化工原理下册萃取-本科

1、0、概述、概述1、在液体混合物中加入与其不完全混溶的液体溶剂（萃取剂），形在液体混合物中加入与其不完全混溶的液体溶剂（萃取剂），形成液成液-液两相，利用液体混合物中各组分在两液相中液两相，利用液体混合物中各组分在两液相中溶解度溶解度的差的差异而达到分离的目的。也称溶剂萃取，简称萃取。异而达到分离的目的。也称溶剂萃取，简称萃取。混合液中被分离出的物质，以混合液中被分离出的物质，以 A 表示；表示；混合液中的其余部分，以混合液中的其余部分，以 B 表示；表示；萃取过程中加入的溶剂，以萃取过程中加入的溶剂，以 S 表示。表示。萃取剂对溶质应有较大的溶解能力，对于稀释剂则不互溶或仅部萃取剂对溶质应有较

2、大的溶解能力，对于稀释剂则不互溶或仅部分互溶。分互溶。按性质可分为按性质可分为物理萃取物理萃取和和化学萃取化学萃取；按萃取对象可分为；按萃取对象可分为有机物萃有机物萃取取和和无机物萃取无机物萃取。 链烷烃与芳香烃共沸物的分离。例如用链烷烃与芳香烃共沸物的分离。例如用二甘醇二甘醇从石脑从石脑油裂解副产汽油或重整油中油裂解副产汽油或重整油中萃取芳烃萃取芳烃（尤狄克斯法（尤狄克斯法Udex process），如苯、甲苯和二甲苯。），如苯、甲苯和二甲苯。用用二烷基乙酰胺二烷基乙酰胺脱除染料厂、炼油厂、焦化厂废脱除染料厂、炼油厂、焦化厂废水中的苯酚，水中的苯酚，分离因数高，操作简单，一般仅经过分离因数高

3、，操作简单，一般仅经过23级接触即级接触即可使残液含酚小于可使残液含酚小于0.5ppm。湿法冶金中溶液分离、浓缩和净化的有效方法。湿法冶金中溶液分离、浓缩和净化的有效方法。v焙烧焙烧浸出浸出萃取萃取电积工艺处理硫化电积工艺处理硫化铜铜矿；矿；v浸出浸出萃取萃取电积流程处理硫化电积流程处理硫化镍镍矿；矿；v从锌冶炼烟尘的酸浸出液中萃取从锌冶炼烟尘的酸浸出液中萃取鉈、铟、镓、锗鉈、铟、镓、锗，以及铌，以及铌-钽、镍钽、镍-钴、钴、铀铀-钒体系的分离，以及核燃料的制备。钒体系的分离，以及核燃料的制备。从复杂的有机液体混合物中分离从复杂的有机液体混合物中分离青霉素青霉素、链霉素链霉素以及以及维生素维生

4、素等。等。分级接触式分级接触式单级单级多级错流多级错流多级逆流多级逆流按溶液与萃取按溶液与萃取剂的接触方式剂的接触方式微分接触式微分接触式(连续接触式连续接触式)单级萃取最多为一次平衡，故分离程度不高，只适用于溶质在萃单级萃取最多为一次平衡，故分离程度不高，只适用于溶质在萃取剂中的溶解度很大或溶质萃取率要求不高的场合。取剂中的溶解度很大或溶质萃取率要求不高的场合。 萃取相萃取相Extract萃余相萃余相Raffinate料液料液A+BFeed萃取剂萃取剂Solvent混合澄清槽混合澄清槽Mixer-settlerES+A RB+S 萃取液萃取液E萃余液萃余液R萃取剂萃取剂S萃取剂萃取剂Solv

5、ent原料液依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各级的混合槽中，原料液依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各级的混合槽中，萃萃取相取相和最后一级的萃余相分别进入溶剂回收设备，回收溶剂后的和最后一级的萃余相分别进入溶剂回收设备，回收溶剂后的萃取相称为萃取相称为萃取液萃取液（用（用E表示），回收溶剂后的表示），回收溶剂后的萃余相萃余相称为称为萃余萃余液液（用（用R表示）。表示）。萃取率比较高，但萃取剂用量较大，溶剂回收处理量大，萃取率比较高，但萃取剂用量较大，溶剂回收处理量大，能耗较大。能耗较大。料液料液Feed萃取相萃取相Extract萃余相萃余相Raffinate123N萃取剂萃取剂Solvent原料

6、液和萃取剂依次按反方向通过各级，最终萃取相从加原料液和萃取剂依次按反方向通过各级，最终萃取相从加料一端排出，并引入溶剂回收设备中，最终萃余相从加入料一端排出，并引入溶剂回收设备中，最终萃余相从加入萃取剂的一端排出，引入溶剂回收设备中。萃取剂的一端排出，引入溶剂回收设备中。可用较少的萃取剂获得比较高的萃取率，工业上广可用较少的萃取剂获得比较高的萃取率，工业上广泛采用。泛采用。 料液料液Feed萃取相萃取相Extract萃余相萃余相Raffinate123N一液相为连续相，另一液一液相为连续相，另一液相为分散相，分散相和连相为分散相，分散相和连续相呈逆流流动；续相呈逆流流动；两相在流动过程中进行质

7、两相在流动过程中进行质量传递，其浓度沿塔高呈量传递，其浓度沿塔高呈连续微分变化；连续微分变化；两相的分离在塔的上下两两相的分离在塔的上下两端进行。端进行。一般为塔式设备（一般为塔式设备（喷淋塔喷淋塔、填料塔填料塔、转盘塔转盘塔、振动筛板塔振动筛板塔等）。等）。轻液出口轻液出口Light Liquid outlet轻液进口轻液进口Lightliquid inlet重液出口重液出口Heavy liquid outlet重液进口重液进口Heavy liquid inlet萃取过程本身并未完全完成分离任务，而只是将难于分离的混合萃取过程本身并未完全完成分离任务，而只是将难于分离的混合物转变成易于分离的

8、混合物，要得到纯产品并回收溶剂，必须辅物转变成易于分离的混合物，要得到纯产品并回收溶剂，必须辅以精馏（或蒸发）等操作。以精馏（或蒸发）等操作。萃取操作是两相间的传质过程，需要研究两萃取操作是两相间的传质过程，需要研究两液相间的平衡关系液相间的平衡关系和和相际间的相际间的传质速率传质速率问题。问题。 (a) 混合液中各组分的沸点很接近或形成恒沸混合物，用一般精混合液中各组分的沸点很接近或形成恒沸混合物，用一般精馏方法不经济或不能分离；馏方法不经济或不能分离；(b) 混合液中含热敏性物质，受热易分解、聚合或发生其它化学混合液中含热敏性物质，受热易分解、聚合或发生其它化学变化；变化；(c) 混合液中

9、需分离的组分浓度很低，采用精馏方法须将大量的混合液中需分离的组分浓度很低，采用精馏方法须将大量的稀释剂汽化，能耗太大。稀释剂汽化，能耗太大。0、概述、概述1、 1、1 三角形坐标图三角形坐标图 1、2 直角坐标系表示的相平衡关系直角坐标系表示的相平衡关系 1、3 萃取在三角形坐标图上的表示法萃取在三角形坐标图上的表示法 1、4 液液-液萃取的动力学特性液萃取的动力学特性 1、5 萃取分离效果及其主要影响因素萃取分离效果及其主要影响因素工业萃取过程中工业萃取过程中萃取剂萃取剂与与稀释剂稀释剂一般为部分互溶，涉及到的是三一般为部分互溶，涉及到的是三元混合物的平衡关系，一般采用三角形坐标图来表示。元

10、混合物的平衡关系，一般采用三角形坐标图来表示。 1、1 三角形坐标图三角形坐标图 可用等腰直角三角形、等边三角形、不等腰直角三角形坐标图。可用等腰直角三角形、等边三角形、不等腰直角三角形坐标图。组分的浓度以摩尔分率，质量分率表示均可。本章中组分的浓度以摩尔分率，质量分率表示均可。本章中 xA、xB、xS分别表示分别表示 A、B、S 的的质量分率质量分率。ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8三角形的三个顶点分别表示三角形的三个顶点分别表示A、B、S三个纯组分。三个纯组分。三条边

11、上的任一点代表某二元混合物的组成，不含第三组分。三条边上的任一点代表某二元混合物的组成，不含第三组分。E 点点： xA =0.4， xB =0.6 三角形内任一点代表某三元混合物的组成。三角形内任一点代表某三元混合物的组成。M 点点： xA =0.4， xB =0.3，xS =0.3 EEMMxA数据数据顺时针顺时针xB描述两个液相描述两个液相C和和D形成一个新的形成一个新的混合物混合物M时，或者一个混合物时，或者一个混合物M分离为分离为C和和D两个液相时，其两个液相时，其质量质量之间的关系。之间的关系。 (1) M点为点为C与与D点的点的，C点为点为M点与点与D点的点的，D点为点为M点点与与

12、C点的差点。分点与和点在点的差点。分点与和点在同一条直线上，分点位于和点同一条直线上，分点位于和点的两边；的两边；xACABSDCMxAMxADxSCxSMxSD(2) 分量与合量的质量与直线上相应线段的长度成比例，即：分量与合量的质量与直线上相应线段的长度成比例，即： CDMDCMCDMMCDDCMMCDCD线上不同的点代表线上不同的点代表C、D以不同以不同质量比质量比进行混合所得的混合物；进行混合所得的混合物；混合物混合物M可分解成任意两个分量，只要这两个分量位于通过可分解成任意两个分量，只要这两个分量位于通过M点点的直线上，在的直线上，在M点的两边即可。点的两边即可。,/C D Mkgk

13、g s各相的质量，或CM DM CD， 各线段的长度按组分间互溶度的不同，可将三元混合液分为：按组分间互溶度的不同，可将三元混合液分为：(1) 溶质溶质A可完全溶解于可完全溶解于B及及S中，而中，而B、S不互溶；不互溶；(1) 溶质溶质A可完全溶解于可完全溶解于B及及S中，而中，而B、S只能部分只能部分互溶；互溶；(2) 溶质溶质A与与B完全互溶，完全互溶，B与与S和和A与与S部分互溶。部分互溶。萃取中萃取中(1)类物系较普遍，故主要讨论该类物系的类物系较普遍，故主要讨论该类物系的液液-液相平衡。液相平衡。 连接连接所有的所有的E、R点点即得即得溶解度溶解度曲线曲线。恒温条件下，在实验瓶中加入

14、恒温条件下，在实验瓶中加入恰当的恰当的B与与S，使混合物的浓度，使混合物的浓度位于位于RE之间（之间（d点），滴加少点），滴加少许溶质许溶质A至至M1点，充分混合后点，充分混合后静置分层，取两相试样分析，静置分层，取两相试样分析，得共轭相得共轭相E1和和R1的组成，联结的组成，联结R1E1线即为平衡联结线。线即为平衡联结线。 ABS恒温条件下，在有纯组分恒温条件下，在有纯组分B的实验瓶中逐渐滴加溶剂的实验瓶中逐渐滴加溶剂S并不断摇并不断摇动使其溶解，由于动使其溶解，由于B、S仅部分互溶仅部分互溶，S滴加到一定数量后，混合滴加到一定数量后，混合液开始发生混浊，即出现了溶剂相，得到的浓度即液开始发

15、生混浊，即出现了溶剂相，得到的浓度即S在在B中的饱中的饱和溶解度（图中和溶解度（图中R点）。用类似的方法可得点）。用类似的方法可得E点。点。 B、S完全不互溶时？完全不互溶时？R1E1M1ERdABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8REM单相区单相区两相区两相区组成落在组成落在单相区单相区的三元混合物形成的三元混合物形成一个均匀的液相；一个均匀的液相；联结联结E、R两点两点的直线。的直线。组成组成落在落在双相区双相区的三元混合物所形成的的三元混合物所形成的两两互成平衡的液相互成平衡的液相，其组成分别由，其组成分别由 R 和和 E 点表示；点表示；P点将溶

16、解度曲线分为萃取点将溶解度曲线分为萃取相区域与萃余相区域。相区域与萃余相区域。一般一般临界混溶点并不是溶解度曲临界混溶点并不是溶解度曲线的最高点线的最高点，其准确位置的，其准确位置的实验测定也很困难。实验测定也很困难。 通常联结线通常联结线不互相平行不互相平行，其斜率随混合液的组成而异，一般是按，其斜率随混合液的组成而异，一般是按同一方向缓慢地改变。同一方向缓慢地改变。有些物系在不同浓度范围内联结线斜率方向不同，如吡啶氯苯有些物系在不同浓度范围内联结线斜率方向不同，如吡啶氯苯水体系。水体系。 ABSR1E1M1ERd两个共轭相组成相同时的混两个共轭相组成相同时的混溶点溶点。P已知共轭相中任一相

17、的组已知共轭相中任一相的组成，可利用辅助线得出另成，可利用辅助线得出另一相的组成。一相的组成。辅助曲线与溶解度曲线的辅助曲线与溶解度曲线的交点即为临界混溶点交点即为临界混溶点P；ABSR1E1实验测得的平衡联结线（即共轭相的组成数据）是有限的，对其实验测得的平衡联结线（即共轭相的组成数据）是有限的，对其它组成的液它组成的液-液平衡数据，可以采用辅助曲线的方法获得。液平衡数据，可以采用辅助曲线的方法获得。P已知联结线已知联结线E1R1、E2R2、E3R3、E4R4，分别从，分别从E1、E2、E3、E4点作点作AB平行线，平行线，与由与由R1、R2、R3、R4点分点分别作的别作的BS平行线相交，连

18、平行线相交，连结各交点即得辅助曲线；结各交点即得辅助曲线；R2E2E3E4R3R4辅助曲线延长线与溶解度辅助曲线延长线与溶解度曲线的交点即为临界混溶曲线的交点即为临界混溶点点P；借助辅助曲线可求出任何借助辅助曲线可求出任何一对共轭相的对应点，即一对共轭相的对应点，即可由一平衡液相的组成找可由一平衡液相的组成找出对应共轭相的组成。出对应共轭相的组成。 ABSR1E1P分别从分别从E1、E2、E3、E4点点引引AB平行线，与分别从平行线，与分别从R1、R2、R3、R4点引出的点引出的AS平平行线相交，连结各交点即行线相交，连结各交点即得辅助曲线；得辅助曲线；R2E2E3E4R3R4 第第2类物系类

19、物系 (具有两对部分互溶物的物系，A、 B 完全互溶， A、S，B、S部分互溶)两相区单相区溶解度曲线联结线RnEn第2类物系三角形相图单相区溶解度曲线ASB1.01.00(1)E和和R的两相平衡关系也可由直角坐标系表示，用的两相平衡关系也可由直角坐标系表示，用 yA 表示表示 A 组组分在萃取相的浓度，分在萃取相的浓度，xA 表示表示 A 组分在萃余相的浓度。组分在萃余相的浓度。)(AAxfy 溶质在平衡两液相间的平衡关系为：溶质在平衡两液相间的平衡关系为：xAyA0分配曲线分配曲线PABSR1E1PR2E2E3E4R3R4利用分配曲线求得三角形相图中的任一联结线利用分配曲线求得三角形相图中

20、的任一联结线ER第一类物系：第一类物系的分配曲线ABKEROGDxAyAy=xSB第二类物系的分配曲线AKERODxAyAy=xS第二类物系(2)对于完全不互溶物系，浓度常用比质量分数X 、 Y表示。BAAmmXRSAAmmYE B、S完全不互溶物系的分配曲线YAXAYA=KAXAO在只含有组分在只含有组分 A 与与 B 的原料液的原料液 F 中加入一定量的萃取剂中加入一定量的萃取剂 S 后，后，得到新的混合液得到新的混合液 M，由杠杆规，由杠杆规则知则知 F、S 和和 M 之间的关系为之间的关系为M 静置分层得萃取相静置分层得萃取相 E 和萃余和萃余相相 R，其质量关系为，其质量关系为ABS

21、REMERFEmaxMSFMFS/EMRMRE/从萃取相从萃取相 E 中除去萃取剂中除去萃取剂 S 后得萃取液后得萃取液 E（S=0）；EmaxAEAFARxxx从萃余相从萃余相 R 中除去萃取剂中除去萃取剂 S 后得萃余液后得萃余液 R （S=0），），F为为E、 R的和点的和点 ；单级萃取中，萃取相能达到的最大单级萃取中，萃取相能达到的最大 A 组分含量为组分含量为 Emax 点的组成，点的组成， 对应的萃取液组成点为对应的萃取液组成点为 Emax。 （3）脱溶剂基分配曲线）脱溶剂基分配曲线 将R，E 两相脱去溶剂S，得萃余液 R及萃取液 E。AAAxyk 脱溶剂基分配曲线与三角形相图的转

22、换ABKSy=xxAyA萃取率（提取率）萃取率（提取率）E：（1）萃取剂（）萃取剂（Extractant）的选择）的选择 )kg(A)kg(A的质量原料液中溶质的质量萃取液中被提取的溶质EAAAxyk组分在萃余相中的浓度组分在萃取相中的浓度BBBxyk 一般一般 kA 不为常数，而随温度、溶质不为常数，而随温度、溶质 A 的浓度变化。的浓度变化。在在 A 浓度变化不大和恒温条件下，浓度变化不大和恒温条件下，kA 可视为常数（平衡常数可视为常数（平衡常数 m），），其值由实验测得。其值由实验测得。一定温度下，一定温度下，A 组分在互成平衡的两液相中的浓度比组分在互成平衡的两液相中的浓度比 注意：

23、注意：kA 只反映只反映 S 对对 A 的溶解能力，不反映的溶解能力，不反映 A、B 的分离程度。的分离程度。联结线斜率对分配系数的影响：联结线斜率对分配系数的影响： kA ，kB ， 。 表示表示 S 对对 A、B 组分溶解能力差别，即组分溶解能力差别，即 A、B 的分离程度。的分离程度。 kB一定：一定：kA ， 。 kA一定：一定：kB ， 。两相平衡时，萃取相两相平衡时，萃取相 E 中中 A、B 组成之比与萃余相组成之比与萃余相 R 中中 A、B 组组组成之比的比值。组成之比的比值。 BABA/xxyyAAAxykBAkkBBBxyk 选择与稀释剂互溶度小的溶剂，可增加分离效果。选择与

24、稀释剂互溶度小的溶剂，可增加分离效果。萃取剂在料液相中的溶解度要小。萃取剂在料液相中的溶解度要小。密度差大，有利于分层，不易产生第三相和乳化现象，密度差大，有利于分层，不易产生第三相和乳化现象，两液相可采用较高的相对速度逆流。两液相可采用较高的相对速度逆流。界面张力大，有利于液滴的聚结和两相的分离；另界面张力大，有利于液滴的聚结和两相的分离；另一方面，两相难以分散混合，需要更多外加能量。由于液滴的一方面，两相难以分散混合，需要更多外加能量。由于液滴的聚结更重要，故一般选用使界面张力较大的萃取剂。聚结更重要，故一般选用使界面张力较大的萃取剂。低粘度有利于两相的混合与分层，流动与传质，对萃低粘度有

25、利于两相的混合与分层，流动与传质，对萃取有利。对大粘度萃取剂，可加入其它溶剂进行调节。取有利。对大粘度萃取剂，可加入其它溶剂进行调节。萃取剂应不易水解和热解，耐酸、碱、盐、氧化剂或还原剂，腐萃取剂应不易水解和热解，耐酸、碱、盐、氧化剂或还原剂，腐蚀性小。在原子能工业中，还应具有较高的抗辐射能力。蚀性小。在原子能工业中，还应具有较高的抗辐射能力。 无毒或毒性小、无刺激性、不易燃（闪点高），难挥发（沸点高、无毒或毒性小、无刺激性、不易燃（闪点高），难挥发（沸点高、蒸气压小）。蒸气压小）。来源丰富，价格便宜，循环使用中损耗小。来源丰富，价格便宜，循环使用中损耗小。为了获得纯产品及使溶剂循环使用，必须

26、将萃取相及萃余相中的为了获得纯产品及使溶剂循环使用，必须将萃取相及萃余相中的溶剂进行回收。萃取过程中，溶剂回收是费用最多的环节。有的溶剂进行回收。萃取过程中，溶剂回收是费用最多的环节。有的萃取剂虽有许多良好的性质，但因回收困难而不被采用。萃取剂虽有许多良好的性质，但因回收困难而不被采用。溶剂回收常用的方法是蒸馏、蒸发、反萃取等。溶剂回收常用的方法是蒸馏、蒸发、反萃取等。在选择具体的萃取剂或几种溶剂组成的萃取剂时，应根据实际情在选择具体的萃取剂或几种溶剂组成的萃取剂时，应根据实际情况综合考虑上述因素。况综合考虑上述因素。 相图上两相区的大小，不仅取决于物系本身的性质，而且与操作相图上两相区的大小

27、，不仅取决于物系本身的性质，而且与操作温度有关。一般情况下，温度有关。一般情况下，温度上升，互溶度增加，两相区减小温度上升，互溶度增加，两相区减小。温度特别高时，两相区会完全消失，致使萃取分离不能进行。温度特别高时，两相区会完全消失，致使萃取分离不能进行。二苯基己烷二苯基己烷廿二烷廿二烷糠醛糠醛0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.845 C80 C115 C140 C甲基环戊烷甲基环戊烷正己烷正己烷苯胺苯胺0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.845 CPP34.5 C25 C上一页下一页 上一页下一页 41.5%Ax 43.5

28、%Bx 15.0%Sx 39.0%Ay 19.6%By 20.0%Ax 73.4%Bx 39.01.9520.0AAAykx73.41.957.30319.6BABxky上一页下一页80.083396SHFFHS0.08330.0833 1008.33SFkg17%,77%,6%ABSxxx23.5%,55.5%,21.0%MAMBMSxxx上一页下一页返回离开萃取器的萃取相与萃余相互成平衡。离开萃取器的萃取相与萃余相互成平衡。对分级式萃取过程，可先求出所需理论级数，然后由基于质对分级式萃取过程，可先求出所需理论级数，然后由基于质量传递速度的级效率确定所需的实际级数。量传递速度的级效率确定所需

29、的实际级数。由相际传质所产生的热效应较小，可视为等温过程。由相际传质所产生的热效应较小，可视为等温过程。给定给定 F、xF、yS、xR（或（或xR）等条件，根据相平）等条件，根据相平衡数据和物料衡算求出衡数据和物料衡算求出 S，E、yE、E、yE。萃取相萃取相E, yE萃余相萃余相R, xR料液料液F, xF萃取剂萃取剂S, yS萃取液萃取液E, yE萃余液萃余液R, xR脱除脱除 S脱除脱除 S萃取剂中的萃取剂中的A%A%根据平衡数据作出溶解度曲根据平衡数据作出溶解度曲线及辅助线。线及辅助线。 已知已知 xF, 在在 AB 边上定出边上定出 F 点，点，由萃取剂组成确定由萃取剂组成确定 S0

30、 点。联点。联结结 FS0，代表原料液与萃取剂，代表原料液与萃取剂的混合液的混合液 M 点必在点必在 FS0 线上。线上。 单级萃取可间歇或连续操作。计算方法有解析法和图解法。单级萃取可间歇或连续操作。计算方法有解析法和图解法。ABSREERF由由 xR（或（或 xR）定出）定出 R 点（若知点（若知 R 点，连点，连 SR 线与溶解度线与溶解度曲线的交点即为曲线的交点即为 R 点）。再由点）。再由 R 点利用辅助曲线求出点利用辅助曲线求出 E 点，点，则则 RE 与与 F S0 线的交点即为混合液的组成点线的交点即为混合液的组成点 M。 M单级萃取图解法单级萃取图解法S0根据杠杆法则根据杠杆

31、法则 溶剂比溶剂比 yE、xM、xR 、xR、yE可由相可由相图读出。图读出。 MSFMFS00MERSF0MERsFMxEyRxySFx0RMREME MEREMR ERFERFyExRFxFRERFEFEERFR ABSREERFM单级萃取图解法单级萃取图解法S0D点：点：最小溶剂用量，最小溶剂用量，SminG点：点：最大溶剂用量，最大溶剂用量，Smaxmax0minSSS0maxGSGFFS0minDSFDFS最小溶剂用量和最大溶剂用量最小溶剂用量和最大溶剂用量萃取只能在分层区内进行。萃取只能在分层区内进行。对单级萃取，原料量对单级萃取，原料量 F 及组成一定：及组成一定：萃取操作萃取操

32、作S应满足下列条件：应满足下列条件： ABSREFM单级萃取图解法单级萃取图解法S0DG计算与吸收相似。计算与吸收相似。比质量分率比质量分率 Y (kgA/kgS) 和和 X (kgA/kgB)表示的平衡关系为：表示的平衡关系为：)(XfY )()(F0XXBYYS0FYXSBXSBY单级系统的物料衡算：单级系统的物料衡算：适用于萃取剂与稀释剂互溶度很小，且在操作范围内溶质组适用于萃取剂与稀释剂互溶度很小，且在操作范围内溶质组分对分对 B、S 的互溶度又无明显影响的体系。的互溶度又无明显影响的体系。 单级萃取操作的操作线方程单级萃取操作的操作线方程 Y10分配曲线分配曲线Y0X1XF-B/S上

33、一页下一页 上一页下一页%27Ay %5.1By %5.71Sy %2 .7Ax %4 .91Bx %4 .1Sx 45.518001114/73.5RMEMkg hRE1800 1114686/RMEkg h7.3%Rx92%Ey357.31000327/927.3FRERxxEFkg hyx1000327673/RFEkg h上一页下一页271.5228.57.291.4ABAByyxx0.350.538511 0.35FFFxXx1(1)(1 0.8) 0.53850.1077AFXX113.43.4 0.10770.3662YX11()/(0.53850.1077)/0.36621.1

34、76FS BXXY0SY 上一页下一页返回单级萃取分离程度有限，可采用多级萃取进一步降低萃余相单级萃取分离程度有限，可采用多级萃取进一步降低萃余相中溶质的浓度。多级错流的计算只是单级的多次重复。中溶质的浓度。多级错流的计算只是单级的多次重复。第一级：第一级：F+S0 M1，M1 E1+R1（平衡相）（平衡相）第二级：第二级：R1+S0 M2，M2 E2+R2（平衡相）（平衡相）第三级：第三级：R2+S0 M3，M3 E3+R3（平衡相）（平衡相）依次计算，直到萃余相中溶质的浓度等于或小于所要求的浓依次计算，直到萃余相中溶质的浓度等于或小于所要求的浓度为止，标绘的联结线数目即为理论级数。度为止，

35、标绘的联结线数目即为理论级数。 萃取剂萃取剂S, yS料液料液F, xF萃取相萃取相Extract萃余相萃余相RaffinateM1M2M3MnE1R1E2E3EnR2R3Rn-1Rn设各级萃取剂用量均为设各级萃取剂用量均为S0M1( F S0 上上)M2(R1S0 上上)M3(R2S0 上上)ABSR1E1FM1多级错流萃取图解法多级错流萃取图解法S0E2R2M3M2E3R30101/FSMSMF012021/SRMSMR023032/SRMSMR操作线方程操作线方程 平衡关系：平衡关系：)(XfY )()(10nnnnXXBYYS01YXSBXSBYnnnnn任一级系统的物料衡算：任一级系

36、统的物料衡算：由平衡数据绘出由平衡数据绘出 XY 平衡曲线，由每一级物料衡算得出操平衡曲线，由每一级物料衡算得出操作线，直到第作线，直到第 n 级萃余相中的浓度级萃余相中的浓度 XR 满足要求为止。满足要求为止。Y10Y*= f (X)Y0X1XF-B/S1X2Y2X3Y3-B/S2-B/S3上一页下一页 33FAFFxR xFx上一页下一页0.50.5 500250/SFkg h1500250750/MFSkg h上一页下一页 348571298/92Rkg h33.5%x 33500 0.4298 0.03594.8%500 0.4FAFFxR xFx上一页下一页3321250571/Mk

37、g h22222243619.4321/83E MRMkg hE R21369.4250619.4/MRSkg h11111133750369.4/67E MRMkg hE R萃取剂萃取剂S, yS料液料液F, xF萃取相萃取相萃余相萃余相M1M2M3MnE1R1E2E3EnR2R3Rn-1RnE4i = 1 F + E2 = R1 + E1 或或 F - E1 = R1 - E2i = 2 F + E3 = R2 + E1 或或 F - E1 = R2 - E3i = n F + S = Rn + E1 或或 F - E1 = Rn - SF - E1 = R1 - E2 = R2 - E3

38、 = = Rn-1 - En = Rn - S = 离开每级的离开每级的 R 与进入该级的与进入该级的 E 流量之差为一常数流量之差为一常数 。 0 ，流动方向与，流动方向与 R 相同，相同， 0 ，流动方向与，流动方向与 E 相同。相同。 每一级的每一级的“净流量净流量”ABSE1FM多级逆流萃取图解法多级逆流萃取图解法S0E2 E3F - E1 = R1 - E2 = R2 - E3 = R3 - E4 = Rn-1 - En = Rn- S = E4R1R4R2F + S = M = E1 + Rn 由给定的由给定的 F、S 和和 Rn 可得出可得出 E1RnR3注意：注意：M1 M2

39、M3 M4 M在三角形坐标图上求理论级数，操作点 的位置与溶剂比有关，也反映了要完成分离任务所需理论级数的多少。 ABSE1FM1多级逆流萃取图解法多级逆流萃取图解法S0 1Rn 2M2E1S / F 较小在三角形坐标图上求理论级数，操作点在三角形坐标图上求理论级数，操作点 的位置与溶剂比有关，的位置与溶剂比有关，也反映了要完成分离任务所需理论级数的多少。也反映了要完成分离任务所需理论级数的多少。 ABSE1FM1多级逆流萃取图解法多级逆流萃取图解法S0 1Rn 2M2E1S / F 较大上一页下一页上一页下一页1119.5(1000350)612/43nnMREMkg hE R111144.

40、5612291/93.5E SEEkg hSE1116.51000292/56.5nnR FEFkg hR E上一页下一页 利用分配曲线利用分配曲线 N较多时，三角形相图内作图不准确。 a）画分配曲线；）画分配曲线； b）画操作线；）画操作线； 过D点画级联线，求得c）画梯级得理论级数。）画梯级得理论级数。1Fyx 21yx 32yx 1iiyx (3)解析法解析法作业作业6 操作线方程操作线方程11SYBXSYBXmmFFmmXSBYXSBY11S, Ym+11mS , Y1SB , XFBBB , XmS式中：式中：XF 料液中溶质料液中溶质 A 的浓度，的浓度，kgA/kgB； Y1 最

41、终萃取相最终萃取相 E1 中溶质中溶质 A 的浓度，的浓度，kgA/kgS； Xm 离开离开 m 级萃取相中溶质级萃取相中溶质 A 的浓度，的浓度，kgA/kgB; Ym+1 进入进入 m 级萃取相中溶质级萃取相中溶质 A 的浓度，的浓度，kgA/kgS; B 原料液中纯稀释剂的流量，原料液中纯稀释剂的流量，kg/h; S 原始萃取剂组分纯原始萃取剂组分纯 S 的流量，的流量，kg/h。在在YX坐标图上作出分坐标图上作出分配曲线及操作线，然后配曲线及操作线，然后在此两线间作梯级便可在此两线间作梯级便可得到所需的理论级数。得到所需的理论级数。 XY0分配曲线分配曲线NY1XFXnYSX2Y2操作

42、线操作线操作线斜率：操作线斜率：B/S溶剂比：溶剂比：S/F操作线与分配曲线相交，操作线与分配曲线相交，所需理论级数所需理论级数 。(B/S)max(S/F)min萃 取 操 作 的 实 际 溶 剂 比萃 取 操 作 的 实 际 溶 剂 比 (S/F)(S/F)min 。 B/S增加，操作线向分配曲增加，操作线向分配曲线靠近，完成同样分离任线靠近，完成同样分离任务所需的理论级数增加。务所需的理论级数增加。XY0分配曲线分配曲线(B/S)maxY2XFXnYSY1(B/S)1(B/S)2适宜溶剂量的确定 处理量F 一定SS/F操作费n设备费()min0 . 21 . 1SS =根据工程经验适宜溶

43、剂用量(2) 解析法(平衡关系为直线)KXY 设平衡关系为类似于逆流吸收FSmmSm/111ln1ln/nXYKnAAXYKA)(SS( )Y)(BF()X)(S)(1Y)(B)(nXV1YS2XS1XV2Y*12T*22111ln1lnYYNAA YYA萃取因子塔式萃取设备一般为逆流微分接触式，两相在塔内连续接触传质，塔式萃取设备一般为逆流微分接触式，两相在塔内连续接触传质，浓度沿塔高连续变化。浓度沿塔高连续变化。取决于两液相的流量与塔中两相适宜的流速。取决于两液相的流量与塔中两相适宜的流速。理论级当量高度法和传质单元法理论级当量高度法和传质单元法 。 理论级当量高度：两相逆流时，分离效果相

44、当于一个理论级的萃理论级当量高度：两相逆流时，分离效果相当于一个理论级的萃取段高度，以取段高度，以 HETS 表示。表示。若已知逆流萃取所需要的理论级数若已知逆流萃取所需要的理论级数 NT，则塔高，则塔高 H 为：为： THETS NH HETS 反映的是萃取的传质效果。塔效率愈高，反映的是萃取的传质效果。塔效率愈高，HETS愈小。愈小。 NT 反映的是萃取分离要求的高低和分离的难易程度。反映的是萃取分离要求的高低和分离的难易程度。 HETS 与物系的物性、浓度、流量及塔型有关，需在相似条件与物系的物性、浓度、流量及塔型有关，需在相似条件下进行实验确定。下进行实验确定。 FnXXXBdXhK

45、aXXORORhHNORXBHK aFnXORXdXNXX111ln111SFORSmmnmYXKNYAAXAK上一页下一页FnORmXXNX2. 萃取塔塔径的计算式中：ud -分散相的表观速度（空塔速度)，m/s ；uc 连续相的表观速度（空塔速度)，m/s。萃取塔塔径四、萃取塔工艺尺寸的确定)(785.0)(dcdCuuVVD萃取相萃取相萃余相萃余相萃取液萃取液原料原料溶剂溶剂萃萃取取塔塔回流回流萃取相萃取相增浓段增浓段萃余相萃余相提纯段提纯段溶溶剂剂回回收收超临界流体的密度接近于液体，黏度接近于气体，扩散系数在气超临界流体的密度接近于液体，黏度接近于气体，扩散系数在气体和液体之间，比液体

46、大体和液体之间，比液体大100倍左右。倍左右。超临界流体具有与液体相近的溶解能力，同时其传质速率远大于超临界流体具有与液体相近的溶解能力，同时其传质速率远大于液体溶剂并能很快达到萃取平衡。液体溶剂并能很快达到萃取平衡。超临界萃取在石油残渣中油品的回收、咖啡豆中脱除咖啡因、啤超临界萃取在石油残渣中油品的回收、咖啡豆中脱除咖啡因、啤酒花中有效成分的提取等过程中已成功地应用于大规模生产。酒花中有效成分的提取等过程中已成功地应用于大规模生产。超临界超临界CO2萃取操作温度较萃取操作温度较低，能避免天然产物中有效低，能避免天然产物中有效成分的分解。可用于成分的分解。可用于咖咖啡啡豆豆水水洗洗塔塔精精馏馏

47、塔塔CO2 + 咖啡因咖啡因咖啡因咖啡因CO2 (90oC, 1622MPa)脱气罐脱气罐水水 咖啡豆中脱除咖啡因咖啡豆中脱除咖啡因 名贵香花中提取精油名贵香花中提取精油 啤酒花及胡椒等物料中提啤酒花及胡椒等物料中提取香味成分或香精取香味成分或香精 大豆中提取豆油等大豆中提取豆油等液液-液萃取设备必须同时满足两相的充分接触（传质）和较完全的液萃取设备必须同时满足两相的充分接触（传质）和较完全的分离。液分离。液-液两相间密度差小，界面张力不大，为了提高萃取设备液两相间密度差小，界面张力不大，为了提高萃取设备的效率，通常要补给能量，如搅拌、脉冲、振动等。的效率，通常要补给能量，如搅拌、脉冲、振动等

48、。多级混合多级混合-澄清槽澄清槽多级混合多级混合-澄清槽澄清槽轻相入口轻相入口重相入口重相入口重相出口重相出口轻相出口轻相出口箱式多级混合箱式多级混合- -澄清槽内液体流向澄清槽内液体流向重相入口重相入口重相出口重相出口轻相出口轻相出口轻相入口轻相入口立式混合澄清立式混合澄清槽槽塔式萃取设备：塔式萃取设备：喷洒塔喷洒塔 喷洒塔又称喷淋塔，是最简喷洒塔又称喷淋塔，是最简单的萃取塔。单的萃取塔。喷洒塔结构简单，塔体内除喷洒塔结构简单，塔体内除进出各流股物料的接管和分进出各流股物料的接管和分散装置外，无其他内部构件。散装置外，无其他内部构件。缺点是轴向返混严重，传质缺点是轴向返混严重，传质效率较低。

49、效率较低。适用于仅需一、二个理论级适用于仅需一、二个理论级的场合，如水洗、中和或处的场合，如水洗、中和或处理含有固体的物系。理含有固体的物系。塔式萃取设备：塔式萃取设备：填料萃取塔填料萃取塔 packed extration column；packed extration tower结构与一般填充塔相像。操作时，结构与一般填充塔相像。操作时，重液由塔的上部连续进入，由塔底重液由塔的上部连续进入，由塔底排出。轻液由塔的下部连续进入，排出。轻液由塔的下部连续进入，由塔顶排出。为了使塔中液体保持由塔顶排出。为了使塔中液体保持一定的高度，重液的排出须经过一一定的高度，重液的排出须经过一个虹吸管，其上部

50、与塔的空间相连。个虹吸管，其上部与塔的空间相连。萃取的有效进行，要求在两液相间萃取的有效进行，要求在两液相间保持充分的密切接触，因此填料的保持充分的密切接触，因此填料的选择很重要。适用于由液体混合物选择很重要。适用于由液体混合物中萃取少量的被溶解物质，如由酚中萃取少量的被溶解物质，如由酚-水体系中用苯萃取酚等。水体系中用苯萃取酚等。优点：表面更新好。由于优点：表面更新好。由于多层筛板，使得分散相多多层筛板，使得分散相多次分散及凝聚，表面得以次分散及凝聚，表面得以多次的更新；限制了轴向多次的更新；限制了轴向的返混。塔结构简单、价的返混。塔结构简单、价格低廉格低廉缺点：级效率不太高适于缺点：级效率

51、不太高适于所需理论级数较少、处理所需理论级数较少、处理量较大，而且物系具有腐量较大，而且物系具有腐蚀性的场合。国内在芳烃蚀性的场合。国内在芳烃抽提中应用筛板塔获得了抽提中应用筛板塔获得了良好的效果。良好的效果。塔式萃取设备：塔式萃取设备：筛板萃取塔筛板萃取塔 塔式萃取设备：塔式萃取设备：筛板萃取塔筛板萃取塔 塔式萃取设备：塔式萃取设备：脉冲筛板塔脉冲筛板塔 脉冲筛板塔亦称液体脉动筛板塔，脉冲筛板塔亦称液体脉动筛板塔，是指由于外力作用使液体在塔内产生是指由于外力作用使液体在塔内产生脉冲运动的筛板塔，其结构与气脉冲运动的筛板塔，其结构与气-液液传质过程中无降液管的筛板塔类似。传质过程中无降液管的筛

52、板塔类似。 塔两端直径较大部分为上澄清段塔两端直径较大部分为上澄清段和下澄清段，中间为两相传质段，其和下澄清段，中间为两相传质段，其中装有若干层具有小孔的筛板，板间中装有若干层具有小孔的筛板，板间距较小，一般为距较小，一般为50mm。在塔的下澄。在塔的下澄清段装有脉冲管，萃取操作时，由脉清段装有脉冲管，萃取操作时，由脉冲发生器提供的脉冲使塔内液体作上冲发生器提供的脉冲使塔内液体作上下往复运动，迫使液体经过筛板上的下往复运动，迫使液体经过筛板上的小孔，使分散相破碎成较小的液滴分小孔，使分散相破碎成较小的液滴分散在连续相中，并形成强烈的湍动，散在连续相中，并形成强烈的湍动，从而促进传质过程的进行。

53、从而促进传质过程的进行。 脉冲发生器的类型有多种，如活塞型、膜片型、风箱形等。在脉冲萃取脉冲发生器的类型有多种，如活塞型、膜片型、风箱形等。在脉冲萃取塔内，一般脉冲振幅的范围为塔内，一般脉冲振幅的范围为950mm，频率为，频率为30200min-1。实验研究。实验研究和生产实践表明，萃取效率受脉冲频率影响较大，受振幅影响较小。一般认和生产实践表明，萃取效率受脉冲频率影响较大，受振幅影响较小。一般认为频率较高、振幅较小时萃取效果较好。如脉冲过于激烈，将导致严重的轴为频率较高、振幅较小时萃取效果较好。如脉冲过于激烈，将导致严重的轴向返混，传质效率反而下降。向返混，传质效率反而下降。 优点是结构简单

54、，传质效率高，但其生产能力一般有所下降，在化工生优点是结构简单，传质效率高，但其生产能力一般有所下降，在化工生产中的应用受到一定限制。产中的应用受到一定限制。塔式萃取设备：塔式萃取设备：脉冲筛板塔脉冲筛板塔 脉冲筛板塔中液体产生脉脉冲筛板塔中液体产生脉动的方式动的方式(a)往复活塞型往复活塞型;(b)脉动隔膜型脉动隔膜型;(c)风箱型风箱型;(d)脉动进料型脉动进料型;(e)空气脉动型空气脉动型 塔式萃取设备：塔式萃取设备：往复筛板萃取塔往复筛板萃取塔 将若干层筛板按一定间距固将若干层筛板按一定间距固定在中心轴上，由塔顶的传动机定在中心轴上，由塔顶的传动机构驱动而作上下往复运动。构驱动而作上下

55、往复运动。 往复振幅一般为往复振幅一般为350mm，频率可达频率可达100 min1。往复筛板的。往复筛板的孔径要比脉动筛板的大些，一般孔径要比脉动筛板的大些，一般为为716mm。 往复筛板萃取塔可较大幅度往复筛板萃取塔可较大幅度地增加相际接触面积和提高液体地增加相际接触面积和提高液体的湍动程度，传质效率高，流体的湍动程度，传质效率高，流体阻力小，操作方便，生产能力大，阻力小，操作方便，生产能力大，在石油化工、食品、制药和湿法在石油化工、食品、制药和湿法冶金工业中应用日益广泛。冶金工业中应用日益广泛。 塔式萃取设备：塔式萃取设备：转盘萃取塔（转盘萃取塔（RDC塔）塔） 1951年由年由Rema

56、n开发。在圆开发。在圆柱形的塔体内装有多层固定环形柱形的塔体内装有多层固定环形挡板，称为定环。定环将塔隔成挡板，称为定环。定环将塔隔成多个空间，两定环之间均装一转多个空间，两定环之间均装一转盘。转盘固定在中心转轴上，转盘。转盘固定在中心转轴上，转轴由塔顶的电机驱动。转盘的直轴由塔顶的电机驱动。转盘的直径应小于定环的内径，使环、盘径应小于定环的内径，使环、盘之间留有自由空间，以便安装和之间留有自由空间，以便安装和检修，增加塔内流通能力，提高检修，增加塔内流通能力，提高萃取传质效率。萃取传质效率。塔两端留有一定的空间作为塔两端留有一定的空间作为澄清室，并以栅型挡板与中段萃澄清室，并以栅型挡板与中段

57、萃取段隔开，以减少萃取段扰动对取段隔开，以减少萃取段扰动对澄清室内两相分层的影响。澄清室内两相分层的影响。转轴安装在塔体的偏心位置，转轴安装在塔体的偏心位置，既保持了转盘塔结构简单、传质既保持了转盘塔结构简单、传质效率高、生产能力大等特点，分开的澄清区可使分散相液滴反复效率高、生产能力大等特点，分开的澄清区可使分散相液滴反复进行凝聚进行凝聚-再分散，减小轴向混合，提高萃取效率。再分散，减小轴向混合，提高萃取效率。塔式萃取设备：塔式萃取设备：偏心转盘萃取塔（偏心转盘萃取塔（ARD塔）塔） 1 - 转盘；转盘； 2 - 横向水平挡板；横向水平挡板； 3 - 混合区；混合区；4 - 澄清区；澄清区；

58、 5 - 环形分割板；环形分割板； 6 - 垂直挡板垂直挡板塔式萃取设备：塔式萃取设备：偏心转盘萃取塔（偏心转盘萃取塔（ARD塔）塔） 近年开发的不对称转盘塔（又称偏心转盘塔）得到了广泛近年开发的不对称转盘塔（又称偏心转盘塔）得到了广泛的应用。带有搅拌叶片（又称转盘）的转轴安装在塔体的偏的应用。带有搅拌叶片（又称转盘）的转轴安装在塔体的偏心位置，塔内不对称地设置垂直挡板，将其分成混合区和澄心位置，塔内不对称地设置垂直挡板，将其分成混合区和澄清区。混合区由横向水平挡板分割成许多小室，每个小室的清区。混合区由横向水平挡板分割成许多小室，每个小室的转盘起混合搅拌器的作用。澄清区由水平挡板分割成许多小转盘起混合搅拌器的作用。澄清区由水平挡板分割成许多小室。室。偏心转盘萃取塔既保持原有转盘萃取塔良好的分散作用，同偏心转盘萃取塔既保持原有转盘萃取塔良好的分散作用，同时，分开的澄清区可以使分散相液滴反复进行凝聚及再分散时，分开的澄清区可以使分散相液滴反复进行凝聚及