萃取知识学习

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。待简称萃取。待 分离的一相称为被萃相，用做分离剂的相称为萃取相。萃取相中起萃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。分取作用的组分称为萃取剂，起溶剂

2、作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。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、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（纯化反萃（纯化 和回收）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

3、有机相 在水相中溶解度. Extractant Extract phase Raffinate 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产物稳定性提高, ,粘度增加粘度增加, ,扩散性能减小。扩散性能减小。 影响分配系数影响分配系数, ,影响物质解离情况影响物质解离情况 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

4、量破坏乳浊液尽量破坏乳浊液, ,如轻度乳化如轻度乳化, ,要加热过滤离心（热敏要加热过滤离心（热敏 物质不用加热）物质不用加热）; ;重度乳化，加重度乳化，加SDSSDS、溴化十五烷基吡、溴化十五烷基吡 啶等去乳化剂。啶等去乳化剂。 2021/2/114 萃取过程中的特点萃取过程中的特点 1.萃取过程为液液传质萃取过程为液液传质,比汽液传质要难。在萃取过程中比汽液传质要难。在萃取过程中,两两 相应先进行紧密接触，完成传质，然后又需靠两相之间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。的密度差或外界输入能量进行两相的分离。 2.两相间的密度差、界面张力

5、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。 填料塔填料塔:现在常用的鲍尔环等是根据气液传质开发的，用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。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。 2021/2/115 萃取过程中的特点萃取过程中的特点 萃取过程塔中萃取过程塔中,尤其是连续逆流萃取尤

6、其是连续逆流萃取,轴向混合非常严重。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. 分配比分配比 (partition coefficient) 达到萃取平衡时达到萃取平衡时,被萃物在两相中的浓度比成为被萃物被萃物在两相中的浓度比成为被萃物 的分配比的分配比,也称为分配系数。也称为分配系数。 其中，其中， 为被萃物为被萃物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在被萃相中的浓度。在被萃相中的浓度。注意注意:被萃物可能以多种形式存在，被萃物可能以多种形式存在， 这儿的浓度为各种形式

7、的总和。这儿的浓度为各种形式的总和。 )( )( aA oA c c D )(oA c )(aA c 4.1.3 萃取过程中的常用名词萃取过程中的常用名词 2. 相比相比 萃取体系中萃取相萃取体系中萃取相 与与 被萃相的体积比称被萃相的体积比称 为相比。为相比。 在连续萃取过程中在连续萃取过程中,通常用两相的流比取代相比。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。 )()( / ao VVR )(o V )(a V LGr/ LG 4.1.3 萃取过程中的常用名词萃取过程中的常用名词 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萃分离系

8、数表示被萃相中两种物质可被某种萃 取剂所分离的那易程度取剂所分离的那易程度,它等于这两种物质在相它等于这两种物质在相 同萃取条件下的分配比之比。同萃取条件下的分配比之比。 与相对挥发度一样与相对挥发度一样,分离系数值越远离分离系数值越远离1，两，两 种物质越容易分离种物质越容易分离;反之则不容易。反之则不容易。 BA DD / 2021/2/119 萃取过程中的常用名词萃取过程中的常用名词 4. 萃取剂萃取剂,稀释剂稀释剂,助溶剂，助萃剂助溶剂，助萃剂 萃取相可以是一种纯的有机溶剂，但大部分是一种期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。起萃取作用的是萃

9、萃取作用的物质溶解在一种溶剂中。起萃取作用的是萃 取剂，溶剂为稀释剂。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，该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。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。被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。

10、溶剂与被萃萃物在两相中以中性分子形式存在。溶剂与被萃 物没有化学结合物没有化学结合 OsO4-H2O-CCl4 CCl4从水溶液萃取的是从水溶液萃取的是OsO4 n中性络合萃取中性络合萃取 1. 被萃物是中性分子。被萃物是中性分子。 2. 萃取剂也是中性分子。萃取剂也是中性分子。 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(NO3): Re 稀土元素稀土元素 , 铼铼 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(NO3)2, Cu(NO3)2 (Py)2. 液液萃取的分类和萃取剂液液萃取的分类和萃取剂 n

11、酸性络合体系酸性络合体系 1. 萃取剂（螯合剂）是一弱酸萃取剂（螯合剂）是一弱酸(HL, HL2),即溶于水相也溶于即溶于水相也溶于 有机相。（有机相溶解度大有机相。（有机相溶解度大,但分配与但分配与pH有关）。有关）。 2. 水相中金属离子以阳离子水相中金属离子以阳离子Mn+存在存在(MLx)。 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MLx 。 4. 螯合物螯合物MLx难溶于水而易溶于有机相。难溶于水而易溶于有机相。 5.螯合反应为螯合反应为Mn+ +nL= Mn+Ln +nH+ LIX64 萃取铜离子萃取铜离子 4224 SOHCuR2HRCuSO 2021/2/11

12、13 酸性络合体系 n1. 螯合萃取剂螯合萃取剂 4224 SOHCuR2HRCuSO nLIX64 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。 2021/2/1114 酸性络合体系 n2. 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。 P204，P507 CH3 OH O P

13、 CH2 C2H5 pKa CH2CH2CH CH2O CH3CH2CH2CH2 CH CH2O C2H5 CH3 O- O P CH2 C2H5 CH2CH2CH CH2O CH3CH2CH2CH2 CH CH2O C2H5 + 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 萃取植酸萃取植酸 2TBPHFeCl2TBPFeClH 44 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) 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

14、形成萃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些合物的官能团。常见的萃取官能团通常是一些 包含包含N、O、P、S的基团。的基团。 萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构 或基团或基团,如长链烃、芳烃等如长链烃、芳烃等,以利于萃取剂在稀以利于萃取剂在稀 释剂中的溶解，并防止被萃相对它的溶解夹带释剂中的溶解，并防止被萃相对它的溶解夹带 损失。损失。 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)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

15、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、无腐蚀。耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。 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 (界面张力界面张力)。 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 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. 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

16、重型包括含磷类、含氧类和含硫类重型 萃取剂萃取剂,如磷酸三丁酯如磷酸三丁酯(TBP)、甲基异丁基酮、甲基异丁基酮(MIBK)、 二辛基亚砜二辛基亚砜(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、羧酸包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸 等。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。 2021/2/1119 例子 1:青霉素的萃取分离 青霉素是一组抗菌素青霉素是一组抗菌素,在在pH=2 时时,以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=7时，形成

17、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=2-2.2），）， 把青霉素提到醋酸丁酯中。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= 6.8-7.2，将青霉素从有，将青霉素从有 机相转到水相。三步，调机相转到水相。三步，调 pH=2-2.2，把青霉素再提到有机，把青霉素再提到有机

18、 相，去结晶工序。相，去结晶工序。 2021/2/1120 例子 2:从矿石中提取铀Dapex工艺 4 342 SO2 242 SO 42 SO2 2 )(SOUO)(SOUOSOUOUO 2 4 2 4 2 4 1. 用酸（或碱）将铀从矿石中浸出用酸（或碱）将铀从矿石中浸出,铀在硫酸浸铀在硫酸浸 出液中存在下列平衡出液中存在下列平衡 用用P204萃取萃取,稀释剂为煤油稀释剂为煤油, P204在煤油中以在煤油中以(RH)2存在。存在。 2HH)(RUO2(RH)UO 2222 2 2 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。 202

19、1/2/1121 例子 2:从矿石中提取铀 2. 反萃反萃 稀释剂为稀释剂为0.1mol/L P204, 0.1mol/L TBP. H2NaR(CO3)UONa3H)(RUO 232432222 CONa TBP:1. 协萃作用。2. 提高NaR2H+在有机相中溶解。 2021/2/1122 例子 2:从矿石中提取铀（Amex工艺） 4 342 SO2 242 SO 42 SO2 2 )(SOUO)(SOUOSOUOUO 2 4 2 4 2 4 1. 用酸（或碱）将铀从矿石中浸出用酸（或碱）将铀从矿石中浸出,铀在硫酸浸铀在硫酸浸 出液中存在下列平衡出液中存在下列平衡 用三脂肪胺用三脂肪胺,三

20、辛胺三辛胺,N235（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 2021/2/1123 例子 2:从矿石中提取铀 4242(o)334222 SO2NaSOUOClNHRNaCl4SOUOH)(R 2. 反萃反萃 1. 用氯化物用氯化物,如如pH = 2 的的NaCl溶液溶液 2. 用硫酸氨用硫酸氨-氢氧化胺为反萃剂反萃取氢氧化胺为反萃剂反萃取,如如pH = 3.54.5 OHSO)2(NHSOUON4R4NaOHSOUOH)(R 242442334222 液液萃取在工业上的应用 1、液液萃取在石油化工中的应

21、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、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、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. 可分离挥发度相近的物质

22、可分离挥发度相近的物质. 3. 便于连续操作便于连续操作. 4. 能量消耗低能量消耗低. 5. 操作条件温和操作条件温和. 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在直角三角形相图中的表示法 A B S H M D E GF K M点的组成为: 0.4 0.3 0.3 A B S xBE xSG xBF 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 互溶度

23、测定方法互溶度测定方法 1. 化学分析法. 4.2 互溶度测定方法互溶度测定方法 1. 浊度法. 2021/2/1131 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和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。微分萃取过程。 1. 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。特点是每一个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. 微分萃

24、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,操作操作 简单，结构形式选择多简单，结构形式选择多;但易出现轴向返混，影响萃取效率。但易出现轴向返混，影响萃取效率。 2021/2/1133 zA yA MS MF WW FS RE MR WW ME ER FR WW FE A B S R E F M E R 300 2021/2/1134 RE RMM E xy xzW W )( RE RFF E xy xxW W )( EFR WWW 301 R M E xR zM yE SSS AAAFA RxEySz RxEySzFx

25、 RESF 0 ER FR WW FE E R F 2021/2/1135 A B S R E F M MSMFFS/ E R ERRMME/ EMR 302 逐级萃取过程逐级萃取过程 1. 逐级萃取过程分析逐级萃取过程分析 (1)逆流萃取逆流萃取 (2)错流萃取错流萃取 2021/2/1137 311 化工原理（下）化工原理（下）-液液萃取液液萃取-萃取过程计萃取过程计 算算 2021/2/1138 XnX5X4 X3 X2 X1 XF 分配曲线分配曲线 斜率斜率- B/S Y1 Y2 Y3 Y4 Yn Z Y L ZX S B X S B Y F11 ZX S B X S B Y NNN1

26、 312 化工原理（下）化工原理（下）-液液萃取液液萃取-萃取过程计萃取过程计 算算 2021/2/1139 m m m A X X /11 1 313 化工原理（下）化工原理（下）-液液萃取液液萃取-萃取过程计萃取过程计 算算 2021/2/1140 (11- 41) N m F N A X X /11 A XX N NF /11ln /ln N F N A BX BX 1 1 (11- 42) (11- 43) 314 化工原理（下）化工原理（下）-液液萃取液液萃取-萃取过程计萃取过程计 算算 逆流逐级萃取过程逆流逐级萃取过程 (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

27、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)+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 逐级萃取过程逐级萃取过程 2. 逐级萃取过程的计算逐级萃取过程的计算 (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逐级计算法是逐级萃取过程的基本计算方法,特别是特别是 各萃取级平衡关系不同时各萃取级平衡关系不同时,采用逐级计算法计算萃取过程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。所需理论

28、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变在实际萃取过程中，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子化的情况，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，被萃相中的时，随着金属离子量的增加，被萃相中的H+浓度会随之浓度会随之 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 4-2 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)中含中含Cu2+为为xf=2

29、.5kg/m3,含含H2SO4为为 Hf=1.0kg/m3;有机相为含萃取剂有机相为含萃取剂(LIX64)10%的煤油的煤油 溶液溶液(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Cu2+为为 yf=0.075kg/m3;两相体积流比为两相体积流比为G/L=60/75；要求；要求 经 多 级 逆 流 萃 取 后 ， 萃 余 相 中经 多 级 逆 流 萃 取 后 ， 萃 余 相 中 C u 2 + 的 含 量 为的 含 量 为 x1=0.35kg/m3。计算流程所需的理论级数和逐级浓度。计算流程所需的理论级数和逐级浓度 分布。分布。 解例解例 4-2 用用LIX64萃取

30、水相硫酸铜中萃取水相硫酸铜中 的的Cu2+反应式为反应式为: 其中其中,R代表代表LIX64。 在萃取过程中在萃取过程中,当一个铜离子当一个铜离子 进入有机相，水相就会产生一个进入有机相，水相就会产生一个 硫酸，因此，随着萃取过程的进硫酸，因此，随着萃取过程的进 行，水相的酸度会逐渐增大。行，水相的酸度会逐渐增大。 通过实验测定该萃取体系中，通过实验测定该萃取体系中， 在不同硫酸浓度下在不同硫酸浓度下Cu2+在水相在水相 和有机相中的平衡曲线。和有机相中的平衡曲线。 4224 SOHCuR2HRCuSO 解例解例 4-2 用用xi、yi分别表示水相和有机相中的分别表示水相和有机相中的Cu2+浓

31、度浓度,Hi代表水相中代表水相中 硫酸的浓度。由于硫酸的浓度。由于1molCu2+能生成能生成1molH2SO4,根据它们的分子根据它们的分子 量比，相当于量比，相当于1kgCu2+可生成的可生成的H2SO4为为:98/63.5=1.54kg。 对对Cu2+做总物料衡算做总物料衡算: 即：即： 对对H2SO4做总物料衡算：做总物料衡算： LxGyLxGy ffN 1 GLxLxGyy ffN /)( 1 60/)7535.0755 .260075.0( )(kg/m76.2 3 GyyLHLH fNf )(54.1 1 LGyyHH fNf /)(54.1 1 75/60)075.076.2(

32、54.10 .1 )(kg/m31.4 3 解例解例 4-2 逐级平衡计算逐级平衡计算 根据萃取过程根据萃取过程,第一级的有机相浓度应与水相浓度形成平衡第一级的有机相浓度应与水相浓度形成平衡,因此，因此， 由由x1和和H1，从平衡图上查得，从平衡图上查得y1=1.11kg/m3。 对第一级做物料衡算对第一级做物料衡算: 计算计算x2和和H2得得: 根据根据x2和和H2查平衡图，得：查平衡图，得：y2=2.24kg/m3. LxGyLxGy f112 )(kg/m18.175/)60075.07535.06011.1 ( 3 2 x GyyLHLH f )(54.1 112 )(kg/m04.3

33、75/60)075.011.1 (54.131.4 3 2 H 解例解例 4-2 对第二级做物料衡算对第二级做物料衡算: 计算计算x3和和H3得得: 根据根据x3和和H3查平衡图查平衡图,得：得：y3=2.76kg/m3。 LxGyLxGy 2231 )(kg/m08.275/)6011.17518.16024.2( 3 3 x GyyLHLH)(54.1 1223 )(kg/m65.175/60)11.124.2(54.104.3 3 3 H 解例解例 4-2 对第三级做物料衡算对第三级做物料衡算: 计算计算x4和和H4得得: 从计算结果可知从计算结果可知,x4=xf、H4Hf,因此，该萃取

34、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。 LxGyLxGy 3342 )(kg/m50.275/)6024.27508.26076.2( 3 4 x GyyLHLH)(54.1 2334 )(kg/m01.175/60)24.276.2(54.165.1 3 4 H 4.3.2 逐级萃取过程逐级萃取过程 (3)代数公式法代数公式法 假设两相不互溶假设两相不互溶,且被萃物在各平衡级的分配比且被萃物在各平衡级的分配比D相同。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

35、： LxGyLxGy f 211 11 Dxy LGDxyxx f /)( 121 D L G L G n 121 xnyxx f 1 2 1 nyx x f 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x1表达式代入，得：表达式代入，得： LxGyLxGy 1322 22 Dxy 2312 xnyxx 1 31 2 nyx x 2 3 2 1 )1 ( nyx x f 4.3.2 逐级萃取过程逐级萃取过程 同样同样,对第三级作物料衡算可得对第三级作物料衡算可得: 对第对第N级作物料衡算级

36、作物料衡算,得得: 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： 32 2 4 3 1 )1 ( nyx x f N N ff N nyx x 2 12 1 )1 ( 11 1 1 1 1 1 1 1 111 N N f N f N N f N fN D y xnyxx Dn 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xf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： 11 1 1 1 1 N N f N ffNf D y

37、 xxxx 1/ 1 1 N N ff Nf Dyx xx 1 1 / 1 1 1 N N ff Nf Dyx xx 1 1 / / 1 N ff fN Dyx Dyx lg 11 1 / / lg Dyx Dyx N fN ff 2021/2/1153 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 2021/2/1154 级效率级效率 xn+1xn x*n yn+1 yn y*n 4.3.2 逐级萃取过程逐级萃取过程 3. 萃取效率的

38、描述萃取效率的描述 (1)萃余率萃余率 (2)萃取率萃取率 (3)平均级效率平均级效率 f N a x x a f N f Nf ex x x x xx 11 NN E aex ex 1 2021/2/1156 萃取传质理论 yxy kDkK 111 )*()( )()( * yyKxxK yykxxkN a yax i a yiax yxx k D kK 11 38 x xi yi y *Dxy iyxx kk D kK 111 2021/2/1157 4. 微分逆流萃取过程微分逆流萃取过程 aAdhNGAdy A adhNLdx A 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

39、LdxGdy 对气相做物料平衡可得对气相做物料平衡可得 2021/2/1158 4. 微分逆流萃取过程微分逆流萃取过程 微分式微分式 dhxxaKLdx dhyyaKGdy x y )*( *)( 积分式积分式 1 2 1 2 x x ex y y ey xx dx aK L H yy dy aK G H 4. 微分逆流萃取过程微分逆流萃取过程 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)传质单元高度传质单元高度 (2)传质单元数传质单元数 (3)总传质高度总传质高度 ak L H x 1 2 * )NTU( x x ax xx dx 1 2 * )NTU( y

40、y oy yy dy axax H)NTU()HTU( oyoy H)NTU()HTU( 2021/2/1160 传质单元数的计算传质单元数的计算 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 x2e x x1e 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 匀分布匀分布,并平行推进。两相的并平行推进。两相的 传质仅发生在水平方向上。传质仅发生在水平方向上。 2021/2/1161 传质单元数的计算传质单元数的计算 A: 两相不互溶两相不互溶,且分配系数为常数时且分配系数为常数时NTU的计的计 算算, 即平衡线为直线时。即平衡线为

41、直线时。 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，NTU的计算。的计算。 在在x-y图上，把图上，把x分成若干等份，面积法。分成若干等份，面积法。 2021/2/1162 传质单元数的计算传质单元数的计算 C: 分配系数不为常数分配系数不为常数,且两相流量发生变化。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须扣除溶质后纯溶剂的流量作为常量,计算计算NTU。 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. 填料萃取塔填料萃取塔 2021/2/1168 萃取设备的选择萃取设备的选择 考虑因素考虑因素 (1) 系统物性系统物性:界面张力小或密度差小界面张力小或密度差小,离心式萃取塔。离心式萃取塔。 反之反之:补充能量的萃取设备。补充能量的萃取设备。 (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 大大,离心式设备小。离心式设备小。 (3) 级数：级数超过级数：级数超过5级，填料塔、筛板塔不适用。级，填料塔、筛板塔不适用。 （4）场地：塔占高度，槽占面积。