4萃取

G 为萃取相流量， L 为被萃相流量。
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4.1.3 萃取过程中的常用名词
3. 分离系数

分离系数又称为分离因子，表示被萃相中两种物质可
被某种萃取剂所分离的难易程度，它等于这两种物质在 相同萃取条件下的分配比之比。
D A / DB

与相对挥发度一样，分离系数值越远离1，两种物质越
容易分离；反之则不容易。
度分布。
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解例 4-2
①用LIX64萃取水相硫酸铜中的Cu2+反应式为：
CuSO 4 2HR CuR 2 H2SO 4
其中，R代表LIX64。 在萃取过程中，当一个铜离子进入有机相，水相就会 产生一个硫酸，因此，随着萃取过程的进行，水相的酸 度会逐渐增大。
②通过实验测定该萃取体系中，在不同硫酸浓度下Cu2+
根据x2和H2查平衡图，得：y2=2.24kg/m3.
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解例 4-2

对第二级做物料衡算：
y1G x3 L y 2G x2 L
LH 3 LH 2 1.54( y 2 y1 )G
计算x3和H3得：
3 x3 (2.24 60 1.18 75 1.11 60) / 75 2.08(kg/m ) 3 H 3 3.04 1.54 (2.24 1.11 ) 60 / 75 1.65(kg/m )
②萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构或基团，
如长链烃、芳烃等，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损失。
TSHY
4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
(2)萃取剂选择要点
①选择性好
②萃取容量大
表现为分离系数大。
表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。 耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。 不乳化、不产生第三相。 便于萃取剂的重复利用。
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 简单，结构形式选择多；但易出现轴向返混，影响萃取效率。
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4.3.2 逐级萃取过程
1. 逐级萃取过程分析
(1)逆流萃取
(2)错流萃取
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4.3.2 逐级萃取过程
2. 逐级萃取过程的计算
(1)麦克凯贝-赛尔图解法

平衡线： 由萃取平衡实验测得。 操作线： 斜率=L/G
在水相和有机相中的平衡曲线。
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解例 4-2
TSHY
解例 4-2
③用xi、yi分别表示水相和有机相中的 Cu2+浓度，Hi代
表 水 相 中 硫 酸 的 浓 度 。 由 于 1molCu2+ 能 生 成 1molH2SO4 ，根据它们的分子量比，相当于 1kgCu2+ 可生成的H2SO4为：98/63.5=1.54kg。 ④对Cu2+做总物料衡算：
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4 液液萃取
4.1 液液萃取过程 4.2 液液相平衡 4.3 萃取过程计算 4.4 萃取设备 4.5 萃取过程的新进展
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4.1 液液萃取过程


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转移
到另一个液相的分离过程称为液液萃取，也叫溶剂萃取，简称萃取。

待分离的一相称为被萃相，萃取后成为萃余相，用做分离剂的相称为
根据x3和H3查平衡图，得：y3=2.76kg/m3。
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解例 4-2

对第三级做物料衡算：
y 2G x4 L y3G x3 L
计算x4和H4得：
LH 4 LH 3 1.54( y3 y 2 )G
3 x4 (2.76 60 2.08 75 2.24 60) / 75 2.50(kg/m ) 3 H 4 1.65 1.54 (2.76 2.24) 60 / 75 1.01(kg/m )
过程。
(3)两相间的有效分散是提高萃取效率的有效手段。 (4)两相的分离需借助两相的密度差来实现。 (5)液液萃取过程可以在多种形式的装置中通过连续或间 歇的方式实现。
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4.1.1 特点和主要研究内容
2. 液液萃取的主要研究内容
(1)确定萃取体系 包括被萃相体系和萃取相体系的
构成，如被萃相的酸碱度、萃取相的稀释剂等。 (2)测定相平衡数据 分配系数和分离系数。 相比、萃取剂和稀释剂 (3)确定工艺和操作条件
x f xN

通分整理得：
xN y f / D xf yf / D

1 N 1 1

于是可得到萃取所需要的理论级数为：
x f y f / D 1 1 1 lg x N y f / D N lg

对上式两边同时用xf相减：
y f N 1 x f xN x f x f N 1 N 1 1 D 1

1
通分整理得：
N 1 N 1 xf yf / D 1
x f xN
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4.3.2 逐级萃取过程
N 1 将两边同时用1相减： 1 1 N 1 xf yf / D 1
H1 H f 1.54( y N y f )G / L
1.0 1.54 (2.76 0.075) 60 / 75
4.31(kg/m3 )
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解例 4-2
⑥逐级平衡计算

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，因此， 对第一级做物料衡算：
由x1和H1，从平衡图上查得y1=1.11kg/m3。
G 令 D L
即： x1
G ， n L
x1 x f ( y2 Dx1 )G / L
，则有： x x ny x 1 f 2 1
x f ny2 1
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4.3.2 逐级萃取过程

对第二级作物料衡算： 按平衡关系， y 2 Dx2
y 2G x2 L y3G x1 L x2 x1 ny3 x2 ，代入上式整理得：
从计算结果可知，x4=xf、H4≈Hf，因此，该萃取过程只需三级平 衡萃取就能完成。
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4.3.2 逐级萃取过程
(3)代数公式法

假设两相不互溶，且被萃物在各平衡级的分配比D相同。
对第一级作物料衡算： y1G x1L y2G x f L 按平衡关系， y Dx ，代入上式整理得： 1 1
等贵金属的分离和提取；

磷和硼等无机资源的提取和净化； 医药工业中的多种抗生素和生物碱的分离提取；


食品工业中有机酸的分离和净化；
环保处理中有害物质的脱除等。
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4.1.1 特点和主要研究内容
1. 液液萃取过程的特点
(1)萃取过程的传质前提是两个液相之间的相互接触；
(2)两相的传质过程是分散相液滴和连续相之间相际传质
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。

具有处理量大、分离效果好、回收率高、可连续操作以及自动控制 等特点，因此得到了广泛的应用。
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4.1 液液萃取过程

炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如烷烃和芳
烃的分离，润滑油的精制等；

湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金
③化学稳定性强
④易与原料液相分层 ⑤易于反萃或分离
⑥安全性好
⑦经济性好
无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。
成本低、损耗小。
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4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
2. 常用萃取剂
①中性萃取剂 包括含磷类、含氧类和含硫类重型 萃取剂，如磷酸三丁酯(TBP)、甲基异丁基酮(MIBK)、 二辛基亚砜(DOSO)等。 ②有机酸萃取剂 包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸 各种有机胺和胺盐。 各种有机螯合物、冠醚等。

y f G x2 L y1G x1L
LH 2 LH1 1.54( y1 y f )G
计算x2和H2得：
3 x2 (1.11 60 0.35 75 0.075 60) / 75 1.18(kg/m )
3 H 2 4.31 1.54 (1.11 0.075 ) 60 / 75 3.04(kg/m )

即，被萃相与萃取相的流量 之比。

萃取级数：阶梯作图法。
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4.3.2 逐级萃取过程
(2)逐级计算法

逐级计算法是逐级萃取过程的基本计算方法，特别是各
萃取级分配系数不同时，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。

在实际萃取过程中，经常会出现各级分配系数发生变化

克莱姆赛——休特（Kremser-Souder）方程式
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4.3.2 逐级萃取过程
3. 萃取效率的描述
(1)萃余率
A在被萃相（水相）中的浓度。

定；D=0，表示待萃取物完全不被萃取，D=∞，表示完全被萃取。
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4.1.3 萃取过程中的常用名词
2. 相比

萃取体系中萃取相 V( o ) 与 V( a ) 被萃相的体积比。
R V(o) / V(a)

在连续萃取过程中，通常用两相的流比取代相比。
r G/L
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4.2 液液相平衡
自学
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4.3 萃取过程计算
4.3.1 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 微分萃取过程。
1. 逐级萃取过程
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， 易实现过程分解、组合与控制。
2. 微分萃取过程
用量、被萃物浓度、萃取温度等。
(4)萃取流程的建立
(5)设备的确定
完整的萃取和反萃流程。
设备形式和结构。
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4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
1. 萃取剂的选择
(1) 萃取剂应具备的特点 ①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包含 N、O、P、 S的基团。

x ny3 即： x 1 2 1
将x1表达式代入，得：
x2
x f ny3 (1 ) 1 2
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4.3.2 逐级萃取过程

同样，对第三级作物料衡算可得：
x3

x f ny4 (1 2 ) 1 2 3
对第N级作物料衡算，得：
Hf=1.0kg/m3；有机相为含萃取剂(LIX64)10%的煤油溶液(G)，
由于是萃取反萃循环使用，其中残留 Cu2+ 为 yf=0.075kg/m3 ；两 相体积流比为 G/L=60/75 ；要求经多级逆流萃取后 ，萃余相中
Cu2+的含量为x1=0.35kg/m3。计算流程所需的理论级数和逐级浓
等。
③胺类萃取剂 ④螯合萃取剂
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4.1.3 萃取过程中的常用名词
1. 分配比

达到萃取平衡时，被萃物在两相中的浓度比称为被萃物的分配比，也
称为分配系数。
D

c A( o ) c A( a )
其中， c A(o)为被萃物A在萃取相（有机相）中的浓度；c A( a )为被萃物 分配比D的值越大，被萃物越容易进入萃取相。 D通常不是常数，要受萃取体系和萃取条件的影响，应根据实验来测
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 H+ 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在两相 中的分配比。
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例 4-2
各级分配系数变化时的逐级计算

水 相 料 液 (L) 中 含 Cu2+ 为 xf=2.5kg/m3 ， 含 H2SO4 为
xN
x f ny f (1 2 N 1 ) 1 2 N
TSHY
4.3.2 逐级萃取过程

用等比数列求和公式，且 n D ，则可得：
1
y f N 1 N 1 1 x N x f N 1 ny f N 1 x f N 1 N 1 1 1 1 D 1
yN G x1 L y f G x f L
即： y N ( y f G x f L x1L) / G
(0.075 60 2.5 75 0பைடு நூலகம்35 75) / 60
2.76(kg/m3 )
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解例 4-2
⑤对H2SO4做总物料衡算：
LH f LH1 1.54( yN y f )G