8.1.3 萃取过程计算
萃取过程的计算
萃取过程的计算
2. 解析法
对于原溶剂B与萃取剂S不互溶的物系，若在操作范围内，以质
量比表示的分配系数K 为常数，则平衡关系可表示为
Y=KX
（8－16
式中 Y——萃取相E中溶质A的质量比分数；
X——萃余相R中溶质A的质量比分数；
K——相组成以质量比分数表示时的分配系数。
即分配曲线为通过原点的直线。在此情况下，当错流萃取的各
萃取过程的计算
图8－14 三级错流萃取三角形坐标图解
萃取过程的计算
（3）以R1为原料液，加入纯的萃取剂S，依杠杆规则找出 两者混合点M2，按与(2)类似的方法可以得到E2和R2，此即第二 个理论级分离的结果。
（4）以此类推，直至某级萃余相中溶质的组成等于或小于规 定的组成xR为止，重复作出的联结线数目即为所需的理论级数。
(1)由已知的相平衡数据在等腰直角三角形坐标图中绘出溶解度曲线 和辅助线，如图8－11所示。
(2)在三角形坐标的AB边上根据原料液的组成确定点F，根据萃取剂 的组成确定点S（若为纯溶剂，则为顶点S），联结点F、S，则原料液与 萃取剂的混合物系点M必落在FS连线上。
萃取过程的计算
(3)由已知的萃余相组成xR，在图上确定点R，再由点R利用辅助曲 线求出点E，作R与E的联结线，显然RE线与FS线的交点即为混合液的组 成点M。
（8－12）
联立求解式（8－6）和式（8－12） 得
萃取过程的计算
同理，可得萃取液和萃余液的量E′、R′，即 上述诸式中各股物流的组成可由三角形相图直接读出。
萃取过程的计算
二、 多级错流萃取的计算
单级萃取所得的萃余相中往往还含有较多的溶质，为进一步降低萃 余相中溶质的含量，可采用多级错流萃取。其流程如图8－13所示。
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、S 求 x’ ）
A
①作溶解度曲线及辅助线 ②确定F、S点
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
图解法（ 已知 xF、F、 x’ 求 S及E相和R相的量、E 相组成 ）
原溶剂B
yB kB xB
yA xA
E
R
k值愈大，萃取分离的效果愈好，其值随温度和组成而变
4
如第Ⅰ类物系，一般 k值随温度的升高或溶质组成的增 大而降低。一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时， k 值才可视为常数。 对于萃取剂S与原溶剂B互不相溶的物系，溶质在两液相 中的分配关系与吸收中的类似，即
' ' '
y E xR
'
R F E
二、单级萃取过程
B、S完全不互溶
适用于萃取剂与稀释剂互溶度很小，且在操作范围内溶质组 分对 B、S 的互溶度又无明显影响的体系。
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’
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
S (Y Y0 ) B( X F X )
中国石油大学化工原理萃取
S
39
三、三元物系的相平衡关系-作法P1
溶解度曲线（以 B 、 S 部分互溶）： 溶解度曲线（以 B 、 S 部分互溶）：
A
在纯组分B中加S使其溶 解（d1），S加到一定数量 后，到达R点时，溶液由透明 变混浊，即S在B中达到饱 和，出现两相，R点称为分层 点（混溶点）, 继续加S，则 到达E点又重新透明， E点亦 称为分层点（混溶点） 。
34
二、物料衡算与杠杆定律
3.杠杆定律的推导 3.杠杆定律的推导
物料衡算: 总：U+V=M A： UyA+VxA=MzA S： UyS+VxS=MzS
U z A x A xS z S V y A z A zS yS
y A z A z A xA z S y S xS z S
10
三、萃取过程特点-完全不互溶概念
完全不互溶特点： 完全不互溶特点：
(B和S)
⑴ 仅有组分A富集到E相，E相由A+S组成,脱SE后得到A ⑵ 组分B全部富集到R相，R相由A+B组成,分离A后得到B ⑶ 同单组分吸收过程一样，E、R相都是二元混合物
11
三、萃取过程特点-完全不互溶物平
浓度表示与吸收接近： 浓度表示与吸收接近：
A
P R4 R3 R2 R1
E4
E3 E2 E1
S
B
已知共轭相中任一相的组成，可利用辅助线得出另一相的组成。
45
三、三元物系的相平衡关系-辅助曲线
辅助曲线 辅助曲线 Auxiliary Auxiliary curve curve
A
方法二： 分别从E1、E2、E3、E4点引 AB平行线，与分别从R1、 R2、R3、R4点引出的AS平 行线相交，连结各交点得辅 助曲线。 辅助曲线延长线与溶解度曲 B 线的交点即为临界混溶点P。
化工原理下萃取过程的流程与计算
20
1－甘氨酸 2－弗朗鼠李甙 3－大黄素 4－对羟基苯甲酸 5－1,8-二羟基蒽醌 6－水杨酸 7－苯甲酸
不同物质在二氧化碳中得溶解度
21
二、超临界萃取得基本原理
萃取剂
在超临界状 态下,压力 微小变化引 起密度变化 很大,使溶 解度增大
压缩到超 临界状态
液体(或固 升温、降压 体)混合物
萃取 组分
29
第4章 液－液萃取
4、4 其她萃取分离技术 4、5 液－液萃取设备 4、5、1 萃取设备得基本要求与分类
30
萃取因子
4
二、多级逆流萃取得计算
(3)适宜溶剂量得确定
处理量F 一定
S ～S/F ～n
根据工程经验
设备费 操作费
S = (1.1 ~ 2.0)Smin 适宜溶剂用量
5
Y1
Y1 Y1
max
YS
(B / S)
B/S
Xn
XF
最小溶剂用量
6
max B S min
Smin B max
max
T1 < T2 p1 = p2
超临界萃取等压变温流程
25
1－萃取器 2－吸附剂 3－分离槽 4－泵
T1 = T2 p1 = p2
超临界萃取等温等压吸附流程
26
四、超临界萃取得特点
超临界萃取得特点: ①超临界流体密度接近于液体,溶解能力与液体溶剂 基本相同; ②超临界流体具有气体得传递特性,具有更高得传质 速率; ③适合于热敏性、易氧化物质得分离或提纯; ④操作压力高,设备投资较大。
Y1* YS XF Xn
第4章 液－液萃取
4、3 萃取过程得计算 4、3、1 单级萃取得计算 4、3、2 多级错流萃取得流程和计算 4、3、3 多级逆流萃取得流程和计算 4、3、4 微分接触逆流萃取
《化工单元操作》萃取与萃取设备
x xmin
R2
M
当S=Smin时： y ymax
B R1
E1 S
x xmax
单级萃取的溶剂范围：Smin<S<Smax
4、萃取液的最大浓度
当S=Smin时，E的浓度yA最大，但y'A一般不是最大。
y'A= y'Amax时溶剂用量的求法：
A
过S点作溶解度曲线的切线得点E，
求得R，得M点，于是得：
已知F、S可确定M，由M、RN可确定E1 由 qmE1 qmF qmS qmRN qmD 可确定 D 点。
A
F
E1
R'N RN
M
D
B
S
由 E1 通过平衡关系确定 R1，R1 和 D 连线确定 E2
如此交替直至x x iN
，则
N
为理论级数。
A
F SM RN E1 (差点 ) → R1
F S RN E1 D
加入的B 、S适量,搅拌均匀, 静止分层,得到互呈平衡的 液-液两相(共轭相)，得到一 组平衡数据。
• 再加入一定量A，搅拌均匀, 静止分层,得到互呈平衡的 液-液两相(共轭相)，得到另 一组平衡数据……...
(1)总组成点在两相区内； (2)能得到完整的平衡数据。
A
K En
Rn R2
E2
R1
E1
M点是F、S的和点，也是E1、RN的和点
确定E
1
依
F，S
确定
M，依
M
和 RN
，确定E 1
A
F
R'N B
RN
利用杠杆定律：
qmE1
MRN E1RN
qmM
化工原理下萃取过程的流程与计算
化工原理下萃取过程的流程与计算化工原理中的萃取过程是指利用溶剂将目标物质从混合物中分离出来的操作过程。
该过程适用于从可溶液中获得目标物质，或者将两相液体或气体中的目标物质转移至另一相中。
萃取过程的流程一般包括以下几个步骤：1.选择合适的溶剂：根据目标物质的物化性质，选择适合的溶剂。
该溶剂应与混合物中其他成分相互不溶或溶度低。
同时，溶剂的选择还要考虑到需求的目标物质浓度、产率和分离度等因素。
2.混合物预处理：将待萃取的混合物进行预处理，以提高目标物质的相对浓度。
预处理手段可以包括调整溶剂酸碱性、溶剂萃取剂的加入以及混合物的预处理等。
3.萃取过程：在一定温度条件下，将混合物与溶剂充分接触并反应。
在这个过程中，目标物质会从混合物中转移到溶剂中，得到所需的提取液。
4.分离过程：对提取液进行分离，获得目标物质。
分离过程可以采用各类分离工艺，如蒸馏、结晶、过滤等。
萃取过程的计算主要涉及到平衡和热力学方面的内容。
其中，平衡计算主要包括挥发分离计算、浸出平衡计算和溶剂选择计算等。
而热力学计算主要包括传热和传质方面的内容，例如浸出塔传质速率的估算、提取液的热力学性质计算等。
以浸出平衡计算为例，其步骤如下：1.确定混合物的成分：通过实验或其他手段，获得混合物的成分组分，包括所需的目标物质。
2.根据热力学平衡关系，建立分离物质在混合物与溶剂中的分配系数。
该系数表示分离物质在两相中的相对分配情况。
3.在给定温度和溶剂比例下，根据分配系数计算提取液中目标物质浓度。
4.根据计算结果，可以调整溶剂比例、反应温度或溶剂浓度等参数，以提高目标物质的回收率和分离度。
需要注意的是，萃取过程的最终计算结果可能受到外部因素的影响，如反应速率、传质速率、传质过程中的温度变化和浓差极化等。
因此，在进行计算时，需要综合考虑多个因素，进行系统的分析和优化。
综上所述，化工原理中的萃取过程是一种分离技术，其流程包括溶剂选择、混合物预处理、萃取过程和分离过程。
萃取过程的计算
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。
化学萃取计算公式详解
化学萃取计算公式详解化学萃取是一种常用的化学分离技术，通过溶剂的选择和合理的操作条件，可以有效地提取目标物质。
在化学萃取过程中，需要对萃取效果进行评估和计算。
本文将详细介绍化学萃取的计算公式，并对其进行详细解析。
1. 萃取率。
萃取率是评价化学萃取效果的重要指标，它表示目标物质在溶剂中的提取率。
萃取率的计算公式如下：\[E = \frac{C_2V_2}{C_1V_1} \times 100\%\]其中，E表示萃取率，\(C_1\)和\(V_1\)分别表示原液中目标物质的浓度和体积，\(C_2\)和\(V_2\)分别表示萃取液中目标物质的浓度和体积。
2. 分配系数。
分配系数是描述溶质在两种不同相（通常是水相和有机相）之间分配的程度的指标。
分配系数的计算公式如下：\[K_d = \frac{C_o}{C_w}\]其中，\(K_d\)表示分配系数，\(C_o\)表示有机相中溶质的浓度，\(C_w\)表示水相中溶质的浓度。
3. 萃取平衡常数。
萃取平衡常数是描述化学萃取过程中平衡状态的指标，它反映了溶质在两相间的分布情况。
萃取平衡常数的计算公式如下：\[K_e = \frac{C_2}{C_1}\]其中，\(K_e\)表示萃取平衡常数，\(C_1\)和\(C_2\)分别表示水相和有机相中溶质的浓度。
4. 萃取效率。
萃取效率是评价化学萃取过程中能量利用的指标，它表示单位能量下提取的目标物质量。
萃取效率的计算公式如下：\[EE = \frac{m}{W} \times 100\%\]其中，EE表示萃取效率，m表示提取的目标物质质量，W表示消耗的能量。
5. 萃取选择性。
萃取选择性是描述化学萃取过程中对不同物质的选择性的指标，它反映了不同物质在萃取过程中的分布情况。
萃取选择性的计算公式如下：\[S = \frac{K_d(A)}{K_d(B)}\]其中，S表示萃取选择性，\(K_d(A)\)和\(K_d(B)\)分别表示不同物质在两相间的分配系数。
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E1－F＝E2－R1＝E3－R2＝＝S－RN＝D
即每一级离去的萃取相与进来的萃余相之差为常数D 在三角形相图上点D为F与E1、R1与E2、R2与E3、 RN与S的差点。
B与S部分溶解时多级逆流萃取的图解
A
E1－F＝E2－R1＝E3－R2＝＝S－RN＝D
Y1
E1 E2
P
Y2
S
XN
X2
X1
XF
1 XF 1 所需的理论级为 N＝ 1 ln 1 ln A A X A
N
式中A=mS/B称为萃取因数 吸收时所需的理论塔板数为 式中A＝L/mG吸收因数
1 yb m xa 1 1 N＝ ln 1 ln A A y a m xa A
溶质A：Ri 1 xi 1，A Ei 1 yi 1，A Ri xi，A Ei yi，A 溶剂S：Ri 1 xi 1，S Ei 1 yi 1，S Ri xi，S Ei yi，S
对平衡级内传质过程的特征方程为：
分配曲线：yi f xi 溶解度曲线：xm,s xm, A 溶解度曲线的左支
1 2 E F , R F 3 3
E M
S
温度对互溶度的影响
温度越低，两相区越大，对萃取越有利。
b. 解析法
理论级指溶质A在萃取相与萃余相中互成平衡
R i-1,X i-1 E i,Yi
i
R i,X i
Ei+1,Yi+1
物料衡算：
总：Ri 1 Ei 1 Ri Ei
ym,s ym, A 溶解度曲线的右支
②.B与S互不相溶体系： 物料衡算式： 相平衡关系式：
B,X F S,Y
B ,X S
BX F＝SY＋BX Y＝f X
Y＝－B S X－X F
X、Y----萃余相、萃取相中A 的浓度，质量比
萃取相中A的质量 Y＝ 萃取相中S的质量 萃余相中A的质量 X＝ 萃余相中B的质量
R ' RS S RR '
A
萃取液的最大浓度
0 y max
F
0 x min
M
B
C
S
S FM F SM
S max FM F S max M
系统处于M点，所得萃取液的浓度最大
系统处于C点，所得萃余液的浓度最小
例题 单级萃取
以水为溶剂，对xF=30%的丙酮－醋酸乙酯溶液进行单级 萃取，为使萃余液的溶质浓度x′降至15％，每kg原料需加 多少水？能得到多少萃取液？其浓度多大？ 解：在AB边上定出F、R ′点
2
E i,Yi
i
Ei+1,Yi+1
N
溶剂S
① B与S互不相溶 由第i级到N级作溶质A 的物料衡算： BX i 1 S 0 BX N SYi B Yi X i 1 X N S 此操作线通过点P(XF,Y1),S(XN,0) 若平衡线为直线，Y＝mX
X F A N 1 1 XN A 1
S FM 60 1.5kg水 / kg料液 F SM 40
A
E FR x F x 30 15 1 R E F y x F 60 30 2
E F R R
B
F E R E 2E 3E
F
R1 R2
R R 3 B
E M 1
E2
E3
S
轻相出
（4）连续接触逆流萃取
此时两相中的浓度沿塔高连续变化
重相进
(萃取剂y2)
(萃余相x2)
① 理论级当量高度法
H＝N HETP
萃取塔
HETP------理论板的当量高度， 与精馏中的等板高度相似 HETP与物系的性质、浓度、流量及塔 的结构有关，须由实验确定。 ② 传质方程法 类似于吸收中的填料层高度的计算
8.1.3 萃取过程计算
• • • • 单级萃取 多级错流萃取 多级逆流萃取 连续接触逆流萃取
（1）单级萃取
① B与S部分互溶体系
a.图解法
S FM F SM
E RM R EM
F＋S＝Rபைடு நூலகம்E M
E ' SE S E 'E
E ' R'F ' R E 'F
萃取液、萃余液的量 由杠杆定律确定：
Y3
X 3 X2
X /1 A
X1
XF
X 2 X 1 / 1 A X F /(1 A )
2
X
X ln F X N N ln A 1
② B与S部分相溶体系
• 此时须应用三角形相图进行图解，其基本原理与单级 萃取的图解法相类似。 A •由溶剂S的用量，确定M1点
X
XF
平衡线
Y
斜率－B/S
（2）多级错流萃取
① B与S互不相溶 物料衡算式：Y＝－B S X－X F 相平衡关系式： Y＝f X 若Y＝mX,则可用解析法
Y1＝mX1
Y1
Y2
B Y1＝mX 1 X 1 X F S mS X 1 X F / 1 B mS 令A 萃取因数 X X / 1 A 1 F B
轻相
(进料x1)
萃取相y1
②传质方程法
在dH内，以萃取相的溶质总浓度 差为推动力的传质方程为：
E dE, y dy
dH
N A＝K y y y
E, y
式中y*---与萃余相平衡的萃取相溶质浓度，质量分率 Ky---总传质系数，kg/m2.h.△y
② B与S部分相溶体系
原料液XF R 1,X1 R i-1,X i-1 R i,X i 萃余相XN
1
萃取相E1Y1
2
E2,Y2 E i,Yi
i
Ei+1,Yi+1
N
溶剂S
第一级：F＋E2＝R1＋E1 第二级：R1＋E3＝R2＋E2 第三级：R2＋E4＝R3＋E3 第N级：RN－1＋S＝RN＋EN
E1－F＝E2－R1
F M 1S S M1F
由平衡联结线确定R1和E1
• 由R3确定萃余液R′ • 由物料衡算确定E点，最 终确定萃取液的浓度。
E
F
R B R3
R1 R2
M1 M2
E1 E E2
E3
S
（3）多级逆流萃取
原料液XF R 1,X1
R i-1,X i-1
R i,X i
萃余相XN
1
萃取相E1Y1 E2,Y2