第四章 液液萃取02

一、计算前提
1. 理论级
离开的两相Rm、Em呈相平衡关系，称为理论级
2. 物料衡算
Rm-1 + Em+1 = Rm + Em 总物料衡算： A衡算：Rm-1xm-1,A + Em+1ym+1,A = Rmxm,A + Emym,A S衡算：Rm-1xm-1,S + Em+1ym+1,S = Rmxm,S + Emym,S
1. 多级逆流萃取流程
（1）原料液从第1级进入流经各级，成为各级萃余相，从第 n级流出 （2）萃取剂从第n级进入，依次与各级萃余相逆向接触，从 第1级流出
2. B、S部分互溶多级逆流萃取计算
（1）图解法求级数n依据
总物料衡算： F + S = Rn +E1 第1级物料衡算：F + E2 = R1 +E1 第2级物料衡算：R1 + E3 = R2 +E2 第n级物料衡算：
二、单级萃取流程及计算
1. 单级萃取流程
2. 单级萃取计算
（1）各液相组成均用A的质量分数表示 （2）已知：相平衡条件、原料液用量F及xF、萃余相组成xR （3）计算：溶剂用量S、萃余相量R、萃余相量E及组成yE （4）计算方法：解析法、图解法
3. 图解法
S FM FM S F F SM SM R EM R, E E RM R E F S
yA、yB：萃取相中溶质A、原溶剂B的质量分数 xA、xB：萃余相中A、B的质量分数
2. 分层
萃取剂与原溶剂具有较大密度差、具有适中表面张力， 使萃取相与萃余相能较快分层
3. 回收性
分层后两相，常以蒸馏法分离、回收萃取剂 （1）萃取剂与其他组分的a大，浓度低组分为易挥发组分 （2）被萃物挥发度低时，萃取剂汽化热要小
多级逆流萃取-说明
操作点△1、△2 哪个代表的S大：
操作点△在左侧时，S越小，△离B点越近
多级逆流萃取-说明
操作点△1、△2 哪个代表的S大：
操作点△在右侧时，S越大，△离S点越近
2. B、S部分互溶多级错流计算—图解法
图解步骤： a. 由xF、F、S和杠杆原理定和点M1 b. 利用辅助线过M1作共轭线，定点R1、E1及其大小
F S R1 E1 R1 M1 E1 E1 R1 M1
c. 由R1、S和杠杆原理定和点M2 b. 利用辅助线过M2作共轭线，定点R1、E2
xA,F
F
E M
xA R
ME ME R M 131 90 kg RE RE RxA 0.54 读图得xA = 0.18 FxA,F
三、多级错流萃取流程及计算
1. 多级错流萃取流程
（1）每一级均用新鲜萃取剂， 传质推动力较大 （2）上一级萃余相为下一级原料液 （3）溶剂总用量为各级用量之和，一般各级溶剂用量相等
萃取基本原理：
利用组分在不同溶剂中溶解度的差异进行物质分离 的操作（传质过程）
萃取中常用名词
（1）溶质A：预分离的组分 （2）稀释剂B：原溶剂、惰性溶剂 （3）萃取剂S：萃取过程外加溶剂 （4）萃取相E：以S为主，溶有较多A S+A+B （5）萃余相R：以B为主，含有未被萃取完A B+A+S （6）萃取液E0
（7）萃余液R0
适合采用萃取操作的分离过程
（1）分离溶液中的溶液a 接近1或形成恒沸物的溶液 （2）提取稀溶液中的有价物质 （3）溶液中回收热敏性物质
溶液组成表示方法，三角形相图
（溶质）
（1）顶点代表纯组分 （2）每条边代表二元溶液 坐标表示质量分数
xA + xB = 1
（3）相图中点代表三元溶液
1 1 31kg溶剂分两次，每次15.5kg 0.134 F S1 115.5 FS 作辅助线过M1作共轭线
FM
S
15.5
计算R1量 R1 M 1
E1 R1 M2 R2
M 1 E1 133 (100 15.5) 100.4 kg R1 E1 153 R1 M 2 S2 15.5 0.134 作R1S线， 定 M2 点 R1 S 115.9 R1 S E
3. 辅助线
辅助线：利用辅助线可求任一平衡液相的共轭相
4. 临界混溶点（褶点）
P R
E
（ 1 ）平衡的两共轭相组成无限趋近变为 一相所对应的点 （2）将溶解度曲线分为两部分： 靠 B 一侧为萃余相部分，靠 S 一侧为 萃取相部分 （ 3 ）一般不是溶解度曲线的顶 点，其位置可由实验测定
均相区
均相区 溶解度曲线 联结线 辅助线 临界混溶点 联结线 溶解度曲线 两相区 两相区
T1 > T2 > T3 > T4 > T5
五、萃取剂的选择
1. 选择性
萃取剂S为原料液中溶质A的良溶剂，为原溶剂B的不良溶剂 y A yB y A x A k A 选择性系数： x A xB yB x B k Β
yA yB 萃取相、萃余相在脱去S后有相同组成， =1 x A xB S不适宜，无法萃取分离 萃取要求： 1， kA越大越好，kB越小越好 = ∞，yB = 0，B、S完全不互溶，萃取最理想情况
溶解度曲线 均相区
第I类物系直角三角形相图
第II类物系直角三角形相图
三、分配系数和分配曲线
1. 分配系数（k）
一定温度下， 某组分在互为平衡的E、R相中的组成之比 yA kA A的分配系数： xA yB B：kB xB
2. 分配曲线
分配曲线
四、温度对相平衡关系的影响
温度↑，物系互溶度↑ 萃取操作范围↓ 某些物系降温会由第I类 物系变为第II类物系 ∴降温有利于萃取 低温会影响溶液的粘度 等其他物性，萃取操作 应选择适当温度
xF
F R1 R2 R3
M1
E1 M2 M3 E2
R1 S R2 E2
R2 M 2 E2 E2 R2 M 2
E3
d. 如此重复，直至xn小于指定 xR为止，共轭线个数即为理论 级数
例3. 三级错流萃取，使用纯溶剂，溶解度曲线如图所示。已知 xF，各级溶剂比： S1/F=S2/R1=S3/R2=1，各级分配系数 kA为1， 试在相图中表示三级错流过程。
（1）其他已知条件不变，但 S 非纯溶剂，其中 A 含量为 yS ， 求S、R、E、yE
xF yE 、 R 中脱去全部 S ， 求萃取液和萃余液的量 E’ 、 o o R’及组成 yE 、xR
R E F R E F E R F
o o yE xF x R
xA zA yA xS zS R （差点） M （和点） E （差点）
E zA xA zS xS MR Q R yA zA yS zS ME
M点称为E、R两点的和点 E、R两点称为差点
yS
原料液F中加入萃取剂S，所得混合液M的组成如何判断？
MF S MS F
F M
增加萃取剂S的用量，M点的位置如何变化？
4. 其他性质
粘度较低 稳定性好 腐蚀性小 毒性小 价廉易得
六、萃取过程图示
萃取剂S 萃取液E° E° 回收S 萃余相R F M E
萃取相E
R 萃余液R° R°
整个过程将F分离为含A较多的萃取液E° 原料液F（A+B） 与含A较少的萃余液R°
4.3 萃取过程计算
物理萃取 化学萃取 二元萃取 多元萃取 分级接触式 逆流微分接触式
xB = 1- xA - xS
xA xB
（原溶剂） xS
（萃取剂）
杠杆规则
R点：组成为xA、xB、xS，质量为R的溶液 E点：组成为yA、yB、yS，质量为E的溶液 （ 1）表示新混合液组成的 M点落在表示两 原溶液组成的E、R两点的连线上 （ 2 ） M 点位置由线段 MR 与 ME 之比等于 E 与R之比确定：MR/ME = E/R
o E’ yE
R, E
o R’ xR
（3）萃取液所能得最高含量为多少
o （4） ymax 所需萃取剂用量
S F
FM SM
o y （5）萃取剂的最大用量为多少 max
Smax F
FH SH FG SG
（6）萃取剂的最小用量为多少
Smin F
F R
G
M
E H
F与 S的和点落在溶解度曲线上 时，对应S的最大或最小用量， 物系只有一相，无法萃取分离
S – Rn = E1 – F E1 – F = E2 – R1 E2 – R1 = E3 – R2 En – Rn-1 = S – Rn

E1 – F = E2 – R1 = E3 – R2 = … = En – Rn-1 = S – Rn = D（净流量）
和点 差点和点 差点 和点 差点 和点 差点 和点差点 差点
操作线方程
（2）图解法求级数n步骤 a. 确定F、S、Rn位置 b. 由F、S量确定和点M c. 连结Rn、M，延长得E1 d. 连点F、E1 ，Rn、S，延长得交点D e. 过E1作共轭线E1R1 f. 连结R1D，交溶解度曲线于E2 F xF g. 过E2作共轭线E2R2，连结R2D，交溶解 度曲线于E3 E1 M h. 如此反复，直至所作R≤Rn，共轭线 R1 条数即为理论级数
2
xA,2
过M2作共轭线， 计算R2量
M 2 E2 141 R2 M 2 115.9 82.1 kg 199 R2 E2
（ 2）
R2 xA,2 FxA,F
82.1 0.12 读图得xA,2 = 0.12 100 0.3 0.33
四、多级逆流萃取流程及计算
解：