第八章液液萃取1

第八章液液萃取第一節(jié)概述

1、萃取原理

在欲分離的液體混合物中加入一種與其不溶或部分互溶的液體溶劑，經(jīng)過充分混合，利用混合液中各組分在溶劑中溶解度的差異而實現(xiàn)分離的一種單元操作。

溶質(zhì)

A：混合液中欲分離的組分

稀釋劑（原溶劑）B：

混合液中的溶劑

萃取劑S：

所選用的溶劑

萃取操作的對象、原理、目的對象：液相混合物A+B、萃取劑S原理：液體各組分在溶劑S中溶解度不同目的：分離均相液體混合物Raffinatephase原料A+B萃取劑S萃取相E萃余相R圖12-1萃取過程原理圖Extractphase混合器分層器工業(yè)常見的萃取操作示意圖原料A+B萃取劑S萃取相E萃余相R萃取劑S

萃取液E’萃余液R’萃取劑S二、液液萃取流程

萃取單組分萃取

雙組分萃?。ɑ亓鬏腿。?/p>

單級萃取或并流接觸萃取多級錯流萃取

多級逆流萃取

連續(xù)逆流萃取

1、根據(jù)混合液中欲分離組分在萃取劑中溶解度差別的大小和要求分離程度的高低，萃取過程可以分為單組分萃?。ê唵屋腿。┡c雙組分萃取（回流萃?。﹥煞N類型。

如圖8—2所示的噴灑萃取塔，原料液與萃取劑中的較重者(重相)自塔頂加入，圖中重相以連續(xù)相形式流至塔底排出；較輕者(輕相)自塔底進入，經(jīng)分布器分散成液滴上浮，并與重相接觸進行傳質(zhì)，當液滴上升到塔頂部后凝聚成液層，從塔頂排出。在塔內(nèi)兩液相里逆流接觸，兩相組成沿著流動方向連續(xù)變化。

2、根據(jù)萃取過程的兩相接觸方式可分為級式接觸和連續(xù)接觸。

如圖8—3所示單級混合沉降槽為級式接觸萃取流程，兩相組成是逐級變化的。原料液和萃取劑進入混合器，在攪拌作用下兩相發(fā)生密切接觸進行相際傳質(zhì)，然后流入沉降槽．經(jīng)沉降分離成萃取相和萃余相兩個液層并分別排出?？梢蚤g歇式或連續(xù)式操作，達到從原料液中分離出一定組分的目的。若單級萃取得到的萃余相中還合較多溶質(zhì)需要進一步萃取，可采用多個混合沉降槽實現(xiàn)多級接觸蘋取，各級間可諾流和逆流安排，分別稱為多級錯流萃取和多級逆流萃取。

圖8—4(a)為多級錯流萃取，原料液依次通過各級，新鮮溶劑則分別加入各級混合器。

如圖8—4(b)為多級逆流萃取，原料液和溶劑依次按反方向通過各級。在溶劑量相同的倩況下，逆流接觸可提供最大的傳質(zhì)推動力，因而所需設(shè)備容積最?。欢鴮χ付ǖ脑O(shè)備和分離要求，逆流時所需的镕劑量較少。萃取操作應用場合（1）溶質(zhì)A的濃度很稀，且B是易揮發(fā)組分，此時以蒸餾法回收A的單位能耗大如：從稀苯酚水溶液中回收苯酚；（2）當溶液是恒沸物或分離組分的沸點很接近時；（3）熱敏性物質(zhì)如：生化藥物、食品、香料等；（4）濕法冶金、環(huán)境治理等。

(1)原料液中各組分間的相對揮發(fā)度接近于1或形成恒沸物。例如從催化重整和烴類裂解得到的汽油中回收輕質(zhì)芳烴，由于輕質(zhì)芳烴與相近碳原子數(shù)的非芳烴沸點相差很小，有時還會形成共油物．因此不能用蒸餾的方法加以分離。三、液液萃取在工業(yè)上的應用1、在石油化工中的應用

隨著石油化工的發(fā)展，液液萃取已廣泛應用于分離各種有機物質(zhì)。輕油裂解和鉑重整產(chǎn)生的芳烴混合物的分離是重要的一例。該混合物中各組分的沸點非常接近，用一般的分離方法很不經(jīng)濟。工業(yè)上分別用環(huán)丁砜、四甘醇、N-甲基吡咯烷酮為溶劑，從裂解汽油的重整油中萃取芳烴。對于難分離的乙苯體系，原料液中各組分間的相對揮發(fā)度接近于1或形成恒沸物，用精餾方法不僅回流比大，塔板還高達300多塊，操作費用極大?？刹捎幂腿〔僮饕訦F-BF3作萃取劑，從C8餾分中分離二甲苯及其同分異構(gòu)體。2、在精細化工中的應用

原料液中需分離的組分含量很低且為難揮發(fā)組分．若采用蒸餾或蒸發(fā)過程須將大量稀釋劑汽化，能耗大，極不經(jīng)濟。用萃取的方法先將溶質(zhì)A組分宮集到蘋取相中，然后對萃取相進行蒸餾，能耗就會顯著降低。例如此稀醋酸水溶液制備無水醋酸的蘋取操作。3、在生物化工中的應用在生化藥物制備過程中，生成很復雜的有機液體混合物。這些物質(zhì)大多為熱敏性物質(zhì)。若選擇適當?shù)娜軇┻M行萃取，可以避免受熱損壞，提高有效物質(zhì)的收率。例如青霉素的生產(chǎn)，用玉米發(fā)酵得到含青霉素的發(fā)酵液，以醋酸丁酯為溶劑，經(jīng)過多次萃取可得到青霉素的濃溶液。此外，象鏈霉素、復方新諾明等藥物的生產(chǎn)采用萃取操作也得到較好的效果。香料工業(yè)中用正丙醇從亞硫酸紙漿廢水中提取香蘭素，食品工業(yè)中用TBP從發(fā)酵液中萃取檸檬酸也得到了廣泛應用?？梢哉f，萃取操作已在制藥工業(yè)、精細化工中占有重要的地位。4、在有機化工中的應用

高沸點有機化合物的分離若要采用蒸餾方法對高沸點有機化臺物進行分離，則必須采用高真空蒸餾或分子蒸餾，這對技術(shù)要求很高，而且能耗也高，這種情況下可采用萃取方法進行分離。如用乙酸來萃取植物油中油酸的操作。5、在濕法冶金中的應用20世紀40年代以來，由于原子能工業(yè)的發(fā)展，大量的研究工作集中于鈾、釷、钚等金屬提煉，結(jié)果使萃取法幾乎完全代替了傳統(tǒng)的化學沉淀法。近20年來，由于有色金屬使用量劇增，而開采的礦石中的品位又逐年降低，促使萃取法在這一領(lǐng)域迅速發(fā)展起來。例如用溶劑LIX63-65等螯合萃取劑從銅的浸取液中提取銅是20世紀70年代以來濕法液化金的重要成就之一。目前一般認為只要價格與銅相當或超過銅的有色金屬如鈷、鎳、鋯等等，都應當優(yōu)先考慮用溶劑萃取法進行提取。有色金屬冶煉、已逐漸成為溶劑萃取應用的重要領(lǐng)域。四、萃取操作的特點

1、選擇適宜的溶劑是一個關(guān)鍵問題

液液萃取過程是溶質(zhì)從一個液相轉(zhuǎn)入另一個液相的相際傳質(zhì)過程，所以萃取過程和蒸餾、吸收等過程類似，但萃取過程是液液相之間的物質(zhì)傳遞，而蒸餾和吸收過程則是氣液相之間的物質(zhì)傳遞。2、溶質(zhì)與萃取劑的沸點差大有利

萃取與精餾一樣可用于分離均相混合液，蒸餾操作可直接獲取較純的難、易揮發(fā)組分，而萃取操作若要獲取較純的A組分，并回收供循環(huán)使用的萃取劑s，則需對萃取相和萃余相進行進一步分離，其分離方法一般采用蒸餾或蒸發(fā)方法，有時也可采用結(jié)晶或其他化學方法。3、兩個液相應具有一定的密度差

萃取過程包括兩相的充分混合和分離兩個步驟。萃取設(shè)備中，兩相的混合往往是靠外部機械做功來完成，如攪拌等。兩相的分離，則要求兩相必須具有一定的密度差，以利于相對流動與分層。三元物系

溶質(zhì)A可溶于稀釋劑B及萃取劑S中，但萃取劑S與稀釋劑B不互溶

溶質(zhì)A可溶于稀釋劑B及萃取劑S中，稀釋劑B與萃取劑S也可部分互溶三元混合液中有兩對組分可部分互溶，即溶質(zhì)A與萃取劑S部分互溶，稀釋劑B與萃取劑S也部分互溶第二節(jié)液液萃取相平衡

一、三角形相圖

萃取過程牽涉到兩相間物質(zhì)傳遞，故需討論兩相間的相平衡關(guān)系。若萃取劑S與稀釋劑B完全不互溶或溶解度在操作范圍內(nèi)可忽略不計，那么萃取相只有A+S，萃余相只有A+B，其平衡關(guān)系與吸收類似，可以用直角坐標表示；然而常見的是S與B屬于部分互溶，此時萃取相有A+S+B，萃余相有A+B+S，故每相都含三個組分，其平衡關(guān)系要用三角形相圖來表示。

三角形相圖分為正三角形、等腰直角三角形和非等腰直角三角形，各組分在相圖上坐標組成用質(zhì)量百分率(massfraction)表示。1、三元組成在三角形相圖中的表示法

三個頂點：純物質(zhì)

三條邊上的點：二元混合物的組成ABS·HH點的組成為：

ABS·HMDEGFKE點的組成為：

ABS·HMDEGFKM點的組成為：

(二)杠桿規(guī)則如圖8—6所示，將質(zhì)量為r、組成為xA，xB，xS的混合物系R與質(zhì)量為e、組成為yA，yB，yS的混合物系E相混合，得到一個質(zhì)量為m、組成為zA，zB,zS的新混合物系M，其在三角形坐標圖中分別以點R，E和M表示。M點稱為R點與E點的和點，R點與E點稱為差點。(1)幾何關(guān)系和點M與差點E，R共線。即：和點在兩差點的連線上；一個差點在另一差點與和點連線的延長線上。

和點M與差點E，R之間的關(guān)系可用杠桿規(guī)則描述，即:(2)數(shù)量關(guān)系和點與差點的量m,r,e與線段長a，b之間的關(guān)系符合杠桿原理，即：以R為支點可得m,e之間的關(guān)系：ma=e(a+b)以M為支點可得r，e之間的關(guān)系：ra=eb以E為支點可得r，m之間的關(guān)系：r(a+b)=mb根據(jù)杠桿規(guī)則，若已知兩個差點，則可確定和點；若已知和點和一個差點，則可確定另一個差點。如圖8—7所示，某A,B二元混合液的組成以A,B邊上某點F代表，將萃取S加入其中，所得的三元混合液的總組成在連線FS上以點M表示，那么萃取劑的質(zhì)S與混合液的質(zhì)量F之比符合下列比例關(guān)系：

如果逐漸增加萃取劑的量，點M將按此比例關(guān)系沿著FS線向S點的方向移動。如果萃取相的組成在M點，蒸餾問收溶劑，其物系組成點必將在SM反向延長線和AB交點上，最后得到萃取液組成點F。由此可見，根據(jù)杠桿規(guī)則和二元混合液的質(zhì)量及萃取劑的質(zhì)量可以較方便地確定三元混合液和點M的位置，反之，也可以根據(jù)M點的位置，通過量取FM及MS的距離方便地求出質(zhì)量F和S。二、部分互溶物系的相平衡

根據(jù)萃取操作中各組分的互溶性．可將三元物系分為以下三種情況：①組分A可完全溶解于B及S，但B與S不互溶；②組分A可完全溶解干B及S，但B與S部分互溶；③組分A可完全溶解于B，但A與S及B與S為部分互溶。習慣上，將①、②兩種情況的物系稱為第I類物系，而將③情況的物系稱為第Ⅱ類物系。在萃取操作中，第I類物系較為常見，以下主要討論這類物系的相平衡關(guān)系。如圖8—8所示為一定溫度下溶質(zhì)A可完全溶于B及S．但B與S為部分互溶體系的平衡曲線。圖中曲R0R1R2R3R4RnKEnE4E3E2E1E0稱為溶解度曲線，該曲線將三角形相圖分為兩個區(qū)域：曲線以內(nèi)的區(qū)域為分層區(qū)或兩相區(qū)，即三元混合液組成在此區(qū)域分成兩層：曲線以外的區(qū)域為單相區(qū)或均相區(qū)，即二元混合液組成在此區(qū)域為一層。1、共軛線(聯(lián)結(jié)線)與溶解度曲線位于兩相區(qū)內(nèi)的混合物分成兩個互相平衡的液相．稱為共軛相，聯(lián)結(jié)兩共扼液相相點的直線稱為聯(lián)結(jié)線．如圖8—8中的RiEi線(i＝o，1，2，…’n)。顯然，萃取操作只能在兩相區(qū)內(nèi)并行。ABSPMQR1R2R3E1E2E3M1M2M3J溶解度曲線，實驗測定聯(lián)結(jié)線或共軛線PQ>R1E1>R2E2…均相區(qū)兩相區(qū)(分層區(qū))圖12-4三角形相圖上的聯(lián)結(jié)線和溶解度曲線通過已知點R1，R2，…，Rn分別作BS邊的平行線，再通過相應聯(lián)結(jié)線的另一端點E1，E2，…，En分別作AB邊的平行線，各線分別相交于點C1，C2，C,C3，連接各交點及P點所得的平滑曲線即為輔助曲線。利用輔助曲線可求任意已知平衡液相的共軛相。如圖8—10所示，設(shè)R為已知平衡液相，自點R作BS邊的平行線交輔助曲線子點C，自C點作AB邊的平行線，交溶解度曲線于點E，則點E即為R的共扼相點。S臨界混溶點或褶點ABPQR1R2R3E1E2E3KB%ERS%A%C1C2C3C圖8-10輔助線的作法及應用

(二)輔助曲線和臨界混溶點

輔助曲線與溶解度曲線的交點為P，顯然通過P點的聯(lián)結(jié)線無限短，即該點所代表的平衡液相無共軛相，相當于該系統(tǒng)的臨界狀態(tài)，故稱點P為臨界混溶點。它把溶解度曲線分為左右有兩部分：靠稀釋劑B一側(cè)為萃余相部分．靠萃取劑S一側(cè)為萃取相部分。S臨界混溶點或褶點ABPQR1R2R3E1E2E3KB%ERS%A%C1C2C3C圖12-5輔助線的作法及應用

(二)輔助曲線和臨界混溶點R1E1、R2E2、R3E3連線都有一定斜率，故K點一般不是溶解度曲線頂點。S臨界混溶點或褶點ABPQR1R2R3E1E2E3KB%ERS%A%C1C2C3C圖12-5輔助線的作法及應用三、分配系數(shù)kA和分配曲線掌握：分配系數(shù)值對分離效果影響kA=1,y=x，聯(lián)結(jié)線與底邊平行kA>1,y>x，聯(lián)結(jié)線斜率大于零kA<1,y<x，聯(lián)結(jié)線斜率小于零kA絕對值越大越有利于萃取分離SABPQR1R2R3E1E2E3KB%ERS%A%C1C2C3C(一)分配系數(shù)kAY=KX聯(lián)結(jié)線的斜率＞0

kA＞1，yA＞xA

聯(lián)結(jié)線的斜率為0

kA=1，yA=xA

聯(lián)結(jié)線的斜率＜0kA＜1，yA＜xA

kA值愈大，萃取分離的效果愈好。

（二)分配曲線

由相律可知，溫度、壓力一定時，三組分體系兩液相呈平衡時，自由度為1。故只要已知任一平衡液相中的任一組分的組成，則其他組分的組成及其共扼相的組成就為確定值。換言之，當溫度、壓力一定時，組分A在兩平衡液相間的平衡關(guān)系如下：如圖8—11所示，溶質(zhì)A在三元物系互成平衡的兩個液層中的組成，也可像蒸餾吸收一樣，在x—y直角坐標圖中用曲線表示；若以xA為橫坐標，以yA為縱坐標，則互成平衡的R相和E相的組成在直角坐標圖上用點N表示；每一對共扼相可得一個點，將這些點聯(lián)結(jié)成平滑曲線ONP，稱為分配曲線。曲線上的P點即為臨界混溶點。分配曲線表達了溶質(zhì)A在互成平衡的E相與R相中的分配關(guān)系。若已知某液相組成，則可由分配曲線求出其共軛相的組成，若在分層區(qū)內(nèi)y均大于x，即分配系數(shù)KA＞1，則分配曲線位于y＝x直線的上方，反之則位于y＝x直線的下方，【例8—1】一定溫度下測得的A，B，S三元物系的平衡數(shù)據(jù)如本例附表所示。

解：(1)溶解度曲線和輔助曲線由題給數(shù)據(jù)，可給出溶解度曲線LPJ，由相應的聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)，可作出輔助曲線JCP，如圖8—12所示.(2)臨界混溶點的組成輔助曲線與溶解度曲線的交點P即為臨界混溶點，由附圖可讀出該點處的組成為(3)分配系數(shù)KA根據(jù)萃余相中xB＝20％，在圖中定出R1點，利用輔助曲線定出與之平衡的蘋取相E1點，由附圖讀出兩相的組成為(4)使混合液開始分層的溶劑用量根據(jù)原料液的組成在AB邊上確定點F，聯(lián)結(jié)點F，S，則當向原料液加入S時，混合液的組成點必位于直線FS上。當S的加入量恰好使混合液的組成落于溶解度曲線的H點時，混合液即開始分層。分層時溶劑的用量可由杠桿規(guī)則求得，即：

(5)兩相的組成及混合液的總組成根據(jù)蘋取相中yA＝36％，在圖中定出E2點．由輔助曲線定出與之平衡的R2點。由圖讀得R2，E2，線與FS線的交點射即為混合液的總組成點，由圖讀得一、單級萃取原料F萃取劑S萃取相EM萃余相R萃余液R’萃取液E’SS混合器分層器萃取相分離設(shè)備萃余相分離設(shè)備單級萃取流程第三節(jié)萃取操作流程與計算

1、單級萃取的流程

●F●REME′R′2、單級萃取計算

式中S，E和E′的量可根據(jù)前述杠桿規(guī)則求得，也可由下述的物料衡算方法求得。若對組分A作物料衡算得原料A+B萃取劑S萃取相E萃余相RSABRR’FE’EMEmE’m單級萃取的正三角形圖解物料衡算：原料A+B萃取劑S萃取相E萃余相RSABRR’FE’EMEmE’m單級萃取的正三角形圖解同理可得萃取液和萃余液的量同理可得萃取液和萃余液的量解：由題給平衡數(shù)據(jù)，在等腰直角二角形坐標圖中繪出溶解度曲線和輔助曲線，如圖8—14所示。(1)E相和R相的組成及流量，根據(jù)醋酸在原料液中的質(zhì)量分數(shù)為35％，在AB邊上確定點F，聯(lián)結(jié)點F，S,按F，S的流量依杠桿規(guī)則在FS線上確定和點M。因E相和R相的組成均未給出，故需借助輔助曲線用試差作圖來確定過M點的聯(lián)結(jié)線ER。由圖讀得兩相的組成為由總的物料衡算得

M＝F+S＝(2500+2000)＝4500kg／h從圖中量出RM和RE長度分別為26mm和42mm，則由杠桿規(guī)則可求出E相和R相量．即R＝M—E=(4500—2786)kg／h＝1814kB／h

(2)萃取液及萃余液的組成和流量聯(lián)結(jié)點S，E并延長SE與AB邊交于E′，由圖讀得yE′＝92％；聯(lián)結(jié)點S，R并延長SR與AB邊交于R′,由圖讀得XR=7．3％。

在萃取操作中，為了進一步降低萃余相中溶質(zhì)的濃度，可將單級萃取所獲得的萃余相再次加入新鮮溶劑進行萃取，如此重復的單級萃取操作，即為多級錯流萃取，如圖8—15所示。二、多級萃取一、多級錯流萃取

操作時原料液F由第1級引入，原料液被萃取后，所得的萃余相依次通過各級并與新鮮溶劑S混合進行萃取，如此不斷反復多次萃取，只要級數(shù)足夠多，最終可得到溶質(zhì)組成低于指定值的萃余相。必要時可以將Rn送入到溶劑回收設(shè)備N以回收溶劑。由各級所得到的萃取相是分別排出的，由于其中含有大量的萃取劑，故可將各級所徘出的萃取相合并一起送到溶劑回收設(shè)備N以回收萃取劑。多級錯流萃取特點計算任務12NⅡⅠSSSSSFE1E2ENR1R2RNE’R’多級錯流萃取流程萃取劑回收設(shè)備已知物系的相平衡關(guān)系數(shù)據(jù)，原料液的量F及其組成xF，最終萃余相組成x和萃取劑組成yS，選擇萃取劑的用量S，求所需的理論級數(shù)N。

由已知的平衡數(shù)據(jù)在等腰直角三角形坐標圖中繪出溶解度曲線及輔助曲線，并在此相閣上標出F點，如圖8—16所示。聯(lián)結(jié)點F，S得FS線，根據(jù)F，S的量，依杠桿規(guī)則在FS線上確定混合物系點M1。利用輔助曲線通過試差作圖求出過M1的聯(lián)結(jié)線E1R1，相應的萃取相E1和萃余相R1即為第一個理論級分離的結(jié)果。以R1為原料液，加入新鮮萃取劑S(此處假定S1＝S2＝S3且y＝0，依杠桿規(guī)則找出二者混合點M2，按以上類似的方法可以得到E2和R2，此即第二個理論級分離的結(jié)果。依此類推，直至某級萃余相中溶質(zhì)的組成等于或小于規(guī)定的xN組成為止，重復作出的聯(lián)結(jié)線數(shù)目即為所需的理論級數(shù)。對于萃取劑與原溶劑部分互溶

SSSSSFE1y1E2y1ENyNR1x1R2x2RNxN12NⅡⅠE’R’ABSR1R2R3E1E2E3EM1M2M3R’E’F溶劑部分互溶時多級錯流萃取的圖解

[例8—3]25°C下以三氯乙烷為萃取劑，采用三級錯流萃取從丙酮水溶液中提取丙酮已知原料液中丙酮質(zhì)量分數(shù)為40％、處理量為1000kg／h，第一級溶劑用量與原料液流量之比為0.5，各級溶劑用量相等。操作溫度下物系的平衡數(shù)據(jù)如本例附表所示。試求丙酮的回收率。解：丙酮的總萃取率可由下式計算：二、多級逆流萃取12NFXFX1X2XiRiEi+1iXi-1Ri-1EiE3E2E1R1R2RN-1RNENXN-1XNSSSE’R’Y1Y2Y3YiYi+1YNYS多級逆流萃取流程在生產(chǎn)中，為了用較少的萃取劑達到較高的萃取率，常采用多級逆流萃取操作。原料液從第1級進入系統(tǒng)，依次經(jīng)過各級萃取，成為各級的萃余相，其溶質(zhì)組成逐級下降，最后從第n級流出；萃取劑則從第n級進入系統(tǒng)，依次通過各級與萃余相逆向接觸，進行多次萃取，其溶質(zhì)組成逐級提高，最后從第1級流出。最終的萃取相與萃余相可在溶劑回收裝置中脫除蘋取劑得到萃取液與萃余液，脫除的溶劑返回系統(tǒng)循環(huán)使用。

對于稀釋劑B與萃取劑S部分互溶的物系，由于其平衡關(guān)系難以用解析式表達，通常應用逐級圖解法求解理論級n，具體方法可用三角形坐標圖解法。(1)根據(jù)操作條件下的平衡數(shù)據(jù)在三角形坐標團上繪出溶解度曲線和輔助曲線。如圖18(b)所示。(4)應用相平衡關(guān)系與物料衡算，用圖解法求理論級數(shù)。在圖8—18(a)所爾的第1級與第n級之間作總物料衡算得

根據(jù)理論級的假設(shè)，離開每一級的萃取相Ei與萃余相Ri互成平衡，故Ei，和Ri應位于聯(lián)結(jié)線的兩端。據(jù)此，就可以根據(jù)聯(lián)結(jié)線與操作線的關(guān)系，方便地進行逐級計算以確定理論級數(shù)。首先作F與El、Rn與S的連線，并延長使其相交，交點即為點△，然后由點E1作聯(lián)結(jié)線與溶解度曲線交于點R1，作Rl與△的連線并延長使之與溶解度曲線交于點E2,再由點E2作聯(lián)結(jié)線得點R2，連R2△并延長使之與溶解度曲線交于點E3，這樣交替地應用操作線和平衡線(溶解度曲線)直至萃余相的組成小于或等于所規(guī)定的數(shù)值為止，重復作出的聯(lián)結(jié)線數(shù)目即為所求的理論級數(shù)。點△的位置可能位于三角形相圖的左側(cè)，也可能位于三角形相圖的右側(cè)。若其他條件一定，則點△的位置由溶劑比決定：當S／F較小時，點△在三角形相圖的左側(cè)，R為和點；當S／F較大時，點△在三角形相圖的右側(cè)，E為和點。操作點ABSR1FE’DME1E2E3R2R3R’小結(jié)：

[例8—4]在多級逆流萃取裝置中．用純?nèi)軇㏒處理溶質(zhì)A質(zhì)量分數(shù)為30％的A、B兩組分原料液。已知原料液處理量為2000kg／h，溶劑用量為700Kg／h，要求最終萃余相中溶質(zhì)A的質(zhì)量分數(shù)不超過7％。試求：(1)所需的理論級數(shù)；(2)若將最終萃取相中的溶劑全部脫除，求最終萃取液的流量和組成。由xn＝7％在相圖上定出Rn。點，連接RnM并延長交溶解度曲線于E1點，此點即為最終萃取相組成點。作點E1與F、點S與Rn的連線，并延長兩連線交于點⊿，此點即為操作點。過點E1作聯(lián)結(jié)線E1R1，R1點即為與E1成平衡的蘋余相組成點.連接點⊿，Rl并延長交溶解度曲線于E2點，此點即為進入第一級的萃取相組成點。重復上述步驟，過E2點作聯(lián)結(jié)線E2R2，得點R2，連接點R2⊿并延長交溶解度曲線于E3點……。由圖可知．當作至聯(lián)結(jié)線E5R5時，x5＝5％＜7％，即用五個理論級即可滿足萃取分離要求。S、B——萃取劑的用量、原料液中的原溶劑量，kg或kg/h。XF、YS——原料液、萃取相中A的組成，質(zhì)量比。X1、Y1——單級萃取后萃余相和萃取相中A的組成，質(zhì)量比。原料A+B萃取劑S萃取相E萃余相R1、單級萃取三、完全不互溶體系的萃取

由于該萃取過程中B，S均為常量，故操作線為過點(XF，YS)、斜率為-B／S的直線。如圖8—20所示，當己知原料液處理量F、組成XF、溶劑的組成YS和蘋余相的組成X1時，可由X1在圖中確定點(X1，Y1)，連接點(X1，Y1)和點(XF，YS)得操作線，計算該操作線的斜率即可求得所需的溶劑用量S；當已知原料液處理量F、組成XF、溶劑的用量S和組成YS時，則可在圖中確定點(XF，YS)，過該點作斜率為-B／S的直線(操作線)與分配曲線的交點坐標(X1，Y1)即為萃取相和萃余相的組成。萃取劑與原溶劑在操作范圍內(nèi)不互溶的體系12NⅠS1S1S1SFE1,Y1E2,Y2EN,YNR1X1R2X2RNXNE’R’(二)多級錯流萃取S、B——萃取劑的用量、原料液中的原溶劑量，kg或kg/h。XF、YS——原料液、萃取相中A的組成，質(zhì)量比。X1、Y1——單級萃取后萃余相和萃取相中A的組成，質(zhì)量比。12NⅠS1S1S1SFE1,Y1E2,Y2EN,YNR1X1R2X2RNXNE’R’

可在X—Y直角坐標圖上圖解理論級．其步驟如下：(1)在直角坐標圖上作出系統(tǒng)的分配曲線，如圖8—21所示。(2)根據(jù)XF及Ys確定點L，自點L出發(fā)，以-B／S為斜率作直線(操作線)交分配曲線于點El，LEl即為第一級的操作線，El點的坐標(X1，Y1)即為離開第一級的萃取相與萃余相的組成.

(3)過點E1作X軸的垂線交Y＝Y(jié)S于點V，則第二級操作線必通過點V，因各級萃取劑用量相等，故各級操作線的斜率相同．即各級操作線互相下行，于是自點V作LEl的平行線即為第二級操作線，其與分配曲線交點E2的坐標(X2，Y2)即為離開第二級的萃取相與萃余相的組成。

(4)依此類推，直至萃余相組成等于或低于指定值Xn為止。重復作出的操作線數(shù)即為所需的理論級數(shù)。若各級萃取劑用量不相等，則操作線不再相互平行，此時可仿照第一級的作法，過點V作斜率為-B／S2的直線與分配曲線相交，依次類推，即可求得所需的理論級數(shù)。若溶劑中不含溶質(zhì)，則L，V等點均落在X軸上。一、萃取劑性質(zhì)的影響1）萃取劑的選擇性與選擇系數(shù)

第四節(jié)萃取操作分析β=1，A、B兩組分用萃取分離不適宜；

β>1，萃取時組分A可以在萃取相中濃集，β越大，組分A與B萃取分離的效果越好。2）選擇性系數(shù)和分配系數(shù)的關(guān)系

kA愈大，kB愈小，選擇性系數(shù)愈大選擇性系數(shù)表示萃取劑對組分A，B溶解能力差別的大小

B、S互溶度小，分層區(qū)面積大，可能得到的萃取液的濃度越高。

B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分離。

2、萃取劑與原溶劑的互溶度

組分B與S的互溶度影響溶解度曲線的形狀和分層面積。

(a)組分B與S互溶度小(b)組分B與S互溶度大

常用精餾方法分離萃取相及萃余相的溶劑S，要求S與其他組分的相對揮發(fā)度大，不形成恒沸物。若S為易揮發(fā)組分，或因溶質(zhì)幾乎不揮發(fā)，則采用蒸發(fā)法分離，希望S的汽化潛熱小。3、萃取劑的可回收性

被分離體系相對揮發(fā)度α大，用蒸餾方法分離；如果α接近1，可用反萃取，結(jié)晶分離等方法。4、萃取劑的物理性質(zhì)

1）萃取劑的密度萃取劑與被分離混合物應有較大的密度差2）界面張力界面張力較大時，有利于分層；界面張力過大，難以使兩相混合良好；

界面張力較小時，兩相難以分離。

首要考慮的還是滿足分層的要求。一般不選界面張力過小的萃取劑。3）粘度

粘度小對萃取劑有利

5、一般工業(yè)要求

化學穩(wěn)定性、不易聚合、分解，有阻垢的熱穩(wěn)定性，抗氧化的穩(wěn)定性，對設(shè)備的腐蝕性小，無毒，來源容易，價格便宜等

二、萃取劑的組成和用量的影響

1、萃取劑的組成萃取劑中的溶質(zhì)A或稀釋劑B的含量越高，萃取劑和萃取相中yE與xR均增高，盡管萃取相中A組分含量增多．但萃取相量E減少，同時萃余相中A組分提高后，造成了A組分回收率的降低。因此，萃取劑再生時應盡量地降低其中A與B的濃度，提高萃取效果。

2、萃取劑用量在萃取操作中，改變萃取劑用量是調(diào)節(jié)的重要手段。一般來講，在其他條件和設(shè)備級數(shù)不變的情況下，適當?shù)卦黾虞腿┯昧?，萃余相中溶質(zhì)A的濃度將降低，分離效果提高。但萃取劑用量過大，將使萃取劑回收負荷加重，再生效果不好，導致循環(huán)使用的萃取劑中A組分含量增加，萃取效果反而下降。因此在實際生產(chǎn)中，必須注意萃取與萃取劑回收操作之間的相互制約的關(guān)系。

三、溫度對萃取劑性能的影響

溫度升高，溶解度增加圖12-8溫度對兩相區(qū)大小的影響某些體系，溫度改變，溶解度曲線的形狀會發(fā)生很大的變化。如甲基環(huán)戊烷（A）—正己烷（B）—苯胺（S）體系S（T1）ABABS（T2）ABS（T3）T3>T2>

T1

四、分散相選擇的影響

通常分散相的選擇可按以下幾個方面考慮：(1)為獲得較大的相際接觸進面積，一般以流量大的作為分散相。但當兩流量相差較大，而且所選用的設(shè)備又可能產(chǎn)生嚴重軸向混合時(如噴灑萃取塔)，為減少軸向混合的影響，應將流量小的作為分散相。

(2)對于界面張力隨溶質(zhì)含量增加而增大的物系，分散相以原料液為好。因為隨著液滴中溶質(zhì)向萃取劑中傳遞，液滴表面的溶質(zhì)含量逐漸減小，界面張力減小，液滴穩(wěn)定性差，容易破碎，液滴平均滴徑小，相際接觸面積大，增大了液滴表面的湍動，強化傳質(zhì)過程。強度較小的連續(xù)相對液滴的浮升或沉降的阻滯力小，可獲得較大的相對速度，強化了傳質(zhì)過程，提高了設(shè)備能力。所以應將黏度大的液體作為分散相。而對于填料塔和篩板塔等傳質(zhì)設(shè)備，可將不易濕潤的填料或篩板表面的液相作為分散相，這樣可以保持分散相更好地形成液滴狀分散于連續(xù)相中，以增大相際接觸面積。

(3)從成本和安全角度考慮．應將成本高和易燃、易爆的液體作為分散相。當作為分散相的液體確定后，為確保液體分散成液滴，首先是分散液體通過分布器分散后再進入連續(xù)相。另外，在操作時應控制分散相在設(shè)備內(nèi)的滯留量，滯留量大，液滴碰撞機會增多，可能會由分散相轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)相，兩相接觸面積減小。因此，在萃取操作過程中作為連續(xù)相的液體在設(shè)備內(nèi)的滯留量大，而分散相滯留量小。第五節(jié)萃取設(shè)備一、萃取設(shè)備的基本條件與分類1、液液萃取設(shè)備的基本條件

必須有使兩相間具有很大的接觸面積；分散兩相必須進行相對流動以實現(xiàn)兩相逆流和液滴聚合與兩相分層。2、液液萃取設(shè)備的分類（1）兩液相的接觸方式：逐級接觸式和微分接觸式（2）構(gòu)造特點和形狀：組件式和塔式（3）是否輸入機械能：重力流動設(shè)備、輸入機械能量的萃取塔1、混合-澄降槽

二、萃取設(shè)備主要類型優(yōu)點①