萃取分离工艺参数设计

萃取分离工艺参数设计
——最优化串级萃取工艺设计
1确定原料和处理能力
根据市场需求现状和发展趋势、本地稀土资源状况和开采能力、企业投资和融资能力大小等因素，确定稀土生产线的原料来源、基本配份、年处理能力。

2、确定产品方案
产品品种和规格要符合主流要求，适销对路，既不要盲目求高而增加分离难度和成本，又不能没有市场竟争能力而遭淘汰。

3、确定分离工艺流程
稀土分离时往往按“四分组”效应首先将原料分为轻、中、重稀土富集物。

分组的切割位置通常选择边界元素间分离系数（或等效分离系数）较大、并保持易萃取组分比例均衡，同时兼顾产品要求、设备条件、工艺衔接、操作稳定性和可行性等因素，以降低生产成本、提高流程的稳定性。

（1）工艺采用了具有世界先进水平分离提纯技术，确保产品质量稳定，纯
度较高。

（2）工艺流程在实施过程中容易控制，比较灵活，可以根据市场的不同需求，生产不同规格的产品，充槽投资较省，化工辅料消耗降低，有利于降低产品成本。

（3）整个工艺流程较短，可连续化操作，稀土机械损失少，稀土的总收率高。

（4）实现产品“系列化” “高纯化” “单一化”“规模化”，经济指标较好，市场适应能力较强。

4、最优化串级萃取工艺设计
4.1确定萃取体系和测定分离系数B
针对要分离的问题，选择一个合适的萃取体系，进行单级试验，确定最适宜的有机相配比、皂化度、料液和洗液的浓度和酸度等。

测定萃取段和洗涤段的平均分离系数和。

E B
(1)
E B
若和值相差不大，通常采用数值较小的值进行计算
4.2确定分离指标
根据料液组成，确定分离切割线位置，确定易萃组分A和难萃组分B，f B为料液中组分B的摩尔分数，f A 1 f B为料液中组分A的摩尔分数
根据市场需求确定产品分离指标，若A为主要产品，规定其纯度PAnm，回
收率为Y A，则A的纯化倍数和B的纯化倍数为:
bf B
f A bf B
P A1 %
出口有机相和出口水相分数f A和f B:
"Y A
P A n m
f B 1 f A
若B为主要产品，规定其纯度为电，回收率为Y B，则:
(9)
出口水相B的纯度F B1和A的纯度P A,为:
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
b Y B
b(1 Y B)
(20)
4.3确定最优萃取比、萃取量和洗涤量
首先根据工艺要求，确定由水相进料或有机相进料。

多数情况下将料液配成 水溶液，由水相进料较方便。

但在多元素萃取分离时，第一串级萃取分离B 、C , 出口有机相含A 、B ，送入第二串级萃取分离 A 、B 第二串级萃取的料液为第一 串级萃取的出口有机相，第二串级萃取为有机相进料。

（1）用最优化方程确定最优萃取比E M
、E M
和萃取量S 和洗涤液量W
通常优化的E M 和E M 值可按水相进料或有机相进料及水相出口分数 f B 的大 小分四种情况。

P A
1
n
af A af A
f B
P B n m
1 P A n m
f B Y
B
(12) (13)
(14)
若A 、B 都为主要产品，则 A 、B 产品纯度分别规定为P A nm 和P R,，贝U ：
Y A
1
A
1
Y B
a 1 a(
b 1) ab 1 ab 1 b(a 1) ab 1
f
B Y
B
P B 1
(15)
(16)
(17) (18)
(19) P
B i
P31
(1 P B 1)
1
①水相进料
若f B 1、「则应由萃取段控制:
E M
E M
E M B
f A
E M
1 E M
M i E M f B
S M n
则应由洗涤段控制:
若f
匚E M E M A
E M f B S和W同上;
②有机相进料
若f B 则应由萃取段控
制:
E M
1
E M f A
f B
E M f B
1 E M
若f B 则应由洗涤段控制:
E
M (21)
(22)
(23)
(24)
(25)
(26)
(27)
(28)
(29)
(30)
(31)
S 和W 同上
(2)由极值公式确定E M
、E M
和S 、W
①水相进料
(38)
(39)
(40)
一般条件下，k 值可选0.7进行工艺参数计算，也可选用若干看值进行计算, 比较后选取最经济的方案。

4.4确定级数n 和m
级数计算的精确公式上是
n -^Og
^
2.303log^A
1 E
M f B
f A
②有机相进料
S W f A
E
M
E
M
11
(33)
(34)
(35)
(36)
(37)
E M
E M
log E M P A P A n
log a log E M 2.303log 竺
P B P B n
4.5流比的确定
上述S 和W 是以M F 为基准计算的，C F 为料液中混合稀土浓度（mol / L 或
g/L ）,C s 为有机相中稀土浓度（
mol/L 或g/L ），C w 为洗涤剂中盐酸浓度
（mol/L ）,则M F 1mmol / min 时，每分钟料液体积为 V 和有机相体积V s 和洗涤
剂体积V W 分别为:
V F
：V S
：V W
称其为流比，其比值为V F
：V S
：V W 1：
V£
:
V W
V
F V
F
式中
E M
1
(1
E
M
) E
M 吃
r ( E M 1) (1 E M )(~~1)PA^
E M
(
1)(E M 1)P B n m
当P A 或P B n m 很小时，P A 和P B 可用下列简化式计算
P A
P B
(43)
(44)
(45)
(46)
ml / min （47）
ml / min
（48） ml/min
（49）
)P B n m
E M 1
1
1
VW %。