[科普中國]-萃取器

混合澄清槽

混合澄清槽（或混合澄清器）是最早被人們使用的逐級接觸式萃取設(shè)備，在每一級設(shè)備內(nèi)不互溶的兩種液相都會進行攪拌混合和澄清分相兩個過程，從而實現(xiàn)目標溶質(zhì)在不同液相間的傳質(zhì)與分離。

混合澄清槽具有以下特點：

（1）級效率高。在每一級設(shè)備內(nèi)，通過調(diào)節(jié)攪拌和澄清參數(shù)，待萃物的萃取效率可達90%以上。

（2）適應(yīng)性強。當物料中目標溶質(zhì)濃度或相比變化較大時仍可實現(xiàn)設(shè)備的穩(wěn)定操作和高效萃取。

（3）放大簡單。混合澄清槽的體積可從小逐步放大至立方米級， 不同尺寸設(shè)備遵循相似放大的原理。

（4）可操作性強。當設(shè)備內(nèi)流體發(fā)生液泛或乳化等生產(chǎn)事故時，可通過停車靜置的方法解決，恢復正常后重新開車即可迅速恢復運行。

（5）占地面積大?；旌铣吻宀弁ǔ２捎枚嗉壌?lián)的方式運行，當物料所需萃取級數(shù)較大時，整個萃取工藝的占地面積較大。

（6）物料存留量大。在多級串聯(lián)的運行方式下，需要在開車運行前向槽內(nèi)加入充足的料液，對于級數(shù)較大的萃取工藝過程，設(shè)備內(nèi)存留的料液量巨大，萃取分離企業(yè)的一次性投資成本較高。

混合澄清槽雖然出現(xiàn)時間較早，但當前其仍然在石油、化工、冶金、核工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，是當前使用最普遍的萃取設(shè)備。

工業(yè)生產(chǎn)中比較常用的混合澄清槽有MSPI（Mixing-settler based on phase inversion）混合澄清槽、無潛室混合澄清槽、雙混淺層槽、Hanson立式槽及微混合澄清器等。1

萃取塔萃取塔的作用是實現(xiàn)兩液相之間的質(zhì)量傳遞，其作用是使萃取系統(tǒng)的兩液相之間能充分混合、緊密接觸并伴有高強度的湍動，獲得較高的傳質(zhì)效率；同時完成萃取相與萃余相較好的分開。常見的萃取塔有攪拌式萃取塔、噴灑式萃取塔、填充式萃取塔和振動板式萃取塔等。

攪拌式萃取塔攪拌式萃取塔塔內(nèi)裝有葉輪攪拌器，用以混合和分散液體。塔內(nèi)裝有若干水平擋板，防止兩相的縱向混合而提高萃取效率。攪拌器轉(zhuǎn)速應(yīng)適宜，如果太快，攪拌太激烈，可能使塔內(nèi)呈乳化狀態(tài)，不宜分離。2

如右圖，1—重液入口; 2—輕液入口; 3—輕液出口; 4—重液出口。

噴灑式萃取塔噴灑式萃取塔又名噴淋式萃取塔。萃取器的一種。塔內(nèi)裝噴淋溶液 （重相或輕相）的噴霧器。重相從頂部噴霧器噴淋而下和塔內(nèi)的液體相接觸。塔兩端 直徑較大，以便于液體分層。結(jié)構(gòu)簡單，容量大，易清理，造價低。但噴灑的溶液易于凝結(jié)，因而接觸表面減小。2

填充式萃取塔萃取器的一種。結(jié)構(gòu)與一般填充塔相似。重液由塔的上部連續(xù)進入，沿填料下降，由塔底排出。輕液由塔下部連續(xù)進入，通過填料逆流而上，由塔頂排出。重液的排出經(jīng)由一虹吸管，其上部與塔的空間相連，以使塔中液體保持一定高度。選擇合適的填料，以使兩液之間能密切接觸。適用于由液 體混合物中萃取少量的被溶解物質(zhì)。2

振動板式萃取塔塔體是直立圓管，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，借此攪動液流起作類似于脈動塔中的攪拌作用。具有較好的分離效能。輕相由塔底進入，由塔頂溢出; 重相自塔頂加入，由塔底導出; 兩者在塔內(nèi)作逆向流動。2

萃取柱萃取柱可按照兩相分散方法以及兩相的接觸方式分類，同時，根據(jù)不同的場合可以選擇不同的萃取柱。下圖為萃取柱的特點及適用范圍。

典型的萃取柱結(jié)構(gòu)有重力作用萃取柱、機械攪拌萃取柱及脈沖萃取柱等。3

重力作用萃取柱（1）噴淋柱：噴淋柱是一種最簡單的連續(xù)逆流萃取設(shè)備，它由空的柱殼和兩相的導人及排出裝置構(gòu)成。重相及輕相分別白塔頂及塔底加入，兩相在密度差的作用下逆流流動?？梢酝ㄟ^移動液封管的高度來調(diào)節(jié)界面高度。這種萃取柱處理能力比較大，并隨著兩相密度差的增加而增大，隨著連續(xù)相黏度的增加而減少。通過分布器形成的分散相液滴直徑，對處理能力有很大影響。由于萃取柱內(nèi)沒有內(nèi)部構(gòu)件，兩相接觸時間較短，傳質(zhì)系數(shù)比較小，而且連續(xù)相縱向混合嚴重，因此淋噴柱的萃取效率一般很低。

（2）填料柱：這種萃取柱的傳質(zhì)效率比較高。較高的填料柱通常隔一定距離安裝一個液體再分布器，并通過選擇合適的填料尺寸來減小壁效應(yīng)。由于填料柱內(nèi)填料的存在，處理能力較噴淋柱小。這種萃取設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，操作方便，適于處理腐蝕性流體。填料的加入增進了相際間的接觸，減少了軸向混合，提高了傳質(zhì)速率。

（3）在一豎直的柱體內(nèi)設(shè)有多層篩板，并且在每塊篩板的一側(cè)安裝著一個拱形溢流管。由于篩孔的噴射作用使分散相分散成較細的液滴而與連續(xù)相密切接觸。根據(jù)輕或重相作為分散相的不同選擇，柱內(nèi)連續(xù)相在篩板問的流動方式不盡相同。輕相作分散相時，通過篩板上的小孔并分散成小液滴，重相從上一層篩板的溢流管中流下，沿著水平方向流過篩板上方，與分散相液滴接觸并傳質(zhì)。篩板柱的萃取效率較填料柱有所提高，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，可處理腐蝕性料液。適用于萃取工程所需要理論級數(shù)少、處理量大及物料具有腐蝕性的場合。3

機械攪拌萃取柱（1）轉(zhuǎn)盤萃取柱：轉(zhuǎn)盤萃取柱的基本結(jié)構(gòu)是在柱體內(nèi)壁上等距離地裝有若干個環(huán)形擋板（固定環(huán)），固定環(huán)使塔內(nèi)形成許多分割開的空間。在柱中央的轉(zhuǎn)軸上安裝著旋轉(zhuǎn)圓盤，其位置介于相鄰的兩個固定圓環(huán)之間。轉(zhuǎn)軸由塔頂?shù)碾妱訖C帶動。結(jié)構(gòu)如下圖所示：

液滴的大小與轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越高，液滴被粉碎得越小，從而增大了傳質(zhì)系數(shù)及接觸界面，故傳質(zhì)效果越好。但是轉(zhuǎn)速提高會使處理能力下降。另外因為同定環(huán)在一定程度上抑制了軸向返混，因此轉(zhuǎn)盤萃取柱具有較高的萃取效率。

（2）Scheibel萃取柱：Scheibel萃取柱柱內(nèi)交替排列有混合區(qū)與分相區(qū)?；旌蠀^(qū)由安裝在垂直軸上的雙葉攪拌槳構(gòu)成，在攪拌槳之間為分相區(qū)。在緊靠葉輪的上、下方都安裝有環(huán)形擋板，使兩相混合比較均勻，傳質(zhì)效果更好。3

脈沖萃取柱這種萃取柱結(jié)構(gòu)與一般填料柱相似，在垂直的圓柱形柱體內(nèi)裝有填料，使用前先用連續(xù)相潤濕填料。脈沖填料柱中脈沖能量的加入，可造成液滴的脈動，有利于傳質(zhì)。傳質(zhì)效率很大程度上取決于液滴的分散程度。液滴平均直徑是決定柱性能的重要因素。3