使不同比重液體相互接觸的設備的製作方法
2023-06-01 15:36:01 1
專利名稱：使不同比重液體相互接觸的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使不同比重液體相互接觸的設備，尤其涉及一種液體萃取器。
已知有幾種類型的柱形液體萃取器，它們是利用外加補充能量工作並且在待萃取液體之間獲得徑向混和。這些萃取器之一種有一個帶一根垂直中心轉動軸的垂直圓柱-塔柱，軸上裝有混和部件，即一排排的葉片或圓盤。轉動會使液體中的一種液體擴散到逆流的另一種液體中(呈連續相)。在這些柱形萃取器的某一些中，混和區域(級)是由沉降器(例如，填料層、多孔體、濾布網等)分隔開的。這些攪拌柱形萃取器的理論級數是每米2-7級，單位載荷為20-30m3/m2h。這些萃取器包括RDC(轉動圓盤式)、OLDSHUE-RUSTHON，SCHEIBEL KUHNI，REE(攪拌隔離室式)，在專業領域中已知的BTC-RDC(內折流管式)型萃取器(Chem.Ing.T.52.Fig.No.3.9.3)。還製造有帶偏心轉動軸的萃取器，該萃取器中對稱地配有轉動盤(例如LUWA-ARD萃取器)。它的理論級數是1-3/m，單位載荷能力為20m3/m2h。
已知還有一些柱形萃取器，在這些萃取器中，為了改善因有效接觸所導致的擴散效率，而用脈動器代替了攪拌。這些包括液體脈動和振動的萃取塔，在前一種萃取塔中，使用與塔柱連接的脈動器(例如活塞式脈動器)使在塔柱中逆流的液體產生脈動。脈動液體的經向混和，即發生一種液體擴散到另一種液體中的現象是因採用了設置在塔柱內的分散元件之故。這種分散元件可以是例如一種填料(英特怕克填料，鮑爾環、馬鞍形瓷填料)。這裡，單位載荷能力是15-25m/mh，理論級數是4～7/m，脈動率為700～1300mm/min(Chem.Ing.T.50.Fig.NO.5，15-19)。分散元件可以是將塔柱內室垂直分隔成多個隔離室的篩板(多孔圓盤)。它們的有效截面為20～30%，單位載荷能力為30-60m3/m2h，理論級數為4-7/m而脈動率為700-1500mm/min(Chem.Ing.T.50.Fig.No.5，19。)在振動型萃取塔中，液體被相互接觸在一起，通過多孔圓盤或篩板的上下振動而分散，這種振動是藉助於外部脈動器拉動一根公用杆產生的。已知最好的振動型萃取塔是KARR塔，其中，圓盤的有效截面積為50-60%，單位載荷能力是80-100m3/m2h，理論級數為3-6/m(Chem.Ing.T.50，No.5)。
脈動式非脈動承載萃取塔的單位載荷能力(m3/m2h)是基本一樣的，但液體的脈動可防止或至少大大地減少在非脈動填料塔中經常出現的溝流，而且它便於更新與連續相接觸的表面。可以用脈動來加強擴散，而且可以使理論級數加倍。但是脈動填料塔的缺陷在於它們對載荷的變化太敏感，不能適應對振幅的影響。另一個問題是偶爾存在於液體中的固狀顆粒會干擾萃取過程，填料及塔表面會受到汙染，因此，所描述的帶有脈動填料的塔不能用來萃取含有固狀顆粒的液體。
由於有規則脈動的結果，就形成了新的接觸表面，而且可以加強在脈動篩板(多孔圓盤型)萃取塔中的擴散，因此，與非脈動塔相比其每米的理論級數要高些，而且，即使與脈動填料塔相比，它們的理論級數也要高約25-30%。此外，單位載荷(m3/m2h)也可以利用脈動增加。但是，它的缺陷在於脈動篩板萃取塔的單位載荷能力範圍非常窄。另一個缺陷是，由於出現大量擴散，在某些情況下，特別是如果待萃取液體含有固狀顆粒，則有可能導致萃取過程中斷，形成一種緩慢澄清的穩定的乳化液。因篩板對雜質太敏感，故這些塔不適合於萃取含有固狀顆粒的液體。
通過使振動板型萃取塔(KARR)的多孔圓盤產生振動，可以使該塔(萃取器)的單位載荷(m3/m2h)得到明顯地增加(達到柱形萃取器中的最高值)，而且可以強化擴散，因此理論數將是很有利的。在中等或低表面應力的情況下，可以用這些塔來獲益。但是，使篩板振動所需要的機構比較複雜，因此與用於使液體脈動的機構相比要昂貴得多，而且其複雜程度隨塔徑的增加而增加。即使在這種情況下，仍然含有這樣的問題，即因大量擴散，特別是在含有固狀顆粒的液體中，可能產生阻礙萃取過程的緩慢澄清的乳化液。這些塔對雜質太敏感，故不適合於萃取含有固狀顆粒的液體。
一般說來，可以斷言以補充脈動能量操作的萃取塔的構造要比其它萃取器的構造簡單些，而且它們的投資成本只是攪拌型或其它型式例如離心式萃取器的幾分之一。
離心長逆流萃取器用於發酵工業中徹底萃取含有生物量的發酵液體。這種過時的設備有PODBIELNIAK和ROBATEL萃取器。它們的單位承載能力是可以接受的，但是理論級數太低，而且因為投資成本及操作成本都較高，故使用得越來越少。
根據另一種已知的方法(Westfalia)，利用真空滾筒篩可以從發酵液體中濾出大部分固狀顆粒，而含有不多的固狀顆粒(1-30%)的發酵液體則在逆流、自排放分離機中用兩個步驟萃取出來。這種高標準設備的投資成本和使用成本(包括操縱、維修、能耗量，備件)是非常高的。
近來，逆流萃取傾折器被用來徹底萃取自然發酵液體，其中，即使帶有很高(60%)的乾物質含量的發酵液體也可以未經預過濾就萃取。這些設備的操作相當簡單，萃取也非常有效，但它們的操作成本和投資都是非常高的。
本發明的目的在於實現一種使待接觸液體脈動的柱形設備，主要是一種適合於萃取的設備，這種設備構造簡單，投資成本低，單位載荷能力(m3/m2h)高，此外，理論級數/m和效率都很高。另外，該設備必須適合於經濟有效地萃取含有固狀顆粒的發酵液體，而不會在提取過程中於有效擴散和徑向混和條件下出現乳化液形成現象。
本發明是基於這樣的認識，即，如果脈動液體藉助於所裝有的將塔柱分隔成許多隔離室的元件的作用而受到導致剪切的分散效應的影響，而且液體得到充分的混和，那麼，利用有利的單位功率輸入是可以完成有效接觸的，阻塞和乳化液形成的危險也消除了，而且含有固狀顆粒的液體可以在該設備中得到萃取。根據另一種認識，剪切一分散和混和效應可以由設置在塔柱內具有彈性舌片的圓盤獲得，因為排列在圓盤面內的這些脈動彈性舌片會隨振動閥的振動而脈動起作用，它們可以通過剪切使隔離室中的液相分散並且使液相在隔離室中充分地沿徑向混和，但是，在剪切效應下擊碎液滴的情況會在完全沒有乳化液形成的情況下有效地產生。
基於上述認識，本發明的目的是用一種設備獲得的，這種設備有一個封閉的塔柱，該塔柱配置有通到上部以便導入重相的導管、通到下部以便導入輕相的導管，從下部接出以便排掉重相的導管，從上部接出以便排掉輕相的導管，液面控制和推力調節機構與排放重相的導管相連接，圍繞隔離室的分散和混和元件在塔術中處在相互上、下的位置，而脈動器與塔柱下部相連接，其特徵在於，有形成分散-混和元件的圓盤，所述圓盤具有可以在它們盤面上振動並且在振動過程中偏離圓盤面的彈性舌片，和一條縫隙沿舌片周緣延伸。該設備是由防腐材料製成。塔柱一般是圓柱形的。
根據一個作為例子的最佳實施例，沿舌片周緣延伸的縫隙寬0.05-1.00mm。當然，在舌片與底板連接處沒有縫隙。
根據本發明的另一準則，舌片在圓盤上排列成鋸齒構形，並且排在一條或幾條線上。
根據作為例子的另一最佳實施例，圓盤是由剛性板和具有彈性舌片的彈性板構成的。
本設備另一實施例的特徵在於，垂直於舌片的縱向在彈性舌片的上下側設置制動銷，該制動銷一般是適合於改變它們距舌片距離的杆柱。
藉助於代表本發明設備的某些最佳實施例和結構細節的附圖，對本發明詳細描述如下
圖1是作為例子給出的該設備一個最佳實施例的示意垂直截面圖，圖2是圖1所示設備的兩個圓盤和由它們圍繞著的一個隔離室的示意垂直截面圖，圖的比例作了放大。
圖3是圖2中沿標出的箭頭A方向所示的視圖;
圖4和圖5是設置在圓盤面上的舌片的另一個可能的設計;
圖6是圖1所示設備1比例放大的實施例，其中圓盤含有彈性舌片;
圖7是適於萃取發酵液體的設備的示意垂直截面圖。
圖1所示設備有一個具有一個下澄清室2和一個上澄清室3的塔柱1。圓柱形塔1中間部分的直徑分別小於同樣圓柱形的上、下澄清室3、2的直徑，中間部分10的高度幾倍於兩個澄清室的高度。垂直幾何中心線在圖1中標以X。
活塞式脈動器4與下澄清室2連接，容納活塞4a的外殼與從下澄清室伸出且在底部封閉著的管接頭2a連接。
垂直間隔距離為m的圓盤5設置在塔柱1的中間部分，它們將中間部分1a分成若干隔離室6。圓盤5的結構設計將會作進一步的描述。
在中間部分1a與下澄清室2的交接點附近，有一根導管7a在最下面的圓盤5的下方通入塔柱1內，以便導入輕相。在最上面的圓盤5的上方但在上澄清室的下方，有一根導管7b通入塔柱1內，以便導入重相。導管8從下澄清室2接出，平行於垂直幾何中心線X向上延伸，其上部與一個普通的液面控制和推力調節機構9連接，該機構的液箱9a經一根柔軟的導管段8a與剛性導管8相互連接。用於排出該設備萃取液的導管11經由一根同樣柔軟的導管段11a與液箱9a連接。液箱底部相對於導管7b的輸入口的位置，及由此導致的液面控制和推力調節功能都是通過升高或降低液箱的方式實現的。由於有柔軟導管段8a、11a，因此這種升高或降低是可能的。用於排放萃餘液的導管10從上澄清室3的上部接出。在圖1中用橫畫在導管上的短線表示閥的位置。
塔柱1的兩個圓盤5的配置和作用模式，以及圓盤5的結構設計都以放大的比例示於圖2和圖3。圖3清楚地顯示出，圓盤5是由兩個成鋸齒形扁平板的零件組成的，而鋸齒構形的舌片13a、13b互相鑲嵌在一起，從而在它們之間形成有一連續的Z形縫隙14，該縫隙的適宜寬度t為0.05至1.0毫米。為清晰起見，圓盤5的剛性板5b用陰影線表示，它的舌片13b不能有彈性位移。另一方面，彈性板5a的舌片13a在外力的作用下可以產生振動。彈性板可以由塑料或金屬製成，最好是由彈性耐酸鋼材、彈簧青銅(spring bronze)或類似的彈性金屬板製成。可以看出，在每個圓盤5上可以沿幾條線上設置若干對舌片13a，13b，這主要是在圓盤直徑較大時可以這樣配置。剛性板5b可以由例如瓷料製成。板的厚度主要取決於板材的類型。在舌片13a的振動過程中，圓盤5的有效橫截面會發生變化，而這種變化在操作過程中是需要的。為了限制舌片13a的振動，如圖2所示，在圓盤5的兩面垂直舌片13a的縱向安裝上剛性制動銷12。通過變換它們的位置，可以改變圓盤5的有效橫截面積。適宜的制動銷12是杆銷。
圖4試圖證明，如果圓盤5的舌片13a、13b是由彈性板製成的，那麼舌片可以用非常簡單的技術在一塊單一板上加工出來，這只需沿著適合於縫隙14的Z形線切割即可。(圖4僅示出圓盤5的一部分)。
圖6表明，對於在垂直幾何中心線X的兩側僅包括彈性舌片13a的圓盤5，在圓盤的上、下兩面各配置兩個制動銷12，因為限制擺動彈性舌片13a的振動對於兩舌片線來說是必需的。
如果有必要增加圓盤5的有效比截面，根據圖5(其中使用與圖3同樣的標號)，則可以沿一條弧線切掉彈性舌片13a的端部，即舌片13a比圖3和圖5所示實施例中的舌片短些，這樣，在圓盤5上除了有Z形縫隙14外，還有圓孔15，因為剛性板5b在舌片13a的端頭處已有半圓形的切口。孔15增加了圓盤5的有效比截面。
圖1-6所示設備的原理如下輕相和重相分別通過下面的導管7a和頂部的導管7b流進塔柱1內(可以注意到，液體的流動方向和脈動器4的脈動方向是用畫在圖1中導管上的箭頭標出的)。在描述圖2所示設備的運轉情況時，假定輕相含有待萃取的活性成分，則重相即是待萃取的成分。在比重差和脈動器4的影響下，用液面控制和推力調節機構調節的液體在重力場中逆流，即，重相向下流，而輕相向上流，因為後者向下流會將前者壓向上方。在逆流過程中，彈性舌片13a如圖2中虛線所示的那樣，在脈動液體(即外力)的作用下不斷地振動，將較濃的液體粉碎成剪切-分散液滴，從而產生分散相，而且在隔離室6的液相之間發生充分的徑向混合。液滴的形成是和緩的，液滴尺寸在肉眼看來是穩定的。在舌片13a振動過程中形成的孔的尺寸會自動地變化，這種變化取決於脈動率和單位載荷，而且舌片13a的運動受到制動銷12的限制。縫隙14內的高流速可以安全地防止阻塞現象(這種危險出現在現有的萃取器中，這時液體含有固相)。
轉回去參見圖1，塔柱1的上、下澄清室3、2中的液相分離僅僅是在重力影響下發生的。分離出活性成分的輕相萃餘液)通過導管10流出上澄清室3，而含有活性成分的重相(萃取液)通過從下澄清室2伸出的導管8流出塔柱1，並通過導管11從液面控制和推力調節機構的液箱9a流走。
圖7示出了與用於萃取自然發酵液有關的本發明設備。部分部件的標號用圖1中所用的同一標號。在這種情況下，導管7a從發酵罐16的液箱17接出，一個傳統的螺旋槳式攪拌混合器18插在該液箱內。導管7b用來導入溶劑，而促進萃取的液體通過通到自然發酵液的攜流導管7a的導管19、20流入系統中。
圖7所示設備的原理如下含有生物量的自然發酵液是輕相，用作溶劑的二氯甲烷，即萃取的液體是重相，因此，後者在頂部通過導管7b導入塔柱1內，而前者則在底部通過導管7a導入塔柱1內。塔柱1的載荷在8至17m3/m2h間變化，最佳的脈動率是0.6cm/s，溶劑與發酵液之比在1∶1和1∶2之間。通過啟動脈動器4，圓盤5的振動舌片會產生如圖1～6所描述的剪切-分散和徑向混合效應。使用本發明的設備，萃取效率超過95%，而且，即使在其他存在形成乳化液的危險情況下，仍可以萃取發酵液。在連續萃取過程中，隨萃餘液排出全部生物量，因此，萃取液中不再含有浮動的固體顆粒。因技術原因中斷操作對萃取不會有任何影響。
本發明的好處概述如下本發明的設備的承載能力較高，它對載荷變化不敏感，而且，由於減少了回混，因此在很寬的載荷範圍內都具有較高的效率。每米的理論圓盤數(級數)非常有利於降低塔柱高度的需要，這樣，空間要求較小，對勞力的需求及組裝的成本都要比具有同樣生產能力的已知設備的勞力需求及組裝成本小得多。在與一個理論級對應的設備容積內的二個明顯相位的必要滯留時間是非常短暫的，有利地影響萃取效率。設備運行所需要的能量(設有轉動部件)較低，但因結構簡單，故與設備操作及投資有關的成本指數也是很有利的。一個主要優點是，在操作過程中設備內沒有乳蝕液形成，而且，由於液體流過由振動舌片環繞著的可變寬度縫隙的速度很高，即使萃取含有固相的液體，也不會出現阻塞或停機的危險。這樣，含有生物量的自然發酵液體也可以用本發明的設備進行萃取。
本發明當然不是限制在作為例子給出的該設備的各實施例，而是可以在由權利要求所界定的保護範圍內以許多種方法來實現。
權利要求
1.一種使不同比重的液體相互接觸，特別是用於萃取液體的設備，它具有一個帶封閉室的塔柱(1)、一根通到上部以便導入重相的導管(7b)、一根通到下部以便導入輕相的導管(7a)、從下部接出以便排掉重相和從上部接出以便排掉輕相的導管(8，10)，液面控制和推力調節機構(9)與排掉重相的導管(8)連接，圍繞著隔離室的分散-混合元件在塔柱中處在相互上、下的位置，脈動器(4)與塔柱(1)的下部連接，其特徵在於，形成分散-混合元件的圓盤5在圓盤平面內具有能夠振動而且在振動過程中可以偏離圓盤面的舌片(13a)和沿著舌片(13a)的周邊延伸的縫隙(14)。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，縫隙(14)的寬度t為0.05～1.0mm。
3.如權利要求1或2所述的設備，其特徵在於，呈鋸齒構形的舌片(13a)在圓盤(5)上排列在一條或幾條線上。
4.如權利要求1-3中任一項所述的設備，其特徵在於，圓盤5是由剛性板(5b)和含有彈性舌片(13a)的彈性板(5a)構成的。
5.如權利要求1-4中任一項所述的設備，其特徵在於制動銷(12)垂直於舌片(13a)的縱向設置在彈性舌片(13a)上、下側。
6.如權利要求5所述的設備，其特徵在於，制動銷適合於改變它們距舌片(13a)的距離。
全文摘要
本發明設備有一帶封閉室的塔柱1，一通到上部以便導入重相的導管7b，一通到下部以便導入輕相的導管7a，從下部接出以便排掉重相和從上部接出以便排掉輕相的導管8，10，液面和推力調節機構9與排放重相的導管連接。圍繞隔離室的分散—混合元件在塔柱1中處在相互上、下位置。脈動器4與塔柱1的下部連接。分散—混合元件由圓盤5形成，其盤面內有可振動舌片，在振動時舌片可偏離圓盤面，而縫隙14沿舌片13a的周邊延伸。
文檔編號B01D11/04GK1048808SQ9010484
公開日1991年1月30日 申請日期1990年7月20日 優先權日1989年7月20日
發明者伊斯特萬·陶卡奇, 久拉·貝斯澤迪斯, 彼得·魯道夫, 捷爾吉·潔布裡 申請人:裡克特吉迪恩韋耶斯澤提賈爾公司