萃取过程的计算
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4章萃取3第二节萃取过程的流程和计算
第二节 萃取过程的流程和计算
4-2-0 萃取过程概述
中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 化 工 系
萃取设备可以分为“级式” 萃取设备可以分为“级式”和“连续式”两类。对于前 连续式”两类。 者，既可以进行间歇操作也可以进行连续操作， 既可以进行间歇操作也可以进行连续操作， 其主要计算是求所需的理论级数 相当于 其主要计算是求所需的理论级数(相当于 T)；后者计算传质 理论级数 相当于N ；后者计算传质 单元数(NOE)。 单元数 。 因为一个实际萃取级达不到一个理论级的分离能力， 因为一个实际萃取级达不到一个理论级的分离能力，所 理论级的分离能力 以要用“级效率”予以校正。级效率通常是由实验测得。 以要用“级效率”予以校正。级效率通常是由实验测得。
B, Xn-1
n 级
S,Yn
SYS + BX n1 = SYn + BX n
B B Yn = Xn + (Ys + Xn1) S S
S,YS
B, Xn
(4-15)
4-15为B，S完全不互溶时的操作线方程 是斜率为-B/S，通过点（Xn-1，Ys）的直线 且当n=1时， Xn-1=XF
中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 化 工 系
Rn ↑ Rn
E1
S↓
E1
S↑
2.级间的物衡 级间的物衡
E1'
中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 化 工 系
F 1 E1
R1 2 E2
R2 3 E3
Rn-1 N En
Rn S R n'
第1级：F+E2=E1+R1 级 第2级：R1+E3=E2+ R2 级 第n级：Rn-1+S=En+ Rn 级 …
4-2-0 萃取过程概述
中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 化 工 系
萃取设备可以分为“级式” 萃取设备可以分为“级式”和“连续式”两类。对于前 连续式”两类。 者，既可以进行间歇操作也可以进行连续操作， 既可以进行间歇操作也可以进行连续操作， 其主要计算是求所需的理论级数 相当于 其主要计算是求所需的理论级数(相当于 T)；后者计算传质 理论级数 相当于N ；后者计算传质 单元数(NOE)。 单元数 。 因为一个实际萃取级达不到一个理论级的分离能力， 因为一个实际萃取级达不到一个理论级的分离能力，所 理论级的分离能力 以要用“级效率”予以校正。级效率通常是由实验测得。 以要用“级效率”予以校正。级效率通常是由实验测得。
B, Xn-1
n 级
S,Yn
SYS + BX n1 = SYn + BX n
B B Yn = Xn + (Ys + Xn1) S S
S,YS
B, Xn
(4-15)
4-15为B，S完全不互溶时的操作线方程 是斜率为-B/S，通过点（Xn-1，Ys）的直线 且当n=1时， Xn-1=XF
中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 化 工 系
Rn ↑ Rn
E1
S↓
E1
S↑
2.级间的物衡 级间的物衡
E1'
中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 化 工 系
F 1 E1
R1 2 E2
R2 3 E3
Rn-1 N En
Rn S R n'
第1级：F+E2=E1+R1 级 第2级：R1+E3=E2+ R2 级 第n级：Rn-1+S=En+ Rn 级 …
8.1.3 萃取过程计算
E2－R1＝E3－R2 E3－R2＝E4－R3 E N－RN－1＝S－RN
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
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
10.3 液-液萃取过程的计算
Y1
1 2
J
3
YS
4
斜率
D Xn X n计算 ≤ X n规定 n=4
B/S XF
多级逆流萃取直角坐标图图解计算
10.3.3 多级逆流萃取的计算
二、多级逆流萃取的计算
(2) 解析法 设平衡关系为 Y 类似于逆流吸收
= KX
(B) V S (S ) ( Xn )Y2 X2(YS )
* 1 1 Y1 −Y 2 1 NT = ln[( 1 − ) + ] * ln A A Y2 − Y2 A
B 由操作线方程 Y1 − YS = − ( X1 − XF ) S
10.3.2 多级错流萃取的计算
二、多级错流萃取的计算
S XF + YS Am = KS B B X1 = 萃取 1 + Am 因子 S S ( XF + YS ) YS B 第二级： 第二级： X2 = + B (1 + Am )2 1 + Am
F MS = S MF
F R M
E
单级萃取图解
10.3.1 单极萃取的计算
二、B 与 S不互溶物系 不互溶物系
若 B与 S 完全不互溶 萃取相中不含 B，S 的量不变 萃余相中不含 S ，B 的量不变 用质量比 计算方便
XF —原料液中组分A的质量比，kgA / kgB YE —萃取相中组分A的质量比，kgA / kgS XR —萃余相中组分A的质量比，kgA / kgB YS —萃取剂中组分A的质量比，kgA / kgS
10.3.2 多级错流萃取的计算
二、多级错流萃取的计算
1. B与 S部分互溶物系 与 部分互溶物系 已知： 原料量 F 原料组成 xF 各级萃取剂用量 Si 规定： 最终萃余相组成 xn 计算：萃取级数 n 萃取级数 三角形相图 图解法
萃取过程的计算
EM MR ER
F R E
E E ES SE
—— 溶剂比
R
GLL
单级萃取(S 与 B 部分互溶) 解析法
F S0 R E M FxF S0 ys 0 Rx R Ey E MxM
A
E’
yE、xM、xR 、x’R、y’E可由相平衡 关系求出。
S0 F ( xF x M ) xM yS 0
+
x NS ( x NA ) y1 S ( y1 A )
E1 , y1 A , y1 S , RN , x NS
第一级
F E 2 R1 E1 Fx FA E 2 y2 A R1 x1 A E1 y1 A Fx FS E 2 y2 S R1 x1 S E1 y1 S
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。
ym , A f ( x m , A )
+
xm , S ( xm , A ) ym , S ( ym , A )
R1 , E2 , y2 A , y2 S , x1 A , x1 S
GLL
第二级……xNA达到要求
F R E
E E ES SE
—— 溶剂比
R
GLL
单级萃取(S 与 B 部分互溶) 解析法
F S0 R E M FxF S0 ys 0 Rx R Ey E MxM
A
E’
yE、xM、xR 、x’R、y’E可由相平衡 关系求出。
S0 F ( xF x M ) xM yS 0
+
x NS ( x NA ) y1 S ( y1 A )
E1 , y1 A , y1 S , RN , x NS
第一级
F E 2 R1 E1 Fx FA E 2 y2 A R1 x1 A E1 y1 A Fx FS E 2 y2 S R1 x1 S E1 y1 S
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。
ym , A f ( x m , A )
+
xm , S ( xm , A ) ym , S ( ym , A )
R1 , E2 , y2 A , y2 S , x1 A , x1 S
GLL
第二级……xNA达到要求
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 )
化工原理-萃取过程的计算
中南林业科技大学化工原理
中南林业科技大学化工原理
中南林业科技大学化工原理
中南林业科技大学化工原理
中南林业科技大学化工原理
中4南.5.林2 塔业式科萃技取大设学备化工原理
中南林业科技大学化工原理
中南林业科技大学化工原理
中南林业科技大学化工原理
中南林业科技大学化工原理
中南林业科技大学化工原理
(3) 选择性系数β β=yA/xA/yB/xB=（27/7.2）/（1.5/91.4）=228.5 (4) 每公斤B需要的S量 组分B，S可视为完全不互溶 XF=xF/(1-xF)=0.35/0.65=0.5385 X1=(1-ψA)XF=(1-0.8)0.5385=0.1077 Ys=0 Y1与X1呈平衡关系 Y1=3.4X1=3.4×0.1077=0.3622 S/B=（XF-X1）/Y1=（0.5385-0.1077） /0.3622=1.176
例：4-5
4.4 其他萃取分离技术
中南林业科技大学化工原理
4.5 液—液萃取设备
根据两相的接触方式 :逐级接触式和微分接触式.
4.5.2 混合—澄清槽
优点：传质效率高，操作方便，运转稳定可靠，结构 简单，可处理含有悬浮固体的物料. 缺点：水平排列的设备占地面积大，每级内都装有搅 拌装置，液体在基建流动需泵输送，能量消耗大，设 备费及操作费都较高
BXF +SYs =SY1+BX1 B（XF-X1）=S(Y1-Ys)
中南林业科技大学化工原理
例:在25℃下以水(S)为萃取剂从醋酸(A)与氯仿(B)的混合液中 提取醋酸，已知原料液流量为1000kg/h，其中醋酸的质量百分 率为35%，其余为氯仿。用水量为800kg/h，操作温度下，E相 和R相以质量百分率表示的平衡数据列于本题附表中。 求:(1)经单级萃取后E相和R相的组成及流量；(2)若将E相和R 相中的溶剂完全脱除，再求萃取液及萃余液的组成和流量；(3) 操作条件下的选择性系数β；(4)若组分B，S可视为完全不互溶， 且操作条件下以质量比表示相组成的分配系数K=3.4，要求原 料液中溶质A的80%进入萃取相，则每公斤稀释剂B需消耗多 少公斤萃取剂S。
8-3-2萃取计算
42.14 47.21
2.18
1.02 0.44
55.97
71.80 99.56
41.85
27.18 0
附表2
xA 5.96 yA 8.75
联结线数据
10.0 15.0 14.0 21.0 19.1 27.7 21.0 32.0 27.0 40.5 35.0 48.0
解： （1）由题中数据作溶解度曲线和辅助曲线； （2）由题丙酮含量40%，确定F点位置； （3）连结FS，有杠杆规则确定M1点位置； （4）试差法求R1与E1位置：以M1点为轴，转动 联结线R1与E1，当点T恰好落在辅助曲线上时， 停止转动，此时该直线与溶解度曲线的交点就是 所求的R1与E1； （5）杠杆规则求R1的质量： 以E1为支点：
二、液—液萃取过程的计算 （一）单级萃取
单级萃取流程
实际上，对于某一个萃取分离任务，通 常已知料液量F及其组成xF，且规定了 萃余相的浓度xR ，求萃取剂用量S，萃 取相的量E和组成yE，及萃余相的量R。
也就是，已知： （1）料液量F；
P
（2பைடு நூலகம் F点相图位置；
（3）萃余相R点的位置。 （1）萃取剂用量S； 求： （2）萃余相的量R；
（3）萃取相的量E；
（4）萃取相E的相图位置。
F+S
物料衡算： 杠杆规则求 各流股的量：
M
E R
E’ R’
F+S=M=E+R
S×MS = F×MF E×ER = M×MR
（以M点为支点）
（以R点为支点）
E’×E’R’ = F×FR’ （以R’点为支点）
溶质A物料衡算：
FxF = MxM = EyE + RxR= E’yE’ + R’xR’
2.18
1.02 0.44
55.97
71.80 99.56
41.85
27.18 0
附表2
xA 5.96 yA 8.75
联结线数据
10.0 15.0 14.0 21.0 19.1 27.7 21.0 32.0 27.0 40.5 35.0 48.0
解： （1）由题中数据作溶解度曲线和辅助曲线； （2）由题丙酮含量40%，确定F点位置； （3）连结FS，有杠杆规则确定M1点位置； （4）试差法求R1与E1位置：以M1点为轴，转动 联结线R1与E1，当点T恰好落在辅助曲线上时， 停止转动，此时该直线与溶解度曲线的交点就是 所求的R1与E1； （5）杠杆规则求R1的质量： 以E1为支点：
二、液—液萃取过程的计算 （一）单级萃取
单级萃取流程
实际上，对于某一个萃取分离任务，通 常已知料液量F及其组成xF，且规定了 萃余相的浓度xR ，求萃取剂用量S，萃 取相的量E和组成yE，及萃余相的量R。
也就是，已知： （1）料液量F；
P
（2பைடு நூலகம் F点相图位置；
（3）萃余相R点的位置。 （1）萃取剂用量S； 求： （2）萃余相的量R；
（3）萃取相的量E；
（4）萃取相E的相图位置。
F+S
物料衡算： 杠杆规则求 各流股的量：
M
E R
E’ R’
F+S=M=E+R
S×MS = F×MF E×ER = M×MR
（以M点为支点）
（以R点为支点）
E’×E’R’ = F×FR’ （以R’点为支点）
溶质A物料衡算：
FxF = MxM = EyE + RxR= E’yE’ + R’xR’
萃取过程的计算
整理得
Y1
YS
B S
(X1
XF)
二、多级错流萃取的计算
第 n 级作溶质 A的质量衡算
Yn
YS
B S
(Xn
X n1)
操作线方程
斜率 过点
B S
( X n1,YS )
直角坐标图图解法
Y1
Y2 Y3
YS
N
M
斜率 –B/S
L
X3 X2
X1
XF
x x n计算 ≤ n规定
n=3
多级错流萃取直角坐标图图解计算
E
yE
xF
F
xR
R R
xR
E M
单级萃取图解
yE
纯溶剂
一、B 与 S 部分互溶物系
M FS RE
MF S Leabharlann F×MSR M E
E M RM RE
E F RF R E
Smin
F
FG GS
R F E
Smax
F
FH HS
Smin S Smax
多级错流萃取流程示意图
多级错流萃取的总溶剂用量为各级溶剂用量 之和，当各级溶剂用量相等时，达到一定的分离 程度所需的总溶剂用量最少。
二、多级错流萃取的计算
1. B与 S部分互溶物系 已知： 原料量 F
原料组成 xF
各级萃取剂用量 Si
规定：最终萃余相组成 xn
计算： 萃取级数 n
三角形相图图解法
F
F xF
1
E1 y1
R1 x1 E2 y2
x R x 2 2
Y1
YS
B S
(X1
XF)
二、多级错流萃取的计算
第 n 级作溶质 A的质量衡算
Yn
YS
B S
(Xn
X n1)
操作线方程
斜率 过点
B S
( X n1,YS )
直角坐标图图解法
Y1
Y2 Y3
YS
N
M
斜率 –B/S
L
X3 X2
X1
XF
x x n计算 ≤ n规定
n=3
多级错流萃取直角坐标图图解计算
E
yE
xF
F
xR
R R
xR
E M
单级萃取图解
yE
纯溶剂
一、B 与 S 部分互溶物系
M FS RE
MF S Leabharlann F×MSR M E
E M RM RE
E F RF R E
Smin
F
FG GS
R F E
Smax
F
FH HS
Smin S Smax
多级错流萃取流程示意图
多级错流萃取的总溶剂用量为各级溶剂用量 之和，当各级溶剂用量相等时，达到一定的分离 程度所需的总溶剂用量最少。
二、多级错流萃取的计算
1. B与 S部分互溶物系 已知： 原料量 F
原料组成 xF
各级萃取剂用量 Si
规定：最终萃余相组成 xn
计算： 萃取级数 n
三角形相图图解法
F
F xF
1
E1 y1
R1 x1 E2 y2
x R x 2 2
萃取过程的计算
和点 M 与差点 E 、 R 之间的关系可用杠杆规 则描述，即 ：
(1) 几何关系：和点 M 与差点 E 、 R 共线。 即：和点在两差点的连线上；一个差点 在另一差点与和点连线的延长线上。
(2) 数量关系：和点与差点的量之间的关 系符合杠杆原理，即，
根据杠杆规则，若已知两个差点，则可确定 和点；若已知和点和一个差点，则可确定另 一个差点。
5.2 萃取过程的计算
5.2.1逆流萃取计算的集团法
定义 ΦE为进料中组分 i 被 萃取的分数
逆流萃取塔
各式可用质量单位或摩尔单位。由于在 绝热萃取塔中温度变化一般都不大，因此一 般不需要焓平衡方程，只有当原料与溶剂有 较大温差或混和热很大时才需考虑。
5.2.2 微分逆流萃取的计算
一﹑活塞流模型 活塞流模型是一个完全理想化的微分逆流 萃取模型。它假定塔内同一截面上任一点每 一相的流速相等，两相在塔内作活塞流动； 两相的传质只发生在水平方向上，在垂直方 向上，每一相内没有物质传递。
该方程为非线形方程，用迭代方法求解 H=5.26 m 效率=（HTU）ox（NTU）ox / H = 4×0.9144 / 5.26 ×100% = 69.5%
补充材料:萃取应用与设备
现在萃取技术已在各方面获得了广泛的应 用： 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 精制等； 湿法冶金，铀、钍、钚等放射性元素 、稀土、铜等有色金属、金等贵金属 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。
一些工业萃取过程
工业萃取过程举例
--醋酸萃取
醋酸是一种常用的化学品。在醋酸的生 产和使用过程中，经常需要进行醋酸 - 水的 分离。通常，可以用普通精馏的方法进行醋 酸（b.p.=118.1℃）和水（b.p.=100.0℃） 的分离。当溶液中醋酸含量较低时，由于水 的汽化潜热很大，精馏的能耗很高，此时采 用萃取的方法从经济上更为有利。
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
化工原理10.2 液液萃取过程的计算
10-2
0.4 0.6 0.8
10-3 10-4 0
Am=20
1
2
3
6.0
3.0
4
5
6
N
1.0 1.2
1.5 2.0
7
8
9 10
N~XN的关系曲线
17
【例】已知xF=20%丙酮水溶液，流率F，错流萃取，以1,1,2三氯乙烷作萃取剂，每一级流率为S1，要求萃余液中丙酮含 量降到xk=5%，求理论级数和萃取相、萃余相的流率。
XF)
8
B Y1 S ( X1 X F ) Ys
——单级萃取的操作线方程
Y
E1 Y1
B S
YS
X1
XF X
9
10.3.2 多级错流萃取的计算
1、多级错流接触萃取的流程
萃余相
萃余液
萃取相
萃取液
每级都加入新鲜溶剂，前级的萃余相为后级的原料， 只要级数够多，最终可得到溶质很低的萃余相。 缺点：溶剂的用量很大
B S
XF
YS
)
同样对第二级
X1
XF KS
S B
YS
1
B
萃取因子，用Am表示
Y2
B S
X
2
(
B S
X1 YS )
Y2 KX 2
X1
XF KS
S B
YS
1
B
X2
(XF
S B
YS
( Am 1)2
)
S B
YS
1 Am
15
依次类推，对第n级则有：
Xn
(X
0.4 0.6 0.8
10-3 10-4 0
Am=20
1
2
3
6.0
3.0
4
5
6
N
1.0 1.2
1.5 2.0
7
8
9 10
N~XN的关系曲线
17
【例】已知xF=20%丙酮水溶液，流率F，错流萃取，以1,1,2三氯乙烷作萃取剂，每一级流率为S1，要求萃余液中丙酮含 量降到xk=5%，求理论级数和萃取相、萃余相的流率。
XF)
8
B Y1 S ( X1 X F ) Ys
——单级萃取的操作线方程
Y
E1 Y1
B S
YS
X1
XF X
9
10.3.2 多级错流萃取的计算
1、多级错流接触萃取的流程
萃余相
萃余液
萃取相
萃取液
每级都加入新鲜溶剂，前级的萃余相为后级的原料， 只要级数够多，最终可得到溶质很低的萃余相。 缺点：溶剂的用量很大
B S
XF
YS
)
同样对第二级
X1
XF KS
S B
YS
1
B
萃取因子，用Am表示
Y2
B S
X
2
(
B S
X1 YS )
Y2 KX 2
X1
XF KS
S B
YS
1
B
X2
(XF
S B
YS
( Am 1)2
)
S B
YS
1 Am
15
依次类推，对第n级则有：
Xn
(X
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。
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分离和提纯化合物的方法，它通过溶剂的选择和萃取条件的控制，可以实现不同化合物的分离和提取。
在化学萃取过程中，需要对溶液中的化合物进行计算和控制，以确保萃取效果和提纯度。
本文将详细解释化学萃取过程中常用的计算公式，帮助读者更好地理解和掌握化学萃取的原理和实践。
1. 萃取率（Extraction Yield）。
萃取率是衡量化学萃取效果的重要指标，它表示萃取过程中目标化合物从原料中转移到溶剂中的比例。
萃取率的计算公式如下：萃取率（%）=（萃取物质的质量 / 原料中物质的质量）×100%。
其中，萃取物质的质量是指萃取后得到的化合物的质量，原料中物质的质量是指待萃取的化合物在原料中的总质量。
通过计算萃取率，可以评估萃取过程的效果，并优化萃取条件，提高萃取率。
2. 分配系数（Distribution Coefficient）。
分配系数是描述化合物在两种不同相（如溶液和溶剂）中分配程度的指标，它表示在两相中化合物的浓度比值。
分配系数的计算公式如下：分配系数（K）=（溶剂中的化合物浓度 / 溶液中的化合物浓度）。
分配系数越大，表示化合物更倾向于分配到溶剂相中，萃取效果越好。
分配系数的大小受溶剂和溶质性质、温度、压力等因素的影响，可以通过调整这些因素来控制分配系数，实现化合物的选择性萃取。
3. 萃取平衡常数（Extraction Equilibrium Constant）。
萃取平衡常数是描述化学萃取平衡状态的指标，它表示在萃取平衡时化合物在两相中的浓度比值。
萃取平衡常数的计算公式如下：萃取平衡常数（Kex）=（溶剂中的化合物浓度 / 溶液中的化合物浓度）。
萃取平衡常数反映了化学萃取过程中化合物在两相中的分配情况，它受温度、压力、溶剂选择等因素的影响。
通过控制萃取平衡常数，可以调整萃取过程中化合物的分配比例，实现目标化合物的高效萃取。
4. 萃取效率（Extraction Efficiency）。
11.3萃取过程计算
2020/5/4
第11章 液液萃取
28
3、多级逆流萃取
S与B完全不互溶与解吸操作相似
设溶剂S相为轻相，原溶液为重相。
物料衡算：SYm1 Y1 B X f X m
注意一般K值 随着浓度范围 不同而不同。
求萃取的理论级数N
图解法
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第11章 液液萃取
29
3、多级逆流萃取
S与B完全不互溶与解吸操作相似
溶质S衡算式 : Fx FS Sz S RN x NS E1 y1S 11 32
溶解度曲线关系式: xNS xNA
11 33
y1S y1S
11 34
联立以上五式, 求 : E1 , y1A , y1S , RN , x NS
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第11章 液液萃取
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F
R1
1
再进行逐级求解：以原料进入的第 1 级 为控制体，列出物料衡算式、相平衡方 程、溶解度曲线关系式：
BXf X1 S(Y1 Z )
Y1 KX1
BB Y1 S X1 S Xf Z
B Xm1 Xm Sm (Ym Z )
Z Ym KX m
B
B
Ym S Xm S Xf Z
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第11章 液液萃取
26
2、多级错流萃取
S与B完全不互溶
如果每一级使用相同纯度的溶剂S ，每一级中的相平衡常 数K相等，求达到最终萃余相XN 值，所需要的理论级数。
21
11.3.4 多级逆流萃取
溶剂比对逆流萃取理论级数的影响
当溶剂比(S/F) 减小时，达到指定分离要求所需的理论级数 N增加。当S为最小用量时，N为无穷大，最小溶剂比(S/F)min 可 以通过逐次逼近计算求出。
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。
萃取过程的计算
相平衡数据表
氯仿层(R相) (wt%)
醋酸 水
水层(E相) (wt%)
醋酸
水
氯仿层(R相) (wt%)
醋酸
水
水层(E相) (wt%)
醋酸
水
0.00
0.99
0.00
99.16 27.65
5.2
50.56
31.11
6.77
1.38
25.10
73.69 32.08
7.93
49.41
25.39
17.72
2.28
16
1、单级萃取的计算
萃取剂 S, yS
料液 F, xF
脱除 S
萃取相 E, yE
萃取液 E’, y’E
萃余相 R, xR
脱除 S
萃余液 R’, x’R
Ⅰ已知xF及F、 S用量，求萃余液组成 x’ （包括E与R量及组 成）
Ⅱ 已知xF及F，规定萃余液组成 x’，求S用量（包括E与R量 及组成）。
二、单级萃取过程 部分互溶物系
E'
xF xR'
yE' 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
A
B
S
第三节 萃取过程的计算
一、计算任务 二、单级萃取过程 三、多级错流萃取过程 四、多级逆流萃取过程
一、计算任务
分类（接触方式）： （1）级式接触式：单级，多级错流，多级逆流 （2）连续（微分）接触式 计算任务（平衡关系已知）： （1）给定理论级数及分离要求，求溶剂用量S （2）给定溶剂用量及分离要求，求理论级数NT （3）给定理论级数及溶剂用量，求E’及R’组成
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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
1. 三角形坐标图解法
对于原溶剂B与萃取剂S部分互溶的物系，通常采用三角形坐标图 解法求解理论级数，其计算步骤如下:
（1）由已知的平衡数据在等腰直角三角形坐标图中绘出溶解度曲 线及辅助曲线，并在此相图上标出F点，如图8－14所示。
（2）联结点F、S得FS线，根据F、S的量，依杠杆规则在FS线上 确定混合物系点M1。利用辅助曲线通过试差作图求出过M1的联结线 E1R1，相应的萃取相E1和萃余相R1即为第一个理论级分离的结果。
图8－13 多级错流萃取流程示意
萃取过程的计算
在多级错流接触萃取操作中，每一级均加入新鲜萃取剂。原 料液首先进入第一级，被萃取后，所得萃余相进入第二级作为第 二级的原料液，并用新鲜萃取剂再次进行萃取，第二级萃取所得 的萃余相又进入第三级作为第三级的原料液，如此萃余相经多次 萃取，只要级数足够多，最终可得到溶质组成低于指定值的萃余 相。各级所得的萃取相分别排出后汇集在一起，进入溶剂回收设 备回收溶剂，得萃取液E′。这种操作方式的传质推动力大，但溶剂 的用量很多。这一流程，可用于间歇操作，也可用于连续操作。
在单级萃取过程的设计型计算中，一般给定的工艺指标为原料液的 量F及组成xF，萃取剂的组成yS和萃余相的组成xR。根据操作条件下的相 平衡数据，计算萃取剂S的用量、萃取相E和萃余相R的量及萃取相的组成 y。若对脱溶剂过程，要求计算萃取液E′及萃余液R′的量和组成，其计算 方法主要采用基于杠杆规则的三角形坐标图解法，其计算步骤如下：
萃取过程的计算
一、 单级萃取的计算
单级萃取流程如图8－11 所示，一般多用于间歇操作 过程，也可连续操作。为方 便表达，假定所有流股的组 成均以溶质A的含量表示，萃 取相y和萃余相x的下标均只 标注相应流股的符号，而不 再标注组分的符号。后面不 再说明。
图8－11 单级萃取三角形坐标图解
萃取过程的计算
级萃取剂用量相同时，理论上可以推导理论级数的计算公式，即
萃取过程的计算
式中 n——理论级数； YS——萃取剂中溶质A Xn——离开最后一级萃余相R中溶质A的质量比组成； K——相组成以质量比表示时的分配系数； Am——萃取因子，Am=KS/B(S、B分别为萃取剂和稀释剂的量)。
萃取过程的计算
三、 多级逆流萃取的计算
在生产中，为了用较少的萃取剂达到较高的萃取率，常采用多级逆流 萃取操作，其流程如图8－15(a)所示。原料液自第1级加入，逐次通过第2， 3，…，n各级，得萃余相R。萃取剂（或循环溶剂）从第n级加入，依次 通过第n-1，…，2，1级，得萃取相E。最终的萃取相与萃余相可在溶剂 回收装置中脱除萃取剂得到萃取液与萃余液。脱除的溶剂返回系统循环使 用，其中常含有少量的组分A和B，故最终萃余相中可达到的溶质最低组 成受溶剂中溶质组成限制，最终萃取相中溶质的最高组成受原料液中溶质 组成的制约。多级逆流接触萃取操作一般是连续的，其分离效率高，溶剂 用量少，故在工业中得到广泛的应用。
萃取过程的计算
多级错流萃取的总溶剂用量为各级溶剂用量之和，原则上， 各级溶剂用量可以相等也可以不等。但可以证明，当各级溶剂 用量相等时，达到一定的分离程度所需的总溶剂用量最少，故 在多级错流萃取操作中，一般各级溶剂用量均相等。
在多级错流萃取过程的设计型计算中，已知操作条件下的 相平衡数据，原料液量F及组成xF，溶剂的组成yS和萃余相的组 成xR，求所需理论级数。
M=F+S=R+E
（8－6）
由杠杆规则知
萃取相的组成可由三角形相图直接读出。
பைடு நூலகம்取过程的计算
若从E相和R相中脱除全部溶剂，则得到萃取液E′和萃余液R′。 E′和R′的数量关系可由杠杆规则来确定，即
以上诸式中各线段的长度可从三角形相图直接量出。
若对溶质A进行物料衡算为，则
FxF+SyS=RxR+EyE=MxM
化工原理
萃取过程的计算
在萃取过程计算中，若已知操作条件下的平衡关系、原料液 的处理量及组成，规定了各级的溶剂用量及组成，要计算达到一 定分离程度所需的理论级数n，则为设计型计算；若已知某多级萃 取设备的理论级数n，要求估算经该设备萃取后所能达到的分离程 度，则为操作型计算。
萃取操作可在逐级接触式和连续接触式设备中进行，本节主 要介绍逐级接触式的设计型计算。在逐级接触萃取过程计算中， 无论是单级还是多级萃取，均假设各级为理论级，即离开每一级 的萃取相与萃余相互呈平衡。而实际需要的级数等于理论级数除 以级效率，级效率一般通过实验测定。
(4)延长SE和SR线与AB边交于E′和R′，则得萃取液组成点E′和萃余 液组成点R′，由图可知，E′中溶质A的含量比原料液F中的要高，而R′中 溶质A的含量比原料液F中的要低，即原料液的组分经过萃取并脱除溶 剂后得到了一定程度的分离。
(5)由质量衡算和杠杆规则求出各流股的量。
萃取过程的计算
对图8－11进行总物料衡算，得