8.1.3 萃取过程计算
萃取过程的计算
萃取过程的计算
2. 解析法
对于原溶剂B与萃取剂S不互溶的物系，若在操作范围内，以质
量比表示的分配系数K 为常数，则平衡关系可表示为
Y=KX
（8－16
式中 Y——萃取相E中溶质A的质量比分数；
X——萃余相R中溶质A的质量比分数；
K——相组成以质量比分数表示时的分配系数。
即分配曲线为通过原点的直线。在此情况下，当错流萃取的各
萃取过程的计算
图8－14 三级错流萃取三角形坐标图解
萃取过程的计算
（3）以R1为原料液，加入纯的萃取剂S，依杠杆规则找出 两者混合点M2，按与(2)类似的方法可以得到E2和R2，此即第二 个理论级分离的结果。
（4）以此类推，直至某级萃余相中溶质的组成等于或小于规 定的组成xR为止，重复作出的联结线数目即为所需的理论级数。
(1)由已知的相平衡数据在等腰直角三角形坐标图中绘出溶解度曲线 和辅助线，如图8－11所示。
(2)在三角形坐标的AB边上根据原料液的组成确定点F，根据萃取剂 的组成确定点S（若为纯溶剂，则为顶点S），联结点F、S，则原料液与 萃取剂的混合物系点M必落在FS连线上。
萃取过程的计算
(3)由已知的萃余相组成xR，在图上确定点R，再由点R利用辅助曲 线求出点E，作R与E的联结线，显然RE线与FS线的交点即为混合液的组 成点M。
（8－12）
联立求解式（8－6）和式（8－12） 得
萃取过程的计算
同理，可得萃取液和萃余液的量E′、R′，即 上述诸式中各股物流的组成可由三角形相图直接读出。
萃取过程的计算
二、 多级错流萃取的计算
单级萃取所得的萃余相中往往还含有较多的溶质，为进一步降低萃 余相中溶质的含量，可采用多级错流萃取。其流程如图8－13所示。
萃取过程的计算
二、单级萃取过程
部分互溶物系
图解法（ 已知 xF、F、S 求 x’ ）
A
①作溶解度曲线及辅助线 ②确定F、S点
③由杠杆定律确定M
④由M及辅助线试差法确定R、E ⑤由R、E及SE、SR定R’、E’ ⑥由△确定x’
E’
F M R’ R
B S
E
二、单级萃取过程
部分互溶物系
图解法（ 已知 xF、F、 x’ 求 S及E相和R相的量、E 相组成 ）
原溶剂B
yB kB xB
yA xA
E
R
k值愈大，萃取分离的效果愈好，其值随温度和组成而变
4
如第Ⅰ类物系，一般 k值随温度的升高或溶质组成的增 大而降低。一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时， k 值才可视为常数。 对于萃取剂S与原溶剂B互不相溶的物系，溶质在两液相 中的分配关系与吸收中的类似，即
' ' '
y E xR
'
R F E
二、单级萃取过程
B、S完全不互溶
适用于萃取剂与稀释剂互溶度很小，且在操作范围内溶质组 分对 B、S 的互溶度又无明显影响的体系。
Ⅰ 已知F ，xF 及 Y0，规定萃余液组成x，求S用量。 Ⅱ 已知F ，xF，Y0及 S 用量，求萃余液组成x’
二、单级萃取过程——完全不互溶物系
物料衡算：
BX F SY0 BX SY
S (Y Y0 ) B( X F X )
操作线方程
B Y X－X F Y0 S
二、单级萃取过程——完全不互溶物系
物料衡算：
BX F SY0 BX SY
S (Y Y0 ) B( X F X )
中国石油大学化工原理萃取
S
39
三、三元物系的相平衡关系-作法P1
溶解度曲线（以 B 、 S 部分互溶）： 溶解度曲线（以 B 、 S 部分互溶）：
A
在纯组分B中加S使其溶 解（d1），S加到一定数量 后，到达R点时，溶液由透明 变混浊，即S在B中达到饱 和，出现两相，R点称为分层 点（混溶点）, 继续加S，则 到达E点又重新透明， E点亦 称为分层点（混溶点） 。
34
二、物料衡算与杠杆定律
3.杠杆定律的推导 3.杠杆定律的推导
物料衡算: 总：U+V=M A： UyA+VxA=MzA S： UyS+VxS=MzS
U z A x A xS z S V y A z A zS yS
y A z A z A xA z S y S xS z S
10
三、萃取过程特点-完全不互溶概念
完全不互溶特点： 完全不互溶特点：
(B和S)
⑴ 仅有组分A富集到E相，E相由A+S组成,脱SE后得到A ⑵ 组分B全部富集到R相，R相由A+B组成,分离A后得到B ⑶ 同单组分吸收过程一样，E、R相都是二元混合物
11
三、萃取过程特点-完全不互溶物平
浓度表示与吸收接近： 浓度表示与吸收接近：
A
P R4 R3 R2 R1
E4
E3 E2 E1
S
B
已知共轭相中任一相的组成，可利用辅助线得出另一相的组成。
45
三、三元物系的相平衡关系-辅助曲线
辅助曲线 辅助曲线 Auxiliary Auxiliary curve curve
A
方法二： 分别从E1、E2、E3、E4点引 AB平行线，与分别从R1、 R2、R3、R4点引出的AS平 行线相交，连结各交点得辅 助曲线。 辅助曲线延长线与溶解度曲 B 线的交点即为临界混溶点P。
化工原理下萃取过程的流程与计算
20
1－甘氨酸 2－弗朗鼠李甙 3－大黄素 4－对羟基苯甲酸 5－1,8-二羟基蒽醌 6－水杨酸 7－苯甲酸
不同物质在二氧化碳中得溶解度
21
二、超临界萃取得基本原理
萃取剂
在超临界状 态下,压力 微小变化引 起密度变化 很大,使溶 解度增大
压缩到超 临界状态
液体(或固 升温、降压 体)混合物
萃取 组分
29
第4章 液－液萃取
4、4 其她萃取分离技术 4、5 液－液萃取设备 4、5、1 萃取设备得基本要求与分类
30
萃取因子
4
二、多级逆流萃取得计算
(3)适宜溶剂量得确定
处理量F 一定
S ～S/F ～n
根据工程经验
设备费 操作费
S = (1.1 ~ 2.0)Smin 适宜溶剂用量
5
Y1
Y1 Y1
max
YS
(B / S)
B/S
Xn
XF
最小溶剂用量
6
max B S min
Smin B max
max
T1 < T2 p1 = p2
超临界萃取等压变温流程
25
1－萃取器 2－吸附剂 3－分离槽 4－泵
T1 = T2 p1 = p2
超临界萃取等温等压吸附流程
26
四、超临界萃取得特点
超临界萃取得特点: ①超临界流体密度接近于液体,溶解能力与液体溶剂 基本相同; ②超临界流体具有气体得传递特性,具有更高得传质 速率; ③适合于热敏性、易氧化物质得分离或提纯; ④操作压力高,设备投资较大。
Y1* YS XF Xn
第4章 液－液萃取
4、3 萃取过程得计算 4、3、1 单级萃取得计算 4、3、2 多级错流萃取得流程和计算 4、3、3 多级逆流萃取得流程和计算 4、3、4 微分接触逆流萃取
《化工单元操作》萃取与萃取设备
x xmin
R2
M
当S=Smin时： y ymax
B R1
E1 S
x xmax
单级萃取的溶剂范围：Smin<S<Smax
4、萃取液的最大浓度
当S=Smin时，E的浓度yA最大，但y'A一般不是最大。
y'A= y'Amax时溶剂用量的求法：
A
过S点作溶解度曲线的切线得点E，
求得R，得M点，于是得：
已知F、S可确定M，由M、RN可确定E1 由 qmE1 qmF qmS qmRN qmD 可确定 D 点。
A
F
E1
R'N RN
M
D
B
S
由 E1 通过平衡关系确定 R1，R1 和 D 连线确定 E2
如此交替直至x x iN
，则
N
为理论级数。
A
F SM RN E1 (差点 ) → R1
F S RN E1 D
加入的B 、S适量,搅拌均匀, 静止分层,得到互呈平衡的 液-液两相(共轭相)，得到一 组平衡数据。
• 再加入一定量A，搅拌均匀, 静止分层,得到互呈平衡的 液-液两相(共轭相)，得到另 一组平衡数据……...
(1)总组成点在两相区内； (2)能得到完整的平衡数据。
A
K En
Rn R2
E2
R1
E1
M点是F、S的和点，也是E1、RN的和点
确定E
1
依
F，S
确定
M，依
M
和 RN
，确定E 1
A
F
R'N B
RN
利用杠杆定律：
qmE1
MRN E1RN
qmM
化工原理下萃取过程的流程与计算
化工原理下萃取过程的流程与计算化工原理中的萃取过程是指利用溶剂将目标物质从混合物中分离出来的操作过程。
该过程适用于从可溶液中获得目标物质，或者将两相液体或气体中的目标物质转移至另一相中。
萃取过程的流程一般包括以下几个步骤：1.选择合适的溶剂：根据目标物质的物化性质，选择适合的溶剂。
该溶剂应与混合物中其他成分相互不溶或溶度低。
同时，溶剂的选择还要考虑到需求的目标物质浓度、产率和分离度等因素。
2.混合物预处理：将待萃取的混合物进行预处理，以提高目标物质的相对浓度。
预处理手段可以包括调整溶剂酸碱性、溶剂萃取剂的加入以及混合物的预处理等。
3.萃取过程：在一定温度条件下，将混合物与溶剂充分接触并反应。
在这个过程中，目标物质会从混合物中转移到溶剂中，得到所需的提取液。
4.分离过程：对提取液进行分离，获得目标物质。
分离过程可以采用各类分离工艺，如蒸馏、结晶、过滤等。
萃取过程的计算主要涉及到平衡和热力学方面的内容。
其中，平衡计算主要包括挥发分离计算、浸出平衡计算和溶剂选择计算等。
而热力学计算主要包括传热和传质方面的内容，例如浸出塔传质速率的估算、提取液的热力学性质计算等。
以浸出平衡计算为例，其步骤如下：1.确定混合物的成分：通过实验或其他手段，获得混合物的成分组分，包括所需的目标物质。
2.根据热力学平衡关系，建立分离物质在混合物与溶剂中的分配系数。
该系数表示分离物质在两相中的相对分配情况。
3.在给定温度和溶剂比例下，根据分配系数计算提取液中目标物质浓度。
4.根据计算结果，可以调整溶剂比例、反应温度或溶剂浓度等参数，以提高目标物质的回收率和分离度。
需要注意的是，萃取过程的最终计算结果可能受到外部因素的影响，如反应速率、传质速率、传质过程中的温度变化和浓差极化等。
因此，在进行计算时，需要综合考虑多个因素，进行系统的分析和优化。
综上所述，化工原理中的萃取过程是一种分离技术，其流程包括溶剂选择、混合物预处理、萃取过程和分离过程。
萃取过程的计算
12萃取本章学习要求1.熟练掌握萃取过程的原理；部分互溶物系的液-液相平衡关系；萃取过程（包括单级萃取、多级错流萃取和多级逆流萃取）的计算；对于组分B 、S部分互溶体系，要会熟练地利用杠杆规则在三角形相图上迅速准确的进行萃取过程计算；对于组分B、S不互溶体系，则可仿照吸收的计算方法。
2.理解溶剂选择的原则；影响萃取操作的因素；萃取剂和操作条件的合理选择；萃取过程的强化措施。
3.了解萃取操作的经济性；萃取操作的工业应用；液-液萃取设备及选用。
12.1 概述液－液萃取又称溶剂萃取，是向液体混合物中加入适当溶剂(萃取剂)，利用原混合物中各组分在溶剂中溶解度的差异，使溶质组分A从原料液转换到溶剂S的过程，它是三十年代用于工业生产的新的液体混合物分离技术。
随着萃取应用领域的扩展，回流萃取，双溶剂萃取，反应萃取，超临界萃取以及液膜分离技术相继问世，使得萃取成为分离液体混合物很有生命力的单元操作之一。
蒸馏和萃取均属分离液体混合物的单元操作，对于一种具体的混合物，要会经济合理化的选择适宜的分离方法。
一般工业萃取过程分为如下三个基本阶段：1.混合过程将一定量的溶剂加入到原料液中，采取措施使之充分混合，以实现溶质由原料向溶剂的转移的过程；2.沉降分层分离出萃取相与萃余相。
3.脱出溶剂获得萃取液与萃余液，回收的萃取剂循环使用。
萃取过程可在逐级接触式或微分接触式设备中进行，可连续操作也可分批进行。
12.2液液相平衡12.2.1三角形相图根据组分间的互溶度，三元混合体系可分为两类：（1）Ⅰ类物系组分A、B及A、S分别完全互溶，组分B、S部分互溶或完全不互溶；（2）Ⅱ类物系组分A、S及组成B、S形成两对部分互溶体系本章重点讨论Ⅰ类物系连续操作的逐级接触萃取过程。
12.2.1三元体系的相平衡关系萃取过程以相平衡为极限。
相平衡关系是进行萃取过程计算和分析过程影响因素的基本依据之一。
对于组分B、S部分互溶物系，相的组成、相平衡关系和萃取过程的计算，采用等腰三角形相图最为方便。
化学萃取计算公式详解
化学萃取计算公式详解化学萃取是一种常用的化学分离技术，通过溶剂的选择和合理的操作条件，可以有效地提取目标物质。
在化学萃取过程中，需要对萃取效果进行评估和计算。
本文将详细介绍化学萃取的计算公式，并对其进行详细解析。
1. 萃取率。
萃取率是评价化学萃取效果的重要指标，它表示目标物质在溶剂中的提取率。
萃取率的计算公式如下：\[E = \frac{C_2V_2}{C_1V_1} \times 100\%\]其中，E表示萃取率，\(C_1\)和\(V_1\)分别表示原液中目标物质的浓度和体积，\(C_2\)和\(V_2\)分别表示萃取液中目标物质的浓度和体积。
2. 分配系数。
分配系数是描述溶质在两种不同相（通常是水相和有机相）之间分配的程度的指标。
分配系数的计算公式如下：\[K_d = \frac{C_o}{C_w}\]其中，\(K_d\)表示分配系数，\(C_o\)表示有机相中溶质的浓度，\(C_w\)表示水相中溶质的浓度。
3. 萃取平衡常数。
萃取平衡常数是描述化学萃取过程中平衡状态的指标，它反映了溶质在两相间的分布情况。
萃取平衡常数的计算公式如下：\[K_e = \frac{C_2}{C_1}\]其中，\(K_e\)表示萃取平衡常数，\(C_1\)和\(C_2\)分别表示水相和有机相中溶质的浓度。
4. 萃取效率。
萃取效率是评价化学萃取过程中能量利用的指标，它表示单位能量下提取的目标物质量。
萃取效率的计算公式如下：\[EE = \frac{m}{W} \times 100\%\]其中，EE表示萃取效率，m表示提取的目标物质质量，W表示消耗的能量。
5. 萃取选择性。
萃取选择性是描述化学萃取过程中对不同物质的选择性的指标，它反映了不同物质在萃取过程中的分布情况。
萃取选择性的计算公式如下：\[S = \frac{K_d(A)}{K_d(B)}\]其中，S表示萃取选择性，\(K_d(A)\)和\(K_d(B)\)分别表示不同物质在两相间的分配系数。
萃取过程的计算
主题重要性
随着工业生产对高纯度产品和环境保护要求的提高，萃取过程计算在化工、制药 、环保等领域的应用越来越广泛。
掌握萃取过程计算有助于提高产品质量、降低生产成本、减少环境污染，对实现 可持续发展具有重要意义。
02
萃取过程的基本原理
萃取过程的定义
萃取过程
是一种利用物质在两种不混溶液体中 的溶解度差异，通过一系列物理或化 学手段，将目标物质从一种液相转移 到另一种液相的过程。
合物中提取出来。
提纯产品
在化工生产中，萃取过程常用于提 纯产品，通过多次萃取和反萃取操 作，去除杂质，提高产品的纯度。
反应介质
在某些化学反应中，萃取过程可以 作为反应介质，控制反应条件，提 高反应效率和选择性。
在环境保护中的应用
01
02
03
污水处理
萃取过程可以用于污水处 理，通过分离和回收水中 的有害物质，降低水体的 污染程度。
精细化计算
随着萃取过程研究的深入，对萃取过程的理解将更加深入，计算模型将 更加精细化，能够更准确地模拟和预测萃取过程中的各种复杂现象和行 为。
对实际应用的建议和展望
加强基础研究
为了更好地应用萃取过程计算，需要加强基础研究，深入理解萃取过程的原理和机制， 为计算模型的建立提供更加科学和可靠的理论基础。
1
速率萃取计算是利用化学反应动力学原理，通过 计算反应速率常数和扩散系数来预测萃取速率的 方法。
2
速率萃取计算需要知道化学反应的动力学参数和 扩散系数，以及反应温度、压力等条件。
3
速率萃取计算可以用于指导实验操作，预测萃取 速率，优化萃取工艺参数。
萃取过程的模拟与优化
萃取过程的模拟与优化是利用计算机模拟技术，通过建立数学模型来模拟萃取过程，并优化工艺参数 的方法。
多级萃取浓缩倍数计算公式
多级萃取浓缩倍数计算公式多级萃取浓缩倍数计算公式是指在多级萃取过程中，通过计算每级的符号萃取率和截取率，并将其相乘得到最终的浓缩倍数。
该公式对于理解和设计多级萃取系统具有重要的指导意义。
在多级萃取过程中，通过不同相溶性的溶剂提取溶液中的目标物质，来实现对溶液中目标物质的富集与分离。
多级萃取的主要目标是提高目标物质在最终产物中的浓度，浓缩倍数是衡量目标物质富集程度的重要指标。
计算多级萃取浓缩倍数的公式如下：浓缩倍数= η1 × η2 × η3 × ... × ηn其中，η1、η2、η3...表示每一级的符号萃取率和截取率。
符号萃取率是指每一级中溶液中目标物质被溶剂萃取的程度，它可以通过实验测定得到。
具体测定方法可以根据目标物质的性质和溶剂的选择来确定。
截取率是指每一级中溶剂中目标物质被截留的程度，它一般取决于溶剂的选择和操作条件。
截取率可以通过计算来得到，具体计算方法可以根据实际情况进行确定。
通过浓缩倍数的计算公式，我们可以看出，多级萃取系统中每一级的符号萃取率和截取率对于最终的浓缩倍数起到重要的影响。
因此，设计多级萃取系统时，需要对每一级的萃取条件进行优化，以提高符号萃取率和截取率，从而达到更高的浓缩倍数。
同时，我们还需要考虑多级萃取系统的性能指标，如设备结构、操作条件、溶剂选择等因素对萃取效果的影响。
只有综合考虑这些因素，才能设计出高效、稳定、经济的多级萃取系统。
除了计算公式，多级萃取浓缩倍数的计算还需要实验数据的支持，因此在实际应用中，需要进行大量的实验和数据处理工作。
同时，我们还需要根据具体的目标物质和溶剂进行参数优化和工艺改进，以实现更好的浓缩效果。
总之，多级萃取浓缩倍数计算公式是指导多级萃取系统设计和优化的重要工具。
通过计算公式，我们可以了解每一级的萃取效果，为多级萃取系统的设计和操作提供指导，从而实现目标物质的高效浓缩。
在实际应用中，还需要结合实验和数据处理，进行参数优化和工艺改进，以提高多级萃取系统的性能和经济效益。
(化工原理)部分互溶物系的萃取计算
萃取液 E’, y’
特点
原料液与溶剂一次性接触 萃取相与萃余相达到平衡
单级萃取操作型计算和设计型计算 操作型：已知原料液、溶剂的流量及组成，求萃取液E 与萃余液的量m’E 和m’R 及组成 y’、x’。
设计型：已知原料液处理量及组成和溶剂的组成，规 定的分离要求y’或x’ ，求溶剂S用量
A+B S
9.3.4 微分接触式逆流萃取
指：萃取相和萃余相逆流微分接触，使两相中的 溶质浓度沿流动方向发生连续的变化
完成规定分离要求所需塔高或填料层高度的计算
（1）理论级当量高度法
HNHt h
理论级当量高度Hth：与物系、操作条件和设备形式有关，
（2）传质单元数法 取微元高度dH
其值由实验确定。 qmE , y
M
连接F、Dmin点，与溶解度曲线相交于E1点，
则RNE1与FS的交点为和点M。
最小溶剂比：
(
qmS qmF
)mi
n
FM SM
qmS ，操作线 斜联 率结线的斜率 qmF
当qmS qmF
qqm mFS
m
时
in
， P点（夹紧点）
对 结应 线的 和联 级联线重
此时E， i Ei1，夹紧点附近各 离级 能无 力N分 ，
qmF,xF qmE1
qmR1qmRi-1
qmRi
qmE2 qmEi
qmEi+1
qmRN qmS
存在共同差点D
多级逆流萃取图解法
由 q m E 1 q m Fq m S q m R Nq m D 可D 确 点定
由E1通过平衡关系确定R1，R1和D连线确定E2 ,
如此交替直至萃余相组成小于规定 要求，则N为理论级数。
第八章 萃取法
8.2 超临界流体萃取
• 概念：利用超临界流体的特殊性质，使其在 超临界状态下，与待分离的物料(液体或固 体)接触，萃取出目的产物，然后通过降压 或升温的方法，使萃取物得到分离。 • 所谓超临界流体(SCF)即处于临界温度、临 界压力以上的流体。在临界温度、压力以上， 无论压力多高，流体都不能液化但流体的密 度随压力增高而增加。 • 特点：密度接近液体 萃取能力强 粘度接近气体 传质性能好
溶剂萃取概述
萃取：当含有生化物质的溶液与互不相溶的第二相接 触时，生化物质倾向于在两相之间进行分配，当条件 选择得恰当时，所需提取的生化物质就会有选择性地 发生转移，集中到一相中，而原来溶液中所混有的其 它杂质（如中间代谢产物、杂蛋白等）分配在另一相 中，这样就能达到某种程度的提纯和浓缩。 萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作，在 发酵和其它生物工程生产上的应用也相当广泛， 萃取操作不仅可以提取和增浓产物，使产物获得初步 的纯化，所以广泛应用在抗生素、有机酸、维生素、 激素等发酵产物 的提取上。
分离因素（β）
分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。 β=
ＫＡ
ＫＢ
β=1 KA = KB 分离效果不好； β>1 KA > KB 分离效果好； β越大，KA 越大于KB，分离效果越好。
有机溶剂萃取的影响因素
1．影响萃取操作的因素：pH、温度、盐析 2．有机溶剂的选择 3．带溶剂 4．乳化与去乳化
溶剂萃取概述
实验室液液萃取过程
分液漏斗
有机相 水相
生物萃取与传统萃取相比的特殊性
生物工程不同于化工生产，主要表现在生物分离 往往需要从浓度很稀的水溶液中除去大部分的水， 而且反应液中存在多种副产物和杂质，使生物萃 取具有特殊性。
第八章 萃取-萃取计算
FR ' E' = F E'R'
式中，E’为萃取液量，kg或kg/h。
(F是E’和R’的和点。)
解析法： 物料衡算 总物料衡算： 组分A物料衡算： 有： F+S=E+R=M
Fx FA + Sy SA = Ey A + Rx A = Mz A
M (z A − xA ) E= yA − xA
F ( x FA − x' A ) E' = y ' A − x' A
Ym = KX m
• 对第一级：
⎛B ⎞ B Y1 = − X 1 + ⎜ X F + YS ⎟ ⎜S ⎟ S1 ⎝ 1 ⎠
R' = F − E '
例8-1 P193
8.3.2 多级错流接触萃取的流程与计算
(1) 多级错流接触萃取的流程
S1 F,xFA R1,x1A S2
R2,x2A RN-1,
SN RN,xNA
SR
1
2 E2,y2A
xN-1,A
N
D1
R’,x’A E’,y’A
E1,y1A
EN,yNA
D2 SE
多级萃取过程，已知F,xFA,Si,规定最终萃余组成xnA，计算理论级 数N. 针对处理物系的性质不同，求法有异。
P
●
R2 R1
R3
E3 M2
●
E2
E1
B R
E
8.2.2 溶解度曲线和平衡联结线
A • 一般情况下，溶解度曲线和联 结线由实验测得。而通过辅助 线，可方便的由已知相求出与 之平衡的另一相。 • 如图，通过Ri,Ei分别作AS边和 AB边的平行线，交于L,M,N 点，得辅助线PLMN。
萃取过程的计算
在 FE1 及 RnS0 两线间，过 点作任意操作线与 溶解度曲线相交于 Rm-1 与 Em ，得操作线上一点 （xm-1、ym），重复上述步骤可得操作线。
GLL
多级逆流萃取：萃取剂与稀释剂不互溶
B,XF X1
X2
X3
Xn-1
B,Xn
B XF
S Y1 1
1
2
Y3
S,Y1
Y2
3
n
Y4 Yn S,YS
R2 E3
R3
Rn-1 En
Rn Mn
萃取剂 S, yS
E
1
M3
E4
最终萃取相
物料衡算
每一级的 i = 1 F + E2 = R1 + E1 或 F - E1 = R1 - E2 “净流量” i = 2 F + E3 = R2 + E1 或 F - E1 = R2 - E3 i = n F + S = Rn + E1 或 F - E1 = Rn - S F - E1 = R1 - E2 = R2 - E3 = ．．．= Rn-1 - En = Rn - S = Δ
HF S max F HS 0
E H S0 S
在极限情况下，混合液只有一个 相，起不到分离作用。 萃取操作S应满足下列条件
Smin S0 Smax
GLL
例10-1：以水为溶剂萃取丙酮—醋酸乙酯中的丙酮，三元物系在30℃ 下的相平衡数据如表10-1所示。试求： ① 在直角三角形相图中，作出溶解度曲线和六条联结线； ② 各对相平衡数据相应的分配系数和选择性系数； ③ 当酯相中丙酮为30%时的相平衡数据； ④ 当原料液中丙酮含量为30%，水与原料液的质量相等，每kg原料 液进行单级萃取后的结果。
萃取
萃取的基本概念 萃取相平衡 萃取过程计算 其他形）液液萃取的原理
利用液体混合物各组分在某溶剂中溶解度的差异 而实现分离的操作
溶质A 原料液 稀释剂B 萃取相S＋A（B）
溶剂S 萃余相B＋A（S）
（2）工业萃取过程
以醋酸的浓缩为例，萃取剂为醋酸乙酯。
从萃取塔中得到的萃取相进入恒沸精馏塔中，在塔顶形 成醋酸乙酯和水的恒沸物，冷凝后分层，上层酯相部分回 流，部分作萃取剂循环使用。
（3）萃取过程的经济性
在下列情况下，采用萃取较有利： • • • 混合液的相对挥发度小或是恒沸物，一般的精馏方法不适宜。 混合液A浓度很稀，且A为难挥发组分，精馏需蒸发大量的B组 分。 混合液含有热敏性组分，精馏需在高度真空下进行。 如制药工业中，用醋酸丁酯提取青霉素发酵液中的青霉 素，用正丁醇提取链霉素等。
（5）两相的接触方式
有微分接触和级式接触
萃取广泛用于化工、制药、冶金、环境等行业中。
萃取过程的需解决的问题： a.选择优良的萃取剂 余液中溶剂的回收。 b.好的传质设备 c.萃取液、萃
（4）萃取剂的选择
溶剂应对溶质溶解度大，可节省溶剂用量。 溶剂对组分A、B应有较高的选择性，易获得高纯度的产品。 溶剂在被分离的混合物中溶解度要小，可减小溶剂的回收费用。 溶剂应易于回收（如与A组分的相对挥发度大）。 其他：稳定性好、腐蚀性小、无毒、价格便宜等。
8第八章 萃取
A
均相区
两相区 互溶点
溶解度曲线
D´ C´
F´G´ H´
E
R B L C D
F
G
H
J
S
8-1-2 液-液平衡的相图表示
二. 辅助曲线和临界混溶点
一定温度下，三元物系的溶解度曲
A
线和联结线是根据实验数据而标绘的，
使用时若要求与已知相成平衡的另一 相的数据，常借助辅助曲线 (也称共轭
曲线 )求得。只要有若干组联结线数据
联结线
D´ C´
F´G´ H´
E
R B L C D
F
G
H
J
S
分别得到混溶点D'、F'、G'及H'，连L 、C'、D'、F'、G'、H'及J 诸点的 曲线为实验温度下该三元物系的溶解度曲线。
8-1-2 液-液平衡的相图表示
若组分B与S完全不相溶，则
点L与J分别与三角形顶点B与
S相重合，整个组成为两相区。 溶解度曲线将三角形分为两 个区域 ， 曲线以内的区域为两 相区 ， 曲线以外的为均相区 。 两相区内的混合物分为两个液 相 ， 当达到平衡时 ， 两个液层 称为共轭相 ， 联结共轭液相组 成坐标的直线称为联结线，萃 取操作只能在两相区内进行。
下列情况下采用萃取方法 更加经济合理。
图8-1 单级萃取操作示意图
1.混合液中组分的相对挥发度接近“1”或者形成恒沸
2.溶质在混合液中浓度很低且为难挥发组分。 3.混合液中有热敏性重要组分。
溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，但萃取剂 S与稀释剂B不互溶
三元物系
溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，稀释剂B
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E1－F＝E2－R1＝E3－R2＝＝S－RN＝D
即每一级离去的萃取相与进来的萃余相之差为常数D 在三角形相图上点D为F与E1、R1与E2、R2与E3、 RN与S的差点。
B与S部分溶解时多级逆流萃取的图解
A
E1－F＝E2－R1＝E3－R2＝＝S－RN＝D
Y1
E1 E2
P
Y2
S
XN
X2
X1
XF
1 XF 1 所需的理论级为 N＝ 1 ln 1 ln A A X A
N
式中A=mS/B称为萃取因数 吸收时所需的理论塔板数为 式中A＝L/mG吸收因数
1 yb m xa 1 1 N＝ ln 1 ln A A y a m xa A
溶质A：Ri 1 xi 1，A Ei 1 yi 1，A Ri xi，A Ei yi，A 溶剂S：Ri 1 xi 1，S Ei 1 yi 1，S Ri xi，S Ei yi，S
对平衡级内传质过程的特征方程为：
分配曲线：yi f xi 溶解度曲线：xm,s xm, A 溶解度曲线的左支
1 2 E F , R F 3 3
E M
S
温度对互溶度的影响
温度越低，两相区越大，对萃取越有利。
b. 解析法
理论级指溶质A在萃取相与萃余相中互成平衡
R i-1,X i-1 E i,Yi
i
R i,X i
Ei+1,Yi+1
物料衡算：
总：Ri 1 Ei 1 Ri Ei
ym,s ym, A 溶解度曲线的右支
②.B与S互不相溶体系： 物料衡算式： 相平衡关系式：
B,X F S,Y
B ,X S
BX F＝SY＋BX Y＝f X
Y＝－B S X－X F
X、Y----萃余相、萃取相中A 的浓度，质量比
萃取相中A的质量 Y＝ 萃取相中S的质量 萃余相中A的质量 X＝ 萃余相中B的质量
R ' RS S RR '
A
萃取液的最大浓度
0 y max
F
0 x min
M
B
C
S
S FM F SM
S max FM F S max M
系统处于M点，所得萃取液的浓度最大
系统处于C点，所得萃余液的浓度最小
例题 单级萃取
以水为溶剂，对xF=30%的丙酮－醋酸乙酯溶液进行单级 萃取，为使萃余液的溶质浓度x′降至15％，每kg原料需加 多少水？能得到多少萃取液？其浓度多大？ 解：在AB边上定出F、R ′点
2
E i,Yi
i
Ei+1,Yi+1
N
溶剂S
① B与S互不相溶 由第i级到N级作溶质A 的物料衡算： BX i 1 S 0 BX N SYi B Yi X i 1 X N S 此操作线通过点P(XF,Y1),S(XN,0) 若平衡线为直线，Y＝mX
X F A N 1 1 XN A 1
S FM 60 1.5kg水 / kg料液 F SM 40
A
E FR x F x 30 15 1 R E F y x F 60 30 2
E F R R
B
F E R E 2E 3E
F
R1 R2
R R 3 B
E M 1
E2
E3
S
轻相出
（4）连续接触逆流萃取
此时两相中的浓度沿塔高连续变化
重相进
(萃取剂y2)
(萃余相x2)
① 理论级当量高度法
H＝N HETP
萃取塔
HETP------理论板的当量高度， 与精馏中的等板高度相似 HETP与物系的性质、浓度、流量及塔 的结构有关，须由实验确定。 ② 传质方程法 类似于吸收中的填料层高度的计算
8.1.3 萃取过程计算
• • • • 单级萃取 多级错流萃取 多级逆流萃取 连续接触逆流萃取
（1）单级萃取
① B与S部分互溶体系
a.图解法
S FM F SM
E RM R EM
F＋S＝Rபைடு நூலகம்E M
E ' SE S E 'E
E ' R'F ' R E 'F
萃取液、萃余液的量 由杠杆定律确定：
Y3
X 3 X2
X /1 A
X1
XF
X 2 X 1 / 1 A X F /(1 A )
2
X
X ln F X N N ln A 1
② B与S部分相溶体系
• 此时须应用三角形相图进行图解，其基本原理与单级 萃取的图解法相类似。 A •由溶剂S的用量，确定M1点
X
XF
平衡线
Y
斜率－B/S
（2）多级错流萃取
① B与S互不相溶 物料衡算式：Y＝－B S X－X F 相平衡关系式： Y＝f X 若Y＝mX,则可用解析法
Y1＝mX1
Y1
Y2
B Y1＝mX 1 X 1 X F S mS X 1 X F / 1 B mS 令A 萃取因数 X X / 1 A 1 F B
轻相
(进料x1)
萃取相y1
②传质方程法
在dH内，以萃取相的溶质总浓度 差为推动力的传质方程为：
E dE, y dy
dH
N A＝K y y y
E, y
式中y*---与萃余相平衡的萃取相溶质浓度，质量分率 Ky---总传质系数，kg/m2.h.△y
② B与S部分相溶体系
原料液XF R 1,X1 R i-1,X i-1 R i,X i 萃余相XN
1
萃取相E1Y1
2
E2,Y2 E i,Yi
i
Ei+1,Yi+1
N
溶剂S
第一级：F＋E2＝R1＋E1 第二级：R1＋E3＝R2＋E2 第三级：R2＋E4＝R3＋E3 第N级：RN－1＋S＝RN＋EN
E1－F＝E2－R1
F M 1S S M1F
由平衡联结线确定R1和E1
• 由R3确定萃余液R′ • 由物料衡算确定E点，最 终确定萃取液的浓度。
E
F
R B R3
R1 R2
M1 M2
E1 E E2
E3
S
（3）多级逆流萃取
原料液XF R 1,X1
R i-1,X i-1
R i,X i
萃余相XN
1
萃取相E1Y1 E2,Y2