各種萃取設備的結構和原理
萃取設備又稱(chēng)萃取器,一類(lèi)用于萃取操作的傳質(zhì)設備,能夠使萃取劑與料液良好接觸,實(shí)現料液所含組分的完善分離,有分級接觸和微分接觸兩類(lèi)。
在萃取設備中,通常是一相呈液滴狀態(tài)分散于另一相中,很少用液膜狀態(tài)分散的。
——離心萃取機——
萃取專(zhuān)用的離心機,由于可以利用離心力加速液滴的沉降分層,所以允許加劇攪拌使液滴細碎,從而強化萃取操作。離心萃取機有分級接觸和微分接觸兩類(lèi)。
前者在離心分離機內加上攪拌裝置,形成單級或多級的離心萃取機,有路維斯塔式和圓筒式離心萃取機。后者的轉鼓內裝有多層同心圓筒,筒壁開(kāi)孔,使液體兼有膜狀與滴狀分散,如波德比爾涅克式離心萃取機。
離心萃取機特別適用于兩相密度差很小或易乳化的物系,由于物料在機內的停留時(shí)間很短,因而也適用于化學(xué)和物理性質(zhì)不穩定的物質(zhì)的萃取。
——混合·沉降萃取器——
混合澄清器由混合室和澄清室兩部分組成,屬于分級接觸傳質(zhì)設備?;旌鲜抑醒b有攪拌器,用以促進(jìn)液滴破碎和均勻混合。
有些攪拌器能從其下方抽汲重相,借此保證重相在級間流轉。澄清室是水平截面積較大的空室,有時(shí)裝有導板和絲網(wǎng),用以加速液滴的凝聚分層。根據分離要求,混合澄清器可以單級使用,也可以組成級聯(lián)。
當級聯(lián)逆流操作時(shí),料液和萃取劑分別加到級聯(lián)兩端的級中,萃余液和萃取液則在相反位置的級中導出?;旌鲜业墓ぷ魅莘e可從料液和萃取劑的總流量乘以萃取過(guò)程所需時(shí)間算出。
澄清室的水平截面積,可從分散相液體的流量除以液滴的凝聚分層速度算出。這些操作參數須經(jīng)實(shí)驗測定。一般認為單位體積混合室消耗相同的攪拌功率時(shí),級效大致相等。
因此,在放大設計時(shí),可按實(shí)測的萃取時(shí)間與分層速度設計生產(chǎn)設備?;旌铣吻迤鹘Y構簡(jiǎn)單,級效率高,放大效應小,能夠適應各種生產(chǎn)規模,但投資和運轉費用較大。
萃取塔用于萃取的塔設備,有填充塔、篩板塔、轉盤(pán)塔、脈動(dòng)塔和振動(dòng)板塔等。塔體都是直立圓筒。輕相自塔底進(jìn)入,由塔頂溢出;重相自塔頂加入,由塔底導出;兩者在塔內作逆向流動(dòng)。
除篩板塔外,各種萃取塔大都屬于微分接觸傳質(zhì)設備。塔的中部是工作段,兩端是分離段,分別用于分散相液滴的凝聚分層,以及連續相夾帶的微細液滴的沉降分離。
在萃取用的填充塔和篩板塔中,液體依靠自身的能量進(jìn)行分散和混合,因而設備效能較低,只用于容易萃取或要求不高的場(chǎng)合。
——脈沖篩板萃取塔——
在工作段中裝置成組篩板(無(wú)溢流管的)或填料。由脈動(dòng)裝置產(chǎn)生的脈動(dòng)液流,通過(guò)管道引入塔底,使全塔液體作往復脈動(dòng)。
脈動(dòng)液流在篩板或填料間作高速相對運動(dòng)產(chǎn)生渦流,促使液滴細碎和均布。脈動(dòng)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(chǎng)。
——篩板萃取塔——
——填料萃取塔——
——往復篩板萃取塔——
將篩板連成串,由裝于塔頂上方的機械裝置帶動(dòng),在垂直方向作往復運動(dòng),借此攪動(dòng)液流,起著(zhù)類(lèi)似于脈動(dòng)塔中的攪拌作用。
——轉盤(pán)篩板萃取塔——
在工作段中,等距離安裝一組環(huán)板,把工作段分隔成一系列小室,每室中心有一旋轉的圓盤(pán)作為攪拌器。
這些圓盤(pán)安裝在位于塔中心的主軸上,由塔外的機械裝置帶動(dòng)旋轉。轉盤(pán)塔結構簡(jiǎn)單,處理能力大,有相當高的分離效能,廣泛應用于石油煉制工業(yè)和石油化工中。