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1、第七章萃取与离子交换设备第1页，本讲稿共43页第一节第一节 萃取分离设备萃取分离设备一、类型一、类型v液液-固萃取：固萃取：从固体物料中萃取溶质从固体物料中萃取溶质v液液-液萃取：液萃取：从液体物料中萃取溶质从液体物料中萃取溶质第2页，本讲稿共43页萃取设备萃取设备液液固萃取固萃取设设 备备液液液萃取液萃取设设 备备单级萃取设备单级萃取设备多级萃取设备多级萃取设备分体式液分体式液液液萃取设备萃取设备整体式液整体式液液液萃取设备萃取设备多级错流多级错流萃取设备萃取设备多级逆流多级逆流萃取设备萃取设备混合设备混合设备多级接触式多级接触式 连续接触式连续接触式分离设备分离设备第3页，本讲稿共43页二
2、、液二、液-液萃取设备液萃取设备（一）分体式液（一）分体式液液萃取设备液萃取设备1、混合设备、混合设备要求：要求：v分散相颗粒尺寸要小，两相接触面积要大分散相颗粒尺寸要小，两相接触面积要大类型：类型：罐式、管式、喷嘴式罐式、管式、喷嘴式v混合均匀，萃取时间短混合均匀，萃取时间短第4页，本讲稿共43页A.混合罐：混合罐：v机械搅拌混合罐：机械搅拌混合罐：用机械搅拌用机械搅拌将料液和萃取剂相混合将料液和萃取剂相混合u间歇操作，停留时间较长，传质效率间歇操作，停留时间较长，传质效率较低较低u装置简单，操作方便，广泛应用装置简单，操作方便，广泛应用v气流搅拌混合罐：气流搅拌混合罐：将空气送将空气送入液
3、体物料，借鼓泡作用发生入液体物料，借鼓泡作用发生搅拌搅拌u适用于化学腐蚀性强的液体适用于化学腐蚀性强的液体第5页，本讲稿共43页vS S形长管，料液和萃取剂从长管一端进入，混合萃形长管，料液和萃取剂从长管一端进入，混合萃取后从另一端流出取后从另一端流出v管道内液体形成湍流状态，管道内液体形成湍流状态，R Re e=(5=(51010）10104 4 v连续萃取，效果较好连续萃取，效果较好B.管式混合器（静态）管式混合器（静态）第6页，本讲稿共43页v经过喷嘴或孔板经过喷嘴或孔板形成湍流状态形成湍流状态v体积小，效率高体积小，效率高v结构简单，造价低结构简单，造价低v阻力较大阻力较大C.喷嘴式混
4、合器喷嘴式混合器第7页，本讲稿共43页2、分离设备、分离设备v要求：要求：分离时间要短、分离要彻底分离时间要短、分离要彻底v类型：类型：重力分离设备、离心分离设备重力分离设备、离心分离设备 （碟片式离心机、管式离心机）（碟片式离心机、管式离心机）第8页，本讲稿共43页A.碟片式离心机碟片式离心机v工作过程：工作过程：欲分离欲分离的料液自离心机顶部的料液自离心机顶部加入，加入，分流于各相邻分流于各相邻二碟片之间的空隙中二碟片之间的空隙中v轻液轻液流向中心，流向中心，重液重液流向鼓壁，将轻重液流向鼓壁，将轻重液分开分开第9页，本讲稿共43页v碟片：碟片：每片上各有每片上各有二排二排孔孔，将碟片叠起
5、来时便，将碟片叠起来时便形成二个通道形成二个通道v底部碟片只有底部碟片只有一排孔一排孔v底片底片有两种，区别在于有两种，区别在于孔的位置不同，分别和孔的位置不同，分别和其它碟片上二排孔的位其它碟片上二排孔的位置相对应置相对应v按轻重液的按轻重液的比例比例不同不同选用不同的底片选用不同的底片 第10页，本讲稿共43页B.管式离心机管式离心机v工作过程：工作过程：u料液由底部进入转鼓内，与转筒一同料液由底部进入转鼓内，与转筒一同旋转旋转u在离心力作用下，料液在离心力作用下，料液分层分层，重液，重液在外，轻液在内在外，轻液在内u重液重液沿筒壁的外侧向上流动，经出沿筒壁的外侧向上流动，经出口流出口流出
6、u轻液轻液沿中心内侧向上流动，经另一沿中心内侧向上流动，经另一出口流出出口流出第11页，本讲稿共43页v特点：特点：v构造简单、紧凑和维修方便构造简单、紧凑和维修方便v生产能力较小生产能力较小v工作参数：工作参数：v转鼓内径：转鼓内径：110110v转鼓高度：转鼓高度：85mm85mmv工作容积：工作容积：8L8Lv转速：转速：15000rpm15000rpmv生产能力：生产能力：1000L/h1000L/h第12页，本讲稿共43页（二）整体式液（二）整体式液液萃取设备液萃取设备v用途：用途：当参与萃取的两液体密度差很小，或界面张力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
7、大时，两相的接触状况较差，甚小而易乳化，或粘度很大时，两相的接触状况较差，特别是很难靠重力使萃取相与萃余相分离，这时利用特别是很难靠重力使萃取相与萃余相分离，这时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比重力大得多的离心力来完成萃取所需的混合和澄清第13页，本讲稿共43页1.1.多级接触式多级接触式多级离心萃取机多级离心萃取机v萃取与分离分步萃取与分离分步进行进行Luwesta三级离心萃取机三级离心萃取机第14页，本讲稿共43页A.A.立式连续逆流离心萃取机立式连续逆流离心萃取机-Laval ABE-216离心萃取机离心萃取机2.2.连续接触式连续接触式v构造：构造：u高速旋转的转鼓
8、中有多个同高速旋转的转鼓中有多个同心圆筒心圆筒u每个筒均在一端开孔每个筒均在一端开孔u筒的外圆柱上焊有螺旋形的钢带，筒的外圆柱上焊有螺旋形的钢带，将筒与筒之间的环形空间分隔成将筒与筒之间的环形空间分隔成螺旋形通道螺旋形通道u在转鼓的两端各有轻重液的在转鼓的两端各有轻重液的进出口进出口第15页，本讲稿共43页v工作过程：工作过程：ABE-216离心萃取机轻重液走向示意图离心萃取机轻重液走向示意图u重液重液进入转鼓内筒，沿螺进入转鼓内筒，沿螺旋形通道往外依次流经各旋形通道往外依次流经各筒筒u轻液轻液进入转鼓进入转鼓外筒外筒，沿螺，沿螺旋形通道，向内顺次流过旋形通道，向内顺次流过各筒各筒第16页，本
9、讲稿共43页三相倾析式离心机结构三相倾析式离心机结构B.B.倾析式离心萃取机倾析式离心萃取机v构造：构造：由圆柱圆锥形转鼓及螺旋输送器、差速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驱动装置、进料系统、润滑系统及底座组成 第17页，本讲稿共43页v工作过程：工作过程：u转鼓转鼓与与螺旋输送器螺旋输送器同时高速旋转，形成一个大于重力场同时高速旋转，形成一个大于重力场数千倍的离心力场数千倍的离心力场u料液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作用，在此与中心管进入的萃取剂萃取剂相接触萃取
10、，迅速完相接触萃取，迅速完成相之间的物质转移成相之间的物质转移u同时进行同时进行液液固分离液液固分离，固体渣子沉积于转鼓内壁，固体渣子沉积于转鼓内壁，由螺旋转子推向转鼓锥端排出，萃取液则经转鼓柱端由螺旋转子推向转鼓锥端排出，萃取液则经转鼓柱端排出排出 第18页，本讲稿共43页三、液三、液-固萃取分离设备固萃取分离设备v液液-固萃取是在一定条固萃取是在一定条件下用一定浸出溶剂从件下用一定浸出溶剂从固体原料中浸出有效成固体原料中浸出有效成分的过程分的过程（一）单级间歇萃取（一）单级间歇萃取v带蒸汽加热夹套的单带蒸汽加热夹套的单级间歇萃取装置级间歇萃取装置第19页，本讲稿共43页（二）多级逆流半连续
11、萃取（二）多级逆流半连续萃取第20页，本讲稿共43页第21页，本讲稿共43页第二节第二节 离子交换分离设备离子交换分离设备一、离子交换的应用及特点一、离子交换的应用及特点v 特点：特点：u树脂无毒且可反复使用树脂无毒且可反复使用u少用或不用有机溶剂少用或不用有机溶剂u成本低成本低u设备简单设备简单u操作方便操作方便v 应用：应用：u氨基酸氨基酸u有机酸有机酸u抗生素抗生素u生物酶生物酶第22页，本讲稿共43页二、类型二、类型v按结构型式分为按结构型式分为罐式、塔式、槽式罐式、塔式、槽式v按操作方式分为按操作方式分为间歇式、周期式、连续式间歇式、周期式、连续式v根据两相接触方式的不同分为根据两相
12、接触方式的不同分为固定床、移动床、流固定床、移动床、流化床化床v按溶液进入交换床的方向分为按溶液进入交换床的方向分为正吸附、反吸附正吸附、反吸附第23页，本讲稿共43页料液料液处理液处理液 单床式单床式料液料液处理液处理液 多床式多床式料液料液处理液处理液 复床式复床式料液料液处理液处理液 混合床式混合床式v固定床：固定床：v结构简单、操作管理方便、树脂磨损少结构简单、操作管理方便、树脂磨损少v设备管线复杂、阀门多、树脂利用率较低设备管线复杂、阀门多、树脂利用率较低v选型：选型：交换带宽度、交换离子类型交换带宽度、交换离子类型第24页，本讲稿共43页三、离子交换设备三、离子交换设备1.离子交换
13、罐离子交换罐v要求：要求：液体分布均匀、按顺液体分布均匀、按顺序流动、耐腐蚀序流动、耐腐蚀v构造：构造：离子交换离子交换罐具有椭圆形罐具有椭圆形封头的圆筒形设备，圆筒体的高径封头的圆筒形设备，圆筒体的高径比一般为比一般为2 23 3，树脂层高度约占，树脂层高度约占圆筒高度的圆筒高度的505070%70%u罐顶罐顶应有人孔或者手孔，大型交应有人孔或者手孔，大型交换罐的人孔也可以装在罐壁上，换罐的人孔也可以装在罐壁上，以便于装卸树脂以便于装卸树脂第25页，本讲稿共43页u罐内上部有罐内上部有溶液分布装置溶液分布装置，使溶液均，使溶液均匀通过树脂层匀通过树脂层 u圆筒体圆筒体的底部与椭圆形底之间常的
14、底部与椭圆形底之间常装有多孔板、筛网及滤布以支持树装有多孔板、筛网及滤布以支持树脂层，或者用块石英石或卵石直接脂层，或者用块石英石或卵石直接铺于罐底以支持树脂层铺于罐底以支持树脂层u视镜孔和孔灯视镜孔和孔灯可以在罐顶也可以在可以在罐顶也可以在罐壁上。罐顶部的被吸附溶液、解罐壁上。罐顶部的被吸附溶液、解吸液、软水进口可合用一个进口管吸液、软水进口可合用一个进口管与罐顶相连与罐顶相连 u交换罐一般用交换罐一般用钢板钢板制成，内壁衬橡制成，内壁衬橡胶胶第26页，本讲稿共43页2.2.反吸附离子交换罐反吸附离子交换罐v工作过程：工作过程：v被交换的溶液由罐的被交换的溶液由罐的下下部导入部导入v其流速和
15、粘度以使树脂其流速和粘度以使树脂在罐内呈沸腾状态而不在罐内呈沸腾状态而不溢出罐外为宜溢出罐外为宜v交换后的溶液则由罐顶交换后的溶液则由罐顶的出口溢出的出口溢出 被交换溶液进口被交换溶液进口废液出口废液出口分布器分布器分布器分布器反洗水进口反洗水进口反反吸吸附附离离子子交交换换罐罐第27页，本讲稿共43页淋洗水、解吸液及再生剂进口淋洗水、解吸液及再生剂进口淋洗水、解吸液及再生剂出口淋洗水、解吸液及再生剂出口v特点：特点：反反吸吸附附离离子子交交换换罐罐v省去菌丝过滤省去菌丝过滤 v液固两相接触面大、均匀液固两相接触面大、均匀v操作时不产生短路、死角操作时不产生短路、死角v料液流速大、生产周期短料
16、液流速大、生产周期短 v树脂的饱和度不及正吸附树脂的饱和度不及正吸附的高的高v罐内树脂高度要比正吸附罐内树脂高度要比正吸附时低一些时低一些第28页，本讲稿共43页扩扩口口式式离离子子交交换换器器第29页，本讲稿共43页混混合合床床制制备备无无盐盐水水的的流流程程3.3.混合床离子交换罐混合床离子交换罐第30页，本讲稿共43页4.4.连续式离子交换设备连续式离子交换设备第31页，本讲稿共43页筛筛板板式式连连续续离离子子交交换换设设备备漩漩涡涡式式连连续续离离子子交交换换设设备备第32页，本讲稿共43页四、离子交换设备的计算四、离子交换设备的计算1.树脂用量树脂用量交换总量（吸附能力）：交换总量
17、（吸附能力）：溶液中交换离子量：溶液中交换离子量：式中：式中：V2每批处理料液每批处理料液量，量，m3 c1交换前料液交换前料液浓度，浓度，/ml c2交换后料液交换后料液浓度，浓度，/ml式中：式中：V1交换罐内交换罐内装树脂量，装树脂量，m3 q单位体积单位体积树脂吸附量，树脂吸附量，/ml 第33页，本讲稿共43页实际装树脂量：实际装树脂量：式中：式中：树脂的比容，湿树脂树脂的比容，湿树脂ml/g干树脂干树脂干树脂量：干树脂量：物料平衡物料平衡：罐内装树脂量：罐内装树脂量：第34页，本讲稿共43页2.交换罐尺寸交换罐尺寸罐体积：罐体积：罐高径比：罐高径比：Ht/D=23式中：式中：y树脂
18、装填系数，树脂装填系数，0.50.7第35页，本讲稿共43页3.交换设备的放大交换设备的放大A根据交换罐负荷相同的原则进行放大根据交换罐负荷相同的原则进行放大v交换罐负荷交换罐负荷是指单位体积树脂床中所通过溶液的是指单位体积树脂床中所通过溶液的体积流量体积流量v交换罐负荷的倒数即溶液与树脂的交换罐负荷的倒数即溶液与树脂的接触时间接触时间，保，保证证接触时间接触时间相同即保证大设备与小设备中相同的相同即保证大设备与小设备中相同的交换效果交换效果v大、小交换罐大、小交换罐几何相似几何相似，即相同的高径比，即相同的高径比第36页，本讲稿共43页交换罐负荷交换罐负荷:式中：式中：aa交换罐负荷，交换罐
19、负荷，m m3 3/m/m3 3hh V V通过溶液的体积流量，通过溶液的体积流量，m m3 3/h/h M M湿树脂的体积，湿树脂的体积，m m3 3a a1 1=a=a2 2放大后设备中的树脂体积放大后设备中的树脂体积:V2/V1即为放大倍数即为放大倍数m第37页，本讲稿共43页若以若以H H代表树脂床高，代表树脂床高，D D代表树脂床直径代表树脂床直径 第38页，本讲稿共43页放大设备的尺寸：放大设备的尺寸：几何相似：几何相似：第39页，本讲稿共43页B.B.根据交换罐中溶液空塔流速相同的原则放大根据交换罐中溶液空塔流速相同的原则放大溶液流速溶液流速:式中：式中：u线速度，线速度，m/h
20、 A 树脂床截面积，树脂床截面积，m2v溶液空塔流速溶液空塔流速即是单位树脂床截面积上所通过溶液即是单位树脂床截面积上所通过溶液的体积流量的体积流量v维持大设备与小设备的维持大设备与小设备的树脂床层高度相同树脂床层高度相同，仅直径加，仅直径加大，以保证溶液流速相同，也就保证两者接触时间大，以保证溶液流速相同，也就保证两者接触时间相同，交换效果相同相同，交换效果相同第40页，本讲稿共43页u1=u2放大设备的尺寸：放大设备的尺寸：放大后设备中的树脂体积放大后设备中的树脂体积:第41页，本讲稿共43页v讨论：讨论：v两种放大方法计算出来的树脂体积两种放大方法计算出来的树脂体积M M2 2相同相同v第一种方法放大后，树脂床高度增加了，解吸浓度比较第一种方法放大后，树脂床高度增加了，解吸浓度比较高，经常采用高，经常采用v由于溶液线速度相应的增加，流体阻力也增大了，由于溶液线速度相应的增加，流体阻力也增大了，实际溶液速度很难达到理论值，因此实际交换时实际溶液速度很难达到理论值，因此实际交换时间延长了间延长了第42页，本讲稿共43页第43页，本讲稿共43页