2.6 萃取设备的选择
2.6.1 核燃料后处理用萃取设备的选择原则
有关萃取设备选择的一般原则前已述及，对辐照核燃料后处理用的萃取设备的选择，在美国能源部1977年发布的技术报告（OST.GOV）“Solvent Extraction Equipment Evaluation Study”一文［20］中提出了按其重要性分为三个层次的考虑因素，如下：
（1）必须考虑的因素
①临界安全控制。
②防护安全控制。
③设备处理容量。
④设备操作性能。
⑤冷试性能。
（2）非常重要的考虑因素
①所选用的萃取器对工厂总投资费用的影响。
②设备的可靠性（维修和操作费用）。
③维护准则（按辐照剂量要求）。
（3） 重要的考虑因素
①萃取设备和附属设备的价格。
②还需要进行的和发展需要的工程。
③对料液中存在的固体的允许程度。
④流比的变化幅度，两相在设备内的停留时间。
⑤设备的工作效率。
⑥溶剂的损耗和洗涤。
一般认为设备费用在工厂总投资中所占比例并不大，但由于设备的结构不同，对设备室（canyon）的高度或面积的要求不同，如采用萃取柱将要求较高的设备室高度（canyon height），而若用萃取混合澄清槽则需要较大的设备室面积（canyon area），从而影响设备室和整个厂房建筑的投资费用。
当然，上述的考虑因素还可根据具体情况进行取舍，且其排序并不是一成不变的。Browne等［20］综合了用于核燃料后处理厂的萃取设备的大量文献，文中从设备操作［操作效率，能量输入，两相滞留时间，溶剂滞留量，操作流比区间，处理容量（设备尺寸与处理容量的关系）以及适应性等］、设备维护和设备结构设计（如设备高度和占地面积）等多方面对萃取柱、混合澄清槽和离心萃取器等各种类型的萃取设备进行了综合比较。文中引用的Akell对萃取设备的比较如下：
（1）混合澄清槽
优点：
①两相接触好；
②适用于较宽的流比范围；
③低厂房高度（head room）；
④高操作效率；
⑤可实现多级萃取操作；
⑥易于放大。
缺点：
①料液和溶剂滞留量大；
②动力消耗高；
③设备投资大；
④占地面积大；
⑤可能需要级间泵（现采用泵混合式混合澄清槽，可省略）。
（2）微分接触萃取柱（无机械输入能量）
优点：
①设备投资低；
②操作费用低；
③设备结构简单。
缺点：
①两相密度差小时处理容量有限；
②流比适用范围小；
③需高厂房；
④难以放大。
（3）微分接触萃取柱（有机械输入能量）
优点：
①相分散好；
②合理的设备投资费用；
③可实现多级萃取操作；
④相对易于放大。
缺点：
①两相密度差小时处理容量有限；
②不能处理乳状液；
③不适用于高流比条件。
（4）离心萃取器
优点：
①可处理低密度差的体系；
②料液存留量低；
③两相停留时间短；
④空间需求小；
⑤溶剂滞留量小。
缺点：
①设备投资费用高；
②操作费用高；
③维护、维修费高；
④在一设备单元内级数有限（现若采用环隙式离心萃取器可实现多级串联）。
笔者认为上述各种萃取设备各有优缺点，除了某些特殊的需求，否则很难对某一种类型设备的选择作出明确的决断。
2.6.2 萃取设备在核燃料后处理厂中的应用
在Purex萃取流程中三种类型的萃取设备，即混合澄清槽、萃取柱和离心萃取器均有应用［21～26］，如美国最早的Savannah River厂曾采用混合澄清槽，Idaho Falls厂和Hanford厂采用了脉冲筛板柱，稍后Savannah River厂又应用了离心萃取器。也可以在同一后处理厂的不同萃取循环采用不同类型的萃取设备，如处理辐照深度比较深的核燃料，为了防止溶剂降解，在共去污萃取循环采用两相快速接触（接触时间短）的离心萃取器，而在后续的萃取循环则可采用萃取柱或混合澄清槽。
Darby［27］给出了脉冲柱和KAPL型混合澄清槽的对比资料。
（1）脉冲柱
脉冲柱的若干参数见表2-7（日处理量：75kg金属）。
表2-7 脉冲柱的若干参数
注：柱内筛板直径2in，筛板孔径1/8in，自由截面23%，1in=0.0254m，1ft=0.3048m，1gal=3.78541dm3。
（2）混合澄清槽
具有同样功能的混合澄清槽所需级数列于表2-8（日处理量：7.4kg金属）。
表2-8 与脉冲柱具有同样功能的混合澄清槽的级数
我们注意到表2-8给出的萃取级数与通过近似计算得到的级数值有较大的差别，其原因一是在近似计算中所取的原始的萃取分配数据有偏差（可能偏大），二可能与混合澄清槽的实际萃取级效率偏低有关。
同一类型的萃取设备，其内部结构也会有所不同，如在二萃取循环的Purex流程中采用的脉冲萃取柱的具体结构参数如表2-9所列。
表2-9 脉冲萃取柱的若干结构参数［19］
注：（a）由自由截面积为21%的不锈钢板和自由截面积为23%的聚乙烯板组成的板段，由4块不锈钢板和2块聚乙烯板交替组成。不锈钢板孔径=0.085in，聚乙烯板孔径=0.1875in。
（b）由自由截面积为21%的不锈钢板和自由截面积为23%的氟乙烯板交替排列组成的板段，不锈钢板的孔径=0.085in，氟乙烯板的孔径=0.1875in。
（c）为1in的氟乙烯拉西环填料。
从孙玉珍［4］所综合的国内外核燃料后处理厂所采用的萃取设备情况来看，萃取柱和混合澄清槽仍是各国采用的常用萃取设备。为了便于临界控制，在钚线采用了环形折流板脉冲萃取柱，又为了降低溶剂滞留量，采用了泵混合式的浅层（扁平）混合澄清槽。
国内对混合澄清槽的研究相对较多，除了我们的研究之外，近期还见有原子能科学院的常尚文等［28］以及刘继连等［29］的研究报道。
比较不同类型的萃取设备，离心萃取器在核燃料后处理过程中应该具有很好的应用前景，众所周知，离心萃取器曾发展有单台单级和单台多级两大类型，在其应用上笔者更倾向于采用单台单级的机型，特别是环隙式离心萃取器，它的结构相对比较简单，装有在位清洗装置，便于清洗、维修，易于操作，可根据需要进行多级的连接。