化工过程系统工程
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具有处理量大、分离效果好、回收率高、可连续操作以及自动控制 等特点，因此得到了广泛的应用。
化工过程系统工程
4.1 液液萃取过程
n 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，润滑油的精制等； n 湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金 等贵金属的分离和提取； n 磷和硼等无机资源的提取和净化； n 医药工业中的多种抗生素和生物碱的分离提取； n 食品工业中有机酸的分离和净化； n 环保处理中有害物质的脱除等。
化工过程系统工程
4.1.1 特点和主要研究内容
1. 液液萃取过程的特点
(1)萃取过程的传质前提是两个液相之间的相互接触；
(2)两相的传质过程是分散相液滴和连续相之间相际传质
过程。
(3)两相间的有效分散是提高萃取效率的有效手段。
(4)两相的分离需借助两相的密度差来实现。
(5)液液萃取过程可以在多种形式的装置中通过连续或间
2. 微分萃取过程
以各种塔为萃取设备的连续萃取过程。特点是设备紧凑，操作 简单，结构形式选择多；但易出现轴向返混，影响萃取效率。
化工过程系统工程
4.3.2 逐级萃取过程
1. 逐级萃取过程分析
(1)逆流萃取 (2)错流萃取
化工过程系统工程
4.3.2 逐级萃取过程
2. 逐级萃取过程的计算
(1)麦克凯贝-赛尔图解法 平衡线：
歇的方式实现。
化工过程系统工程
4.1.1 特点和主要研究内容
2. 液液萃取的主要研究内容
(1)确定萃取体系 包括被萃相体系和萃取相体系的 构成，如被萃相的酸碱度、萃取相的稀释剂等。
(2)测定相平衡数据 分配系数和分离系数。 (3)确定工艺和操作条件 相比、萃取剂和稀释剂 用量、被萃物浓度、萃取温度等。 (4)萃取流程的建立 完整的萃取和反萃流程。 (5)设备的确定 设备形式和结构。
化工过程系统工程
4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
1. 萃取剂的选择
(1) 萃取剂应具备的特点 ①萃取剂中至少要有一个能与被萃物形成萃合物的
官能团。常见的萃取官能团通常是一些包含N、O、P、 S的基团。
②萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构或基团， 如长链烃、芳烃等，以利于萃取剂在稀释剂中的溶解， 并防止被萃相对它的溶解夹带损失。
化工过程系统工程
2020/11/12
化工过程系统工程
4.1 液液萃取过程
基本概念
利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解度差而将其从一个液相转移 到另一个液相的分离过程称为液液萃取，也叫溶剂萃取，简称萃取。
待分离的一相称为被萃相，萃取后成为萃余相，用做分离剂的相称为 萃取相。
萃取相中起萃取作用的组分称为萃取剂，起溶剂作用的组分称为稀释 剂或溶剂。
化工过程系统工程
解例 4-2
①用LIX64萃取水相硫酸铜中的Cu2+反应式为：
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4.1.3 萃取过程中的常用名词
1. 分配比
达到萃取平衡时，被萃物在两相中的浓度比称为被萃物的分配比，也 称为分配系数。
其中， 为被萃物A在萃取相（有机相）中的浓度； A在被萃相（水相）中的浓度。
为被萃物
分配比D的值越大，被萃物越容易进入萃取相。
D通常不是常数，要受萃取体系和萃取条件的影响，应根据实验来测 定；D=0，表示待萃取物完全不被萃取，D=∞，表示完全被萃取。
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4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
2. 常用萃取剂
①中性萃取剂 包括含磷类、含氧类和含硫类重型 萃取剂，如磷酸三丁酯(TBP)、甲基异丁基酮(MIBK)、 二辛基亚砜(DOSO)等。
②有机酸萃取剂 等。
包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸
③胺类萃取剂 各种有机胺和胺盐。
④螯合萃取剂 各种有机螯合物、冠醚等。
由萃取平衡实验测得。 操作线：
斜率=L/G 即，被萃相与萃取相的流量 之比。 萃取级数：阶梯作图法。
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4.3.2 逐级萃取过程
(2)逐级计算法 逐级计算法是逐级萃取过程的基本计算方法，特别是各 萃取级分配系数不同时，采用逐级计算法计算萃取过程所 需理论级数和各级浓度分布是最常用和最稳妥的方法。 在实际萃取过程中，经常会出现各级分配系数发生变化 的情况，如用酸性萃取剂萃取电解质溶液中的金属离子时， 随着金属离子量的增加，被萃相中的H+浓度会随之增大， 导致被萃相的酸度逐级增大，因而影响到被萃离子在两相 中的分配比。
化工过程系统工程
4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
(2)萃取剂选择要点 ①选择性好 表现为分离系数大。 ②萃取容量大 表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。 ③化学稳定性强 耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。 ④易与原料液相分层 不乳化、不产生第三相。 ⑤易于反萃或分离 便于萃取剂的重复利用。 ⑥安全性好 无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。 ⑦经济性好 成本低、损耗小。
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例 4-2
各级分配系数变化时的逐级计算
水 相 料 液 (L) 中 含 Cu2+ 为 xf=2.5kg/m3 ， 含 H2SO4 为 Hf=1.0kg/m3；有机相为含萃取剂(LIX64)10%的煤油溶液(G)， 由于是萃取反萃循环使用，其中残留Cu2+为yf=0.075kg/m3；两 相体积流比为 G/L=60/75；要求经多级逆流萃取后 ，萃余相中 Cu2+的含量为x1=0.35kg/m3。计算流程所需的理论级数和逐级浓 度分布。
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4.1.3 萃取过程中的常用名词
2. 相比
萃取体系中萃取相 与 被萃相的体积比。
在连续萃取过程中，通常用两相的流比取代相比。 为萃取相流量， 为被萃相流量。
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4.1.3 萃取过程中的常用名词
3. 分离系数
分离系数又称为分离因子，表示被萃相中两种物质可 被某种萃取剂所分离的难易程度，它等于这两种物质在 相同萃取条件下的分配比之比。
与相对挥发度一样，分离系数值越远离1，两种物质越 容易分离；反之则不容易。
Fra Baidu bibliotek化工过程系统工程
4.2 液液相平衡
略
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4.3 萃取过程计算
4.3.1 萃取过程分析
常用的工业萃取过程根据使用的设备通常分为逐级萃取过程和 微分萃取过程。
1. 逐级萃取过程
以多级混合澄清槽为萃取设备的连续萃取过程。特点是每一个 萃取级构成一个平衡级， 易实现过程分解、组合与控制。
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4.1 液液萃取过程
n 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，润滑油的精制等； n 湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金 等贵金属的分离和提取； n 磷和硼等无机资源的提取和净化； n 医药工业中的多种抗生素和生物碱的分离提取； n 食品工业中有机酸的分离和净化； n 环保处理中有害物质的脱除等。
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4.1.1 特点和主要研究内容
1. 液液萃取过程的特点
(1)萃取过程的传质前提是两个液相之间的相互接触；
(2)两相的传质过程是分散相液滴和连续相之间相际传质
过程。
(3)两相间的有效分散是提高萃取效率的有效手段。
(4)两相的分离需借助两相的密度差来实现。
(5)液液萃取过程可以在多种形式的装置中通过连续或间
2. 微分萃取过程
以各种塔为萃取设备的连续萃取过程。特点是设备紧凑，操作 简单，结构形式选择多；但易出现轴向返混，影响萃取效率。
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4.3.2 逐级萃取过程
1. 逐级萃取过程分析
(1)逆流萃取 (2)错流萃取
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4.3.2 逐级萃取过程
2. 逐级萃取过程的计算
(1)麦克凯贝-赛尔图解法 平衡线：
歇的方式实现。
化工过程系统工程
4.1.1 特点和主要研究内容
2. 液液萃取的主要研究内容
(1)确定萃取体系 包括被萃相体系和萃取相体系的 构成，如被萃相的酸碱度、萃取相的稀释剂等。
(2)测定相平衡数据 分配系数和分离系数。 (3)确定工艺和操作条件 相比、萃取剂和稀释剂 用量、被萃物浓度、萃取温度等。 (4)萃取流程的建立 完整的萃取和反萃流程。 (5)设备的确定 设备形式和结构。
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4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
1. 萃取剂的选择
(1) 萃取剂应具备的特点 ①萃取剂中至少要有一个能与被萃物形成萃合物的
官能团。常见的萃取官能团通常是一些包含N、O、P、 S的基团。
②萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构或基团， 如长链烃、芳烃等，以利于萃取剂在稀释剂中的溶解， 并防止被萃相对它的溶解夹带损失。
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2020/11/12
化工过程系统工程
4.1 液液萃取过程
基本概念
利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解度差而将其从一个液相转移 到另一个液相的分离过程称为液液萃取，也叫溶剂萃取，简称萃取。
待分离的一相称为被萃相，萃取后成为萃余相，用做分离剂的相称为 萃取相。
萃取相中起萃取作用的组分称为萃取剂，起溶剂作用的组分称为稀释 剂或溶剂。
化工过程系统工程
解例 4-2
①用LIX64萃取水相硫酸铜中的Cu2+反应式为：
化工过程系统工程
4.1.3 萃取过程中的常用名词
1. 分配比
达到萃取平衡时，被萃物在两相中的浓度比称为被萃物的分配比，也 称为分配系数。
其中， 为被萃物A在萃取相（有机相）中的浓度； A在被萃相（水相）中的浓度。
为被萃物
分配比D的值越大，被萃物越容易进入萃取相。
D通常不是常数，要受萃取体系和萃取条件的影响，应根据实验来测 定；D=0，表示待萃取物完全不被萃取，D=∞，表示完全被萃取。
化工过程系统工程
4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
2. 常用萃取剂
①中性萃取剂 包括含磷类、含氧类和含硫类重型 萃取剂，如磷酸三丁酯(TBP)、甲基异丁基酮(MIBK)、 二辛基亚砜(DOSO)等。
②有机酸萃取剂 等。
包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸
③胺类萃取剂 各种有机胺和胺盐。
④螯合萃取剂 各种有机螯合物、冠醚等。
由萃取平衡实验测得。 操作线：
斜率=L/G 即，被萃相与萃取相的流量 之比。 萃取级数：阶梯作图法。
化工过程系统工程
4.3.2 逐级萃取过程
(2)逐级计算法 逐级计算法是逐级萃取过程的基本计算方法，特别是各 萃取级分配系数不同时，采用逐级计算法计算萃取过程所 需理论级数和各级浓度分布是最常用和最稳妥的方法。 在实际萃取过程中，经常会出现各级分配系数发生变化 的情况，如用酸性萃取剂萃取电解质溶液中的金属离子时， 随着金属离子量的增加，被萃相中的H+浓度会随之增大， 导致被萃相的酸度逐级增大，因而影响到被萃离子在两相 中的分配比。
化工过程系统工程
4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
(2)萃取剂选择要点 ①选择性好 表现为分离系数大。 ②萃取容量大 表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。 ③化学稳定性强 耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。 ④易与原料液相分层 不乳化、不产生第三相。 ⑤易于反萃或分离 便于萃取剂的重复利用。 ⑥安全性好 无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。 ⑦经济性好 成本低、损耗小。
化工过程系统工程
例 4-2
各级分配系数变化时的逐级计算
水 相 料 液 (L) 中 含 Cu2+ 为 xf=2.5kg/m3 ， 含 H2SO4 为 Hf=1.0kg/m3；有机相为含萃取剂(LIX64)10%的煤油溶液(G)， 由于是萃取反萃循环使用，其中残留Cu2+为yf=0.075kg/m3；两 相体积流比为 G/L=60/75；要求经多级逆流萃取后 ，萃余相中 Cu2+的含量为x1=0.35kg/m3。计算流程所需的理论级数和逐级浓 度分布。
化工过程系统工程
4.1.3 萃取过程中的常用名词
2. 相比
萃取体系中萃取相 与 被萃相的体积比。
在连续萃取过程中，通常用两相的流比取代相比。 为萃取相流量， 为被萃相流量。
化工过程系统工程
4.1.3 萃取过程中的常用名词
3. 分离系数
分离系数又称为分离因子，表示被萃相中两种物质可 被某种萃取剂所分离的难易程度，它等于这两种物质在 相同萃取条件下的分配比之比。
与相对挥发度一样，分离系数值越远离1，两种物质越 容易分离；反之则不容易。
Fra Baidu bibliotek化工过程系统工程
4.2 液液相平衡
略
化工过程系统工程
4.3 萃取过程计算
4.3.1 萃取过程分析
常用的工业萃取过程根据使用的设备通常分为逐级萃取过程和 微分萃取过程。
1. 逐级萃取过程
以多级混合澄清槽为萃取设备的连续萃取过程。特点是每一个 萃取级构成一个平衡级， 易实现过程分解、组合与控制。