1、在液体混合物中加入与其不完全混溶的液体溶剂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（萃取剂），形成液-液两相，液两相，利用液体混合物中利用液体混合物中各组分在两液相中溶解度的差异而达到分离的目的各组分在两液相中溶解度的差异而达到分离的目的。也称溶剂萃取，简称萃取。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表表示；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分互溶
2、。不互溶或仅部分互溶。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-settler萃取液萃取液E萃余液萃余液R溶剂溶剂S特点：单级萃取最多为一次平衡，故分离程度不特点：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。质萃取率要求不高的场合。原料液依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各级的原料液
3、依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各级的混合槽中，萃取相和最后一级的萃余相分别进入溶混合槽中，萃取相和最后一级的萃余相分别进入溶剂回收设备。剂回收设备。萃取率比较高，但萃取剂用量较大，溶剂回萃取率比较高，但萃取剂用量较大，溶剂回收处理量大，能耗较大。收处理量大，能耗较大。萃取剂萃取剂Solvent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原料液和萃取剂依次按反方向通过各级，最终萃取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，最终萃余相从加入萃取剂的一
4、端排出，引入溶剂回收设萃余相从加入萃取剂的一端排出，引入溶剂回收设备中。备中。可用较少的萃取剂获得比较高的萃取率，工可用较少的萃取剂获得比较高的萃取率，工业上广泛采用。业上广泛采用。 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，另一液相为连续相，另一液相为分散相，分一液相为分散相，分散相和连续相呈逆流散相和连续相呈逆流流动；两相在流动过流动；两相在流动过程中进行质量传递，程中进行质量传递，其浓度沿塔高呈连续其浓度沿塔高呈连续微分变化；两相的分微分变化；两相的分离在塔的上下两端进离在塔的上下两端进行。行。一般为塔式设备一般为塔式设备（喷淋塔、填
5、料塔、转盘塔、振动筛板塔等）。（喷淋塔、填料塔、转盘塔、振动筛板塔等）。轻液出口轻液出口Light Light Liquid outletLiquid outlet轻液进口轻液进口LightLightliquid inletliquid inlet重液出口重液出口Heavy Heavy liquid outletliquid outlet重液进口重液进口Heavy Heavy liquid inletliquid inlet萃取过程本身并未完全完成分离任务，而只是将难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混合物，要得到于分离的混合物转变成易于分离的混合物，要
6、得到纯产品并回收溶剂，必须辅以精馏（或蒸发）等操纯产品并回收溶剂，必须辅以精馏（或蒸发）等操作。作。萃取操作是两相间的传质过程，需要研究两液相间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和相际间的传质速率问题。的平衡关系和相际间的传质速率问题。 (1) (1) 混合液中各组分的沸点很接近或形成恒沸混合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；物，用一般精馏方法不经济或不能分离；(2) (2) 混合液中含热敏性物质，受热易分解、聚合或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；发生其它化学变化；(3) (3) 混合液中需分离的组分浓度很
7、低，采用精馏方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。法须将大量的稀释剂汽化，能耗太大。 工业萃取过程中萃取剂与稀释剂一般为部分互工业萃取过程中萃取剂与稀释剂一般为部分互溶，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。三角形坐标图来表示。 可用等腰直角三角形、等边三角形、不等腰直角三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。本章组分的浓度以摩尔分率，质量分率表示均可。本章中中 xA、xB、xS分别表示分别表示 A、B、S 的质量分率。的质
8、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。EEMM三条边上的任一点代表某二元混合物的组成，不含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。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 ABS0.80.60.40.20.80.60.40
9、.20.20.40.60.8ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8EEMM描述两个混合物描述两个混合物C和和D形成一个新的混合物形成一个新的混合物M时，或时，或者一个混合物者一个混合物M分离为分离为C和和D两个混合物时，其质量两个混合物时，其质量之间的关系。之间的关系。 (1) M点为点为C与与D点的点的，C点点为为M点与点与D点的点的，D点点为为M点与点与C点的差点。分点点的差点。分点与合点在同一条直线上，分与合点在同一条直线上，分点位于合点的两边；点位于合点的两边；xACABSDCMxAMxADxSCxSMxSD(2) 分量与合量的质量与直线上分量与
10、合量的质量与直线上相应线段的长度成比例，即：相应线段的长度成比例，即： CMDMDC/CDDMMC/CDCMMD/CD线上不同的点代表线上不同的点代表C、D以不同质量比进行混合所得的混以不同质量比进行混合所得的混合物；混合物合物；混合物M可分解成任意两个分量，只要这两个分量位可分解成任意两个分量，只要这两个分量位于通过于通过M点的直线上，在点的直线上，在M点的两边即可。点的两边即可。总物料衡算：总物料衡算： A组分的衡算：组分的衡算： CM线斜率MDCAMADACMxDxCxSMSDSCMxDxCx)()(ADAMAMACxxDxxC)()(SDSMSMSCxxDxxCSDSMADAMSMSC
11、AMACxxxxxxxxDMCMxxxxCDADAMAMAC11DMCMCDDMDMCMCCDDMCDCMCDMCMDS组分的衡算：组分的衡算： MD线斜率xACABSDCMxAMxADxSCxSMxSDC、M、D三点必在同一直线上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；(2) 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；(3) 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为二对部分为二对部分互溶组分。互溶组分。
12、通常，将（通常，将（1）（）（2）中只有一对部分互溶组分的三）中只有一对部分互溶组分的三元溶合物体系称为第元溶合物体系称为第I类物质。类物质。如丙酮（如丙酮（A）-水（水（B）-甲基异丁基酮（甲基异丁基酮（S） 醋酸（醋酸（A）-水（水（B）-苯（苯（C）萃取中萃取中(I)类物系较普遍，故主要讨论该类物系的液类物系较普遍，故主要讨论该类物系的液-液相平衡。液相平衡。 ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8REM单相区两相区组成落在单相区的三元混合组成落在单相区的三元混合物形成一个均匀的液相；物形成一个均匀的液相；组成落在双相区的三元混组成落在双相区的三元
13、混合物所形成的两互成平衡合物所形成的两互成平衡的液相，其组成分别由的液相，其组成分别由 R 和和 E 点表示；点表示；联结E、R两点的直线。连接所有的连接所有的E、R点即得溶解度点即得溶解度曲线。曲线。恒温条件下，在实验瓶中加入恒温条件下，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点点），滴加少，滴加少许溶质许溶质A至至M1点点，充分混合后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
14、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。R1E1M1ERdABS对任何对任何B、S的两相混合物，当加入的两相混合物，当加入A的量使混合液恰好变为均相的量使混合液恰好变为均相的点称为混溶点。的点称为混溶点。d1d2ERd3d4溶解度曲线上所有的点都是混溶点，既可能代表溶解度曲线
15、上所有的点都是混溶点，既可能代表E相，也可能代相，也可能代表表R相。相。P点将溶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。一般相区域与萃余相区域。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，其准确位置的线的最高点，其准确位置的实验测定也很困难。实验测定也很困难。 通常联结线不互相平行，其斜率随混合液的组成而异，一般是按通常联结线不互相平行，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。 ABSR1E1M1ER
16、d两个共轭相组成相同时的混溶两个共轭相组成相同时的混溶点。点。P通常联结线不互相平行，其斜率随混合液的组成而异，一般是按通常联结线不互相平行，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。 已知共轭相中任一相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
17、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，
18、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 xy0两相平衡关系也可由直角坐标系表示，用两相平衡关系也可由直角坐标系表示，用 yA 表示表示 A 组分在萃取组分在萃取相的浓度，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。分配曲线)(AAxfy 只要任一平衡相中的任一组分的只要
19、任一平衡相中的任一组分的组成一定，共它组分的组成及其组成一定，共它组分的组成及其共轭相的组成就为定值。共轭相的组成就为定值。单液相三组分体系，单液相三组分体系，F = 4。温度、。温度、压强一定，两个组分浓度可自由变压强一定，两个组分浓度可自由变化，归一条件确定第三组分浓度。化，归一条件确定第三组分浓度。2CFP双液相三组分体系平衡时，双液相三组分体系平衡时，F = 3。温度、压强一定，温度、压强一定，F=1。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：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
20、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ABSREMERFEmaxMSFMFS/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；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；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。 液液-
21、液传质设备中，两相之间、分散的液滴间以及两相流体与设备液传质设备中，两相之间、分散的液滴间以及两相流体与设备间均存在着十分复杂的相互作用。间均存在着十分复杂的相互作用。(1) 液滴的破碎；液滴的破碎；(2) 液滴间的凝聚；液滴间的凝聚；(3) 界面扰动；界面扰动；(4) 轴向混合等。轴向混合等。在萃取设计中，需同时考虑相平衡关系和相际传质速率。传在萃取设计中，需同时考虑相平衡关系和相际传质速率。传质速率取决于相际接触面积、传质系数和传质推动力。质速率取决于相际接触面积、传质系数和传质推动力。一般将一相分散成液滴与另一相接触，以增加传质面积。一般将一相分散成液滴与另一相接触，以增加传质面积。由于
22、萃取设备的两相流动现象极为复杂，目前必须依靠经验由于萃取设备的两相流动现象极为复杂，目前必须依靠经验和半经验的方法来处理萃取过程的设计和放大。和半经验的方法来处理萃取过程的设计和放大。 液液传质过程中，分散相既可以是重相，也可以是轻相。分散相液液传质过程中，分散相既可以是重相，也可以是轻相。分散相的选择应考虑以下几方面：的选择应考虑以下几方面：(1) 两相体积流率相差不大时，以体积流率大的作为分散相。对同两相体积流率相差不大时，以体积流率大的作为分散相。对同样尺寸的液滴，可以有较大的接触界面；样尺寸的液滴，可以有较大的接触界面；(2) 两相体积流率相差很大时，以体积流率小的作为分散相；两相体积
23、流率相差很大时，以体积流率小的作为分散相；(3) 从安全方面考虑，应将易燃易爆的液相作为分散相；从安全方面考虑，应将易燃易爆的液相作为分散相；(4) 传质方向、表面张力和界面扰动的考虑：传质方向、表面张力和界面扰动的考虑：对对 d /dc0 的系统，液滴稳定性较差，容易破碎，的系统，液滴稳定性较差，容易破碎，而液膜的稳定性较好，液滴不易合并。此时形成的液滴群平均而液膜的稳定性较好，液滴不易合并。此时形成的液滴群平均直径较小，相际接触表面较大。直径较小，相际接触表面较大。情况刚好相反。情况刚好相反。根据系统性质选择好分散相，可在同样条件下获得较大的相际传根据系统性质选择好分散相，可在同样条件下获
24、得较大的相际传质表面积，强化传质过程。质表面积，强化传质过程。(5) 设备内件的润湿特性，一般选择不润湿内部构件的那一相为分设备内件的润湿特性，一般选择不润湿内部构件的那一相为分散相。散相。 液液-液萃取过程传质速率方程式为液萃取过程传质速率方程式为 式中：式中：NA萃取通量，萃取通量，kg/(m2s)； kx以萃余相为基准的分传质系数，以萃余相为基准的分传质系数，kg/(m2s x)； ky以萃取相为基准的分传质系数，以萃取相为基准的分传质系数，kg/(m2s y)； x、xi 分别为萃余相主体、界面浓度；分别为萃余相主体、界面浓度； y、yi 分别为萃取相主体、界面浓度。分别为萃取相主体、
25、界面浓度。)()(AyykxxkNiyix)()(*AxxKyyKNxyyxxmkkK111xyykmkK11式中：式中：Ky以萃取相为基准的总传质系数，以萃取相为基准的总传质系数，kg/(m2s y)； Kx以萃余相为基准的总传质系数，以萃余相为基准的总传质系数，kg/(m2s x)； y* 与萃余相组成与萃余相组成 x 成平衡的萃取相组成；成平衡的萃取相组成； x* 与萃取相组成与萃取相组成 y 成平衡的萃余相组成。成平衡的萃余相组成。 1、萃取率（提取率）、萃取率（提取率）E：)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
26、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：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。 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
27、。 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
28、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，对萃取低粘度有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。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
29、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
30、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，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，温度上升，互溶度增加，两相区减小。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。二苯基己烷廿二烷糠醛0.80.6
31、0.40.20.80.60.40.20.20.40.60.845 C80 C115 C140 C甲基环戊烷正己烷苯胺0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.845 CPP34.5 C25 C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
32、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E, yE萃余相R, xR料液F, xF萃取剂S, yS萃取液E, yE萃余液R, xR脱除 S脱除 S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 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
33、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S0根据杠杆法则根据杠杆法则 溶剂比溶剂比 yE、xM、xR 、xR、yE可由相可由相图读出。图读出。 MSFMFS00MERSF0MERsFMxEyRxySFx0SMMFyxxxFS)(0RERMxyxxME)(REMExyxyMR)(ERFERFyExRF
34、xRERFxyxxFE)(REFExyxyFR)(ABSREERFM单级萃取图解法S0D点：最小溶剂用量，点：最小溶剂用量，SminG点：最大溶剂用量，点：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：萃取操作萃取操作S应满足下列条件应满足下列条件： ABSREFM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
35、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Y0X1XF-B/S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：
36、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，标绘的联结线数目即为理论级数。 萃取剂S, yS料液F, xF萃取相Extract萃余相RaffinateM1M2M3MnE1R1E2E3EnR2R3Rn-1Rn设各级萃取剂用量均为S0M1( F S0 上上)M2(R1S0 上上)M3(R2S0 上
37、上)ABSR1E1FM1多级错流萃取图解法S0E2R2M3M2E3R30101/FSMSMF012021/SRMSMR023032/SRMSMR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萃取剂萃取剂S, yS料液
38、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 = = 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
39、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S0E2E3F - 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 M3 M4 M 操作线方程S0, ySmnEm , ymEnRm-1 , xm-1RmRn-1Rn , xnEm-1nnmmmmSxRyExRyS110nmnSmmmmmxERyESxERy011对对A组分作物料衡算：组分
40、作物料衡算：ABSE1FM多级逆流萃取图解法S0EmRm-1(1) 确定确定 Rn 及及 E1 点，由点，由 E1F 线与线与 S0Rn 线确定点线确定点 。 Rn(2) 在在 FE1 及及 RnS0 两线间，过两线间，过 点作任意操作线与溶解点作任意操作线与溶解度曲线相交于度曲线相交于 Rm-1 与与 Em，得操作线上一点（得操作线上一点（xm-1、ym），），重复上述步骤可得操作线重复上述步骤可得操作线。(2) 在分配曲线与操作线在分配曲线与操作线之间，从点之间，从点 N (xF，y1)开始画梯级，直至开始画梯级，直至某一梯级所指萃余相某一梯级所指萃余相组成组成 x xn 为止，所为止，所
41、绘的梯级数即为萃取绘的梯级数即为萃取所需的理论级数所需的理论级数。(1) 由平衡数据绘出分配由平衡数据绘出分配曲线；由操作线数据曲线；由操作线数据画操作线。画操作线。xy0分配曲线PNy1xFxnySxm-1ym操作线 操作线方程11SYBXSYBXmmFFmmXSBYXSBY11S, Ym+11mS , Y1SB , XFBBB , XmS式中：XF 料液中溶质 A 的浓度，kgA/kgB； Y1 最终萃取相 E1 中溶质 A 的浓度，kgA/kgS； Xm 离开 m 级萃取相中溶质 A 的浓度，kgA/kgB; Ym+1 进入 m 级萃取相中溶质 A 的浓度，kgA/kgS; B 原料液中
42、纯稀释剂的流量，kg/h; S 原始萃取剂组分纯 S 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NY1XFXnYSX2Y2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
43、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(B/S)maxY2XFXnYSY1(B/S)1(B/S)2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S01Rn2M2E1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。 AB
44、SE1FM1多级逆流萃取图解法S01Rn2M2E1操作线与平衡线的切点操作线与平衡线的切点 e 既在平衡线上，又在操作既在平衡线上，又在操作线上。线上。在三角形相图中，在三角形相图中，(S/F)min对应的操作线与平衡联结对应的操作线与平衡联结线重合。线重合。利用杠杆规则可求出最小利用杠杆规则可求出最小溶剂比溶剂比 (S/F)min 。xy0分配曲线PNy1xFxnyS操作线e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
45、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
46、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。 HayyKEyyd)()(d*yyaKEyHy)(dd萃取相 E, y 经过逆流萃取塔中微元段 dH 后变为E+dE, y+dy。以微元段为控制体，对溶质组分作物料衡算有： 式中：E萃取相的流量，kg/h、或kg/s； a单位塔体积的传质面积，m2/m3； 塔截面积，m2； Ky以萃取相组成为推动力的总传质系数，kg/(m2hy)； y*与萃余相组成x呈平衡的萃取相组成，质量分率。 E, ydHE+dE, y+dy53写在最后写在最后成功的基础在于好的学习习惯成功的基础在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habitsThe foundation of success lies in good habits谢谢谢谢大家大家荣幸荣幸这这一路，与你同行一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The WayItS An Honor To Walk With You All The Way讲师讲师：XXXXXX XXXXXX XXXX年年XXXX月月XXXX日日
