Entwicklung und Klassifizierung von Extraktionsanlagen (Extraktionskolonnen)

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Die Gestaltung und Klassifizierung von Extraktionsanlagen (Extraktionskolonnen) bezieht sich hauptsächlich auf die Bestimmung des Durchmessers der Kolonne sowie der Höhe des Arbeitsbereichs. Zuerst wird der Flüssigkeitsfluss durch die Betriebsgeschwindigkeit geteilt, um die Querschnittsfläche des Turms zu ermitteln. Anschließend wird der Durchmesser des Turms berechnet. Anschließend werden auf der Grundlage der Eigenschaften des Turms sowie der Eigenschaften des Stoffsystems und der Anforderungen an die Trennung die Höhe der Massentransport-Einheiten sowie die Anzahl dieser Einheiten bestimmt. Der Produkt aus diesen beiden Werten ergibt schließlich die Höhe der Arbeitsstufe des Turms. Es gibt auch Methoden, bei denen die Höhe des Arbeitsabschnitts anhand der Äquivalenthöhe sowie der theoretischen Reihe berechnet wird. Im Vergleich zu Extraktionskolonnen kann eine Zentrifugalextraktor die Sedimentation und Trennung der Tropfen durch Schwerkraft beschleunigen. Dadurch ist es möglich, die Umrührung zu verstärken, wodurch die Tropfen feiner zerteilt werden und so die Extraktionsprozess effektiver wird. Zentrifugale Extraktoren gibt es in den beiden Arten Graduiertes Kontaktverfahren und Differenzielles Kontaktverfahren. Beim Ersteren wird in die Zentrifuge ein Rührvorrichtung eingebaut, wodurch eine einstufige oder mehrstufige Zentrifugalextraktoranlage entsteht. Zentrifugale Extraktoren eignen sich besonders für Systeme mit einem sehr geringen Dichteunterschied zwischen den beiden Phasen oder für Stoffe, die leicht emulgiert werden. Da die Verweildauer der Stoffe im Apparat sehr kurz ist, eignen sie sich auch zur Extraktion von Stoffen mit instabilen chemischen und physikalischen Eigenschaften. Die gebräuchlichen Designs und Klassifizierungen von Extraktionskolonnen sind: ① Drehplatteneextraktionskolonne: Im Arbeitsbereich sind in gleichmäßigen Abständen Ringplatten angeordnet, die den Arbeitsbereich in eine Reihe kleiner Kammern unterteilen. In der Mitte jeder Kammer befindet sich eine drehende Platte, die als Rührer fungiert. Diese Scheiben sind am Hauptwelle im Zentrum des Turms befestigt und werden durch mechanische Anlagen außerhalb des Turms in Bewegung gesetzt. Der Drehkolonnen-Turm weist eine einfache Konstruktion auf, verfügt über eine hohe Verarbeitungskapazität sowie eine sehr gute Trennleistung. Er wird daher häufig in der Ölraffinerie- und Petrochemieindustrie eingesetzt. ②Pulsierende Extraktionskolonne: Im Arbeitsbereich sind Gruppen von Siebbrettern (ohne Überlaufflächen) oder Füllmaterialien angeordnet. Der durch das Pulsationsgerät erzeugte pulsierende Flüssigkeitsstrom wird über Leitungen in den Boden des Turms geleitet, wodurch die Flüssigkeit im gesamten Turm hin- und herpulsiert. Der pulsierende Flüssigkeitsstrom bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit relativ zueinander zwischen den Siebleisten oder Füllstoffen, wodurch Wirbel entstehen. Dadurch werden die Flüssigkeitströpfchen zerkleinert und gleichmäßig verteilt. Pulsierende Türme erreichen eine höhere Trennleistung, haben jedoch eine geringere Durchsatzkapazität und werden häufig in Anlagen für Kernbrennstoffe sowie seltene Elemente eingesetzt. ③Schwingplatten-Extraktionskolonne: Die Siebplatten sind miteinander verbunden und werden durch ein mechanisches Gerät, das oberhalb der Kolonnenspitze angebracht ist, in vertikaler Richtung hin und her bewegt. Dadurch wird die Flüssigkeitsströmung angeregt – ähnlich wie bei einer Pulsationskolonne.