三種萃取設備(萃取槽,萃取塔和離心萃取機)的比較
萃取設備是一類用于萃取操作的傳質設備,能夠實現(xiàn)料液所含組分的完善分離。萃取設備可按結構分為混合澄清器(萃取槽)、萃取塔和離心萃取機。
萃取設備又稱萃取器,一類用于萃取操作的傳質設備,能夠使萃取劑與料液良好接觸,實現(xiàn)料液所含組分的完善分離,有分級接觸和微分接觸兩類。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。
萃取設備類型很多,按設備結構分為三類:
1.混合澄清器(萃取槽) 由混合室和澄清室兩部分組成,屬于分級接觸傳質設備?;旌鲜抑醒b有攪拌器,用以促進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,有時裝有導板和絲網(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使用,也可以組成級聯(lián)。當級聯(lián)逆流操作時,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程所需時間算出。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)實驗測定。一般認為單位體積混合室消耗相同的攪拌功率時,級效大致相等。因此,在放大設計時,可按實測的萃取時間與分層速度設計生產(chǎn)設備?;旌铣吻迤鹘Y構簡單,級效率高,放大效應小,能夠適應各種生產(chǎn)規(guī)模,但投資和運轉費用較大。
2.萃取塔 用于萃取的塔設備,有填充塔、篩板塔、轉盤塔、脈動塔和振動板塔等。塔體都是直立圓筒。輕相自塔底進入,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。除篩板塔外,各種萃取塔大都屬于微分接觸傳質設備。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(xù)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合。
常用的萃取塔型有:
①轉盤塔
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,由塔外的機械裝置帶動旋轉。轉盤塔結構簡單,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。
②脈動塔
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振動板塔
將篩板連成串,由裝于塔頂上方的機械裝置帶動,在垂直方向作往復運動,借此攪動液流,起著類似于脈動塔中的攪拌作用。
萃取塔設計主要是確定塔的直徑和工作段高度。先從液體流量除以操作速度,得出塔截面,算出塔徑。然后根據(jù)塔的特性以及物系性質和分離要求,確定傳質單元高度和傳質單元數(shù),最后兩者相乘即得塔的工作段高度。也有按當量高度與理論級數(shù)計算工作段高度的。
3.離心萃取機 萃取專用的離心機,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。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間很短,因而也適用于化學和物理性質不穩(wěn)定的物質的萃取。