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各種萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)和原理

萃取設(shè)備又稱萃取器,一類用于萃取操作的傳質(zhì)設(shè)備,能夠使萃取劑與料液良好接觸,實(shí)現(xiàn)料液所含組分的完善分離,有分級(jí)接觸和微分接觸兩類。


在萃取設(shè)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(jī)——


萃取專用的離心機(jī),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(xì)碎,從而強(qiáng)化萃取操作。離心萃取機(jī)有分級(jí)接觸和微分接觸兩類。


前者在離心分離機(jī)內(nèi)加上攪拌裝置,形成單級(jí)或多級(jí)的離心萃取機(jī),有路維斯塔式和圓筒式離心萃取機(jī)。后者的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有多層同心圓筒,筒壁開孔,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(jī)。


離心萃取機(jī)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(jī)內(nèi)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(wěn)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(jí)接觸傳質(zhì)設(shè)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(jí)間流轉(zhuǎn)。澄清室是水平截面積較大的空室,有時(shí)裝有導(dǎo)板和絲網(wǎng),用以加速液滴的凝聚分層。根據(jù)分離要求,混合澄清器可以單級(jí)使用,也可以組成級(jí)聯(lián)。


當(dāng)級(jí)聯(lián)逆流操作時(shí),料液和萃取劑分別加到級(jí)聯(lián)兩端的級(jí)中,萃余液和萃取液則在相反位置的級(jí)中導(dǎo)出。混合室的工作容積可從料液和萃取劑的總流量乘以萃取過程所需時(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(shù)須經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。一般認(rèn)為單位體積混合室消耗相同的攪拌功率時(shí),級(jí)效大致相等。


因此,在放大設(shè)計(jì)時(shí),可按實(shí)測(cè)的萃取時(shí)間與分層速度設(shè)計(jì)生產(chǎn)設(shè)備?;旌铣吻迤鹘Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,級(jí)效率高,放大效應(yīng)小,能夠適應(yīng)各種生產(chǎn)規(guī)模,但投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較大。


萃取塔用于萃取的塔設(shè)備,有填充塔、篩板塔、轉(zhuǎn)盤塔、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(dǎo)出;兩者在塔內(nèi)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(shè)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(xù)相夾帶的微細(xì)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(shè)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。


——篩板萃取塔——


——填料萃取塔——


——往復(fù)篩板萃取塔——


將篩板連成串,由裝于塔頂上方的機(jī)械裝置帶動(dòng),在垂直方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng),借此攪動(dòng)液流,起著類似于脈動(dòng)塔中的攪拌作用。


——轉(zhuǎn)盤篩板萃取塔——


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(zhuǎn)的圓盤作為攪拌器。


這些圓盤安裝在位于塔中心的主軸上,由塔外的機(jī)械裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,處理能力大,有相當(dāng)高的分離效能,廣泛應(yīng)用于石油煉制工業(yè)和石油化工中。