第七章 萃取

tg ( MR)
E R

x A ,M x A , R x S ,M x S , R
表示混合物组成的M点的位置必在R点E点的连线上。
E R

RM EM
物料衡算的简捷图示方法，称为杠杆定律
从上图中M可表示溶液R和溶液E混合之后的数量 和组成，则称M为R和E的和点；
反之当从M点中移去一定量与组成的液体E液体， 表示余下的溶液组成的点R必在EM联线的延长线上， 其具体位置同样可由杠杆定律确定：
分层器
精馏 塔
溶剂
无水醋酸
废水
萃余相 萃取及恒沸精馏提浓醋酸流程
4、萃取基本流程 混合器 萃取操作流程 分离器 溶剂再生器 单级萃取 两种操作 多级萃取 多级逆流萃取 多级错流萃取
（1）、单级萃取
（2）、多级错流萃取
（3）、多级逆流萃取
回收的溶剂S 原料液F
E E1 R1 R2
萃余液R， 最终萃余
SR1
上找到 M 2
过 M 2 点借助辅助线，用试差法作联结线R
2
E2
；
⑥ 重复以上步骤，即可作得N级萃取效果。
例6-1：单级萃取与多级错流萃取的比较: 含醋酸质量分数30%的醋酸-水溶液，在25℃下用异丙醚为溶剂进 行萃取，料液的处理量为100kg/h，试求： （1）用100kg/h纯溶剂作单级萃取，所得的萃余相和萃取相的流 量与醋酸质量分数； （2）每次用50kg/h纯溶剂作两级错流萃取，萃取相的最终流量与 醋酸质量分数； （3）比较两种操作所得的萃余相中醋酸的残余量和原料中醋酸量 之比（萃余百分数）；已知物系在20℃时的平衡数据见表：
溶质A+稀释剂B
萃取相E+A(B)
萃取余相R+B(A) 溶剂S
溶剂的选择性：即萃取相内A、B两组分的浓度之比大于萃 取余相内A、B两组分浓度之比。 3、萃取过程的适用性和经济性主要由以下两个方面决定： （1）过程的萃取相和萃余相的分离难易程度；
（2）萃取剂性质和优劣程度。
稀醋酸
萃取 塔
萃取相
恒沸 精馏 塔
0

※又因 所以：
y A0 / y B0 x A / xB0
0
yB 1 y A , xB 1 xA
yA
x A 1 ( 1) x A
说明： （１）β相当于精馏操作的相对挥发度α，其值与平衡联结线的斜率 有关。 （２）某一平衡联结线延长通过Ｓ点时，此时β＝１，这对共轭相 不能进行萃取分离。
醋酸-水异丙醇液液平衡数据
萃取相组成（质量分数） 萃余相组成（质量分数）
醋酸A
水B 0.981 0.971 0.955 0.917 0.844 0.711 .589 0.451 0.371
异丙醇S 0.012 0.015 0.016 0.019 0.023 0.034 0.044 0.106 0.165
P
i
M2
i
M1
R1
E1
溶解度曲线与联结线
说明：
（1）若在上述两相混合液中滴加溶质A，重复上述实验， 可得若干条平衡联结线，每一条平衡联结线的两端为互为 平衡的共轭相。 （2）溶解度曲线将三角形相图分成两个区，即溶解度曲线
与所围的区域为分相区或两相区，曲线以外是均相区。
（3）溶解度曲线以内的区域为萃取过程的可操作区。
若各组分均以质量分数表示，为确定某一组分的质量分数，而第三
组分的质量分数可由归一条件决定：即
xB 1 xA xS
※ 可见三组分溶液的组成包括两个自由度，若用平面坐 标上的点（R）表示，点的纵坐标为溶质A的质量分 数 xB ，横坐标为溶剂S的质量分数 x A ，根据三组分的 质量分数之和为1，故图所示的三角形范围内可表示任 何三元溶液的组成。三个顶点分别表示纯组分，而三条 边上的任何一点则表示相应的双组分溶液。
2、辅助曲线
作法1：
过 Ri 点作 RiCi 线平行于 AS， 过 Ei 点作 EiCi 线平行于 AB； 两线交于 Ci，连接 PCi 的线即 辅助线。
意义：由确立的E点找到对应 的R点，或由确立的R点找到 对应的E点，从而读出相应的 平衡组成。
作法2：
过 Ri 点作 RiCi 线平行于 BS， 过 Ei 点作 EiCi 线平行于 AB； 两线交于 Ci，连接 PCi 的线即 辅助线。
E M

MR RE
三、三角形相图
萃取操作按混合液中的A、B、S各组分互溶度的不同将混合液分成 三类：
Ⅰ溶质A可完全溶解于B及S中，而B、S为一对部分互溶的组分；
Ⅱ 溶质A可完全溶解于B及S中，而B、S为一对完全不互溶的组分； Ⅲ 组分A、B可完全互溶，而B、S及A、S只能部分互溶。 本节主要讨论Ⅰ类物系的液液平衡 1.溶解度曲线
联立（6-12）和（6-13），得萃取相E的量为
（6-13）
E M R
同理可得萃取液的量
,
M ( xM x R ) y E xR
E
,
，即
, F ( xF x , R ) y , E x, R
,
E F R
,
求出了E和 E 的值，即可求得萃余相R和萃余液 R 的值。
单级萃取的分离范围
R2 , R3 …….等；
5.将所有分层点联成一条光滑的曲 线，该曲线成为溶解度曲线。
S
1、溶解度曲线，平衡联结线和临界混溶点
萃取相溶解度曲线 Ei （右边一支） 溶解度曲线 萃取余相溶解度曲线 R i （左边一支） 平衡联结线—— Ei 与 Ri 之间的 联线，表示两溶剂相平衡时的液相 量与组成的关系，服从杠杆规则。 临界混溶点——两支溶解度曲线的连接点P，一般并不在溶解度曲 线的最高点。（当加入的溶质A至某一浓度，共轭相的组成无限趋 近而变为一相，表示这一组的点称为临界混溶点。）
溶剂S必须满足两个要求: (1)溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分互溶；
(2)溶剂对A、B两组分有不同的溶解能力，或者说溶剂具有选择性：
yA yB
＞
xA xB
即萃取相内A、B两组分浓度之比 组分浓度之比 x A / xB 。
y A / yB 大于萃余相内A、B两
2、液液萃取简介：
溶质A:
稀释剂B: 溶剂S: 萃取相E: 萃取余相R:
※现取组分B与溶剂S的双组分 溶液，其组成以 M 1 表示，该 溶液必分两层，其组成分别为
E1、R1。
※若在此混合液中滴加少量溶质 A，混合液的组成将沿AM移动 到 M 2 。充分摇动，使溶质A在 两相中的组成达到平衡，静置分 层后，取两相试样进行分析，其 组成分别在点 E2、R2 。互成 平衡的共轭相， E2、R2 的联 线称为平衡连结线， M 2 点必 在此平衡联结线上。
3、分配曲线和分配关系
k A 近似常数，相应的分配曲线接近直线。 当组分A的浓度较低时，
分配曲线：平衡联结线的两个端点表示液液平衡两相之间 的组成关系。
xA
表示被萃物A在原溶剂B（萃取余相R）中的浓度；
y A 表示A在萃取剂（萃取相）中的浓度；
x A、y A 均为质量分数，P点为临界共溶点，故 xA xB
y
y
二、多级错流萃取的计算
1、 工艺流程图
三级错流萃取流程示意图
2、计算前规定
已知：
S , yS ( yS 0或yS 0)，F，xF， xR，N，相平衡数据。
3、解ຫໍສະໝຸດ Baidu步骤
① 绘三角形相图，溶解度曲线 和辅助曲线；
② 作FS线（或 FS0 ）；
③ 在FS线上找到 M 1 点；
④ 过 M 1 点借助辅助线，用试 差法作联结线 E1R1 ； ⑤ 联接 SR1 ，在
※ 最常用的坐标为等腰直角三角形坐标: 采用直角三角形便于标绘、读取
数据，或进行计算。
如M点：
xS 0.2, x A 0.3 xB 1 ( x A xB ) 0.5
二、杠杆规则
1、当两个三元物系R和E形成一个新的三元混合物M
由物理学杠杆规则得到： 两混合物R和E的质量之比与线段 ME 和 RM 之比相等：
第三节
萃取过程的计算
萃取操作的自由度
在萃取过程的计算中,无论采用单级或多级萃取操作， 离开萃取器的两相互呈平衡。
萃取器的实际级数：
N P NT /
η——总的级效率，实验确定。
一、单级萃取的计算
1、工艺流程与相图
S
S
2、图解法求解
yS , y A k A xA , xR (或x ) 求解： S , E , R, y E
M，根据杠杆规则可求出萃取剂S的用量，即
S F
则：

FM MS
FM S F· MS
萃取相E和萃余相R的量均可根据物料衡算和杠杆规则求得：
E R

MR EM
（6-11）
系统的总物料衡算：
F S RE M
求出R和E，读出
（6-12）
yE
溶质A的物料衡算：
FxF SyS RxR EyE MxM
1 级
E2
2 级
E3
3 级
相 R3
萃取剂S
回收的溶剂S
图6-3 多级逆流萃取流程示意图
第二节 三元体系的液-液平衡关系
一、三角形坐标
1、每1个顶点表示一种纯组分：A——纯溶质
B——纯原溶剂
S——纯萃取剂 2、每一条边表示一个二元混合物系的组成（质量分数）关系，边 上每一点确立了二个的组成，如：等腰直角三角形中BA边上的F点
醋酸A 0.0018 0.0037 0.0079 0.0193 0.0482 0.114 0.216 0.311 0.362
图6-5 杠杆规则
R、E和M分别表示各混合物的质量
M RE
(6-2) (6-3)
MxA, M RxA, R ExA, E
由式(6-2)和式(6-3)得：
E ( x A, E x A, M ) R ( x A, M x A, R ) MxS , M RxS , R ExS , E
A——50%，B——50%
3、三角形中的任意一点表示三元混合物的组成 例如：等边三角形中的M点：A——30%，B——50%，C——20%
x A : xB : xS MI : MJ : MK SD : AF : BG 0.3 : 0.5 : 0.2
※ 在双组分溶液的萃取分中，萃取相和萃余相一般为三组分溶液，
2.平衡联结线
3.临界混溶点 4.相平衡关系的数学描述
说明：
1.R为分层点；
2.滴加少量的溶质A后B与S的互溶 性增加，此时混合液组分在AR连 线上的H点； 3.若再滴加数滴S，溶液再次呈混 浊，此时新的混合点 R 一定在 1 SH的联线上； 4.若在溶液中交替滴加A和S，重复 上述实验，可得到若干分层点
已知： F , x F ,
， R
步骤：
（1）根据体系的相平衡数据，在直角三角形坐标图中绘出溶解度 曲线及辅助线；
（2）设加入的为纯溶剂S（ yS 0 ），则S点落在三角形右侧顶点 上，再根据已知原料液组成 xF 在AB边上定出F点，连接SF，则 代表原料液与萃取剂的混合液组成点M必在SF连线上。 （3）由已知的 xR 在图上定出R点（或由 x , R 在AB边上定出 , 点，连接 SR ，与溶解度曲线相交于R点），再由R点利用辅助曲 线求出E点，连接ER线，则ER与FS线的交点即为混合液的组成点
由式(6-2)和式(6-5)得： (6-5)
(6-4)
E( xS ,E xS ,M ) R( xS ,M xS ,R )
(6-6)
由（6-4）和（6-6）得：
tg ( EM )
故：
x A , E x A ,M x S , E xS ,M

x A ,M x A , R xS ,M xS , R
E R
RM
R

RM ME
ME
▲
M
E
R· RM E· ME
即：
E R

RM ME
2、由物料衡算得到： A
混合物E的组成为:
xA, E、xB, E、xS , E
混合物R的组成为:
xA, R、xB, R、xS , R
混合物M的组成为:
xA,M xA,R
xA,E
xA,M、xB,M、xS ,M
B
xSR xSM xSE
组分A的分配系数
kA
萃取相 E中A的质量分数 萃取余相 R中A的质量分数

yA xA
y A k A xA
组分B的分配系数
kB
yB xB
y B k B xB

y A / yB x A / xB

0
kA kB
β——选择性系数
※因为萃取相中的A、B之量数之比（ y A / y B ）与萃取液中Ａ、 Ｂ之量数之比（ ）相等所以有： y A / yB
第六章 萃取
第一节 概述 第二节 三元体系的液液平衡关系 第三节 萃取过程计算 第四节 液液萃取设备及其选择
本章重点：萃取过程的计算
本章的难点：三元体系的液-液平衡关系在萃取过程计算中的应用
第一节 概 述
一、液液萃取简介： 1、液液萃取原理：采用液液混合物各组分在另一溶剂中溶解度的 差异而实现分离。