第十一章 萃取

第十一章萃取第1頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四

第一節(jié)概述一、萃取的原理萃取是利用液體混合物中各組分在所選定的溶劑中溶解度的差異，來達(dá)到分離各組分和提純物質(zhì)的單元操作。潤滑油的精制過程：為達(dá)到潤滑油較好的粘溫特性及抗氧化安定性,必須從潤滑油原料中除去大部分多環(huán)短側(cè)鏈芳香烴和膠質(zhì),可在潤滑油原料中加入糠醛以溶解非理想組分。油田含油廢水中油含量的測定：使用石油醚或氯仿作為溶劑,將水中石油類物質(zhì)溶解以實現(xiàn)與水相的分離。萃取操作的關(guān)鍵是選擇一種適宜的溶劑，該溶劑對液體混合物中欲萃取的組分應(yīng)有顯著的溶解能力，而對其余的組分完全不溶或溶解能力較小。這樣，溶劑加入液體混合物后可形成兩相，欲萃取的組分溶入溶劑相從而達(dá)到分離的目的。第2頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四萃取相Extract萃余相Raffinate料液A+BFeed萃取劑Solvent混合澄清槽Mixer-settler二、萃取操作流程萃取操作包括混合和分離兩部分?；旌系哪康氖鞘乖弦汉腿軇┏浞纸佑|，造成極大的傳質(zhì)面積，從而利于溶質(zhì)由原溶劑中轉(zhuǎn)溶到萃取劑中；分離的目的是使傳質(zhì)后形成新的兩相分離，以便從萃取相和萃余相中除去溶劑得到產(chǎn)品，溶劑循環(huán)使用。1、萃取基本流程第3頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四萃取劑：萃取過程中所選擇的溶劑，用S表示。溶質(zhì)：混合液中在萃取劑中溶解度大的組分，用A表示。稀釋劑：在萃取劑中不溶解或溶解度小的組分，用B表示。萃取相：以萃取劑為主，含有部分溶質(zhì)的一相，以E表示。萃取液：將萃取相中的萃取劑完全脫除得到的液體，以E’表示。萃余相：以稀釋劑為主，含有部分溶質(zhì)的一相，以R表示。萃余液：將萃余相中的萃取劑完全脫除得到的液體，以R’表示。2、基本概念原料液由溶質(zhì)A+稀釋劑B組成例如,用乙酸乙酯萃取水中的醋酸，乙酸乙酯為萃取劑S，醋酸為溶質(zhì)A，水為稀釋劑B，分層后的酯相為萃取相E，水相為萃余相R。第4頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四3、萃取流程分類分級接觸式單級多級錯流多級逆流按溶液與萃取劑的接觸方式微分接觸式(連續(xù)接觸式)單級萃取單級萃取最多為一次平衡，故分離程度不高，只適用于溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度很大或溶質(zhì)萃取率要求不高的場合。萃取相Extract萃余相Raffinate料液A+BFeed萃取劑Solvent混合澄清槽Mixer-settler第5頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四多級錯流萃取萃取劑Solvent原料液依次通過各級，新鮮溶劑則分別加入各級的混合槽中，萃取相和最后一級的萃余相分別進(jìn)入溶劑回收設(shè)備。特點：萃取率比較高，但萃取劑用量較大，溶劑回收處理量大，能耗較大。料液Feed萃取相Extract萃余相Raffinate123N第6頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四多級逆流萃取萃取劑Solvent原料液和萃取劑依次按反方向通過各級，最終萃取相從加料一端排出，并引入溶劑回收設(shè)備中，最終萃余相從加入萃取劑的一端排出，引入溶劑回收設(shè)備中。特點：可用較少的萃取劑獲得比較高的萃取率，工業(yè)上廣泛采用。料液Feed萃取相Extract萃余相Raffinate123N第7頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四一液相為連續(xù)相，另一液相為分散相，分散相和連續(xù)相呈逆流流動；兩相在流動過程中進(jìn)行質(zhì)量傳遞，其濃度沿塔高呈連續(xù)微分變化；兩相的分離在塔的上下兩端進(jìn)行。微分接觸式（連續(xù)接觸式）一般在塔式設(shè)備（噴淋塔、填料塔、轉(zhuǎn)盤塔、振動篩板塔等）中進(jìn)行。輕液出口LightLiquidoutlet輕液進(jìn)口Lightliquidinlet重液出口Heavyliquidoutlet重液進(jìn)口Heavyliquidinlet第8頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四4、萃?。麴s聯(lián)合過程第9頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四三、萃取操作在工業(yè)上的應(yīng)用1、混合液中各組分的沸點很接近或形成恒沸混合物，用一般精餾方法不經(jīng)濟或不能分離；（如所需理論板數(shù)很多，或必須采用大回流比）如:環(huán)己烷（A)與苯(B)常壓沸點為80.73℃、80.1℃,α→１。2、混合液中含熱敏性物質(zhì)，受熱易分解、聚合或發(fā)生其它化學(xué)變化；在生化制藥中，生成復(fù)雜的有機液體混合物，這些物質(zhì)多為熱敏性混合物。選擇適當(dāng)?shù)娜軇┻M(jìn)行萃取，可避免受熱損壞，提高有效物質(zhì)的收率。例如青霉素的生產(chǎn)，含青霉素的發(fā)酵液，以乙酸丁脂為溶劑，經(jīng)過多次萃取得到青霉素的濃溶液。第10頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四3、混合液中需分離的高沸點組分濃度很低，采用精餾方法須將大量稀釋劑汽化，能耗太大。例如，從稀醋酸水溶液中回收醋酸，宜采取先萃取后精餾的方法，可以乙酸乙酯為萃取劑先將水中的醋酸富集到酯相。第11頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四19世紀(jì)，用于無機物和有機物的分離，如1842年用二乙醚萃取硝酸鈾酰，用乙酸乙脂類的物質(zhì)分離水溶液中的乙酸等。石油化工：鏈烷烴與芳香烴共沸物的分離。例如用二甘醇從石腦油裂解副產(chǎn)汽油中或重整油中萃取芳烴,如苯、甲苯和二甲苯（尤狄克斯法）。工業(yè)廢水處理：用二烷基乙酰胺脫除染料廠、煉油廠、焦化廠廢水中的苯酚。有色金屬冶煉：萃取是濕法冶金中溶液分離、濃縮和凈化的有效方法。例如鈮-鉭、鎳-鈷、鈾-釩體系的分離，以及核燃料的制備。制藥工業(yè)：從復(fù)雜的有機液體混合物中分離青霉素、鏈霉素以及維生素等。4、萃取應(yīng)用舉例第12頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四抗生素發(fā)酵液預(yù)處理板框過濾溶劑萃取萃取相水洗滌加酸反相萃取蒸餾回收結(jié)晶干燥產(chǎn)品溶劑相水相溶劑洗滌廢水處理抗生素萃取相膜分離溶劑抗生素萃取分離過程的膜法改進(jìn)工藝濾液膜法濃縮第13頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四1、萃取操作中，溶劑選擇的是否適宜，是過程能否進(jìn)行的關(guān)鍵之一。所選溶劑不僅要對溶質(zhì)A的選擇性大，而且要回收方便，回收操作價格低廉。2、由于萃取過程包括混合和分離兩部分，所以萃取設(shè)備中也應(yīng)有相應(yīng)的兩部分。3、萃取過程是液－液相間傳質(zhì)過程，相平衡關(guān)系為過程進(jìn)行的極限。4、萃取是一種過渡性操作。E相和R相脫溶劑后得到富集A或B組分的新溶液，未得到產(chǎn)品。四、萃取操作的特點第14頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四五、液液萃取與蒸餾的比較第15頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)萃取的基本原理

萃取的兩相通常為三元混合物，故其組成和相平衡的圖解表示法與前述氣液傳質(zhì)不同，在此首先介紹三元混合物組成在三角形相圖上的表示方法一、液－液相平衡萃取過程的液液相平衡涉及三個組分（萃取劑、溶質(zhì)和稀釋劑），根據(jù)相律，F(xiàn)=C-φ+2=組分?jǐn)?shù)－相數(shù)＋2=3-2+2=3，其自由度為3。當(dāng)操作過程的溫度、壓力固定后，在兩平衡液相的組成中只有一個為獨立變量。常用三角形相圖的方法表示相平衡關(guān)系。第16頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四三元組成如何表示？在精餾與吸收中yA已知，yB=1-yA。（一）三角形相圖第17頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四1、三角形相圖中組成的表示方法可用等腰直角三角形、等邊三角形、不等腰直角三角形坐標(biāo)圖。其中以等腰直角三角形相圖最為常用。組分的濃度以摩爾分率、質(zhì)量分率表示均可。一般而言，在萃取過程中很少遇到恒摩爾流的簡化情況，故在本章中xA、xB、xS分別表示A、B、S的質(zhì)量分率。第18頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四ABS三角形任一邊上的任一點代表二元混合物，第三組分的組成為0。邊上任一點越靠近某一頂點處，此頂點所代表的組分在溶液中的濃度越大。A%S%三角形的三個頂點分別表示A、B、S三個純組分。點A：xA=1.0

點B：xB=1.0點S：xS=1.0習(xí)慣上，在三角形相圖中，AB邊以A的質(zhì)量分率作為標(biāo)度，BS邊以B的質(zhì)量分率作為標(biāo)度，SA邊以S的質(zhì)量分率作為標(biāo)度。第19頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8E點：xA=0.4，

xB=1-xA=0.6

三角形內(nèi)任一點代表某三元混合物的組成。M點：xA=0.4，

xB=0.3，xS=0.3

EEMM第20頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四

如何確定M

點坐標(biāo)？三元混合物中A含量如何表達(dá)：xA

＝EB=0.4過M作BS邊的平行線ABSME0.20.40.60.8第21頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四過M作AB邊的平行線三元混合物中S含量如何表達(dá)：xS

＝AF=0.3

如何確定M

點坐標(biāo)？ABSMF0.20.40.60.8第22頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四三元混合物中B含量如何表達(dá)：xB

＝1-xA-xS

=0.3

如何確定M

點坐標(biāo)？過M作AS邊的平行線ABSMABSMG0.20.40.60.8第23頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四將質(zhì)量為Vkg、組成為xA、xB、xS的混合物系V與質(zhì)量為Ukg、組成為yA、yB、yS

的混合物系U相混合，得到一個質(zhì)量為Mkg、組成為zA、zB、zS

的新混合物系M物料衡算:總：U+V=MA：UyA+VxA=MzAS：UyS+VxS=MzS2、物料衡算與杠桿定律聯(lián)立以上三式，消去M，得第24頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四杠桿定律在三角形相圖中分別以點U、V和M表示原料液和混合液。M點稱為U點與V點的和點，U點與V點稱為差點。用以描述點M與差點U、V之間的關(guān)系（i）幾何關(guān)系：和點M與差點U、V共線。（線段UM與MV斜率相等，所以U、M、V三點共線。）MV線斜率UM線斜率第25頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（ii）數(shù)量關(guān)系：和點與差點的量M、U、V與線段長UM、MV之間的關(guān)系符合杠桿原理，即，以M為支點可得U、V之間的關(guān)系或?qū)懗筛軛U定律的用途：可根據(jù)溶液U和V的質(zhì)量比定出混合液M點的位置并可確定其組成?；蛘?，若從某一混合液M中分出一定組成和質(zhì)量的溶液U，余下的溶液V的質(zhì)量和組成也可由杠桿定律計算出。第26頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四向二元溶液F(A+B)中加入一定量的純組分S，則F、M、S三點共線，S與F的質(zhì)量關(guān)系符合桿杠定律，即杠桿定律的應(yīng)用實例：S增加時,M向S移動而其中A、B的質(zhì)量比不變ABSFM第27頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四3、三角形相圖中的相平衡關(guān)系由于萃取操作一般是在固定的溫度和壓力下進(jìn)行，因此，三角形相圖表示的是在固定溫度和壓力下的各組分在兩平衡液相中組成間的關(guān)系。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)溶質(zhì)A可完全溶解于B及S中，而B、S不互溶；(2)溶質(zhì)A可完全溶解于B及S中，而B、S只能部分互溶；(3)溶質(zhì)A與B完全互溶，B與S和A與S部分互溶。習(xí)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。第28頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（1）溶解度曲線與平衡聯(lián)結(jié)線ABSR0E0d恒溫條件下，向純組分B的實驗瓶中滴加S并使其溶解，S滴加到一定數(shù)量后，混合液開始發(fā)生混濁，即出現(xiàn)了溶劑相，得到的濃度即S在B中的飽和溶解度（R0點）。用類似的方法可得E0點。R0、E0稱為分層點，或稱混溶點d點如何分相？第29頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四在二元混合液d中加入A，至M1點，混合后靜置分層，得互成平衡的兩液相E1和R1，聯(lián)結(jié)點R1、E1即為平衡聯(lián)結(jié)線。ABSR0dE0R1E1M1第30頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四ABSRdER1E1M1連接所有的E、R點即得溶解度曲線(圖中的黑色曲線)。單相區(qū)兩相區(qū)組成落在單相區(qū)的三元混合物形成一個均勻的液相；平衡聯(lián)結(jié)線：聯(lián)結(jié)Ei、Ri兩點的直線。共軛相：組成落在兩相區(qū)的三元混合物所形成的兩互成平衡的液相，其組成分別由Ri

和Ei點表示；臨界混溶點P：兩個共軛相組成相同時的混溶點。P第31頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四討論：(1)兩相區(qū)是萃取的可操作范圍；(2)三組分溶液的溶解度曲線和平衡聯(lián)結(jié)線的平衡組成數(shù)據(jù)均由實驗測得；(3)平衡聯(lián)線線不一定是水平的，還可能傾斜方向不同；有少數(shù)物系，當(dāng)混合液組成變化時，其聯(lián)結(jié)線的斜率會有較大的改變；有些物系在不同濃度范圍內(nèi)聯(lián)結(jié)線斜率方向不同，如吡啶－氯苯－水體系；

第32頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四說明：由于石油餾分是多種組分的混合物，如若用萃取方法將其進(jìn)行分離，則無法將每一組分的量用一自由度來表示（太復(fù)雜）。為簡化起見，常把復(fù)雜混合物分成A、B兩組分，再加上萃取劑組成三元體系來處理。(5)溶解度曲線受溫度的影響。(4)P點將溶解度曲線分為萃取相與萃余相兩支。一般臨界混溶點并不是溶解度曲線的最高點，其準(zhǔn)確位置的實驗測定也很困難；第33頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（2）輔助曲線已知共軛相中任一相的組成，可利用輔助線得出另一相的組成。輔助曲線與溶解度曲線的交點即為臨界混溶點P；ABSR1E1實驗測得的平衡聯(lián)結(jié)線（即共軛相的組成數(shù)據(jù)）是有限的，對其它組成的液-液平衡數(shù)據(jù)，可以采用輔助曲線的方法獲得。P方法一：已知聯(lián)結(jié)線E1R1、E2R2、E3R3、E4R4，分別從E1、E2、E3、E4點作AB平行線，與由R1、R2、R3、R4點分別作的BS平行線相交，連結(jié)各交點即得輔助曲線；R2E2E3E4R3R4第34頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四輔助曲線延長線與溶解度曲線的交點即為臨界混溶點P；借助輔助曲線可求出任何一對共軛相的對應(yīng)點，即可由一平衡液相的組成找出對應(yīng)共軛相的組成。ABSR1E1P方法二：分別從E1、E2、E3、E4點引AB平行線，與分別從R1、R2、R3、R4點引出的AS平行線相交，連結(jié)各交點即得輔助曲線；R2E2E3E4R3R4第35頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四二苯基己烷廿二烷糠醛0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.845C80C115C140C甲基環(huán)戊烷正己烷苯胺0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.825C通常情況下，物系的溫度升高，溶質(zhì)在溶劑中的溶解度增大，反之減小。因此，溫度明顯地影響溶解度曲線的形狀、聯(lián)結(jié)線的斜率和兩相區(qū)面積

溫度升高，互溶度增加，兩相區(qū)面積減小。(3)溫度對相平衡關(guān)系的影響第36頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四(二)直角坐標(biāo)系表示的相平衡關(guān)系兩相平衡關(guān)系也可由直角坐標(biāo)系表示，用yA表示A組分在萃取相的濃度，xA表示A組分在萃余相的濃度。1、用質(zhì)量分率表示的y-x直角坐標(biāo)上的相平衡關(guān)系由相律可知，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，則其它組分的組成及其共軛相的組成就為確定值。換言之，溫度、壓力一定時，溶質(zhì)在兩平衡液相間的平衡關(guān)系可表示為第37頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四分配曲線：將三角形相圖上各對共軛相中溶質(zhì)A的組成數(shù)據(jù)（x,y）標(biāo)繪在x-y直角坐標(biāo)上，連接后所得的曲線即可表示兩共軛相組成的關(guān)系。它表達(dá)溶質(zhì)A在呈平衡的兩相中的分配關(guān)系。有一對組分部分互溶時的分配曲線第38頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四有兩對組分部分互溶時的分配曲線若已知某一液相中溶質(zhì)的組成，則可用分配曲線找到與之平衡的另一液相的溶質(zhì)組成，其作用類似于輔助曲線。第39頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四2、用質(zhì)量比表示的Y－X直角坐標(biāo)上的相平衡關(guān)系對B、S完全不互溶的體系：可用YA表示萃取相中溶質(zhì)A的質(zhì)量比（A/S），用XA表示萃余相中溶質(zhì)A的質(zhì)量比（A/B），則可在Y－X直角坐標(biāo)上用YA和XA間的關(guān)系曲線描述溶質(zhì)在兩相中的分配情況。質(zhì)量比表示相平衡關(guān)系分配曲線可直觀表示出溶質(zhì)在兩相間的平衡分配關(guān)系，但卻無法表示B、S的互溶狀況和在兩相間的相對數(shù)量關(guān)系，因此，用于B、S完全不互溶或基本不互溶的體系十分方便。第40頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四式中yA、yB------分別為組分A、B在萃取相E中的質(zhì)量分率；

xA、xB------分別為組分A、B在萃余相R中的質(zhì)量分率。3、分配系數(shù)當(dāng)三元混合液的兩個液相達(dá)到平衡時，溶質(zhì)在E相和R相中的組成之比稱為分配系數(shù)，以kA表示，即同樣，對于組分B也可寫出相應(yīng)的表達(dá)式，即第41頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四(1)分配系數(shù)表達(dá)了溶質(zhì)在兩個平衡液相中的分配關(guān)系。kA值愈大，萃取分離的效果愈好。(2)kA只反映S對A的溶解能力，不反映A、B的分離程度。(3)分配系數(shù)的值取決于物系、操作溫度和溶液的組成。一般情況下分配系數(shù)不是常數(shù)，即分配曲線是一條曲線。在恒定溫度下，且溶質(zhì)組成范圍變化不大時，kA值才可視為常數(shù)。

討論:對于萃取劑S與稀釋劑B互不相溶的物系，溶質(zhì)在兩液相中的分配關(guān)系與吸收中的類似，即第42頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四二、萃取過程在三角形相圖上的表示在只含有組分A與B的原料液F中加入一定量的萃取劑S后，得到新的混合液M，由杠桿規(guī)則知F、S和M之間的關(guān)系為M靜置分層得萃取相E和萃余相R，其質(zhì)量關(guān)系為ABSREME’R’FE’max從萃取相E中除去萃取劑S后得萃取液E’；Emax從萃余相R中除去萃取劑S后得萃余液R’；單級萃取中，萃取相能達(dá)到的最大A組分含量為Emax點的組成，對應(yīng)的萃取液組成點為E’max。第43頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四例:用水作萃取劑(S)，對醋酸(A)－苯(B)混合液進(jìn)行萃取分離，在25℃下醋酸－苯－水溶液的液－液相平衡數(shù)據(jù)如表所示，依此數(shù)據(jù):(1)在直角三角形坐標(biāo)圖上標(biāo)繪出溶解度曲線及臨界混溶點。(2)試求與組成為15%醋酸、0.5%水、其余為苯的液相呈平衡的另一液相的組成，并求出醋酸在兩平衡液相中的分配系數(shù)kA的數(shù)值。序號萃余相/%(溶質(zhì))萃取相/%(溶質(zhì))醋酸苯水醋酸苯水10.1599.850.0014.560.0495.421.498.560.0417.70.2082.1433.2796.620.1129.00.4070.6413.386.30.456.93.339.8515.084.50.559.24.036.8619.979.40.763.96.529.6722.876.350.8564.87.727.5831.067.11.965.818.116.1935.362.22.564.521.114.41037.859.23.063.423.413.21144.750.74.659.330.010.71252.340.57.252.340.57.2第44頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四解:(1)根據(jù)表中所給數(shù)據(jù)，首先在直角三角形坐標(biāo)圖上繪制出25℃下醋酸－苯－水溶液的溶解度曲線，并作出各組數(shù)據(jù)的平衡聯(lián)結(jié)線，如圖所示。表中最末一組數(shù)據(jù)E與R的組成相同，即表明互成平衡的兩液相組成重合于一點，此即臨界混溶點P。第45頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（2）將由（1）得到的25℃醋酸－苯－水溶液的溶解度曲線和輔助曲線標(biāo)繪在圖上，組成為15%醋酸、0.5%水、其余為苯的溶液的組成點在臨界混溶點P的左側(cè)，即R點，由R點作水平線與輔助曲線交于Q點，再由Q點作垂直線與溶解度曲線交于E點，則可由E點讀得與萃余相R平衡的萃取相E的組成為59%醋酸、37%水、4%苯，所以醋酸的分配系數(shù)為第46頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四三、萃取劑的選擇1、萃取劑的選擇性及選擇性系數(shù)

萃取劑的選擇性是指萃取劑S對原料液中兩個組分溶解能力的差異。若S對溶質(zhì)A的溶解能力比對稀釋劑B的溶解能力大得多，那么這種萃取劑的選擇性就好。萃取劑的選擇性可用選擇性系數(shù)β表示，即兩相平衡時，萃取相E中A、B組成之比與萃余相R中A、B組組成之比的比值。其定義式為第47頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四(1)選擇性系數(shù)β為組分A、B的分配系數(shù)之比，其物理意義類似蒸餾中的相對揮發(fā)度。(2)若β＞1，說明組分A在萃取相中的相對含量比萃余相中的高，即組分A、B得到了一定程度的分離，顯然kA值越大,kB值越小，選擇性系數(shù)β就越大，組分A、B的分離也就越容易，相應(yīng)的萃取劑的選擇性也就越高。(3)若β=1，則由定義式可知萃取相和萃余相在脫除溶劑S后將具有相同的組成，并且等于原料液的組成，說明A、B兩組分不能用此萃取劑分離。討論:(4)萃取劑的選擇性越高，則完成一定分離任務(wù)所需的萃取劑量也就越少，相應(yīng)的用于回收溶劑的能耗也就越低。當(dāng)組分B、S完全不互溶時，選擇性系數(shù)趨于無窮大，這是最理想的情況。綜上所述，在所有的萃取操作中，選擇的萃取劑應(yīng)在操作范圍內(nèi)使β>1。第48頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四

組分B與S的互溶度大小影響溶解度曲線的形狀和分層區(qū)面積。B、S互溶度小,分層區(qū)面積大,可能得到的萃取液的最高濃度y`max較高。所以B、S互溶度愈小,愈有利于萃取分離。ABSy’max

結(jié)論：B、S互溶度越小,越有利于萃取分離。2、萃取劑S與稀釋劑B的互溶度第49頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四3、萃取劑的物理性質(zhì)(1)溶解度：萃取劑在料液相中的溶解度要小。(2)密度：密度差大，有利于分層，不易產(chǎn)生第三相和乳化現(xiàn)象，兩液相可采用較高的相對速度逆流。(3)界面張力：界面張力大，有利于細(xì)小液滴的聚結(jié)和兩液相分層；但液滴分散程度較差，混合時界面小，接觸不良，不利于質(zhì)量傳遞。由于液滴的聚結(jié)更重要，故一般選用使界面張力較大的萃取劑。(4)粘度：低粘度有利于兩相的混合與分層，流動與傳質(zhì)，對萃取有利。對大粘度萃取劑，可加入其它溶劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。第50頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四萃取劑S的選擇還需考慮萃取劑應(yīng)滿足一般的工藝要求：穩(wěn)定性好，腐蝕性小，無毒，不易著火、爆炸，來源容易，價格較低等。易回收：為了獲得純產(chǎn)品及使溶劑循環(huán)使用，必須將萃取相及萃余相中的溶劑進(jìn)行回收。萃取過程中，溶劑回收是費用最多的環(huán)節(jié)。有的萃取劑雖有許多良好的性質(zhì)，但因回收困難而不被采用。溶劑回收常用的方法是蒸餾、蒸發(fā)、反萃取等。在選擇具體的萃取劑或幾種溶劑組成的萃取劑時，應(yīng)根據(jù)實際情況綜合考慮上述因素。第51頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)萃取過程計算計算任務(wù)：確定各種萃取過程中分離程度，以及為達(dá)到分離要求所需要的萃取劑用量和萃取理論級數(shù)。分類：（1）級式接觸式：單級，多級錯流，多級逆流（2）連續(xù)（微分）接觸式基本工具：物料衡算和相平衡關(guān)系，計算萃取實際級數(shù)和連續(xù)逆流萃取設(shè)備高度時還需用傳質(zhì)速率方程。（萃取過程熱效應(yīng)較小，可認(rèn)為是等溫操作，不作熱量衡算）理論萃取級：即無論進(jìn)入該級的兩股液流（原料、溶劑或前一級的萃余相和后一級的萃取相）的組成如何，經(jīng)過萃取后，從該級流出的萃取相和萃余相為互成平衡的兩個相。第52頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四一、單級萃取過程計算任務(wù)：給定F、xF、y0、xR（或x’R）等條件，根據(jù)相平衡數(shù)據(jù)和物料衡算求出S，E、yE、E’、y’E。單級萃取可間歇或連續(xù)操作。計算方法有解析法和圖解法。注意：

xR和x’R，yE和y’E的下標(biāo)常省略。x和y即分別代表萃余相和萃取相中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第53頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四A：根據(jù)平衡數(shù)據(jù)作出溶解度曲線及輔助線。B：確定F、S點：已知xF,在AB邊上定出F點，由萃取劑組成y0確定S0點。（若為純?nèi)軇?，則為S點）聯(lián)結(jié)FS0，代表原料液與萃取劑的混合液M點必在FS0線上。1、圖解法ABSREE’R’FC：確定R、E和M點：由xR（或xR’）定出R點（若知R’點，連SR’線與溶解度曲線的交點即為R點）。再由R點利用輔助曲線求出E點，則RE與FS0線的交點即為混合液的組成點M。M單級萃取圖解法S0（1）S－A完全互溶，S－B部分互溶已知條件：物系在操作條件下的相平衡數(shù)據(jù)、原料液流量F及組成xF，規(guī)定要達(dá)到的萃余相中溶質(zhì)A的組成xR圖解步驟：第54頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四D：確定S、R和E的量：根據(jù)物料衡算，有M=F+S=R+E根據(jù)杠桿定律可計算出萃取劑與原料液F的流量比萃取相和萃余相的流量分別為R＝M－E萃取相和萃余相脫除溶劑后所得的萃取液和萃余液的組成分別為yE’和xR’，同樣可根據(jù)杠桿定律寫出萃取液和萃余液的流量E’和R’。R’＝F－E’ABSREE’R’FM單級萃取圖解法S0第55頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（2）S－A完全互溶，S－B完全不互溶計算與吸收相似:萃取相和萃余相中都只有兩個組分，且整個萃取過程中，萃取相中萃取劑的量不變，萃余相中稀釋劑的量也不變.萃取劑和萃取相中溶質(zhì)的組成以純萃取劑S為基準(zhǔn)的質(zhì)量比表示，即Y0、Y(A/S)，相應(yīng)的，原溶液和萃余相中溶質(zhì)的組成以稀釋劑B為基準(zhǔn)的質(zhì)量比表示，即XF、X(A/B)。溶質(zhì)A在兩相中的平衡關(guān)系可以表示成Y＝KX，其中K稱為溶質(zhì)A的分配系數(shù)，其值隨溶質(zhì)的組成變化而異。溶質(zhì)A的物料衡算可寫為或?qū)懗伞獑渭壿腿〔僮鞯牟僮骶€方程第56頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四在Y－X圖中即為斜率為-B/S，過點(XF,Y0)的直線。操作線和相平衡線交點P的坐標(biāo)值即為通過一個理論級后萃余相和萃取相中溶質(zhì)A的組成。Y10分配曲線Y0X1XF-B/S如為純?nèi)軇瑒t操作線變?yōu)楹驼麴s一章中理論板的概念相似，實際操作中單級萃取的傳質(zhì)效果達(dá)不到一個理論級?？捎眉壭时磉_(dá)實際級與理論級的差別。設(shè)計時如無生產(chǎn)數(shù)據(jù)可供參考，則需通過中間實驗來取得級效率值。P第57頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四第58頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四2、解析計算當(dāng)萃取劑與稀釋劑不互溶，且在操作范圍內(nèi)分配系數(shù)K可視為常數(shù)時，可采用解析法計算。一般，B、XF和K已知，可用上式計算在一定萃取劑比下所得到的萃余相組成X或要達(dá)到一定的萃余相組成時所需的萃取劑用量S。操作線：

交點：第59頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四3、單級萃取過程中萃取劑的極限用量RC點：最小溶劑用量，SminEC點：最大溶劑用量，Smax萃取操作S應(yīng)滿足下列條件：ABSREFM單級萃取圖解法S0RCEC

原料量F及組成一定，增大萃取劑用量，M向S點靠近。第60頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四ABSEmax’FRminRCMEmaxECS04、單級萃取過程的分離范圍與Ec呈平衡的萃余相的組成點為Rmin，其中溶質(zhì)組成為該操作條件下單級萃取可能達(dá)到的最低值xmin，相應(yīng)的脫除萃取劑后的萃余液組成也最低。但此時的萃余相的流量為零。結(jié)論：（1）經(jīng)單級萃取，萃余液組成x’≮x’min，萃取液組成y’≯y’max（2）受相平衡限制，不可能同時得到Rmin和E’max過S點作溶解度曲線的切線與AB邊交于E’max點，其組成y’max為單級萃取所能獲得萃取液中溶質(zhì)含量最高的組成。由輔助曲線，可得到與切點Emax呈平衡的萃余相組成R，平衡聯(lián)結(jié)線REmax與FS交于點M，可由此求得相應(yīng)于y’max的萃取劑用量。R第61頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四例:在一單級接觸式萃取設(shè)備中，用三氯乙烷為溶劑，萃取丙酮－水溶液中的丙酮。溶解度曲線及輔助曲線NN’見附圖,已知原料液量為140kg，其中含丙酮56kg。萃取后所得萃余相中丙酮含量為20%（質(zhì)量%）。試求：(1)萃取劑用量；(2)萃取相量及其組成；(3)若將溶劑全部回收，所得萃取液的量及其組成；(4)若將溶劑全部回收，所得萃余液的量及其組成。第62頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四解：(1)三氯乙烷（S）的用量原料液中丙酮的組成溶劑用量可根據(jù)杠桿定律求取，在圖中量取MF＝22mm，MS＝39mm，則標(biāo)出原料液組成點F聯(lián)SF線標(biāo)出R點由輔助曲線求E點RE與SF兩線交于M點第63頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四(2)萃取相E量及其組成yEM＝F＋S＝140+79＝219kg依杠桿定律求E，在圖中量取MR＝22mm，ER＝40mm,則由圖中E點讀出萃取相中丙酮的組成yE＝0.25。(3)萃取液的量E’及組成yE’連SE并延長與AB邊交于E’，讀出E’的組成為yE’＝0.95。依杠桿定律求E’，在圖中量取R’F＝11mm,R’E’=42mm,則(4)萃余液的量R’及其組成x’R

R’=F-E’＝140-36.7＝103.3kgR’的組成與R的組成相同，即。第64頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四二、多級錯流萃取過程單級萃取分離程度有限，可采用多級萃取進(jìn)一步降低萃余相中溶質(zhì)的濃度。多級錯流的計算只是單級的多次重復(fù)。多級錯流萃取的目標(biāo)產(chǎn)品為高純度的稀釋劑B。流程如下萃取劑S,y0料液F,xF萃取相萃余相M1M2M3MnE1R1E2E3EnR2R3Rn-1Rn設(shè)各級萃取劑用量均為S0第一級：F+S0M1，M1E1+R1（平衡相）第二級：R1+S0M2，M2E2+R2（平衡相）第三級：R2+S0M3，M3E3+R3（平衡相）依次計算，直到萃余相中溶質(zhì)的濃度等于或小于所要求的濃度為止，標(biāo)繪的聯(lián)結(jié)線數(shù)目即為理論級數(shù)。第65頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四1、解析計算條件：同單級萃取，即當(dāng)S與B不互溶，且在操作范圍內(nèi)分配系數(shù)K可視為常數(shù)時。若使用純萃取劑，則對任一級也有與單級萃取相同的關(guān)系式，即當(dāng)各級萃取劑用量相同時，萃取效果最好，因此有萃取因數(shù)ε：表示每級達(dá)平衡后的萃取相中溶質(zhì)的量與萃余相中溶質(zhì)的量之比第66頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四則有從i=1至i=N，逐級聯(lián)解其物料衡算和相平衡方程可得到最終萃余相組成為可進(jìn)一步得到，欲達(dá)到規(guī)定的XN所需要的級數(shù)經(jīng)N級錯流萃取后，溶質(zhì)A的萃余率φ為則萃取率ρ為可見，萃取因數(shù)越大或萃取級數(shù)越多，萃取率越高。第67頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四2、圖解計算（1）萃取劑與稀釋劑部分互溶采用三角形相圖圖解計算較為方便。多級錯流萃取過程的圖解法是單級萃取過程圖解法的多次重復(fù)M1(FS0上)M2(R1S0上)M3(R2S0上)ABSR1E1FM1多級錯流萃取圖解法S0E2R2M3M2E3R3直至最終萃余相中溶質(zhì)組成等于或小于規(guī)定要求時為止，平衡聯(lián)結(jié)線數(shù)即為所需要的理論級數(shù)。第68頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（2）萃取劑與稀釋劑不互溶或互溶度很小可忽略各級萃余相中稀釋劑量均等于原料液中稀釋劑量，加到每一級中的萃取劑都進(jìn)入萃取相，兩相中溶質(zhì)的組成可用質(zhì)量比表示，可采用Y－X直角坐標(biāo)圖進(jìn)行圖解計算。平衡關(guān)系：第一級物料衡算為：第二級物料衡算為：料液B,XF萃取相M1M2E1(Y1)R1(X1)E2(Y2)R2(X2)……S,Y0第69頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四Y10Y*=f(X)Y0X1XF-B/SX2Y2X3Y3-B/S-B/S任一級系統(tǒng)的物料衡算：從點（XF，Y0）開始逐級作操作線，直至最終萃余相中溶質(zhì)組成等于或小于規(guī)定值。各操作線與相平衡線（分配曲線）交點的坐標(biāo)即為離開各級的萃取相和萃余相達(dá)到平衡時的組成Yi，Xi。操作線與分配曲線的交點數(shù)目即為欲達(dá)到分離要求所需要的理論級數(shù)。第70頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四給定S,NT求X①作分配曲線②定操作線斜率③定a→b→x1④定c→d→x2⑤定e→f→x3第71頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四例：在25℃下用異丙醚為萃取劑分離含35%醋酸（質(zhì)量）的醋酸水溶液，萃取物系的溶解度曲線及輔助曲線如圖所示，原料液的處理量為100kg/h，試求：（1）用100kg/h的純萃取劑進(jìn)行單級萃取時所得的萃取相和萃余相的流量及其中的醋酸組成；（2）每次用50kg/h純萃取劑進(jìn)行兩級錯流萃取時所得的萃取相和萃余相的流量及其中醋酸的組成；（3）上述兩種萃取操作的萃余率。第72頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四解：已知F＝100kg/h，xF=0.35，由此定出F點(1)S=100kg/h聯(lián)結(jié)FS，由于F＝S，所以混合點M在線段FS的中點。F總流量M＝F＋S＝200kg/hM借助于輔助曲線,用試差法作過M點的平衡聯(lián)結(jié)線RE，且從圖上量出線段RM和RE的長度，RM＝19.0mm，RE＝37.0mmRE由杠桿定律得第73頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四從上圖中可讀得萃取相和萃余相中醋酸的組成分別為y=0.15,x=0.25(2)兩級錯流萃取時進(jìn)入第1級萃取器的總液流量為M1=F+S1=100+50=150kg/hFM1R1E1混合點M1與S點間的長度為由線段M1S的長度可在圖上確定出M1點的位置。借助輔助曲線作過M1點的平衡聯(lián)結(jié)線R1E1，從圖中量得線段M1E1和R1E1的長度，則第1級萃余相的流量為第74頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四進(jìn)入第2級萃取的總液流量為M2＝R1＋S2＝90＋50＝140kg/h混合點M2與S點間的長度為由線段M2S的長度可在圖上確定M2點的位置。借助輔助曲線作過M2點的平衡聯(lián)結(jié)線R2E2FM1R1E1M2R2E2從圖中量得線段M2E2和R2E2的長度，則第2級萃余相的流量為從圖中可讀得第2級萃余相中醋酸的組成分別為x=0.22第75頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（3）兩種萃取操作的萃余率為單級萃取兩級錯流萃取第76頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四三、多級逆流萃取過程（一）流程多級逆流萃取過程是將多個單級萃取操作串聯(lián)起來，實現(xiàn)萃取相與萃余相的逆流操作。萃取劑S,yS料液F,xF萃取相萃余相M1M2M3MnE1R1E2E3EnR2R3Rn-1RnE4原料在第一級中加入，依次通過各級，從第N級（最后一級）排出，新鮮溶劑由第N級中加入，與原料液呈逆流流動，從第一級中排出。最后，萃取相E1和萃余相Rn分別進(jìn)行溶劑回收，回收后溶劑供循環(huán)使用。第77頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四第1級第N級萃余相中溶質(zhì)組成萃取相中溶質(zhì)組成大小大小第78頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（二）計算設(shè)計型計算：已知物系的相平衡數(shù)據(jù)、原料液流量F及組成xF，選定萃取劑用量S及組成y0，規(guī)定最終萃余相中溶質(zhì)的組成xN，求所需的理論級數(shù)N和離開各級的萃取相、萃余相的流量和組成。操作型（標(biāo)定）計算：在萃取級數(shù)已知的情況下，確定為完成規(guī)定的分離任務(wù)和要求所需要的萃取劑量?；居嬎闶剑何锵档南嗥胶怅P(guān)系和物料衡算關(guān)系。第79頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四1、三角形相圖圖解法適用于萃取劑與稀釋劑部分互溶的物系。步驟：(1)根據(jù)物系的相平衡數(shù)據(jù)，在三角形坐標(biāo)圖上標(biāo)繪出物系的溶解度曲線和輔助曲線。(2)總物流的組成點（混合點）M必在直線FS上，根據(jù)S和F的用量依據(jù)杠桿定律定出M點的位置。(3)M點也必在RN和E1的聯(lián)線上(?)，由xN在溶解度曲線左半支上確定組成點RN，連接RN和M點延長至溶解度曲線的右半支上定出E1點。ABSE1FM多級逆流萃取圖解法S0RN流量RN和E1的計算應(yīng)用杠桿規(guī)則，即RN=M－E1第80頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四物料衡算i=1F+E2=R1+E1或F-E1=R1-E2i=2F+E3=R2+E1或F-E1=R2-E3i=n

F+S=Rn+E1或F-E1=Rn-SF-E1=R1-E2=R2-E3=．．．=Rn-1-En=Rn-S=Δ（4）理論級數(shù)的確定：萃取劑S,yS料液F,xF萃取相萃余相M1M2M3MnE1R1E2E3EnR2R3Rn-1RnE4操作線方程第81頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四離開每級的R

與進(jìn)入該級的E

流量之差為一常數(shù)。>0，流動方向與R相同，<0，流動方向與E

相同。由以上方程可見，在操作穩(wěn)定后，進(jìn)入任一級與離開該級的兩物流的流量差(Ri-1-Ei)為一常數(shù)，即△，同時，在三角形相圖上級間兩物流的組成點Ri-1、Ei與△三點共線。因此，各條操作線均過點△，點△就叫做操作點，其位置是各條操作線的交點。實際做圖時，可由RNS和FE1兩條線延長，交點為△F-E1=R1-E2=R2-E3=．．．=Rn-1-En

=Rn

-S=Δ第82頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四ABSE1FM多級逆流萃取圖解法S0E2E3直至萃余相中溶質(zhì)的組成等于或小于所要求的最終萃余相中溶質(zhì)的組成。圖中聯(lián)結(jié)線的數(shù)目N，即為所求理論級數(shù)。E4R1R4R2RnR3聯(lián)E1F與SRN交于點△由E1點作平衡聯(lián)結(jié)線得到R1點連R1和△點并延長，得E2點由E2點得R2點交替用平衡聯(lián)結(jié)線和操作線得到E3,R3…第83頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四討論：(1)操作點△在三角形相圖外，故其不代表任何組成關(guān)系，只是一個虛擬點。(2)操作點的位置：與物系的平衡聯(lián)結(jié)線斜率、萃取劑流量和原料液的流量及組成有關(guān)，可能在三角形相圖的左側(cè)，也可能位于右側(cè)。第84頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四萃取劑用量較大時，混合點M靠近S，操作點在相圖的右側(cè)。萃取劑用量減小時，M點遠(yuǎn)離S點，操作點逐漸移到相圖的左邊。S/F越小，操作點越靠近B點，其第一級萃取相組成E1越高。因此，為達(dá)到同樣的分離要求，萃取劑比S/F越小，所需要的理論級數(shù)越多。第85頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（3）最小萃取劑比：當(dāng)萃取劑比減小到某一較低值時，在操作范圍內(nèi)會有一條平衡聯(lián)結(jié)線的延長線通過操作點?，即在此處操作線與平衡聯(lián)結(jié)線重合，表明相遇的兩相間無差別而傳質(zhì)推動力為零，完成規(guī)定的分離任務(wù)所需要的理論級數(shù)為無窮多，此時的萃取劑比稱為最小萃取劑比(S/F)min。此時對應(yīng)的?稱為?min。?min的作法：將操作范圍內(nèi)若干條平衡聯(lián)結(jié)線延長，分別與直線RNS的延長線相交于若干點，其中最左邊的交點即為?min。一般將通過進(jìn)料點F的那條平衡聯(lián)結(jié)線延長，與直線RNS的延長線相交的點作為最小萃取劑比下的操作點?min。第86頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四(S/F)min的求?。郝?lián)結(jié)F與?min點，直線F?min或其延長線與溶解度曲線右半支的交點即為最小萃取劑比時的第1級萃取相組成點Em1。聯(lián)結(jié)直線RNEm1和直線FS交點為Mm為最小萃取劑Smin與原料液F的和點，則最小萃取劑比為設(shè)計時實際萃取劑比一般為最小萃取劑比的1.2－2.0倍。第87頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四例用純?nèi)軇㏒逆流萃取某混合液中的A組分?；旌弦河葾、B兩組分組成。原料液量為1000kg/h，其中A組分的組成為30%。已知純?nèi)軇┯昧繛?50kg/h。要求最終萃余相RN中A組分的組成不大于6.5%（均為質(zhì)量%）。試求：（1）所需理論級數(shù)；（2）最終萃取相的量及其組成。第88頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（1）依原料組成xF＝0.3在相圖中AB邊上定出F點，連SF線。根據(jù)溶劑比在SF線上定出M點。按最后一級萃余相組成xN＝6.5%，在溶解度曲線上定出RN點。連接RNM并延長與溶解度曲線交于E1點，E1即為離開第一級的萃取相組成點。連E1F及SRN兩線并延長，得交點，?即為操作點。第89頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四過E1點作平衡聯(lián)結(jié)線得R1點（聯(lián)結(jié)線可通過輔助曲線作出）。連?R1并延長與溶解度曲線交于E2點，過E2作聯(lián)結(jié)線與溶解度曲線交于R2點，連?R2并延長與溶解度曲線交于E3點，重復(fù)上述方法作圖，至萃余相中A組分的組成小于xN（即小于6.5%）。圖中聯(lián)結(jié)線數(shù)目為五條，即所需理論級數(shù)為五級。第90頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（2）由圖中讀出E1的組成為A－42%，B－6%，S－52%。M＝F＋S＝RN＋E1＝1350kg/h第91頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四萃取過程的標(biāo)定計算：給定萃取級數(shù)的情況下，確定完成一定分離任務(wù)要求所需要的萃取劑用量，一般需用迭代法求解，即先假設(shè)一個萃取劑用量，然后按給定的級數(shù)逐級求解，看能否達(dá)到所要求的分離任務(wù)，若不能，則重新假設(shè)萃取劑用量，重復(fù)計算，直到達(dá)到所要求的分離任務(wù)為止。第92頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四2、直角坐標(biāo)圖解法在直角坐標(biāo)圖中做出分配曲線和操作線，再用梯級作圖法求理論級數(shù)。（1）S、B部分互溶①由平衡數(shù)據(jù)繪出分配曲線；由操作線數(shù)據(jù)畫操作線。②在x-y坐標(biāo)圖中做操作線。在三角形相圖上確定F,RN,M,E1和?點，在E1至RN的范圍內(nèi)任意作若干條操作線，將每條操作線與溶解度曲線的兩個交點的組成xi-1,yi標(biāo)繪在x-y直角坐標(biāo)圖中就是一個操作點，將若干個操作點連接起來即為直角坐標(biāo)圖中的操作線。ABSE1FM多級逆流萃取圖解法S0EmRm-1Rn第93頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四③從起點F開始交替運用操作線與分配曲線依次作梯級直至達(dá)到或跨過N點為止，梯級數(shù)即為理論級數(shù)。xy0分配曲線PNy1xFxnySxm-1ym操作線F第94頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四（2）S、B不互溶（用X－Y坐標(biāo)）物料衡算——

操作線方程S,Y01NS

,Y1SB

,

XFBBB

,

XNS這是一條斜率為B/S，過點（XN，Y0）和點（XF，Y1）的直線，關(guān)聯(lián)了任意相鄰兩級間兩液相中溶質(zhì)組成的關(guān)系，稱為萃取的操作線方程?；蛉魪牡趇級至最后作衡算，則第95頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四理論級數(shù)的求取步驟①在X－Y直角坐標(biāo)圖中作分配曲線；②作操作線：斜率為B/S，過點(XN,Y0)和點(XF,Y1)的直線;③畫階梯：在以上兩線間作梯級得到理論級數(shù)。XY0分配曲線NY1XFXNY0X2Y2操作線F（1）當(dāng)分配曲線上凸，若(S/F)↓→(B/S)↑，操作線靠近分配曲線，所需梯級數(shù)增多。當(dāng)操作線與分配曲線相交時，所需理論級數(shù)為無窮大，此時的S即為Smin。（2）當(dāng)分配曲線上凹時，操作線與分配曲線相切時S最小，由切線斜率可求出(S/F)min。討論：第96頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四3、解析法或∴萃余率萃取率（1）分配系數(shù)K逐級變化時的計算（不要求）（2）各級分配系數(shù)K為常數(shù)時的計算：適用條件：純?nèi)軇╕0＝0），B、S不互溶。計算最終萃余相中溶質(zhì)組成的公式為第97頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四例:已知S=40kg/h純?nèi)軇?，B與S完全不互溶，kA=YA/XA=1.5，B=30kg/h，XF=0.3kgA/kgB，XN=0.05kgA/kgB。試求：完成分離任務(wù)所需的理論級數(shù)。第98頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)液-液萃取設(shè)備液-液萃取設(shè)備必須同時滿足兩相的充分接觸（傳質(zhì)）和較完全的分離。液-液兩相間密度差小，界面張力不大，為了提高萃取設(shè)備的效率，通常要補給能量，如攪拌、脈沖、振動等。萃取設(shè)備的分類產(chǎn)生分散相的動力微分接觸式逐級接觸式重力差噴啉塔、填料塔篩板塔、流動混合器機械攪拌轉(zhuǎn)盤萃取塔、攪拌萃取塔、振動篩板塔混合澄清器脈沖脈沖填料塔、脈沖篩板塔

脈沖混合澄清器離心力作用連續(xù)式離心萃取器逐級式離心萃取器第99頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備混合澄清槽第100頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備篩板塔第101頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備振動篩板塔第102頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備轉(zhuǎn)盤塔第103頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備不對稱轉(zhuǎn)盤塔（偏心轉(zhuǎn)盤塔）1-轉(zhuǎn)盤；2-橫向水平擋板；3-混合區(qū)；4-澄清區(qū)；5-環(huán)形分割板；6-垂直擋板既保持了轉(zhuǎn)盤塔結(jié)構(gòu)簡單、傳質(zhì)效率高、生產(chǎn)能力大等特點，分開的澄清區(qū)可使分散相液滴反復(fù)進(jìn)行凝聚-再分散，減小軸向混合，提高萃取效率。第104頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備翻斗式萃取器第105頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備靜態(tài)混合器第106頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備單級離心萃取器第107頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備蘆威（Luwesta）式離心萃取器第108頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備波德（Podebielniak）式離心萃取器第109頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備離心萃取器第110頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備離心萃取器第111頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備離心萃取器第112頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四常見工業(yè)萃取設(shè)備液泛現(xiàn)象第113頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四萃取設(shè)備的選擇不同的萃取設(shè)備有各自的特點。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)萃取體系的物理化學(xué)性質(zhì)、處理量、萃取要求及其它因素進(jìn)行選擇。(1)物系的穩(wěn)定性和停留時間：要求停留時間短可選擇離心萃取器，停留時間長可選用混和澄清器。(2)所需理論級數(shù)：所需理論級數(shù)多時，應(yīng)選擇傳質(zhì)效率高的萃取塔，如所需理論級數(shù)少，可采用結(jié)構(gòu)與操作比較簡單的設(shè)備。(3)處理量：處理量大可選用混合澄清器、轉(zhuǎn)盤塔和篩板塔，處理量小可選用填料塔等。(4)系統(tǒng)物性：易乳化、密度差小的物系宜選用離心萃取設(shè)備；有固體懸浮物的物系可選用轉(zhuǎn)盤塔或混和澄清器；腐蝕性強的物系宜選用結(jié)構(gòu)簡單的填料塔；放射性物系可選用脈沖塔。(5)廠房條件：面積大的廠房可選用混合澄清器；面積小、但高度不受限制的廠房可選用塔式設(shè)備。(6)費用：設(shè)備的一次性投資和維護(hù)。(7)經(jīng)驗：對特定設(shè)備的實際生產(chǎn)經(jīng)驗。第114頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四萃取的基本原理與概念定義萃取基本流程：混合、澄清三角形相圖組成的表示方法溶解度曲線平衡聯(lián)結(jié)線輔助曲線臨界混溶點分配曲線杠桿定律分配系數(shù)選擇性系數(shù)第115頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四萃取的計算

計算任務(wù)基本工具理論萃取級單級萃取圖解法S－B部分互溶S－B完全不互溶解析計算操作范圍的確定萃取液最大濃度的確定Smin、Smax的確定第116頁，共129頁，2023年，2月20日，星期四ABSREE’R’FM單級萃取圖解法S0Y10分配曲線Y0X1X