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文檔簡介
模塊十
萃取技術(shù)01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置
3
萃取是工業(yè)生產(chǎn)中分離液體混合物的單元操作之一。它是利用物質(zhì)在兩種互不相溶或微溶的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同,使物質(zhì)從一種溶劑內(nèi)(原溶劑)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑(萃取劑)中,經(jīng)過多次操作,將絕大部分的物質(zhì)提取出來的方法。萃取又稱溶劑萃取或液液萃取,亦稱為抽提,是用液態(tài)的萃取劑處理與之不互溶的雙組分或多組分溶液,實(shí)現(xiàn)組分傳質(zhì)分離的單元操作。液液萃取(萃?。豪孟嗨葡嗳茉?,用選定的溶劑分離液體混合物中某種組分,溶劑對(duì)被分離的混合物液體具有選擇性溶解的能力,且必須具有好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,毒性和腐蝕性需要很小。液固萃取(浸?。豪萌軇┓蛛x固體混合物中的組分,如用水浸取甜菜中的糖類、用酒精浸取黃豆中的豆油、用水從中藥中浸取有效成分等。4
一般地,液體混合物(原料液以F表示)中,易溶于溶劑的組分稱為溶質(zhì)(以A表示),難溶于溶劑的組分稱為原溶劑(以B表示),選定的溶劑為萃取劑(以S表示)。萃取劑應(yīng)對(duì)原料液中的溶質(zhì)應(yīng)具有盡可能大的溶解度,而對(duì)原溶劑應(yīng)完全不互溶或部分互溶。(1)若萃取劑對(duì)原溶劑完全不互溶,則萃取劑與原料液混合后會(huì)成為兩相,其中一相以萃取劑為主,溶有較多的溶質(zhì),稱為萃取相(以E表示);另一相以原溶劑為主,溶有未被萃取的溶質(zhì),稱為萃余相(以R表示)。
(2)若萃取劑對(duì)原溶劑部分互溶,則萃取相中還含有原溶劑,萃余相中亦含有萃取劑。萃取相中的萃取劑被除去后得到的液體稱為萃取液(以E′表示);萃余相中的萃取劑被除去后得到的液體稱為萃余液(以R′表示)。
萃取操作一般在常溫下進(jìn)行,主要用于不適宜采用蒸餾操作的場合(如被分離組分的揮發(fā)度接近、需分離組分的濃度低等),也特別適合熱敏性物料或不揮發(fā)物質(zhì)的分離。萃取操作過程并不造成物質(zhì)化學(xué)成分的改變,常用來提純和純化化合物,既能用來分離、提純大量的物質(zhì),也適合于微量或痕量物質(zhì)的分離、富集。隨著近代分析化學(xué)分離技術(shù)的發(fā)展,液液萃取與光度法、原子吸收法、電化學(xué)法等相結(jié)合,廣泛應(yīng)用于冶金、電子、環(huán)境保護(hù)、生物化學(xué)和醫(yī)藥等領(lǐng)域。工業(yè)中的應(yīng)用6萃取-恒沸精餾提濃醋酸流程
如以醋酸乙酯為萃取劑,從稀醋酸水溶液中提取無水醋酸,其工藝流程如下圖所示。
原料液(稀醋酸水溶液)由萃取塔頂部連續(xù)加入,萃取劑(醋酸乙酯)從塔底連續(xù)加入,兩相在塔內(nèi)逆流直接混合接觸。醋酸從原料轉(zhuǎn)入醋酸乙酯中,作為萃取相從萃取塔頂部引出,送入恒沸精餾塔。含有少量萃取劑的水即萃余相從萃取塔底部引出,送入提餾塔回收醋酸乙酯。萃取相經(jīng)過恒沸精餾,塔底得到無水醋酸(產(chǎn)品),塔頂為醋酸乙酯與水非均相恒沸物,經(jīng)冷凝后在分層器內(nèi)分層。上層為醋酸乙酯:一部分作為精餾回流液;另一部分作為回收的萃取劑循環(huán)使用。分層器下部得到含有少量萃取劑的水溶液,送提餾塔回收醋酸乙酯。01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置7能力目標(biāo)學(xué)習(xí)要求與目標(biāo)1.具有根據(jù)工藝條件的要求選擇萃取輔助設(shè)備的能力。知識(shí)目標(biāo)1.掌握萃取設(shè)備的輔助設(shè)備的種類與作用。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)誠實(shí)守信、團(tuán)結(jié)協(xié)作、愛崗敬業(yè)精神;2.培養(yǎng)安全、環(huán)保、健康生產(chǎn)意識(shí);3.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及質(zhì)量意識(shí),具備工程管理能力;4.培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力;5.創(chuàng)新能力培養(yǎng)等。子任務(wù)2認(rèn)識(shí)萃取的輔助設(shè)備
01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置8
萃取設(shè)備是溶劑萃取過程中實(shí)現(xiàn)兩相接觸與分離的裝置。在液液萃取過程中,輕重兩相在萃取設(shè)備內(nèi)充分接觸,呈湍流流動(dòng),實(shí)現(xiàn)兩相之間的質(zhì)量傳遞后,又能較快地分離,包括混合和分離兩個(gè)部分。子任務(wù)2認(rèn)識(shí)萃取的輔助設(shè)備
01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置9
萃取裝置的附屬設(shè)備主要有攪拌器、液體分布裝置、分離器等。萃取過程中,輕重兩相在萃取設(shè)備內(nèi)既要充分接觸,又要能快速分離。因此,攪拌器、分散裝置可以提供兩相間良好的接觸條件,塔頂、塔底分離器可以便于兩相的分層,從而影響液-液萃取的分離效率。子任務(wù)2認(rèn)識(shí)萃取的輔助設(shè)備
01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置10一、攪拌器
攪拌使物料混和均勻,強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)。在萃取中常用的攪拌裝置是機(jī)械攪拌裝置,攪拌器是實(shí)現(xiàn)攪拌操作的主要部件,其主要的組成部分是葉輪,它隨旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)將機(jī)械能施加給液體,并促使液體運(yùn)動(dòng)。攪拌器的類型有槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進(jìn)式攪拌器、框式攪拌器、錨式攪拌器、螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器等。萃取常用攪拌器的類型01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置111.槳式攪拌器
槳式攪拌器由槳葉、鍵、軸環(huán)、豎軸組成。槳葉一般用扁鋼或不銹鋼或有色金屬制造。槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速較低,一般為20~80r/min。槳式攪拌器直徑取反應(yīng)釜內(nèi)徑的1/3~2/3,槳葉不宜過長,當(dāng)反應(yīng)釜直徑很大時(shí)采用兩個(gè)或多個(gè)槳葉。槳式攪拌器適用于流動(dòng)性大、粘度小的液體物料,也適用于纖維狀和結(jié)晶狀的溶解液,物料層很深時(shí)可在軸上裝置數(shù)排槳葉。2.渦輪式攪拌器
渦輪式攪拌器分為圓盤渦輪攪拌器和開啟渦輪攪拌器;按照葉輪又可分為平直葉和彎曲葉。渦輪攪拌器速度較大,300~600r/min。渦輪攪拌器的主要優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)能量消耗不大時(shí),攪拌效率較高,攪拌產(chǎn)生很強(qiáng)的徑向流。因此它適用于乳濁液、懸浮液等。01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置12
推進(jìn)式攪拌器,攪拌時(shí)能使物料在反應(yīng)釜內(nèi)循環(huán)流動(dòng),所起作用以容積循環(huán)為主,剪切作用較小,上下翻騰效果良好。當(dāng)需要有更大的流速時(shí),反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒。推進(jìn)式攪拌器直徑約取反應(yīng)釜內(nèi)徑的1/4~1/3,300~600r/min,攪拌器的材料常用鑄鐵和鑄鋼。3.推進(jìn)式攪拌器
框式攪拌器可視為槳式攪拌器的變形,其結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)固,攪動(dòng)物料量大。框式攪拌器直徑較大,一般取反應(yīng)器內(nèi)徑的2/3~9/10,攪拌速度為50~70r/min??蚴綌嚢杵髋c釜壁間隙較小,有利于傳熱過程的進(jìn)行??焖傩D(zhuǎn)時(shí),攪拌器葉片所帶動(dòng)的液體把靜止層從反應(yīng)釜壁上帶下來;慢速旋轉(zhuǎn)時(shí),有刮板的攪拌器能產(chǎn)生良好的熱傳導(dǎo)。這類攪拌器常用于傳熱、晶析操作和高黏度液體、高濃度淤漿和沉降性淤漿的攪拌。4.錨式攪拌器01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置13
螺帶式攪拌器,常用扁鋼按螺旋形繞成,直徑較大,常做成幾條緊貼釜內(nèi)壁,與釜壁的間隙很小,所以攪拌時(shí)能不斷地將黏于釜壁的沉積物刮下來。螺帶的高度通常取罐底至液面的高度。螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器的轉(zhuǎn)速都較低,通常不超過50r/min,產(chǎn)生以上下循環(huán)流為主的流動(dòng),主要用于高黏度液體的攪拌。5.螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置14二、液體分布裝置
液體分布裝置的作用是把液體均勻分布在塔式萃取裝置內(nèi),常用的有管式噴淋器、蓮蓬頭式分布器、盤式分布器。三通管適用于離心萃取分離裝置,重液和輕液由底部的三通管并流進(jìn)入混合室;蓮蓬頭式分布器(f)通常取蓮蓬頭直徑為塔徑的1/5~1/3,球面半徑為蓮蓬頭直徑的的0.5~1.0倍,噴灑角≤80°,小孔直徑為3~10mm,一般用于直徑小于0.6m的塔;盤式分布器(g)的盤上開有篩孔或溢流管及槽式分布器,將液體分布在整個(gè)截面上,適用于直徑大于0.8m的塔。01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置15液體分布裝置01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置16比較混合澄清槽和轉(zhuǎn)盤萃取塔這兩種攪拌裝置的特點(diǎn)。01任務(wù)一認(rèn)識(shí)萃取裝置17比較混合澄清槽和轉(zhuǎn)盤萃取塔這兩種攪拌裝置的特點(diǎn)。分析思路:
⑴
混合澄清槽具有適用范圍廣、處理量大、易于連續(xù)操作的等優(yōu)點(diǎn),但單級(jí)效率與攪拌效果密切相關(guān),應(yīng)該根據(jù)物料性質(zhì)選擇不同的攪拌器,比如:萃取流動(dòng)性大、黏度小的液體物料時(shí)可采用槳式攪拌器進(jìn)行攪拌,而
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