第十章萃取設備一：萃取的概念及要求二：液液萃取設備三：萃取設備的選擇四：萃取流程和設備的設計班級：姓名：學號：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過程。通常把固液傳質過程稱為“浸取”，氣液傳質過程稱為“吸收”，僅把液液傳質過程稱為萃取。利用組分在兩個互不相溶的液相中的溶解度差而將其從一個液相轉移到另一個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(1)萃取過程的傳質前提是兩個液相之間的相互接觸；(2)兩相的傳質過程是分散相液滴和連續(xù)相之間相際傳質過程。(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)或間歇的方式實現(xiàn)。液液萃取過程的優(yōu)點分離效率高、質量好、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需耗用大量的有機溶媒，并需配備離心分離機或離心萃取機及溶媒回收設備，且廠房要求符合防爆要求，投資大。萃取劑選擇要點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量溶解萃合物多。③化學穩(wěn)定性強耐酸堿、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??；磷和硼等無機資源的提取和凈化；醫(yī)藥工業(yè)中的多種抗生素和生物堿的分離提?。皇称饭I(yè)中有機酸的分離和凈化；環(huán)保處理中有害物質的脫除等。二：液液萃取設備幾類萃取設備的比較（一）萃取流程1、單級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萃取特點：單級萃取溶液達一次平衡，故分離程度不高，只適用于溶質在萃取劑中的溶解度很大或溶質萃取率要求不高的場合。2、多級萃取：原料經(jīng)過多個串聯(lián)的萃取器，并在每個萃取器中進行萃取操作，這種萃取方式叫多級萃取。二、液—液萃取流程與設備3、多級錯流萃取原料液依次通過各級，新鮮溶劑則分別加入各級混合器中，前級的萃余相為后級的原料，傳質推動力大特點：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、多級逆流萃取在第一級中加入料液，并逐漸向下一級移動，而在最后一級中加入萃取劑，并逐漸向前一級移動，料液移動的方向和萃取劑移動的方向相反。特點：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）萃取設備萃取操作的設備包括混合設備和分離設備兩類及兼有混合和分離兩種功能的設備。1、混合設備傳統(tǒng)的混合設備是攪拌罐，利用攪拌漿將料液和萃取劑相混和。其缺點為間歇操作，停留時間較長，傳質效率較低。較新的混合設備有下列四種。（1）混合管一般為S形長管，萃取劑和料液從一端導入，混合體系從另一段導出；管內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，當流體流至噴嘴時速度增大，壓力降低產(chǎn)生真空，這樣就將第二種液體吸入達到混合目的。適用于兩液相易分散的情況優(yōu)點是體積小，結構簡單，使用方便。（3）靜態(tài)混合器在混合管內安裝正反螺旋相間隔的混合螺旋片元件，流體流動時，由于螺旋片作用，流體時而左旋時而右旋，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。轉速不同，一般采用前一種。2、分離設備（1）管式離心機P147分離乳濁液的原理：轉鼓由轉軸帶動旋轉，從下部進入的乳濁液自下向上流動過程中，受慣性離心力的作用，由于輕重液密度的差異，沿軸形成內外兩層，集中于外層形成重液層，而輕液則相對地往內層移動，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，并向轉鼓內壁移動；輕液沿碟片向上移動，輕液和重液匯集后由各自的排出口排出。（3）、離心萃取機（1）多級離心萃取機：如三級離心萃取器：有三級混合和分離裝置；每一級分三段，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)逆流離心萃取機臥式離心萃取機：工作原理：萃取機中有一個可水平轉動的轉鼓，轉鼓內有許多層同心圓筒，每層筒面都均勻開有許多小孔；輕液由外層的同心圓筒進入，重液由內層的圓筒進入，轉鼓高速旋轉產(chǎn)生離心力，使重液由里向外，輕液由外向里流動，進行連續(xù)的逆流接觸，最后由外層排出萃余相，由內層排出萃取相（5）立式離心萃取機的結構及工作原理P150每個筒均在一端開孔，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；在轉鼓的兩端各有輕重液的進出口，重液進入轉鼓后，沿螺旋形通道由內向外順次進入各筒，最后由重液出口排出；輕液由主軸底部進入后，從中心管流至轉鼓內壁，由外向內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。填料塔構造簡單，適用于腐蝕性液體，在工業(yè)中應用較多。（三）.液-液萃取機（2）脈沖塔在工作段中裝置成組篩板(無溢流管的)或填料。由脈動裝置產(chǎn)生的脈動液流，通過管道引入塔底，使全塔液體作往復脈動。脈動液流在篩板或填料間作高速相對運動產(chǎn)生渦流，促使液滴細碎和均布。脈動塔能達到更高的分離效能，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.篩板萃取塔結構簡單，生產(chǎn)能力大，在工業(yè)上的應用廣泛。（4）轉盤萃取柱對于兩液相界面張力較大的物系，為改善塔內的傳質狀況，需要從外界輸入機械能來增大傳質面積和傳熱系數(shù)轉盤塔為其中之一，與1951年由Reman開發(fā)，如圖11—19所示。沿塔內壁設置宜組等間距的固定員關，在中心軸上對應設置一組水平圓盤。當中心軸轉動時，因剪切應力的作用，一方面使連續(xù)相產(chǎn)生漩渦運動，另一方面促使分散相液滴變形、破裂更新，有效地增大傳質面積和提高傳質系數(shù)。轉盤塔的效率與轉盤轉速、轉盤直徑及環(huán)形隔板間距等有關，設計時通常取塔徑/轉盤直徑＝1.5~2.5塔徑/固定環(huán)內徑＝1.3~1.6塔徑/盤間距＝2～8轉盤塔具有較高的傳質效率，運轉可靠，也是一種應用相當廣泛的萃取設備。三、萃取設備的選擇萃取設備的選擇除技術因素外，還包括以下主要因素有：(1)系統(tǒng)物性(2)處理量(3)理論級數(shù)(4)設備費用(5)生產(chǎn)場地(6)操作者素質三、萃取設備的選擇四、萃取流程和設備的設計1.流程的設計

(1)逐級萃取與反萃流程的組合

四、萃取流程和設備的設計(2)微分萃取與反萃流程的組合四、萃取流程和設備的設計(3)萃取與其他分離過程的結合四、萃取流程和設備的設計2.設備的設計

(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)相先注入設備的分散區(qū)內，啟動分散機制后再同時通入分散相和連續(xù)相。分散區(qū)的大小應滿足兩相實現(xiàn)要求傳質量的接觸時間(停留時間)。分散相分散粒徑越小，傳質面積越大，但聚并將越困難。聚并區(qū)：在分散區(qū)內完成傳質過程的兩相需要在相對平穩(wěn)的區(qū)域內進行聚并分相，以便于兩相分離。聚并區(qū)的大小應滿足分散相完全遷移聚并的時間，并設置分散相的連續(xù)排出機制。四、萃取流程和設備的設計(2)多級萃取或反萃設備——混合澄清槽四、萃取流程和設備的設計設計要點

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