4章萃取3第二节萃取过程的流程和计算

第二节 萃取过程的流程和计算
4-2-0 萃取过程概述
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萃取设备可以分为“级式” 萃取设备可以分为“级式”和“连续式”两类。对于前 连续式”两类。 者，既可以进行间歇操作也可以进行连续操作， 既可以进行间歇操作也可以进行连续操作， 其主要计算是求所需的理论级数 相当于 其主要计算是求所需的理论级数(相当于 T)；后者计算传质 理论级数 相当于N ；后者计算传质 单元数(NOE)。 单元数 。 因为一个实际萃取级达不到一个理论级的分离能力， 因为一个实际萃取级达不到一个理论级的分离能力，所 理论级的分离能力 以要用“级效率”予以校正。级效率通常是由实验测得。 以要用“级效率”予以校正。级效率通常是由实验测得。
B, Xn-1
n 级
S,Yn
SYS + BX n1 = SYn + BX n
B B Yn = Xn + (Ys + Xn1) S S
S,YS
B, Xn
(4-15)
4-15为B，S完全不互溶时的操作线方程 是斜率为-B/S，通过点（Xn-1，Ys）的直线 且当n=1时， Xn-1=XF
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Rn ↑ Rn
E1
S↓
E1
S↑
2.级间的物衡 级间的物衡
E1'
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F 1 E1
R1 2 E2
R2 3 E3
Rn-1 N En
Rn S R n'
第1级：F+E2=E1+R1 级 第2级：R1+E3=E2+ R2 级 第n级：Rn-1+S=En+ Rn 级 …
S用量大小不同时 ， M点在 用量大小不同时， 点在 用量大小不同时 FS线上的位置不同 ， 相应 线上的位置不同， 线上的位置不同 S 地有不同的一对E、 相 地有不同的一对 、R相。 脱除溶剂后， 脱除溶剂后，会得到不同 的一对E'、 相 的一对 、R'相。
3. 单级最小和最大萃取剂用量 (Smin /Smax) 单级最小 最大萃取剂用量 最小和 若萃取剂用量不当时， 若萃取剂用量不当时，可能导
注意：若要求 用量 已知N时 需试差。 用量， 注意：若要求S用量，已知 时，需试差
2 解析法
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Y 分配曲线：K = X KS 萃取因子：Am = B
如果各级加入等量溶剂，由物料衡算推导得：
XF YS K ln X Y K n S n= ln(1+ Am )
操作温度较高 → B、 S 、 的互溶度变大→ 的互溶度变大 两相 区面积减小→ y 'max↓。 区面积减小 。
E’max
S
为简便计算， 组分的， 为简便计算，质量分率 x、y 均指 组分的， 、 均指A组分的 下标只标志着相应的物流。 下标只标志着相应的物流。
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2. 多级错流萃取 多级错流萃取
能获得较高的萃取率，操作比较简单。 能获得较高的萃取率 ， 操作比较简单。 但 S
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用量较大。 用量较大。
S1 F:A+B 1 R1 E1 S2 2 E2 S3 3 E3 SN N EN RN R'
S1=S2=S3=… 时，效果好。 效果好。
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1.萃取过程的原理是 萃取过程的原理是 。 2.某液体组成为 A =0.6、XB =0.4试在三角相图中表示 某液体组成为X 某液体组成为 、 试在三角相图中表示 出该点的坐标位置。若在其中加入等量的S， 出该点的坐标位置。若在其中加入等量的 ，此时座 标点位置在何处(在座标图中标明 并请写出其组成： 在座标图中标明)， 标点位置在何处 在座标图中标明 ，并请写出其组成： XA = 、XB = 、XS = 。 参见附图： 参见附图：
F △ M E1
Rn
不同 S/F 值，落在相图的不同位置 落在相图的不同位置
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E1 △2 △ △1 Rn △3 △4
⒊理论级数的求取 ⑴三角相图图解法（通用） 三角相图图解法（通用） 图解法
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F-E1=R1-E2=R2-E3 … Rn-1-En=Rn-S= FR △ Rn 共5个理论级 个理论浓度
E’yE'
求其E的组成 求其 的组成 yE、M、S、E'. 、 、 除可以用杠杆规则 除可以用杠杆规则
F,xF M,xM R'xR' RxR
E,yE S,yS
求取各量外， 求取各量外，也可以通 过物料衡算求出： 物料衡算求出： 求出
F
1 2 3 N
Rn
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S Rn' E1' 与精馏、吸收一样， 物料衡算推出操作关系 与精馏、吸收一样，用物料衡算推出操作关系 1.全系统物衡 全系统物衡 F + S = M = E1+ Rn 上式在相图上的表现类 似于单级萃取。 似于单级萃取。但E1、Rn 不是共轭相。 不是共轭相。
一、三角坐标图解法（通用） 三角坐标图解法（通用） 连线上确定M ①依F、S1的量在 连线上确定 1 、 的量在FS连线上确定
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读出组成， “试差”定出对应的E1、R1；读出组成， 试差”定出对应的 试差 并由杠杆规则或物衡法推出R 的量。 并由杠杆规则或物衡法推出 1的量。 ②∵R1是第二级的 2，又依 1 是第二级的F 又依R
M1 M2
的量在连线上定出M 及S2的量在连线上定出 2 ， “试差”求出E2、R2；…… 试差”求出 试差 直至某级萃余相的 直至某级萃余相的
S
Rn,xn
质分≤x 时止。 质分 n时止。
二、完全不互溶的多级错流
1. 直角坐标图解法
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对任意n级作物料衡算：
Em'
3. 多级逆流萃取 多级逆流萃取
用量最省的条件下 的条件下， 可以在 S 用量最省的条件下，获得较高的
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萃取率。 萃取率。
F 1 E1' E1
R1 2
R2 3 En N
Rn S Rn'
4-2-1 单级萃取的流程与计算
纯的萃取剂，如图： 纯的萃取剂，如图：
级式萃取基本流程有： 级式萃取基本流程有： 基本流程有
1. 单级萃取或并流接触萃取 单级萃取或
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它们最大的分离效 果是一个理论级， 果是一个理论级，只适 用于A 用于 在 S 中的溶解度 很大或 A 的萃取率要求 不高的场合。 不高的场合。
A+B
S
E R
F-E1=R1-E2=R2-E3 … Rn-1-En=Rn-S= (4-20) 反映了相图上所有各级的操作线 反映了相图上所有各级的操作线F-E1=； ；
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都交在点上 Ri-1-Ei= …都交在 点上。 都交在 点上。 于是， 于是，由 F-E1= Rn-S=确 确 定点。 点
或 F-E1=R1-E2 或 R1-E2=R2-E3 或 Rn-1-En=Rn-S
从上面右侧物衡式可以得到： 从上面右侧物衡式可以得到： F- E1= R1- E2 = R2 - E3 =…= Rn-1-En = Rn- S = (4-20) 上式反映了各级的进料与本级萃取相之差为定值 ，除F外，各级进料均为上级萃余相。故上式反映了 外 各级进料均为上级萃余相。 级间的操作关系， 是各级共有的点 是各级共有的点——操作点。 操作点。 级间的操作关系，是各级共有的点 操作点
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致料液与萃取剂的混合点落在两相 区以外，而无法分离。 区以外，而无法分离。 图中D点 最小萃取剂用量 图中 点为最小萃取剂用量
F D R E M G S
为最大萃取剂 Smin，G为最大萃取剂 用量S 用量 max。
通过单级萃取可以获得的最大E’浓度 ☆4. 通过单级萃取可以获得的最大 浓度
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Rn
1 2 3 N
E1'
E1
S
Rn'
在整个过程具有较均匀的推动力。∵S 循环使 在整个过程具有较均匀的推动力。 的限制。 用，∴Rn 的 xn 受 S 的 ys 的限制。 多级逆流萃取的理论级计算用三角相图 三角相图或 多级逆流萃取的理论级计算用三角相图或分配 曲线图解求得。 曲线图解求得。 图解求得
1
E1 E2
完全不互溶时:分配曲线 ⑵B和S完全不互溶时 分配曲线图解法 和 完全不互溶时 分配曲线图解法 N 1 2 3
SY1 SY2
BXF
B X1
B X2 SY3
B Xn-1 SYn
B Xn SYS
E1' 对塔内任意第i级进行物料衡算：
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Rn'
B B Yi+1 = Xi + (Ys Xn ) S S B B Yi+1 = Xi + (Y XF ) 1 S S
B 为常数，操作线过( XF，Y )和 X N，YS )点 ( 1 S
4. 多级逆流萃取的最小溶剂用量 min 多级逆流萃取的最小溶剂用量S 最小溶剂用量