化工原理下萃取过程的流程与计算
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化工原理-萃取11
4.4.1 理论级当量高度法
萃取段的有效高度h h=n×(HETS)
n—理论级数;反映萃取的难易或过程要求达到的 分离要求。 HETS- 塔内相当于一个理论级分离能力的高度 称为理论级当量高度。大小由物系性质、操作条 件、设备型式决定，可由实验获得。反映塔的效 率。
4.4.1.1传质单元数法：
B与S完全不互溶，溶质组成较稀
HOR——萃余相总传质单元高度 NOR——萃余相总传质单元数。
4.4.2 常用萃取设备简介 混台—澄清槽
混合—澄清榴有以下优点
(1)处理量大，传质效率高，一般单级效率 在80％以上； (2)结构简单，容易放大和操作；
(3)两相流量比范围大，运转稳定可调，易 于开、停工；对物系适应性好，对含有少 量悬浮固体的韧料也能处理； (4)易实现多级连续操作，便于调节级数。
轻相从筛板下横向流过，从升液管 进入上一层板。而重相在重力作用下分 散成细小液滴，在轻相层中沉降，进行 传质。穿过轻相层的重相液涡开始合并、 凝聚，聚集下层筛板。通过多次分散和 凝聚实现两相分离，其过程和轻相是分 散相完全类似。
(3)填料萃取塔
填料萃取塔结构简单， 造价低廉，操作方便， 适合于处理腐蚀性料 液，尽管传质效率较 低，在工业上仍有一 定应用。一般在工艺 要求的理论级小于3， 处理量较小时、可考 虑采用填料萃取塔
4.3.2 Ｂ与Ｓ不溶
对全过程作溶质的物料衡算
4.3.３溶剂比（Ｓ／Ｆ）和萃取剂最小用量
当Ｓ／Ｆ小到 Ｓmin时，某 一操作线与联 接线重合，操 作线与分配线 相交或相切， 所用理论级数 为无穷多
4.4 微分接触式逆流萃取的计算
微分接触式逆流萃取操作是萃取相和萃 余相逆流微分接触，通常在塔式设备(如 喷洒塔、脉冲筛板塔等)中进行，其流程 如图所示。重相(如原料液)从塔顶进入塔 中，从上向下沉动，与自下向上流动的 轻相(如萃取剂)逆流连续接触，进行传质， 萃取结束后，两相分别在塔顶、塔底分 离，最终的萃取相从塔顶流出，最终的 萃余相从塔底流出。
化工原理 液液萃取
第十一章 液液萃取（抽提） Liquid Extraction
11.1 概述
液-液萃取（抽提）：在液体混合物中加入一种 与其不溶或部分互溶的液体溶剂，经过充分混合， 分相，利用混合液中各组分在溶剂中溶解度的差 异而实现分离的一种单元操作。又称溶剂萃取。
目的: 分离液-液混合物。 操作依据: 利用混合物中各组分在某一溶剂中 的溶解度之间的差异。
两相接触方式
微 分 接 触
级 式 接 触
11.2 液-液相平衡关系
11.2.1 三角形坐标及杠杆定律
11.2.1.1 三角形坐标 三元混合液的表示方法：
三角形坐标
等边三角形 直角三角形（等腰直角三角形和不等腰直角三角形）
① 表示方法 习惯表示法： ▲ 各顶点表示纯组分； ▲ 每条边上的点为两组分混合物； ▲ 三角形内的各点代表不同组成的三元混合物。
液液萃取的应用
1、在石油化工中的应用 随着石油化工的发展，液液萃取已广泛应用于分离各种
有机物质。轻油裂解和铂重整产生的芳烃混合物的分离是重 要的一例。该混合物中各组分的沸点非常接近，用一般的分 离方法很不经济。工业上采用Udex、Shell、Formex等萃取 流程，分别用环丁砜、四甘醇、N-甲基吡咯烷酮为溶剂，从 裂解汽油的重整油中萃取芳烃。对于难分离的乙苯体系，组 分之间的相对挥发度接近于1，用精馏方法不仅回流比大， 塔板还高达300多块，操作费用极大。可采用萃取操作以HFBF3作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体。
A
mE RM mR ME
点P组成按上述长度为
A：30% B：50% S：20%
A
80
20
UF
60 Q Z 40
40 E 20
S%
11.1 概述
液-液萃取（抽提）：在液体混合物中加入一种 与其不溶或部分互溶的液体溶剂，经过充分混合， 分相，利用混合液中各组分在溶剂中溶解度的差 异而实现分离的一种单元操作。又称溶剂萃取。
目的: 分离液-液混合物。 操作依据: 利用混合物中各组分在某一溶剂中 的溶解度之间的差异。
两相接触方式
微 分 接 触
级 式 接 触
11.2 液-液相平衡关系
11.2.1 三角形坐标及杠杆定律
11.2.1.1 三角形坐标 三元混合液的表示方法：
三角形坐标
等边三角形 直角三角形（等腰直角三角形和不等腰直角三角形）
① 表示方法 习惯表示法： ▲ 各顶点表示纯组分； ▲ 每条边上的点为两组分混合物； ▲ 三角形内的各点代表不同组成的三元混合物。
液液萃取的应用
1、在石油化工中的应用 随着石油化工的发展，液液萃取已广泛应用于分离各种
有机物质。轻油裂解和铂重整产生的芳烃混合物的分离是重 要的一例。该混合物中各组分的沸点非常接近，用一般的分 离方法很不经济。工业上采用Udex、Shell、Formex等萃取 流程，分别用环丁砜、四甘醇、N-甲基吡咯烷酮为溶剂，从 裂解汽油的重整油中萃取芳烃。对于难分离的乙苯体系，组 分之间的相对挥发度接近于1，用精馏方法不仅回流比大， 塔板还高达300多块，操作费用极大。可采用萃取操作以HFBF3作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体。
A
mE RM mR ME
点P组成按上述长度为
A：30% B：50% S：20%
A
80
20
UF
60 Q Z 40
40 E 20
S%
第十一章 萃取
y ' 1 x' 1 y ' x'
K A y A / xA
K B yB / xB
2.3 萃取剂的选择
2、萃取剂与稀释剂的互溶度 互溶度越小，萃取操作范围越大，萃取液最大组成越高， 并且互溶度小的系统β越大，分离效果越好。
2.3 萃取剂的选择 3、萃取剂的其他物性 溶解度大，所用萃取剂量少； 要有较大的密度差，便于相分离； 界面张力要适中（相分散和相分离）； 溶剂比热小便于回收； 粘度小便于相分散； 化学稳定性好，无腐蚀，无毒，不易燃、易爆，价廉易 得。
第一节 第二节 第三节 第四节 概述
液-液萃取
萃取的基本原理 萃取过程计算 萃取设备
第三节 萃取过程的理论计算
3.1
3.2 3.3 3.4
单级萃取
多级错流萃取 多级逆流萃取 连续逆流萃取
234
3.1 单级萃取过程
M F S ER
S FM xF xM F MS xM y0
2.3 萃取剂的选择
4. 天生的一对矛盾:混合与澄清（相分散与相分离） 搅拌 混合液 萃取剂
A+B
(溶剂S)
萃取相
(S+A+B)
萃余相
(B+A+S)
2.4 温度对萃取过程的影响
T ↓，S与B互溶度↓，两相区面积↑，对萃取有利；但是T ↓ ， 液体μ ↑ ，D ↓ ，不利传质，所以应综合考虑。
第十一章
2.1.1 三角形相图法
3. 三角相图中的相平衡关系
溶解度曲线
混溶点 两相区和单相区 共轭相
平衡联结线
临界混溶点： 辅助线：（两种方法）
《化工原理》第九章 萃取.
第一节 液-液萃取的基本原理
图9－1 组成在三角形相图上的表示方法
第一节 液-液萃取的基本原理
此外，M点的组成也可由ME线段读出萃取剂S的含量， MF线段读出溶质A的含量，原溶剂B的含量不直接从图上读 出，而是可方便地计算出，即：B=100-(S+A)。
直角等腰三角形可用普通直角坐标纸绘制。有时，也 采用不等腰直角三角形表示相组成，只有在各线密集不便 于绘制时，可根据需要将某直角边适当放大，使所标绘的 曲线展开，以方便使用。
第一节 液-液萃取的基本原理
1．三组分系统组成的表示法
液-液萃取过程也是以相际的平衡为极限。三组分系 统的相平衡关系常用三角形坐标图来表示。混合液的组成 以在等腰直角三角形坐标图上表示最方便，因此萃取计算 中常采用等腰直角三角形坐标图。
在图9-1中，三角形的三个顶点分别表示纯组分。习 惯上以顶点A表示溶质，顶点B表示原溶剂，顶点S表示萃 取剂。三角形任何一个边上的任一点代表一个二元混合物， 如AB边上的H点代表由A和B两组分组成的混合液，其中A的 质量分数为0.7，B为0.3。三角形内任一点代表一个三元 混合物，如图M中的点，过M点分别作三个边的平行线ED、 HG与KF，其中A的质量分数以线段MF表示, B的以线段MK表 示，S的以线段ME表示。由图可读得：WA =0.4，WE=0.3， WS=0.3。可见三个组分的质量分数之和等于1。
（3）萃取剂回收的难易与经济性 萃取剂通常需要回 收后循环使用，萃取剂回收的难易直接影响萃取的操作费 用。回收萃取剂所用的方法主要是蒸馏。若被萃取的溶质 是不挥发的，而物系中各组分的热稳定性又较好，可采用 蒸发操作回收萃取剂。
在一般萃取操作中，回收萃取剂往往是费用最多的环 节，有时某种萃取剂具有许多良好的性能，仅由于回收困 难而不能选用。
(化工原理)部分互溶物系的萃取计算
此时最小溶剂用量时，.2 多级错流萃取
（1）流程
qmS1
qmS2
qmRiqmSi
qmSn
1 qmF,xF
qmR1
2
i qmRi-1
qmR2
N qmRn-1
qmRi
qmRN
qmE1
qmE2
qmEi
qmEN
多级错流萃取流程图
qmR’n qmE’n
qmE’ qmSE
（2）特点 △ 溶剂耗量较大，溶剂回收负荷增加, △ 设备投资大。
q m 1 y 1 , E S q m 1 x 1 ,R S q m x F S F ,q m 2 y 2 E ,S
y1A , f(x1A , ) y1B , f(x1B , )
y1,A y1,B y1,C 1 x1,A x1,B x1,C 1
y1S, f(x1S, )
逐级解算，获得N
b）各级的物料衡算 第一级
过S点作溶解度曲线的切线得点E， 求得R，得M点，于是得：
E2 F
R2
M R1
0
B
E1
S
1.0
MF mS MS mF
图解萃取液的最大组成
可见 yA ， yAmax
萃取液的最大浓度
E’S与平衡线相切时， y’max
但有时无法实现
A
E’
y’A
E F M’ R
R1
E1
由于此时溶剂用量小于最小溶剂用量， 不能进行萃取操作；
设qm ： E 2qm R 1qm D
qm1E qm Fqm2E qm1R qm2E qm1R qm3E qm2R qm3E qm2R qm4E qm3R
A
图解法
采取图解试差法
（1）流程
qmS1
qmS2
qmRiqmSi
qmSn
1 qmF,xF
qmR1
2
i qmRi-1
qmR2
N qmRn-1
qmRi
qmRN
qmE1
qmE2
qmEi
qmEN
多级错流萃取流程图
qmR’n qmE’n
qmE’ qmSE
（2）特点 △ 溶剂耗量较大，溶剂回收负荷增加, △ 设备投资大。
q m 1 y 1 , E S q m 1 x 1 ,R S q m x F S F ,q m 2 y 2 E ,S
y1A , f(x1A , ) y1B , f(x1B , )
y1,A y1,B y1,C 1 x1,A x1,B x1,C 1
y1S, f(x1S, )
逐级解算，获得N
b）各级的物料衡算 第一级
过S点作溶解度曲线的切线得点E， 求得R，得M点，于是得：
E2 F
R2
M R1
0
B
E1
S
1.0
MF mS MS mF
图解萃取液的最大组成
可见 yA ， yAmax
萃取液的最大浓度
E’S与平衡线相切时， y’max
但有时无法实现
A
E’
y’A
E F M’ R
R1
E1
由于此时溶剂用量小于最小溶剂用量， 不能进行萃取操作；
设qm ： E 2qm R 1qm D
qm1E qm Fqm2E qm1R qm2E qm1R qm3E qm2R qm3E qm2R qm4E qm3R
A
图解法
采取图解试差法
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。
化工原理实验-萃取
B 借助塔内的填料，如填料塔。
C 借助外加能量，如转盘塔，振动塔，脉动塔，离心萃取器等。
液滴的尺寸除与物性有关外，主要决定于外加能量的大小。
(3)萃取塔的操作
萃取塔在开车时，应首先将连续相注满塔中，然后开启分散相，分散相必须经凝聚后才能自塔内排出。因此当轻相作为分散相时，应使分散相不断在塔顶分层段凝聚，当两相界面维持适当高度后，再开启分散相出口阀门，并依靠重相出口的π形管自动调节界面高度。当重相作为分散相时，则分散相不断在塔底的分层段凝聚，两相界面应维持在塔底分层段的某一位置上。
H 萃取塔的有效接触高度。
已知塔高H和传质单元数 ，可由上式取得 的数值。 反映萃取设备传质性能的好坏， 越大，设备效率越低。影响萃取设备传质性能 的因素很多，主要有设备结构因素，两相物性因素，操作因素以及外加能量的形式和大小。
4．外加能量的问题
液液传质设备引入外界能量促进液体分散，改善两相流动条件，这些均有利于传质，从而提高萃取效率，降低萃取过程的传质单元高度，但应该注意，过度的外加能量将大大增加设备内的轴向混合，减小过程的推动力。此外过度分散的液滴，滴内将消失内循环。这些均是外加能量带来的不利因素。权衡利弊两方面的因素，外界能量应适度，对于某一具体萃取过程，一般应通过实验寻找合适的能量输入量。
振动塔具有以下几个特点：1）传质阻力小，相际接触界面大，萃取效率较高；2）在单位塔截面上通过的物料速度高，生产能力较大；3）应用曲柄连杆机构，筛板固定在刚性轴上，操作方便，结构可靠。
五、实验操作原则及分析方法
1．操作原则
(1)应先在塔中灌满连续相——水，然后开启分散相——煤油，待分散相在塔顶凝聚一定厚度的液层后，通过连续相的出口π形管，调节两相的界面于一定的高度。
C 借助外加能量，如转盘塔，振动塔，脉动塔，离心萃取器等。
液滴的尺寸除与物性有关外，主要决定于外加能量的大小。
(3)萃取塔的操作
萃取塔在开车时，应首先将连续相注满塔中，然后开启分散相，分散相必须经凝聚后才能自塔内排出。因此当轻相作为分散相时，应使分散相不断在塔顶分层段凝聚，当两相界面维持适当高度后，再开启分散相出口阀门，并依靠重相出口的π形管自动调节界面高度。当重相作为分散相时，则分散相不断在塔底的分层段凝聚，两相界面应维持在塔底分层段的某一位置上。
H 萃取塔的有效接触高度。
已知塔高H和传质单元数 ，可由上式取得 的数值。 反映萃取设备传质性能的好坏， 越大，设备效率越低。影响萃取设备传质性能 的因素很多，主要有设备结构因素，两相物性因素，操作因素以及外加能量的形式和大小。
4．外加能量的问题
液液传质设备引入外界能量促进液体分散，改善两相流动条件，这些均有利于传质，从而提高萃取效率，降低萃取过程的传质单元高度，但应该注意，过度的外加能量将大大增加设备内的轴向混合，减小过程的推动力。此外过度分散的液滴，滴内将消失内循环。这些均是外加能量带来的不利因素。权衡利弊两方面的因素，外界能量应适度，对于某一具体萃取过程，一般应通过实验寻找合适的能量输入量。
振动塔具有以下几个特点：1）传质阻力小，相际接触界面大，萃取效率较高；2）在单位塔截面上通过的物料速度高，生产能力较大；3）应用曲柄连杆机构，筛板固定在刚性轴上，操作方便，结构可靠。
五、实验操作原则及分析方法
1．操作原则
(1)应先在塔中灌满连续相——水，然后开启分散相——煤油，待分散相在塔顶凝聚一定厚度的液层后，通过连续相的出口π形管，调节两相的界面于一定的高度。
化工原理萃取的原理和过程
化工原理萃取的原理和过程
化工原理中的萃取是一种分离技术，通过两种或更多互不溶解的液体相中的溶质分子在物理或化学作用下从一个相转移到另一个相，以实现溶质的分离和纯化。
萃取的基本原理是根据溶质在两相之间的相对溶解度不同，利用两相的不溶性将溶质从原始混合物中分离出来。
萃取过程可以分为以下几个步骤：
1. 选择合适的溶剂：根据待分离的目标溶质的性质，考虑到它在溶剂中的溶解度和选择性，选择的溶剂应与混合物的其他组分无相容性。
2. 混合物与溶剂接触：将混合物与溶剂加入一起，并充分搅拌或搅拌以实现溶质的均匀分配。
3. 平衡：让混合物与溶剂在一定的时间内保持接触，使得溶质在两相之间达到平衡分配。
4. 相分离：通过物理或化学手段，使得混合物与溶剂分成两个不溶的相。
根据溶质的亲疏水性，可以利用重力、离心、过滤或蒸发等方法分离两相。
5. 萃取：溶质会根据其相对溶解度的差异，从一个相转移到另一个相。
适当调
整操作条件，如温度、压力、pH值等，以促进溶质在两相之间的传递。
6. 分离和回收：在萃取过程中，根据溶质在两相之间的分配系数和两相的溶解度，可以通过进一步处理两相来分离和回收溶质。
综上所述，化工原理中的萃取利用两相的不溶性和溶质在两相之间的相对溶解度差异，将溶质从混合物中分离出来。
通过选择合适的溶剂、混合物与溶剂接触、平衡、相分离、调整操作条件、分离和回收等步骤，完成溶质的萃取过程。
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
化工原理下萃取过程的流程与计算
在环保领域应用举例
废水处理
利用萃取技术去除废水中的有机污染物和重金属离子，达到废水排 放标准。
废气处理
通过萃取技术将废气中的有害物质转移到液体中，实现废气的净化 和达标排放。
土壤修复污染物含量。
THANK YOU
经济性评价
对优化后的萃取过程进行经济性评价，包括 投资成本、运行成本、经济效益等方面的分
析，以确定过程的可行性和经济性。
04
萃取设备选型与设计
常见萃取设备类型及特点
混合澄清器
01
适用于处理量大、停留时间长的萃取过程，具有结构简单、操
作方便的特点。
萃取塔
02
适用于处理量较小、要求分离效果高的萃取过程，具有结构紧
凑、分离效率高的特点。
离心萃取机
03
适用于处理量小、要求快速分离的萃取过程，具有分离速度快
、占地面积小的特点。
设备选型依据及注意事项
处理量
根据生产规模和处理量选择合 适的设备类型。
分离要求
根据产品纯度和收率要求选择 合适的设备类型。
设备材质
根据物料性质和工艺要求选择 合适的设备材质，以确保设备 耐腐蚀、耐高压等性能。
萃取作用
分离液体混合物、提纯和回收有用物 质。
萃取原理与分类
萃取原理
利用物质在两种不互溶或部分互溶的溶剂中的溶解度或分配系数的差异，实现 物质的分离。
萃取分类
根据萃取剂和被萃取物的性质，可分为物理萃取和化学萃取。物理萃取是利用 物质在溶剂中的溶解度差异进行分离，而化学萃取则是利用化学反应使被萃取 物转化为易溶于萃取剂的物质进行分离。
剂中的溶解度，但过高的温度可能导致溶剂挥发、分解或产生副反应。
02
化工原理萃取
4、微分接触式（连续接触式） 微分接触式（连续接触式） 一般为塔式设备 喷淋塔、填料塔、转盘塔、振动筛板塔等） （喷淋塔、填料塔、转盘塔、振动筛板塔等）。 一液相为连续相，另 一液相为分散相，分 散相和连续相呈逆流 流动；两相在流动过 程中进行质量传递， 其浓度沿塔高呈连续 微分变化；两相的分 离在塔的上下两端进 行。
A
B
R1 R
M1 d
E1 E S
3、混溶点 对任何B、 的两相混合物 当加入A的量使混合液恰好变为均相 的两相混合物， 对任何 、S的两相混合物，当加入 的量使混合液恰好变为均相 的点称为混溶点。 的点称为混溶点。
A
B R d1
d2
d3
d4 E
S
溶解度曲线上所有的点都是混溶点，既可能代表E相 溶解度曲线上所有的点都是混溶点，既可能代表 相，也可能代 表R相。 相
萃取操作的基本流程
特点：单级萃取最多为一次平衡，故分离程度不 特点：单级萃取最多为一次平衡， 高，只适用于溶质在萃取剂中的溶解度很大或溶 质萃取率要求不高的场合。 质萃取率要求不高的场合。
萃取操作的基本流程
2、多级错流萃取
料液 Feed 萃取剂 Solvent
1
萃取相 Extract
2
3
N
萃余相 Raffinate
(1) M点为 与D点的和点，C点 点为C与 点的和点， 点 点的和点 点为 点与D点的 差点， 点 为 M点与 点的 差点 ， D点 点与 点的差点 点与C点的差点 为 M点与 点的差点 。 分点 点与 点的差点。 与合点在同一条直线上， 与合点在同一条直线上 ， 分 点位于合点的两边； 点位于合点的两边； (2) 分量与合量的质量与直线上 相应线段的长度成比例， 相应线段的长度成比例 ， 即 ：
化工原理下萃取-1
• 混合过程: F（A+B）及S 充分接触,组分转移； • 澄清过程: 形成两相,由于密度差而分层。
萃取相E, y——溶剂相中出现 (S+A+B) 萃余相R, x——原料液中出现溶剂 (B+S+A)
• 脱除溶剂: 在两分离塔中,脱除溶剂
萃取相脱除溶剂得萃取液E′, y′
萃余相脱除溶剂得萃余液R′, x′
使用辅助曲线，已知一相的组成可求得另一相的组成。
8.2.3 分配曲线及分配系数
三元混合物系相平衡关系的另一种表示方法。
1、分配曲线 横座标：萃余相中溶质的组成 纵坐标：萃取相中溶质的组成
R
x1
x2
x3
E
y1
y2
y3
共轭相中的组成标绘如图转换）。
mE xA zA zS xS mR zA yA yS zS
此式说明,三个组成点在一条直线上,即M点位于R E 点的连接线上,且
mE RM mR ME
mE ME mR RM
称为杠杆定律。
在工程上常用图解法,即杠杆定律:
A
mE ME mR RM
R M
E
B
S
R点、E点的和点M对应组成为总组成。
质量分别为mR和mE的两种三元混合物,其组 成分别为xA, xB, xs和yA,yB,ys ,两者混合物M的 质量为mM,其总组成如何?
( zA, zB, zs)。
物料衡算: mM=mR +mE
mM zA mR xA mE yA mM zs mR xs mE ys
将方程整理成如下形式：
第一类物系：
A
yA
y=x
K
B
S
萃取相E, y——溶剂相中出现 (S+A+B) 萃余相R, x——原料液中出现溶剂 (B+S+A)
• 脱除溶剂: 在两分离塔中,脱除溶剂
萃取相脱除溶剂得萃取液E′, y′
萃余相脱除溶剂得萃余液R′, x′
使用辅助曲线，已知一相的组成可求得另一相的组成。
8.2.3 分配曲线及分配系数
三元混合物系相平衡关系的另一种表示方法。
1、分配曲线 横座标：萃余相中溶质的组成 纵坐标：萃取相中溶质的组成
R
x1
x2
x3
E
y1
y2
y3
共轭相中的组成标绘如图转换）。
mE xA zA zS xS mR zA yA yS zS
此式说明,三个组成点在一条直线上,即M点位于R E 点的连接线上,且
mE RM mR ME
mE ME mR RM
称为杠杆定律。
在工程上常用图解法,即杠杆定律:
A
mE ME mR RM
R M
E
B
S
R点、E点的和点M对应组成为总组成。
质量分别为mR和mE的两种三元混合物,其组 成分别为xA, xB, xs和yA,yB,ys ,两者混合物M的 质量为mM,其总组成如何?
( zA, zB, zs)。
物料衡算: mM=mR +mE
mM zA mR xA mE yA mM zs mR xs mE ys
将方程整理成如下形式：
第一类物系：
A
yA
y=x
K
B
S
化工原理 - 9液液萃取
(4)双组分萃取(回流)分述 i)当混合液中欲分离的两组分，在萃取剂中的溶解 度的差别不大时，必须采用回流萃取才能使两组分 完全分离。 ii)回流萃取的原理和流程，与精馏过程类似。
9.1 概述
南京工业大学
四.萃取的分离效果
9.1 概述
南京工业大学
四.萃取的分离效果
1.主要表现：为被分离物质的萃取率和分离产物的 纯度。 萃取率：萃取液中被提取的溶质量与原料液中的溶 质量之比。 萃取率愈高, 分离产物的纯度愈高, 表示萃取过程 的分离效果愈好。
E、R两相的量与线段RM、ME成比例：
x zA E RM A R z A yA ME
xA zA x z E E RM A A M E R RM ME (xA zA) (zA yA ) xA yA
R ME z yA A M xA yA RE
相点的直线称为联结线RiEi；
9.2 液‐液相平衡原理
联结各共轭相的相点及 P点的曲线(R0R1R2RiRnP EnEiE2E1E0)，即为实验 温度下该三元物系的溶 解度曲线。 溶解度曲线将三角形相 图分为两个区域：曲线 以内的区域为两相区， 以外的区域为均相区。
南京工业大学
9.2 液‐液相平衡原理
9.2 液‐液相平衡原理
南京工业大学
一.三角形相图
9.2 液‐液相平衡原理 2.相律
南京工业大学
一.三角形相图
1.坐标图的种类：(1)等边三角形; (2)等腰直角
三角形(常用)；(3)不等腰直角三角形
(1) F=C－Φ＋2＝3－2＋2＝3；(2) 一定温度、压强 下，规定一相的一个组成即可确定系统。
x A BE 0.40
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
化工原理第十一章 液液萃取和固液萃取
yA yA
同样，对稀释剂B有
kB
B在E相中得浓度＝ B在R相中得浓度
yB yB
萃取剂的选择性，用选择性系数 表示
kA yA / xA yA / yB (A / B)E kB yB / xB xA / xB ( A / B)R
要注意以下几方面：
1、 选择性 2、 萃取相与萃余相的分离 3、 萃取剂得回收
C2 （ b）
C1
图11－3 相平衡图
2024/3/26
5
三、杠杆规则
如图11－4所示，混合物M分成任意两个 相E和R，或由任意两个相E和R混合成一 个相M，或任意两个组分E和R混合成一个 混合物M（E、、R、M可以为同一相）。 则在三角形相图中表示其组成得点M、E 和R必在以直线上，且符合以下比例关系
除此之外，萃取剂还应满足一般得工业要求。
2024/3/26
7
11.1.4单级萃取
S F
S
E 3
萃 取 液E'
M
S
2
1
R
4
图 11－ 5 单 击 萃 取 流 程
萃 余 液 R‘
1－ 混 合 器 ； 2－ 分 层 器 ； 3－ 萃 取 相 分 离 设 备 ； 4－ 萃 余 相 分 离 设 备
2024/3/26
8
一、利用三角形相图的图解计算
如图11—6所示，单级萃取得计算步骤
如下：
A
E'
1、 根据已知得平衡数据在直角三角形
相图中作出溶解度曲线及辅助曲线。
辅助曲线
2、由已知原料液组成xF在边AB上定点
F，连接点S和F。有
F
S FM
F MS
3、点M利用辅助曲线作联结线。有
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。
化工原理实验—萃取
化工原理实验—萃取萃取是化工工程中常见的分离纯化技术，其基本原理是将混合物中的目标化合物转移至另一种不相混溶的可溶剂中，从而实现分离纯化。
萃取广泛应用于化工、生物工程、食品行业等领域，具有操作简便、分离效率高、纯度可控等优点。
本实验旨在通过萃取实验，加深学生对萃取原理及操作技巧的理解，提高学生解决工程问题的能力和综合实验操作技能。
实验一：两相萃取分离苯和甲苯实验原理：苯和甲苯是两种不同的有机物，可以用两相萃取法进行分离。
两相萃取法是指两种可相互溶解的液体用分液漏斗分离，其中一种液体通常为水，称为水相，另一种液体为无水溶液，称为有机相。
以苯和甲苯为例，实验原理如下：苯和甲苯对水不溶，可以用水作为萃取剂，使其溶于水相中，从而完成两相分离。
实验步骤：1. 将5 mL苯和5 mL甲苯混合在干净干燥的锥形瓶中，摇匀后记录混合物体积。
2. 将混合液倒入分液漏斗中，加入等体积的水。
3. 将分液漏斗盖住并轻轻摇动，使两相充分混合。
4. 等两相分离后，打开分液漏斗的滴嘴，放出有机相，记录体积。
5. 重复取两组数据。
6. 根据实验数据计算苯和甲苯在水中的分配系数。
实验结果：实验数据如下表所示：混合物体积/mL 有机相体积/mL10 5.5计算分配系数：由于苯和甲苯对水不溶，可以假设二者在水相中的浓度非常接近于0，因此可以利用分配定律（分配系数=有机相中溶质的摩尔浓度/水相中溶质的摩尔浓度）计算分配系数。
在实验中，混合物体积相同，有机相中苯和甲苯的摩尔浓度分别为：由于苯和甲苯的分子量相似，可将它们的平均摩尔浓度作为计算结果（C=（0.043+0.043）/2=0.043 mol/L）。
水相中溶质的摩尔浓度非常接近于0，可认为不对分配系数产生影响。
Kd = (5.5 mL/10 mL)/(4.5 mL/10 mL) ≈ 1.22实验二：萃取纯化对乙酰氨基酚实验原理：对乙酰氨基酚是一种亲水性较强的化合物，可以通过萃取纯化的方法提高其纯度。
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二、萃取塔工艺尺寸的确定
1. 萃取塔有效高度的确定 (1) 等板高度法
与填料吸收塔类似
ZNT•HETP hn•HETS
提示：HETS与HETP不一定相等。
萃取级数 等板高度
二、萃取塔工艺尺寸的确定
(2)传质单元数法
与填料吸收塔类似
ZKY V aYY 21Yd X Y*HOGNOG
萃余相 总传质 单元数
一、微分接触逆流萃取的流程
连续相 分散相 重相 轻相
微分接触逆流萃取流程 1-萃取塔 2-流量计 3-离心泵
一、微分接触逆流萃取的流程
分散相选择的原则： ① 两相流量相差较大时，流量小的作为分散相； ② 用填料塔时，润湿性能差的作为分散相； ③ 两相黏度相差较大时，黏度大的作为分散相； ④ 安全角度考虑，易燃、易爆的液体作为分散相。
超临界萃取是具有特殊优势的分离技术。多年 来，众多的研究者以炼油、食品、医药等工业中的 许多分离体系为对象开展了深入的应用研究。在石 油残渣中油品的回收、咖啡豆中脱除咖啡因、啤酒 花中有效成分的提取等工业生产领域，超临界萃取 技术已获得成功的应用。
用超临界CO2从咖啡中提取咖啡因的流程 1－萃取塔 2－水洗塔 3－蒸馏塔 4－脱气罐
T1 = T2 p1 = p2
超临界萃取等温等压吸附流程
四、超临界萃取的特点
超临界萃取的特点：
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的传递特性，具有更高的传 质速率； ③适合于热敏性、易氧化物质的分离或提纯； ④操作压力高，设备投资较大。
五、超临界萃取的应用示例
hKX B aX XnFXd X X*HORNOR
萃余相 总传质 单元高 度
二、萃取塔工艺尺寸的确定
萃余相总传质单元数的计算 与填料吸收塔类似
NOG1 1Sln(1S)Y Y1 2 Y Y22**S
NOR111 ln(1A1m)X XF n X Xnn**A1m Am
二、萃取塔工艺尺寸的确定
2. 萃取塔塔径的计算
第4章 液－液萃取
4.4 其他萃取分离技术 4.5 液－液萃取设备 4.5.1 萃取设备的基本要求与分类
一、萃取设备的基本要求
萃取设备的基本要求： ①两相充分的接触并伴有较高程度的湍动； ②有利于液体的分散与流动； ③有利于两相液体的分层。
化工原理下萃取过程的流程与 计算
二、多级逆流萃取的计算
2. B与 S不互溶物系的计算 (1) 直角坐标图图解法
在第 1 级至第 i 级之间进行质量衡算
BX F
BX1
1
S Y1
SY2
BX i 1
BX i
i
S Yi
S Yi1
B X FSY i 1B X iSY 1
二、多级逆流萃取的计算
整理得
Yi1B SXi (Y1B SXF)
1．超临界流体
如果某种气体处于临界温度之上，则无论压力 增至多高，该气体也不能被液化，称此状态的气体 为超临界流体。
超临界流体
二氧化碳
乙烯 √
乙烷
丙烷
一、超临界流体及其基本性质
2. 超临界流体的基本性质 密度：接近于液体。
超临界流体 的基本性质
黏度：接近于气体。
自扩散系数：介于气体和液体之间， 比液体大100倍左右。
超临界萃 取的流程
等温变压流程 等压变温流程 等温等压吸附流程
超临界萃取等温变压流程
1－萃取器 2－膨胀阀 3－分离槽 4－压缩机
T1 = T2 p1 > p2
1－萃取器 2－加热器 3－分离槽 4－泵 5－冷却器
T1 < T2 p1 = p2
超临界萃取等压变温流程
1－萃取器 2－吸附剂 3－分离槽 4－泵
B
斜率
操作线方程
S
过点 ( X F , Y1 )
( X n , YS )
Y1
1
J
2
3
YS
4 D
斜率
B/S
Xn
XF
x x n计算 ≤ n规定
n=4
多级逆流萃取直角坐标图图解计算
二、多级逆流萃取的计算
(2) 解析法
设平衡关系为 YKX
类似于逆流吸收
(B ) V S (S ) (Xn) Y2 X 2 (Y S )
横坐标
c
(
)0.2 ( a)1.5
c
纵坐标
U cF
UcF[1(UD/Uc)0.5]2c ac
填料萃取塔的液泛速度关联图
第4章 液－液萃取
4.3 萃取过程的计算 4.4 其他萃取分离技术 4.4.1 带回流的逆流萃取(选读) 4.4.2 伴有化学反应的萃取(选读) 4.4.3 超临界流体萃取
一、超临界流体及其基本性质
NTln1Aln11 AY Y12 Y Y2* 2 *1 A
nln1Amln1A 1mX XF n Y YS S//K KA 1m
(B ) V S (S )
( X F ) Y 1 X 1 (Y1 )
萃取因子
二、多级逆流萃取的计算
(3)适宜溶剂量的确定
处理量F 一定
S ～S/F ～n
根据工程经验
设备费 操作费
不同物质在二氧化碳中的溶解度
二、超临界萃取的基本原理
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
溶剂与萃取 组分分离
三、超临界萃取的典型流程
超临界萃取过程分为萃取和分离两个阶段，按 分离方法不同分为三种流程。
D 4Vc U c
萃取塔塔径
式中：Vc——连续相的体积流量，m3/s；
Uc—— 连续相的表观速度（空塔速度)，m/s。
二、萃取塔工艺尺寸的确定
连续相表观速度的计算
U c0.5~0.8U cF
式中：UcF —— 连续相的液泛表观速度，m/s。
萃取塔液泛 一相的流速过大，将另一相夹带由其自身的
入口处流出塔外。
一、超临界流体及其基本性质
3. 超临界流体临界流体
的密度ρ的关系
lnCklnm
超临界流体既具 有与液体相近的溶解
比例系数
常数
能力，萃取时又具有 远大于液态萃取剂的
ρ ～C
传质速率。
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
S= (1.1~2.0)Smin适宜溶剂用量
Y
1
Y1
Y1
max
YS
(B/S)
B/S
Xn
XF
最小溶剂用量
maxBSmin
SminB
max
max
Y1* YS XF Xn
第4章 液－液萃取
4.3 萃取过程的计算 4.3.1 单级萃取的计算 4.3.2 多级错流萃取的流程和计算 4.3.3 多级逆流萃取的流程和计算 4.3.4 微分接触逆流萃取