Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, sự tách biệt và tinh chế các chất là các liên kết quan trọng. Là một thiết bị chuyển khối lỏng-lỏng hiệu quả, Tháp chiết dung môi đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Nó sử dụng sự khác biệt về khả năng hòa tan hoặc hệ số phân phối của các chất khác nhau trong hai dung môi bất bình để đạt được sự chiết xuất, phân tách, làm giàu và tinh chế các thành phần mục tiêu trong hỗn hợp. Cho dù đó là ngành công nghiệp hóa học, tinh chế dầu mỏ, thủy văn, bảo vệ môi trường và các ngành công nghiệp khác, các tháp khai thác dung môi chiếm một vị trí không thể thiếu. ​

1. Phân tích nguyên tắc làm việc

(1) Nguyên tắc cơ bản - Luật phân phối

Cơ sở lý thuyết cốt lõi của chiết xuất dung môi là luật phân phối. Khi một chất hòa tan được thêm vào hai dung môi bất khả xâm phạm (hoặc hơi hòa tan), chất có thể được hòa tan trong hai dung môi tương ứng. Ở một nhiệt độ nhất định, nếu hợp chất không trải qua quá trình phân hủy, điện phân, liên kết và hòa tan với hai dung môi, thì tỷ lệ nồng độ của nó trong hai lớp chất lỏng là một hằng số, có thể được biểu thị bằng công thức:

K = c _MỘT /C _B , nơi c _MỘT và c _B là nồng độ của hợp chất trong hai dung môi bất biến A và B, và K là hệ số phân phối ở một nhiệt độ nhất định. Ví dụ, khi chiết xuất các chất phenolic từ nước thải chứa phenol, nếu một chất chiết xuất được chọn, nồng độ của phenol trong chất chiết và pha nước sẽ tuân theo luật này để phân phối.

(2) Quá trình khai thác

Xây dựng hệ thống hai pha: Quá trình chiết xuất bao gồm hai pha lỏng bất động, thường là các pha nước và hữu cơ. Một pha là pha liên tục (thường là pha với lượng lớn hơn) và pha khác là pha phân tán. Ví dụ, khi chiết xuất các axit hữu cơ từ nước dùng lên men, nước dùng lên men nước có thể là pha liên tục, trong khi chất chiết hữu cơ là pha phân tán. ​

Giới thiệu thức ăn và dung môi: Vật liệu được phân tách được đưa vào tháp chiết và dung môi chiết được thêm vào có độ chọn lọc cao cho thành phần đích và không tương thích hoặc có độ hòa tan rất thấp với các thành phần khác trong nguyên liệu thô. Ví dụ, khi chiết xuất chất thơm từ các phân số dầu mỏ, một dung môi chiết thơm cụ thể được chọn. ​

Liên hệ và phân phối xảy ra: Pha phân tán đi vào pha liên tục thông qua vòi phun hoặc các phương tiện khác để tạo thành các giọt nhỏ. Các giọt này hoàn toàn tiếp xúc với pha liên tục và thành phần đích được chuyển từ vật liệu ban đầu sang dung môi chiết theo luật phân phối. Ví dụ, lấy việc khai thác lithium từ nước muối Salt Lake, sau khi nước muối chứa lithium tiếp xúc với chất chiết, nguyên tố lithium được chuyển từ nước muối sang chất chiết.

Khuyến mãi trộn và phân tách: Cấu trúc đặc biệt bên trong tháp khai thác thúc đẩy sự pha trộn đầy đủ của hai pha, và sau đó hai pha được phân tách dần bằng trọng lực hoặc các thiết bị cơ học. Pha nặng hơn lắng xuống đáy tháp, và pha nhẹ hơn tăng lên đỉnh tháp. Ví dụ, khi chiết xuất các tạp chất trong dầu ăn, pha nặng hơn nơi các tạp chất được đặt chìm, và pha dầu nguyên chất tăng lên. ​

Thu thập và thực hiện lưu thông: Giai đoạn chiết giàu thành phần đích và pha nguyên liệu thô đã cạn kiệt trong thành phần mục tiêu được thu thập ở các vị trí khác nhau trong tháp. Trong một số trường hợp, dung môi chiết có thể được tái chế. Ví dụ, trong ngành công nghiệp dược phẩm, sau khi chiết xuất một số chất trung gian thuốc, dung môi chiết có thể được tái chế sau khi điều trị.

2. Các loại cấu trúc đa dạng

(1) Tháp khai thác đóng gói

Các tính năng cấu trúc: Tòa tháp chứa đầy các loại đóng gói khác nhau, chẳng hạn như vòng Raschig, vòng pall, vòng yên, v.v ... Những gói này cung cấp một khu vực tiếp xúc khí hóa khí khổng lồ, cho phép hai pha được trộn hoàn toàn và chuyển khối lượng. Ví dụ, khi xử lý nước thải chứa phenol, đóng gói vòng Raschig có thể làm tăng hiệu quả sự tiếp xúc giữa chất chiết và nước thải.

Quy trình làm việc: Pha liên tục chảy từ trên xuống dưới qua lớp đóng gói dưới tác động của trọng lực, trong khi pha phân tán đi từ dưới cùng của tòa tháp qua nhà phân phối. Dưới sự tắc nghẽn và phân tán của đóng gói, nó chảy lên qua pha liên tục dưới dạng các giọt tốt. Trong quá trình này, thành phần đích được chuyển giữa hai giai đoạn. Ví dụ, lấy việc khai thác các ion kim loại nặng từ nước thải, các giọt chiết xuất đưa đón giữa việc đóng gói và trao đổi với các ion kim loại nặng trong nước thải.

Thuận lợi: Cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, phù hợp để xử lý vật liệu ăn mòn và hiệu quả chuyển khối tương đối cao. Ví dụ, trong sản xuất hóa chất tốt, để tách một số sản phẩm có đầu ra nhỏ nhưng yêu cầu cao đối với khả năng chống ăn mòn thiết bị, các tháp khai thác đóng gói được sử dụng rộng rãi.

Hạn chế: Thông lượng tương đối nhỏ, khối lượng xử lý bị hạn chế và khi tải chất lỏng thấp, kênh và các hiện tượng khác dễ xảy ra, ảnh hưởng đến hiệu ứng truyền khối. Trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn, nếu nhu cầu khối lượng xử lý lớn, nó có thể không thể đáp ứng các yêu cầu sản xuất.

(2) Tháp khai thác tấm sàng

Các tính năng cấu trúc: Có một số lớp tấm sàng trong tháp, và nhiều lỗ nhỏ được phân phối đều trên các tấm sàng. Ví dụ, đường kính của lỗ sàng thường nằm trong khoảng từ 3 đến 8 mm và kích thước cụ thể phụ thuộc vào tính chất của vật liệu được xử lý và các yêu cầu quy trình. ​

Quy trình làm việc: Pha liên tục được phân tán thành các giọt mịn qua các lỗ nhỏ trên tấm sàng và đi vào lớp tiếp theo, và tiếp xúc với pha phân tán của lớp tiếp theo trong ngược dòng để chuyển khối lượng. Pha phân tán chảy như một pha liên tục trong toàn bộ tòa tháp, và chảy đến lớp tiếp theo thông qua bộ hạ xuống trên tấm tháp. Ví dụ, khi trích xuất các thành phần cụ thể từ các sản phẩm dầu mỏ, các sản phẩm dầu mỏ đi qua các lỗ sàng dưới dạng pha liên tục và chất chiết xuất theo tháp theo hướng ngược lại. ​

Thuận lợi: Cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, năng lực sản xuất lớn và khả năng thích ứng mạnh mẽ đối với những thay đổi trong dòng chảy chất lỏng. Trong một số sản phẩm công nghiệp với kiểm soát chi phí nghiêm ngặt và khối lượng xử lý lớn, chẳng hạn như tách một số nguyên liệu thô hóa học cơ bản nhất định, các tháp khai thác tấm sàng được sử dụng rộng rãi. ​

Hạn chế: Hiệu suất chuyển khối tương đối thấp và các vấn đề như lũ lụt dễ xảy ra trên tấm tháp, ảnh hưởng đến sự ổn định của hoạt động chiết xuất. Khi xử lý vật liệu với các yêu cầu chính xác phân tách cực cao, nó có thể không đáp ứng các yêu cầu quy trình.

(3) Tháp khai thác đĩa quay

Các tính năng cấu trúc: Có nhiều đĩa (đĩa quay) có cùng kích thước và khoảng cách được kết nối bởi một trục quay ở giữa, xoay ở tốc độ không đổi khi trục quay. Các đĩa quay được phân tách bằng các đĩa hình khuyên (đĩa cố định) có cùng kích thước và khoảng cách cố định trên tường tháp. Ví dụ, khoảng cách giữa đĩa quay và đĩa cố định thường nằm trong khoảng từ 10 đến 50 cm, được điều chỉnh theo đường kính tháp và các đặc tính của vật liệu được xử lý. ​

Quy trình làm việc: Dung dịch có mật độ thấp hơn liên tục đi vào từ phần dưới của tòa tháp, chảy lên dưới hành động nổi, và bị phá vỡ và phân tán thành các giọt nước bởi tác động ly tâm của đĩa quay. Dung môi với mật độ cao hơn đi vào liên tục từ phần trên của tòa tháp, chảy xuống dưới tác động của trọng lực và lấp đầy toàn bộ tháp. Các giọt phân tán chuyển khối lượng thông qua tiếp xúc trong dung môi liên tục. Lấy ví dụ về các axit béo tự do từ dầu thực vật, ví dụ, dầu thực vật pha ánh sáng được phân tán dưới tác động của đĩa quay và tiếp xúc và phản ứng với chất chiết pha nặng. ​

Thuận lợi: Hiệu quả chuyển khối lượng cao, năng lực sản xuất lớn, khả năng thích ứng tốt với những thay đổi về tốc độ dòng chảy hai pha và có thể giảm hiệu quả việc hỗ trợ trục. Trong các ngành công nghiệp hóa học và dược phẩm, đối với một số vật liệu đòi hỏi phải tách hiệu quả và thể tích xử lý lớn, tháp chiết đĩa quay được sử dụng rộng rãi.

Hạn chế: Cấu trúc tương đối phức tạp, mức tiêu thụ năng lượng cao và chi phí bảo trì thiết bị tương đối cao. Trong một số quy trình sản xuất với các yêu cầu tiêu thụ năng lượng cực kỳ nghiêm ngặt, khả năng ứng dụng của nó có thể cần được xem xét cẩn thận.

(4) Tháp rây rung động

Các tính năng cấu trúc: Có một loạt các tấm sàng cố định trên trục trung tâm trong tháp và trục trung tâm được rung lên và xuống bởi thiết bị truyền động. Tần số rung và biên độ của tấm sàng có thể được điều chỉnh theo yêu cầu của quá trình. Tần số rung chung nằm trong khoảng từ 1-10Hz và biên độ nằm trong phạm vi 3-50mm.

Quy trình làm việc: Pha liên tục và pha phân tán đi qua tấm sàng trong ngược dòng. Sự rung động của tấm sàng làm cho chất lỏng phân tán và tổng hợp liên tục, tăng cường đáng kể sự chuyển khối giữa hai pha. Ví dụ, khi chiết xuất các nguyên tố đất hiếm từ quặng đất hiếm, sự rung động của tấm sàng thúc đẩy sự pha trộn đầy đủ và chuyển khối lượng của chất chiết và nước rỉ rác.

Thuận lợi: Hiệu quả chuyển khối lượng cao, khả năng xử lý lớn, ảnh hưởng tốt đến nồng độ thấp và hệ thống phân tách độ khó cao và có thể giảm hiệu quả sự pha trộn sau trục. Trong các lĩnh vực khai thác đất hiếm, các hóa chất tốt, v.v., để chiết xuất một số chất khó di chuyển, tháp tấm sàng rung có những lợi thế độc đáo. ​

Hạn chế: Cấu trúc thiết bị tương đối phức tạp, và các yêu cầu lắp đặt và chính xác của thiết bị là cao. Các bộ phận rung rất dễ bị hư hại và khó duy trì. Trong quá trình hoạt động của thiết bị, các bộ phận rung cần được kiểm tra và duy trì thường xuyên, làm tăng chi phí vận hành. ​

(5) Tháp khai thác ly tâm nhiều giai đoạn

Các tính năng cấu trúc: Nó bao gồm nhiều đơn vị chiết ly tâm được kết nối nối tiếp, mỗi đơn vị có một cánh quạt quay tốc độ cao. Tốc độ rôto thường nằm trong khoảng 1000-5000R/phút và có thể được điều chỉnh theo các thuộc tính vật liệu và yêu cầu tách. ​

Quy trình làm việc: Chất lỏng hai pha được trộn nhanh và tách ra dưới lực ly tâm được tạo ra bởi vòng quay tốc độ cao của rôto. Pha nặng hơn được ném vào mép ngoài của rôto và pha nhẹ hơn tập hợp vào trung tâm và sau đó được xả qua các ổ cắm khác nhau. Ví dụ, khi chiết xuất kháng sinh từ nước dùng lên men sinh học, lực ly tâm được sử dụng để đạt được sự phân tách nhanh chóng và hiệu quả.

Thuận lợi: Hiệu quả chiết xuất là cực kỳ cao, và sự phân tách hiệu quả có thể đạt được trong một thời gian ngắn. Các thiết bị chiếm một khu vực nhỏ và phù hợp cho các hệ thống xử lý với chênh lệch mật độ nhỏ giữa hai pha và sự nhũ hóa dễ dàng. Trong các ngành công nghiệp như dược phẩm sinh học và bảo vệ môi trường có yêu cầu không gian cao và các đặc tính vật liệu đặc biệt, tháp khai thác ly tâm nhiều giai đoạn có triển vọng ứng dụng rộng. ​

Hạn chế: Đầu tư thiết bị lớn, mức tiêu thụ năng lượng cao, và các yêu cầu vận hành và bảo trì của thiết bị là nghiêm ngặt, đòi hỏi các kỹ thuật viên chuyên nghiệp phải hoạt động. Do chi phí thiết bị cao và chi phí vận hành, nó có thể không phù hợp với một số doanh nghiệp quy mô nhỏ với số tiền hạn chế.

So sánh hiệu suất của các loại tháp khai thác khác nhau:

3. Khu vực ứng dụng rộng

(1) Ngành công nghiệp hóa chất

Tổng hợp hữu cơ: Trong quá trình tổng hợp hữu cơ, thường cần phải tách và tinh chế các sản phẩm phản ứng. Ví dụ, trong quá trình tổng hợp các chất trung gian thuốc, sản phẩm mục tiêu có thể được chiết xuất từ ​​hỗn hợp phản ứng bằng cách sử dụng tháp chiết dung môi, có thể loại bỏ tạp chất và có thể cải thiện độ tinh khiết của sản phẩm. Ví dụ, khi chuẩn bị các chất trung gian acetaminophen, sản phẩm mục tiêu có thể được phân tách bằng tháp chiết để cung cấp nguyên liệu thô có độ tinh khiết cao cho các bước tổng hợp tiếp theo. ​

Sản xuất polymer: Trong sản xuất polymer, các tháp chiết dung môi được sử dụng để loại bỏ các tạp chất như monome dư và chất xúc tác trong các dung dịch polymer. Lấy sản xuất polypropylen làm ví dụ, các monome propylene không phản ứng và dư lượng chất xúc tác có thể được loại bỏ hiệu quả bằng các tháp chiết để cải thiện chất lượng của các sản phẩm polypropylen. ​

(2) lọc dầu

Tinh chế dầu: Trong quá trình lọc dầu mỏ, để cải thiện chất lượng của các sản phẩm dầu, cần phải loại bỏ các tạp chất như lưu huỳnh và nitơ và các thành phần không mong muốn như thơm trong các sản phẩm dầu. Các tháp chiết dung môi có thể sử dụng các chất chiết xuất cụ thể để trích xuất các tạp chất này từ các sản phẩm dầu. Ví dụ, trong quá trình tinh chế diesel, công nghệ chiết chất lỏng-lỏng được sử dụng để loại bỏ các tạp chất như Mercaptans trong động cơ diesel thông qua tháp chiết, do đó làm giảm hàm lượng lưu huỳnh của động cơ diesel và cải thiện mức độ chất lượng của động cơ diesel. ​

Khai thác thơm: Tách và tinh chế các chất thơm từ các phân số dầu mỏ là một phần quan trọng của hóa dầu. Các tháp khai thác dung môi đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chiết thơm và có thể tách biệt một cách hiệu quả các chất thơm khỏi các chất không phải là chất điều trị, cung cấp nguyên liệu thô để xử lý thơm tiếp theo. Ví dụ, khi chiết xuất các chất thơm như benzen, toluene và xylen từ xăng cải cách, các sản phẩm thơm có độ tinh khiết cao có thể thu được bằng cách chọn các chất chiết và tháp chiết phù hợp. ​

(3) Thủy văn

Khai thác kim loại: Trong lĩnh vực hydrometallurgy, các tháp chiết dung môi được sử dụng để chiết xuất kim loại từ leachate quặng. Ví dụ, để chiết bằng đồng từ nước rỉ quặng đồng, một chất chiết có độ chọn lọc cao đối với các ion đồng được chọn và nó được tiếp xúc với chất lọc trong tháp chiết để chuyển các ion đồng từ nước rỉ nước sang chất chiết. Sau đó, thông qua các hoạt động tiếp theo như khai thác trở lại, làm giàu đồng và tinh chế đã đạt được.

Tách kim loại hiếm: Để tách các kim loại quý hiếm, chẳng hạn như tách các yếu tố đất hiếm khác nhau với quặng đất hiếm, tháp khai thác dung môi sử dụng sự khác biệt trong các hệ số phân phối của các nguyên tố đất hiếm khác nhau trong chất chiết để đạt được sự phân tách nhiều phần tử đất hiếm, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật quan trọng để sử dụng toàn diện các tài nguyên đất hiếm. ​

(4) Bảo vệ môi trường

Xử lý nước thải: Trong xử lý nước thải công nghiệp, các tháp khai thác dung môi có thể được sử dụng để loại bỏ các chất có hại trong nước thải, chẳng hạn như các ion kim loại nặng, phenol, axit hữu cơ, v.v ... Ví dụ, khi xử lý nước thải chứa phenol, các chất phenolic được chiết xuất từ ​​nước thải thông qua tháp khai thác để giảm hàm lượng chất thải. Đồng thời, các chất phenolic cũng có thể được tái chế để đạt được tái chế tài nguyên. ​

Xử lý khí thải: Trong một số trường hợp, các tháp chiết dung môi cũng có thể được sử dụng để điều trị một số chất gây ô nhiễm trong khí thải. Bằng cách truyền khí thải vào một tháp chiết có chứa một chất chiết cụ thể, các chất ô nhiễm trong khí thải được hòa tan trong chất chiết, do đó đạt được mục đích tinh chế khí thải. Ví dụ, khi xử lý khí thải hữu cơ, một dung môi hữu cơ phù hợp được chọn làm chất chiết để tinh chế khí thải hữu cơ trong tháp chiết.

(5) Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống

Khai thác sản phẩm tự nhiên: Trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, các tháp khai thác dung môi được sử dụng để chiết xuất các hoạt chất từ ​​nguyên liệu tự nhiên. Ví dụ, polyphenol trà có thể được chiết xuất từ ​​lá trà bằng cách sử dụng một chất chiết phù hợp trong tháp chiết để chiết xuất trà. Các polyphenol trà có độ tinh khiết cao có thể được lấy và sử dụng trong các chất phụ gia thực phẩm, các sản phẩm sức khỏe và các lĩnh vực khác.

Tách hương vị: Trong sản xuất đồ uống, để có được một hương vị độc đáo, cần phải tách và chiết xuất các chất hương vị từ các loại gia vị tự nhiên hoặc nước dùng lên men. Các tháp khai thác dung môi có thể sử dụng các đặc tính phân phối của các chất hương vị trong các dung môi khác nhau để đạt được sự tách biệt và làm giàu của các chất hương vị, thêm một hương vị độc đáo vào các sản phẩm đồ uống.

4. Ưu điểm đáng kể được thể hiện đầy đủ

(1) Tách hiệu quả

Thông qua thiết kế được tối ưu hóa và lựa chọn các điều kiện hoạt động thích hợp, các tháp chiết dung môi có thể sử dụng sự khác biệt về các hệ số phân phối giữa hai pha để đạt được sự phân tách hiệu quả các thành phần mục tiêu trong hỗn hợp. Đối với một số hệ thống hỗn hợp khó phân tách bằng các phương pháp khác, chẳng hạn như các chất có điểm sôi tương tự và các chất nhạy cảm với nhiệt, các tháp chiết dung môi có những ưu điểm duy nhất. Ví dụ, khi tách các thành phần hoạt động khỏi chiết xuất thuốc thảo dược Trung Quốc, các phương pháp truyền thống như chưng cất có thể khiến các thành phần hoạt chất bị phân hủy do nhiệt độ cao, trong khi các tháp chiết dung môi có thể đạt được sự phân tách hiệu quả trong điều kiện nhẹ. ​

(2) Khả năng thích ứng mạnh mẽ

Các tháp chiết dung môi phù hợp cho nhiều hệ thống hóa học và điều kiện hoạt động khác nhau. Cho dù xử lý các dung môi của các tính chất khác nhau (như dung môi cực và dung môi không phân cực) hoặc trong các phạm vi nhiệt độ và môi trường áp suất khác nhau, có thể đạt được hiệu ứng chiết tốt bằng cách điều chỉnh cấu trúc thiết bị và tham số vận hành. Trong sản xuất hóa chất, đối với một số hệ thống có điều kiện phản ứng khắc nghiệt, các tháp chiết dung môi có thể thích nghi linh hoạt để đáp ứng nhu cầu sản xuất. ​

(3) Hoạt động liên tục

Nhiều loại tháp khai thác dung môi hỗ trợ cho ăn và xả liên tục, rất phù hợp cho các quy trình sản xuất công nghiệp quy mô lớn. Hoạt động liên tục không chỉ có thể cải thiện hiệu quả sản xuất, mà còn giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí sản xuất trên mỗi đơn vị sản phẩm. So với hoạt động không liên tục, hoạt động liên tục làm giảm số lượng thiết bị khởi động và dừng, tăng tuổi thọ của thiết bị, đồng thời làm cho chất lượng sản phẩm ổn định hơn. Ví dụ, trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn như tinh chế dầu mỏ và sản xuất nguyên liệu thô hóa học, các tháp khai thác hoạt động liên tục được sử dụng rộng rãi.

(4) Tính linh hoạt cao

Thiết kế của tháp chiết dung môi cho phép điều chỉnh nhiều thông số vận hành, chẳng hạn như tốc độ dòng chảy, tỷ lệ dung môi, nhiệt độ, áp suất, v.v., để phù hợp với các nhiệm vụ tách khác nhau. Bằng cách thay đổi các tham số này, quá trình trích xuất có thể được tối ưu hóa và tốc độ trích xuất và độ tinh khiết của thành phần mục tiêu có thể được cải thiện. Ngoài ra, cấu hình trích xuất nhiều giai đoạn có thể cải thiện hơn nữa hiệu ứng phân tách và đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác phân tách cho các quy trình khác nhau. Trong sản xuất thực tế, các thông số vận hành và số lượng giai đoạn của tháp chiết có thể được điều chỉnh linh hoạt theo thành phần nguyên liệu thô và các yêu cầu chất lượng sản phẩm.

(5) Dễ dàng bảo trì

Thiết kế của các tháp khai thác dung môi hiện đại xem xét hoàn toàn việc dễ dàng làm sạch và bảo trì thiết bị. Ví dụ, việc sử dụng bao bì có thể tháo rời hoặc cấu trúc tấm tháp giúp dễ dàng làm sạch và thay thế thiết bị sau khi nó hoạt động trong một khoảng thời gian, giảm thời gian chết và chi phí bảo trì của thiết bị. Đồng thời, thiết bị được trang bị các dụng cụ giám sát và hệ thống điều khiển tự động khác nhau, có thể giám sát trạng thái vận hành của thiết bị trong thời gian thực, phát hiện và giải quyết các vấn đề tiềm ẩn một cách kịp thời và đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị.

5. Cân nhắc thiết kế và vận hành

(1) Điểm chính của thiết kế

Xác định kích thước tháp: Chiều cao và đường kính của cơ thể tháp cần được tính toán chính xác dựa trên khối lượng xử lý, điều kiện vận hành và hiệu quả phân tách cần thiết. Khi khối lượng xử lý lớn, cơ thể tháp đường kính lớn hơn thường được yêu cầu để đáp ứng các yêu cầu thông lượng; Mặc dù đối với các tình huống mà sự phân tách là khó khăn và cần có số tấm lý thuyết cao hơn, chiều cao cơ thể tháp cần được tăng lên. Ví dụ, trong các dự án tinh chế dầu quy mô lớn, kích thước của tháp khai thác được thiết kế chính xác dựa trên khối lượng chế biến dầu thô và yêu cầu phân tách sản phẩm dầu. ​

Lựa chọn cấu trúc nội bộ: Theo các thuộc tính vật liệu và yêu cầu quy trình, cấu trúc bên trong được chọn một cách hợp lý, chẳng hạn như loại đóng gói, khẩu độ tấm sàng, kích thước bàn xoay và khoảng cách, v.v. đối với các vật liệu dễ nhũ hóa, đóng gói với cấu trúc đơn giản không dễ gây tắc nghẽn; Đối với các hệ thống có khối lượng xử lý lớn và yêu cầu hiệu quả chuyển khối cao, có thể sử dụng cấu trúc tháp chiết bàn xoay. Trong sản xuất hóa chất tốt, cấu trúc bên trong của tháp khai thác được thiết kế cẩn thận theo các đặc điểm của các sản phẩm khác nhau. ​

Lựa chọn vật chất: Xem xét các yếu tố như sự ăn mòn, nhiệt độ và áp suất của vật liệu, chọn thân tháp và vật liệu thành phần bên trong thích hợp. Khi xử lý các vật liệu ăn mòn cao, chẳng hạn như các dung dịch lọc có chứa axit trong thủy văn, thép không gỉ chống ăn mòn hoặc vật liệu hợp kim đặc biệt thường được sử dụng để sản xuất tháp chiết để đảm bảo tuổi thọ dịch vụ và vận hành an toàn của thiết bị. ​

(2) Tối ưu hóa các tham số hoạt động

Kiểm soát tốc độ dòng chảy: Kiểm soát chính xác tốc độ dòng chảy của pha liên tục và pha phân tán là chìa khóa để đảm bảo tiếp xúc đầy đủ giữa hai giai đoạn và tránh các điều kiện bất thường như lũ lụt. Quá nhanh, tốc độ dòng chảy sẽ nén thời gian tiếp xúc giữa hai giai đoạn, dẫn đến giảm đáng kể hiệu quả truyền khối; Quá chậm, tốc độ dòng chảy sẽ làm giảm hiệu quả sản xuất và tăng chi phí tiêu thụ năng lượng. Trong các hoạt động công nghiệp thực tế, cần phải tối ưu hóa tự động tốc độ dòng chảy hai pha dựa trên tải trọng và hiệu ứng phân tách thời gian thực của tháp chiết thông qua hệ thống điều khiển tự động bao gồm đồng hồ đo dòng chảy và van điều chỉnh. Ví dụ, trong một dây chuyền sản xuất hóa học tốt, tốc độ dòng chảy được theo dõi và điều chỉnh trong thời gian thực thông qua PLC (bộ điều khiển logic lập trình) để đảm bảo quá trình chuyển khối hiệu quả và ổn định. ​

Quy định nhiệt độ và áp suất: Các thông số nhiệt độ và áp suất của hệ thống chiết trực tiếp ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số hòa tan và phân phối của chất và là các biến cốt lõi xác định hiệu quả chiết. Thay đổi nhiệt độ sẽ không chỉ thay đổi trạng thái cân bằng phân phối của các chất hòa tan trong hai giai đoạn, mà còn có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của sản phẩm mục tiêu; Quy định áp lực đóng một vai trò quyết định trong quá trình chiết xuất của các chất dễ bay hơi. Trong quá trình chiết xuất các chất hoạt tính sinh học nhiệt, nhiệt độ thấp và hoạt động áp suất thấp thường được áp dụng, và thiết bị kiểm soát nhiệt độ chính xác cao và hệ thống bù áp suất được trang bị để kiểm soát biến động nhiệt độ trong phạm vi ± 0,5 ℃ để đảm bảo hoạt động và năng suất của các thành phần mục tiêu.
​
Tối ưu hóa tỷ lệ dung môi: Theo đặc điểm thành phần của nguyên liệu thô và yêu cầu độ tinh khiết của các sản phẩm mục tiêu, điều chỉnh khoa học tỷ lệ dung môi chiết với nguyên liệu thô là một liên kết quan trọng trong việc đạt được sản xuất kinh tế và hiệu quả. Nếu tỷ lệ dung môi quá lớn, nó sẽ gây ra chất thải dung môi và tăng chi phí thu hồi tiếp theo; Nếu tỷ lệ dung môi quá nhỏ, nó có thể dẫn đến chiết xuất không hoàn chỉnh và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, phần mềm mô phỏng quy trình như Aspen thường được sử dụng, kết hợp với dữ liệu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, một mô hình toán học động được thiết lập để tối ưu hóa tỷ lệ dung môi cho các lô nguyên liệu khác nhau. Lấy ngành công nghiệp dược phẩm làm ví dụ, thông qua công nghệ phân tích trực tuyến phổ gần hồng ngoại, những thay đổi trong thành phần nguyên liệu thô có thể được theo dõi trong thời gian thực và tỷ lệ dung môi có thể được điều chỉnh động để tăng độ tinh khiết của sản phẩm lên 10%-15%trong khi giảm mức tiêu thụ dung môi hơn 20%.