1、9.1 概述概述 一，萃取的概念和分类一，萃取的概念和分类 萃取是分离液体混合物的重要单元操作之一。萃取是利用液体各组分在溶萃取是分离液体混合物的重要单元操作之一。萃取是利用液体各组分在溶剂中溶解度的不同，以达到分离目的的一种操作。设原料液中含有溶质剂中溶解度的不同，以达到分离目的的一种操作。设原料液中含有溶质A和溶和溶剂剂B（有时称为稀释剂），为使（有时称为稀释剂），为使 A和和B分离，需加入一种与溶剂分离，需加入一种与溶剂B不互溶或部不互溶或部分互溶的溶剂分互溶的溶剂S，S称为萃取剂。经过充分的接触后，溶质称为萃取剂。经过充分的接触后，溶质A即转移到溶剂即转移到溶剂S中。中。然后利用然后利
2、用B和和S的密度差将两相分开，得到两个液相：以溶剂的密度差将两相分开，得到两个液相：以溶剂S为主的液相称萃为主的液相称萃取相取相E，以原溶剂，以原溶剂B为主的液相称萃余相为主的液相称萃余相R。上述萃取操作并未最后完成分离。上述萃取操作并未最后完成分离任务，为了进一步脱除回收萃取剂并得到溶质任务，为了进一步脱除回收萃取剂并得到溶质A，要将，要将E、R两相分别脱除萃两相分别脱除萃取剂。分离萃取剂取剂。分离萃取剂S和目标产物和目标产物A的方法一般是精馏或蒸发。萃取过程如图的方法一般是精馏或蒸发。萃取过程如图8.1所示。所示。图图8.1 8.1 萃取过程示意图萃取过程示意图若被萃取的混合物都是液体，则
3、此过程是液若被萃取的混合物都是液体，则此过程是液-液萃取；若被处液萃取；若被处理物料是固体，则此过程称为液理物料是固体，则此过程称为液-固萃取或浸取；如果利用超临界固萃取或浸取；如果利用超临界流体来进行萃取，则称为超临界萃取。传统的萃取一般指液流体来进行萃取，则称为超临界萃取。传统的萃取一般指液-液萃液萃取，根据萃取剂的种类和形式的不同又可将它分为有机溶剂萃取取，根据萃取剂的种类和形式的不同又可将它分为有机溶剂萃取（简称溶剂萃取）、双水相萃取、液膜萃取和反胶团萃取等。（简称溶剂萃取）、双水相萃取、液膜萃取和反胶团萃取等。按萃取过程微观反应的不同，萃取还可以分为物理萃取和化按萃取过程微观反应的不
4、同，萃取还可以分为物理萃取和化学萃取，物理萃取的理论基础是分配定律，而化学萃取服从相律学萃取，物理萃取的理论基础是分配定律，而化学萃取服从相律及一般化学反应的平衡规律。物理萃取中，两互不相溶的液相中及一般化学反应的平衡规律。物理萃取中，两互不相溶的液相中溶质的化学状态相同；而化学萃取过程常伴有化学反应，根据化溶质的化学状态相同；而化学萃取过程常伴有化学反应，根据化学反应的不同，化学萃取可分为配合反应萃取、阳离子交换反应学反应的不同，化学萃取可分为配合反应萃取、阳离子交换反应萃取、离子缔合反应萃取、协同萃取和带同萃取五大类。萃取、离子缔合反应萃取、协同萃取和带同萃取五大类。在萃取过程中，由于它本
5、身具有常温操作、无相变化以及选择在萃取过程中，由于它本身具有常温操作、无相变化以及选择适当溶剂可以获得较高分离系数等优点，在很多情况下，仍显示适当溶剂可以获得较高分离系数等优点，在很多情况下，仍显示出它技术经济上的优势。通常在下列情况下选用萃取分离方法较出它技术经济上的优势。通常在下列情况下选用萃取分离方法较为有利：为有利：（1）溶液中各组分的沸点非常接近，或者说组分之间的相对挥发）溶液中各组分的沸点非常接近，或者说组分之间的相对挥发度接近度接近1。（2）混合液中组分能形成恒沸物，用一般精馏不能得到所需的纯）混合液中组分能形成恒沸物，用一般精馏不能得到所需的纯度。度。（3）溶液中要回收的组分是
6、热敏性物质，受热易于分解、聚合或）溶液中要回收的组分是热敏性物质，受热易于分解、聚合或发生其他化学变化。发生其他化学变化。（4）需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高，用精馏方法需蒸）需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高，用精馏方法需蒸出大量稀释剂，消耗能量很大。出大量稀释剂，消耗能量很大。（5）复杂混合物中，目标产物的提取。）复杂混合物中，目标产物的提取。二，萃取操作流程二，萃取操作流程 在萃取过程中，应根据过程的特点，结合具在萃取过程中，应根据过程的特点，结合具体情况，布置一个合理而又经济的操作流程。萃体情况，布置一个合理而又经济的操作流程。萃取过程是一个先使两液层充分混合以使溶质重新取过程
7、是一个先使两液层充分混合以使溶质重新分配，然后又完全分离，最后并使溶剂再生的过分配，然后又完全分离，最后并使溶剂再生的过程。故在萃取的操作流程中应包括下面三个部分：程。故在萃取的操作流程中应包括下面三个部分：（1）被处理的混合物与新加入的溶剂密切接触；）被处理的混合物与新加入的溶剂密切接触；（2）轻重液层完全分离；）轻重液层完全分离；（3）从萃取相和萃余相中除去溶剂，并加以回收。）从萃取相和萃余相中除去溶剂，并加以回收。因此在流程中须包括混合器、分离器和溶剂因此在流程中须包括混合器、分离器和溶剂再生的设备，根据物料与溶剂的接触情况，通常再生的设备，根据物料与溶剂的接触情况，通常可将萃取操作流程
8、分为单效接触式、多效接触式、可将萃取操作流程分为单效接触式、多效接触式、多效逆流接触式和逆流塔式四种。多效逆流接触式和逆流塔式四种。（一）单效接触式（一）单效接触式 使混合物和全部溶剂一次在器内进行充分接使混合物和全部溶剂一次在器内进行充分接触，经过一定时间后，再将萃取相和萃余相分别触，经过一定时间后，再将萃取相和萃余相分别取出，见图取出，见图9.2所示。此种操作方法所用设备比较所示。此种操作方法所用设备比较简单，制造也比较容易。简单，制造也比较容易。图图9.2 9.2 单效接触式萃取流程示意图单效接触式萃取流程示意图 1 1，萃取器；，萃取器；2 2，分离器，分离器二）多效接触式二）多效接触
9、式 单效接触式萃取设备中所得萃余相，其中往往还含有部分被萃取溶质，单效接触式萃取设备中所得萃余相，其中往往还含有部分被萃取溶质，为了进一步提取溶质，可采用多效接触式操作，见图为了进一步提取溶质，可采用多效接触式操作，见图9.3。它利用几个串。它利用几个串联的萃取器，使物料在第一效中经过萃取后送入第二效，继续进行萃取，联的萃取器，使物料在第一效中经过萃取后送入第二效，继续进行萃取，再送入第三效，再送入第三效，而溶剂则分别加入各效混合器中。而溶剂则分别加入各效混合器中。图图9.3 多效接触式萃取流程示意图多效接触式萃取流程示意图 1，萃取器；，萃取器；2，分离器；，分离器；3，溶剂再生器，溶剂再生
10、器 在此种操作方式中，由于新鲜溶剂系分别加入到各效，故萃取的推在此种操作方式中，由于新鲜溶剂系分别加入到各效，故萃取的推动力较大，萃取效果较好，但缺点也很明显，即加入的溶剂量越大，再动力较大，萃取效果较好，但缺点也很明显，即加入的溶剂量越大，再生消耗的能源也越多。生消耗的能源也越多。（三）多效逆流接触式（三）多效逆流接触式 为改进多效接触式的缺点，可采用逆流操作以合理使用溶剂，见图为改进多效接触式的缺点，可采用逆流操作以合理使用溶剂，见图9.4所示。所示。图图9.4 多效逆流接触式萃取流程示意图多效逆流接触式萃取流程示意图 1，萃取器；，萃取器；2，分离器；，分离器；3，溶剂再生器，溶剂再生器
11、 物料从一端进入，通过各效，最后从末端排出；溶剂则从末端进入，通过物料从一端进入，通过各效，最后从末端排出；溶剂则从末端进入，通过各萃取器而最后从首效排出。各萃取器而最后从首效排出。在这种流程中，溶剂与物料互成逆流。溶剂在流动过程中溶质的浓度逐渐在这种流程中，溶剂与物料互成逆流。溶剂在流动过程中溶质的浓度逐渐增高，但它分别与平衡浓度更高的物料在各效中进行接触，所以仍能发生传质增高，但它分别与平衡浓度更高的物料在各效中进行接触，所以仍能发生传质过程。而物料在出口处虽然浓度较低，但由于和进来的纯溶剂接触，故能使其过程。而物料在出口处虽然浓度较低，但由于和进来的纯溶剂接触，故能使其中溶质浓度继续减少
12、到最低的程度。中溶质浓度继续减少到最低的程度。在上述三种操作方式中，多效逆流接触式的操作效果最好，而且所消耗的在上述三种操作方式中，多效逆流接触式的操作效果最好，而且所消耗的溶剂量并不多，故在工业上得到了广泛的应用。溶剂量并不多，故在工业上得到了广泛的应用。（四）萃取塔（四）萃取塔 多效逆流式虽然操作合理，但按单效接触式的设备配备，设备繁多效逆流式虽然操作合理，但按单效接触式的设备配备，设备繁多，费用较大。但如果仿照蒸馏塔，使两液层呈逆流接触在塔内进多，费用较大。但如果仿照蒸馏塔，使两液层呈逆流接触在塔内进行连续操作，则必然经济合理。故目前生产上多采用逆流塔式操作。行连续操作，则必然经济合理。
13、故目前生产上多采用逆流塔式操作。按照促使两相接触的方式不同，萃取塔也有多种，将在以后介绍。按照促使两相接触的方式不同，萃取塔也有多种，将在以后介绍。三，萃取剂的选择三，萃取剂的选择 萃取操作中，萃取过程的分离效果主要表现为被分离物质的萃取萃取操作中，萃取过程的分离效果主要表现为被分离物质的萃取率和分离产物的纯度。萃取率为萃取液中被提取的溶质与原料液中的率和分离产物的纯度。萃取率为萃取液中被提取的溶质与原料液中的溶质量之比。萃取率越高，分离产物的纯度越高，表示萃取过程的分溶质量之比。萃取率越高，分离产物的纯度越高，表示萃取过程的分离效果越好。在萃取操作中，所选用的萃取剂是影响分离效果的首要离效果
14、越好。在萃取操作中，所选用的萃取剂是影响分离效果的首要因素。在选择萃取剂时，需要考虑以下几个方面的问题。因素。在选择萃取剂时，需要考虑以下几个方面的问题。（1）萃取剂的选择性，选择对被萃取组分有较大溶解能力的液体。）萃取剂的选择性，选择对被萃取组分有较大溶解能力的液体。（2）萃取剂的物理性质）萃取剂的物理性质 密度，萃取相与萃余相之间应有一定的密度差，以利于两个液相在密度，萃取相与萃余相之间应有一定的密度差，以利于两个液相在充分接触以后能较快地分层，从而提高设备的生产能力。充分接触以后能较快地分层，从而提高设备的生产能力。界面张力，萃取体系的界面张力较大时，细小的液滴比较容易聚结，界面张力，萃
15、取体系的界面张力较大时，细小的液滴比较容易聚结，有利于两相分层。但界面张力过大，液体不易分散，难以使两相混合有利于两相分层。但界面张力过大，液体不易分散，难以使两相混合良好，需要较多的外加能量。界面张力过小，易产生乳化现象，使两良好，需要较多的外加能量。界面张力过小，易产生乳化现象，使两相较难分层。在实际操作中，综合考虑上述因素，一般多选用界面张相较难分层。在实际操作中，综合考虑上述因素，一般多选用界面张力较大的萃取剂。力较大的萃取剂。其它，溶剂粘度凝固点应较低，并应具有不易燃、毒性小等优点。其它，溶剂粘度凝固点应较低，并应具有不易燃、毒性小等优点。（3）萃取剂的化学性质）萃取剂的化学性质 萃
16、取剂应具有化学稳定性，热稳定性及抗氧化稳定性。对设备萃取剂应具有化学稳定性，热稳定性及抗氧化稳定性。对设备的腐蚀性应较小。的腐蚀性应较小。（4）萃取剂的回收难易）萃取剂的回收难易 通常萃取剂需要回收后重复使用，以减小溶剂的消耗量。一般通常萃取剂需要回收后重复使用，以减小溶剂的消耗量。一般来说，溶剂回收过程是萃取操作中消耗费用最多的部分。有的溶来说，溶剂回收过程是萃取操作中消耗费用最多的部分。有的溶剂虽然具有以上很多良好的性能，但往往由于回收困难而不被采剂虽然具有以上很多良好的性能，但往往由于回收困难而不被采用。最常用的回收萃取剂的方法是蒸馏，当不宜用蒸馏时，可以用。最常用的回收萃取剂的方法是蒸
17、馏，当不宜用蒸馏时，可以考虑反萃取、结晶分离等方法。考虑反萃取、结晶分离等方法。（5）其他因素，萃取剂的价格、来源、毒性以及是否易燃、易爆）其他因素，萃取剂的价格、来源、毒性以及是否易燃、易爆等均为选择溶剂要考虑的问题。等均为选择溶剂要考虑的问题。在实际生产中，常采用几种溶剂组成的混合萃取剂已获得较好在实际生产中，常采用几种溶剂组成的混合萃取剂已获得较好的性能。的性能。9.2 不同的萃取体系及方法不同的萃取体系及方法 一，液液萃取一，液液萃取 液液萃取就是被萃取物和萃取剂均为液体的萃取过程。最常用液液萃取就是被萃取物和萃取剂均为液体的萃取过程。最常用的液液萃取法为溶剂萃取（即有机相和水相直接接
18、触的萃取方的液液萃取法为溶剂萃取（即有机相和水相直接接触的萃取方法）。随着科技的发展，近年来产生了不少新式的液液萃取方法，法）。随着科技的发展，近年来产生了不少新式的液液萃取方法，主要如下：主要如下：（1）双水相萃取）双水相萃取 传统观点认为，当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作用时，传统观点认为，当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作用时，一种聚合物分子的周围将聚集同种分子而排斥异种分子，当达到一种聚合物分子的周围将聚集同种分子而排斥异种分子，当达到平衡时，即形成分别富含不同聚合物的两相。这种含有聚合物分平衡时，即形成分别富含不同聚合物的两相。这种含有聚合物分子的溶液发生分相的现象称为聚合物的
19、不相容性。某些亲水性高子的溶液发生分相的现象称为聚合物的不相容性。某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度即形成双水相系统。双水相萃分子聚合物的水溶液超过一定浓度即形成双水相系统。双水相萃取中常采用的双聚合物体系为聚乙二醇取中常采用的双聚合物体系为聚乙二醇/葡萄糖，其中上相富含聚葡萄糖，其中上相富含聚乙二醇，下相富含葡萄糖。乙二醇，下相富含葡萄糖。双水相萃取过程包括以下几个步骤，即双水相系统的选择和形双水相萃取过程包括以下几个步骤，即双水相系统的选择和形成、溶质在双水相中的分配和双水相的分离。与双水相萃取有关成、溶质在双水相中的分配和双水相的分离。与双水相萃取有关的各方面的问题和研究也都是围
20、绕着这三方面产生的。的各方面的问题和研究也都是围绕着这三方面产生的。（2）液膜萃取）液膜萃取 液膜是由水溶液或有机溶剂构成的液体薄膜，有多种不同的结构形态。液膜是由水溶液或有机溶剂构成的液体薄膜，有多种不同的结构形态。但具有实际应用价值的主要有以下三种：乳状液膜、支撑液膜和流动液膜，但具有实际应用价值的主要有以下三种：乳状液膜、支撑液膜和流动液膜，见图见图9.5。液膜萃取是萃取和反萃取同时进行的过程，如图液膜萃取是萃取和反萃取同时进行的过程，如图9.5所示原液相（待分离的所示原液相（待分离的液液混合物）中的溶质首先溶解于液膜相（主要组成为萃取剂），经过液膜液液混合物）中的溶质首先溶解于液膜相（
21、主要组成为萃取剂），经过液膜相又传递至回收相，并溶解于其中。溶质从原液相向液膜相传递的过程即为相又传递至回收相，并溶解于其中。溶质从原液相向液膜相传递的过程即为萃取过程，溶质从液膜相向回收相传递的过程即为反萃取过程。萃取过程，溶质从液膜相向回收相传递的过程即为反萃取过程。(a)(a)乳状液膜乳状液膜 (c)(c)流动液膜流动液膜 图图9.5 9.5 萃取中常用的几种液膜萃取中常用的几种液膜对于乳状液膜萃取，乳状液的稳定性是液膜萃取技术的关键，对于对于乳状液膜萃取，乳状液的稳定性是液膜萃取技术的关键，对于支撑液膜（含流动液膜）萃取，如何获得传质阻力小且其性能在较长操作支撑液膜（含流动液膜）萃取，
22、如何获得传质阻力小且其性能在较长操作时间稳定而不衰减的液膜是技术的关键。而对于后续的相分离，破乳的方时间稳定而不衰减的液膜是技术的关键。而对于后续的相分离，破乳的方法通常有化学法、静电法、离心法和加热法等。法通常有化学法、静电法、离心法和加热法等。（3）反胶团萃取）反胶团萃取 向水中加入表面活性剂，水溶液的表面张力随表面活性剂浓度的增大向水中加入表面活性剂，水溶液的表面张力随表面活性剂浓度的增大而下降。当表面活性剂浓度达到一定值后，将发生表面活性剂的缔合或自而下降。当表面活性剂浓度达到一定值后，将发生表面活性剂的缔合或自聚集，形成水溶性胶团。此时，水溶液中胶团的表面活性剂亲水头向外，聚集，形成
23、水溶性胶团。此时，水溶液中胶团的表面活性剂亲水头向外，与水相接触，而疏水尾部埋在胶团内部。与此类似，向有机溶剂中加入油与水相接触，而疏水尾部埋在胶团内部。与此类似，向有机溶剂中加入油性表面活性剂到一定程度时也会形成胶团，但不同的是疏水尾部向外溶于性表面活性剂到一定程度时也会形成胶团，但不同的是疏水尾部向外溶于有机溶剂，而亲水头部向内。因此，通常将表面活性剂在有机溶剂中形成有机溶剂，而亲水头部向内。因此，通常将表面活性剂在有机溶剂中形成的胶团称为反胶团，也称反微团或反胶束。反胶团内部有一个微水池。的胶团称为反胶团，也称反微团或反胶束。反胶团内部有一个微水池。水相中的溶质进入反胶团相须经三步传质过
24、程：溶质抵达相界面、溶质水相中的溶质进入反胶团相须经三步传质过程：溶质抵达相界面、溶质进入反胶团的水池、含溶质的反胶团进入有机相。进入反胶团的水池、含溶质的反胶团进入有机相。二，液固萃取或浸取二，液固萃取或浸取 一般将浸取单列一章，本文将它归类于一般将浸取单列一章，本文将它归类于液固萃取。与液液萃取相同的是液固萃液固萃取。与液液萃取相同的是液固萃取依然是根据萃取剂的选择性来进行传取依然是根据萃取剂的选择性来进行传质分离（即溶质由固相向液相的转移），质分离（即溶质由固相向液相的转移），不同的是液固萃取之后两相的分离比较不同的是液固萃取之后两相的分离比较容易。容易。三，超临界萃取三，超临界萃取 超
25、临界萃取是利用超过临界温度、临界超临界萃取是利用超过临界温度、临界压力状态下的气体作为溶剂，萃取待分压力状态下的气体作为溶剂，萃取待分离混合物中的溶质（即传质分离），然离混合物中的溶质（即传质分离），然后采用等温变压或等压变温等方法进行后采用等温变压或等压变温等方法进行相分离的单元操作。相分离的单元操作。图图9.6为典型的超临界萃取流程，为典型的超临界萃取流程，图图9.6 9.6 超临界萃取流程超临界萃取流程首先将溶剂压缩，使其达到超临界状态，然后在萃取器内进行首先将溶剂压缩，使其达到超临界状态，然后在萃取器内进行萃取。可以采用常规的浸取或萃取设备，但在高压下进行。萃取萃取。可以采用常规的浸取
26、或萃取设备，但在高压下进行。萃取相经膨胀阀减压，溶剂即气化，在分离器内进行分离，剩余的物相经膨胀阀减压，溶剂即气化，在分离器内进行分离，剩余的物质就是溶质，气化后的溶剂循环进入压缩机，必要时补充一些溶质就是溶质，气化后的溶剂循环进入压缩机，必要时补充一些溶剂。剂。从图从图9.6中可以看出，有相当一部分设备在高压下操作，而且中可以看出，有相当一部分设备在高压下操作，而且把溶剂压缩到超临界状态需消耗大量的能量，因此超临界萃取的把溶剂压缩到超临界状态需消耗大量的能量，因此超临界萃取的投资和操作费用都较高，对参数的控制要求也较高，得到的产品投资和操作费用都较高，对参数的控制要求也较高，得到的产品常常只
27、是粗制品，需要进一步提纯。常常只是粗制品，需要进一步提纯。与其他萃取方式相比，超临界萃取具有以下优点：萃取速度与其他萃取方式相比，超临界萃取具有以下优点：萃取速度高；适用于热敏性物质和易氧化物质的分离；传热速率快且温度高；适用于热敏性物质和易氧化物质的分离；传热速率快且温度易于控制。易于控制。9.3 萃取设备萃取设备 一，萃取设备的分类一，萃取设备的分类 进行有效萃取操作的关键是选择合适的溶剂和适当类型的设备。进行有效萃取操作的关键是选择合适的溶剂和适当类型的设备。在液液萃取过程中，要求萃取设备内能使两相达到密切接触并伴在液液萃取过程中，要求萃取设备内能使两相达到密切接触并伴有较高程度的湍动，
28、以便实现两相间的传质过程。当两相充分混有较高程度的湍动，以便实现两相间的传质过程。当两相充分混合后，尚需使两项达到较完善的分离。由于液液萃取中两相间密合后，尚需使两项达到较完善的分离。由于液液萃取中两相间密度差较小，实现两相间的快速分离要比其他系统困难得多。度差较小，实现两相间的快速分离要比其他系统困难得多。目前已被工业上采用的液液萃取设备形式很多，已超过目前已被工业上采用的液液萃取设备形式很多，已超过30余种。余种。根据两相的接触方式，萃取设备可分为逐级接触式和微分式两大根据两相的接触方式，萃取设备可分为逐级接触式和微分式两大类。在逐级接触萃取操作中，各相组成是逐级变化的。在微分接类。在逐级
29、接触萃取操作中，各相组成是逐级变化的。在微分接触萃取操作中，相的组成沿着流动方向连续变化。逐级接触萃取触萃取操作中，相的组成沿着流动方向连续变化。逐级接触萃取设备可以用单级设备进行操作，也可以由许多单级设备组合而成设备可以用单级设备进行操作，也可以由许多单级设备组合而成为多级接触萃取设备。微分接触萃取设备大多为塔式设备。为多级接触萃取设备。微分接触萃取设备大多为塔式设备。工业上常用萃取设备的分类情况见下表工业上常用萃取设备的分类情况见下表 本节简要介绍一些常用的萃取设备及其本节简要介绍一些常用的萃取设备及其操作特性。操作特性。二，混合二，混合-澄清槽澄清槽 这是最早使用，目前仍在工业生产中应用
30、这是最早使用，目前仍在工业生产中应用的一种典型的逐级接触式萃取设备。它可以的一种典型的逐级接触式萃取设备。它可以单级操作，也可多级组合操作。每个萃取级单级操作，也可多级组合操作。每个萃取级均包括混合槽和澄清器两部分，故一般称为均包括混合槽和澄清器两部分，故一般称为混合混合-澄清萃取槽。澄清萃取槽。操作时，萃取剂与被处理的原料液先在混操作时，萃取剂与被处理的原料液先在混合器中经过充分混合后，再进入澄清器中澄合器中经过充分混合后，再进入澄清器中澄清分层。密度较小的液相在上层，较大的在清分层。密度较小的液相在上层，较大的在下层。为了加大相际接触面积及强化传质过下层。为了加大相际接触面积及强化传质过程
31、，提高传质速率，混合槽中通常安装搅拌程，提高传质速率，混合槽中通常安装搅拌装置或采用脉冲喷射器来实现两相的充分混装置或采用脉冲喷射器来实现两相的充分混合。图合。图9.7(a)、(b)分别为机械搅拌混合槽和分别为机械搅拌混合槽和喷射混合槽示意图。喷射混合槽示意图。(a)(a)机械搅拌混合槽机械搅拌混合槽 (b)(b)喷射混合槽喷射混合槽 图图9.7 9.7 混合槽示意图混合槽示意图 澄清器可以是重力式，也可以是离心式。澄清器可以是重力式，也可以是离心式。对于易于澄清的混合槽，可以依靠两相间对于易于澄清的混合槽，可以依靠两相间的密度差在贮槽内进行重力沉降。对于难的密度差在贮槽内进行重力沉降。对于难
32、分离的混合液，可采用离心式澄清器（如分离的混合液，可采用离心式澄清器（如旋液分离器、离心分离机），加速两相的旋液分离器、离心分离机），加速两相的分离过程。分离过程。典型的单级混合典型的单级混合-澄清槽如图澄清槽如图9.8(a)所示，所示，混合槽有机械搅拌，可以使一相形成小液混合槽有机械搅拌，可以使一相形成小液滴分散于另一相中，以增大接触面积。为滴分散于另一相中，以增大接触面积。为了达到萃取的工艺要求，也需要有足够的了达到萃取的工艺要求，也需要有足够的两相接触时间。但是，液滴不宜分散得过两相接触时间。但是，液滴不宜分散得过细，否则将给澄清分层带来困难。图细，否则将给澄清分层带来困难。图9.8(b
33、)是将混合槽和澄清器合并成为一个装置。是将混合槽和澄清器合并成为一个装置。图图9.8 9.8 典型单级混合典型单级混合-澄清槽澄清槽多级混合多级混合-澄清槽是由许多个单级设澄清槽是由许多个单级设备串联而成，典型的多级混合澄清槽结备串联而成，典型的多级混合澄清槽结构如图构如图9.9所示的箱式和立式混合所示的箱式和立式混合-澄清澄清萃取设备。萃取设备。混合混合-澄清槽的优点是：板效率高操作澄清槽的优点是：板效率高操作可靠，可处理很宽范围的溶剂比和高粘可靠，可处理很宽范围的溶剂比和高粘度液体，放大可靠，以及处理量大等。度液体，放大可靠，以及处理量大等。缺点是：设备尺寸大、占地面积大，每缺点是：设备尺
34、寸大、占地面积大，每级内部设有搅拌装置，液体在级间流动级内部设有搅拌装置，液体在级间流动需泵输送，能量消耗比较多，设备费用需泵输送，能量消耗比较多，设备费用和操作费用都较高。和操作费用都较高。图图9.9 9.9 典型多级混合典型多级混合-澄清槽澄清槽三，塔式萃取设备三，塔式萃取设备 1，填料萃取塔，填料萃取塔 用于萃取的填料塔与用于精馏的填料塔类似，用于萃取的填料塔与用于精馏的填料塔类似，在塔内支承板上充填一定高度的填料层，如图在塔内支承板上充填一定高度的填料层，如图9.10所示。重相由塔顶进入，轻相由塔底进入。所示。重相由塔顶进入，轻相由塔底进入。萃取操作时，连续相充满整个塔中，分散相呈萃取
35、操作时，连续相充满整个塔中，分散相呈液滴或薄膜状分散在连续相中。为防止液滴在液滴或薄膜状分散在连续相中。为防止液滴在入口处聚结和过早出现液泛，轻相入口管应在入口处聚结和过早出现液泛，轻相入口管应在支承板上方支承板上方25-50毫米处。毫米处。塔中填料的作用除可以使分散相的液滴不断塔中填料的作用除可以使分散相的液滴不断破裂与再生，促进液滴的表面不断更新外，还破裂与再生，促进液滴的表面不断更新外，还可以减少连续相的纵向返混。在选择填料时，可以减少连续相的纵向返混。在选择填料时，除应考虑料液的腐蚀性外，还应使填料只能被除应考虑料液的腐蚀性外，还应使填料只能被连续相润湿而不被分散相润湿。以利于液滴的连
36、续相润湿而不被分散相润湿。以利于液滴的生成和稳定。一般陶瓷易被水相润湿，塑料和生成和稳定。一般陶瓷易被水相润湿，塑料和石墨易被有机溶剂润湿，金属材料则需通过实石墨易被有机溶剂润湿，金属材料则需通过实验确定。验确定。图图9.109.10填料萃取塔填料萃取塔 在普通填料塔萃取塔内，两相间依在普通填料塔萃取塔内，两相间依靠密度差而逆向流动，相对速度较小，靠密度差而逆向流动，相对速度较小，界面湍动程度低，限制了传质速率的界面湍动程度低，限制了传质速率的进一步提高。为了强化生产，可以在进一步提高。为了强化生产，可以在填料塔外装脉动装置，使液体在塔内填料塔外装脉动装置，使液体在塔内产生脉动运动，这样可以扩
37、大湍流，产生脉动运动，这样可以扩大湍流，有利于传质，这种填料塔称为脉动填有利于传质，这种填料塔称为脉动填料塔。脉动的产生，通常采用往复泵，料塔。脉动的产生，通常采用往复泵，有时也采用压缩空气来实现。图有时也采用压缩空气来实现。图9.11所示为借助活塞往复运动使塔内液体所示为借助活塞往复运动使塔内液体产生脉动运动。产生脉动运动。图图9.11 9.11 脉动填料塔脉动填料塔2，筛板塔，筛板塔 筛板塔的结构如图筛板塔的结构如图9.12。塔内装有若干层筛板。塔内装有若干层筛板。若轻液相为分散相，操作时轻液相通过筛板上的筛若轻液相为分散相，操作时轻液相通过筛板上的筛孔而被分散成细滴，与塔板上的连续相密切
38、接触后孔而被分散成细滴，与塔板上的连续相密切接触后便分层凝聚，并聚结于上层筛板的下面，然后借助便分层凝聚，并聚结于上层筛板的下面，然后借助压强差的推动，再经筛孔而分散。重液相经降液管压强差的推动，再经筛孔而分散。重液相经降液管流至下层塔板，横向流过筛板并与分散相接触。若流至下层塔板，横向流过筛板并与分散相接触。若以重液相为分散相，则重液相的液滴聚结于筛板上以重液相为分散相，则重液相的液滴聚结于筛板上面，然后穿过板上的小孔分散成液滴，如图面，然后穿过板上的小孔分散成液滴，如图9.12所所示。当以重液相为分散相时，则应将溢流管的位置示。当以重液相为分散相时，则应将溢流管的位置改装于筛板的上方。改装
39、于筛板的上方。筛板孔的直径一般为筛板孔的直径一般为3-9毫米，筛孔一般按正三毫米，筛孔一般按正三角形排列，孔间距常取为孔径的角形排列，孔间距常取为孔径的3-4倍，板间距在倍，板间距在150-600毫米之间。毫米之间。在筛板塔内一般也应选取不易润湿塔板的一相作在筛板塔内一般也应选取不易润湿塔板的一相作为分散相。筛板萃取塔结构简单，生产能力大，对为分散相。筛板萃取塔结构简单，生产能力大，对于界面张力较低的物系效率较高。在石油工业中应于界面张力较低的物系效率较高。在石油工业中应用较为广泛。用较为广泛。图图9.11 9.11 筛板萃取塔（轻相为分散相）筛板萃取塔（轻相为分散相）图图9.12 9.12
40、筛板结构示意图（重相为分散相）筛板结构示意图（重相为分散相）3，脉冲筛板塔，脉冲筛板塔 脉冲筛板塔也称液体脉动筛板塔，脉冲筛板塔也称液体脉动筛板塔，是指由于外力作用使液体在塔内产是指由于外力作用使液体在塔内产生脉冲运动的塔。其结构与气生脉冲运动的塔。其结构与气-液系液系统中无溢流管的筛板塔类似，如图统中无溢流管的筛板塔类似，如图9.13。操作时，轻、重液体皆穿过。操作时，轻、重液体皆穿过筛板而逆向流动，分散相在筛板之筛板而逆向流动，分散相在筛板之间不凝聚分层。在脉冲筛板塔内两间不凝聚分层。在脉冲筛板塔内两相的逆流是通过脉冲运动来实现的。相的逆流是通过脉冲运动来实现的。图图9.13 9.13 脉
41、冲筛板塔脉冲筛板塔脉冲强度，即输入能量的强度，由脉冲的振幅脉冲强度，即输入能量的强度，由脉冲的振幅A与频率与频率 F的乘积的乘积AF表示，称为脉冲速度。脉冲速度是脉冲筛板塔操表示，称为脉冲速度。脉冲速度是脉冲筛板塔操 作的主要条件。脉冲速度小，液体通过筛板小孔的速度小，作的主要条件。脉冲速度小，液体通过筛板小孔的速度小，液滴大，湍动弱，传质效率低；脉冲速度增大，形成的液滴小，液滴大，湍动弱，传质效率低；脉冲速度增大，形成的液滴小，湍动强，传质效率高。但是脉冲速度过大，液滴过小，液体轴湍动强，传质效率高。但是脉冲速度过大，液滴过小，液体轴 向返混严重，传质效率反而降低，且易液泛。通常脉冲频率为向
42、返混严重，传质效率反而降低，且易液泛。通常脉冲频率为 30-200/分，振幅为分，振幅为9-50毫米。毫米。脉冲发生器有多种类型，如往复泵、隔膜泵，也可用压缩空脉冲发生器有多种类型，如往复泵、隔膜泵，也可用压缩空 气驱动。气驱动。脉冲筛板塔的优点是：结构简单，传质效率高，可以处理脉冲筛板塔的优点是：结构简单，传质效率高，可以处理 含有固体粒子的料液，由于塔内不设置机械搅动或往复的构件，含有固体粒子的料液，由于塔内不设置机械搅动或往复的构件，脉动的发生可以离开塔身，这样就容易解决防腐和防放射性问题，脉动的发生可以离开塔身，这样就容易解决防腐和防放射性问题，因此在原子能工业中得到了广泛的应用。近年
43、来在有色金属提取因此在原子能工业中得到了广泛的应用。近年来在有色金属提取和石油化工中也日益受到重视。和石油化工中也日益受到重视。脉冲塔的缺点是：允许的液体通过能力小，塔径大时产生脉冲脉冲塔的缺点是：允许的液体通过能力小，塔径大时产生脉冲运动比较困难。运动比较困难。4，往复筛板萃取塔，往复筛板萃取塔 往复筛板塔的结构与脉冲筛板塔类似，也有一系列筛板构成，往复筛板塔的结构与脉冲筛板塔类似，也有一系列筛板构成，不同的是将若干筛板按一定间距固定在中心轴上，由塔顶的传动不同的是将若干筛板按一定间距固定在中心轴上，由塔顶的传动机构驱动作往复运动，其结构见图机构驱动作往复运动，其结构见图9.14所示。当筛板
44、向下运动时，所示。当筛板向下运动时，筛板下侧的液体经筛孔向上喷射；当筛板向上运动时，筛板上侧筛板下侧的液体经筛孔向上喷射；当筛板向上运动时，筛板上侧的液体经筛孔向下喷射。如此随着筛板的上下往复运动，使塔内的液体经筛孔向下喷射。如此随着筛板的上下往复运动，使塔内液体作类似于脉冲筛板塔内的往复运动。为防止液体沿筛板与塔液体作类似于脉冲筛板塔内的往复运动。为防止液体沿筛板与塔壁间的缝隙走短路，应每隔若干块筛板，在塔内壁设置一块环形壁间的缝隙走短路，应每隔若干块筛板，在塔内壁设置一块环形挡板。挡板。往复筛板的孔径比脉动筛板的要大，一般为往复筛板的孔径比脉动筛板的要大，一般为7-16毫米。往复筛毫米。往
45、复筛板塔的传质效率主要与往复频率和振幅有关。当振幅一定时频率板塔的传质效率主要与往复频率和振幅有关。当振幅一定时频率加大，效率提高，但频率加大，流体通量变小，因此需要综合考加大，效率提高，但频率加大，流体通量变小，因此需要综合考虑通量与效率因素。一般，往复振动的振幅为虑通量与效率因素。一般，往复振动的振幅为3-50毫米。频率为毫米。频率为200-1000/分。分。往复筛板塔具有结构简单、通量大、传质效率高、流体阻力小、往复筛板塔具有结构简单、通量大、传质效率高、流体阻力小、操作方便等优点，目前已广泛应用于石油化工、食品、制药和湿操作方便等优点，目前已广泛应用于石油化工、食品、制药和湿法冶金工业
46、。法冶金工业。图图9.14 9.14 往复筛板萃取塔往复筛板萃取塔 图图9.15 9.15 转盘萃取塔（转盘萃取塔（RDCRDC）5，转盘萃取塔，转盘萃取塔 转盘萃取塔的结构如图转盘萃取塔的结构如图9.15所示，塔内从上而下安装一组等距离所示，塔内从上而下安装一组等距离的固定环，塔的轴线上装设中心转轴，轴上固定着一组水平圆盘，的固定环，塔的轴线上装设中心转轴，轴上固定着一组水平圆盘，每个转盘都位于两相邻固定环的正中间。操作时，转轴由电动机驱每个转盘都位于两相邻固定环的正中间。操作时，转轴由电动机驱动，连带转盘旋转，使两液相也随着转动。两相液流中因而产生相动，连带转盘旋转，使两液相也随着转动。两
47、相液流中因而产生相当大的速度梯度和剪切应力，一方面使连续相产生旋涡运动，另一当大的速度梯度和剪切应力，一方面使连续相产生旋涡运动，另一方面也促使分散相的液滴变形、破裂及合并故能提高传质系数，更方面也促使分散相的液滴变形、破裂及合并故能提高传质系数，更新及增大相界面积。固定环则起到抑制轴向返混的作用，因而转盘新及增大相界面积。固定环则起到抑制轴向返混的作用，因而转盘塔的传质效率较高。由于转盘能分散液体，塔内无需另设喷洒器。塔的传质效率较高。由于转盘能分散液体，塔内无需另设喷洒器。只是对于大直径的塔，液体宜顺着旋转方向从切线方向进入，以免只是对于大直径的塔，液体宜顺着旋转方向从切线方向进入，以免冲
48、击塔内已经建立起来的流动状况。冲击塔内已经建立起来的流动状况。转盘塔的转速是转盘萃取塔的主要操作参数。转速低，输入的机转盘塔的转速是转盘萃取塔的主要操作参数。转速低，输入的机械能少，不足以克服界面张力使液体分散。转速过高，液体分散得械能少，不足以克服界面张力使液体分散。转速过高，液体分散得过细，使塔的通量减少，所以需根据物系的性质和塔径与盘、环等过细，使塔的通量减少，所以需根据物系的性质和塔径与盘、环等构件的尺寸等具体情况适当选择转速。根据中型转盘萃取塔的研究构件的尺寸等具体情况适当选择转速。根据中型转盘萃取塔的研究结果，对于一般物系，转盘边缘的线速度以结果，对于一般物系，转盘边缘的线速度以1
49、.8米米/秒左右为宜。秒左右为宜。转盘塔结构简单、生产能力强、传质效率高、操作弹性大，在化转盘塔结构简单、生产能力强、传质效率高、操作弹性大，在化工生产中应用广泛。工生产中应用广泛。四，离心萃取器四，离心萃取器 离心萃取器是利用离心力的作用使两相快速充分混合和快速分离心萃取器是利用离心力的作用使两相快速充分混合和快速分离的萃取装置。离心萃取器可以分为逐级接触式和微分逆流接触离的萃取装置。离心萃取器可以分为逐级接触式和微分逆流接触式两类。逐级接触式萃取器中两相的作用过程与混合澄清槽类似。式两类。逐级接触式萃取器中两相的作用过程与混合澄清槽类似。萃取期内两相并流，既可以单级使用，也可以将若干台萃取
50、器串萃取期内两相并流，既可以单级使用，也可以将若干台萃取器串联起来进行多级操作。微分接触式离心萃取器中，两相的接触方联起来进行多级操作。微分接触式离心萃取器中，两相的接触方式和微分逆流萃取塔类似。式和微分逆流萃取塔类似。1，波德式（，波德式（Podbielniak）离心萃取器）离心萃取器 波德式离心萃取器也称离心薄膜萃取器，波德式离心萃取器也称离心薄膜萃取器，简称简称POD离心萃取器，是卧式微分接触离离心萃取器，是卧式微分接触离心萃取器的一种，其基本结构如图心萃取器的一种，其基本结构如图9.16所所示。主要是由一固定在水平转轴上的圆筒示。主要是由一固定在水平转轴上的圆筒形转鼓以及固定外壳组成。
