外旋流限流道膜分離器及其用于乳狀液膜破乳的方法
【專利摘要】外旋流限流道膜分離器及其用于乳狀液膜破乳的方法，屬于化學工藝及化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括圓管外殼、乳液出口、內(nèi)水相料液出口、膜分離管、限流道旋流板、測壓口以及物料進口，圓管為圓柱形空心管；乳液出口水平設(shè)置在圓管的下部；內(nèi)水相料液出口設(shè)置在圓管的底部中心位置；膜分離管設(shè)置在圓管的內(nèi)部，且與圓管的橫截面圓同圓心設(shè)置；限流道旋流板沿著膜分離管的外側(cè)，呈螺旋狀設(shè)置在膜分離管的外側(cè)、圓管的內(nèi)側(cè)；物料進口水平設(shè)置在圓管的上部，且與乳液出口相平行。本發(fā)明可強制乳液做等螺距、即在各個螺旋板間作近似等速的旋轉(zhuǎn)運動，使乳液以最初進入膜分離器的狀態(tài)運行，運行時間長，破乳率高，可開發(fā)應(yīng)用于破乳的實際生產(chǎn)中。
【專利說明】
外旋流限流道膜分離器及其用于乳狀液膜破乳的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于化學工藝及化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及到一種外旋流限流道膜離 器乳狀液膜破乳的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 乳狀液膜分離技術(shù)是一種從廢水中回收重金屬離子的有效方法，但乳狀液膜破乳 是從內(nèi)水相提取回收的重金屬離子及乳液從新利用的關(guān)鍵。乳液破乳的方法有靜置法、蒸 饋法、等離子體法、電破乳法、微波福射法、超聲波破乳法、離屯、破乳法、電解質(zhì)法、化學破乳 劑破乳法、生物破乳法、研磨破乳法、膜分離法等。靜置法工藝及設(shè)備比較簡單，但破乳時間 較長，盛裝乳液的罐體較大、較多，乳液使用量亦較大。蒸饋法能耗較高，在互不相溶二組分 體系中產(chǎn)生恒沸混合物時，蒸饋法不能將其徹底分開。等離子法電耗較高、設(shè)備費用較高。 電破乳法要求高電場強度，電耗量大，危險性很高。微波福射破乳法短時間內(nèi)可能產(chǎn)生高 溫，對溫度無法控制，容易破壞有機相活性。同時，操作不當，微波福射容易對身體造成一定 影響，成本高，能耗大，經(jīng)濟效益低。超聲波破乳法成本高，一般在實驗室使用，很少用于工 業(yè)過程。離屯、破乳法處理乳液數(shù)量小，乳液量大時很難處理，對操作設(shè)備要求高，操作局限 性較大。電解質(zhì)法破乳一定程度上會改變表面活性劑的性質(zhì)。化學破乳法對液膜來講適用 性較差，因為液膜要重復(fù)利用，加入破乳劑后，下次再制乳時，乳狀液就變得很不穩(wěn)定。生物 破乳法對微生物的菌種、菌齡的篩選較為困難，是生物破乳的難點。研磨破乳法對絮狀物破 乳較為適宜，對乳狀液膜適用性差。過濾法是一種常采用的簡單的破乳方法，其缺點是破乳 不完全，乳狀液粘度大時常常發(fā)生堵塞。其中的外旋流膜分離方法比較高效，也有學者進行 詳細研究，但其缺點是分離器運行時間短，膜孔易發(fā)生堵塞。研究發(fā)現(xiàn)，利用外旋流膜分離 方法破乳相對有效，其運行有一定技術(shù)問題，清洗頻率較高，效率較低。原因是當乳狀液通 過外旋流膜分離器時，剛開始乳液W螺旋狀運動軌跡運行，隨著有內(nèi)水相分出，乳液做螺旋 運動的阻力加大，又由于乳液自身重力因素，乳液在分離器內(nèi)的運動軌跡發(fā)生巨大變化，乳 液流速下降，乳液之間、乳液與膜管壁碰撞機會及摩擦力減小，致使外旋流分離器破乳效率 快速降低，并且隨著膜分離管的長度增加分離效率下降得更為明顯。同時，由于乳液運動軌 跡及運動速度發(fā)生變化，乳液會造成部分膜孔堵塞，并隨膜分離管增長賭塞加重，裝置正常 運行的時間變得更短。因此現(xiàn)有技術(shù)當中亟需要一種新型的技術(shù)方案來解決運一問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種外旋流限流道膜分離器及其用于乳狀液 膜破乳的方法，強制乳液作等螺距、即在各個螺旋節(jié)間作近似等速的旋轉(zhuǎn)運動，使乳液W最 初進入膜分離器的狀態(tài)運動，使分離過程持續(xù)時間更長，并可開發(fā)應(yīng)用于破乳的實際生產(chǎn) 中。
[0004] 外旋流限流道膜分離器，其特征是:包括圓管外殼、乳液出口、內(nèi)水相料液出口、膜 分離管、限流道旋流板、測壓口 W及物料進口，所述圓管外殼為圓柱形空屯、管;所述乳液出 口水平設(shè)置在圓管外殼的下部;所述內(nèi)水相料液出口設(shè)置在圓管外殼的底部中屯、位置;所 述膜分離管設(shè)置在圓管外殼的內(nèi)部，且與圓管外殼的橫截面圓同圓屯、設(shè)置;所述限流道旋 流板沿著膜分離管的外側(cè)，呈螺旋狀設(shè)置在膜分離管的外側(cè)，圓管外殼的內(nèi)側(cè);所述測壓口 設(shè)置在圓管外殼的頂部;所述物料進口水平設(shè)置在圓管外殼的上部，與圓管外殼成切線焊 接，且與乳液出口相平行。
[0005] 外旋流限流道膜分離器用于乳狀液膜破乳的方法，其特征是:應(yīng)用設(shè)置有外旋流 限流道膜分離器的外旋流管式過濾裝置，包括反清洗液罐、待破乳原料罐、料液循環(huán)累、抽 濾瓶、料液瓶、流量計、膜分離器、真空調(diào)節(jié)閥、緩沖瓶、破乳后乳液罐W及真空累，所述反清 洗液罐和待破乳原料罐通過管路和料液循環(huán)累與膜分離器連接，且管路上設(shè)置有流量計； 所述膜分離器的測壓口與料液瓶連接，膜分離器的乳液出口與破乳后乳液罐連接;所述料 液瓶通過管路與抽濾瓶連接;所述抽濾瓶上設(shè)置有導(dǎo)管，導(dǎo)管的一側(cè)設(shè)置在緩沖瓶內(nèi)部;所 述緩沖瓶上設(shè)置有真空調(diào)節(jié)閥W及通過導(dǎo)管連接的真空累；
[0006] 應(yīng)用所述外旋流管式過濾裝置進行乳狀液膜破乳的方法，包括W下步驟，
[0007] 步驟一、檢查管路楊通和氣密性，向反清洗液罐和待破乳原料罐中加料；
[0008] 步驟二、開啟料液循環(huán)累和真空累，節(jié)流量計，使乳液的流量穩(wěn)定在30ml/min~ 80ml/min；
[0009] 步驟Ξ、待破乳液經(jīng)過料液循環(huán)累的作用，經(jīng)外旋流限流道膜分離器的物料進口 進入膜分離器內(nèi)部，并在膜分離器內(nèi)沿限流道旋流板做螺旋運動;液珠間及液珠與膜分離 管的壁面相互碰撞與摩擦，至乳狀液膜破損；
[0010] 步驟四、內(nèi)水相料液經(jīng)壓力作用，從膜孔中透過膜分離管，并從內(nèi)水相料液出口流 入料液瓶及抽慮瓶中，破乳后的乳液從乳液出口中流入破乳后乳液罐中；
[0011] 步驟五、連續(xù)運行化~化后，待系統(tǒng)壓差接近-9.4kPa，內(nèi)水相料液出口中物料流 出量變小，按停料液循環(huán)累及真空累；
[0012] 步驟六、分離完畢后，對膜分離管進行反清洗，調(diào)節(jié)裝置中的真空調(diào)節(jié)閥，至反清 洗液罐中的清水或有機溶劑從內(nèi)水相料液出口中進入膜分離器，并通過膜分離管的孔隙， 洗出孔內(nèi)的乳液至系統(tǒng)的壓力與膜分離管初次使用的壓力值相同，反清洗結(jié)束。
[0013] 通過上述設(shè)計方案，本發(fā)明可W帶來如下有益效果：一種外旋流限流道膜分離器 及其用于乳狀液膜破乳的方法，強制乳液在分離器內(nèi)作等螺距、即在各個螺旋板間作近似 等速的旋轉(zhuǎn)運動，使乳液W最初進入膜分離器的狀態(tài)運動，使裝置運行時間變長，并可應(yīng)用 于破乳的實際生產(chǎn)中；由于乳狀液膜為有機相，具有一定黏度，膜管上的孔隙容易被有機相 堵塞，外旋流限流道膜分離器破乳時，在膜分離器內(nèi)部的各處，高速運動的乳液對膜管有很 好的自清洗功能，透過性更好，有較好的破乳效果。
【附圖說明】
[0014] W下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明：
[0015] 圖1為本發(fā)明外旋流限流道膜分離器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明外旋流限流道膜分離器俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明外旋流限流道膜分離裝置組成圖。
[001引圖中1-乳液出口、2-內(nèi)水相料液出口、3-膜分離器、4-限流道旋流板、5-測壓口、6- 物料進口、7-反清洗液罐、8-待破乳原料罐、9-料液、10-抽濾瓶、11-料液瓶、12-流量計、13- 膜分離器、14-真空調(diào)節(jié)閥、15-緩沖瓶、16-破乳后乳液罐、17-真空累、18-圓管外殼。
【具體實施方式】
[0019] -種外旋流限流道膜分離器及其用于乳狀液膜破乳的方法，如圖1和圖2所示，外 旋流限流道膜分離器，包括圓管外殼18、乳液出口 1、內(nèi)水相料液出口 2、膜分離管3、限流道 旋流板4、測壓口 5W及物料進口 6,所述圓管外殼18為圓柱形空屯、管;所述乳液出口 1水平設(shè) 置在圓管外殼18的下部;所述內(nèi)水相料液出口 2設(shè)置在圓管外殼18的底部中屯、位置;所述膜 分離管3設(shè)置在圓管外殼18的內(nèi)部，且與圓管外殼18的橫截面圓同圓屯、設(shè)置;所述限流道旋 流板4沿著膜分離管3的外側(cè)，呈螺旋狀設(shè)置在膜分離管3的外側(cè)，圓管外殼18的內(nèi)偵所述 測壓口 5設(shè)置在圓管外殼18的頂部;所述物料進口 6水平設(shè)置在圓管外殼18的上部，與圓管 外殼18成切線焊接，且與乳液出口 1相平行。
[0020] 如圖3所示，應(yīng)用設(shè)置有外旋流限流道膜分離器的外旋流管式過濾裝置，包括反清 洗液罐7、待破乳原料罐8、料液循環(huán)累9、抽濾瓶10、料液瓶11、流量計12、膜分離器13、真空 調(diào)節(jié)閥14、緩沖瓶15、破乳后乳液罐16W及真空累17,所述反清洗液罐7和待破乳原料罐8通 過管路和料液循環(huán)累9與膜分離器13連接，且管路上設(shè)置有流量計12;所述膜分離器13的測 壓口 5與料液瓶11連接，膜分離器13的乳液出口 1與破乳后乳液罐16連接;所述料液瓶11通 過管路與抽濾瓶10連接;所述抽濾瓶10上設(shè)置有導(dǎo)管，導(dǎo)管的一側(cè)設(shè)置在緩沖瓶15內(nèi)部;所 述緩沖瓶15上設(shè)置有真空調(diào)節(jié)閥14W及通過導(dǎo)管連接的真空累17;
[0021] 應(yīng)用所述外旋流限流道膜分離裝置進行乳狀液膜破乳的方法，包括W下步驟，
[0022] 步驟一、檢查管路楊通和氣密性，向反清洗液罐7和待破乳原料罐8中加料；
[0023] 步驟二、開啟料液循環(huán)累9和真空累17,調(diào)節(jié)流量計12,使乳液的流量穩(wěn)定在30ml/ min~80ml/min;
[0024] 步驟Ξ、待破乳液經(jīng)過料液循環(huán)累9的作用，經(jīng)外旋流限流道膜分離器的物料進口 6進入膜分離器13內(nèi)部，并在膜分離器13內(nèi)沿限流道旋流板4做螺旋運動;液珠間及液珠與 膜分離管3的壁面相互碰撞與摩擦，至乳狀液膜破損；
[0025] 步驟四、內(nèi)水相料液粘度小，流動性好，在壓力作用下從膜孔中透過膜分離管3,并 從內(nèi)水相料液出口2流入料液瓶11及抽慮瓶10中，破乳后的乳液從乳液出口 1中流入破乳后 乳液罐16中，緩沖瓶15主要是維持系統(tǒng)中壓力穩(wěn)定；
[0026] 步驟五、連續(xù)運行一定時間后，待系統(tǒng)壓差變大，或內(nèi)水相料液出口 2中物料流出 量變小，按停料液循環(huán)累9及真空累17;
[0027] 步驟六、分離完畢后，對膜分離管3進行反清洗，調(diào)節(jié)裝置中的真空調(diào)節(jié)閥14,至反 清洗液罐7中的清水或有機溶劑從內(nèi)水相料液出口 2中進入膜分離器13,并通過膜分離管3 的孔隙，洗出孔內(nèi)的乳液至系統(tǒng)的壓力與膜分離管3初次使用的壓力值相同，反清洗結(jié)束。
[0028] W回收水中化的乳狀液膜為研究對象進行破乳研究。
[0029] 下表為不同壓力下外旋流限流道膜分離器連續(xù)運行時間
[0030]
[0031] 由表1可W看出，本發(fā)明無限流道的膜分離器運行時間遠小于有限流道的分離器。 并且，外旋流限流道膜分離器可連續(xù)工作6小時W上。6小時后膜的堵塞比較嚴重，需要反沖 洗，即停止進料，關(guān)閉出料口，清水或有機溶劑從膜分離器出液口進水，水流經(jīng)過膜孔，將膜 管孔隙附著的有機相沖走，從進料口排出。當膜分離器內(nèi)流量和壓力達到初始狀態(tài)即為反 清洗狀態(tài)結(jié)束。
[0032] 由于乳狀液膜外部為有機相，具有一定黏度，膜管上的孔隙容易被有機相堵塞，外 旋流限流道膜分離器破乳時，乳液運動速度較快，對膜管進行沖刷，有很好的自清洗功能， 有較好的破乳效果。但當生產(chǎn)負荷較大，提高破乳量時，就需要提高膜面積，其辦法一是加 大管徑，但受承受壓力及膜管加工水平的限制，管徑不能要多大有多大；二是加長膜管長 度，但當管長度增加后，物料流動狀況有較大變化。當膜管較長時，漿體剛進入膜管環(huán)隙時 處于旋轉(zhuǎn)流狀態(tài)，具有離屯、、切線沖洗的能力。當乳液流入膜管的后部分時，由于乳液本身 有一定黏度，再加上旋流的能量損失，乳液運動路線發(fā)生變化，基本轉(zhuǎn)變成軸向流動，越靠 近出口端越接近層流，也就會失去旋流的作用，致使破乳效率降得很低。外旋流限流道膜分 離器的結(jié)構(gòu)、原理有較大優(yōu)勢，并可開發(fā)應(yīng)用于破乳實際生產(chǎn)中。
【主權(quán)項】
1. 外旋流限流道膜分離器，其特征是:包括圓管外殼（18)、乳液出口（1)、內(nèi)水相料液出 口（2)、膜分離管(3)、限流道旋流板(4)、測壓口（5)以及物料進口（6)，所述圓管外殼（18)為 圓柱形空心管;所述乳液出口（1)水平設(shè)置在圓管外殼（18)的下部;所述內(nèi)水相料液出口 (2)設(shè)置在圓管外殼（18)的底部中心位置;所述膜分離管(3)設(shè)置在圓管外殼（18)的內(nèi)部， 且與圓管外殼（18)的橫截面圓同圓心設(shè)置;所述限流道旋流板(4)沿著膜分離管（3)的外 偵I呈螺旋狀設(shè)置在膜分離管(3)的外側(cè)，圓管外殼（18)的內(nèi)側(cè);所述測壓口（5)設(shè)置在圓管 外殼（18)的頂部;所述物料進口（6)水平設(shè)置在圓管外殼（18)的上部，與圓管外殼（18)成切 線焊接，且與乳液出口（1)相平行。2. 外旋流限流道膜分離器用于乳狀液膜破乳的方法，其特征是:應(yīng)用設(shè)置有外旋流限 流道膜分離器的外旋流管式過濾裝置，包括反清洗液罐(7)、待破乳原料罐(8)、料液循環(huán)栗 (9)、抽濾瓶（10)、料液瓶（11)、流量計（12)、膜分離器（13)、真空調(diào)節(jié)閥（14)、緩沖瓶（15)、 破乳后乳液罐(16)以及真空栗（17)，所述反清洗液罐(7)和待破乳原料罐(8)通過管路和料 液循環(huán)栗(9)與膜分離器（13)連接，且管路上設(shè)置有流量計（12);所述膜分離器（13)的測壓 口（5)與料液瓶（11)連接，膜分離器（13)的乳液出口（1)與破乳后乳液罐（16)連接;所述料 液瓶（11)通過管路與抽濾瓶（10)連接;所述抽濾瓶（10)上設(shè)置有導(dǎo)管，導(dǎo)管的一側(cè)設(shè)置在 緩沖瓶（15)內(nèi)部;所述緩沖瓶（15)上設(shè)置有真空調(diào)節(jié)閥（14)以及通過導(dǎo)管連接的真空栗 (17)； 應(yīng)用所述外旋流管式過濾裝置進行乳狀液膜破乳的方法，包括以下步驟， 步驟一、檢查管路暢通和氣密性，向反清洗液罐(7)和待破乳原料罐(8)中加料； 步驟二、開啟料液循環(huán)栗(9)和真空栗（17 )，節(jié)流量計（12 )，使乳液的流量穩(wěn)定在30ml/ min~80ml/min; 步驟三、待破乳液經(jīng)過料液循環(huán)栗（9)的作用，經(jīng)外旋流限流道膜分離器的物料進口 (6)進入膜分離器（13)內(nèi)部，并在膜分離器（13)內(nèi)沿限流道旋流板(4)做螺旋運動;液珠間 及液珠與膜分離管(3)的壁面相互碰撞與摩擦，至乳狀液膜破損； 步驟四、內(nèi)水相料液經(jīng)壓力作用，從膜孔中透過膜分離管(3)，并從內(nèi)水相料液出口（2) 流入料液瓶（11)及抽慮瓶（10)中，破乳后的乳液從乳液出口（1)中流入破乳后乳液罐（16) 中； 步驟五、連續(xù)運行3h~6h后，待系統(tǒng)壓差接近-9.4kPa，內(nèi)水相料液出口（ 2)中物料流出 量變小，按停料液循環(huán)栗(9)及真空栗(17); 步驟六、分離完畢后，對膜分離管(3)進行反清洗，調(diào)節(jié)裝置中的真空調(diào)節(jié)閥（14)，至反 清洗液罐(7)中的清水或有機溶劑從內(nèi)水相料液出口（ 2)中進入膜分離器(13 )，并通過膜分 離管(3)的孔隙，洗出孔內(nèi)的乳液至系統(tǒng)的壓力與膜分離管(3)初次使用的壓力值相同，反 清洗結(jié)束。
【文檔編號】B01D65/02GK105833569SQ201610269665
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】石秀敏, 溫春陽, 單紹雷, 楊永恒, 王樹江, 張國馗
【申請人】長春工業(yè)大學