错流式膜组件制造技术

本发明专利技术描述了液－液萃取元件。液－液萃取元件包括第一层对和设置成邻近所述第一层对的第二层对，以形成层叠件。所述第一层对包括第一聚合物微孔膜和以第一流动方向取向的第一流动通道层，所述第一流动方向上具有设置在所述萃取元件第一相对侧上的流体入口和流体出口。所述第二层对包括第二聚合物微孔膜和以第二流动方向取向的第二流动通道层，所述第二流动方向不同于所述第一流动方向并具有设置在所述萃取元件第二相对侧上的流体入口和流体出口。所述第一微孔膜设置在所述第一流动通道与所述第二流动通道之间。本发明专利技术还描述了将已溶解的溶质从第一液体萃取到第二液体的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】错流式膜组件
技术介绍
本公开涉及错流式膜组件及用其将已溶解溶质从第一液体萃取到 第二液体的系统。液-液萃取是一种将第一液体中的已溶解溶质转移到与第一液体 基本不混溶的第二液体中的常用技术。第一液体中溶质的溶液通常被 称为"进料溶液"，第二液体通常被称为"萃取剂"或"液体萃取剂"。 当进料溶液与液体萃取剂接触时，溶质会趋向于根据该溶质在两种液 体中的相对溶解度在这两种液体之间进行自我分配。一种实现液-液萃取的传统方法是直接混合进料溶液和液体萃取 剂。遗憾的是，该技术通常更引起混合物中形成永久的分散体或乳状 液，致使萃取工艺在时间和最终结果方面的效率都极为低下。已经开发出一种微孔膜萃取方法，以解决上述分散体等问题。具 体地讲，微孔膜一面通常与进料溶液接触，而其另一面与液体萃取剂 接触。从而在微孔膜的微孔内形成进料溶液与液体萃取剂之间的液-液 界面，溶质通过该界面迸行转移。通过微孔膜在进料溶液与液体萃取剂之间形成粗略分离，这一想 法已被证明是可行的。但是，在工业环境中，微孔膜液-液萃取的可行 性通常取决于萃取速度(其又取决于微孔膜提供的液-液界面表面积) 和在膜被损坏或污染的情况下替换膜的难易程度。传统的微孔膜液-液 萃取装置和方法使用具有有限液-液界面表面积的设计，这样不利于膜 的替换。这些固有的低效性影响了微孔膜萃取的大规模商业应用。许多商业应用(例如，从发酵的进料液中获取乙醇)使用微孔膜 液-液萃取技术可获得有益效果。因此，需要采用可维持高性价比的微 孔膜的高生产率液-液萃取系统。
技术实现思路
本专利技术提供了错流式膜组件以及用其将已溶解溶质从第一液体萃 取到第二液体的系统。在一些实施例中，这些膜组件可用于将已溶解 的溶质(诸如乙醇)从第一液体(诸如水)中优先萃取到第二液体。本专利技术的一个方面涉及液-液萃取元件，该元件包括第一层对和第 二层对，该第二层对设置成与所述第一层对邻近以形成层叠层。所述 第一层对包括第一聚合物微孔膜和以第一流动方向取向的第一流动通 道层，所述第一流动方向上具有设置在所述萃取元件第一相对侧上的 流体入口和流体出口。所述第二层对包括第二聚合物微孔膜和以第二流动方向取向的第二流动通道层，所述第二流动方向不同于所述第一 流动方向并具有设置在所述萃取元件第二相对侧上的流体入口和流体 出口 。所述第一微孔膜设置在所素第一流动通道与所述第二流动通道 之间。本专利技术的另一方面涉及将已溶解溶质从第一液体萃取到第二液体 的方法。该方法包括提供液-液萃取元件，使具有已溶解溶质的第一 液体流过所述第一流动通道层，使第二液体流过所述第二流动通道层， 然后通过第一和第二微孔膜将所述溶质从所述第一液体转移到所述第 二液体中。所述萃取元件包括多个第一层对和多个第二层对，每个第 二层对交替在第一层对之间交替，从而形成层叠件。所述第一层对包 括第一聚合物微孔膜和以第一流动方向取向的第一流动通道层，第一 流动方向上具有设置在所述萃取元件第一相对侧上的流体入口和流体 出口。所述第二层对包括第二聚合物微孔膜和以第二流动方向取向的 第二流动通道层，第二流动方向不同于所述第一流动方向并具有设置 在所述萃取元件第二相对侧上的流体入口和流体出口 。所述第一微孔膜设置在所述第一流动通道与所述第二流动通道之间。上述
技术实现思路
并非旨在描述本专利技术所公开的每个实施例或本公开 的每项具体实施。以下附图具体实施方式和实例更具体地举例说明 了这些实施例。附图说明结合附图对本公开的各种实施例所做的以下详细描述将有利于更完整地理解本专利技术，其中图1为示例性错流式膜组件的示意透视图2为设置在框架内的示例性错流式膜组件的示意透视图3A为示例性错流式膜组件壳体的示意性剖视图3B为设置在组件壳体内的示例性错流式膜组件的示意性剖视图；以及图4为示例性液-液萃取工艺的示意性流程图。虽然本专利技术可有各种修改和替代形式，但其具体特点将通过附图 中实例的方式示出并详尽叙述。然而应当理解，其目的不在于将本发 明限定为所述具体实施例。相反，其目的在于涵盖本专利技术精神和范围 内的所有修改形式、等同物及替代形式。具体实施例方式本专利技术提供错流式膜组件以及用其将已溶解的溶质从第一液体萃 取到第二液体的系统。对于以下己定义的术语，这些定义适用于本说明，除非在权利要 求书中或在本说明书中另外给出了不同的定义。由端点表述的数值范围包括包含在该范围内的所有数值(例如， 1-5包括1、 1.5、 2、 2.75、 3、 3.80、 4和5)。本说明书和附加权利要求书中使用的单数形式"一"和"所述/该" 包括复数指示物，除非内容明显指示其它。因此，例如，提及包含"一 层"的组合物时，可包括两层或更多层。本说明书和附加权利要求书 中使用的术语"或"的含义通常包括"和/或"，除非内容明显指示其 它。除非另外指明，否则应当将本说明书和权利要求书中用来表达数 量、特性的量度等的所有数字理解为在所有实例中由术语"约"来修 饰。因此，除非有相反的指示，否则上述说明书和附加权利要求书中 列出的数值参数均为近似值，且根据本领域内的技术人员利用本专利技术 的教导内容获得的所需特性而可以有所变化。在最低程度上且不试图 限制等同原理在本权利要求书的范围内的应用，应至少按照所报告有 效位的数字并应用普通四舍五入法来解释每个数值参数。尽管列出本 专利技术广义范围的数值范围和参数为近似值，但尽可能精确地报告在具 体实例中列出的数值。然而，任何数值均固有地包含各自测试量度中 存在的标准偏差必然导致的某些错误。在许多实施例中，液-液萃取组件包括多孔膜薄片，这些薄片与波 纹形薄膜片交替分层设置，形成层叠件。隔离层中的波纹可作为流动 通道，供流体在多孔膜的任一面流过，并向层叠件的外部开放。在一 些实施例中，每个波纹层与紧靠其上或其下的波纹层成九十度方向。 在一层的多孔膜与其下(以波纹凹槽的方向并沿相对面)的波纹层之 间形成的侧密封件引导流体沿凹槽方向流动，并阻止其横向流动。在 一些实施例中，层之间的封边可为粘合剂密封条或声波密封条或热密 封条。如此可形成双向液-液萃取流组件，其中第一流体以第一流动方 向流过组件，并流过波纹间隔层和每隔一层的多孔膜，从而在一面均 匀地接触多孔膜层；第二流体以第二流动方向(通常与第一流动方向 正交)流过液体萃取组件，并流过与第一流体流过的波纹间隔层交替 的波纹间隔层，从而在另一面均匀地接触多孔膜层。在许多实施例中，液体萃取组件的设计和构造方式适合正方形框 架和/或壳体内，该框架和/或壳体在液体萃取组件的四个侧面(边缘) 上具有歧管。流体在两个垂直侧进入壳体时可在入口歧管处分流到所有层，流过液体萃取组件，并在出口歧管处汇集。可以沿液体萃取组 件与壳体之间的角形成密封，以阻止两种流体迂回或直接相互接触。 例如，密封可为注塑泡沫或软橡胶。因此，两种流体只有通过多孔膜 的孔才能相互接触。在许多实施例中，进料溶液和萃取剂的流体通道均匀地穿过液体 萃取组件的横截面。在一些实施例中，壳体为刚性，且组件装配在壳 体内以使得流体压力施加到组件上时组件的伸展程度最小。可对每种 流体维持两种不同的压力。对于不混溶流体的膜萃取，要对不润湿多 孔膜的流体维持较大的压力。利用以上述方式设计的萃取组件，可以用最低的成本获得很大的 多孔膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液－液萃取元件，包括：第一层对，其包括：第一聚合物微孔膜；以及　第一流动通道层，其以第一流动方向取向，在所述第一流动方向上具有设置在所述萃取元件第一相对侧上的流体入口和流体出口；第二层对，其设置成邻近形成层叠件的所述第一层对，所述第 二层对包括：第二聚合物微孔膜；以及　第二流动通道层，其以第二流动方向取向，所述第二流动方向不同于所述第一流动方向并具有设置在所述萃取元件第二相对侧上的流体入口和流体出口；其中，所述第一微孔膜设置在所述第一流动通道与所述第二流动通道之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：加里W斯库卡，丹L范泽洛，托德W约翰逊，尼古拉斯J埃斯德，布拉德利K冯，迈克尔D别吉切，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]