化工原理电子教案第八章固液萃取

12萃取

本章学习要求

1.熟练掌握萃取过程的原理；部分互溶物系的液-液相平衡关系；萃取过程（包括单级

萃取、多级错流萃取和多级逆流萃取）的计算；对于组分B 、S部分互溶体系，要

会熟练地利用杠杆规则在三角形相图上迅速准确的进行萃取过程计算；对于组分B、S不互溶体系，则可仿照吸收的计算方法。

2.理解溶剂选择的原则；影响萃取操作的因素；萃取剂和操作条件的合理选择；萃取

过程的强化措施。

3.了解萃取操作的经济性；萃取操作的工业应用；液-液萃取设备及选用。

12.1 概述

液－液萃取又称溶剂萃取，是向液体混合物中加入适当溶剂(萃取剂)，利用原混合物中各组分在溶剂中溶解度的差异，使溶质组分A从原料液转换到溶剂S的过程，它是三十年代用于工业生产的新的液体混合物分离技术。随着萃取应用领域的扩展，回流萃取，双溶剂萃取，反应萃取，超临界萃取以及液膜分离技术相继问世，使得萃取成为分离液体混合物很有生命力的单元操作之一。

蒸馏和萃取均属分离液体混合物的单元操作，对于一种具体的混合物，要会经济合理化的选择适宜的分离方法。

一般工业萃取过程分为如下三个基本阶段：

1.混合过程将一定量的溶剂加入到原料液中，采取措施使之充分混合，以实现溶质由

原料向溶剂的转移的过程；

2.沉降分层分离出萃取相与萃余相。

3.脱出溶剂获得萃取液与萃余液，回收的萃取剂循环使用。

萃取过程可在逐级接触式或微分接触式设备中进行，可连续操作也可分批进行。

12.2液液相平衡

12.2.1三角形相图

根据组分间的互溶度，三元混合体系可分为两类：

（1）Ⅰ类物系组分A、B及A、S分别完全互溶，组分B、S部分互溶或完全不互溶；

（2）Ⅱ类物系组分A、S及组成B、S形成两对部分互溶体系

本章重点讨论Ⅰ类物系连续操作的逐级接触萃取过程。

12.2.1三元体系的相平衡关系

萃取过程以相平衡为极限。相平衡关系是进行萃取过程计算和分析过程影响因素的基本依据之一。

对于组分B、S部分互溶物系，相的组成、相平衡关系和萃取过程的计算，采用等腰三角形相图最为方便。常用质量百分率或质量分率表示相组成。

1 相组成在三角形相图上的表示

三角形的三个顶点分别表示纯组分A、B、S 。

三角形的边AB、AS和SB依次表示组分A与B、A与S以及S与 B的二元混合液。

三角形内任意一点代表三元混合液的组成。

2 相平衡关系在三角形相图上的表示

⑴溶解度曲线、联结线、辅助曲线和临界混熔点

要能够根据一定条件下测得的溶解度数据和共轭相的对应组成在三角形相图上准确作出溶解度曲线、联结线、辅助曲线（又称共轭曲线），并确定临界混溶点。

会利用辅助曲线由一已知相组成点确定与之平衡的另一相组成点的坐标位置。

溶解度曲线将三角形分成单相区（均相区）与两相区，萃取操作只能在两相区中进行。

①不同物系在相同温度下具有不同形状的溶解度曲线。

②同一物系，当温度变化时．可引起溶解度曲线和两相区面积的变化，甚至发生物系的转化。一般温度升高，组分间互溶度加大，两相区面积缩小，不利于萃取分离。

一定温度下，同一物系的联结线倾斜方向随溶质组成而变，即各联结线一般互不平行，少数物系联结线的倾斜方向也会发生改变（等溶度体系）。

⑴分配系数和分配曲线

①分配系数在一定温度下，溶质A在平衡的萃取相和萃余相中组成之比称为分

配系数，即

同样，对干组分B也可写出相应表达式：

在操作条件下，若组分B、S互不相溶，则以质量比表示相组成的分配系数可改写成如下式，即

②分配曲线若主要关心溶质A在平衡的两液相中的组成关系，则可在直角坐标图上表示相组成，即在直角坐标图画出X－y关系曲线，此即分配曲线。

在操作条件下，若组分B、S不互溶，则可仿照吸收中平衡曲线的方法作出以质量比表示相组成的XY相图。再若在操作范围内，以质量比表示相组成的分配系数K为常数，平衡关系可表示为直线方程，即

分配曲线为通过原点的直线。

3 萃取过程在三角形相图上的表示

（1）萃取过程的三个基本阶段

萃取过程的三个基本阶段可在三角形相图上清晰地表达出来。

①混合

将Skg的萃取剂加到 F kg的料液中并混匀，即得到总量为 M kg 的混合液，其组成由点M的坐标位置读取。

式中，F为料液量， kg或kg／s；S为萃取剂的量，kg或 kg／s；M为混合液的总量，kg或kg／s；x F为原料液中溶质的质量分率； y s为溶剂中溶质的质量分

=0

率，对于纯溶剂，y

s

X m为混合液中溶质的质量分率。

②沉降分层

混合液沉降分层后，得到平衡的两液相E、R，其组成由图上读得，各相的量由杠杆规则及总物料衡算求得，即

式中 E为萃取相的量，kg或kg/s；

R为萃余相的量，kg 或kg/s

、分别代表线段的长度。

图中的M点称为和点，R、E或F、S称为差点。

③脱除溶剂

若将得到的萃取相及萃余相完全脱除溶剂，则得到萃取液和萃余液，其组成由图上读得，其量利用杠杆规则确定，即

或

F=+

杠杆规则是物料衡算过程的图解表示，萃取过程在三角形相图上的表示和计算，关键在干熟练地运用杠杆规则。

（2）萃取剂的选择

萃取剂的选择是萃取操作分离效果和是否经济的关键。选择萃取剂时时主要考虑如下因素。

①萃取剂的选择性和选择性系数

选择性是指萃取剂S对原料液中两个组分溶解能力的差异，可用选择性系数

来表示，其对应于蒸馏中的相对挥发度，统称为分离因子。萃取操作中值

均应大于1。值越大，越有利于组分的分离；若=1，萃取相和萃余相脱除溶剂S后将具有相同的组成，且均等于原料液的组成，无分离能力，说明所选择的萃取剂是不适宜的。

当在操作条件下组分B、S可视作不互溶时，=0，选择性系数趋于无穷大。

②组分B、S间的互溶度

组分B、S间的互溶度愈小愈有利萃取分离，完全不互溶为理想情况。

③萃取剂回收的难易

易于回收可降低能量消耗。

④其它

两相密度差要大，界面张力适中，粘度与凝固点要低，化学及热稳定，无毒不易燃，来源充，价格低廉等。

12.2 萃取过程的计算

重点讨论级式接触萃取过程的计算，且假设各级均为理论级。

1．单级接触萃取

单级萃取操作中，通常有两种类型计算：

（1）已知原料液组成及其处理量，规定萃余相组成，要求计算萃取剂用量、萃余相的量及、萃取相的组成。

萃取剂的用量可利用杠杆规则确定：

或

萃取相的组成由其坐标位置从图上读得，E相和R相的量用杠杆规则和物料衡算式计算。