1、8.3 部分互溶物系的萃取计算部分互溶物系的萃取计算8.3.1 单级萃取单级萃取 (1)流程流程 单级萃取流程示意图mF,xF混合器澄清槽mSmM,zxE,ymR,x（2）特点）特点 原料液与溶剂一次性接触。萃取相与萃余相达到平衡。（3）计算计算 已知原料液的处理量及组成（生产工艺给定），计算：操作型：操作型：给定S 的用量mS 及组成，求萃取相E与萃余 相R的量mE 和mR 及组成 y、x。设计型：设计型：根据给定的原料液F及规定的分离要求，求溶剂S用量。FSmmMSMF 操作型计算求解方法操作型计算求解方法 a）依S的用量 mS 及 F 的量 mF 和组成 xF 确定和点M：ABKSMF
2、b）确定E，R的量及组成 采取图解试差法确定E，R的组成。由杠杆定律确定E和R的量：MEmERMRmEMRmmmA 单级萃取图解法BKERSMF c)确定萃取液与萃余液的组成及量FEmREFRmEFRmmm脱除溶剂量为：脱除溶剂量为：EESmmmERRSmmmRA 单级萃取图解法BKERSREMFA 单级萃取图解法BKERSREMF 设计型计算求解方法设计型计算求解方法一般规定萃余相R的x或萃余液R的x.解法：解法：由R得到E，连接F、得交点；溶剂用量：溶剂用量：FSmMSMFm进而，得到萃取液、萃余液的量和组成。ABKERSRMF 单级萃取图解法BKERSREMFA（3）最大溶剂用量及最小溶
3、剂用量最大溶剂用量及最小溶剂用量减小减小S，则靠近 F，当达到R2时混溶，故位于R2时的溶剂用量为 mS min。当 mS=mSmax 时minminxxyy当 mS=mSmin时maxmaxxxyy单级萃取的溶剂范围：单级萃取的溶剂范围：mSmin mS mSmax增加增加S，则靠近 S，当M点达到1时混溶，故位于1时的溶剂用量为 mS max。溶剂用量对单级萃取的影响ABESRE1MFxE2R2R1（4）萃取液的最大浓度）萃取液的最大浓度 当S=Smin时，E的浓度yA最大，但yA一般不是最大。过S点作溶解度曲线的切线得点E，求得R，得M点，于是得：FSmMSMFm时，溶剂用量的确定：当m
4、axAAyymaxAAyy可见，ABE2SFR2ME2Eymaxy2 图解萃取液的最大组成E1R11.01.00萃取液的最大浓度确定萃取液的最大浓度确定:ABE2SFR2ME2Eymaxy2 图解萃取液的最大组成E1R11.01.00 注意：注意：如果M点在两相区外相交，说明超出萃取范围，不能进行萃取操作，由R1点确定的溶剂用量为该操作条件下的最小溶剂用量m S,min。ABSE1FERR1MyA 8.3.2 多级错流萃取多级错流萃取 （1）流程）流程 qmRn 多级错流萃取流程图qmSEqmEnqmS1qmRiqmEiqmRi-1qmENqmR1qmE2qmF,xFqmEqmE1qmRNqm
5、SnqmSiqmS2qmR2qmRn-1qmRi（2）特点）特点 溶剂耗量较大，溶剂回收负荷增加,设备投资大。（3）计算）计算 设计型计算设计型计算 已知：已知：qm、xF，规定各级qm量，求：求：达到一定的分离要求所需的理论级数。操作型问题操作型问题 已知：已知：理论级数 估计估计：分离能力。说明：说明：解决方法基本相同。多级错流萃取图解计算：多级错流萃取图解计算：多级错流萃取ABKE1R1SFE2R2E3R3E4R4M4M3M2M18.3.3 多级逆流萃取多级逆流萃取（1）流程流程 多级逆流萃取流程图qmSRqmRqmRNqmSqmRiqmEi+1qmRi-1qmEiqmR2qmE2qmF
6、,xFqmEqmE1qmSE（2）特点）特点 连续逆流操作，分离程度较高。（3）计算）计算 设计型问题设计型问题：已知S的组成，qmF、xF,规定 qmS/qmF（溶剂比）和分离要求，求求 N。解决方法：解决方法：每级内平衡。即Ei和Ri平衡，若能确定Ri 组成 xi 和 E i+1 组成 yi+1之间的关系，即可求得理论级数（逐级计算)。iR i-1E i+1RiEia）总物料衡算）总物料衡算mMmRmEmSmFqqqqqN1说明：M点是F、S的和点，也是E1、RN的和点。利用杠杆定律：mMNNmEqREMRq111mEmMmRqqqNmDmRmSmFmEqqqqqN1注意注意:E1和 RN
7、 不是共轭相。的确定：1E 三角形相图图解法三角形相图图解法1ERMMSFN确定、，依确定、依ABE1RNSMFRN b）各级的物料衡算）各级的物料衡算 第一级 121112mRmEmFmEmEmRmEmFqqqqqqqq第二级2312mRmEmRmEqqqq第 N级NNNmRmSmRmEqqqq1于是：mDmRmSmRmEmRmEmFmEqqqqqqqqqNNN1121 此式说明：此式说明：各级间的物流之差为一常数，且D为各级物流的公共差点（极点）。c）逐级图解过程）逐级图解过程 已知F、S可确定M，由M、RN可确定E1。点可确定由DqqqqqmDmRmSmFmEN1由E1通过平衡关系确定R
8、1，R1和D连线确定E2,多级逆流萃取图解法如此交替直至萃余相组成小于规定要求，则N为理论级数。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（4）溶剂比对操作的影响）溶剂比对操作的影响 溶剂比和最小溶剂比溶剂比和最小溶剂比 定义：溶剂比定义：溶剂比=qmS/qmF 说明：说明：溶剂比的变化，引起差点D的变化，导致理论级数的变化。qmS/qmF 较大，MS，E1为F和D的和点，D点在 三角形相图右侧，净物流向左流动。qmS/
9、qmF减小，MF，E1升高，D点远离S。D点移到无穷远时D=0，级联线互相平行。qmS/qmF 再减小，F为E1和D的和点，D点落在 三角形相图左侧，净物流向右流动。可见：可见：NEEPqqqqqqiimFmSmFmSmFmS离能力，夹紧点附近各级无分此时，结线和级联线重合点（夹紧点）对应的联时，当联结线的斜率，操作线斜率1min分配曲线操作线132PxFy溶剂比对操作线的影响 最小溶剂比的求法最小溶剂比的求法 minD的位置，既和平衡关系有关，又和分离要求有关。夹紧点与夹紧点与Dmin的关系：的关系：最小溶剂比的确定：最小溶剂比的确定：操作范围内的联结线延长，与RNS相交，D点在右侧点在右侧
10、，则取离S最近的点；D点在左侧点在左侧，则取离S最远的点。RN连接F、Dmin点，与溶解度曲线相交于E1点，FE1则RNE1与FS的交点为和点M。M最小溶剂比：最小溶剂比：SMFMqqmFmSmin)(实际溶剂比的确定：实际溶剂比的确定：实际溶剂比取最小实际溶剂比的倍数。多级错流萃取与多级逆流萃取的比较：多级错流萃取与多级逆流萃取的比较：分离要求、溶剂一定时：多级逆流萃取比多级错流萃取板数少。板数一定时：多级逆流萃取比多级错流萃取溶剂用量少。生产上多采用逆流萃取操作。8.3.4 微分接触式逆流萃取微分接触式逆流萃取指：指：萃取相和萃余相逆流微分接触，使两相中的溶质浓度沿流 动方向发生连续的变化
11、。完成规定分离要求所需塔高或填料层高度的计算。完成规定分离要求所需塔高或填料层高度的计算。（1）理论级当量高度法）理论级当量高度法thHNH理论级当量高度理论级当量高度Hth：与物系、操作条件和设备形式有关，其值由实验确定。（2）传质单元数法）传质单元数法取微元高度dH)()(yyKyqddHeyamE12)()(yyeyamEyyKyqdH积分：yqm,E0F,xqmdHH微元接触式逆流萃取示意图yqm,Exqm,RyqmEdyyydqqmmEE12)(1()1()1(yyemmyamEyyydyyyKqH变形：12)(1()1()1(yyemmyamEyyydyyyKqH简化：myamEOEyKqH)1(令：12)(1()1(yyemOEyyydyyNOEOENHH所以：ORORNHH同理：mxamRORxKqH)1(其中：12)(1()1(xxemORxxxdxxN
