中国农大食品工程原理 第9章(6) 浸出和萃取

第9章 浸出和萃取

浸出和萃取是指加溶剂于混合物，利用溶剂对不同物质具有不同溶解度，从而使混合物得到完全或部分分离的过程。如果被处理的混合物为固体，则称为浸出或浸取；如

果被处理的混合物为液体，则称为液—液萃取或萃取。 分离的依据：组分的溶解度不同。 1 浸出

1．1 浸出理论

1．1．1 浸出体系组成的表示方法

浸出体系为三组分体系：①溶质A ；②溶剂S ；③惰性固体B 。 组成关系用等腰直角三角形相图表示，如下图所示：

在三角形相图中：

①三个顶点分别表示三种纯组分（100%）； ②三角形的任一边表示一个两组分混合物； ③三角形内的任一点表示一个三组分混合物；

④平行于任意一边的直线表示其所对顶角组分的一个恒定组成，如图中的JK 直线上的任一点均表示B 组分的组成为40%。 按以上规定，得图中M 点的组成为： x A = 0.30；x B = 0.40；x S = 0.30

1.1.2 浸出系统的平衡关系

浸出平衡：固体空隙中溶液的浓度等于固体周围溶液的浓度。 理论级：能够达到浸出平衡的浸出级（器）。 1．1．3 溢流与底流平衡关系的表达

溢流：浸出完成后，从浸出器顶部排出的均相溶液（清液）； 组成：A+S 。

底流：从浸出器底部排出的残渣； 组成：B+A+S 。

在三角形相图上，溢流的组成点位于AS 边上（图中E 点）；底流的组成位于BE 联线上（图中R 点）。

下列符号的意义：

（或y）-溢流中溶质A的组成；

y

A

（或x）-底流中溶质A的组成。

x

A

1．1．4 杠杆规则

表达组成与该点质量的关系。

对BME线段：

E

ME

R=（M为支点）

RM

M=（R为支点）

E

RM

RE

M=（ E为支点）

R

RE

ME

对FMS线段：

F=（M为支点）

FM

MS

S

1.1.5 单级浸出过程的表示

一定量的原料F（含A，B）与一定量的纯溶剂S混合，物系点M位于SF连线上；其位臵由S/F决定；浸出平衡后，得溢流E和底流R。

基本物料关系：

F+S=M=R+E

平衡关系：

R=

RM

E

ME

上两式联立可解得R，E。

1．2 浸出速率

浸出过程由以下3个步骤组成： ①溶剂进入固体内，溶解溶质A ；

②溶解的溶质从固体内部扩散到固体表面；③溶质从固体表面扩散到外部溶液主体。

浸出速率U ：单位时间、单位浸出表面浸出的溶质质量，即

τ

Ad dW

U =

一般，U 可用下式表示：

)(x x K Ad dW

U a -==τ

式中： A-固液接触面积，m 2；

x-溶液主体内溶质的浓度；

x a -固体表层溶质的浓度（溶质的溶解度）； K-质量传送系数。

对间歇式浸出装臵，浸出液的总体积V 为定值，故有下列关系式： dW=Vdx

)(x x K Ad Vdx a -=∴τ

或

)(x x V

KA d dx a -=τ

积分上式

⎰⎰=-τ

τ0

0d V KA

x x dx x x a

得：

τV

KA x x x x Ln a a =--0

一般，物料经过破碎或切片后表面积增加，浸出速率增大。但应注意，物料如果

过度破

碎，往往会阻碍溶剂在罐内的流动，并导致一些杂质成分流入溶液中，反而造成分离困难。

1．3 浸出操作的流程 三种基本流程如下：

(1)简单接触法

为间歇式浸出操作。基本过程为：

混合、浸出→分离得溢流和底流。

如图（a）所示。

(2)错流多级接触法

数组简单接触法浸出装臵依序排列，原料从头贯穿至尾，而每级分别有溶剂的进出。如图（b）所示。

(3)逆流多级接触法

逆流多级接触法是将数个浸出装臵串联，原料和溶剂均是从头贯穿至尾，但流动方向相反。如图（c）所示。

(4）连续微分逆流接触法

连续微分逆流触法是指在浸出装臵内，物料

与溶剂互成逆向连续接触的浸出操作。

1．4 浸出操作计算

计算项目：①浸出所需的时间；②浸出器的大小；③溶剂用量；④浸出级数。

①浸出所需的时间决定于浸出的速率。

②浸出器的大小，通常也凭经验确定。

一般，V

料=75～80%V

器

。

③溶剂的用量由物料衡算式求出。

④浸出器的级数由操作条件和分离要求确定。

浸出效率：浸出所需的理论级数N与实际级数N

R

之比，即：

η＝N/N

R

浸出级数的求取有代数计算方法和图解法两种。

(1)浸出级数的代数计算法

适用条件：恒底流。

恒底流：从每一个浸出器底部排出的底流量均相同。

在如图所示的N 级逆流系统中： F-原料流量，kg/h ；

L-底流中的溶液量kg/h ； S-溶剂流量kg/h ； V-溢流量kg/h ， V=S 。

第i 级的溶质衡算式为： Vy i +Lx i =Vy i+1+Lx i-1

理论级，则 x i =y i （不计惰性固体）。 令a ＝V/L ，则上式变为： x i-1=(a+1)x i -ax i+1 对第2级：

x 1=(a+1)x 2-ax 3=…… 或

1111111+------=n n n n y a

a a x a a x （1）

对第1级， E ≠V ，对全系统进行物料衡算，

总物料：F+V=L+E+B （2） 溶质：Fx F +Vy S =Ey E +Lx N （3） 将（1）代入（3），并注意到y E =x 1，整理可得：

)1(111111a

a a a a x y a a a R N

W S

N

--+---+= 若y S =0（新鲜溶剂），则

a

a a R N

--+=11111 （4）

式中：

F

W F n Fx Lx Fx Lx R == 溶质损失率；

L E a =1

，L

V a = 。

N-理论级数。