現代の工業生産では、物質の分離と精製は重要なリンクです。効率的な液液質量移動装置として、 溶媒抽出タワー 多くの分野で重要な役割を果たします。 2つの不混和性溶媒中の異なる物質の溶解度または分布係数の違いを使用して、混合物中の標的成分の抽出、分離、濃縮、精製を実現します。化学産業、石油精製、水沈殿、環境保護、その他の産業であろうと、溶剤抽出塔は不可欠な位置を占めています。 ​

1。作業原則の分析

（1）基本原則 - 配布法

溶媒抽出の中核的な理論的基礎は、分布則です。可溶性物質を2つの不混和性のある（またはわずかに可溶性）溶媒に加えると、物質はそれぞれ2つの溶媒に溶解できます。一定の温度では、化合物が分解、電気分解、関連、2つの溶媒との溶媒和を経験しない場合、2つの液体層の濃度の比は定数であり、式で表されることができます。

k = c _a /c _b 、ここでc _a およびc _b 化合物の濃度はそれぞれ2つの不混和性溶媒AとBの濃度であり、Kは特定の温度での分布係数です。たとえば、フェノールを含む廃水からフェノール性物質を抽出する場合、適切な抽出剤が選択されている場合、抽出剤にフェノールの濃度が濃縮され、水相はこの法則に従います。

（2）抽出プロセス

2相システムの構築： 抽出プロセスには、2つの不混和性の液相、最も一般的に水相および有機相が含まれます。 1つのフェーズは連続位相（通常は大量の位相）で、もう1つのフェーズは分散相です。たとえば、発酵スープから有機酸を抽出する場合、オーガニック抽出剤が分散相である一方で、発酵型の水性が連続相になる可能性があります。 ​

飼料と溶媒の導入： 分離する材料は抽出塔に供給され、ターゲット成分の選択性が高く、互換性がない、または原料の他の成分に対する溶解度が非常に低い抽出溶媒が追加されます。たとえば、石油分画から芳香族を抽出する場合、特定の芳香族抽出溶媒が選択されます。 ​

連絡先と配布が発生します： 分散位相は、ノズルまたはその他の手段を介して連続位相に入り、小さな液滴を形成します。これらの液滴は連続相と完全に接触しており、ターゲット成分は、分布則に従って元の材料から抽出溶媒に転送されます。リチウムを含む塩水が抽出剤に接触した後、リチウムを含む塩水からリチウムのリチウムの抽出を採取して、リチウム元素は塩水から抽出剤に移されます。

ミキシングと分離プロモーション： 抽出タワー内の特別な構造は、2つのフェーズの完全な混合を促進し、2つのフェーズは重力または機械装置によって徐々に分離されます。より重い位相は塔の底に落ち着き、軽い位相が塔の最上部に上がります。たとえば、食用油に不純物を抽出する場合、不純物が沈み、純粋な油相が上昇する重い相が上昇します。 ​

収集と循環の実現： ターゲットコンポーネントに豊富な抽出位相と、ターゲットコンポーネントで枯渇した原材料相は、タワーの異なる位置で収集されます。場合によっては、抽出溶媒をリサイクルできます。たとえば、医薬品産業では、特定の薬物中間体の抽出後、抽出溶媒を治療後にリサイクルすることができます。

2。多様な構造タイプ

（1）梱包された抽出タワー

構造的特徴： タワーには、ラシグリング、ポールリング、サドルリングなど、さまざまな種類の梱包が詰まっています。これらの梱包は、巨大なガス液体接触エリアを提供し、2つのフェーズを完全に混合して物質移動させることができます。たとえば、フェノールを含む廃水を処理する場合、Raschigリングパッキングは、抽出物と廃水との間の接触を効果的に増加させる可能性があります。

作業プロセス： 連続位相は、重力の作用下で上から下への梱包層を介して流れますが、分散位相はディストリビューターを介してタワーの底から入ります。梱包の閉塞と分散の下で、それは細かい液滴の形で連続相を上に流れます。このプロセスでは、ターゲットコンポーネントが2つのフェーズ間で転送されます。廃水からの重金属イオンの抽出を例にとると、排泄物の抽出液滴は、廃水の重金属イオンとの梱包と交換の間のシャトルをシャトルします。

利点： 単純な構造、低コスト、腐食性材料の治療に適し、比較的高い物質移動効率。たとえば、微細な化学生産では、出力が小さいが、機器耐性の高い要件を持つ一部の製品を分離するために、詰め込まれた抽出塔が広く使用されています。

制限： フラックスは比較的小さく、処理容積が制限されており、液体の負荷が低い場合、チャネリングやその他の現象が発生しやすく、物質移動効果に影響します。大規模な工業生産では、処理量の需要が多い場合、生産要件を満たすことができない場合があります。

（2）シーブプレート抽出タワー

構造的特徴： 塔にはいくつかのふるいプレートがあり、多くの小さな穴がふるいプレートに均等に分布しています。たとえば、ふるい穴の直径は一般に3〜8 mmであり、特定のサイズは加工材料の特性とプロセス要件に依存します。 ​

作業プロセス： 連続相は、ふるいプレートの小さな穴を通って細かい液滴に分散し、次の層に入り、多量の層の次の層の分散位相と接触します。分散位相は、タワー全体の連続相として流れ、タワープレートのダウンガーを介して次の層に流れます。たとえば、石油製品から特定の成分を抽出する場合、石油製品は連続相としてふるい穴を通過し、抽出剤はタワーを逆方向に流れます。 ​

利点： 単純な構造、低コスト、大規模な生産能力、および液体の流れの変化に対する強力な適応性。特定の基本的な化学原材料の分離など、厳格なコスト制御と大規模な処理量を備えた一部の工業作品では、シーブプレート抽出塔が広く使用されています。 ​

制限： 物質移動効率は比較的低く、洪水などの問題はタワープレートで発生する傾向があり、抽出操作の安定性に影響します。分離精度要件が非常に高い材料を処理する場合、プロセス要件を満たしていない場合があります。

（3）回転ディスク抽出タワー

構造的特徴： 同じサイズのディスク（回転ディスク）と中央の回転シャフトで接続された間隔があり、シャフトが回転すると一定の速度で回転します。回転ディスクは、同じサイズの環状ディスク（固定ディスク）とタワーの壁に固定された間隔で分離されています。たとえば、回転ディスクと固定ディスクの間の間隔は一般に10〜50 cmであり、これはタワーの直径と加工材料の特性に従って調整されます。 ​

作業プロセス： 密度が低い溶液は、塔の下部から連続的に入り、浮力の作用の下で上向きに流れ、回転ディスクの遠心作用によって分解され、液滴に分散されます。密度が高い溶媒は、塔の上部から連続的に入り、重力の作用の下で下向きに流れ、塔全体を埋めます。分散した液滴は、連続溶媒内の接触を介して質量を伝達します。例として、植物油から遊離脂肪酸の抽出を採取すると、回転する椎間板と接触の作用の下で光相植物油が分散し、重い相抽出剤と反応します。 ​

利点： 高物質移動効率、大きな生産能力、2相流量の変化に対する良好な適応性、および軸方向のバックミックスを効果的に減らすことができます。化学および製薬産業では、効率的な分離と大量の処理量を必要とする一部の材料については、回転式ディスク抽出塔が広く使用されています。

制限： 構造は比較的複雑で、エネルギー消費量は高く、機器のメンテナンスコストは比較的高くなっています。非常に厳しいエネルギー消費要件を備えた一部の生産プロセスでは、その適用性を慎重に検討する必要がある場合があります。

（4）振動するふるいプレートタワー

構造的特徴： 塔の中心軸に一連のふるいプレートが固定されており、中央の軸はドライブデバイスによって上下に振動します。シーブプレートの振動周波数と振幅は、プロセス要件に従って調整できます。一般的な振動周波数は1〜10Hzで、振幅は3〜50mmの範囲です。

作業プロセス： 連続位相と分散位相は、カウンターカレントのシーブプレートを通過します。ふるいプレートの振動により、液体が分散し、凝集して連続的に凝集し、2つのフェーズ間の物質移動が大幅に向上します。たとえば、希土類鉱石浸出液から希土類元素を抽出する場合、ふるいプレートの振動は、抽出剤と浸出液の完全な混合と物質移動を促進します。

利点： 高物質移動効率、大きな加工能力、低濃度への良好な影響、および高筋肉の分離システムが高く、軸方向の背中の混合を効果的に減らすことができます。希土類抽出、細かい化学物質などのフィールドでは、一部の分離しにくい物質を抽出するために、振動するふるいプレートタワーには独自の利点があります。 ​

制限： 機器の構造は比較的複雑であり、機器の製造の精度と設置の要件が高くなっています。振動する部分は損傷しやすく、維持が困難です。機器の操作中に、振動部品を定期的に検査および維持する必要があり、運用コストが増加します。 ​

（5）多段階遠心抽出塔

構造的特徴： これは、直列に接続された複数の遠心抽出ユニットで構成され、各ユニットには高速回転ローターがあります。ローター速度は通常1000〜5000R/minの間で、材料特性と分離要件に従って調整できます。 ​

作業プロセス： 2相液体は急速に混合され、ローターの高速回転によって生成される遠心力の下で分離されます。より重い位相はローターの外側の端に投げられ、軽い位相は中心に集まり、その後、異なるコンセントから排出されます。たとえば、生物学的発酵スープから抗生物質を抽出する場合、迅速かつ効率的な分離を達成するために遠心力が使用されます。

利点： 抽出効率は非常に高く、短時間で効率的な分離を達成できます。機器は小さな領域を占有しており、2つのフェーズと簡単な乳化の間に密度の差が少ないシステムを処理するのに適しています。高いスペース要件と特別な材料特性を持つバイオ医薬品や環境保護などの業界では、多段階遠心抽出塔には幅広いアプリケーションの見通しがあります。 ​

制限： 機器の投資は大きく、エネルギー消費は高く、機器の運用とメンテナンスの要件は厳しく、専門的な技術者が運用する必要があります。機器のコストと運用コストが高いため、資金が限られている一部の小規模企業には適していない場合があります。

さまざまな種類の抽出タワーの性能の比較：

3。広いアプリケーションエリア

（1）化学産業

有機合成： 有機合成の過程で、反応産物を分離して精製することがしばしば必要です。たとえば、薬物中間体を合成するプロセスでは、溶媒抽出塔を使用して反応混合物からターゲット製品を抽出でき、不純物を除去し、製品の純度を改善できます。たとえば、アセトアミノフェン中間体を調製する場合、ターゲット製品は抽出塔で分離して、その後の合成ステップに高精度の原材料を提供できます。 ​

ポリマー生産： ポリマー生産では、溶媒抽出塔を使用して、ポリマー溶液中の残留モノマーや触媒などの不純物を除去します。ポリプロピレン産生を例にとると、ポリプロピレン産物の品質を改善するために、抽出塔によって効果的に除去されていないプロピレンモノマーと触媒残基を効果的に除去できます。 ​

（2）石油精製

石油精製： 石油精製の過程で、石油製品の品質を改善するために、硫黄や窒素などの不純物、および石油製品の芳香族などの望ましくない成分を除去する必要があります。溶媒抽出塔は、特定の抽出剤を使用して、これらの不純物をオイル製品から抽出できます。たとえば、ディーゼルの精製では、液液抽出技術を使用して、抽出塔を介してディーゼルのメルカプタンなどの不純物を除去し、それによりディーゼルの硫黄含有量を減らし、ディーゼルの品質グレードを改善します。 ​

芳香族抽出： 芳香族の分離と浄化を石油分画は、石油化学物質の重要な部分です。溶媒抽出塔は、芳香族抽出プロセスで重要な役割を果たし、非芳香族から効率的に芳香族を分離し、その後の芳香族処理のために原材料を提供できます。たとえば、改質ガソリンからベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族を抽出する場合、適切な抽出剤と抽出塔を選択することにより、高純度の芳香族製品を取得できます。 ​

（3）ハイドロメタルガー

金属抽出： ハイドロメタルの分野では、溶媒抽出塔を使用して鉱石浸出液から金属を抽出します。たとえば、銅鉱石浸出液から銅を抽出するために、銅イオンの高い選択性を持つ抽出剤が選択され、抽出塔の浸出液と逆に接触して、浸出液から抽出剤に銅イオンを伝達します。次に、逆抽出、銅の濃縮、精製などのその後の操作を通じて達成されます。

希少金属分離： 異なる希土類元素を希土類鉱石浸出液から分離するなどの希少金属の分離のために、溶媒抽出塔は、抽出剤の異なる希土類元素の分布係数の違いを使用して、複数の希土類元素の分離を1つずつ実現し、希土類資源の包括的な活用のための重要な技術的サポートを提供します。 ​

（4）環境保護

廃水処理： 産業廃水処理では、溶媒抽出塔を使用して、廃水、フェノール、有機酸などの廃水の有害物質を除去できます。たとえば、フェノールを含む廃水を処理すると、フェノール物質を排出タワーから抽出タワーから抽出して、廃棄物を排出して排出標準を抑えます。同時に、フェノール物質をリサイクルしてリサイクルリサイクルを達成することもできます。 ​

廃棄ガス治療： 場合によっては、溶剤抽出塔を使用して、廃ガスの特定の汚染物質を治療することもできます。廃棄物を特定の抽出剤を含む抽出塔に渡すことにより、廃棄ガスの汚染物質が抽出剤に溶解し、それによって廃ガスを浄化する目的を達成します。たとえば、有機廃棄ガスを処理する場合、抽出塔の有機廃棄ガスを精製するために抽出剤として適切な有機溶媒が選択されます。

（5）食品および飲料産業

天然物の抽出： 食品および飲料産業では、溶媒抽出塔を使用して、天然原料から有効成分を抽出します。たとえば、茶抽出塔の適切な抽出剤を使用して茶抽出物を抽出することにより、茶ポリフェノールを茶葉から抽出できます。高純度の茶ポリフェノールは、食品添加物、健康製品、その他の分野で入手し、使用できます。

フレーバーの分離： 飲料生産では、ユニークな風味を得るためには、自然なスパイスや発酵スープから風味物質を分離して抽出する必要があります。溶媒抽出塔は、さまざまな溶媒中の風味物質の分布特性を利用して、風味物質の分離と濃縮を実現し、飲料製品にユニークなフレーバーを加えます。

4.重要な利点が完全に実証されています

（1）効率的な分離

最適化された設計と適切な動作条件の選択により、溶媒抽出塔は2つのフェーズ間の分布係数の違いを利用して、混合物中のターゲット成分の効率的な分離を実現できます。類似の沸点や熱に敏感な物質を持つ物質など、他の方法で分離するのが困難ないくつかの混合システムの場合、溶媒抽出塔には独自の利点があります。たとえば、有効成分を中国の漢方薬抽出物から分離する場合、蒸留などの従来の方法により、高温のために有効成分が分解される可能性がありますが、溶媒抽出塔は軽度の条件下で効率的な分離を達成できます。 ​

（2）強力な適応性

溶媒抽出塔は、さまざまな異なる化学システムと動作条件に適しています。異なる特性（極性溶媒や非極性溶媒など）の溶媒を扱う場合でも、異なる温度範囲と圧力環境でも、機器の構造と動作パラメーターを調整することで良好な抽出効果を実現できます。化学生産では、過酷な反応条件を備えた一部のシステムでは、溶媒抽出塔は生産ニーズを満たすために柔軟に適応できます。 ​

（3）連続動作

多くの種類の溶媒抽出塔は、大規模な工業生産プロセスに非常に適した継続的な給餌と放電をサポートしています。継続的な運用は、生産効率を改善するだけでなく、ユニット製品あたりのエネルギー消費と生産コストを削減することもできます。断続的な動作と比較して、継続的な操作により、機器の開始と停止の数が減り、機器のサービス寿命が増加し、同時に製品品質がより安定します。たとえば、石油精製や化学物質の生産などの大規模な工業生産では、継続的に操作された抽出塔が広く使用されています。

（4）柔軟性が高い

溶媒抽出塔の設計により、さまざまな分離タスクに合わせて、流量、溶媒比、温度、圧力など、さまざまな動作パラメーターを調整できます。これらのパラメーターを変更することにより、抽出プロセスを最適化し、ターゲットコンポーネントの抽出速度と純度を改善できます。さらに、マルチステージ抽出構成は、分離効果をさらに改善し、さまざまなプロセスの分離精度の要件を満たすことができます。実際の生産では、抽出塔の動作パラメーターと段階の数は、原材料の構成と製品品質の要件に従って柔軟に調整できます。

（5）メンテナンスが簡単です

最新の溶媒抽出塔の設計は、機器の清掃とメンテナンスの容易さを完全に考慮しています。たとえば、取り外し可能な梱包やタワープレートの構造を使用すると、機器が一定期間走っていた後、機器を簡単に掃除して交換でき、機器のダウンタイムとメンテナンスコストが削減されます。同時に、機器にはさまざまな監視機器と自動制御システムが装備されており、機器の動作状況をリアルタイムで監視し、潜在的な問題をタイムリーに検出および解決し、機器の安定した動作を確保できます。

5。設計と操作の考慮事項

（1）設計の重要なポイント

タワーサイズの決定： タワーボディの高さと直径は、処理容積、動作条件、および必要な分離効率に基づいて正確に計算する必要があります。処理容積が大きい場合、通常、フラックス要件を満たすためにより大きな直径のタワーボディが必要です。分離が難しく、理論的なプレート数が高い状況では、タワーの体の高さを増やす必要があります。たとえば、大規模な石油精製プロジェクトでは、抽出タワーのサイズは、原油処理量と石油製品分離要件に基づいて正確に設計されています。 ​

内部構造の選択： 材料の特性とプロセスの要件によれば、梱包型、ふるいプレートの開口部、ターンテーブルサイズ、間隔など、乳化しやすい材料の場合、詰まりを引き起こすのが簡単な単純な構造の梱包など、内部構造が合理的に選択されます。大量の処理量と高物質移動効率要件を備えたシステムの場合、ターンテーブル抽出タワーの構造を使用することができます。細かい化学生産では、抽出塔の内部構造は、異なる製品の特性に従って慎重に設計されています。 ​

材料の選択： 材料の腐食性、温度、圧力などの要因を考慮して、適切なタワーボディと内部コンポーネント材料を選択します。水沈殿液の酸含有浸出溶液などの非常に腐食性の材料を扱う場合、腐食耐性ステンレス鋼または特別な合金材料を使用して、抽出塔を製造して、機器のサービス寿命と安全な操作を確保するために使用されます。 ​

（2）動作パラメーターの最適化

流量制御： 連続相と分散相の流量を正確に制御することは、2つのフェーズ間の完全な接触を確保し、洪水などの異常な条件を回避するための鍵です。流量が速すぎると、2つのフェーズ間の接触時間が圧縮され、物質移動効率が大幅に低下します。流量が遅すぎると、生産効率が低下し、エネルギー消費コストが増加します。実際の産業作業では、フローメーターと調節バルブで構成される自動制御システムを介した抽出タワーのリアルタイム負荷と分離効果に基づいて、2相の流量を動的に最適化する必要があります。たとえば、細かい化学生産ラインでは、流量がPLC（プログラム可能なロジックコントローラー）を介してリアルタイムで監視および調整され、効率的で安定した物質移動プロセスを確保します。 ​

温度と圧力の調節： 抽出システムの温度と圧力パラメーターは、物質の溶解度と分布係数に直接影響し、抽出効率を決定するコア変数です。温度の変化は、2つのフェーズでの溶質の分布平衡を変えるだけでなく、ターゲット製品の安定性にも影響を与える可能性があります。圧力調節は、揮発性物質の抽出プロセスにおいて決定的な役割を果たします。熱感受性生物活性物質の抽出プロセスでは、通常、低温および低圧動作が採用され、高精度の温度制御装置と圧力補償システムが±0.5の範囲内の温度変動を制御して、ターゲット成分の活動と収量を確保するために装備されています。
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溶媒比の最適化： 原材料の組成特性とターゲット製品の純度要件によれば、抽出溶媒と原材料の比率を科学的に調整することは、経済的かつ効率的な生産を達成する上で重要なリンクです。溶媒比が大きすぎると、溶媒廃棄物を引き起こし、その後の回復コストが増加します。溶媒比が小さすぎると、不完全な抽出につながり、製品の品質に影響を与える可能性があります。現代の工業生産では、アスペンなどのプロセスシミュレーションソフトウェアが臨床検査データと組み合わせて使用​​されることがよくあり、さまざまなバッチの溶媒比を最適化するために動的な数学モデルが確立されています。医薬品産業を例にとると、近赤外分光法のオンライン分析技術を通じて、原材料組成の変化をリアルタイムで監視でき、溶媒比を動的に調整して、溶媒消費量を20％以上減らしながら製品純度を10％〜15％増加させることができます。