第十章 萃取設(shè)備3

第十章萃取設(shè)備一：萃取的概念及要求二：液液萃取設(shè)備三：萃取設(shè)備的選擇四：萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：一：萃取的概念及要求

萃取過程包括液相到液相、固相到固相、氣相到液相等三種傳質(zhì)過程。通常把固液傳質(zhì)過程稱為“浸取”，氣液傳質(zhì)過程稱為“吸收”，僅把液液傳質(zhì)過程稱為萃取。利用組分在兩個(gè)互不相溶的液相中的溶解度差而將其從一個(gè)液相轉(zhuǎn)移到另一個(gè)液相的分離過程稱為液液萃取，也叫溶劑萃取，簡稱萃取。待分離的一相稱為被萃相，萃取后成為萃余相，用做分離劑的相稱為萃取相。萃取相中起萃取作用的組分稱為萃取劑，起溶劑作用的組分稱為稀釋劑或溶劑。

液液萃取過程的特點(diǎn)(1)萃取過程的傳質(zhì)前提是兩個(gè)液相之間的相互接觸；(2)兩相的傳質(zhì)過程是分散相液滴和連續(xù)相之間相際傳質(zhì)過程。(3)兩相間的有效分散是提高萃取效率的有效手段。(4)兩相的分離需借助兩相的密度差來實(shí)現(xiàn)。(5)液液萃取過程可以在多種形式的裝置中通過連續(xù)或間歇的方式實(shí)現(xiàn)。液液萃取過程的優(yōu)點(diǎn)分離效率高、質(zhì)量好、收率高、生產(chǎn)能力大、快速連續(xù)和安全操作等液液萃取過程的缺點(diǎn)需耗用大量的有機(jī)溶媒，并需配備離心分離機(jī)或離心萃取機(jī)及溶媒回收設(shè)備，且廠房要求符合防爆要求，投資大。萃取劑選擇要點(diǎn)①選擇性好表現(xiàn)為分離系數(shù)大。②萃取容量大表現(xiàn)為單位體積或單位質(zhì)量溶解萃合物多。③化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)耐酸堿、抗氧化還原、耐熱、無腐蝕。④易與原料液相分層不乳化、不產(chǎn)生第三相。⑤易于反萃或分離便于萃取劑的重復(fù)利用。⑥安全性好無毒或低毒、不易燃、難揮發(fā)、環(huán)保。⑦經(jīng)濟(jì)性好成本低、損耗小。煉油和石化工業(yè)中石油餾分的分離和精制，如烷烴和芳烴的分離，潤滑油的精制等；濕法冶金：鈾等放射性元素、稀土、銅等有色金屬、金等貴金屬的分離和提?。涣缀团鸬葻o機(jī)資源的提取和凈化；醫(yī)藥工業(yè)中的多種抗生素和生物堿的分離提??；食品工業(yè)中有機(jī)酸的分離和凈化；環(huán)保處理中有害物質(zhì)的脫除等。二：液液萃取設(shè)備幾類萃取設(shè)備的比較（一）萃取流程1、單級(jí)萃取將萃取劑加入原料液中只萃取一次的操作方式叫單級(jí)萃取特點(diǎn)：單級(jí)萃取溶液達(dá)一次平衡，故分離程度不高，只適用于溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度很大或溶質(zhì)萃取率要求不高的場(chǎng)合。2、多級(jí)萃?。涸辖?jīng)過多個(gè)串聯(lián)的萃取器，并在每個(gè)萃取器中進(jìn)行萃取操作，這種萃取方式叫多級(jí)萃取。二、液—液萃取流程與設(shè)備3、多級(jí)錯(cuò)流萃取原料液依次通過各級(jí)，新鮮溶劑則分別加入各級(jí)混合器中，前級(jí)的萃余相為后級(jí)的原料，傳質(zhì)推動(dòng)力大特點(diǎn)：萃取率比較高，但萃取劑用量較大，溶劑回收處理量大，能耗較大。4、多級(jí)逆流萃取在第一級(jí)中加入料液，并逐漸向下一級(jí)移動(dòng)，而在最后一級(jí)中加入萃取劑，并逐漸向前一級(jí)移動(dòng)，料液移動(dòng)的方向和萃取劑移動(dòng)的方向相反。特點(diǎn)：可用較少的萃取劑獲得比較高的萃取率，工業(yè)上廣泛采用。（二）萃取設(shè)備萃取操作的設(shè)備包括混合設(shè)備和分離設(shè)備兩類及兼有混合和分離兩種功能的設(shè)備。1、混合設(shè)備傳統(tǒng)的混合設(shè)備是攪拌罐，利用攪拌漿將料液和萃取劑相混和。其缺點(diǎn)為間歇操作，停留時(shí)間較長，傳質(zhì)效率較低。較新的混合設(shè)備有下列四種。（1）混合管一般為S形長管，萃取劑和料液從一端導(dǎo)入，混合體系從另一段導(dǎo)出；管內(nèi)流體必須呈完全湍流狀態(tài)。萃取的效率比攪拌罐高，連續(xù)操作。（2）噴嘴式混合器原理：利用工作流體在一定壓力下經(jīng)過噴嘴以高速度射出，當(dāng)流體流至噴嘴時(shí)速度增大，壓力降低產(chǎn)生真空，這樣就將第二種液體吸入達(dá)到混合目的。適用于兩液相易分散的情況優(yōu)點(diǎn)是體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。（3）靜態(tài)混合器在混合管內(nèi)安裝正反螺旋相間隔的混合螺旋片元件，流體流動(dòng)時(shí)，由于螺旋片作用，流體時(shí)而左旋時(shí)而右旋，混合效果較好。適用于高黏度及黏度差較大的體系。（4）混合管

P146為改善兩相接觸狀況，罐底做成半球形，使之在攪拌過程中無死角，并在壁上裝置擋板。一般為封閉式，以減少溶劑揮發(fā)。有兩種:一是螺旋槳式攪拌器，二是渦輪式攪拌器。轉(zhuǎn)速不同，一般采用前一種。2、分離設(shè)備（1）管式離心機(jī)P147分離乳濁液的原理：轉(zhuǎn)鼓由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從下部進(jìn)入的乳濁液自下向上流動(dòng)過程中，受慣性離心力的作用，由于輕重液密度的差異，沿軸形成內(nèi)外兩層，集中于外層形成重液層，而輕液則相對(duì)地往內(nèi)層移動(dòng)，形成輕液層。重液和輕液從頂部各自的溢流口排出。（2）碟片式離心機(jī)P147-148工作原理：碟片上開有小孔，乳濁液通過小孔流到碟片的間隙。在離心力作用下，重液沿碟片斜面沉降，并向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁移動(dòng)；輕液沿碟片向上移動(dòng)，輕液和重液匯集后由各自的排出口排出。（3）、離心萃取機(jī)（1）多級(jí)離心萃取機(jī)：如三級(jí)離心萃取器：有三級(jí)混合和分離裝置；每一級(jí)分三段，分別為混合、分離和引出區(qū)；萃取分離效果好；處理量較小重液：料液—萃余相輕液：萃取劑—萃取相（4）連續(xù)逆流離心萃取機(jī)臥式離心萃取機(jī)：工作原理：萃取機(jī)中有一個(gè)可水平轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有許多層同心圓筒，每層筒面都均勻開有許多小孔；輕液由外層的同心圓筒進(jìn)入，重液由內(nèi)層的圓筒進(jìn)入，轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使重液由里向外，輕液由外向里流動(dòng)，進(jìn)行連續(xù)的逆流接觸，最后由外層排出萃余相，由內(nèi)層排出萃取相（5）立式離心萃取機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理P150每個(gè)筒均在一端開孔，單數(shù)筒的孔在下端，雙數(shù)筒在上端；圓筒外壁焊有螺旋形的鋼帶，將筒與筒之間的環(huán)形空間分隔成螺旋形通道；在轉(zhuǎn)鼓的兩端各有輕重液的進(jìn)出口，重液進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓后，沿螺旋形通道由內(nèi)向外順次進(jìn)入各筒，最后由重液出口排出；輕液由主軸底部進(jìn)入后，從中心管流至轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，由外向內(nèi)沿螺旋通道依次流過各筒，最后經(jīng)出口排出。（1）填料塔在操作過程中，通過噴灑使分散相生成細(xì)小液滴；填料的作用可減少連續(xù)想的縱向返混及使液滴不斷破裂而更新。常用的填料由拉西環(huán)和弧鞍等，材料由陶瓷、塑料和金屬，以易為連續(xù)相濕潤而不為分散相潤濕為宜。填料塔構(gòu)造簡單，適用于腐蝕性液體，在工業(yè)中應(yīng)用較多。（三）.液-液萃取機(jī)（2）脈沖塔在工作段中裝置成組篩板(無溢流管的)或填料。由脈動(dòng)裝置產(chǎn)生的脈動(dòng)液流，通過管道引入塔底，使全塔液體作往復(fù)脈動(dòng)。脈動(dòng)液流在篩板或填料間作高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生渦流，促使液滴細(xì)碎和均布。脈動(dòng)塔能達(dá)到更高的分離效能，但處理量較小，常用于核燃料及稀有元素工廠。

(3)篩板塔篩板萃取塔如圖所示。輕液作為分散相從塔的底部進(jìn)入，在篩板下方因福利作用通過篩孔而倍分散；液滴在兩板之間浮升并凝聚成輕液層，又通過上層篩板而被分散，依次直至塔頂聚集成輕液層后引出。作為連續(xù)相的重液則在篩板上方流過，與輕液液滴傳質(zhì)后經(jīng)溢流管流到下一層篩板，最后在塔的底段流出。篩孔直徑一般為3～6mm，對(duì)界面張力較大的物系宜取小值；空間距為孔徑的3～4倍；塔板間距150～600mm.篩板萃取塔結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力大，在工業(yè)上的應(yīng)用廣泛。（4）轉(zhuǎn)盤萃取柱對(duì)于兩液相界面張力較大的物系，為改善塔內(nèi)的傳質(zhì)狀況，需要從外界輸入機(jī)械能來增大傳質(zhì)面積和傳熱系數(shù)轉(zhuǎn)盤塔為其中之一，與1951年由Reman開發(fā)，如圖11—19所示。沿塔內(nèi)壁設(shè)置宜組等間距的固定員關(guān)，在中心軸上對(duì)應(yīng)設(shè)置一組水平圓盤。當(dāng)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因剪切應(yīng)力的作用，一方面使連續(xù)相產(chǎn)生漩渦運(yùn)動(dòng)，另一方面促使分散相液滴變形、破裂更新，有效地增大傳質(zhì)面積和提高傳質(zhì)系數(shù)。轉(zhuǎn)盤塔的效率與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤直徑及環(huán)形隔板間距等有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)通常取塔徑/轉(zhuǎn)盤直徑＝1.5~2.5塔徑/固定環(huán)內(nèi)徑＝1.3~1.6塔徑/盤間距＝2～8轉(zhuǎn)盤塔具有較高的傳質(zhì)效率，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，也是一種應(yīng)用相當(dāng)廣泛的萃取設(shè)備。三、萃取設(shè)備的選擇萃取設(shè)備的選擇除技術(shù)因素外，還包括以下主要因素有：(1)系統(tǒng)物性(2)處理量(3)理論級(jí)數(shù)(4)設(shè)備費(fèi)用(5)生產(chǎn)場(chǎng)地(6)操作者素質(zhì)三、萃取設(shè)備的選擇四、萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)1.流程的設(shè)計(jì)

(1)逐級(jí)萃取與反萃流程的組合

四、萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)(2)微分萃取與反萃流程的組合四、萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)(3)萃取與其他分離過程的結(jié)合四、萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)2.設(shè)備的設(shè)計(jì)

(1)兩相的分散與聚并

分散區(qū)：通常情況下選擇被萃物濃度低的一相作為連續(xù)相先注入設(shè)備的分散區(qū)內(nèi)，啟動(dòng)分散機(jī)制后再同時(shí)通入分散相和連續(xù)相。分散區(qū)的大小應(yīng)滿足兩相實(shí)現(xiàn)要求傳質(zhì)量的接觸時(shí)間(停留時(shí)間)。分散相分散粒徑越小，傳質(zhì)面積越大，但聚并將越困難。聚并區(qū)：在分散區(qū)內(nèi)完成傳質(zhì)過程的兩相需要在相對(duì)平穩(wěn)的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行聚并分相，以便于兩相分離。聚并區(qū)的大小應(yīng)滿足分散相完全遷移聚并的時(shí)間，并設(shè)置分散相的連續(xù)排出機(jī)制。四、萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)(2)多級(jí)萃取或反萃設(shè)備——混合澄清槽四、萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

①混合池容積與處理能力和相比有關(guān)，與兩相接觸時(shí)間(即達(dá)到萃取平衡的時(shí)間)有關(guān)。②澄清池容積和長度與處理能力和兩相完全分層時(shí)間有關(guān)。③分散攪拌強(qiáng)度與分散相的穩(wěn)定性(粘度、乳化性等)有關(guān)。④萃取級(jí)數(shù)與被萃物質(zhì)的分配比、兩相的相比有關(guān)。⑤反萃級(jí)數(shù)