串级萃取理论

Mn
Mj
洗 液 进 口
2、物料平衡的基本关系式
(1) 整个分馏萃取的物料平衡关系式 AF MF BF
1
n
n+m
MF =1.0 M F = M 1 + M n + m ⎯⎯ ⎯→ f A '+ f B ' = 1
AF = A1 + A n+ m BF = B1 + B n+ m
(2) 萃取段的物料平衡关系式
Js =
Em 1 − EM
S = Js ⋅ M 1
6、回洗比公式
Jw = W M n+m
EM ' =
S M n+m + W 1 = = 1+ >1 W W Jw
Jw =
1 EM '−1
W = Jw ⋅ M n + m
S = M n+m + W
7、水相进料的物料平衡关系式
W + 1 = S + fB ' S = W + fA'
k
W=
1 > Wmin , β −1
k
S = W + fA'
EM =
S , W +1
EM ' =
S W
，满足以下公式 (2)有机相进料时（ M F = 1.0 ）
1.0 > EM > ( EM ) min
fA − PA1 β ⋅ fA + fB 1 = ≈ f A − PA1 β ⋅ fA + fB
1、根据原料组成，确定分离切割线位置，确定 A 和 B，即确定 f A , f B 2．根据市场需求，确定产品分离指标
若 A 为主要产品，则规定 P An + m , Y A ⇒ a, b, PB1 ,Y B 若 B 为主要产品，则规定 PB1 ,Y B⇒ a, b, P An + m , Y A 规定两头产品纯度 P An + m , PB1 ⇒ a, b, Y A ,Y B
P A n+m =
af A fB 1 = ≈ 1− fB f B + af A a(1 − f B ) +1 (9) afA
(9)
b=
PB1 /(1 − PB1 ) fB / fA
⇒
PB1 =
bf B f 1 = ≈ 1− A fA bf B + f A bf B +1 bf B
(10)
a b 计算小结 1) 要求 A、B 纯度较高时，确定 P A n + m , PB1 ，求 YA、YB 与 a、b
W > (W ) min = ( S ) min + f B ≈
1 + fB β −1 EM ' = S +1 W
取S =
1 S (0 < k < 1) , W = S + f B ' = S + 1 − f A ' EM = , W β −1
k
（3）最优串级萃取工艺的确定
R=S*（n+m）
8
四、级数 n m 的确定 1、萃取段的级数
3
(c) a,b——纯化倍数
1）纯化倍数
a= ( A) n + m /( B) n + m P An + m / P Bn + m P An + m /(1 − P An + m ) = = ( A) F /( B) F fA / fB fA / fB
物理意义： 表示有机相出口产品中 A 与 B 的浓度之比，相对于料液中 A 与 B 的浓度之比增加的倍数。
YB =
B1 B1 = BF fB * M F
⇒ M1 =
YB * f b * MF YB * fb = = fB ' ( M F = 1.0水相出口的金属量) PB1 PB1
P A n+m =
An + m Mn + m f A * M F * YA P An + m
=
YA = f A *Y A P An + m
a(b − 1) ab − 1
a=
b − YB b(1 − YB)
fB af A 1 = ≈ 1− fB a(1 − f B ) f B + af A +1 afA
YA =
P A n+ m =
3）对有机相产品 YA, P A 有要求，求 YB, PB1
a, b
a=
P An + m /(1 − P An+ m ) fA / fB
S > ( S ) min = ( Js) min M 1 ≈ ( Js) min f B =
β ⋅ fA + fB 1 = + fA β −1 β −1
1 β −1
W > (W ) min = ( S ) min − M n + m ≈ ( S ) min − f A =
取W =
1 (0 < k < 1) β −1
M n −1 M1
1
2
n
Mn
(3) 洗涤段的物料平衡关系式
3、纯度，收率，出口分数的关系式
PB1 ：水相出口产品 B 的纯度
P An + m ：有机相出口产品 A 的纯度
YB：水相出口产品 B 的收率
YA：有机相出口产品 A 的收率
fA’：有机相出口分数
fB’：水相出口分数
PB1 =
B B1 ⇒ M1 = 1 PB1 M1
1 − ϕA An+m / B n+m 1 − ϕA (2) = =a⇒ =a AF / BF 1 − ϕB 1 − ϕB
(2)
ϕA =
a −1 ab − 1
(3)
ϕB =
b(a − 1) ab − 1
(4)
4
（2）YA、YB 与 a、b 的关系
b(a − 1(5) ) YB = ϕB = ab − 1
β ⋅ fA β ⋅ fB + fA
− P Bn + m ≈ 1 fB + fA
1 < EM ' < ( EM ' ) ma x =
f B − P Bn + m
β
Js > ( Js) min =
( EM ) min 1 1 ≈ S > ( S ) min = ( Js ) min M 1 ≈ ( Js) min f B ≈ 1 − ( EM ) min f B ( β − 1) β −1
当 A 、B 均为高纯产品时，则满足
7
1.0 > EM > ( EM ) min ≈ f A+
Js > ( Js) min =
fB
β
1 < EM ' < ( EM ' ) ma x ≈ β ⋅ f A + f B
( EM ) min β ⋅ f A + fB ≈ 1 − ( EM ) min f B ( β − 1)
fB'+ fA' = 1
6
优化串级萃取工艺的设计步骤
工艺设计任务：已知 β , β ' , f A , f B ，规定分离指标 （1）确定工艺参数： EM , EM ' , S ,W （2）计算工艺条件： n, m, Vs, VF , Vw 一、确定萃取体系，测定平均分离系数 β , β ' 二、分析原料组成，计算 f A , f B ；确定分离指标，计算纯化倍数 a,b
YA = 1 − ϕA = 1 −
(5) ⇒
a=
b − YB b(1 − YB)
(7)
(6)
a − 1 a (b − 1) = ab − 1 ab − 1
b=
a − YA a(1 − YA)
(8)
（3） P A n + m , PB1 与 a、b 的关系
a=
P An + m /(1 − P An+ m ) ⇒ fA / fB
PA*：萃取段纯度平衡线与操作线的交点
2 ⎧ 4(1 − EM )PA1 ⎫ ⎡ β ⋅ EM − 1 ⎤ 1 ⎪ β ⋅ EM − 1 ⎪ PA * = ⎨ + (1 − EM )PA1 + ⎢ + (1 − EM )PA1 ⎥ + ⎬ 2 ⎪ β −1 β −1 β −1 ⎣ ⎦ ⎪ ⎩ ⎭ β ⋅ EM − 1 (当PB1很高，P A1很小时) ≈ β −1
fB ' =
f B ⋅ M F ⋅ YB f B ⋅ YB = M F ⋅ PB1 PB1
5、回萃比公式 MF 级数
M
1
n
N+m
M
Js = S M1
EM = S / M1 S S Js = = = <1 W + MF S + M 1 S / M 1 + 1 Js + 1 W = S − Mn + m
（b 决定水相出口中 B 的纯度和有机相出口中 A 的收率）
2）分离效果指标之间的关系
（1） φ A， φ B 与 a,b 之间的关系
ϕB = ϕA =
B1 BF A1 AF
ϕB B1 / A1 ϕB = =b⇒ =b ϕA BF / AF ϕA
An+m AF B n+m BF
(1)
1 − ϕA = 1 − ϕB =
a=
P An + m /(1 − P An+ m ) fA / fB