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萃取设备

萃取设备是一类用于萃取操作的传质设备,能够实现料液所含组分的完善分离。萃取设备可按结构分为混合澄清器、萃取塔和离心萃取机。本词条分别针对每一类萃取设备进行了详细的原理及应用介绍。

萃取设备又称萃取器,一类用于萃取操作的传质设备,能够使萃取剂与料液良好接触,实现料液所含组分的完善分离,有分级接触和微分接触两类。在萃取设备中,通常是一相呈液滴状态分散于另一相中,很少用液膜状态分散的。

萃取设备类型很多,按设备结构分为三类:

混合澄清器  由混合室和澄清室两部分组成,属于分级接触传质设备。混合室中装有搅拌器,用以促进液滴破碎和均匀混合。有些搅拌器能从其下方抽汲重相,借此保证重相在级间流转。澄清室是水平截面积较大的空室,有时装有导板和丝网,用以加速液滴的凝聚分层。根据分离要求,混合澄清器可以单级使用,也可以组成级联。当级联逆流操作时,料液和萃取剂分别加到级联两端的级中,萃余液和萃取液则在相反位置的级中导出。混合室的工作容积可从料液和萃取剂的总流量乘以萃取过程所需时间算出。澄清室的水平截面积,可从分散相液体的流量除以液滴的凝聚分层速度算出。这些操作参数须经实验测定。一般认为单位体积混合室消耗相同的搅拌功率时,级效大致相等。因此,在放大设计时,可按实测的萃取时间与分层速度设计生产设备。混合澄清器结构简单,级效率高,放大效应小,能够适应各种生产规模,但投资和运转费用较大。

萃取设备

萃取塔  用于萃取的塔设备,有填充塔、筛板塔、转盘塔、脉动塔和振动板塔等。塔体都是直立圆筒。轻相自塔底进入,由塔顶溢出;重相自塔顶加入,由塔底导出;两者在塔内作逆向流动。除筛板塔外,各种萃取塔大都属于微分接触传质设备。塔的中部是工作段,两端是分离段,分别用于分散相液滴的凝聚分层,以及连续相夹带的微细液滴的沉降分离。在萃取用的填充塔和筛板塔中,液体依靠自身的能量进行分散和混合,因而设备效能较低,只用于容易萃取或要求不高的场合。

常用的萃取塔型有:

在工作段中,等距离安装一组环板,把工作段分隔成一系列小室,每室中心有一旋转的圆盘作为搅拌器。这些圆盘安装在位于塔中心的主轴上,由塔外的机械装置带动旋转。转盘塔结构简单,处理能力大,有相当高的分离效能,广泛应用于石油炼制工业和石油化工中。(见彩图)

在工作段中装置成组筛板(无溢流管的)或填料。由脉动装置产生的脉动液流,通过管道引入塔底,使全塔液体作往复脉动。脉动液流在筛板或填料间作高速相对运动产生涡流,促使液滴细碎和均布。脉动塔能达到更高的分离效能,但处理量较小,常用于核燃料及稀有元素工厂。

将筛板连成串,由装于塔顶上方的机械装置带动,在垂直方向作往复运动,借此搅动液流,起着类似于脉动塔中的搅拌作用。

萃取塔设计主要是确定塔的直径和工作段高度。先从液体流量除以操作速度,得出塔截面,算出塔径。然后根据塔的特性以及物系性质和分离要求,确定传质单元高度和传质单元数,最后两者相乘即得塔的工作段高度。也有按当量高度与理论级数计算工作段高度的。

萃取专用的离心机,由于可以利用离心力加速液滴的沉降分层,所以允许加剧搅拌使液滴细碎,从而强化萃取操作。离心萃取机有分级接触和微分接触两类。前者在离心分离机内加上搅拌装置,形成单级或多级的离心萃取机,有路维斯塔式和圆筒式离心萃取机。后者的转鼓内装有多层同心圆筒,筒壁开孔,使液体兼有膜状与滴状分散,如波德比尔涅克式离心萃取机。离心萃取机特别适用于两相密度差很小或易乳化的物系,由于物料在机内的停留时间很短,因而也适用于化学和物理性质不稳定的物质的萃取。


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