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1、什么是液液萃取什么是液液萃取与吸收相似与吸收相似利利用用液液体体混混合合物物中中各各组组分分在在外外加加溶溶剂剂中中溶溶解解度的差异度的差异而分离该混合物的操作。而分离该混合物的操作。(抽提）抽提）4.1 概概 述述本章主要讨论双组分均相液体混合物（本章主要讨论双组分均相液体混合物（A+B）的萃取过程。）的萃取过程。选用选用溶剂溶剂，萃取剂萃取剂S，混合液中被分离出的组分，混合液中被分离出的组分，溶质溶质A，混合液中与萃取剂不互溶或仅部分互溶的组分称混合液中与萃取剂不互溶或仅部分互溶的组分称为为原溶剂或稀释剂原溶剂或稀释剂B。2充分接触充分接触相界面相界面(extractphase)(raff
2、inatephase)1 1 萃取操作的基本原理和过程萃取操作的基本原理和过程原料液原料液萃取剂萃取剂SA+B萃取液萃取液E萃取相萃取相E（A大量，大量，B少量少量)S+A+B萃余相萃余相RB+A+S萃余液萃余液R（B大量，大量，A少量少量)S一次相平衡一次相平衡一个理论级一个理论级脱除溶剂脱除溶剂溶质扩散溶质扩散沉降分层沉降分层3讨论讨论：（1）完整的萃取）完整的萃取过过程包括：萃取与反萃取（溶程包括：萃取与反萃取（溶剂剂回收）。回收）。（2）溶剂循环使用，）溶剂循环使用，即脱溶剂过程才是经济性的体现。即脱溶剂过程才是经济性的体现。（3）萃取中相互接触的均为液相，因此必须两相有密度差萃取中相
3、互接触的均为液相，因此必须两相有密度差。2.萃取分离的适用场合萃取分离的适用场合思考：思考：分离液相均相混合物，什么场合用精馏或用萃取？分离液相均相混合物，什么场合用精馏或用萃取？4u稀溶液：稀溶液：溶质是易挥发组分溶质是易挥发组分溶质是难挥发组分溶质是难挥发组分u 1或或1的体系的体系u热敏性溶液：热敏性溶液：u其他其他-精馏或萃取精馏或萃取-萃取萃取-萃取或特殊精馏萃取或特殊精馏-萃取萃取-精馏精馏精馏精馏-需汽化需汽化萃取萃取-常温操作常温操作3.萃取操作的特点：萃取操作的特点：萃取剂与原溶剂只能部分互溶或完全不溶；萃取剂与原溶剂只能部分互溶或完全不溶；萃取剂选择性好。萃取剂选择性好。不
4、能直接得到纯产品不能直接得到纯产品过渡操作；过渡操作；三元或多元体系，通常需在三角形相图上表示。三元或多元体系，通常需在三角形相图上表示。54 4、萃取分离技术的发展、萃取分离技术的发展 液液-液萃取技术有着广泛的前景。液萃取技术有着广泛的前景。萃萃取取与与蒸蒸馏馏两两种种分分离离方方法法可可以以互互相相补补充充。实实践践证证明明，适适当当选选用用蒸蒸馏馏或或萃萃取取，几几乎乎所所有有液液体体混混合合物物都都能能有有效效而而经经济济的的实现组分间的完全分离。实现组分间的完全分离。（1）A完全溶于完全溶于B及及S中，但中，但S与与B完全不互溶；完全不互溶；（2）S与与B部分互溶，与部分互溶，与A
5、完全互溶；完全互溶；4.2三元体系的液三元体系的液液相平衡液相平衡相平衡的应用：与吸收相同相平衡的应用：与吸收相同类物系类物系我们重点讨论的是前两种情况。我们重点讨论的是前两种情况。（3）S不仅与不仅与B部分互溶，而且与部分互溶，而且与A也部分互溶。也部分互溶。类物系类物系液液-液萃取形成的三组分物系有液萃取形成的三组分物系有三三种类型。种类型。64.2.1组组成在成在三角形相图上的表示方法三角形相图上的表示方法 液液萃取过程涉及三元体系的相平衡，此时用直角坐标系液液萃取过程涉及三元体系的相平衡，此时用直角坐标系就不方便了，因此要用到三角形相图。就不方便了，因此要用到三角形相图。常用的三角形相
6、图有如下几种，原理均相同。常用的三角形相图有如下几种，原理均相同。考虑到混合液组成用考虑到混合液组成用质量分数质量分数表示的方便简明，萃表示的方便简明，萃取计算中常采用取计算中常采用等腰直角三角形等腰直角三角形坐标图。坐标图。7溶质溶质原溶剂原溶剂萃取剂萃取剂每条边代表二元溶液每条边代表二元溶液 顶点代表纯组分顶点代表纯组分相图中的点代表三元溶液相图中的点代表三元溶液表示方法表示方法AxBx8 原原料料中中加加入入适适量量的的S，充充分分接接触触和和静静置置后后，形形成成两两个个液液层层萃萃取取相相E、萃萃余余相相R，相相平平衡衡（共共轭轭相相）。改改变变S量，得到量，得到不同不同的共的共轭轭
7、相相组组成。成。在在三三角角形形相相图图上上，将将各各个个共共轭轭相相组组成成坐坐标标点点联联结结起来的曲起来的曲线线称称为为溶解度曲溶解度曲线线。溶解度曲线数据由实验测得。溶解度曲线数据由实验测得。4.2.2 液液液相平衡关系液相平衡关系1.溶解度曲线和联接线溶解度曲线和联接线9B，S混合液中加入混合液中加入A，随着随着A的增加，混合点沿的增加，混合点沿AM线变化，在两相区内可以对线变化，在两相区内可以对应平衡的应平衡的n个个R和和E，联接各，联接各个个R点和点和E点，得曲线。点，得曲线。B，S部分互溶时溶解度曲线的绘制（一）部分互溶时溶解度曲线的绘制（一）（一定温度下）（一定温度下）MRE
8、两相区两相区均相区均相区PABS溶解度曲线溶解度曲线10L，J表示两相组成，表示两相组成，C表示总浓度，与表示总浓度，与B，S的的质量有关。质量有关。B，S的质量的质量改变，不影响相互的溶改变，不影响相互的溶解度，但影响总浓度，解度，但影响总浓度，所以有所以有CF各点。各点。B，S部分互溶时溶解度曲线的绘制（二）部分互溶时溶解度曲线的绘制（二）由实验得由实验得混溶点混溶点CF等，联接各混溶点，得曲线。等，联接各混溶点，得曲线。E两相区两相区均相区均相区ABS溶解度曲线溶解度曲线CCDDFEFLJ11思考：思考：若若B B与与S S完全不互溶，则在三角形相图中溶解完全不互溶，则在三角形相图中溶解
9、度曲线如何画？度曲线如何画？点点L，J分别于点分别于点B和和S相重合，相重合，R与与E分别在分别在AB线和线和AS线上，三角形内部均为两相区。线上，三角形内部均为两相区。B B、S S完全不互溶时完全不互溶时二元溶液二元溶液萃取液萃取液E萃取相萃取相E（纯（纯A）S+A萃余相萃余相RB+A12v点点R及及E表示相平衡时的萃表示相平衡时的萃余相及萃取相的组成，两点的余相及萃取相的组成，两点的联线称为联线称为联结线联结线。v一定温度下，联结线有无穷一定温度下，联结线有无穷多条，由实验测定。多条，由实验测定。13其他两种情况其他两种情况MRE两相区两相区均相区均相区ABS联结线联结线 Tieline
10、2辅辅助曲助曲线线和和临临界混溶点界混溶点已已知知四四对对相相平平衡衡坐坐标标位位置置，即即R1、E1R4、E4各各点点。从从点点E1作作边边AB的的平平行行线线，从从点点R1作作BS边边的的平平行行线线，两两线线相相交交于于点点F。同同样样方方法法得得交交点点G、H和和J，联联各各交交点点的的曲曲线线FGHJ即即为为辅辅助助曲曲线线，又又称称共共轭轭曲曲线线。（用于（用于R,E互求）互求）辅助线辅助线14褶点褶点辅辅助曲助曲线线与溶解度曲与溶解度曲线线的交点的交点即即为为临临界混溶点界混溶点。又称。又称褶点褶点(plaitpoint)，此点，此点处处R和和E两相两相组组成相同。成相同。P P
11、点并不一定点并不一定处于曲线最高处于曲线最高点点若已测出的某条联结线位置若已测出的某条联结线位置接近接近临界混溶点，则可将辅临界混溶点，则可将辅助线外推求出助线外推求出P，若距离较，若距离较远，用外延辅助曲线方法不远，用外延辅助曲线方法不准确。临界混溶点数据应由准确。临界混溶点数据应由实验测定出。实验测定出。MRE两相区两相区均相区均相区P15相平衡关系包含：相平衡关系包含：溶解度曲线，溶解度曲线，共轭线，共轭线，辅助线辅助线辅助线辅助线作法及作法及E、R点的确定点的确定临界混溶点临界混溶点由两辅助曲线确定由两辅助曲线确定16B、S部分互溶，且部分互溶，且A、S部分互溶时的溶解度曲线部分互溶时
12、的溶解度曲线17思考：思考：1、加入溶质、加入溶质A后，后，B、S互溶度如何变化？互溶度如何变化？2、B、S互溶度变大，则互溶度变大，则两相区范围如何变化？两相区范围如何变化？B、S互溶度变大互溶度变大MREB、S部分互溶时部分互溶时P两相区范围变小两相区范围变小183.分配系数与分配曲线分配系数与分配曲线-分配系数分配系数distributioncoefficient1）分配系数：分配系数：在在一一定定温温度度下下，相相平平衡衡时时，溶溶质质组组分分A在在两两个个液液层层（E相和相和R相）中的浓度之比称为分配系数。相）中的浓度之比称为分配系数。19分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中分配系
13、数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。的分配关系。Ay原料液原料液萃取剂萃取剂S SA+B萃取液萃取液E萃取相萃取相E EA大量，大量，B少量少量S+A+B萃余相萃余相R RB+A+S萃余液萃余液RB大量，大量，A少量少量20kA1kA=1kA1联接线斜率越大，联接线斜率越大，kA越大，越易分离。越大，越易分离。21l不同物系具有不同的分配系数不同物系具有不同的分配系数kA值。值。同一物系同一物系kA值随温度及溶质浓度而变化。值随温度及溶质浓度而变化。n在恒定温度下，在恒定温度下，kA值只随溶质值只随溶质A的组成而变。的组成而变。恒温，恒压，低浓度时，恒温，恒压，低浓度时，kA可视为常数
14、。可视为常数。P不在溶不在溶解度曲线解度曲线最高点最高点2）分配曲线）分配曲线-相平衡关系曲线相平衡关系曲线B B、S S部分互溶时部分互溶时对角线对角线22kA1，分配曲线位于，分配曲线位于y=x线上侧。线上侧。B、S完全不互溶时完全不互溶时以质量比表示的分配系数以质量比表示的分配系数K，有，有其中，其中，Y，X为质为质量比量比其中，其中，y，x为质量分数为质量分数此时，分配曲线多为此时，分配曲线多为K为常数时的直线。为常数时的直线。234.温度对相平衡关系的影响温度对相平衡关系的影响TB及及S中，中，A溶解溶解，两相区缩小；不利于两相区缩小；不利于萃取分离。萃取分离。T影响曲线形状、联结线
15、影响曲线形状、联结线斜率及两相区的斜率及两相区的面积，从而影响分配曲线面积，从而影响分配曲线形状；形状；24温度温度，类物系类物系类物系。类物系。对同一物系，当温度降低时，对同一物系，当温度降低时，两相区增加，对萃取有利。两相区增加，对萃取有利。但温度降低会使溶液黏度增但温度降低会使溶液黏度增加，不利于两相间的分散、加，不利于两相间的分散、混合和分离，因此萃取操作混合和分离，因此萃取操作温度应作适当的选择。温度应作适当的选择。254.2.3杠杆规则杠杆规则三角形相图的应用：三角形相图的应用：u表示混合、分离等过程表示混合、分离等过程1）两液相混合总组成）两液相混合总组成在相图上的点，必落在在相
16、图上的点，必落在两液相点的连线上两液相点的连线上2）若某差点流量越大，）若某差点流量越大，和点就越靠近该点。和点就越靠近该点。杠杆杠杆REF M ABS26则则 S、F分别代表纯溶剂和进料的质量，分别代表纯溶剂和进料的质量，kg；E、R分别代表萃取相和萃余相的质量，分别代表萃取相和萃余相的质量，kgMR、ME分别代表线段分别代表线段MR和和ME的长度。的长度。MF、MS分别代表线段分别代表线段MF和和MS的长度的长度杠杆杠杆REF M ABS或或 27杠杆杠杆R E REF M ME和和R的相的相图图表示方法：表示方法：E和和S为差点，为差点，E为和点为和点R和和S为差点，为差点，R为和点为和
17、点E和和R为差点，为差点，F为和点为和点28如何证明上述杠杆原理成立？如何证明上述杠杆原理成立？物料衡算：物料衡算：-本质上就是物料衡算关系本质上就是物料衡算关系杠杆杠杆差点差点和点和点差点差点294.2.4萃取剂的选择萃取剂的选择1、萃取剂的选择性和选择性系数、萃取剂的选择性和选择性系数 选择性是指选择性是指S对对A、B两个组分溶解能力的差别。若两个组分溶解能力的差别。若S对溶对溶质质A的溶解能力比对的溶解能力比对B的溶解能力大得多，那么这种萃取剂的选的溶解能力大得多，那么这种萃取剂的选择性就好。萃取剂的选择性可用选择性系数择性就好。萃取剂的选择性可用选择性系数来衡量。来衡量。30-选择性系
18、数选择性系数relativeselectivity意义相似意义相似对照：对照：l如如=1，则则萃萃取取液液与与萃萃余余液液有有同同样样的的组组成成，并并与与料料液液的的组组成成一一样样，不不可可用用萃萃取取分分离离。如如1，则则萃萃取取能能够够实实现现。越越大大，分分离离越越易易，kA越越大大越越好好，kB越越小小越越好好。的大小可判断所选择萃取剂是否适宜和分离的难易。的大小可判断所选择萃取剂是否适宜和分离的难易。萃萃取取剂剂的的选选择择性性好好，对对一一定定的的分分离离任任务务，可可减减少少萃萃取取剂剂用用量量，降降低低回回收收溶溶剂剂操操作作的的能能量量消消耗耗，并并且且可可获获得得纯度较
19、高的产品。纯度较高的产品。组分组分B，S完全不互溶时，完全不互溶时，yB=0，趋近于无穷大。趋近于无穷大。31Ay原料液原料液萃取剂萃取剂S SA+B萃取液萃取液E萃取相萃取相E ES+A+B萃余相萃余相R RB+A+S萃余液萃余液R拓展拓展322、萃取剂与原溶剂的互溶度、萃取剂与原溶剂的互溶度相同温度下，同一种含相同温度下，同一种含A、B组分的原料液与不组分的原料液与不同同S1、S2所构成的相平所构成的相平衡关系图。衡关系图。图（图（a）表明）表明B、S1互溶度小，两相区面积大，互溶度小，两相区面积大，E中组分中组分A的的极极限浓度限浓度ymax（相图表示法）（相图表示法）较大。图（较大。图
20、（b）表明选用）表明选用S2时，其时，其极限浓度较小。显然极限浓度较小。显然S与与B的互溶度越小，越有利于萃取。的互溶度越小，越有利于萃取。33 萃取剂需循环使用，回收的难易直接影响操作萃取剂需循环使用，回收的难易直接影响操作费用。回收所用的方法主要是蒸馏。若被萃取的溶费用。回收所用的方法主要是蒸馏。若被萃取的溶质是不挥发的，而物系中各组分的热稳定性又较好，质是不挥发的，而物系中各组分的热稳定性又较好，可采用蒸发操作回收萃取剂。可采用蒸发操作回收萃取剂。在一般萃取操作中，回收萃取剂往往是费用最在一般萃取操作中，回收萃取剂往往是费用最多的环节，有时某种萃取剂具有许多良好的性能，多的环节，有时某种
21、萃取剂具有许多良好的性能，仅由于回收困难而不能选用。仅由于回收困难而不能选用。3、萃取剂回收的难易与经济性、萃取剂回收的难易与经济性34密密度度：萃萃余余相相与与萃萃取取相相之之间间应应有有一一定定的的密密度度差差，以以利利于于两两个个液相在充分接触以后能较快地分层，提高设备的生产能力。液相在充分接触以后能较快地分层，提高设备的生产能力。界界面面张张力力：物物系系的的界界面面张张力力较较大大时时，细细小小的的液液滴滴比比较较容容易易聚聚结结，使使两两相相易易于于分分层层，但但分分散散程程度度较较差差。界界面面张张力力过过小小时时，易易产产生生乳乳化化现现象象，使使两两相相较较难难分分层层。在在
22、实实际际操操作作中中，液液滴滴的的聚聚集集更更为为重重要要，故故一一般般多多选选用用界界面面张张力力较较大大的的萃萃取取剂剂。有有人人建建议议，将将萃萃取取剂剂和和原原料料液液加加入入分分液液漏漏斗斗中中，经经充充分分激激烈烈摇摇动动后后，以以两两液液相相在在五五分分钟钟以以内内能能够够分分层层的的，作作为为萃萃取取剂剂界界面面张张力力适适当当与与否否的大致判别标准。的大致判别标准。4萃取剂的其他性质萃取剂的其他性质35其他：为了便于操作、输送及贮存，萃取剂的黏度与凝固其他：为了便于操作、输送及贮存，萃取剂的黏度与凝固点应较低，并应具有不易燃、毒性小等优点。点应较低，并应具有不易燃、毒性小等优
23、点。此外，萃取剂还应具有化学稳定性、热稳定性以及抗氧此外，萃取剂还应具有化学稳定性、热稳定性以及抗氧化稳定性，对设备的腐蚀性也应较小。化稳定性，对设备的腐蚀性也应较小。萃取剂的选择萃取剂的选择1、对溶质、对溶质溶解性溶解性大大2、选择性选择性好好3、B与与S互溶度互溶度越小越好越小越好4、萃取剂、萃取剂易于回收易于回收5、萃取相与萃余相、萃取相与萃余相密度差异大密度差异大364.3萃取过程的计算萃取过程的计算本节要讨论的本节要讨论的37计算前提计算前提-理论级假定理论级假定离开的两相离开的两相Ri、Ei呈相平衡关系呈相平衡关系38MRME4.3.1单级萃取的计算单级萃取的计算1.萃取过程在三角
24、形相图上的表示（萃取过程在三角形相图上的表示（B、S部分互溶）部分互溶）-图解法图解法 （1）混合）混合设设S是纯态的，由已知原料是纯态的，由已知原料液组成（假定只含有液组成（假定只含有A和和B），在三角形的边），在三角形的边AB上上确定确定F点，联点，联SF线，代表原线，代表原料液与萃取剂的混合液的料液与萃取剂的混合液的组成点组成点M必在线必在线SF上。上。39最最 小小 萃萃取取 剂剂 用用量量SminM 溶溶剂剂量量SR 或或SE 时时，和点，和点MR 或或ME 在溶解度在溶解度线线上，不分上，不分层层，不，不能分离。能分离。则则适宜的溶适宜的溶剂剂量量为为SRSSE；（2）分层）分层M
25、分层为分层为E和和R，通过辅助，通过辅助线线和杠杆规则，画出和杠杆规则，画出E和和R点。点。确定确定E和和R的质量。的质量。（3）脱溶剂）脱溶剂由由S和和E，R，画出，画出E和和R点。点。确定确定E和和R质量。质量。40ymax与与组组分分B，S之之间间的互溶度和温度的互溶度和温度有关，即与两相区有关，即与两相区的面的面积积有关。有关。两相区面两相区面积积越大，越大，ymax越大。越大。B，S完全不互溶时，完全不互溶时，则ymax=141最大萃取液浓度最大萃取液浓度ymax2单级单级萃取的萃取的计计算算已知：已知：F、xF、yS、xR（或（或xR）、相平衡关系。、相平衡关系。求：求：S（或（或
26、S0）、）、R、E、yE。F，xFR，xR，xRE，yES，ySR，yE SSE42R根据根据已知条件已知条件确定确定线线FS（或（或FS0，S指指纯纯溶溶剂剂，S0指再生指再生后，含有少量后，含有少量A的溶的溶剂剂）、）、点点R（或（或R，再，再绘绘出出R），通通过过相平衡关系作相平衡关系作联结线联结线，找到点找到点E，再作，再作图图得到得到和点和点M。然后，利用杠杆原理求。然后，利用杠杆原理求S等各量。等各量。B、S部分互溶时部分互溶时MEFS043R R求得求得S或或S0求得求得E或或R求得求得E或或R或或E MEFS044也可进行解析计算也可进行解析计算由由F+S=R+EFxF+Sys
27、=RxR+EyE=MxM 得得同理同理萃取（出）率：萃取（出）率：萃余率：萃余率：45B、S完全不互溶时完全不互溶时-解析法解析法 物料衡算：物料衡算：相平衡关系：相平衡关系：解两个未知数解两个未知数与吸收类似，浓度与吸收类似，浓度用质量比更方便。用质量比更方便。46用相图表示：用相图表示：为过点（为过点（XF，YS），），斜率为斜率为-B/S的直线与的直线与相平衡线的交点为相平衡线的交点为（X1，Y1)如果如果B,S完全不互溶，萃取率等公式如何表达？完全不互溶，萃取率等公式如何表达？萃取（出）率：萃取（出）率：萃余率：萃余率：47流程及特点流程及特点 特点：特点：每一每一级级均用新均用新鲜鲜
28、萃取萃取剂剂，故，故传质传质推推动动力力较较大；大；萃取萃取剂剂用量大，操作用量大，操作费费用高。用高。多个多个单级单级萃取串萃取串联联使用使用4.3.2多多级错级错流萃取流程（多流萃取流程（多级级分离）分离）48计计算算-求求级级数数N491.组组分分B、S部分互溶部分互溶时时的的图图解法解法作作图图步步骤骤：连连点点F、S，由，由F、S1值值和和杠杆原理确定和点杠杆原理确定和点M1；由由M1，确定点，确定点R1、E1及及其其值值；R1E1M150连连点点R1、S，由，由R1、S2大小和杠杆原理确定和点大小和杠杆原理确定和点M2；由由M2，确定点，确定点R2、E2及其大小；及其大小；R1M2
29、R2E2E1M151如此反复，直至如此反复，直至xN xR（指定）为（指定）为止，线的个数即为止，线的个数即为理论级数。理论级数。计算可知，计算可知，对于指定的分离程度，各级溶剂用量相等对于指定的分离程度，各级溶剂用量相等时，溶剂总用量最少时，溶剂总用量最少。522.B、S完全不互溶时理论级数的计算完全不互溶时理论级数的计算1 1）直角坐标图解法直角坐标图解法取每一取每一级级S相等，相等，则则B，S值为值为常数。常数。E中只有（中只有（S，A），），R中只有（中只有（B，A）。）。53必必过过点点(Xn-1，YS）必必过过点点(XF，YS)则对于第一级有：则对于第一级有：-操作操作线线方程方程
30、整理得整理得同理，对于第同理，对于第n n级，有级，有54步步骤骤：（与：（与计计算匹配）算匹配）1.做分配曲做分配曲线线（相平衡（相平衡线线）2.确定起始位置确定起始位置L（XF，YS）点，做操作点，做操作线线，交分配曲，交分配曲线线与与E1点。点。3.过过E1点做垂线，交点做垂线，交Y=YS线线与点与点V，做，做LE1的平行线，依的平行线，依次类推。直至次类推。直至XN低于指定值低于指定值为止。为止。操作线的数目就是理论级数。操作线的数目就是理论级数。55若若YS=0，则则相相图图解法解法为为：562 2）解析法解析法平衡关系平衡关系：Yi=KXi，其中，其中，K视为常数时，由视为常数时，
31、由则则令令则则萃取因子萃取因子57依次依次类类推，得推，得所需理论级数为所需理论级数为常用：常用：YS=0时的简化版时的简化版可用曲线表示可用曲线表示5859传质推动力较为均匀传质推动力较为均匀流程及特点：流程及特点：S在最后一在最后一级级加入，逐次通加入，逐次通过过各各级级，萃取相由第，萃取相由第1级级排出。排出。F从第从第1级级加入，逐次通加入，逐次通过过各各级级，萃余相，萃余相RN由末一由末一级级排出。排出。萃余相萃余相RN与萃取相与萃取相E1分分别别回收萃取回收萃取剂剂循循环环使用。与多使用。与多级错级错流相比，流相比，S耗用量大耗用量大为为减少，因而在工减少，因而在工业业上上应应用广
32、泛。用广泛。4.3.3多级逆流接触萃取的流程和计算多级逆流接触萃取的流程和计算60计算级数计算级数 比较比较：相当于精馏中相当于精馏中y1与与x1是平衡关系，是平衡关系，y2与与x1是操作关系是操作关系。平衡关系平衡关系，为为操作关系操作关系。注意注意：61 1 1、组分、组分B、S部分互溶时的理论级数部分互溶时的理论级数 1 1）三角形坐标图上的逐级图解法）三角形坐标图上的逐级图解法 绘出溶解度曲线和绘出溶解度曲线和辅助曲线辅助曲线由由F、S值确定和点值确定和点M，连结连结RN、M，并延长得点，并延长得点E1(由物料衡算得）；由物料衡算得）；步骤：步骤：62 连连点点F、E1和和RN、S，并
33、延，并延长长交与点交与点。过过E1作共轭线作共轭线E1R1，得得R1点，连结点，连结R1，交，交溶解度曲线于点溶解度曲线于点E2；R1E263R1E2过过E2作作共共轭轭线线得得R2，连连结结R2，交交溶溶解解度度曲曲线线于于点点E3，过过E3作作共共轭轭线线得得R3；如如此此反反复复，直直至至小小于于指指定定RN为为止止，共共轭轭线线的的个个数数即即为为理理论论级级数。数。R2E3相当于交替使用相平相当于交替使用相平衡和操作线关系衡和操作线关系64由总物料衡算：由总物料衡算：第第1级：级：第第2级：级：第第N级：级：净流量净流量 逐级法原理逐级法原理 65和和点点差差点点差差点点-操作线方程
34、操作线方程 R1E2R2E3操作点操作点 FA SB E1 MRN66E1RNFMSR1E2R2注意，注意，也也可能在可能在图图的右的右侧侧，这这与与y1与与xF的大小有关（从的大小有关（从组组成角度判成角度判断），但断），但图图解法步解法步骤骤不不变变。67v对对指定的指定的xN，S/F大小影响大小影响 的位置（的位置（质质量的角度）量的角度）。溶剂比溶剂比S/F对多级逆流萃取的影响：对多级逆流萃取的影响：u当当S/F较较大大时时，点，点 在右侧，在右侧，此时此时E为和点，为和点，S的用量越小，的用量越小，越远离越远离S；68u当当S/F较较小小时时，在左侧，此时在左侧，此时R为和点，为和点
35、，S用量越用量越小，小，越靠近越靠近S。F ARNBS69 理论级数较多，在三角相图上作图求解，结理论级数较多，在三角相图上作图求解，结果不够清晰。可用直角坐标画出分配曲线与操作果不够清晰。可用直角坐标画出分配曲线与操作线，仿照精馏作图求解。线，仿照精馏作图求解。2)在在x-y直角坐标上求解理论级数直角坐标上求解理论级数步骤：步骤：（1 1）绘分配曲线）绘分配曲线（2）作操作线）作操作线（3）交替使用操作线与分配曲线，作梯级，数目即理论级数。）交替使用操作线与分配曲线，作梯级，数目即理论级数。70作分配曲线方法作分配曲线方法（1 1）绘分配曲线）绘分配曲线（相当于平衡线，共轭相中（相当于平衡线
36、，共轭相中RE关系曲线）关系曲线）71（2）作操作线）作操作线过过点任意作若干点任意作若干连线连线，交溶解度曲，交溶解度曲线线两臂，两臂，这这两点坐两点坐标标yA与与xA，在直角坐，在直角坐标标上可上可获获得一个操作点。得一个操作点。72（3）以）以H（y1、xF）为起点交替使用操作线与分配曲线依次）为起点交替使用操作线与分配曲线依次作梯级，直至终点（作梯级，直至终点（xN，yS），梯级数目即理论级数），梯级数目即理论级数xFxNy1yS分配曲线分配曲线操作线操作线73以萃取设备整体为控制体以萃取设备整体为控制体总物料衡算式总物料衡算式 F+S=Rn+E1 溶质溶质A衡算式衡算式 FxFA+S
37、y0A=RnxnA+E1y1A溶剂溶剂S衡算式衡算式 FxFS+Sy0A=RnxnS+E1y1S相平衡关系式相平衡关系式 xnS=（xNA）y1S=（y1A）y1A=F(x1A)联联立立求求解解6个方程可以求出个方程可以求出6个未知数个未知数3)组分组分B、S部分互溶时的解析计算部分互溶时的解析计算74同样，对于每一个理论级，列出相应的物料衡算式同样，对于每一个理论级，列出相应的物料衡算式及对应的平衡关系式，可逐级计算求出理论级数。及对应的平衡关系式，可逐级计算求出理论级数。752.组分组分B和和S完全不互溶时理论级数的计算完全不互溶时理论级数的计算1)在在X-Y直角坐标图中的图解法直角坐标图
38、中的图解法对第对第i级作物料衡算，得：级作物料衡算，得：即即-操作线方程，操作线方程，过点（过点（Xn，YS）（）（XF，Y1）76B xFB,xnS,YSS,y11 12 23 34 4P2P3类似于解吸计算类似于解吸计算 77 若平衡线为通过原点的直线，则解吸，萃取均可使用同一若平衡线为通过原点的直线，则解吸，萃取均可使用同一式子计算理论级（板）数。式子计算理论级（板）数。平衡线斜率平衡线斜率与与操作线斜率操作线斜率之比之比2)解析法求理论级数解析法求理论级数对萃取对萃取 为萃取因数为萃取因数 对解吸对解吸：为解吸因数为解吸因数 78此时此时Am1。若Am=1 3、溶剂比和萃取剂的最小用量
39、、溶剂比和萃取剂的最小用量（1）（2）吸收吸收精馏精馏萃取萃取但回收溶剂所需能量增加但回收溶剂所需能量增加（3）79S用量越小，操作线斜率与联结线斜率越接近，每个用量越小，操作线斜率与联结线斜率越接近，每个理论级的分离程度越小。（与精馏、吸收相似）理论级的分离程度越小。（与精馏、吸收相似）达到指定分离要求，达到指定分离要求，所需理论级数无穷多所需理论级数无穷多时时的的溶剂用量。溶剂用量。最小溶剂比最小溶剂比 80连接线如图时，连接线如图时，在右侧，延长所在右侧，延长所有的联结线与有的联结线与SRN相交，得相交，得 1、2、3，取最靠近，取最靠近S点的点的 为为 min。即此时，由。即此时，由杠
40、杆规则，系列中杠杆规则，系列中 值最大，和点的值最大，和点的S相相对最大。类似于多股进料中多个对最大。类似于多股进料中多个Rmin的的选择方法。选择方法。作作图图法求法求E1FR11RNAB S81连连接接线线如如图图时时，在在左左侧侧，延延长长所所有有的的联联结结线线与与RNS相相交交，得得 1、2、3.，取取最最远远离离S点点的的 为为 min。即即此此时时，由由杠杠杆杆规规则则，系系列列中中 值值最最小小，另另一一差差点点S相对最大。相对最大。作作图图法求法求F A E1R1BSRN82 最小溶剂比最小溶剂比直角坐标上，类似于夹紧点直角坐标上，类似于夹紧点若令：若令：则则YF*YY1YS
41、XnXFX834.3.4微分接触逆流萃取微分接触逆流萃取h=n（HETS）1、理论级当量高度法（、理论级当量高度法（HETS）（指萃取效果相当于一个理论级的塔高（指萃取效果相当于一个理论级的塔高)塔高的计算塔高的计算h=HOENOE=HORNOR2、传质单元法（类似吸收塔的推导过程）、传质单元法（类似吸收塔的推导过程）84相平衡曲线（与精馏类似）相平衡曲线（与精馏类似）4.4.1带回流的逆流萃取带回流的逆流萃取实现高纯度分离实现高纯度分离A、B（类同精馏塔）（类同精馏塔）E=E0+Ro=E0（r+1）E1=E+S4.4其他萃取分离技术其他萃取分离技术FRnS0E回流回流R0=rE0SE1E08
42、54.4.2伴有化学反应的萃取伴有化学反应的萃取主要用于金属的提取和分离主要用于金属的提取和分离1.溶质与萃取剂之间的化学反应溶质与萃取剂之间的化学反应（1）络合反应）络合反应分离极性有机稀溶液分离极性有机稀溶液（2）阳离子交换反应）阳离子交换反应（3）离子缔合反应）离子缔合反应862.化学反应萃取过程的控制步骤化学反应萃取过程的控制步骤化学反应控制化学反应控制扩散速率控制扩散速率控制判别方法：判别方法：（1）搅拌强度判别法）搅拌强度判别法（2）温度判别法）温度判别法（3）界面判别法）界面判别法严格，可靠严格，可靠4.4.3超临界流体萃取超临界流体萃取1.1.基本原理基本原理 用超过用超过临界
43、温度，临界压力临界温度，临界压力状态下的气体作为溶剂，状态下的气体作为溶剂，萃取待分离混合物中的溶质，然后用等温变压或等压变萃取待分离混合物中的溶质，然后用等温变压或等压变温等方法将溶剂与溶质分离的单元操作温等方法将溶剂与溶质分离的单元操作超临界萃取。超临界萃取。87与传统的液与传统的液液萃取比较，在脱溶剂操作中更加液萃取比较，在脱溶剂操作中更加容易，可降低能耗及投资费用，如容易，可降低能耗及投资费用，如CO2的临界温度为的临界温度为31，不用加热就可将溶质与溶剂，不用加热就可将溶质与溶剂CO2分离，其等同分离，其等同一般萃取。一般萃取。2.超临界流体的特性超临界流体的特性88超临界流体超临界
44、流体兼有液体和气体的某些特性兼有液体和气体的某些特性 常用的超临界流体：常用的超临界流体：CO2、CH2=CH2、CH3CH3、CH2=CHCH3、NH33.典型流程及应用典型流程及应用等温变压法等温变压法 等压变温法等压变温法 吸附吸收法吸附吸收法 添加惰性气体的等压法添加惰性气体的等压法 例：等温降压法（例：等温降压法（COCO2 2）CO2与溶质的混合物减压后与溶质的混合物减压后进入分离器，在较低压强下，进入分离器，在较低压强下，溶质在溶质在CO2中的溶解度大大降中的溶解度大大降低，被分离出来，低，被分离出来，CO2经压缩经压缩后循环使用后循环使用89工业应用工业应用液气 从发酵液中萃取
45、乙醇，乙酸从发酵液中萃取乙醇，乙酸 从工业废水中萃取其他有机物从工业废水中萃取其他有机物 从木浆氧化废液中萃取香兰素从木浆氧化废液中萃取香兰素 从柠檬皮油、大豆油中萃取有效成分从柠檬皮油、大豆油中萃取有效成分 固液浸取 咖啡豆中咖啡因咖啡豆中咖啡因 烟草中的尼古丁烟草中的尼古丁 植物中调味品，植物中调味品，药物等药物等904.5.液液液萃取设备液萃取设备液液传质的特点：液液传质的特点：(1)液液两相密度差异小；液液两相密度差异小；(2)液液体体表表面面张张力力较较大大，液液滴滴易易于于合合并并而而难难于于破破裂裂；靠靠自自身身的的重重力力来来分分散散液液滴滴往往往往不不够够，还还常常需需外外界
46、界提提供能量以分散液滴，如加搅拌、振动脉冲等。供能量以分散液滴，如加搅拌、振动脉冲等。(3)易于产生返混现象，而使传质推动力下降。易于产生返混现象，而使传质推动力下降。91 在在萃萃取取设设备备中中有有两两个个液液相相，连连续续相相和和分分散散相相，传传质质发发生生在在液液滴滴群群（分分散散相相）与与连连续续相相之之间间。液液滴滴在在生生成成，运运动动和和聚聚集集时时均均发发生生传传质质。液液滴滴的的大大小小对对萃萃取取有有重重要要影影响响，如如液液滴滴过过大大，则则传传质质表表面面积积减减少少，对对传传质质不不力力；但但如如液液滴滴过过小小，虽虽然然传传质质面面积积增增加加，但但分分散散液液
47、滴滴的的凝凝集集速速度度随随之之下下降降，有有时时甚甚至至会会发发生生乳乳化化，同同时时液液相相间间的的密密度度差差较较气气液液相相间间的的密密度度差差要要小小得得多多，这这会会使使混混合合后后的的重重新新分分层层发发生生困困难难。因因此此要根据物系性质选择适宜的萃取设备。要根据物系性质选择适宜的萃取设备。92混合混合-澄清槽澄清槽筛板塔筛板塔逐级接触式萃取设备逐级接触式萃取设备喷洒塔喷洒塔填料塔填料塔微分接触式液液传质设备微分接触式液液传质设备脉冲填料塔脉冲填料塔脉冲筛板塔脉冲筛板塔振动筛板塔振动筛板塔转盘塔转盘塔离心式液液传质设备离心式液液传质设备分类分类934.5.1混合混合-澄清槽澄清
48、槽 带带有有搅搅拌拌器器的的混混合合槽槽和和分分离离槽槽组组合合成成的的萃萃取取设设备备，称称为为混混合合-澄澄清清萃萃取取器器。操操作作时时，原原料料液液和和萃萃取取剂剂加加入入混混合合槽槽中中经经一一定定时时间间“激激烈烈”的的搅搅拌拌后后，再再进进入入分分离离槽槽内内澄澄清清分分层层。密密度度较较小小的的液液相相在在上上层，较大的在下层。层，较大的在下层。可可以以将将多多个个混混合合-澄澄清清槽槽串串联联操操作作，这这样样便便构构成了多级混合成了多级混合-澄清槽。澄清槽。944.5.2塔式萃取设备塔式萃取设备 用用于于萃萃取取的的塔塔设设备备有有填填料料塔塔、筛筛板板塔塔、转转盘盘塔塔等
49、。塔式液等。塔式液-液萃取设备适宜于连续逆流操作。液萃取设备适宜于连续逆流操作。原原料料液液、萃萃取取剂剂两两液液体体中中的的重重液液由由塔塔顶顶部部进进入入，轻轻液液由由塔塔底底部部进进入入，在在塔塔内内两两液液相相呈呈逆逆流流接接触触进进行行萃取。萃取。95 单单位位时时间间内内通通过过萃萃取取塔塔的的原原料料与与萃萃取取剂剂的的流流量量不不能能过过大大。一一方方面面：通通入入液液体体量量过过大大，则则接接触触时时间间减减少少，会会使使萃萃取取效效果果差差。另另外外：两两相相逆逆流流，随随着着流流速速的的加加大大，流流动动的的阻阻力力加加大大。当当流流速速增增大大到到某某一一定定值值时时，
50、一一相相会会因因流流体体阻阻力力加加大大而而被被另另一一相相夹夹带带流流出出塔塔外外，此此种种两两个个液液体体相相互互夹夹带带的的现现象象称称为为萃萃取取塔塔的的“液液泛泛”，它它是是萃萃取取操操作作中中流流量量达达到到了了负负荷荷的的最最大大极限值的标志。极限值的标志。961 1 填料萃取塔和脉动填料萃取塔填料萃取塔和脉动填料萃取塔 填填料料萃萃取取塔塔与与用用于于吸吸收收的的填填料料塔塔基基本本相相同同，即即在在塔塔体体内内支支承承板板上上充充填填一一定定高高度度的的填填料料层层，塔塔内内填填料料的的作作用用，除除可可使使分分散散相相的的液液滴滴不不断断破破裂裂与与再再生生，以以使使液液滴