[科普中国]-离心萃取器-

概述

离心萃取器是一种快速、高效的萃取设备。在工作原理上，离心萃取器与混合澄清槽、萃取塔等的差别是，前者在离心力场中使密度不同叉互不混溶的两种液体的混合液实现分相，而后两者都是在重力场中进行分相。这个差别通常用离心分离因素来表示：

式中——旋转角度；

——旋转半径；

——重力加速度。

在数值上就是离心加速度与重力加速度的比值。离心萃取器运行时的数值一般为几百到几千，少数达上万。由于的数值大，因而分相迅速。这种萃取设备分相能力强，又为加强混合、促进传质和缩短传质时间创造了条件。因此离心萃取器具有级停留时间短、级存留液量少等特点，这使其不仅能应用于一般的萃取体系，并且适用于某些有特殊要求的体系。

如在医药的生产过程中，为了保持产品的稳定，要求萃取过程中两相接触的时间越短越好；在核燃料后处理和对核燃料后处理所产生的高放射性废液进行再处理时，为了确保萃取设备的核几何临界安全和减轻萃取剂的辐照损伤，不仅要求两相的接触时间短，并且要求设备的存留液量少，在这些场合使用离心萃取器较为合适。对于某些密度差较小的体系或黏度较大的体系，离心萃取器的适应性也比较好。

离心萃取器还可用来进行非平衡萃取，使某些在传质速度上有较大差别但在平衡萃取过程中又很难实现彼此分离的物质实现分离。自20世纪30年代离心萃取器问世以来，发展迅速，至今已有多种类型，在许多国家已经广泛应用于制药、冶金、废水处理、石油化工和核燃料后处理等领域，而微型离心萃取器是进行萃取工艺研究的高效设备。1

分类离心萃取器有搅拌式和环隙式两种，如右图所示。

这种设备的工作原理是利用离心力增大两液体之间的密度差，使相分离得到加强。它具有很高的传质效率，能处理密度差很小的萃取体系，并能在较宽的相比和密度范围内操作。两相在萃取器内停留的时间很短，甚至几秒钟就可以达到萃取平衡。因此，这类萃取器可以用于借助萃取金属的动力学差异，进行非平衡溶剂萃取，提高分离金属的分离系数。如用煤油组成的有机相对镍、钻进行萃取分离时，由于钴的萃取速度比镍快得多，可以在很短时间内达到平衡，而镍几乎来不及被萃取，所以利用离心萃取器进行快速萃取可以大大地提高镍和钴的分离效果。

优点：处理量大，效率较高，提供较多理论级，结构紧凑，占地面积小，应用广泛。

缺点：能耗大，结构复杂，设备及维修费用高。

应用：适用于要求接触时间短，物流滞留量低，易乳化，难分相的物系。2

操作和主要特征（1）操作

在设备底部的混合室，通过高速旋转的转鼓和固定外壳之间的剪切力使前后两级输入的两相溶剂与溶质进行混合。

两相混合乳状液由混合室经转鼓下口进入转鼓，并在离心力作用下分层。

环型溢流堰可稳定控制转鼓澄清区的两相界面。

分为两相的液体溶剂与溶质通过外壳收集室逆向流入前后两级，实现连续逆流操作。

（2）主要特征

①高速剧烈混合，级效率特高，近于 100% ；

②在强大离心力作用下快速分层，单位设备体积通量大；

③液体停留时间极短，液体存留量小；

④易于实现多级逆流操作，适于深度提取，节省大量溶剂；

⑤相平衡短，操作方便。

萃取设备的选择由于萃取设备种类很多，故在选择设备时通常应考虑如下因素：

①体系的物性。如密度、界面张力、是否易乳化等。对于密度差较大、界面张力较小的，可选用无外加能量的设备；对密度差较小、界面张力较大的物系，易选有有外加能量的设备。

②完成给定分离任务所需要的理论级数。当需要的理论级数不超过2～3时，各种萃取设备均可满足要求；当需要的理论级数较多，如超过4～5级时，可选用筛板柱；当需要的理论级数更多时，可选用有外加能量的设备，例如混合一澄清器、脉冲柱、转盘柱等。

③萃取剂的停留时间。当萃取过程动力学较快，希望萃取剂与原液接触时间短，可选用离心萃取器；相反，停留时间较长时，一般都要用混合一澄清器。

④生产能力。处理量较小时可用填料柱、脉冲柱；处理量大时，可选择混合一澄清槽、筛板柱及转盘柱。

⑤厂房条件。如面积大小和厂房高度等。