萃取设备的发展概述及展望 - 图文

实际上，很多萃取设备是根据特定的工艺要求而发展的，然后推广应用于其他领域。从技术和经济上来看，不能说哪一种设备对所有的溶剂萃取过程都是最好的。应该根据体系的物理化学性质、处理量和萃取要求来评价和选择萃取设备。表2-1[8]介绍了几类萃取设备的主要优缺点和应用领域。

表2-1 几种萃取设备的优缺点及应用领域

3 典型萃取设备的介绍

3.1 混合澄清器

混合清澄器是一种常见组合式萃取设备，每一级均由一混合器与一澄清器组成，如图3-1所示。原料液与萃取剂进入混合室在搅拌作用下使一相液体分散在另一相中，充分接触后进入澄清器。在澄清器内由于两液体的密度差使两液相得以分层。

轻相重相1234轻相5重相图11－16 混合澄清器图3-1混合澄清器 1－混合器；2－搅拌器；3－澄清器；4－轻相溢出口；5－重相液出口1—混合器；2—搅拌器；3—澄清器；4—轻相溢出口；5—重相液出口 3.2 塔式萃取设备 3.2.1

填料塔

用于萃取的填料塔与用于气液传质过程的填料塔结构上基本相同，即在塔内支撑板上填充一定高度的填料层。相对于有外加能量和搅拌的设备，无机械搅拌的重力萃取设备主要有三类：喷淋塔、填料塔和筛板塔。其中填料萃取塔是石油炼制、化学工业和环境保护等工业部门广泛应用的一种萃取设备，具有结构简单，无需外加能量，适用物系广，易于操作，便于制造和安装等优点。

作为最重要的塔构件，塔填料对于塔传质效率具有决定性影响。合适的塔填料能够有效增加两相接触面积、减小轴向混合从而提高传质效率。此外，合适的塔填料对增大孔隙率、减小压降、提高塔的处理能力以及促进流体均匀分布等都具有明显作用[9]。塔填料分为散装填料和规整填料两种。

散装填料又可分为环形填料、鞍形填料等形式。最初的填料是瓦砾、卵石等不定形物。1914年拉西环（Raschig Ring）的出现，使填料的研究进入了科学的阶段。1948年德国出现了被称为第二代产品的鲍尔环（Pall Ring）填料，它是对拉西环的一次重大改进，使得处理能力较拉西环增加50%以上，压降仅为拉西环的一半。两种填料的如图3-2和图3-3所示。

图3-2拉西环填料 图3-3 鲍尔环填料

阶梯短环[10]是由美国Glistch公司发明的一种散装填料，它的最大特点就是将高径比从原来阶梯环的0.5降低到阶梯短环的0.3，如图3-4所示。实验表明：高径比越小，传质效率越高。所以高径比的降低对于阶梯环性能的提升是相当明显的，阶梯环在塔内的排列比较规整，所以塔内流动阻力小，且大多数填料的内外表面都易被液体润湿，从而阶梯短环的阻力降较低，处理能力大，传质效率高[11]。此外，由于阶梯短环可由多种材料制造，所以其种类和规格很多，可用于多种体系，在工业上的应用相当广泛，比如地下水的净化等[12]。CMR填料传质效率比鲍尔环高，而阻力降低，已在蒸馏、吸收、汽提和液液萃取等几百个装置中应用。缺点是：填料翻边儿有助于提高强度，但用于某些物质的精馏，易引起物料的结焦或聚合，用于萃取，易引起液滴聚积

图3-4 阶梯短环填料（CMR）

由清华大学研制的内弯弧形筋片扁环填料[13]和挠性梅花扁环填料[14]，如图3-5和图3-6所示，结构新颖，创新性地采用独特的内弯弧形结构和极低的高径比（0.2-0.3），促进了塔内液滴的分散—聚合—再分散的循环，同时使填料内部的流道更合理，并且使填料在堆乱时依然表现出一定的序列行从而降低阻力降，最终大大提高塔的处理能力和传质效率。

图3-5内弯弧形筋片扁环填料（QH-1） 图3-6挠性梅花扁环填料(QH-2) QH-1型扁环填料的性能明显优于鲍尔环、Mellapak、Intalox等国外引进的新型填料，轴向混合小，处理能力大，传质效率提高20％以上，而QH-2型扁环填料的性能在此基础上又有所提高。

3.2.2 脉冲筛板萃取塔

脉冲筛板萃取塔是指由于外力作用使液体在塔内产生脉冲运动的筛板萃取塔。它的传质效率高，处理能力大，而且结构简单，塔内无运动部件，工作可靠。

何潮洪等[15]发明了一种新型的脉冲筛板塔，不同于以往筛板孔径全板均匀一致分布以及板间距相同的设计，此专利选择在不同塔段板间距可不一样；此外，对于某一筛板而言，选择在靠边筛板边缘区域的孔径比中心区域的孔径大，如图3-8所示，通过以上改进设计，一方面能够有效减小塔下部发生液泛的可能性，同时还降低全塔阻力，减少能耗，而塔上部板段则由于孔径娇小从而传质效率较高；另一方面由于塔壁附近的孔径较大，虽然流速降低但是固体悬浮物更易通过而不会造成积累从而保证了塔的正常操作。

图3-8新型筛板 3.2.3

转盘萃取塔

图3-7筛板萃取塔 1—筛板；2—混合液； 3—轻重液分界面；4—溢流管 转盘萃取塔是在塔体壁面上按一定问距设置若干个环形挡板(称为固定环)，在中心轴上按同样间距安装若干个转盘，转盘随中心轴作高速旋转对两相起到搅拌作用的萃取设备。转盘塔具有结构简单、通量大、造价低、操作维修方便等优点，但由于转速的影响易导致轴向混合严重和液泛，为此开发出许多改进型萃取塔，如闭式涡轮转盘塔(CTRDC)[16]、MRDC[17]在一定程度上提高了效率。