第十章萃取设备3

1、第十章 萃取设备一：一：萃取的概念及要求萃取的概念及要求二：液液萃取设备二：液液萃取设备三：三：萃取设备的选择萃取设备的选择四：四：萃取流程和设备的设计萃取流程和设备的设计班级：班级：姓名：姓名：学号：学号：一：萃取的概念及要求 萃取过程包括液相到液相、固相到固相、气相到液相等萃取过程包括液相到液相、固相到固相、气相到液相等三种传质过程。通常把固液传质过程称为三种传质过程。通常把固液传质过程称为“浸取浸取”，气液，气液传质过程称为传质过程称为“吸收吸收”，仅把液液传质过程称为萃取。，仅把液液传质过程称为萃取。 利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解度差而将其从利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解

2、度差而将其从一个液相转移到另一个液相的分离过程称为液液萃取，也一个液相转移到另一个液相的分离过程称为液液萃取，也叫溶剂萃取，简称萃取。叫溶剂萃取，简称萃取。 待分离的一相称为被萃相，萃取后成为萃余相，用做分待分离的一相称为被萃相，萃取后成为萃余相，用做分离剂的相称为萃取相。萃取相中起萃取作用的组分称为萃离剂的相称为萃取相。萃取相中起萃取作用的组分称为萃取剂，起溶剂作用的组分称为稀释剂或溶剂。取剂，起溶剂作用的组分称为稀释剂或溶剂。 液液萃取过程的液液萃取过程的特点特点 (1)萃取过程的传质前提是两个液相之间的相互接触；萃取过程的传质前提是两个液相之间的相互接触； (2)两相的传质过程是分散相液

3、滴和连续相之间相际传质过程。两相的传质过程是分散相液滴和连续相之间相际传质过程。 (3)两相间的有效分散是提高萃取效率的有效手段。两相间的有效分散是提高萃取效率的有效手段。 (4)两相的分离需借助两相的密度差来实现。两相的分离需借助两相的密度差来实现。 (5)液液萃取过程可以在多种形式的装置中通过连续或间歇的方式实现。液液萃取过程可以在多种形式的装置中通过连续或间歇的方式实现。液液萃取过程的液液萃取过程的优点优点分离效率高、质量好、收率高、生产能力大、快速连续和安全操作等分离效率高、质量好、收率高、生产能力大、快速连续和安全操作等液液萃取过程的液液萃取过程的缺点缺点需耗用大量的有机溶媒，并需配

4、备离心分离机或离心萃取机及溶媒回收需耗用大量的有机溶媒，并需配备离心分离机或离心萃取机及溶媒回收设备，且厂房要求符合防爆要求，投资大。设备，且厂房要求符合防爆要求，投资大。 萃取剂选择要点萃取剂选择要点 选择性好选择性好 表现为分离系数大。表现为分离系数大。 萃取容量大萃取容量大 表现为单位体积或单位质量溶解萃合物表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。多。 化学稳定性强化学稳定性强 耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。 易与原料液相分层易与原料液相分层 不乳化、不产生第三相。不乳化、不产生第三相。 易于反萃或分离易于反萃或分离 便于萃取剂的重复利用。便于萃取剂的

5、重复利用。 安全性好安全性好 无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。 经济性好经济性好 成本低、损耗小。成本低、损耗小。 炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如烷烃和芳烃炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如烷烃和芳烃的分离，润滑油的精制等；的分离，润滑油的精制等； 湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金等贵金属的分离和提取；等贵金属的分离和提取； 磷和硼等无机资源的提取和净化；磷和硼等无机资源的提取和净化； 医药工业中的多种抗生素和生物碱的分离提取；医药工业中的多种抗生素和生物碱的分离提取； 食品工业

6、中有机酸的分离和净化；食品工业中有机酸的分离和净化； 环保处理中有害物质的脱除等。环保处理中有害物质的脱除等。二：液液萃取设备二：液液萃取设备几类萃取设备的比较几类萃取设备的比较（一）萃取流程1、单级萃取将萃取剂加入原料液中只萃取一 次的操作方式叫单级萃取特点：单级萃取溶液达一次平衡， 故分离程度不高，只适用于溶 质在萃取剂中的溶解度很大或 溶质萃取率要求不高的场合。2、多级萃取：原料经过多个串联的萃取器，并在每个萃取器中进行萃取操作，这种萃取方式叫多级萃取。二、液液萃取流程与设备3、多级错流萃取 原料液依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各级混合器中，前级的萃余相为后级的原料，传质推动力大 特点

7、：萃取率比较高，但萃取剂用量较大，溶剂回收处理量大，能耗较大。4、多级逆流萃取 在第一级中加入料液，并逐渐向下一级移动，而在最后一级中加入萃取剂，并逐渐向前一级移动，料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反。 特点：可用较少的萃取剂获得比较高的萃取率，工业上广泛采用。 （二）萃取设备 萃取操作的设备包括混合设备和分离设备两类及兼有混合和分离两种功能的设备。 1、混合设备 传统的混合设备是搅拌罐，利用搅拌浆将料液和萃取剂相混和。其缺点为间歇操作，停留时间较长，传质效率较低。 较新的混合设备有下列四种。 （1）混合管 一般为S形长管，萃取剂和料液从一端导入，混合体系从另一段导出； 管内流体必须呈完全湍

8、流状态。 萃取的效率比搅拌罐高，连续操作。 （2）喷嘴式混合器原理：利用工作流体在一定压力下经过喷嘴以高速度射出，当流体流至喷嘴时速度增大，压力降低产生真空，这样就将第二种液体吸入达到混合目的。适用于两液相易分散的情况优点是体积小，结构简单，使用方便。 （3）静态混合器 在混合管内安装正反螺旋相间隔的混合螺旋片元件，流体流动时，由于螺旋片作用，流体时而左旋时而右旋，混合效果较好。 适用于高黏度及黏度差较大的体系。（4）混合管 P146 为改善两相接触状况，罐底做成半球形，使之在搅拌过程中无死角，并在壁上装置挡板。一般为封闭式，以减少溶剂挥发。 有两种:一是螺旋桨式搅拌器，二是涡轮式搅拌器。转速

9、不同，一般采用前一种。2、分离设备（1） 管式离心机 P147分离乳浊液的原理：转鼓由转轴带动旋转，从下部进入的乳浊液自下向上流动过程中，受惯性离心力的作用， 由于轻重液密度的差异，沿轴形成内外两层，集中于外层形成重液层，而轻液则相对地往内层移动，形成轻液层。重液和轻液从顶部各自的溢流口排出。（2）碟片式离心机 P147-148 工作原理：碟片上开有小孔，乳浊液通过小孔流到碟片的间隙。在离心力作用下，重液沿碟片斜面沉降，并向转鼓内壁移动；轻液沿碟片向上移动，轻液和重液汇集后由各自的排出口排出。（3）、离心萃取机 （1）多级离心萃取机： 如三级离心萃取器： 有三级混合和分离装置； 每一级分三段，

10、分别为 混合、分离和引出区； 萃取分离效果好； 处理量较小 重液：料液萃余相 轻液：萃取剂萃取相（4）连续逆流离心萃取机卧式离心萃取机： 工作原理：萃取机中有一个可水平转动的转鼓，转鼓内有许多层同心圆筒，每层筒面都均匀开有许多小孔；轻液由外层的同心圆筒进入，重液由内层的圆筒进入，转鼓高速旋转产生离心力，使重液由里向外，轻液由外向里流动，进行连续的逆流接触，最后由外层排出萃余相，由内层排出萃取相（5）立式离心萃取机的结构及工作原理 P150 每个筒均在一端开孔，单数筒的孔在下端，双数筒在上端；圆筒外壁焊有螺旋形的钢带，将筒与筒之间的环形空间分隔成螺旋形通道；在转鼓的两端各有轻重液的进出口，重液进

11、入转鼓后，沿螺旋形通道由内向外顺次进入各筒，最后由重液出口排出；轻液由主轴底部进入后，从中心管流至转鼓内壁，由外向内沿螺旋通道依次流过各筒，最后经出口排出。（1）填料塔在操作过程中，通过喷洒使分散相生成细小液滴；填料的作用可减少连续想的纵向返混及使液滴不断破裂而更新。常用的填料由拉西环和弧鞍等，材料由陶瓷、塑料和金属，以易为连续相湿润而不为分散相润湿为宜。填料塔构造简单，适用于腐蚀性液体，在工业中应用较多。（三）.液-液萃取机（2）脉冲塔 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，

12、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。 (3)筛板塔筛板萃取塔如图所示。轻液作为分散相从塔的底部进入，在筛板下方因福利作用通过筛孔而倍分散；液滴在两板之间浮升并凝聚成轻液层，又通过上层筛板而被分散，依次直至塔顶聚集成轻液层后引出。作为连续相的重液则在筛板上方流过，与轻液液滴传质后经溢流管流到下一层筛板，最后在塔的底段流出。筛孔直径一般为36mm，对界面张力较大的物系宜取小值；空间距为孔径的34倍；塔板间距150600mm.筛板萃取塔结构简单，生产能力大，在工业上的应用广泛。（4）转盘萃取柱对于两液相界面张力较大的物系，为改善塔内的传质状况，需

13、要从外界输入机械能来增大传质面积和传热系数转盘塔为其中之一，与1951年由Reman开发，如图1119所示。沿塔内壁设置宜组等间距的固定员关，在中心轴上对应设置一组水平圆盘。当中心轴转动时，因剪切应力的作用，一方面使连续相产生漩涡运动，另一方面促使分散相液滴变形、破裂更新，有效地增大传质面积和提高传质系数。转盘塔的效率与转盘转速、转盘直径及环形隔板间距等有关，设计时通常取塔径/转盘直径1.52.5塔径/固定环内径1.31.6塔径/盘间距28转盘塔具有较高的传质效率，运转可靠，也是一种应用相当广泛的萃取设备。三、萃取设备的选择萃取设备的选择除技术因素外，还包萃取设备的选择除技术因素外，还包括以下

14、主要因素有：括以下主要因素有： (1) 系统物性系统物性 (2) 处理量处理量 (3) 理论级数理论级数 (4) 设备费用设备费用 (5) 生产场地生产场地 (6) 操作者素质操作者素质三、萃取设备的选择四、萃取流程和设备的设计1. 流程的设计流程的设计 (1) 逐级萃取与反萃流程的组合逐级萃取与反萃流程的组合 四、萃取流程和设备的设计 (2) 微分萃取与反萃流程的组合微分萃取与反萃流程的组合四、萃取流程和设备的设计 (3) 萃取与其他分离过程的结合萃取与其他分离过程的结合四、萃取流程和设备的设计2. 设备的设计设备的设计 (1) 两相的分散与聚并两相的分散与聚并 分散区：通常情况下选择被萃物

15、浓度低的一相作为连续相先注入设备分散区：通常情况下选择被萃物浓度低的一相作为连续相先注入设备的分散区内，启动分散机制后再同时通入分散相和连续相。分散区的的分散区内，启动分散机制后再同时通入分散相和连续相。分散区的大小应满足两相实现要求传质量的接触时间大小应满足两相实现要求传质量的接触时间(停留时间停留时间)。分散相分散。分散相分散粒径越小，传质面积越大，但聚并将越困难。粒径越小，传质面积越大，但聚并将越困难。 聚并区：在分散区内完成传质过程的两相需要在相对平稳的区域内进聚并区：在分散区内完成传质过程的两相需要在相对平稳的区域内进行聚并分相，以便于两相分离。聚并区的大小应满足分散相完全迁移行聚并

16、分相，以便于两相分离。聚并区的大小应满足分散相完全迁移聚并的时间，并设置分散相的连续排出机制。聚并的时间，并设置分散相的连续排出机制。四、萃取流程和设备的设计 (2) 多级萃取或反萃设备多级萃取或反萃设备混合澄清槽混合澄清槽四、萃取流程和设备的设计设计要点设计要点 混合池容积混合池容积 与处理能力和相比有关，与两相接触时间与处理能力和相比有关，与两相接触时间(即达到萃取即达到萃取平衡的时间平衡的时间)有关。有关。 澄清池容积和长度澄清池容积和长度 与处理能力和两相完全分层时间有关。与处理能力和两相完全分层时间有关。 分散搅拌强度分散搅拌强度 与分散相的稳定性与分散相的稳定性(粘度、乳化性等粘度、乳化性等)有关。有关。 萃取级数萃取级数 与被萃物质的分配比、两相的相比有关。与被萃物质的分配比、两相的相比有关。 反萃级数反萃级数 与被萃物质的分配比、两相的相比有关。与被萃物质的分配比、两相的相比有关。四、萃取流