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应用案例DESIGN

萃取设备中逐级接触萃取过程

溶剂萃取过程可以按连续式或批式操作,前者是工业实践中更为重要的操作方式。萃取一般在等温度条件下操作,但时也可施加温度梯度促进分离。为了实现预定的分离目标,如纯度、处理量等,原料液和萃取相一次接触式不够的。若被萃取的溶质A在两相中的分配系数K不够大,则萃余相还有许多A未被回收;若被分离的两种溶质AB间的分配系数KAKB相差倍数太小,则AB的分离液不完全;若待处理的料液流量大,在萃取器中接触时间短,不能达到相间的萃取平衡。由于以上因素,需要把单级萃取器的效果累积起来,需要采用多级萃取器,并把各级按照一定的规律联结起来,形成多级萃取过程。连续萃取过程可以按以下所述的5中方式操作。前4中是简单溶剂体系,即萃取相只有一个,可以用纯溶剂或几种溶剂的混合物。第5种是用两个不混溶的萃取相来实现萃取。

1)单级萃取  一定流率的原料和溶剂在萃取器中混合,然后进入分相器把萃取相和萃余相分开,并连续地抽出。这实际上就是混合澄清槽的一级萃取。

2)多级错流萃取    如图1-1,原理逐渐通过一系列串联的混合澄清槽,但每级都加入新鲜的溶剂。若有足够的级数,溶质能完全从原料萃取出来;但此流程溶剂用量大,萃取相混合后溶质浓度较低。

3)连续逆流萃取   可以将多级混合澄清槽排列成图1-1所示的逆流流程,也可以做成塔式设备进行逆流操作。原料和溶剂分布在流程的两端加入,萃取相和萃余相也在两端连续抽出。这样,离开的萃取相与刚进入萃取器的原料(溶质浓度高)接触,萃取相中萃取出的溶质浓度高,因而溶剂总用量减少。

4)单溶剂分馏萃取   在逆流萃取中,萃取相中的高浓度是与进口料液平衡的浓度。若将萃取器延伸到进料口之外,并将此时萃取相的一部分用适当的方法除去溶剂(分馏或蒸发)后,回流到上一级,即可提离萃取相的浓度。在塔顶的脱溶剂设备把流出的萃取相中的溶剂分离出来,返回萃取段,而部分萃取出的产品回流进洗涤段,其作用与精馏过程中的塔顶冷凝器类似。在底端补充新鲜溶剂,这与精馏中的再沸器不同。萃取相回流的方法受到一些限制:回流的结果不应在塔的任一端造成两相完全互溶,相间的密度差必须足够使两相顺利逆流流动。

5)水溶剂分馏萃取   两互不相溶的溶剂进入新威尼斯注册送28网站的两端。原料液溶于其中一个溶剂内,从塔中部某处加入。此流程至少涉及四个组分:两种溶质,两种溶剂,在某一段引进回流有时能改善操作。这种方式也可以在混合澄清槽级联中实施。

单级萃取和多级错流萃取常常用于实验室研究。逆流萃取中溶剂利用的效率更高,故已广泛地应用于有机和无机分离过程。虽然单溶剂分馏萃取比简单逆流萃取可得到更浓的萃取相,但对3/1型体系(即3组分形成一对互不相溶体系)却不形成三相区。这类体系比较少见,但可在此类体系中原则上实现原料的完全分离,对工业应用是有效的方法。4/1体系即可用单溶剂也可用双溶剂过程来分离。例如,乙醇和丙酮溶于甲苯的溶液可用水萃取两溶质的混合物作为产品;另一种更有效的方法是用双溶剂萃取,以水和甲苯为溶剂将乙醇和丙酮分离。

萃取器的设计理论涉及平衡关系、物料衡算和传质速率表达式。可以用图解法和解析法来作计算。虽然图解精度有限,但用于溶剂互溶较大的场合时有优点。数值方法也很有用处,尤其在双溶剂和多组分萃取时更方便。萃取器的效能通常用理论级或传质单元来表示。前一概念严格地讲适用于混合澄清器类型的萃取器,后者基于传质速率理论,适用于微分萃取器。但是实际生产中应用颇多的带搅拌的多室新威尼斯注册送28网站是二者之间的中间类型,两种概念皆可应用,两种计算方法间有一定的关系。

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