4_萃取设备.ppt

《4_萃取设备.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4_萃取设备.ppt（37页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第四篇第四篇 萃取设备萃取设备刘中清刘中清四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备4 4 萃取设备萃取设备4.1 4.1 概述概述概述概述4.1.1 4.1.1 基本概念基本概念基本概念基本概念4.1.2 4.1.2 萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则4.2 4.2 萃取工艺流程及计算萃取工艺流程及计算萃取工艺流程及计算萃取工艺流程及计算4.2.1 4.2.1 错流萃取错流萃取错流萃取错流萃取4.2.2 4.2.2 逆流萃取逆流萃取逆流萃取逆流萃取4.2.3 4.2.3 分馏萃取分馏萃取分馏萃取分馏萃取4.3 4.3 萃取设备萃取设备萃取设

2、备萃取设备4.3.1 4.3.1 萃取设备分类及选型萃取设备分类及选型萃取设备分类及选型萃取设备分类及选型4.3.2 4.3.2 混合澄清器混合澄清器混合澄清器混合澄清器4.3.3 4.3.3 萃取塔萃取塔萃取塔萃取塔4.3.4 4.3.4 离心萃取器离心萃取器离心萃取器离心萃取器四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 4.1 4.1 概述概述4.1.1 4.1.1 基本概念基本概念基本概念基本概念 液液-液萃取液萃取用一种与水不互溶的具有萃

3、取能力的有机溶剂与被萃取用一种与水不互溶的具有萃取能力的有机溶剂与被萃取的含有溶质的水溶解混合，澄清而达到分离目的。的含有溶质的水溶解混合，澄清而达到分离目的。萃取目的萃取目的分离性质相似金属分离性质相似金属(如如Zr和和Hf，Ta和和Nb，Ni和和Co，稀，稀土元素等土元素等)；净化溶液净化溶液(除去其中微量元素或杂质除去其中微量元素或杂质)。工业萃取操作工业萃取操作萃取，洗涤，反萃取。萃取，洗涤，反萃取。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取

4、设备 分配比分配比(D)在萃取平衡时，被萃取物在有机相的总浓度和在水相的总在萃取平衡时，被萃取物在有机相的总浓度和在水相的总浓度之比。浓度之比。D=CD=C0 0/C Cw wC0 被萃取物在有机相的总浓度，被萃取物在有机相的总浓度，kg(被萃取物被萃取物)/m3；Cw被萃取物在水相的总浓度，被萃取物在水相的总浓度，kg(被萃取物被萃取物)/m3。分配比分配比(D)越大，被萃取物越容易被萃取到有机相中越大，被萃取物越容易被萃取到有机相中。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设

5、备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 相平衡的表示方法相平衡的表示方法萃取等温线萃取等温线(萃取平衡线萃取平衡线)，见右图。，见右图。根据等温曲线，可得不同根据等温曲线，可得不同浓度的分配比，确定萃取浓度的分配比，确定萃取级数及萃取剂的饱和容量。级数及萃取剂的饱和容量。图图 4.1 萃取等温线萃取等温线 四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 萃取速率萃取速率(G)被萃取物在单位时间内由水相转入到被萃取物在单位时间内由水相转入到有机相的质量。有

6、机相的质量。G=KF G萃取速率，萃取速率，kg(被萃物被萃物)/s;F水相与有机相的接触面积，水相与有机相的接触面积，m2;浓度差浓度差(萃取传质推动力萃取传质推动力),kg(被萃物被萃物)/kg(惰液惰液),或或kg(被萃物被萃物)/kg(溶剂溶剂).K比例系数比例系数(萃取传质系数萃取传质系数)，kg(惰液惰液)/(m2s)，或，或kg(溶剂溶剂)/(m2s)。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 （7 7）萃取参数）萃取参数）萃取参

7、数）萃取参数 相比相比相比相比(R)(R)有机相有机相有机相有机相V V0 0(L(L或或或或mm3 3)与水相与水相与水相与水相V Vw w(L(L或或或或mm3 3)的体积之比。的体积之比。的体积之比。的体积之比。萃取因素萃取因素萃取因素萃取因素(e)(e)萃取液中溶质的量与萃余液中溶萃取液中溶质的量与萃余液中溶萃取液中溶质的量与萃余液中溶萃取液中溶质的量与萃余液中溶质的量质的量质的量质的量 之比。之比。之比。之比。萃取分率萃取分率萃取分率萃取分率(q)(q)被萃取物进入到有机相中的量与两被萃取物进入到有机相中的量与两被萃取物进入到有机相中的量与两被萃取物进入到有机相中的量与两相中被萃取物

8、的总量的百分比。相中被萃取物的总量的百分比。相中被萃取物的总量的百分比。相中被萃取物的总量的百分比。分离系数（分离系数（分离系数（分离系数（）同一体系中两种溶质同一体系中两种溶质同一体系中两种溶质同一体系中两种溶质A A和和和和B B的分配的分配的分配的分配比之比。比之比。比之比。比之比。表明两种溶质的分离效表明两种溶质的分离效表明两种溶质的分离效表明两种溶质的分离效率，率，率，率，A/BA/B =1=1，不能分离；与不能分离；与不能分离；与不能分离；与1 1相差相差相差相差越大，两种溶质越易分离。越大，两种溶质越易分离。越大，两种溶质越易分离。越大，两种溶质越易分离。四川大学化学工程学院四川

9、大学化学工程学院D=CD=C0 0/C Cw w冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 4.1.2 4.1.2 萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则 萃取剂的分类萃取剂的分类萃取剂的分类萃取剂的分类根据萃取机理有四类：中性萃取剂，酸性萃取剂，螯合萃取剂，碱性萃取根据萃取机理有四类：中性萃取剂，酸性萃取剂，螯合萃取剂，碱性萃取根据萃取机理有四类：中性萃取剂，酸性萃取剂，螯合萃取剂，碱性萃取根据萃取机理有四类：中性萃取剂，酸性萃取剂，螯合萃取剂，碱性萃取剂。

10、剂。剂。剂。萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则 高选择性，分离系数高选择性，分离系数高选择性，分离系数高选择性，分离系数(A/BA/B)愈大愈好。愈大愈好。愈大愈好。愈大愈好。大的萃取容量大的萃取容量大的萃取容量大的萃取容量(单位体积萃取剂能够萃取金属元素的最大容量要大单位体积萃取剂能够萃取金属元素的最大容量要大单位体积萃取剂能够萃取金属元素的最大容量要大单位体积萃取剂能够萃取金属元素的最大容量要大)。与水易分层与水易分层与水易分层与水易分层(密度小，粘度低，表面张力大密度小，粘度低，表面张力大密度小，粘度低，表面张力大密度小，粘度低，表面张力大)；不易着火；不易

11、着火；不易着火；不易着火(沸点高，蒸汽沸点高，蒸汽沸点高，蒸汽沸点高，蒸汽压小，闪点高压小，闪点高压小，闪点高压小，闪点高)；水中溶解度小。；水中溶解度小。；水中溶解度小。；水中溶解度小。不水解，无毒性；耐酸，碱，盐溶液或氧化剂，还原剂的作用；腐蚀性不水解，无毒性；耐酸，碱，盐溶液或氧化剂，还原剂的作用；腐蚀性不水解，无毒性；耐酸，碱，盐溶液或氧化剂，还原剂的作用；腐蚀性不水解，无毒性；耐酸，碱，盐溶液或氧化剂，还原剂的作用；腐蚀性小；热稳定性好。小；热稳定性好。小；热稳定性好。小；热稳定性好。反萃取容易，不发生乳化；不生成第三相。反萃取容易，不发生乳化；不生成第三相。反萃取容易，不发生乳化；

12、不生成第三相。反萃取容易，不发生乳化；不生成第三相。来源丰富；制备，纯化，再生容易；价廉；循环使用中损耗小来源丰富；制备，纯化，再生容易；价廉；循环使用中损耗小来源丰富；制备，纯化，再生容易；价廉；循环使用中损耗小来源丰富；制备，纯化，再生容易；价廉；循环使用中损耗小。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 4.2 4.2 萃取工艺流程及计算萃取工艺流程及计算4.2.1 错流萃取错流萃取 错流萃取流程：见图错流萃取流程：见图4-2。错流萃取的

13、物料衡算（溶质错流萃取的物料衡算（溶质A）：）：第一级：第一级：即：即：第第 n 级：级：B 原料液中惰性组分B的量，kg 或 kg/h;Sn 加入每一级中的溶剂量，kg 或 kg/h;YS 溶剂中溶质A的浓度，kg(A)/kg(S);XF原料液中溶质A的浓度,kg(A)/kg(B);Y1,Y2,Yn为第1,2,n 级萃取相中溶质A的浓度,kg(A)/kg(S);X1,X2,Xn为第1,2,n 级萃余相中溶质A的浓度，kg(A)/kg(B)。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶

14、金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院错流萃取的概念错流萃取的概念 料液由第一级加入，每级加入新鲜溶剂，萃余相由引入下一料液由第一级加入，每级加入新鲜溶剂，萃余相由引入下一级萃取器，又与新鲜溶剂接触而再次进行萃取，依次进行，经过级萃取器，又与新鲜溶剂接触而再次进行萃取，依次进行，经过N级萃取器，直到最后一级。最后一级引出的萃余液中的溶质量级萃取器，直到最后一级。最后一级引出的萃余液中的溶质量已降到预定的生产指标。已降到预定的生产指标。优点：各级都加入新鲜溶剂，萃取的传质推动力大，能用较优点：各级都加入新鲜溶剂，萃取的传质推动力大，能用较少的级数达到较好

15、的效果。少的级数达到较好的效果。不足：溶剂消耗比多级逆流萃取大。不足：溶剂消耗比多级逆流萃取大。10冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 上式为错流萃取的操作线方上式为错流萃取的操作线方上式为错流萃取的操作线方上式为错流萃取的操作线方程，在直角坐标上为一直线，程，在直角坐标上为一直线，程，在直角坐标上为一直线，程，在直角坐标上为一直线，即为错流萃取操作线，它通即为错流萃取操作线，它通即为错流萃取操作线，它通即为错流萃取操作线，它通过点过点过点过点(X(Xn-1n-1,Y,YS S

16、)，其斜率为，其斜率为，其斜率为，其斜率为-B/B/S Sn n。当各级溶剂加入量相同，则当各级溶剂加入量相同，则当各级溶剂加入量相同，则当各级溶剂加入量相同，则各级操作线的斜率相同。当各级操作线的斜率相同。当各级操作线的斜率相同。当各级操作线的斜率相同。当各级萃取达到平衡时，操作各级萃取达到平衡时，操作各级萃取达到平衡时，操作各级萃取达到平衡时，操作线相交于平衡线。见图线相交于平衡线。见图线相交于平衡线。见图线相交于平衡线。见图4-34-3。图图图图 4-3 4-3 错流萃取级数错流萃取级数错流萃取级数错流萃取级数四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶

17、金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 错流萃取的理论级数错流萃取的理论级数计算法计算法 e萃取因子萃取因子(e=RD)；CF料液水相溶质浓度料液水相溶质浓度,kg/m3；Cwn第第 n 级萃余相中溶质的浓度，级萃余相中溶质的浓度，kg/m3;溶质未被萃取的分数溶质未被萃取的分数(萃余分率萃余分率)。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院（qq萃取分率）萃取分率）萃取分率）萃取分率）冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备

18、萃取设备萃取设备 图解法图解法图解法图解法先在直角坐标上绘出平衡线和先在直角坐标上绘出平衡线和先在直角坐标上绘出平衡线和先在直角坐标上绘出平衡线和Y YS S线，根据线，根据线，根据线，根据X XF F定定定定V V点，以点，以点，以点，以-B/-B/S Sn n为斜率相为斜率相为斜率相为斜率相交于平衡线交于平衡线交于平衡线交于平衡线T T点。点。点。点。从从从从T T点作点作点作点作X X1 1线交于线交于线交于线交于Y YS S线，得线，得线，得线，得U U点；依次继续作图，直到某直线与平衡线点；依次继续作图，直到某直线与平衡线点；依次继续作图，直到某直线与平衡线点；依次继续作图，直到某直

19、线与平衡线的交点的交点的交点的交点WW的横坐标的横坐标的横坐标的横坐标X Xn n等于或小于生产指标为止；操作线的条数即为所等于或小于生产指标为止；操作线的条数即为所等于或小于生产指标为止；操作线的条数即为所等于或小于生产指标为止；操作线的条数即为所需的理论级数。需的理论级数。需的理论级数。需的理论级数。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 4.2.2 4.2.2 逆流萃取逆流萃取逆流萃取逆流萃取 逆流萃取流程：见下图逆流萃取流程：见下图

20、多级逆流萃取的物料衡算多级逆流萃取的物料衡算：BXF+SYS=BXn+SY1Xn 第第 n 级水相出口的浓度，级水相出口的浓度，kg(A)/kg(B);YS 第第 n 级有机相进口的浓度，级有机相进口的浓度，kg(A)/kg(s);或或 Ym=(B/S)Xm-1+Y1(B/S)XFYm 第第m级有机相出口的浓度级有机相出口的浓度,kg(A)/kg(s);Xm-1 第第m-1级水相出口的浓度级水相出口的浓度,kg(A)/kg(B);上式为逆流萃取操作线方程，上式为逆流萃取操作线方程，B/S，Y1，XF均为常数，在直角坐标上为均为常数，在直角坐标上为一直线，即为逆流萃取操作线，其斜率为一直线，即为

21、逆流萃取操作线，其斜率为B/S，见图，见图4-5。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院原料液冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院三级逆流萃取工艺流程图三级逆流萃取工艺流程图冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院逆流萃取的概念逆流萃取的概念 原料液原料液F由第由第1级加入，逐次通过第

22、级加入，逐次通过第2、第、第3各级各级,最终萃最终萃余相余相Rn由末级由末级n排出；新鲜的溶剂排出；新鲜的溶剂S送入第送入第n级，由该级产生的萃级，由该级产生的萃取相取相En，与原料液流向相反，顺序经过第，与原料液流向相反，顺序经过第n-1、第、第n-2 第第2、第第1级，最终萃取相由第级，最终萃取相由第1级排出。级排出。第第n级的萃余相级的萃余相Rn-1溶质浓度很低，但溶剂新鲜；而进入第溶质浓度很低，但溶剂新鲜；而进入第1级的萃取相级的萃取相E2，溶质浓度很高，但与高溶质的原料液体接触；均，溶质浓度很高，但与高溶质的原料液体接触；均具有一定的传质推动力。具有一定的传质推动力。16冶金科学与工

23、程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 逆流萃取的理论级数逆流萃取的理论级数 图解法图解法先在先在X-Y直角坐标上绘出质量比的平衡线直角坐标上绘出质量比的平衡线OQ，根据，根据(XF,Y1)定定M点，以点，以B/S为斜为斜率作操作线率作操作线;从从M点作直线点作直线Y=Y1交于平交于平衡线上衡线上1点，由点，由1点作点作X=X1交于操作线交于操作线T(X1,Y2)点；如此重复作图，直到某一阶点；如此重复作图，直到某一阶梯所绘的萃余相梯所绘的萃余相X等于或小于生产指标等于或小于生产指标Xn为止；

24、梯级数即为萃取所需要的理论级为止；梯级数即为萃取所需要的理论级数。见图数。见图4-5 计算法：计算法：TOQ图 4-5 逆流萃取级数四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 【例例例例4-14-1 】用用用用 5%TBP 5%TBP 煤油溶剂，按相比煤油溶剂，按相比煤油溶剂，按相比煤油溶剂，按相比 R=VR=V0 0/V Vw w =2/1=2/1 萃取分萃取分萃取分萃取分离钍铀，已知料液成分离钍铀，已知料液成分离钍铀，已知料液成分离钍铀，已知

25、料液成分 U U3 3OO8 8 为为为为 10 g/dm10 g/dm3 3,ThO,ThO2 2 170 g/dm 170 g/dm3 3,D=3,D=3,求欲使残液中求欲使残液中求欲使残液中求欲使残液中 U U3 3OO8 8 达达达达 0.00642 g/dm0.00642 g/dm3 3 ，需要几级萃取？需要几级萃取？需要几级萃取？需要几级萃取？解解解解：e=DR=3e=DR=3 2/1=62/1=6 =(e-1)/(e=(e-1)/(en+1n+1-1)-1)=0.00642/10=0.0006420.00642/10=0.000642 n=-1+lg(e-1)/n=-1+lg(e

26、-1)/+1/+1/lglg e e =-1+lg(6-1)/0.000642+1/=-1+lg(6-1)/0.000642+1/lglg 6 6 =4(=4(级级级级)四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院 溶质未被萃取的分数溶质未被萃取的分数(萃余分率萃余分率)冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 4.2.3 4.2.3 4.2.3 4.2.3 分馏萃取分馏萃取分馏萃取分馏萃取 分馏萃取流程分馏萃取流程见下图，图中可看出萃取方式实际上分两段，其特点是当见下图，图中可看出萃取

27、方式实际上分两段，其特点是当 A/BA/B不大时，也可同时得不大时，也可同时得到纯到纯A A和纯和纯B B，收率很高，应用最广。，收率很高，应用最广。分馏萃取过程分馏萃取过程分馏萃取又称双溶剂萃取；两种溶剂，其一是作萃取的有机相，另一种是用于洗涤分馏萃取又称双溶剂萃取；两种溶剂，其一是作萃取的有机相，另一种是用于洗涤某组分的洗涤剂某组分的洗涤剂(水相水相)，分别由系统的两端加入，逆流流动。，分别由系统的两端加入，逆流流动。含有含有A A，B B两组分的料液从系统中间某一级加入，以进料级为界，将萃取系统分为两两组分的料液从系统中间某一级加入，以进料级为界，将萃取系统分为两段，即萃取段和洗涤段。段

28、，即萃取段和洗涤段。如果如果D DA A D DB B，则洗涤后有机相中富含，则洗涤后有机相中富含A A，萃余液则富含，萃余液则富含B B。理论级数可用图解法，也可用计算法理论级数可用图解法，也可用计算法(以物料平衡为基础以物料平衡为基础)，在实验室里也可用模拟，在实验室里也可用模拟法确定。法确定。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院A+B+溶剂S21234512345萃取级萃洗级S1S2S1冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 4.3 4.3 萃取设备萃取设备4.3.14.

29、3.1萃取设备分类及选型萃取设备分类及选型萃取设备分类及选型萃取设备分类及选型 萃取设备的分类萃取设备的分类:萃取设备的具体分类及优缺点如表萃取设备的具体分类及优缺点如表4-1-1。萃取设备种类繁多，可按不同的方法分类。萃取设备种类繁多，可按不同的方法分类。按液流接触方式按液流接触方式，可分为逐级接触式和连续接触式，前者的典，可分为逐级接触式和连续接触式，前者的典型代表是用机械搅拌的混合澄清器，也包括空气脉冲混合澄清型代表是用机械搅拌的混合澄清器，也包括空气脉冲混合澄清器、重力式筛板塔和离心萃取器等；而连续接触设备主要是萃器、重力式筛板塔和离心萃取器等；而连续接触设备主要是萃取塔，其次是离心萃

30、取器。取塔，其次是离心萃取器。按相分散的动力按相分散的动力，萃取塔又包括重力式的喷淋塔和填料塔，机，萃取塔又包括重力式的喷淋塔和填料塔，机械搅拌式的转盘塔，希贝尔塔，米克西科塔，库尼塔等；械搅拌式的转盘塔，希贝尔塔，米克西科塔，库尼塔等；此外此外，还有脉冲式填料塔和筛板塔，往复振动筛等。，还有脉冲式填料塔和筛板塔，往复振动筛等。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 表表 4.1 4.1 几类萃取设备的优缺点和应用范围几类萃取设备的优缺点和应

31、用范围设备类型设备类型优点优点缺点缺点应用范围应用范围逐逐级级接接触触式式混澄器混澄器级级效率高；处理能力大；操作弹性好，流效率高；处理能力大；操作弹性好，流比变化较大时，仍可稳定操作；放大设计比变化较大时，仍可稳定操作；放大设计比较可靠。比较可靠。溶剂滞留量大；设备溶剂滞留量大；设备占地面积大；不适用占地面积大；不适用于所需理论级数较大于所需理论级数较大的体系。的体系。湿法湿法冶金、冶金、石油化工石油化工连连续续接接触触式式有有外外能能输输入入的的萃萃取取塔塔脉冲脉冲筛板塔筛板塔处理能力大；容积效率高，塔内无运动部处理能力大；容积效率高，塔内无运动部件，工作可靠。件，工作可靠。难处理密度差小

32、的体难处理密度差小的体系；不能适应高比操系；不能适应高比操作；处理乳化体系有作；处理乳化体系有困难；放大设计不可困难；放大设计不可靠。靠。湿法冶金、湿法冶金、石油化工、石油化工、制药工业、制药工业、核工业。核工业。往复振动往复振动筛板塔筛板塔处理量大，结构简单；操作弹性好，能处处理量大，结构简单；操作弹性好，能处理含悬浮固体的液体。理含悬浮固体的液体。转盘塔转盘塔处理量较大；效率较高；结构较简单；制处理量较大；效率较高；结构较简单；制造、操作和维修费较低。造、操作和维修费较低。离心萃取塔离心萃取塔设备体积小；传质效率高；溶剂滞留量小；设备体积小；传质效率高；溶剂滞留量小；适于处理两相密度差很小

33、的体系；接触时适于处理两相密度差很小的体系；接触时间短，适于非平衡操作。间短，适于非平衡操作。结构复杂，难以加工；结构复杂，难以加工；制造成本和维修费用制造成本和维修费用均高于其它萃取器。均高于其它萃取器。制药工业、石制药工业、石油化工、核工油化工、核工业。业。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 萃取设备的选型：查文献萃取设备的选型：查文献图图图图 4.7 4.7 萃取设备的选型萃取设备的选型萃取设备的选型萃取设备的选型四川大学化学工程学

34、院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 4.3.2 4.3.2 4.3.2 4.3.2 混合澄清器混合澄清器混合澄清器混合澄清器 简单箱式混澄器的结构简单箱式混澄器的结构简单箱式混澄器的结构简单箱式混澄器的结构:混澄器 操作过程两相的流向如图4-8所示，就设备整体而言，两相流动是逆流；在任一级中则是并流。有机相由n-1级澄清室通过有机相溢流口进入n级混合室，水相由n+1级澄清室底部入口进入前室，借搅拌器的抽吸作用进入n级混合室，两相在混合室内搅拌混合，进行萃取

35、。混合相在搅拌离心力作用下，经混合相流通口进入澄清室中澄清。然后两相分别流入相邻的两级。图图4-8 三级混澄器三级混澄器有机相萃取相水相水相混合室混合室澄清室混合室澄清室萃取相出口萃余相出口水相进口有机相进口四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 混合澄清槽三级逆流萃取混合澄清槽三级逆流萃取原料液有机相123萃余相萃取相四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备

36、湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 混澄器的工艺设计混澄器的工艺设计混澄器的工艺设计混澄器的工艺设计 混合室的设计混合室的设计混合室的设计混合室的设计混合室的有效容积混合室的有效容积混合室的有效容积混合室的有效容积(V(VMM):):V VMM=f=f2 2(1+R)Q(1+R)Qw wt/60 (mt/60 (m3 3)R R 接触相比；接触相比；接触相比；接触相比；QQw w 水相流量，水相流量，水相流量，水相流量，mm3 3/h/h；f f2 2 流量波动系数流量波动系数流量波动系数流量波动系数(f(f2 2=1.2 =1.2 2.0)2.0)。t t

37、两相在混合室内的表观停留时间两相在混合室内的表观停留时间两相在混合室内的表观停留时间两相在混合室内的表观停留时间,min,min；混合室的长混合室的长混合室的长混合室的长(L(LMM)，宽，宽，宽，宽(B(BMM)和有效高度和有效高度和有效高度和有效高度(H(HMM)的比例：的比例：的比例：的比例：L LMM B BMM HHMM=1=1 1 1 1.11.1 见图见图见图见图4-94-9混合室的实际高度混合室的实际高度混合室的实际高度混合室的实际高度(H(HMM)：HHMM=(1.3 =(1.3 1.4)H1.4)HMM前室的高度前室的高度前室的高度前室的高度(HHf f)：HHf f=(1

38、/4 1/4 1/5)L 1/5)LMM混合室的总高混合室的总高混合室的总高混合室的总高(H)(H)：H=H=HHf f+H+HMM 图 4.9 混合室几何参数示意图混合区前室四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 澄清室的设计澄清室的设计澄清室的设计澄清室的设计n n比澄清速度比澄清速度比澄清速度比澄清速度(U(Us s):):U Us s=Q/A=Q/AS S m m3 3/(m/(m2 2 h)h)Q Q两相或某一相的流量两相或某一相的

39、流量两相或某一相的流量两相或某一相的流量(Q=(1+R)Q(Q=(1+R)Qw w)，mm3 3/h/h；A AS S澄清室的澄清面积，澄清室的澄清面积，澄清室的澄清面积，澄清室的澄清面积，mm2 2 。n n澄清室的高度和宽度，应与混合室相对应。澄清室的高度和宽度，应与混合室相对应。澄清室的高度和宽度，应与混合室相对应。澄清室的高度和宽度，应与混合室相对应。n n澄清室的长度澄清室的长度澄清室的长度澄清室的长度(L(LS S)：L LS S=A=AS S/B/BMM (m)(m)B BM M-澄清室的宽度，澄清室的宽度，澄清室的宽度，澄清室的宽度，m m。相口的位置相口的位置相口的位置相口的

40、位置n n 重相进出口的位置，一般都紧靠底板。重相进出口的位置，一般都紧靠底板。重相进出口的位置，一般都紧靠底板。重相进出口的位置，一般都紧靠底板。n n 轻相进出口的位置，高于混合室液面轻相进出口的位置，高于混合室液面轻相进出口的位置，高于混合室液面轻相进出口的位置，高于混合室液面2 2 5cm(5cm(从从从从澄清室自动溢流到相邻的混合室澄清室自动溢流到相邻的混合室澄清室自动溢流到相邻的混合室澄清室自动溢流到相邻的混合室)。n n 混合相流通口的位置，通口的中心线为距液面混合相流通口的位置，通口的中心线为距液面混合相流通口的位置，通口的中心线为距液面混合相流通口的位置，通口的中心线为距液面

41、的的的的 (1/2(1/2 1/3)1/3)处处处处(混合室与同级澄清室的隔板上混合室与同级澄清室的隔板上混合室与同级澄清室的隔板上混合室与同级澄清室的隔板上)。孔洞式混合相口1.混合室 2.澄清室 3.孔洞 四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院前室前室冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 【例例例例4-24-2】以脂肪胺作萃取剂，从硫酸溶液中萃取铀。已知水相以脂肪胺作萃取剂，从硫酸溶液中萃取铀。已知水相以脂肪胺作萃取剂，从硫酸溶液中萃取铀。已知水相以脂肪胺作萃取剂，从硫酸溶

42、液中萃取铀。已知水相流量为流量为流量为流量为QQw w=0.14m=0.14m3 3/min/min，两相接触相比为两相接触相比为两相接触相比为两相接触相比为R=2/1R=2/1，两相接触时间两相接触时间两相接触时间两相接触时间为为为为t=1.5mint=1.5min，澄清比速度澄清比速度澄清比速度澄清比速度U Us s=0.12 m=0.12 m3 3/(m/(m2 2 min)min)。计算混合澄清计算混合澄清计算混合澄清计算混合澄清室的基本结构尺寸。室的基本结构尺寸。室的基本结构尺寸。室的基本结构尺寸。解解解解:(1)(1)混合室：混合室：混合室：混合室：V VMM=f=f2 2(1+R

43、)Q(1+R)Qw wt/60 (t/60 (取取取取f f2 2=1.2)=1.2)=1.2(1+2/1)=1.2(1+2/1)0.140.14 1.5=0.756 m1.5=0.756 m3 3;L LMM=B=BMM=(V=(VMM/1.1)/1.1)1/31/3=0.882 m=0.882 m H HMM=1.1 L=1.1 LMM=1.1=1.1 0.882=0.970 m0.882=0.970 m H HMM=1.3 H=1.3 HMM=1.26 m=1.26 m HHf f=1/4 L=1/4 LMM=0.221 m=0.221 m H=H=HHf f+H+HMM=1.26+0.

44、221=1.481 m=1.26+0.221=1.481 m 澄清室：其宽度与高度均与混合室相同。澄清室：其宽度与高度均与混合室相同。澄清室：其宽度与高度均与混合室相同。澄清室：其宽度与高度均与混合室相同。A AS S=Q/u=Q/us s=(1+R)Q=(1+R)Qw w/u/us s=(1+2)=(1+2)0.14/0.12=3.5 m0.14/0.12=3.5 m2 2 澄清室的长度：澄清室的长度：澄清室的长度：澄清室的长度：L LS S=A=AS S/B/BMM=3.5/0.882=3.97 m=3.5/0.882=3.97 m。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学

45、院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 4.3.3 4.3.3 4.3.3 4.3.3 萃取塔萃取塔萃取塔萃取塔塔式萃取设备是比较古老的萃取器，它最先用在铀的提取上，塔式萃取设备是比较古老的萃取器，它最先用在铀的提取上，在萃取塔中，水相和有机相分别从塔顶和塔底加入，经连续在萃取塔中，水相和有机相分别从塔顶和塔底加入，经连续逆流接触进行萃取、反萃或洗涤；两相分离在塔的两端实现逆流接触进行萃取、反萃或洗涤；两相分离在塔的两端实现。与混合澄清器相比，萃取塔具有占地面积小、通量大、容积与混合澄清器相比，萃

46、取塔具有占地面积小、通量大、容积率高、溶剂滞留量小和操作维修费用低等优点。特别是在要率高、溶剂滞留量小和操作维修费用低等优点。特别是在要求较多的理论级数，而占地面积又受限制时，萃取塔更显出求较多的理论级数，而占地面积又受限制时，萃取塔更显出其优越性。其优越性。工业上常用的萃取塔有：喷淋塔、填料塔、转盘塔工业上常用的萃取塔有：喷淋塔、填料塔、转盘塔(RDC)、米、米克西科（克西科（Mixco）塔、希贝尔（）塔、希贝尔（Scheibel）塔、库尼）塔、库尼（Kuhni）塔、不对称转盘塔（）塔、不对称转盘塔（ARD）、往复振动筛板塔）、往复振动筛板塔（RPEC）、脉冲填料塔和脉冲筛板塔等）、脉冲填料

47、塔和脉冲筛板塔等。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 脉冲萃取塔脉冲萃取塔脉冲萃取塔脉冲萃取塔常见的有脉冲填料塔和脉冲筛板塔；冶金工业常用脉冲筛板塔。常见的有脉冲填料塔和脉冲筛板塔；冶金工业常用脉冲筛板塔。常见的有脉冲填料塔和脉冲筛板塔；冶金工业常用脉冲筛板塔。常见的有脉冲填料塔和脉冲筛板塔；冶金工业常用脉冲筛板塔。脉冲的传递有多种方式，如图脉冲的传递有多种方式，如图脉冲的传递有多种方式，如图脉冲的传递有多种方式，如图4-114-114-

48、114-11所示。所示。所示。所示。图 4-11 脉冲萃取塔四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 往复振动筛板塔往复振动筛板塔这种塔也称为内脉冲萃取塔，它的脉冲运动是由塔顶的机械装这种塔也称为内脉冲萃取塔，它的脉冲运动是由塔顶的机械装置带动塔内筛板作往复运动的置带动塔内筛板作往复运动的(如图如图4-12)4-12)。两液相在往复运动。两液相在往复运动的筛板孔切割下混合，进行萃取。的筛板孔切割下混合，进行萃取。图 4-12 往复振动筛板塔筛板

49、萃取塔四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 图 4-13 转盘塔 转盘塔转盘塔转盘塔是由荷兰皇家壳转盘塔是由荷兰皇家壳牌公司研制成功的；其牌公司研制成功的；其结构如图结构如图4-13所示。这所示。这种塔的内阻力小，生产种塔的内阻力小，生产能力大，理论级当量高能力大，理论级当量高度通常在度通常在0.3 0.5 m。四川大学化学工程学院四川大学化学工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院冶金科学与工程学院湿法冶金设备湿法冶

50、金设备湿法冶金设备湿法冶金设备萃取设备萃取设备萃取设备萃取设备 4.3.4 4.3.4 4.3.4 4.3.4 离心萃取器离心萃取器离心萃取器离心萃取器离心萃取器是利用离心力、搅拌剪切力或与外壳的环隙之间离心萃取器是利用离心力、搅拌剪切力或与外壳的环隙之间的摩擦力进行两相混合，并利用离心力使两相澄清分离的萃的摩擦力进行两相混合，并利用离心力使两相澄清分离的萃取设备。由于离心加速度远大于重力加速度，离心力远大于取设备。由于离心加速度远大于重力加速度，离心力远大于重力，所以离心萃取器能在短短几秒钟的停留时间内保证两重力，所以离心萃取器能在短短几秒钟的停留时间内保证两相充分混合、迅速分离。相充分混合