1、液液-液萃取过程液萃取过程n基本概念基本概念 利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解度差而将其从一个液相利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解度差而将其从一个液相转移到另一个液相的分离过程称为液液萃取（转移到另一个液相的分离过程称为液液萃取（Liquid-liquid extraction），也叫溶剂萃取（），也叫溶剂萃取（Solvent Extraction），简称萃取。），简称萃取。待分离的一相称为被萃相，用做分离剂的相称为萃取相。萃取相中起待分离的一相称为被萃相，用做分离剂的相称为萃取相。萃取相中起萃取作用的组分称为萃取剂，起溶剂作用的组分称为稀释剂或溶剂。萃取作用的组分称为萃取剂，起溶剂作
2、用的组分称为稀释剂或溶剂。分离完成后的被萃相又称为萃余相。分离完成后的被萃相又称为萃余相。 萃取过程主要用于分离和提取已经存在于液相中的某种物质，在萃取过程主要用于分离和提取已经存在于液相中的某种物质，在石油化工、湿法冶金、核工业、生化、食品、医药、轻工等领域被广石油化工、湿法冶金、核工业、生化、食品、医药、轻工等领域被广泛使用。泛使用。2 2、基本过程描述、基本过程描述混合液混合液A+B萃取剂(溶剂S)萃取相(S+A)萃余相萃余相(B+A)搅拌加料加料混合混合分相分相 反 萃 （ 纯反 萃 （ 纯化和回收）化和回收）混合液多为水相, 加入电解质 (盐析效应), 可降低溶质和有机相在水相中溶解
3、度. ExtractantExtract phaseRaffinate phase影响萃取操作的因素：影响萃取操作的因素：a.a. 温度温度b.b. pHpH值值c.c. 相比相比d.d. 盐分盐分e.e. 乳化程度乳化程度温度温度互溶性增大；互溶性增大；温度温度产物稳定性提高，粘度增加，扩散性能减小。产物稳定性提高，粘度增加，扩散性能减小。影响分配系数，影响物质解离情况影响分配系数，影响物质解离情况溶媒比溶媒体积溶媒比溶媒体积/ /萃取体积萃取体积溶媒比溶媒比萃取效果萃取效果溶媒回收费用溶媒回收费用盐分影响分配系数盐分影响分配系数尽量破坏乳浊液，如轻度乳化，要加热过滤离心（热尽量破坏乳浊液，
4、如轻度乳化，要加热过滤离心（热敏物质不用加热）；重度乳化，加敏物质不用加热）；重度乳化，加SDSSDS、溴化十五烷基、溴化十五烷基吡啶等去乳化剂。吡啶等去乳化剂。萃取过程中的特点萃取过程中的特点1.1.萃取过程为液液传质，比汽液传质要难。在萃取过程中，萃取过程为液液传质，比汽液传质要难。在萃取过程中，两相应先进行紧密接触，完成传质，然后又需靠两相之两相应先进行紧密接触，完成传质，然后又需靠两相之间的密度差或外界输入能量进行两相的分离。间的密度差或外界输入能量进行两相的分离。2.2.两相间的密度差、界面张力和两相的粘度等物质性质非两相间的密度差、界面张力和两相的粘度等物质性质非常重要。对填料和设
5、备的亲和性也是一重要因素。常重要。对填料和设备的亲和性也是一重要因素。 填料塔：现在常用的鲍尔环等是根据气液传质开发的，填料塔：现在常用的鲍尔环等是根据气液传质开发的，用于液液传质往往效率不高。用于液液传质往往效率不高。 气液传质中，液体沿填料流下，气液在填料表面完成。气液传质中，液体沿填料流下，气液在填料表面完成。 液液传质，是分散相分成液滴，传质是液滴群。液液传质，是分散相分成液滴，传质是液滴群。 萃取过程中的特点萃取过程中的特点萃取过程塔中，尤其是连续逆流萃取，轴向混合非常严重。萃取过程塔中，尤其是连续逆流萃取，轴向混合非常严重。返混和前混。造成萃取塔的效率一般很低。返混和前混。造成萃取
6、塔的效率一般很低。 萃取过程中的常用术语萃取过程中的常用术语1. 1. 分配比分配比 (partition coefficient)(partition coefficient) 达到萃取平衡时，被萃物在两相中的浓度比成为被达到萃取平衡时，被萃物在两相中的浓度比成为被萃物的分配比，也称为分配系数。萃物的分配比，也称为分配系数。其 中 ，其 中 ， 为 被 萃 物为 被 萃 物 A A 在 萃 取 相 中 的 浓 度 ；在 萃 取 相 中 的 浓 度 ； 为被萃物为被萃物A A在被萃相中的浓度。在被萃相中的浓度。注意：被萃物可能以多种注意：被萃物可能以多种形式存在，这儿的浓度为各种形式的总和。形
7、式存在，这儿的浓度为各种形式的总和。 )()(aAoAccD )(oAc)(aAc4.1.3 4.1.3 萃取过程中的常用名词萃取过程中的常用名词2. 2. 相比相比 萃取体系中萃取相萃取体系中萃取相 与与 被萃相的被萃相的体积比称为相比。体积比称为相比。 在连续萃取过程中，通常用两相的流比取代相比。在连续萃取过程中，通常用两相的流比取代相比。 为萃取相流量，为萃取相流量， 为被萃相流量。为被萃相流量。)()(/aoVVR )(oV)(aVLGr/LG4.1.3 4.1.3 萃取过程中的常用名词萃取过程中的常用名词3. 3. 分离系数分离系数 分离系数表示被萃相中两种物质可被某种分离系数表示被
8、萃相中两种物质可被某种萃取剂所分离的那易程度，它等于这两种物质萃取剂所分离的那易程度，它等于这两种物质在相同萃取条件下的分配比之比。在相同萃取条件下的分配比之比。 与相对挥发度一样，分离系数值越远离与相对挥发度一样，分离系数值越远离1 1，两种物质越容易分离；反之则不容易。两种物质越容易分离；反之则不容易。BADD /萃取过程中的常用名词萃取过程中的常用名词4. 4. 萃取剂，稀释剂，助溶剂，助萃剂萃取剂，稀释剂，助溶剂，助萃剂 萃取相可以是一种纯的有机溶剂，但大部分是一种萃取相可以是一种纯的有机溶剂，但大部分是一种期萃取作用的物质溶解在一种溶剂中。起萃取作用的是期萃取作用的物质溶解在一种溶剂
9、中。起萃取作用的是萃取剂，溶剂为稀释剂。萃取剂，溶剂为稀释剂。 此外，如果在一种溶剂中加入少量大的另一种溶剂以此外，如果在一种溶剂中加入少量大的另一种溶剂以促进萃取剂在溶剂中的溶解，此种溶剂就成为助溶剂。促进萃取剂在溶剂中的溶解，此种溶剂就成为助溶剂。 如在体系中加入另一种萃取剂，起辅助萃取作用，如在体系中加入另一种萃取剂，起辅助萃取作用，该萃取剂称为助萃剂。该萃取剂称为助萃剂。液液萃取的分类和萃取剂液液萃取的分类和萃取剂n简单分子萃取简单分子萃取 中性物质水相和有机相之间的物理分配。中性物质水相和有机相之间的物理分配。被萃物在两相中以中性分子形式存在。溶剂与被被萃物在两相中以中性分子形式存在
10、。溶剂与被萃物没有化学结合萃物没有化学结合 OsOOsO4 4-H-H2 2O-CClO-CCl4 4 CCl CCl4 4从水溶液萃取的是从水溶液萃取的是OsOOsO4 4n中性络合萃取中性络合萃取1. 1. 被萃物是中性分子。被萃物是中性分子。2. 2. 萃取剂也是中性分子。萃取剂也是中性分子。3. 3. 萃取剂与被萃物生成中性络合物。萃取剂与被萃物生成中性络合物。Re(NORe(NO3 3): Re ): Re 稀土元素稀土元素 , , 铼铼TBP (TBP (磷酸三丁酯磷酸三丁酯).). 液液萃取的分类和萃取剂液液萃取的分类和萃取剂吡啶萃取吡啶萃取Cu(NOCu(NO3 3) )2 2
11、, , Cu(NO Cu(NO3 3) )2 2 (Py) (Py)2 2. . 液液萃取的分类和萃取剂液液萃取的分类和萃取剂n酸性络合体系酸性络合体系1. 1. 萃取剂（螯合剂）是一弱酸萃取剂（螯合剂）是一弱酸(HL, HL(HL, HL2 2) )，即溶于水相也溶，即溶于水相也溶于有机相。（有机相溶解度大，但分配与于有机相。（有机相溶解度大，但分配与pHpH有关）。有关）。2. 2. 水相中金属离子以阳离子水相中金属离子以阳离子M Mn+n+存在存在(ML(MLx x) )。3.3.水相中金属离子与酸形成螯合物水相中金属离子与酸形成螯合物MLMLx x 。4. 4. 螯合物螯合物MLMLx
12、 x难溶于水而易溶于有机相。难溶于水而易溶于有机相。5.5.螯合反应为螯合反应为M Mn+ n+ +nL= M+nL= Mn+n+L Ln n +nH+nH+ +LIX64LIX64 萃取铜离子萃取铜离子4224SOHCuR2HRCuSO酸性络合体系n1. 1. 螯合萃取剂螯合萃取剂4224SOHCuR2HRCuSOnLIX64 LIX64 含有酸性集团-OH和配位集团 C=N，金属离子除将萃取剂中氢离子置换出来，还与萃取剂形成配位键，形成一种具有环状结构的金属疏水性金属螯合物。 萃取剂贵，但选择性高。酸性络合体系n2. 2. 烷基磷酸络螯合萃取剂烷基磷酸络螯合萃取剂含有酸性集团-OH，金属离
13、子除将萃取剂中氢离子置换出来，类似阳离子交换树脂与金属离子的交换。 萃取剂较便宜，但选择性不高。萃取络合物在有机相中有较大的溶解度。萃取剂和萃合物在有机相中以氢键聚合。P204P204，P507P507CH3OHOPCH2C2H5pKaCH2CH2CH CH2OCH3CH2CH2CH2CH CH2OC2H5CH3O-OPCH2C2H5CH2CH2CH CH2OCH3CH2CH2CH2CH CH2OC2H5+ H+液液萃取的分类和萃取剂液液萃取的分类和萃取剂n 离子离子缔和缔和萃取萃取 被萃物与萃取剂在有机相形成离子缔和体。被萃物与萃取剂在有机相形成离子缔和体。例子：例子：N235 N235 萃
14、取植酸萃取植酸2TBPHFeCl2TBPFeClH44萃取剂的选择和常用萃取剂萃取剂的选择和常用萃取剂 (1)(1) 萃取剂应具备的特点萃取剂应具备的特点 萃取剂中至少要有一个能与被萃物形成萃取剂中至少要有一个能与被萃物形成萃合物的官能团。常见的萃取官能团通常是一萃合物的官能团。常见的萃取官能团通常是一些包含些包含N N、O O、P P、S S的基团。的基团。 萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构或基团，如长链烃、芳烃等，以利于萃取剂构或基团，如长链烃、芳烃等，以利于萃取剂在稀释剂中的溶解，并防止被萃相对它的溶解在稀释剂中的溶解，并防止被萃相对它的溶解夹带损失
15、。夹带损失。4.1.2 4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂萃取剂的选择和常用萃取剂(2)(2)萃取剂选择要点萃取剂选择要点 选择性好选择性好 表现为分离系数大。表现为分离系数大。 萃取容量大萃取容量大 表现为单位体积溶解萃合物多。表现为单位体积溶解萃合物多。 化学稳定性强化学稳定性强 耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。蚀。 易与被萃相分层易与被萃相分层, , 不乳化、不产生第三相不乳化、不产生第三相 ( (界面张界面张力力) )。 易于反萃或分离易于反萃或分离 便于萃取剂的重复利用。便于萃取剂的重复利用。 安全性好安全性好 无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。无毒
16、或低毒、不易燃、难挥发、环保。 经济性好经济性好 成本低、损耗小。成本低、损耗小。4.1.2 4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂萃取剂的选择和常用萃取剂2. 2. 常用萃取剂常用萃取剂 中性萃取剂中性萃取剂 包括含磷类、含氧类和含硫类重包括含磷类、含氧类和含硫类重型萃取剂，如磷酸三丁酯型萃取剂，如磷酸三丁酯(TBP)(TBP)、甲基异丁基酮、甲基异丁基酮(MIBK)(MIBK)、二辛基亚砜二辛基亚砜(DOSO)(DOSO)等。等。 有机酸萃取剂有机酸萃取剂 包括有机磷酸、有机磺酸、羧包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸等。酸等。 胺类萃取剂胺类萃取剂 各种有机胺和胺盐。各种有机胺和胺盐。 螯合萃取剂
17、螯合萃取剂 各种有机螯合物、冠醚等。各种有机螯合物、冠醚等。例子 1：青霉素的萃取分离 青霉素是一组抗菌素，在青霉素是一组抗菌素，在pH=2pH=2 时，以时，以青霉素酸形式青霉素酸形式存在，溶于有机溶剂中。在存在，溶于有机溶剂中。在pH=7pH=7时，形成青霉素盐，时，形成青霉素盐，能溶于水中。利用其这种性质，经反复在溶剂相和水相间转能溶于水中。利用其这种性质，经反复在溶剂相和水相间转移，达到提纯和浓缩的目的。移，达到提纯和浓缩的目的。 典型三步法：典型三步法： 将经过过滤的发酵液，经稀硫酸酸化（将经过过滤的发酵液，经稀硫酸酸化（ pH=2-pH=2-2.22.2），把青霉素提到醋酸丁酯中。
18、二步，用磷酸缓冲液），把青霉素提到醋酸丁酯中。二步，用磷酸缓冲液酸形式或碳酸氢钠水溶液，酸形式或碳酸氢钠水溶液， pH= 6.8-7.2pH= 6.8-7.2，将青霉素从有机，将青霉素从有机相转到水相。三步，调相转到水相。三步，调 pH=2-2.2pH=2-2.2，把青霉素再提到有机相，把青霉素再提到有机相，去结晶工序。去结晶工序。例子 2：从矿石中提取铀Dapex工艺 4342SO2242SO42SO22)(SOUO)(SOUOSOUOUO2424241.1. 用酸（或碱）将铀从矿石中浸出，铀在硫酸用酸（或碱）将铀从矿石中浸出，铀在硫酸浸出液中存在下列平衡浸出液中存在下列平衡 用用P204P
19、204萃取，稀释剂为煤油，萃取，稀释剂为煤油， P204P204在煤油中以在煤油中以(RH)(RH)2 2存在。存在。2HH)(RUO2(RH)UO222222要对pH,阴离子浓度，等都对萃取有影响，因此要做条件优化.PH2。对其它金属杂质离子萃取系数都很小。例子 2：从矿石中提取铀2. 2. 反萃反萃 稀释剂为稀释剂为0.1mol/L P204, 0.1mol/L TBP.0.1mol/L P204, 0.1mol/L TBP.H2NaR(CO3)UONa3H)(RUO232432222CONaTBP：1. 协萃作用。2. 提高NaR2H+在有机相中溶解。例子 2：从矿石中提取铀（Amex工
20、艺） 4342SO2242SO42SO22)(SOUO)(SOUOSOUOUO2424241.1. 用酸（或碱）将铀从矿石中浸出，铀在硫酸用酸（或碱）将铀从矿石中浸出，铀在硫酸浸出液中存在下列平衡浸出液中存在下列平衡 用三脂肪胺，三辛胺，用三脂肪胺，三辛胺，N235N235（混合烷基叔胺）（混合烷基叔胺）+ +异癸醇异癸醇+ +煤油煤油。2422342342)(SOUONH)(RSONH)(RSOUO例子 2：从矿石中提取铀4242(o)334222SO2NaSOUOClNHRNaCl4SOUOH)(R2. 2. 反萃反萃 1. 1. 用氯化物，如用氯化物，如pH = 2 pH = 2 的的N
21、aClNaCl溶液溶液 2. 2. 用硫酸氨用硫酸氨- -氢氧化胺为反萃剂反萃取，如氢氧化胺为反萃剂反萃取，如pH = 3.5pH = 3.54.54.5OHSO)2(NHSOUON4R4NaOHSOUOH)(R242442334222液液萃取在工业上的应用 1 1、液液萃取在石油化工中的应用、液液萃取在石油化工中的应用分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物 用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡以HF-BF3作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体2 2、在生物化工和精细化工中的应用、在生物化工和精细化工中的应用 以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液香料工业中用正丙醇从亚硫
22、酸纸浆废水中提取香兰素 食品工业中TBP(磷酸三丁酯磷酸三丁酯) )从发酵液中萃取柠檬酸 3 3、湿法冶金中的应用、湿法冶金中的应用用溶剂LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜液液萃取的优点:1. 两相可变的物理和化学因子多两相可变的物理和化学因子多. . 2. 2. 可分离挥发度相近的物质可分离挥发度相近的物质. .3.3. 便于连续操作便于连续操作. .4.4. 能量消耗低能量消耗低. .5.5. 操作条件温和操作条件温和. .4.2 4.2 液液相平衡液液相平衡等边三角形法.C: A与B的二元组分.D: 三元组分.杠杆原则确定百分含量.三元组成在直角三角形相图中的表示法三元组成
23、在直角三角形相图中的表示法 ABSHM MDEGFKM点的组成为：0.4 0.3 0.3 ABSxBExSGxBF4.2 4.2 双结点曲线双结点曲线一定温度下, 形成一对部分互溶液相的三元体系的双结点曲线.R1E1 为结线.P为临界混溶点(褶点).温度升高, 两相区减小.4.2 4.2 互溶度测定方法互溶度测定方法1. 化学分析法.4.2 4.2 互溶度测定方法互溶度测定方法1. 浊度法. 289 萃取过程计算萃取过程计算萃取过程分析萃取过程分析 常用的工业萃取过程根据使用的设备通常分为逐级萃取过程常用的工业萃取过程根据使用的设备通常分为逐级萃取过程和微分萃取过程。和微分萃取过程。1. 1.
24、 逐级萃取过程逐级萃取过程 ( (平衡萃取平衡萃取) ) 以多级混合澄清槽为萃取设备的连续萃取过程。特点是每一以多级混合澄清槽为萃取设备的连续萃取过程。特点是每一个萃取级构成一个平衡级，个萃取级构成一个平衡级， 易实现过程分解、组合与控制。易实现过程分解、组合与控制。 2. 2. 微分萃取过程微分萃取过程 以各种塔为萃取设备的连续萃取过程。特点是设备紧凑，操以各种塔为萃取设备的连续萃取过程。特点是设备紧凑，操作简单，结构形式选择多；但易出现轴向返混，影响萃取效率。作简单，结构形式选择多；但易出现轴向返混，影响萃取效率。z zA Ay yA AMSMFWWFS REMRWWME ERFRWWFE
25、 ABSREFME R 300RERMMExyxzWW)(RERFFExyxxWW )(EFRWWW 301R RM ME Ex xR R z zM M y yE ESSSAAAFARxEySzRxEySzFxRESF 0ERFRWWFE E E R R F FA AB BS SR RE EF FM MMSMFFS/ E E R R ERRMME/ EMR 302逐级萃取过程逐级萃取过程1. 1. 逐级萃取过程分析逐级萃取过程分析 (1)(1)逆流萃取逆流萃取 (2)(2)错流萃取错流萃取 311 化工原理（下）化工原理（下）-液液萃取液液萃取-萃取过程计算萃取过程计算X Xn nX X5 5
26、X X4 4 X X3 3 X X2 2 X X1 1 X XF F分配曲线分配曲线斜率斜率- -B/SB/SY Y1 1Y Y2 2Y Y3 3Y Y4 4Y Yn nZ ZY YL L ZXSBXSBYF11 ZXSBXSBYNNN1 312 化工原理（下）化工原理（下）-液液萃取液液萃取-萃取过程计算萃取过程计算THANK YOUSUCCESS2022-5-22mmmAXX/111 313 化工原理（下）化工原理（下）-液液萃取液液萃取-萃取过程计算萃取过程计算(11-(11-41)41) NmFNAXX/11 AXXNNF/11ln/ln NFNABXBX 11 (11-(11-42)
27、42)(11-(11-43)43) 314 化工原理（下）化工原理（下）-液液萃取液液萃取-萃取过程计算萃取过程计算逆流逐级萃取过程逆流逐级萃取过程 (1)(1)麦克凯贝麦克凯贝- -赛尔图解法赛尔图解法( (溶溶剂互不溶体系剂互不溶体系) ) 平衡线：平衡线： 由萃取平衡实验测得。由萃取平衡实验测得。 操作线：操作线： y=L/G(x-xf)+y1y=L/G(x-xf)+y1斜率为被萃相体积与萃取相体斜率为被萃相体积与萃取相体积之比。积之比。 萃取级数：阶梯作图法。萃取级数：阶梯作图法。4.3.2 4.3.2 逐级萃取过程逐级萃取过程2. 2. 逐级萃取过程的计算逐级萃取过程的计算 (2)(
28、2)逐级计算法逐级计算法 逐级计算法是逐级萃取过程的基本计算方法，特别逐级计算法是逐级萃取过程的基本计算方法，特别是各萃取级平衡关系不同时，采用逐级计算法计算萃取过是各萃取级平衡关系不同时，采用逐级计算法计算萃取过程所需理论级数和各级浓度分布是最常用和最稳妥的方法。程所需理论级数和各级浓度分布是最常用和最稳妥的方法。 在实际萃取过程中，经常会出现各级平衡关系发生在实际萃取过程中，经常会出现各级平衡关系发生变化的情况，如用酸性萃取剂萃取电解质溶液中的金属离变化的情况，如用酸性萃取剂萃取电解质溶液中的金属离子时，随着金属离子量的增加，被萃相中的子时，随着金属离子量的增加，被萃相中的H H+ +浓度
29、会随之浓度会随之增大，导致被萃相的酸度逐级增大，因而影响到被萃离子增大，导致被萃相的酸度逐级增大，因而影响到被萃离子在两相中的分配比。在两相中的分配比。例例 4-24-2各级分配系数变化时的逐级计算各级分配系数变化时的逐级计算 水相料液水相料液(L)(L)中含中含CuCu2+2+为为x xf f=2.5kg/m=2.5kg/m3 3，含，含H H2 2SOSO4 4为为H Hf f=1.0kg/m=1.0kg/m3 3；有机相为含萃取剂；有机相为含萃取剂(LIX64)10%(LIX64)10%的煤油溶液的煤油溶液(G)(G)，由于是萃取反萃循环使用，其中残留，由于是萃取反萃循环使用，其中残留C
30、uCu2 +2 +为为y yf f=0.075kg/m=0.075kg/m3 3；两相体积流比为；两相体积流比为G/L=60/75G/L=60/75；要求经多级；要求经多级逆流萃取后，萃余相中逆流萃取后，萃余相中CuCu2+2+的含量为的含量为x x1 1=0.35kg/m=0.35kg/m3 3。计算。计算流程所需的理论级数和逐级浓度分布。流程所需的理论级数和逐级浓度分布。解例解例 4-24-2 用用LIX64LIX64萃取水相硫酸铜萃取水相硫酸铜中的中的CuCu2+2+反应式为：反应式为：其中，其中，R R代表代表LIX64LIX64。 在萃取过程中，当一个铜在萃取过程中，当一个铜离子进入
31、有机相，水相就会产生离子进入有机相，水相就会产生一个硫酸，因此，随着萃取过程一个硫酸，因此，随着萃取过程的进行，水相的酸度会逐渐增大。的进行，水相的酸度会逐渐增大。 通过实验测定该萃取体系通过实验测定该萃取体系中，在不同硫酸浓度下中，在不同硫酸浓度下CuCu2+2+在水在水相和有机相中的平衡曲线。相和有机相中的平衡曲线。4224SOHCuR2HRCuSO解例解例 4-24-2 用用x xi i、y yi i分别表示水相和有机相中的分别表示水相和有机相中的CuCu2+2+浓度，浓度，H Hi i代表水相中代表水相中硫酸的浓度。由于硫酸的浓度。由于1molCu1molCu2+2+能生成能生成1mo
32、lH1molH2 2SOSO4 4，根据它们的分子量比，根据它们的分子量比，相当于相当于1kgCu1kgCu2+2+可生成的可生成的H H2 2SOSO4 4为：为：98/63.5=1.54kg98/63.5=1.54kg。 对对CuCu2+2+做总物料衡算：做总物料衡算： 即：即： 对对H H2 2SOSO4 4做总物料衡算：做总物料衡算：LxGyLxGyffN1GLxLxGyyffN/)(160/)7535.0755 .260075.0()(kg/m76.23GyyLHLHfNf)(54.11LGyyHHfNf/)(54.1175/60)075.076.2(54.10 .1)(kg/m31
33、.43解例解例 4-24-2 逐级平衡计算逐级平衡计算 根据萃取过程，第一级的有机相浓度应与水相浓度形成平衡，根据萃取过程，第一级的有机相浓度应与水相浓度形成平衡，因此，由因此，由x x1 1和和H H1 1，从平衡图上查得，从平衡图上查得y y1 1=1.11kg/m=1.11kg/m3 3。 对第一级做物料衡算：对第一级做物料衡算：计算计算x x2 2和和H H2 2得：得：根据根据x x2 2和和H H2 2查平衡图，得：查平衡图，得：y y2 2=2.24kg/m=2.24kg/m3 3. .LxGyLxGyf112)(kg/m18.175/)60075.07535.06011.1 (
34、32xGyyLHLHf)(54.1112)(kg/m04.375/60)075.011.1 (54.131.432H解例解例 4-24-2对第二级做物料衡算：对第二级做物料衡算：计算计算x x3 3和和H H3 3得：得：根据根据x x3 3和和H H3 3查平衡图，得：查平衡图，得：y y3 3=2.76kg/m=2.76kg/m3 3。LxGyLxGy2231)(kg/m08.275/)6011.17518.16024.2(33xGyyLHLH)(54.11223)(kg/m65.175/60)11.124.2(54.104.333H解例解例 4-24-2对第三级做物料衡算：对第三级做物料
35、衡算：计算计算x x4 4和和H H4 4得：得：从计算结果可知，从计算结果可知，x x4 4=x=xf f、H H4 4HHf f，因此，该萃取过程只需三级平衡，因此，该萃取过程只需三级平衡萃取就能完成。萃取就能完成。LxGyLxGy3342)(kg/m50.275/)6024.27508.26076.2(34xGyyLHLH)(54.12334)(kg/m01.175/60)24.276.2(54.165.134H4.3.2 4.3.2 逐级萃取过程逐级萃取过程 (3)(3)代数公式法代数公式法 假设两相不互溶，且被萃物在各平衡级的分配比假设两相不互溶，且被萃物在各平衡级的分配比D D相同
36、。相同。 对第一级作物料衡算：对第一级作物料衡算：按平衡关系，按平衡关系， ，代入上式整理得：，代入上式整理得：令令 ， ，则有：，则有： 即：即：LxGyLxGyf21111Dxy LGDxyxxf/)(121DLGLGn 121xnyxxf121nyxxf4.3.2 4.3.2 逐级萃取过程逐级萃取过程对第二级作物料衡算：对第二级作物料衡算：按平衡关系，按平衡关系， ，代入上式整理得：，代入上式整理得：即：即： 将将x x1 1表达式代入，得：表达式代入，得：LxGyLxGy132222Dxy 2312xnyxx1312nyxx2321)1 (nyxxf4.3.2 4.3.2 逐级萃取过程
37、逐级萃取过程同样，对第三级作物料衡算可得：同样，对第三级作物料衡算可得：对第对第N N级作物料衡算，得：级作物料衡算，得：用等比数列求和公式，且用等比数列求和公式，且 ，则可得：，则可得：322431)1 (nyxxfNNffNnyxx2121)1 (111111111111NNfNfNNfNfNDyxnyxxDn4.3.2 4.3.2 逐级萃取过程逐级萃取过程对上式两边同时用对上式两边同时用x xf f相减：相减：通分整理得：通分整理得：将两边同时用将两边同时用1 1相减：相减：通分整理得：通分整理得：于是可得到萃取所需要的理论级数为：于是可得到萃取所需要的理论级数为：111111NNfNf
38、fNfDyxxxx1/11NNffNfDyxxx11/111NNffNfDyxxx11/1NfffNDyxDyxlg111/lgDyxDyxNfNff逐级萃取过程逐级萃取过程xf、xN为水相的进料浓度和末级出口浓度，yf为有机相的进料浓度；D为萃取比；萃取因子 =DG/L。计算萃取因子 不为常数时，需试差。克莱姆塞克莱姆塞- -休特方程式休特方程式级效率级效率xn+1xnx*nyn+1yny*n4.3.2 4.3.2 逐级萃取过程逐级萃取过程3. 3. 萃取效率的描述萃取效率的描述 (1)(1)萃余率萃余率 (2)(2)萃取率萃取率 (3) (3)平均级效率平均级效率fNaxxafNfNfex
39、xxxxx11NNEaexex1萃取传质理论yxykDkK111)*()()()(*yyKxxKyykxxkNayaxiayiaxyxxkDkK11 38xxiyiy*Dxy iyxxkkDkK1114. 4. 微分逆流萃取过程微分逆流萃取过程aAdhNGAdyAadhNLdxA 对液相可得对液相可得对两相作衡算可得对两相作衡算可得LdxGdy 对气相做物料平衡可得对气相做物料平衡可得4. 4. 微分逆流萃取过程微分逆流萃取过程微分式微分式dhxxaKLdxdhyyaKGdyxy)*(*)(积分式积分式 1212xxexyyeyxxdxaKLHyydyaKGH4. 4. 微分逆流萃取过程微分逆
40、流萃取过程采用类似于吸收原理和计算方法可得：采用类似于吸收原理和计算方法可得： (1)(1)传质单元高度传质单元高度 (2) (2)传质单元数传质单元数 (3) (3)总传质高度总传质高度 akLHx12*)NTU(xxaxxxdx12*)NTU(yyoyyydyaxaxH)NTU()HTU(oyoyH)NTU()HTU(传质单元数的计算传质单元数的计算1. 1. 两相做活塞流流动时传质单元数的计算两相做活塞流流动时传质单元数的计算x x2e2e x x x x1e1e塔顶塔顶推动推动力力假设塔体整个横截面上流体均假设塔体整个横截面上流体均匀分布，并平行推进。两相的匀分布，并平行推进。两相的传
41、质仅发生在水平方向上。传质仅发生在水平方向上。传质单元数的计算传质单元数的计算A: A: 两相不互溶，且分配系数为常数时两相不互溶，且分配系数为常数时NTUNTU的计的计 算，算，即平衡线为直线时。即平衡线为直线时。B. B. 两相不互溶，且分配系数不为常数，及平衡线两相不互溶，且分配系数不为常数，及平衡线不为直线时，不为直线时，NTUNTU的计算。的计算。 在在x-yx-y图上，把图上，把x x分成若干等份，面积法。分成若干等份，面积法。传质单元数的计算传质单元数的计算C: C: 分配系数不为常数，且两相流量发生变化。分配系数不为常数，且两相流量发生变化。 须扣除溶质后纯溶剂的流量作为常量，
42、计算须扣除溶质后纯溶剂的流量作为常量，计算NTUNTU。 多级萃取或反萃设备多级萃取或反萃设备混合澄清槽混合澄清槽 筛板萃取塔连续相从导流管流动。分散相从筛板通过脉动筛板萃取塔转盘转动，以促进混合。4. 4. 填料萃取塔填料萃取塔萃取设备的选择萃取设备的选择考虑因素考虑因素 (1) (1) 系统物性：界面张力小或密度差小，离心式萃取塔。系统物性：界面张力小或密度差小，离心式萃取塔。 反之：补充能量的萃取设备。反之：补充能量的萃取设备。 (2) (2) 处理量：转盘塔、筛板塔、高效填料塔和混合澄清槽处理量处理量：转盘塔、筛板塔、高效填料塔和混合澄清槽处理量 大，离心式设备小。大，离心式设备小。
43、(3) (3) 级数：级数超过级数：级数超过5 5级，填料塔、筛板塔不适用。级，填料塔、筛板塔不适用。（4 4）场地：塔占高度，槽占面积。）场地：塔占高度，槽占面积。萃取设备中两相的流动特性萃取设备中两相的流动特性1. 1. 分散相和连续相分散相和连续相一般：流量大的为分散相；粘度大的为分散相；难统一一般：流量大的为分散相；粘度大的为分散相；难统一时通过试验、中试时决定。还应考虑因素：体系的界面时通过试验、中试时决定。还应考虑因素：体系的界面特性、设备的构件与两相的润湿关系等。特性、设备的构件与两相的润湿关系等。2. 2. 液滴直径液滴直径 分散相通过喷嘴或分布器上的筛孔，在外加能量的设备分散
44、相通过喷嘴或分布器上的筛孔，在外加能量的设备中，液滴也依靠机械力的作用形成。通常以沙特中，液滴也依靠机械力的作用形成。通常以沙特（SauterSauter）液滴平均直径）液滴平均直径d d3,23,2表示。表示。NipiiNipiidndnd12132, 3萃取设备中两相的流动特性萃取设备中两相的流动特性3. 3. 分散相的滞留率：滞留分率分散相的滞留率：滞留分率 设备中分散相占有体积与两相所占据的有效体设备中分散相占有体积与两相所占据的有效体积之比。积之比。 。设备中分散相的比表面积。设备中分散相的比表面积a a= 6 = 6 / / d d3,23,24. 4. 滑动速度和特性速度滑动速度
45、和特性速度 滑动速度：滑动速度： nkctdsvvvv11其中其中v vd d和和v vc c是分散相和连续相的空塔速度。是分散相和连续相的空塔速度。v vk k是定义为特性速度，为体系物性、设备几何尺寸及搅拌强度是定义为特性速度，为体系物性、设备几何尺寸及搅拌强度的函数的函数萃取设备中两相的流动特性萃取设备中两相的流动特性4. 4. 滑动速度和特性速度滑动速度和特性速度 普遍的特性速度关联式普遍的特性速度关联式： 21ckgaCv转盘塔的特性速度关联式转盘塔的特性速度关联式6 . 29 . 03 . 20 . 129 . 0 DDDHDDNDgvRRTRsrRcck萃取设备中两相的流动特性萃
46、取设备中两相的流动特性5. 5. 液泛液泛 一相被另一相推出设备或设备中分散相液滴一相被另一相推出设备或设备中分散相液滴凝聚成一段液柱并把连续相隔断的现象：液泛。凝聚成一段液柱并把连续相隔断的现象：液泛。 为两相流速比为液泛时的分散相滞cdRRRRRFFFkcFFkdFvvLLLLLvvvv/1438211122/12F2萃取设备中的传质特性萃取设备中的传质特性 萃取设备传质发生在连续相和液滴群之萃取设备传质发生在连续相和液滴群之间，可对液滴的传质加以研究，进而对设备的传间，可对液滴的传质加以研究，进而对设备的传质进行预测。质进行预测。单液滴传质：液滴形成、液滴释放、液滴自由运单液滴传质：液滴形成、液滴释放、液滴自由运动、液滴凝聚。动、液滴凝聚。液滴形成阶段：液滴形成阶段：该阶段的传质量接近平衡时总传该阶段的传质量接近平衡时总传质量的质量的20%20%。萃取设备中的传质特性萃取设备中的传质特性液滴自由运动阶段液滴自由运动阶段 1. 1. 滴内传质系数关联式滴内传质系数关联式 刚性液滴：刚性液滴：k kd d = 6.6 D = 6.6 Dd d/ /d dp p THANK YOUSUCCESS2022-5-22
