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萃取器

萃取器是用于萃取操作的设备,一般指液液萃取的设备。有搅拌萃取塔、脉动萃取塔、喷淋萃取塔、填料萃取塔等。

混合澄清槽(或混合澄清器)是最早被人们使用的逐级接触式萃取设备,在每一级设备内不互溶的两种液相都会进行搅拌混合和澄清分相两个过程,从而实现目标溶质在不同液相间的传质与分离。

混合澄清槽具有以下特点:

(1)级效率高。在每一级设备内,通过调节搅拌和澄清参数,待萃物的萃取效率可达90%以上。

(2)适应性强。当物料中目标溶质浓度或相比变化较大时仍可实现设备的稳定操作和高效萃取。

(3)放大简单。混合澄清槽的体积可从小逐步放大至立方米级, 不同尺寸设备遵循相似放大的原理。

(4)可操作性强。当设备内流体发生液泛或乳化等生产事故时,可通过停车静置的方法解决,恢复正常后重新开车即可迅速恢复运行。

(5)占地面积大。混合澄清槽通常采用多级串联的方式运行,当物料所需萃取级数较大时,整个萃取工艺的占地面积较大。

(6)物料存留量大。在多级串联的运行方式下,需要在开车运行前向槽内加入充足的料液,对于级数较大的萃取工艺过程,设备内存留的料液量巨大,萃取分离企业的一次性投资成本较高。

混合澄清槽虽然出现时间较早,但当前其仍然在石油、化工、冶金、核工业等领域具有广泛的应用,是当前使用最普遍的萃取设备。

工业生产中比较常用的混合澄清槽有MSPI(Mixing-settler based on phase inversion)混合澄清槽、无潜室混合澄清槽、双混浅层槽、Hanson立式槽及微混合澄清器等。 [1]

萃取塔的作用是实现两液相之间的质量传递,其作用是使萃取系统的两液相之间能充分混合、紧密接触并伴有高强度的湍动,获得较高的传质效率;同时完成萃取相与萃余相较好的分开。常见的萃取塔有搅拌式萃取塔、喷洒式萃取塔、填充式萃取塔和振动板式萃取塔等。

搅拌式萃取塔塔内装有叶轮搅拌器,用以混合和分散液体。塔内装有若干水平挡板,防止两相的纵向混合而提高萃取效率。搅拌器转速应适宜,如果太快,搅拌太激烈,可能使塔内呈乳化状态,不宜分离。 [2]

如右图,1重液入口; 2轻液入口; 3轻液出口; 4重液出口。

喷洒式萃取塔又名喷淋式萃取塔。萃取器的一种。塔内装喷淋溶液 (重相或轻相)的喷雾器。重相从顶部喷雾器喷淋而下和塔内的液体相接触。塔两端 直径较大,以便于液体分层。结构简单,容量大,易清理,造价低。但喷洒的溶液易于凝结,因而接触表面减小。 [2]

萃取器的一种。结构与一般填充塔相似。重液由塔的上部连续进入,沿填料下降,由塔底排出。轻液由塔下部连续进入,通过填料逆流而上,由塔顶排出。重液的排出经由一虹吸管,其上部与塔的空间相连,以使塔中液体保持一定高度。选择合适的填料,以使两液之间能密切接触。适用于由液 体混合物中萃取少量的被溶解物质。 [2]

塔体是直立圆管,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,借此搅动液流起作类似于脉动塔中的搅拌作用。具有较好的分离效能。轻相由塔底进入,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。 [2]

萃取柱可按照两相分散方法以及两相的接触方式分类,同时,根据不同的场合可以选择不同的萃取柱。下图为萃取柱的特点及适用范围。

典型的萃取柱结构有重力作用萃取柱、机械搅拌萃取柱及脉冲萃取柱等。 [3]

(1)喷淋柱:喷淋柱是一种最简单的连续逆流萃取设备,它由空的柱壳和两相的导人及排出装置构成。重相及轻相分别白塔顶及塔底加入,两相在密度差的作用下逆流流动。可以通过移动液封管的高度来调节界面高度。这种萃取柱处理能力比较大,并随着两相密度差的增加而增大,随着连续相黏度的增加而减少。通过分布器形成的分散相液滴直径,对处理能力有很大影响。由于萃取柱内没有内部构件,两相接触时间较短,传质系数比较小,而且连续相纵向混合严重,因此淋喷柱的萃取效率一般很低。

(2)填料柱:这种萃取柱的传质效率比较高。较高的填料柱通常隔一定距离安装一个液体再分布器,并通过选择合适的填料尺寸来减小壁效应。由于填料柱内填料的存在,处理能力较喷淋柱小。这种萃取设备结构简单,造价低廉,操作方便,适于处理腐蚀性流体。填料的加入增进了相际间的接触,减少了轴向混合,提高了传质速率。

(3)在一竖直的柱体内设有多层筛板,并且在每块筛板的一侧安装着一个拱形溢流管。由于筛孔的喷射作用使分散相分散成较细的液滴而与连续相密切接触。根据轻或重相作为分散相的不同选择,柱内连续相在筛板问的流动方式不尽相同。轻相作分散相时,通过筛板上的小孔并分散成小液滴,重相从上一层筛板的溢流管中流下,沿着水平方向流过筛板上方,与分散相液滴接触并传质。筛板柱的萃取效率较填料柱有所提高,结构简单,价格低廉,可处理腐蚀性料液。适用于萃取工程所需要理论级数少、处理量大及物料具有腐蚀性的场合。 [3]

(1)转盘萃取柱:转盘萃取柱的基本结构是在柱体内壁上等距离地装有若干个环形挡板(固定环),固定环使塔内形成许多分割开的空间。在柱中央的转轴上安装着旋转圆盘,其位置介于相邻的两个固定圆环之间。转轴由塔顶的电动机带动。结构如下图所示:

液滴的大小与转盘的转速有关,转速越高,液滴被粉碎得越小,从而增大了传质系数及接触界面,故传质效果越好。但是转速提高会使处理能力下降。另外因为同定环在一定程度上抑制了轴向返混,因此转盘萃取柱具有较高的萃取效率。

(2)Scheibel萃取柱:Scheibel萃取柱柱内交替排列有混合区与分相区。混合区由安装在垂直轴上的双叶搅拌桨构成,在搅拌桨之间为分相区。在紧靠叶轮的上、下方都安装有环形挡板,使两相混合比较均匀,传质效果更好。 [3]

这种萃取柱结构与一般填料柱相似,在垂直的圆柱形柱体内装有填料,使用前先用连续相润湿填料。脉冲填料柱中脉冲能量的加入,可造成液滴的脉动,有利于传质。传质效率很大程度上取决于液滴的分散程度。液滴平均直径是决定柱性能的重要因素。 [3]


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