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1、第八章 萃取过程设备,萃取：萃取操作是利用物质溶解于某种液体的一种提取方法。将选 定的某种溶剂加入到混合物中，因混合物中的各组分在同种溶剂中的溶解度不同，因此就可将所需提取的组分加以分离出来，这个操作过程叫做萃取。,萃取的优点 在生物合成工业上，萃取是一个重要的提取方法和分离混合物的单元操作。这是因为萃取法具有： 传质速度快、生产周期短，便于连续操作、容易实现自动控制 分离效率高、生产能力大等一系列优点，所以应用相当普遍； 能量消耗较少，设备投资费用不高； 采用多级萃取可使产品达到较高纯度，便于下一步处理，减少以后工序的设备和操作费用。,萃取分离种类 液-液萃取：若萃取的混合物料是液体，则此过
2、程是液液萃取 液-固萃取：如果被处理的物料是固体，则此过程称为液固萃取（也称为提取或浸取），即应用溶液将固体原料中的可溶组分提出来的操作。 超临界流体萃取：超临界萃取过程是介于蒸馏和液液萃取过程之间的分离过程。蒸馏是物质在流动的气体中，利用不同的蒸汽压进行蒸发分离；液液萃取是利用溶质在不同的溶液中溶解能力的差异进行分离,液-液萃取设备结构：溶媒萃取法是用一种溶剂将物质从另一种溶剂中提取出来的方法，这两种溶剂不能互溶或只部分互溶，能形成便于分离的两相，利用混合物中不同组分在同种溶剂中的溶解度不同，而将所需要的组分分离出来。溶剂萃取法又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
3、取服从相律及一般化学反应的平衡规律。,（一）物理萃取 经接触分离后，大部分溶质转移到萃取剂中，得到的溶液称为萃取液，而被萃取除溶质以后的料液称为萃余液。将萃取剂和料液放在萃取器中，经充分振荡，静置待分层形成两相，即萃余相和萃取相。进行萃取的体系是多相多组分体系。在一个多组分两相体系中，溶质自动地从化学位大的一相转移到化学位小的一相，其过程是自发进行的。分配定律的应用条件：必须是稀溶液；溶质对溶剂的互溶度没有影响；溶质在两相中必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。,（二）化学萃取与物理萃取不同，对于许多液液萃取体系，在萃取过程中常伴随有化学反应，包括相内反应与相界面上的反应。这类萃取统称为化
4、学萃取（反应萃取）。化学萃取是伴有化学反应的传质过程。根据溶质与萃取剂之间发生的化学反应机理，大致可分为五类，即络合反应、阳离子交换反应、离子缔合反应、 加合反应和带同萃取反应等。,萃取操作的设备包括混合设备和分离设备两类 （一）混合设备 传统的混合设备是搅拌罐，利用搅拌将料液和萃取剂相混和。其缺点为间歇操作，停留时间较长，传质效率较低。但由于其装置简单，操作方便，仍广泛应用于工业中，较新的混合设备有下列三种。1管式混合器 它的工作原理主要是使液体在一定流速下在管道中形成湍流状态。因为液体在管道中流动时不外乎两种流态，即滞流和湍流。所谓滞流是指在同一截面上的不同点的流体的流动方向是相互平行的；
5、而在湍流时，各点的运动方向是不规则的，易于达到混合。般来说，管道萃取的效率比搅拌罐萃取来得高，且为连续操作。 2喷嘴式混合器 喷嘴式混合器是利用工作流体在一定压力下经过喷嘴以高速度射出，当流体流至喷嘴时速度增大，压力降低产生真空，这样就将第二种液体吸入达到混合目的。喷嘴式混合器的优点是体积小，结构简单，使用方便。但由于其产生的压力差小，功率低，还会使液体稀释等缺点，所以在应用方面受到一定限制。,喷嘴式混合器原理利用工作流体在一定压力下经过喷嘴以高速度射 出，当流体流至喷嘴时 速度增大，压力降低产 生真空，这样就将第二 种液体吸入达到混合目 的。3气流搅拌混合罐 气流搅拌混合罐是将空气通入液体介
6、质，借鼓泡作用发生搅拌。这是搅拌方法中简单的一种，特别适用于化学腐蚀性强的液体，但不适于搅拌挥发性强的液体。,液液萃取的分离主要依靠两相液体的重度不同，在离心力的作用下，将液体分离。,1. 管式离心机 根据离心力与转鼓半径和转速的平方都成正比的关系，要提高离心力可以增加转速，但转鼓所受的离心应力大大增加。为了避免转鼓所受的应力增加过大，保证设备的坚固性，只有适当地减少转鼓半径R值，如果鼓径由100mm减到10mm，其转速可由每分钟1500转增加到50000转。管式离心机就是根据上述原理制成的。,超速离心机的工作原理： 料液由底部进入转鼓内，筒内有沿辐射方向排列的三角档板，可以带动液体与转筒以同
7、速度旋转。在离心力作用下，料液分层，重液在外，轻液在内。重液沿筒壁和档板的外侧向上流动，经出口流出。轻液沿三角档板的中心内侧由另一出口流出。由液体中分离出的固体物则附着于筒壁，经一定时间后停车清洗。超速离心机具有构造简单、紧凑和维修方便等优点，但生产能力小是其缺点。它适合于分离颗粒微细的乳浊液。,2碟片式离心机 此类离心机适用于分离乳浊液或含少量固体的乳浊液。其结构大体可分为三部分：第部分是机械传动部分；第二部分是由转鼓碟片架、碟片分液盖和碟片组成的分离部分；第三部分是输送部分，在机内起输送已分离好的两种液体的作用，由向心泵等组成。,离心机的工作原理：欲分离的料液自碟片架顶加入，进入转鼓后，因
8、离心力之故，料液便经过碟片架底部之通道流向外围，固体渣子被甩向鼓壁。转鼓内有一叠碗盖形金属片，俗称为碟片，每片上各有二排孔，它们至中心的距离不等，这样将碟片叠起来时便形成二个通道。碟片之间间隙至少为欲分离的最大固体颗粒直径的两倍。因离心作用，液体分流于各相邻二碟片之间的空隙中，而且在每一层空隙中，轻液流向中心，重液流向鼓壁，于是轻重液分开，最后分别借向心泵输出 ，底部碟片和其他碟片不同，只有一排孔。但底片有两种，区别在于孔的位置不同，分别和其他碟片上二排孔的位置相对应。应按轻重液的比例不同而选用不同的底片。,3.离心萃取机当参与萃取的两液体密度差很小，或界面张力甚小而易乳化，或粘度很大时，两相
9、的接触状况不佳，特别是很难靠重力使萃取相与萃余相分离，这时可以利用比重力大得多的离心力来完成萃取所需的混合和澄清两过程。,4 逆流萃取离心机 可同时分离重液、轻液和固体，主要应用于生物技术中。结构与特点 逆流萃取倾析器是具有圆锥形转鼓的高速度离心萃取分离机。它由圆柱圆锥形转鼓及螺旋输送器、差速驱动装置、进料系统、润滑系统及底座组成。作为萃取机与通常卧式螺旋离心机的不同点是，该机在螺旋转子柱的两端分别设计配制有调节环和分离盘，以调节轻重相界面，并在轻相出口处配有向心泵，在泵的压力作用下，将轻液排出。进料系统上设有中心套管式复合进料口，使轻重二相均由中心进入。且在中心管和外套管出口端分别配置了轻相
10、分布器和重相布料孔，其位置是可调的，通过二者位置可把转鼓柱端分为重相澄清区、逆流萃取区和轻相澄清区。,（2）工作原理转鼓与螺旋输送器在摆线针形行星宙轮的带动下，以一定的差转速同时高速旋转，形成一个大于重力场数千倍的离心力场。料液从重相进料管进入转鼓的逆流萃取区后受到离心场的作用，在此与中心管进入的轻相相接触，迅速完成相之间的物质转移和液液固分离，固体渣子沉积于转鼓内壁，借助于螺旋转子缓慢推向转鼓锥端，并连续地排出转鼓。而萃取液则由转鼓柱端经调节环进入向心泵室，借助向心泵的压力排出 。 。,液-液萃取过程与计算萃取操作包括三个步骤：1、混和料液和萃取剂充分混合形成乳浊液；2、分离将乳浊液分成萃取相和萃余相；3、溶煤回收。混合通常在搅拌罐中进行；也可以将料液和萃取剂以很高的速度在管道内混合，湍流程度很高，称为管道萃取，也有利用在喷射泵内涡流混合进行萃取的称为喷射萃取 。分离通常利用离心机（碟片式或管式）。近来也有将混合和分同时在一个设备内完成的。 ，对于利用混合分离器的萃取过程，按其操作方式分类，可以分为单级萃取和多级萃取，后者又可以分为错流萃取和逆流萃取，还可以将错流和逆流结合起来操作。,= K 1/m,m 浓缩倍数,R,R,需要掌握 例题 p184 例题 7-2,R1,R2,需要掌握 例题 ：P185 例题7-3,二 混合设备的计算 平衡出口的计算,实际出口浓度,
