實驗離心萃取機在實驗室進行萃取體系的基本工藝和工程特性研究常用相界面固定(面積已知)的設備(如濕壁塔,Lewis池等)作傳質實驗,但實際工業設備為追求較大的體積傳質系數和萃取設備的高效率,都采用相界面不固定的裝置,將一相分散為細小的液滴(稱為分散相),盡可能均勻地分布在另一液相(稱為連續相)中。分散相通常選擇為體積流率大的一相,這樣若液滴尺寸相同,則可得到更大的接觸面積。但也應對諸如傳質方向、萃取體系的物性、設備特點、內構件表面的性質等因素進行綜合考慮,使得分散相和連續相的選擇能更有利于通量、萃取速度和操作穩定性等方面的綜合指標。可以采取措施實現輕相、重相或兩相皆成為分散相的方式操作。
通常我們把萃取設備中有效操作容積內分散相多占的體積分數稱為分相相的滯存率。則連續相的滯存率為1-。滯存在有效容積內的大部分液相在運動、參與傳質操作,這部分滯存率成為操作滯存率。一笑部分分散相液體滯留在設備的死角不參加傳質,稱為靜滯存率。設計合理的萃取設備的靜滯存率很小,可以忽略,故一般所謂滯存率即等于操作滯存率。
利用重力場的塔式萃取設備內的分散相滯存率可以根據Lapidus和Elgin的滑動速度概念和Pratt等的相對速度概念與兩相的流率相關聯。逆流萃取時,有:
式中Vs為兩相間滑動速度,Vk為特征速度,為萃取塔的空隙率。滑動速度不僅與體系的物性和分散相液滴的大小及分布有關,而且也是滯存率的函數。在一定條件下,特征速度Vk僅是體系物性、攪拌強度和設備幾何尺寸的函數,與滯存率無關。滑動速度不一定等于液滴在萃取設備內的平均終端速度。對滯存率較低、分散相無明顯聚并得情形符合較好。
河南中合匯萃科技有限公司對于不同的萃取設備和萃取體系,已經提出了許多特征速度的關聯式。可用來預測萃取塔中的值。
萃取設備多數選擇逆流操作,借助于兩相的密度差,在重力場或高速離心產生的超重力場作用下實現兩相的逆流流動。逆流塔式萃取設備的順利操作,取決于液滴在主相界面上的凝并能力,也與選擇的分散相和連續相的通量(等于表觀速度×塔界面積)有關。通量決定后,按公式應解出一合理的值。這實際上是一相對另一相的總摩擦力不超過重力;否則塔不能順利操作,稱為液泛。
液泛現象決定了逆流萃取設備操作通量的極限,是生產操作和設計中的關鍵問題。對液泛問題大量的實驗研究已產生了各種類型設備中液泛速度的計算關聯式。一般設計時現根據工藝要求和熱力學條件確定流比R,從而計算出液泛滯存率在根據該設備液泛特征速度的關聯式,求出液泛速度Vdf,Vcf,這樣就可以求出塔的最小截面積。設備內實際表現觀流速可取液泛速度50%~80%之間。
在攪拌槽中的穩定操作要求不發生相逆轉。一般來說,相逆轉會限制萃取器的生產能力,因為相逆轉后過去的連續相現在為分散相,滯存率降低,因而界面面積會下降。在水-油型乳濁液中(油水分離-水為分散相),相分離比油-水型體系快,因為懸浮在油中的水滴凝并得速度高于油滴在水中凝并得速度。這對澄清器的設計時很重要的,體系成為水-油分散系時萃取器的通量將更大。攪拌槽型的萃取器順利操作也要求出口流中不夾帶另一相的液滴,若夾帶量過大且不斷增加,也稱為液泛。
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