萃取設(shè)備

　　設(shè)備技術(shù)部籌備組 吳有峰

　　萃取設(shè)備分為常規(guī)通用型萃取設(shè)備和改進高效型萃取設(shè)備。常規(guī)通用型萃取設(shè)備主要有脈沖萃取柱、混合澄清槽和單級離心萃取器；改進高效型萃取設(shè)備主要為多極離心萃取器。

　　混合澄清槽是一種常見的液-液萃取設(shè)備，其萃取級效率高、操作適應(yīng)性強、設(shè)備放大簡單，是最早用于核化工的設(shè)備。機械攪拌式全逆流混合澄清槽的攪拌槳采用普通槳葉，兩相物料的流動主要推動力依靠各物料的密度差、液位差和界面差。其兩相流動的推動力與設(shè)備的深度成正比，處理大通量料液時，槽體通常較深，運行時第一級和最后一級液位差較大。具有臨界安全要求的工藝過程需采用扁平的槽體結(jié)構(gòu)控制臨界，這限制了液位高度，導(dǎo)致兩相流動的推動力較小，從而限制了處理通量和效率。

　　法國后處理廠中使用 “泵輪”式混合澄清槽，通過混合室中的葉輪混合及泵送輕相和重相（有機相和水相），傳質(zhì)效率更高、推動力大，且適用于有臨界安全要求的工藝，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 混合澄清槽結(jié)構(gòu)示例

　　脈沖萃取柱的構(gòu)想最早是由Dijck于1935年提出，后來不斷發(fā)展出并流振動篩板柱、脈沖噴霧柱及脈沖折流柱等多種形式。脈沖萃取柱結(jié)構(gòu)簡單、無運動部件，在高放射性條件下，比其它類型萃取柱有更大的優(yōu)越性，是目前廣泛應(yīng)用的塔式萃取設(shè)備。

　　與混合澄清槽相比，塔式萃取設(shè)備占地面積小、料液停留時間短、處理能力大、排污便利、容易保證臨界安全、達到平衡及封閉性能好等優(yōu)點；缺點是停車時會破壞平衡，需要重新啟動，另外需要較高的屏蔽設(shè)備室。設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2。

　　圖2 脈沖萃取柱結(jié)構(gòu)示例

　　離心萃取器盡管已廣泛應(yīng)用于制藥、食品、石油、 化工、濕法冶金和廢水處理等非核工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。單級離心萃取器多為環(huán)隙式離心萃取器（亦稱圓筒式離心萃取器），是基于泰勒渦流和離心萃取器原理制得的一體式快速、高效液-液萃取設(shè)備，設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3。

　　圖3 單級離心萃取器的工作原理

　　1-重相收集室；2-重相堰；3-擋水板；4-輕相收集室；5-輕相堰；6-環(huán)隙混合區(qū)域；

　　7-混合葉片；8-轉(zhuǎn)鼓入口；9-轉(zhuǎn)鼓；10-相分離區(qū)域；11-外筒

　　單臺單級離心萃取器的萃取效率一般不足以滿足萃取工藝要求，需要在生產(chǎn)線上串聯(lián)使用多個單級離心萃取器來增加萃取效率，如圖4所示。

　　圖4 單級離心萃取器串聯(lián)示意圖

　　單臺單級離心萃取器及其電機都需要固定支架，因此采用這種離心萃取器的萃取工藝需要占用較大的廠房面積，這也是脈沖萃取柱和混合澄清槽的主要缺點之一。同時設(shè)備數(shù)量、運動部件增多，會增加檢修物項，導(dǎo)致檢修頻率、難度增加。因此在后處理項目中，需要對單臺單級離心萃取器結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，由此出現(xiàn)了多級離心萃取器。

　　用于核工業(yè)的多級離心萃取器改善了以下方面：

　　-所有易損壞機械部件（電機、軸承）都位于結(jié)構(gòu)蓋板的上方，不與物料接觸；

　　-該設(shè)備的緊湊性使放射性物料滯留時間短，并通過幾何尺寸來保證臨界安全；

　　-料液停留時間很短，降低了溶劑的輻射降解；

　　-可在較短時間內(nèi)對蓋板下的運動部件進行清洗、檢修等。

　　多級離心萃取器體積更小、效率更高，其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、制造加工更加困難，目前國內(nèi)并無工程應(yīng)用。

　　綜上，本文介紹了后處理工廠中常用三種萃取設(shè)備的特性及工作原理，也對高效萃取設(shè)備-多級離心萃取器進行了簡單介紹，讓大家對這些萃取設(shè)備有一些基本認識。