[实用新型]一种微流体萃取‑反萃连续多功能反应装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微流体萃取-反萃连续多功能反应装置，属于化工设备技术领域。

背景技术

传统的常规萃取需要在搅拌槽中进行萃取，然后在澄清池中分相。搅拌过程能耗极大，为获得较好的萃取效果，通常通过增大搅拌转速来提高传质，但经常会伴随乳化现象的产生。常规萃取分相过程中分相时间长达数分钟，若萃取过程出现乳化，则分相困难，降低生产效率，甚至会中断生产过程。同时由于萃取剂挥发、有机相易燃等原因使得萃取剂用量和耗量也很大的同时还易存在火灾隐患。自20世纪90年代以来，纳米材料以及微电子机械系统的发展，引起了研究者对小尺度或快速过程的极大兴趣。随着微细加工技术的发展，具有微细结构的微化工设备在化学分析、萃取以及化学工程等领域的应用受到了人们的极大关注。

相比于常规萃取，微流体萃取技术具有以下优势：①萃取剂用量和耗量可大大减少。②减少甚至避免共萃，萃取效率高。③萃取过程中不易出现乳化现象。④萃取过程在封闭的微通道中进行，不与空气接触，且萃取剂使用量少，从而安全性得到大大提高。在微流体萃取过程中，由于微通道中不相溶两相难以分相，使得萃取结束后的负载有机相和萃余液需要在类似澄清槽的装置中静置分离后才能开始反萃过程。而分相过程不仅耗时大而且使得操作不连续，降低操作效率。为进一步提高操作效率可通过在萃取过程的末端安装一个快速分相的Y型装置使得萃取和反萃过程可持续的连续进行。

通常，常规萃取反应主要是在混合澄清槽中进行。工业中提高萃取反应速率的方法主要是通过提高搅拌强度的方式进行，很少用到超声波强化。而相比于常规萃取设备，微反应器设备结构精巧，占地面积小，便于组合安装。合理的排布微反应器组合，可以充分利用超声波来提高两相混合效果，进而提高萃取效率。

在常规萃取过程中，由于有机相中的稀释剂常为有机物，易燃易挥发，故而不宜通过提高萃取反应温度的方法来加速萃取反应，而且，在庞大的常规萃取设备上添加控温系统比较困难，也不易操作。但对于体积极小的密闭微反应器或排布紧凑的微反应器组合，微通道中的少量有机相未能与空气直接接触。因此，对其添加温度场是比较容易实现的，同时也是比较安全的。

利用微流体技术萃取分离金属离子的方法虽已见报道，但其方法都不能较好实现微流体萃取-反萃连续操作过程，也没有较好结合超声波场和温度场来促进离子的传质过程，提高离子的萃取效率。比如在《一种超声波管道化萃取铜离子的方法（申请号：201610332425 .1）》中，尽管加入了超声波强化萃取及反萃过程，但未能考虑施加温度场强化其过程，并且该方法中的分相过程仍然是通过传统的分相设备——澄清槽来分相。该方法利用的是两相密度差异，通过静置分层，存在分相时间长的缺点。而在《一种萃取分离In和Fe、Zn的微流体萃取方法（申请号：201310034791.5）》的方法中，两相流体在微通道中以层流流型流动，过程中没有外场强化萃取过程。在其Y型出口处主要利用“V”型结构来强行使层流流动的两相分离，分相不彻底，如果针对段塞流流型的流体则完全不能将两相分离，并且该方法没有涉及萃取-反萃连续操作，仅仅只是涉及萃取过程。对于《一种分段流型微流体萃取分离铜和铁、锌的方法（申请号：201510739776.X）》，该方法完全不能实现两相的分离，其分相原理是利用两相密度差实现静置分层，且过程中不涉及外场强化。

如能实现微流体萃取-反萃的连续操作将能极大的缩短操作时间，提高产能，在此基础上施加外场，比如温度场、超声场等，对过程进行强化可提高金属离子的萃取效率。这也是目前微流体萃取过程中需要解决的关键问题之一。目前的微流体萃取金属离子的方法中还未能实现萃取、反萃这两个工序的连续操作，其分相过程仍然是依据两相密度差异下的静置分层，分相时间较长，特别是针对两相密度差异较小的液体时，分相将会更加困难；其次，并没有考虑到利用温度场来促进萃取-反萃过程。