萃取过程的计算

二、单级萃取过程- 部分互溶物系
图解法（ 已知 xF、F、 x’求S ）
①作溶解度曲线及辅助线 ②确定R’点
A
③连接R’S交溶解度曲线于点R
④由R及辅助线确定E ⑤连接RE,FS，两线相交于点M
E’
F R’ R
B
M
E
S
⑥由杠杆定律确定S
二、单级萃取过程- 部分互溶物系
图解法（ 已知 xF、F、S求x’ ）
(2)每次用50kg/h纯萃取剂进行两级错流萃取时所得的最
终萃余相的流量及其中醋酸的组成； (3)上述两种萃取操作的萃余率。
例题4
原料液为含丙酮20％(质量，下同)的水溶液，其 流量为800kg/h。现以纯三氯乙烷为萃取剂，在25℃ 下采用多级错流萃取过程从原料液中萃取丙酮，每一 级的三氯乙烷用量为320kg/h。要求最终萃余相中丙
二、单级萃取过程
流程：
萃取剂 S, y0 原料液F,
xF
萃取相
E, yA
脱除 SE 萃取液 E’, y’A
萃余相 R,
萃余液
脱除 SR R’,
xA
x’A
二、单级萃取过程－计算任务
平衡关系已知： Ⅰ 已知xF及F，规定萃余液组成x’，求S用量（包 括E与R量及组成）。 Ⅱ 已知xF及F、 S用量，求萃余液组成x’ （包括E 与R量及组成）
四、多级逆流萃取
流程与符号：
四、多级逆流萃取-计算任务
Ⅰ给定理论级数及分离要求，求溶剂用量S Ⅱ给定溶剂用量及分离要求，求理论级数NT Ⅲ给定理论级数及溶剂用量，求E’及R’组成
四、多级逆流萃取- 部分互溶物系
物料平衡及操作点△：
总物平 F S Rn E1 第1级 F E2 R1 E1 第2级 第i级
49.41
25.39
17.72
2.28
44.12
48.58
34.16
10.03
47.87
23.28
25.72
4.15
50.18
34.71
42.5
16.5
42.5
16.50
F
三、多级错流萃取过程 流程与符号：
三、多级错流萃取过程- 计算任务
理论上,每级S用量相等时总用量最小 Ⅰ给定理论级数及分离要求，求溶剂用量S Ⅱ给定溶剂用量及分离要求，求理论级数NT Ⅲ给定理论级数及溶剂用量，求E’及R’组成
A
E1 F R1 R2 R3 Rn
E2 E3 E4
S
M
B
四、多级逆流萃取-说明
操作点△位于左侧还是右侧：
S量小时可能在左侧, S量大时可能在右侧!
四、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
四、多级逆流萃取-说明
操作点△1、△2 哪个代表的S大：
F E1 R1 E 2 R i-1 Ei R n S
四、多级逆流萃取- 部分互溶物系（△坐标求解）
以任务Ⅱ为例： 已知 xF、F、 S， x’N 求NT
①作溶解度曲线及辅助线 ②由已知确定F、S，RN点 ③由杠杆定律确定M
④由M定E1 ⑤定操作点△ ⑥由E1定R1 ⑦由R1△定E2 ⑧…………..得NT
M2 M3
由xn<x给定求定NT
三、多级错流萃取过程 –完全不互溶物系
操作线方程（推导）
M1＝F+S=E1+R1
M2＝R1 + S ＝E2+R2 Mi＝Ri-1 + S ＝Ei+Ri
BX F SY0 BX1 SY1 BX1 SY0 BX 2 SY2 BX i-1 SY0 BX i SYi
三、多级错流萃取过程- 部分互溶物系
图解法（ 以Ⅲ为例： 已知 xF、F、 S， NT 求x’ ） ①作溶解度曲线（辅助线！） ② 确定F、S点 ③由杠杆定律确定M1
A
④由M1及辅助线定R1、E1 ⑤由R1、S定M2 ⑥由M2及辅助线定R2、E2，…
⑦由RN及S定x’
F
M1
E1 E2 E3
S
B
R1 R2 R3
总结：
萃取因数
萃余分数
X N X F 1
SYi S K B BX i
N
BX N 1 BX F 1 N
萃取率为
1 1 1 N 1
例题3
在25℃下用异丙醚为萃取剂分离含醋酸35％(质量)的醋酸
水溶液，萃取物系的溶解度曲线及辅助曲线如图11-24所示， 原料液的处理量为100kg/h，试求： (1)用100kg/h的纯萃取剂进行单级萃取时所得的萃取相和 萃余相的流量及其中的醋酸组成；
B
Smin S Smax
D R
M
E G S0
S
二、单级萃取过程- 部分互溶物系 y’如何得到max,x’如何得到min
连接线如何影响
A
E max’
F
B
RC
E max M EC
S
Rmin
二、单级萃取过程- 完全不互溶物系
Ⅰ 已知F ，xF及Y0，规定萃余液组成x，求S用量。 Ⅱ 已知F ,xF，Y0及S用量，求萃余液组成x’
三、多级逆流萃取过程
四、多级逆流萃取-部分互溶物系Smin=?
S=Smin时，使第i (1,N,i)级达到平衡
A
F
R1 R2 R3 Rn
E1 E2 E3 E4
S
△
△min
B
四、多级逆流萃取-部分互溶物系Smin的求算
①作过进料点F的平衡联结线，与RN S的延长线
A
的交点作为最小萃取剂比下的操作点△min，
操作线方程
Y0
B Y X－X F Y0 S
0
XF
X
操作线方程在Y-X坐标图上为过点 （XF,Y0）,斜率为-B/S的直线
二、单级萃取过程- 完全不互溶物系
图解法（已知xF、F、Y0,分离要求x，求S ）
①作分配曲线 ②由X确定点b，由(XF,Y0)确定点a ③连接ab,该线斜率为-B/S
③ 定a→b→x1 ④ 定c→d→x2
⑤ 定e→f→x3
三、多级错流萃取过程- 完全不互溶物系(平衡线为直线）
给定S,NT求X(Y0=0) ①分配线：Y=KX
② 操作线
③定x1 ④定x2
Yi
B X i－X i-1 S
SYi S 令 K ε-萃取因数 B BX i
三、多级错流萃取过程- 完全不互溶物系(平衡线为直线）
Y KX
交点： 令
B Y (X X F ) Y0 S
S X F Y0 B X S 1 K B
S K B
表示达平衡后的萃取相中溶质的量与萃 余相中溶质的量之比，称为萃取因数。
二、单级萃取过程- 完全不互溶物系
S Y0 B X S 1 K B XF
X
XF
酮的含量降到5％，求所需要的理论级数和萃余相、
萃取相的流量。在25℃下的平衡数据列于表11-2中。
K
1.52
1.59 1.62 1.63
1.59
XF X (1 ) N S 320 K 1.59 0.795 B 640 XF 0.2 /(1 0.2) N (1 0.795 ) 4.75 X 0.05 /(1 0.05) N 2.66 3
相平衡数据表
氯仿层(R相) (wt%) 醋酸 水 0.00 0.99 醋酸 0.00 水 99.16 醋酸 27.65 5.2 水 醋酸 50.56 水 31.11 水层(E相) (wt%) 氯仿层(R相) (wt%) 水层(E相) (wt%)
6.77
1.38
25.10
73.69
32.08
7.93
(1)单级萃取后E相和R相的组成和流量；
(2)将E相和R相中的萃取剂完全脱除后的萃取液和萃余液的组成和流量？ (3)操作条件下的选择性系数； (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，要求原料液中的溶质A有80%进入萃取相，则每千克原溶剂 B需要消耗多少千克的萃取剂S。
F E1 Rn S
R1 E3 R2 E2 Ri-1 Ei 1 Ri Ei 第N级 Rn -1 S Rn En
F E1 R1 E2 R1 E2 R2 E3 Ri-1 Ei Ri Ei 1 Rn -1 E n Rn S
Y1
Y2
B X 1－X F Y0 S
B X 2－X 1 Y0 S
Yi
B X i－X i-1 Y0 S
三、多级错流萃取过程- 完全不互溶物系(平衡线为曲线）
给定S,NT求X
① 作分配曲线 ② 作操作线
Yi B X i－X i-1 Y0 S
操作点△在右侧时，S越大，△离S点越近
四、多级逆流萃取- 部分互溶物系（直角坐标求解）
①在三角形相图和y - x直角坐标图上作出溶解度曲线及分 配曲线。 ②根据原料液组成xF、溶剂组成y0，规定的最终萃余相组成x 及溶剂比S/F，在三角形相图上定出操作点△。 ③自操作点引出若干条操作线，与溶解度曲线交于点Ri-1、Ei， 其组成分别为xi-1 、yi，相应的可以在直角坐标图上定出操作 点（xi-1，yi)，将若干个操作点相连，即可得到操作线。 ④从点（xF ，y1)出发，在操作线与分配曲线依次作梯级直 至达到某一梯级所对应的萃余相组成等于或小于规定的萃余 相组成为止，所得梯级数即为所需要的理论级数。
与溶解度曲线的两个交点分别为Rmin和Emin。 ②联结直线RN Emin和直线FS,其交点Mmin为最小
萃取剂用量Smin与原料液F的和点，则最小萃
取剂比为
F B
Rmin
RN
Emin
Mmin
S FM min ( ) min F SM min
S min FM min F SM min
④由斜率-B/S确定S
二、单级萃取过程- 完全不互溶物系
图解法（已知xF、F、Y0,萃取剂用量S,求x)
①作分配曲线
②由(XF,Y0)确定点a
③由点a及斜率-B/S作操作线ab,
交分配曲线于点b ④由点b坐标确定X
二、单级萃取过程- 完全不互溶物系
解析法（平衡线为直线Y=KX）
B Y 操作线： (X X F ) Y0 S
1
S Y0 B
当
Y0 0
XF X 1
BX 1 BX F 1
B( X F X ) 1 1 1 BX F 1
则萃余率
萃取率
例题2
例：25℃下以水为萃取剂从醋酸质量分数为35%的醋酸(A)与氯仿(B)混合液
中提取醋酸。已知原料液处理量为2000kg/h，用水量为1600kg/h。操作 温度下，E相和R相以质量分数表示的平衡数据如下页附表所示。试求：
二、单级萃取过程- 完全不互溶物系
物料衡算：
BX F SY0 BX SY
S (Y Y0 ) B( X F X )
操作线方程
B Y X－X F Y0 S
二、单级萃取过程- 完全不互溶物系
物料衡算：
BX F SY0 BX SY
Y
S (Y Y0 ) B( X F X )
(2)试求与组成为25％醋酸、Fra bibliotek％水、其余为苯的液相呈平衡的另一
液相的组成，并求出醋酸在两平衡液相中的分配系数KA的数值。
A
B
S
第三节 萃取过程的计算
一、计算任务 二、单级萃取过程 三、多级错流萃取过程
四、多级逆流萃取过程
一、计算任务
分类（接触方式）：
（1）级式接触式：单级，多级错流，多级逆流 （2）连续（微分）接触式 计算任务（平衡关系已知）： （1）给定理论级数及分离要求，求溶剂用量S （2）给定溶剂用量及分离要求，求理论级数NT （3）给定理论级数及溶剂用量，求E’及R’组成
课前思考
1、A、B、S、E、R、E’、R’、F、xF、 xA、 yA、 X、Y、kA、β的含义？ 2、溶解度曲线？联结线（共轭线）？临界混溶点？ 辅助线？
3、完全不互溶物系？部分互溶物系？
例题1
用水作萃取剂(S)，对醋酸(A)—苯(B)混合液进行萃取分离。在 25℃下醋酸—苯—水溶液的液—液相平衡数据如表11—l所示，依此 数据： (1)在直角三角形坐标图上标绘溶解度曲线；作出序号为2、3、4、6 、8组数据的平衡联结线；绘出辅助曲线并标出临界混溶点。
①作溶解度曲线及辅助线 ②确定F、S点
A
③由杠杆定律确定M
④由M及辅助线试差法确定R、E ⑤由R、E及SE、SR定R’、E’ ⑥由△确定x’
E’
F M R’ R
B S
E
二、单级萃取过程- 部分互溶物系 萃取剂极限用量 ：
原料量F及组成一定，增大S，M向S点靠近。
A
D点：最小溶剂用量，Smin G点：最大溶剂用量，Smax 萃取操作S应满足下列条件： F