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β
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β和β'。

B A
E E =β （1）
'
''
B A
E E =β （2） 若β和β'值相差不大，通常采用数值较小的β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 ，B f 为料液中组分B 的摩尔分数，1A B f f =-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An m p +，回收率为A Y ，则A 的纯化倍数和B 的纯化倍数为：
(1)
n m
n m A A A
B
P P a f f ++-=
（3）
(1)
A
A a Y b a Y -=
- （4）
出口水相B 的纯度1B P 和A 的纯度1A P 为：
1B
B A B
bf P f bf =
+ （5）
111A B P P =- （6）
出口有机相和出口水相分数A
f '和B f '： n m
A A
A
A f Y f P +'= （7） 1
B A
f f ''=- （8） 若B 为主要产品，规定其纯度为1B P ，回收率为B Y ，则：
1
1(1)
B B B
A
P P b f f -=
（9）
(1)
B
B b Y a b Y -=
- （10）
n m A
A A B
af P af f +=
+ （11）
1n m n m B A P P ++=- （12）
1B B B B f Y
f P '= （13）
1A B f f ''=- （14）
若A 、B 都为主要产品，则A 、B 产品纯度分别规定为1n m A B P P +和 ，则：
(1)
n m
n m A A A
B
P P a f f ++-=
（15）
1
1(1)
B B B
A
P P b f f -=
（16）
1(1)
1111A A a a b Y ab ab --=-Φ=-
=
-- （17） (1)
1
B B b a Y ab -=Φ=
- （18） 1
B B
B
B f Y f P '= （19） 1A
B f f ''=- （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M E 、M
E '和萃取量S 和洗涤液量W 通常优化的M E 和M
E '值可按水相进料或有机相进料及水相出口分数B f '的大小分四种情况。

①水相进料
若
B f '>
，则应由萃取段控制：
M E =
（21）
M B M
M A
E f E E f '
⋅'='- （22） 111M M B
M M
E M E f S E E '⋅⋅=
=
-- （23） n m A W S M S f +'=-=- （24）
若B f '<
，则应由洗涤段控制：
M E '= （25）
M
A M M B
E f E E f ''⋅=
''- （26） S 和W 同上； ②有机相进料
若B f '>
M E =
（27）
1M A
M
B E f E f '-⋅'=' （28） 1M B M
E f S E '
⋅=
- （29）
1A
B W S f S f ''=+-=+ （30）
若B f '<
M
E '= （31）
1M
B M A
E f E f ''-⋅=
' （32） S 和W 同上。

（2）由极值公式确定M E 、M
E '和S 、W ①水相进料
1
,101
k W k β=
>>- （33） A
S W f '=+ （34） 1
M S
E W =
+ （35） M
S
E W
'= （36） ②有机相进料
1
,101
k
S k β=
>>- （37） B
W S f '=+ （38） M S
E W
=
（39） 1
M
S E W
+'= （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
1log 2.303log log n
A A M A A P P b
n E P P β*
*-=+- （41）
log 1 2.303log log n m
n
B
B M B B a P P m E P P β+*
*-+=
+''- （42）
式中
1
1
(1)1
1(1)(1)(1)M M A M A
M M A
E E P E P E E P βββββ*
--=+
--++- （43） 11(1)1(1)(1)n m n m B M M
B
B M
M P E E P E E P βββββ++*'
'--''=
+'''''--+-- （44）
当1A P 或n m B P +很小时，A P *和B P *
可用下列简化式计算
1
1
M A E P ββ*
-=
- （45） 11
M
B
E P ββ*'
-'=
'- （46）
4.5 流比的确定
上述S 和W 是以F M 为基准计算的，F C 为料液中混合稀土浓度（/mol L 或
/g L ),S C 为有机相中稀土浓度（/mol L 或/g L )，W C 为洗涤剂中盐酸浓度
（/mol L ),则1/min F M mmol =时，每分钟料液体积为F V 和有机相体积S V 和洗涤剂体积W V 分别为：
F
F F
M V C =
/min ml （47）
S S
S
V C = /min ml （48）
3W W W
V C = /min ml （49）
::::1:S W S S F W F W F F
V
V V V V V V V V V =称其为流比，其比值为：。