9.3 萃取设备（课件）-《化工单元操作（第三版） 》同步教学（化工版·2022）

2024/4/13 第9章 液-液萃取 2024/4/13 主要内容 9.1 概述 9.2 液液相平衡 9.3 萃取设备 2024/4/13 9.3萃取设备 液—液萃取设备的种类很多，但目前尚不存在各种性能都比较完美的设备，萃取设备的研究还不够成熟，尚待进一步开发与改善。 萃取设备应有的主要性能是能为两液相提供充分混合与充分分离的条件，使两液体相之间具有很大的接触面积，这种界面通常是将一种液相分散在另一种液相中所形成。分散成滴状的液相称为分散相，另一个呈连续的液体相称为连续相。显然，分散的液滴越小，两相的接触面积越大，传质越快。为此，在萃取设备内装有喷嘴、筛孔板、填料或机械搅拌装置等。为使萃取过程获得较大的传质推动力，两相流体在萃取设备内以逆流流动方式进行操作。 2024/4/13 在工业生产中由于塔式萃取设备有较大的生产能力，设备投资不大，萃取分离效果较好，两相可实现连续逆流操作，所以生产上大多采用各种类型的萃取塔进行萃取操作。本节重点介绍几种常用萃取塔。 2024/4/13 1.填料萃取塔 填料萃取塔的结构与吸收和精馏使用的填料塔基本相同。在塔内装填充物，连续相充满整个塔中，分散相以滴状通过连续相。填料可以是拉西环、鲍尔环、鞍形填料、丝网填料等，材料有陶瓷、金属或塑料。 2024/4/13 为了有利于液滴的形成和液滴的稳定性，所用的填料材料应被连续相优先润湿。一般瓷质填料易被水优先润湿，石墨和塑料填料则易被大部分有机液优先润湿，对于金属填料易被水溶液优先润湿，这均应由试验决定。在应用丝网填料时，为了防止转相，应被分散相所润湿。 2024/4/13 为了减少壁流，填料尺寸应小于塔径的1／8—1／10。由于塔径增大后轴向混合增加，填料塔很高时液体易发生沟流，因此为减少液体的轴向混合与沟流，通常在塔高3—5m的间距设置液体再分布装置。为防止过早的液泛，喷料嘴必须穿过填料支持器25—50mm，而填料支持器必须具有尽可能大的自由截面，以尽量减少压力降及沟流。 2024/4/13 填料塔结构简单，造价低廉，操作方便，故在工业中仍有一定的应用。虽然填料塔不宜处理含固体的流体，但适用于处理腐蚀性流体。在处理量比较小的物系中，应用仍较广泛。与喷淋塔相比，由于填料增进了相际间的接触，减少了轴向混合，因而提高了传质速率，但是效率仍较小。工业填料萃取塔高度一般为20—30m，因而在工艺条件所需的理论级数小于3的情况下，可以考虑选用。 2024/4/13 对于标准的工业填料，在液—液萃取中有一个临界的填料尺寸。大多数液-液萃取系统填料的临界直径约为12mm或更大些，工业上一般可选用15mm或25mm直径的填料，以保证适当的传质效率和两相的流通能力。 各种填料的处理能力和传质性能各有不同，对一个新的萃取过程，最适宜的填料型式，应由试验决定。 2024/4/13 2.筛板萃取塔 筛板(多孔板)塔，结构如图。它与筛板蒸馏塔的结构相似，但是筛板的孔径要比蒸馏塔的小，筛板间距也和蒸馏塔稍有不同。 2024/4/13 如果轻液为分散相，轻液由底部进入，经筛孔板分散成液滴，在塔板上与连续相密切接触后分层凝聚，并积聚在上一层筛板的下面，然后借助压力的推动再经孔板分散，最后由塔顶排出。重液连续地由上部进入，经降液管至筛板后通过溢流堰流入降液管进入下面一块筛板。依次反复，最后由塔底排出。 2024/4/13 如果重液是分散相，则塔板上的降液管须改为升液管，连续相(轻液)通过升液管进入上一层塔板。 2024/4/13 因为连续相的轴向混合被限制在板与板之间范围内，而没有扩展至整个塔内，同时分散相液滴在每一块塔板上进行凝聚和再分散，使液滴的表面得以更新，因此筛板塔的萃取效率比填料塔有所提高。由于筛板塔结构简单，价格低廉，尽管级效率较低，仍在许多工业萃取过程中得到应用，尤其是在萃取过程所需理论级数少、处理量较大以及物系具有腐蚀性的场合。国内在芳烃抽提中应用筛板塔效果良好。 2024/4/13 为了提高板效率，使分散相在孔板上易于形成液滴，筛板材料必须优先为连续相所润湿，因此有时需应用塑料或将塔板涂以塑料，或者分散相由板上的喷嘴形成液滴，同时选择体积流量大的流体为分散相。 2024/4/13 为了保证筛板塔的正常操作，在设计中，应考虑以下几点：①分散相应均匀地通过全部筛孔，防止连续相短路而导致板效率降低；②选择适当的筛孔流速，筛孔流速过低，易形成分散相滴状流出；筛孔流速过高，易产生分散相喷射，对传质均不利；③两相在板间明显分层，并且要有一定高度的分散相积累层；④连续相经降液管(或溢流管)流动时，所夹带的分散液滴要少，以避免过大轴向混合。 2024/4/13 3.转盘萃取塔 转盘塔是装有回旋搅拌