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分离工程
第四章 萃取
分离工程
F(C+A)
Feed C - Carrier
萃取相E (S+A)
Extract
S
Solvent
萃余相R (C+少量A)
Raffinate
分离工程
由于溶质在两个液相中的分配平衡的限制， 通常通过一次液-液平衡接触不能完全达到分 离或提取率的要求。在这种情况下，需要通过 多级逆流接触才能达到要求。
分离工程
混和澄清槽
混和澄清槽是较早开发使用的一种萃取 设备。在混和澄清槽中，轻相和重相首先被 引入到混和槽中，通过机械搅拌使两相密切 接触，然后流到澄清槽中，进行重力分相。
一个设计良好的混和槽具有很高的传质效 率，可以达到接近于单个理论平衡级的效果 （80%-90%甚至更高）。
分离工程
混和槽和搅拌桨
分离工程
机械搅拌塔
如果界面张力较大、两相密度差较小、液体 粘度较大，单靠重力不足于使一个液相很好地分 散到另一个液相中，产生足够的传质相界面和湍 动。这些情况在液-液萃取中是常见的。这时，需 要通过外加机械能量的方法来促进液-液分散和流 体湍动，增加传质相界面，以及减少传质阻力。
分离工程
对于填料塔和筛板塔，可以通过使流体脉动的方法 来进行搅拌。脉动塔在核工业中得到了广泛的应用。然 而，更通常的方法是采用某种形式的转动搅拌（转盘塔） 或振动搅拌（振动板塔）的形式。
分离工程
对萃取技术的大规模研究和开发始于第二次世界大 战期间。当时，由于原子能研究和应用的需要，对于铀、 钍、钚等放射性元素的萃取提取和分离进行了开发研究， 开发研究了具有良好分离性能的萃取剂（溶剂），并发展 了相应的萃取设备如脉动塔和混和澄清槽等，使萃取技术 迅速走向了大规模的工业应用。当时萃取技术应用的另一 个重要进展是青霉素的提取，它与青霉素的深层发酵技术 一起，使青霉素的大规模低成本生产得以实现，成为二十 世纪医药工业重要的技术进步之一。
分离工程
现在萃取技术已在各方面获得了广泛的应用：
炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如 烷烃和芳烃的分离、润滑油精制等；
湿法冶金，铀、钍、钚等放射性元素、稀土、 铜等有色金属、金等贵金属的分离和提取；
磷和硼等无机资源的提取和净化； 医药工业中多种抗生素和生物碱的分离提取； 食品工业中有机酸的分离和净化； 环保处理中有害物质的脱除等。
分离工程
据Derry和Williams研究，最早的液-液萃取 实践在罗马时代即有了，当时采用熔融的铅为溶 剂从熔融的铜中分离金和银，然后再用硫选择性 溶解银，分别得到金和银。 1842年，E.-M.佩利 诺研究了用乙醚从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰。 1903年，L.Edeleanu用液态二氧化硫作为萃取 剂从煤油中萃取芳烃，以生产清洁的液体燃料。 这是萃取的第一次工业应用。
1.萃取级数很少时，如单级操作，简单易行。 2.级数很多时，几十甚至几百级，分离要求很 精细，要求保证稳定的级效率。
缺点： 1.占地面积大； 2.动力消耗大（电机传动阻力）； 3.密闭性差：萃取剂挥发损失，同时污染环境
分离工程
箱式混和澄清槽用于稀土萃取
分离工程
喷淋塔、填料塔和筛板塔
这三种萃取塔是 由常见的气液接触设 备发展而来。用喷嘴 实现其中一个液相 （分散相）在另一个 液相（连续相）中的 分散，靠两相的密度 差实现逆流流动。这 类塔的传质效率不是 很高。
利用此时溶解度差异的增加）； 共沸体系的分离。
分离工程
萃取设备
混和澄清槽 非机械搅拌塔 机械搅拌塔 离心萃取机
分离工程
不同的萃取体系的物性（粘度、密度差和界面张力等） 的变化范围很广，分离要求也不同。为此，萃取设备的种 类很多，以适应各种要求。有些萃取设备和汽液接触设备 （蒸馏、吸收、汽提等）很相似，如喷淋塔、填料塔、筛 板塔等，但这些设备通常只能用在物系粘度很小、密度差 较大、界面张力适中以及分离要求不是很高的场合。由于 液-液系统的特殊性，需要选择适合其特点的设备。 大部 分萃取设备都需外加机械能促进分散或两相分离，如机械 搅拌式萃取设备和离心式萃取设备。
分离工程
澄清
液相在澄清槽中主要依靠重力作用进行分 相。因此，必须有足够的停留时间使两相充分 澄清。
如果仅仅依靠重力还不足以使两相澄清， 例如产生了乳化现象，可考虑采用辅助助凝措 施，如在澄清槽内放置丝网助凝、电破乳、使 用破乳剂等。
分离工程
澄清槽
分离工程
箱式混和澄清槽
分离工程
混合澄清槽的应用场合
分离工程
通常在以下数种情况下，采用萃取作为分离方法比蒸 馏更有效或有利：
对有机或水溶液中的无机物质的分离； 被分离物质的浓度很低(如油脂中色素和激素)； 高沸点低含量的物质的回收； 热敏性物质的回收； 对于依据混合物体系的化学性质而不是挥发度
而进行分离的情况； 对于非常接近于冰点或沸点的液体的分离（可
在1947年以前，如果要进行需要很多平衡级的萃取 过程，可以选择的设备主要是混和澄清槽，这需要大量 的马达、泵和复杂的管道。而各种搅拌塔的发明，使得 采用结构简单、效率高而成本低的萃取设备成为可能。
分离工程
分离工程
转盘塔
转盘塔（RDC）是一种 常用的搅拌萃取塔。它的搅 拌组件是由装在中心轴上的 一系列圆盘组成，依靠转动 时转盘对流体的剪切力分散 液滴。装在塔壁处的一系列 定环起限制返混的作用。
分离Байду номын сангаас程
开式涡轮转盘塔与转盘塔的传质性能的比较
分离工程
Karr 式振动筛板塔
分离工程
离心萃取机
Podbielniak 离心萃取机
离心萃取机特别适 用于两相密度差很小或 易乳化的物系，由于物 料在机内的停留时间很 短，因而也适用于化学 和物理性质不稳定的物 质的萃取，如从发酵液 中提取青霉素等抗生素。
转盘塔操作稳定、通量 大，在工业过程中得到了广 泛的应用。是最常用的萃取 设备之一。
分离工程
开式涡轮转盘塔
开式涡轮转盘塔是对 转盘塔改进而成。主要是 在转盘面向分散相流动方 向的一面加上三片窄的泵 式叶片，造成同一隔室内 上、下部分搅拌强度的差 异。其总的效果是在全塔 内形成较均匀的液滴分布 （较大的传质比表面）、 较强的液体湍动和较小的 返混。因而传质效率较转 盘塔有较大的提高。
第四章 萃取
分离工程
F(C+A)
Feed C - Carrier
萃取相E (S+A)
Extract
S
Solvent
萃余相R (C+少量A)
Raffinate
分离工程
由于溶质在两个液相中的分配平衡的限制， 通常通过一次液-液平衡接触不能完全达到分 离或提取率的要求。在这种情况下，需要通过 多级逆流接触才能达到要求。
分离工程
混和澄清槽
混和澄清槽是较早开发使用的一种萃取 设备。在混和澄清槽中，轻相和重相首先被 引入到混和槽中，通过机械搅拌使两相密切 接触，然后流到澄清槽中，进行重力分相。
一个设计良好的混和槽具有很高的传质效 率，可以达到接近于单个理论平衡级的效果 （80%-90%甚至更高）。
分离工程
混和槽和搅拌桨
分离工程
机械搅拌塔
如果界面张力较大、两相密度差较小、液体 粘度较大，单靠重力不足于使一个液相很好地分 散到另一个液相中，产生足够的传质相界面和湍 动。这些情况在液-液萃取中是常见的。这时，需 要通过外加机械能量的方法来促进液-液分散和流 体湍动，增加传质相界面，以及减少传质阻力。
分离工程
对于填料塔和筛板塔，可以通过使流体脉动的方法 来进行搅拌。脉动塔在核工业中得到了广泛的应用。然 而，更通常的方法是采用某种形式的转动搅拌（转盘塔） 或振动搅拌（振动板塔）的形式。
分离工程
对萃取技术的大规模研究和开发始于第二次世界大 战期间。当时，由于原子能研究和应用的需要，对于铀、 钍、钚等放射性元素的萃取提取和分离进行了开发研究， 开发研究了具有良好分离性能的萃取剂（溶剂），并发展 了相应的萃取设备如脉动塔和混和澄清槽等，使萃取技术 迅速走向了大规模的工业应用。当时萃取技术应用的另一 个重要进展是青霉素的提取，它与青霉素的深层发酵技术 一起，使青霉素的大规模低成本生产得以实现，成为二十 世纪医药工业重要的技术进步之一。
分离工程
现在萃取技术已在各方面获得了广泛的应用：
炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如 烷烃和芳烃的分离、润滑油精制等；
湿法冶金，铀、钍、钚等放射性元素、稀土、 铜等有色金属、金等贵金属的分离和提取；
磷和硼等无机资源的提取和净化； 医药工业中多种抗生素和生物碱的分离提取； 食品工业中有机酸的分离和净化； 环保处理中有害物质的脱除等。
分离工程
据Derry和Williams研究，最早的液-液萃取 实践在罗马时代即有了，当时采用熔融的铅为溶 剂从熔融的铜中分离金和银，然后再用硫选择性 溶解银，分别得到金和银。 1842年，E.-M.佩利 诺研究了用乙醚从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰。 1903年，L.Edeleanu用液态二氧化硫作为萃取 剂从煤油中萃取芳烃，以生产清洁的液体燃料。 这是萃取的第一次工业应用。
1.萃取级数很少时，如单级操作，简单易行。 2.级数很多时，几十甚至几百级，分离要求很 精细，要求保证稳定的级效率。
缺点： 1.占地面积大； 2.动力消耗大（电机传动阻力）； 3.密闭性差：萃取剂挥发损失，同时污染环境
分离工程
箱式混和澄清槽用于稀土萃取
分离工程
喷淋塔、填料塔和筛板塔
这三种萃取塔是 由常见的气液接触设 备发展而来。用喷嘴 实现其中一个液相 （分散相）在另一个 液相（连续相）中的 分散，靠两相的密度 差实现逆流流动。这 类塔的传质效率不是 很高。
利用此时溶解度差异的增加）； 共沸体系的分离。
分离工程
萃取设备
混和澄清槽 非机械搅拌塔 机械搅拌塔 离心萃取机
分离工程
不同的萃取体系的物性（粘度、密度差和界面张力等） 的变化范围很广，分离要求也不同。为此，萃取设备的种 类很多，以适应各种要求。有些萃取设备和汽液接触设备 （蒸馏、吸收、汽提等）很相似，如喷淋塔、填料塔、筛 板塔等，但这些设备通常只能用在物系粘度很小、密度差 较大、界面张力适中以及分离要求不是很高的场合。由于 液-液系统的特殊性，需要选择适合其特点的设备。 大部 分萃取设备都需外加机械能促进分散或两相分离，如机械 搅拌式萃取设备和离心式萃取设备。
分离工程
澄清
液相在澄清槽中主要依靠重力作用进行分 相。因此，必须有足够的停留时间使两相充分 澄清。
如果仅仅依靠重力还不足以使两相澄清， 例如产生了乳化现象，可考虑采用辅助助凝措 施，如在澄清槽内放置丝网助凝、电破乳、使 用破乳剂等。
分离工程
澄清槽
分离工程
箱式混和澄清槽
分离工程
混合澄清槽的应用场合
分离工程
通常在以下数种情况下，采用萃取作为分离方法比蒸 馏更有效或有利：
对有机或水溶液中的无机物质的分离； 被分离物质的浓度很低(如油脂中色素和激素)； 高沸点低含量的物质的回收； 热敏性物质的回收； 对于依据混合物体系的化学性质而不是挥发度
而进行分离的情况； 对于非常接近于冰点或沸点的液体的分离（可
在1947年以前，如果要进行需要很多平衡级的萃取 过程，可以选择的设备主要是混和澄清槽，这需要大量 的马达、泵和复杂的管道。而各种搅拌塔的发明，使得 采用结构简单、效率高而成本低的萃取设备成为可能。
分离工程
分离工程
转盘塔
转盘塔（RDC）是一种 常用的搅拌萃取塔。它的搅 拌组件是由装在中心轴上的 一系列圆盘组成，依靠转动 时转盘对流体的剪切力分散 液滴。装在塔壁处的一系列 定环起限制返混的作用。
分离Байду номын сангаас程
开式涡轮转盘塔与转盘塔的传质性能的比较
分离工程
Karr 式振动筛板塔
分离工程
离心萃取机
Podbielniak 离心萃取机
离心萃取机特别适 用于两相密度差很小或 易乳化的物系，由于物 料在机内的停留时间很 短，因而也适用于化学 和物理性质不稳定的物 质的萃取，如从发酵液 中提取青霉素等抗生素。
转盘塔操作稳定、通量 大，在工业过程中得到了广 泛的应用。是最常用的萃取 设备之一。
分离工程
开式涡轮转盘塔
开式涡轮转盘塔是对 转盘塔改进而成。主要是 在转盘面向分散相流动方 向的一面加上三片窄的泵 式叶片，造成同一隔室内 上、下部分搅拌强度的差 异。其总的效果是在全塔 内形成较均匀的液滴分布 （较大的传质比表面）、 较强的液体湍动和较小的 返混。因而传质效率较转 盘塔有较大的提高。