的联接方式为：在离心萃取机的 小流量相系进口(N1)处加设三通管(12)，待萃取分离的小流量相系由三 通管(12)的主管口(N8)进入，本级回流装置的溶液进口(N5)与离心萃 取机的小流量相系出口(N4)连接，且本级回流装置的回流管出口(N7)与 所述三通管(12)的旁管口(N80)通过软管(13)连接。

10.  根据权利要求8所述的一种离心萃取机外置式本级回流装置，其特 征在于：本级回流装置中的小流量相系出液装置的小流量相系收集口(N6) 与下一级离心萃取机的三通管(12)的主管口(N8)通过软管(13)连接， 本级回流装置的回流管出口(N7)与本级离心萃取机三通管(12)的旁管口 (N80)通过软管(13)连接，本级离心萃取机中另一相系的进口与下一级 离心萃取机的该相出口联通从而构成多级串联逆流萃取体系，最后一级离心 萃取机的本级回流装置的小流量相系收集口(N6)构成该相的最终出液收集 口。

一种离心萃取机外置式本级回流装置
技术领域
本发明属于溶剂萃取领域，具体涉及一种离心萃取机外置式本级回流装 置。
背景技术
离心萃取机是一种快速、高效的液-液萃取设备，它是利用离心力实现 液液两相的萃取和分离。轻、重两相从其各自进口进入萃取机内部，由下壳 体与转鼓之间的间隙向下流动，通过转鼓底部的入口进入转鼓内部，旋转的 转鼓产生离心力，将密度不同两相液体分开，达到分离的目的。分开后的两 相液体通过不同的流道进入各自的收集腔，由各自的引出管流出。离心萃取 机可广泛用于湿法冶金、废水处理、生物、制药、石油化工、化工、香料、 染料、原子能等多种领域。具有存流量小，停留时间短，适应流比(即轻、 重两相的流量比)范围宽，达到传质平衡速度快，传质级效率高等优点。
离心萃取机一般适合轻、重两相流比在1:20以内，在该流比范围内， 离心萃取机可以通过调整转速、重相堰板或增加萃取级数等方式加以调节， 以便获得质量较好的产品和较高的萃取效率。生产中，在稀土提取、湿法冶 金等领域，因萃取剂及工艺需要，流比会超过该范围，达到1:30，甚至超过 1:50。在该大流比情况下，离心萃取机内相平衡极容易波动，萃取剂接触面 小，萃取出的产品浓度很低，质量较差，萃取效率低下。目前，遇到大流比 生产情况，离心萃取机一般就得不到应用，不得不采用效率低下的、传统的、 利用重力实现静态分层的萃取槽、萃取箱或萃取塔，严重阻碍了离心萃取机 的推广应用。
中国专利文献CN 103830933A公开了一种圆筒式离心萃取机，该离心萃 取机由电机、传动系统、转轴、辅助支撑、混合室、轻相出口、轻相进口、 重相出口、重相进口、夹层、环形叶轮、进料叶轮、机架、轻相堰板、重相 堰板、轻相收集室和重相收集室构成，其中转鼓的外部由内到外设有夹层、 轻相收集室和重相收集室，混合室与转鼓外的夹层的底部设有环形叶轮，能 够减少夹带、加大萃取通量、提高萃取分离的效率。但是此种改进需要对离 心萃取机本身的结构进行改变，在实际生产中不具有普遍和灵活的适用性。
因此，本领域技术人员需要提供一种简便实用，易于安装，运行稳定且 能显著提高萃取分离效果的用于离心萃取机的外置式本级回流装置。
发明内容
针对上述的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种简便实用，易于 安装，运行稳定且显著提高萃取分离效果的用于离心萃取机的外置式本级回 流装置。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种离心萃取机外置式本级回流装置，该外置式本级回流装置包括封闭 的溶液收集腔；所述溶液收集腔的上侧固设有上盖，与离心萃取机上的小流 量相系出口相连通的进料管穿过上盖插入溶液收集腔的内部；所述溶液收集 腔的底部分别设有与离心萃取机上的小流量相系进口相连通的回流管和小 流量相系出液装置，所述小流量相系出液装置的进口高于所述回流管的进 口。
优选的，所述上盖的形状、尺寸与溶液收集腔的上部开口相匹配，且所 述溶液收集腔设为圆柱形或方槽状；所述上盖和溶液收集腔通过螺栓固定连 接在一起；所述上盖和溶液收集腔的上部开口之间设置有密封溶液收集腔内 部液体的密封垫。
优选的，所述溶液收集腔的靠近其上部开口处的内侧壁面上固设有环形 垫板，所述环形垫板上设置有使流入溶液收集腔的液体均匀、无冲击地进入 腔内的多孔板；所述多孔板上均匀地布设有通孔。
优选的，所述进料管设置在上盖的中心位置处；所述回流管的顶部与溶 液收集腔的底部相齐平，所述回流管和小流量相系出液装置彼此远离，且所 述回流管和小流量相系出液装置在空间位置上均远离进料管在上盖上的进 口位置。
优选的，所述小流量相系出液装置的深入在溶液收集腔内部的进口与溶 液收集腔底部内表面之间的高差可调。
优选的，所述小流量相系出液装置包括与溶液收集腔固定联接的小流量 相系出液管，所述小流量相系出液管与溶液收集腔相联接的一段设置为直管 段，且小流量相系出液管的顶部与溶液收集腔的底部相齐平；所述小流量相 系出液装置还包括短管，所述短管的下管口插设在小流量相系出液管的直管 段中，短管的上管口即进口高于溶液收集腔的底部内表面，所述短管在小流 量相系出液管的直管段中的插设深度可调。
进一步的，所述小流量相系出液管与短管之间构成螺纹配合，其中，小 流量相系出液管上部的直管段内部设置内螺纹，短管外部设置有外螺纹，且 小流量相系出液管上的内螺纹长度大于短管上的外螺纹长度；
或者，所述小流量相系出液管与短管设置为插拔式配合，其中，小流量 相系出液管与短管之间设有密封圈，且小流量相系出液管的内表面和短管的 外表面之间加工成过渡配合。
更进一步的，所述短管的上管口处的内壁面设置为便于扳手操作的内六 角状。
优选的，在离心萃取机的小流量相系进口处加设三通管，待萃取分离的 小流量相系由三通管的主管口进入，本级回流装置的溶液进口与离心萃取机 的小流量相系出口连接，且本级回流装置的回流管出口与所述三通管的旁管 口通过软管连接。
进一步的，本级回流装置中的小流量相系出液装置的小流量相系收集口 与下一级离心萃取机的三通管的主管口通过软管连接，本级回流装置的回流 管出口与本级离心萃取机三通管的旁管口通过软管连接，本级离心萃取机中 另一相系的进口与下一级离心萃取机的该相出口联通从而构成多级串联逆 流萃取体系，最后一级离心萃取机的本级回流装置的小流量相系收集口构成 该相的最终出液收集口。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明通过在传统离心萃取机的小流量相系(为方便说明，本说明 书中皆以重相作为小流量相系)的出口端设置外置式本级回流装置，经过离 心萃取机分离得到的重相先聚集在溶液收集腔内，该溶液收集腔由于设置有 回流管和小流量相系出液装置而构成两个出口：重相收集口和回流管出口。 其中，回流管的上管口和溶液收集腔的底部齐平；而小流量相系出液装置中 的短管的上管口与溶液收集腔底部之间存在可调式高差h，只有积液超过该 高差h，重相才能经由短管和小流量相系出液管出液，未达到该高差h前， 重相只能通过回流管引回到该相系的进液管，因此，通过调节高差h，可使 重相液体在离心萃取机内部的实际流量增大。
本发明引入的外置式本级回流装置可以方便地安装在离心萃取机流量 较小的、需要实施本级回流的液相出口端，而无需对离心萃取机本身进行任 何结构上的改变，简便实用。回流时，一般使两相流比达到1:4～1:5的适 宜比例，此时离心萃取机将获得质量较好的产品和实现较高的萃取效率。
2)、本发明应用在离心萃取机上，在实际萃取过程中，本装置没有改变 离心萃取机工艺的实际进出流量，即回流管中的萃取回流流量将一直在本级 离心萃取机中循环，从而有效地保证了本装置运行的稳定性。
3)、本发明中的溶液收集腔一般设为圆柱形或方槽状，便于加工的同时 也便于计算其横截面积，再根据待处理物料的具体物理性能、两相密度差等 因素确定达到较高萃取效率时离心萃取机内部需要的实际相流比。配合合适 尺寸的溶液收集腔，同时通过调节高度差h，调整回流的流量，即可实现所 需要的内部实际流比；这对离心萃取机的萃取工作具有较大的指导意义。
本发明通过对短管在重相出液管内位置的调节，可以简单方便地改变重 相出液管内部卡配的短管的上管口与溶液收集腔底部之间的高差h，进而达 到理想的实际相流比。而高差h的调节形式，除螺纹式、插拔式外，还可根 据实际操作需要而制作成盘根密封紧固式、卡箍式等其他形式。在螺纹式配 合中，重相出液管的直管段内部设置的内螺纹长度大于短管的外螺纹长度， 同时可使用配套的六角扳手插入短管的内六角状的上管口中，当然短管的上 管口也可制作成其它容易调节、易加工的形状，这种设计结构不但增大了高 差h的调节范围，而且可以轻松方便地进行调节工作以确保高差h调节的正 确性。
4)、本发明中在上盖和溶液收集腔之间设置密封垫，可以密封溶液收集 腔内部的液体，防止液体泄漏对实际相流比产生影响而削弱离心萃取机的寿 命；本发明还在环形垫板上设置多孔板，多孔板上开设有均匀分布的通孔， 目的是使流入溶液收集腔的液体均匀、无冲击地进入腔内，以免使重相液体 未达到高差h的情况下冲入重相出液管内，影响萃取机内部实际的相流比， 降低萃取效果；多孔板一般可直接放置在环形垫板上，无需固定，便于后期 的拆换和清洗工作。
5)、本发明中的回流管和重相出液管在空间设置上远离进料管在上盖上 的进口，回流管和重相出液管根据离心萃取机的进、出口管道方位分别设置， 以方便布管，并确保布管畅通，避免急弯、爬坡等不利现象。
6)、本发明中可根据生产过程中的萃取需求在小流量相系进液管处设置 三通管，将本级回流装置的重相收集口与下一级离心萃取机三通管的主管口 通过软管连接，本级回流装置的回流管出口与本级离心萃取机三通管的旁管 口通过软管连接，本级离心萃取机中另一相系的进口与下一级离心萃取机的 该相出口联接，从而构成多级串联逆流萃取体系，以提高萃取的效率和产品 的质量，其中最后一级的离心萃取机的本级回流装置的重相收集为最终该相 的出液收集口。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的A-A剖面图。
图4为小流量相系出液管处与短管的插拔配合放大图。
图5为引入外置式本级回流装置的多级串联离心萃取机的结构示意图。
图6为图5的俯视图。
图中标记的含义如下：
1-进料管  2-上盖  3-密封垫  4-螺栓  5-环形垫板
6-多孔板  7-溶液收集腔  8-短管  9-小流量相系出液管
90-重相出液管  10-回流管  11-密封圈  12-三通管
13-软管  N1-小流量相系进口  N10-重相进口
N2-轻相进口  N3-轻相出口  N4-小流量相系出口  N40-重相出口
N5-溶液进口  N6-小流量相系收集口  N60-重相收集口
N7-回流管出口  N8-主管口  N80-旁管口  h-高差
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发 明作进一步地详细描述。
如图1所示，为一种离心萃取机外置式本级回流装置。该装置包括穿过 上盖2的进料管1以及与进料管1出口联通的溶液收集腔7；上盖2在溶液 收集腔7的上部开口处与溶液收集腔7固连为一体，溶液收集腔7底部设有 回流管10和小流量相系出液装置；小流量相系出液装置由小流量相系出液 管9和插设在小流量相系出液管9上的短管8构成。
离心萃取机的回流通道为自进料管1流入溶液收集腔7再经回流管10 重新回流到离心萃取机该相进口的小流量相系流经通道，而出液通道为自进 料管1流入溶液收集腔7再依次经短管8、小流量相系出液管9流出的通道。 进料管1与离心萃取机的小流量相系出口N4相连，回流管10与离心萃取机 的小流量相系进口N1相连，小流量相系出液管9用于最终分离后的小流量 相系出液。
上盖2的形状、尺寸与溶液收集腔7相匹配，且溶液收集腔7设为圆柱 形或方槽状；上盖2和溶液收集腔7通过螺栓4固定连接在一起；上盖2和 溶液收集腔7之间设置有密封溶液收集腔7内部液体的密封垫3。溶液收集 腔7的靠近上部开口处固设有环形垫板5，环形垫板5上设置有使流入溶液 收集腔7的液体均匀、无冲击地进入腔内的多孔板6；多孔板6上设有均匀 布设的通孔。进料管1设置在上盖2中心位置。本外置式本级回流装置中的 溶液进口N5、回流管出口N7以及小流量相系收集口N6与相对应的管道的连 接方式为法兰式、快开式或卡箍式中的任一种。
如图2所示，回流管10和小流量相系出液管9的上部均与溶液收集腔7 的底部齐平，且回流管10和小流量相系出液管9在空间上分别设置为远离 进料管1在上盖2上的进口。
小流量相系出液管9上部的直管段内配设有可在直管段内上下移动的短 管8，短管8顶端的上管口至溶液收集腔7底部内表面之间的距离为高差h， 高差h的大小可以调节。根据小流量相系出液管9和短管8之间的不同的配 合方式，高差h相应的采取不同的调节方式。
比如，如图1、3所示，小流量相系出液管9与短管8设置为螺纹式配 合，其中，小流量相系出液管9上部的直管段内部设置内螺纹，短管8外部 设置有外螺纹，且内螺纹长度大于外螺纹长度；短管8的上管口的内部设置 为便于扳手操作的内六角状。
或者，如图4所示，小流量相系出液管9与短管8设置为插拔式配合， 其中，小流量相系出液管9与短管8之间设有密封圈11，且小流量相系出液 管9的内表面和短管8的外表面之间加工成过渡配合。
除上述螺纹式、插拔式配合外，小流量相系出液管9和短管8之间还可 制作成盘根密封紧固式、卡箍式等其他配合形式。
小流量相系进口N1处设置为三通管12，小流量相系由三通管12的主管 口N8进入；本级回流装置的溶液进口N5与离心萃取机的小流量相系出口N4 连接，且本级回流装置的回流管出口N7和三通管12的旁管口N80通过软管 13连接。
如图5、6所示，本级回流装置的小流量相系收集口N6与下一级离心萃 取机三通管12的主管口N8通过软管13连接，本级回流装置的回流管出口 N7与本级离心萃取机三通管12的旁管口N80通过软管13连接，本级离心萃 取机中另一相系的进口与下一级离心萃取机的该相出口联接，从而构成多级 串联逆流萃取体系，最后一级离心萃取机的本级回流装置的小流量相系收集 口N6为最终该相的出口。
当离心萃取机出现大流比萃取工况时，其本级调节方法如下：将小流量 相系的出液引入外置式本级回流装置的溶液收集腔7内，调节短管8的上管 口与溶液收集腔7底部内表面之间的高差h至合适位置，积液超过该高差h 才能经由短管8和小流量相系出液管9出液，未达到该高差h前，出液只能 通过回流管10引回至小流量相系进口N1处，通过高差h的调节，使离心萃 取机内部的两相流比逐渐稳定在1:4～1:5。
下面结合附图对配有外置式本级回流装置的离心萃取机的工作过程做 进一步说明。
以重相为流量较小相为例，首先，重相进口N10的流量为Q1，轻相进口 N2的流量为Q2，假设Q1:Q2两相比为大流比，其流比超过1:30，即重相Q1 的流量较小，在小流量相系出口N4也即重相出口N40处引入外置式本级回 流装置，理论上，根据物质守恒，离心萃取机重相出口N40的流量也为Q1， 轻相出口N3的流量也为Q2(实际因为轻相提取重相中溶质组分、轻重相间 的溶解、轻相挥发等，两相流出的流量会发生变化，此处忽略以上因素，近 似认为流量不变)。经过离心萃取机分离得到的重相先聚集在溶液收集腔7 内，该溶液收集腔7由于设置有回流管10和重相出液管90而构成两个出口： 重相收集口N60和回流管出口N7。回流管10的上管口和溶液收集腔7底部 齐平；而重相出液管90内部卡配的短管8的上管口与溶液收集腔7底部存 在可调式高差h，只有积液超过该高差h才能出液，未达到该高差h前，出 液只能通过回流管10引回到该相系的进口管也即重相进口N10，因此，通过 调节高差h，可使重相液体在离心萃取机内部的实际流量增大，一般增大到 两相流比在1:4～1:5的适宜比例左右。
如果离心萃取机内部需要将重相与轻相的实际流比控制在1:4～1:5，根 据离心萃取机内部容腔容积以及需达到的实际流比1:4～1:5，可以推算出小 流比的液相——即本例中的重相——需要回流的体积，该回流的体积等于本 级回流装置溶液收集腔7(为了便于加工与计算，溶液收集腔一般设为圆柱 形或方槽状)截面积与高差h的乘积。该回流的流量设为Q11，此时，离心 萃取机重相实际进料流量为Q1+Q11，内部实际流比为(Q1+Q11):Q2，增大 了内部实际流比。当内部流比达到需要的实际流比后，即回流的体积和进料 的体积之和达到了离心萃取机容腔的重相按实际流比所占的体积，重相出液 就会在本级回流装置中的溶液收集腔7内逐渐增多，最终超过本级回流溶液 收集腔7的高差h，重相则会从重相收集口N60流出，完成本级回流过程。
增加本级回流装置后，离心萃取机三通管12主管口N8重相的流量为Q1， 三通管12旁管口N80重相的流量为Q11，重相实际总的进料流量为Q1+Q11， 轻相进料流量不变，轻相进口N2的流量仍为为Q2，内部实际流比为 (Q1+Q11):Q2，而回流流量Q11会一直在本级循环。离心萃取机外置本级 回流装置重相收集口N60的流量仍为Q1，轻相出口N3的流量仍为Q2，没有 改变离心萃取机工艺的实际进出流量。
若需要多级串联萃取时，如图5、6所示，图中软管13上的实心箭头为 液相的流向，回流管出口N7的液相流向本级离心萃取机重相进口N10的旁 管口N80进行回流继续萃取分离，经过本级回流后萃取分离得到的重相液体 再从重相出液管90的重相收集口N60流至下一级离心萃取机重相进口N10 的主管口N8，本级离心萃取机的轻相进口N2与下一级离心萃取机的轻相出 口N3联接，在该级离心萃取机内部萃取分离后，重相重复由进料管1进入 溶液收集腔7中，重复直至重相由最后一级离心萃取机的本级回流装置的小 流量相系收集口N6流出，即为最终的收液口。
应当说明的时，离心萃取机内部实际相比的确定，须根据待处理物料的 具体物理性能、两相密度差等因素决定。一旦内部实际相比确定后，可方便 通过调节高差h，调整回流的流量Q11，即可实现所需要的内部实际流比。