第五章萃取设备计算
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dm的液体在半径r处所受到的离心力dF：
dF 2 r dm dm 2r h dr dF 2h2r2dr
在r处圆筒面上所受压强
dp dF 2 rdr 2rh
• 对于轻液，在轻液出口至分界半径范 围内，积分得：
psdp p1
2
rs
L rL rdr
ps p122L(rs2rL2)
对于重液相，在重液出口至分界 半径范围内，积分得：
答：可通过选择较大堤圈内径，来增加重液出口半 径，rH增加，分界半径rS也增加。可以使转筒内 重液层变薄，轻液层变后，有利于轻液分离。即 有利于有机溶媒相中产品分离。但是要保证堤圈 内径D
D 2 r H 2r f2 H L r L 2L H
• 一管式离心机，轻液出口直径为40mm，溢流环 外径为100mm，若有堤圈五个，其孔径分别为、 41.1、43.8、46.2、50.8、53.1mm，现分离乙酸 丁酯-水溶液，重度分别为878kg/m3， 998kg/m3， 若分离产物在乙酸乙酯中，问选用哪个堤圈为好？
(2) 混合管
管内液体： W=1.0～1.5（m/s） Re≥（5～10）×104
τ= 10～20（s） 静态混合器加强液体
湍流 (正反螺旋相间 隔的混合螺旋片)
（3）喷射式混合管（萃取器）
管道内设 有混合元件： 喷嘴 混合孔板
喷射式混合管特点
1) 利用文丘里管原理，体积小效率高；
2) 适用于两液相的粘度和界面张力都很小，容易 分散的情况；
重液出口半径rH的下限（最小值）
r H r L 此时重 。 液
r H r L r sr H 2H H r L L 2L
重液出口半径rH调节范围：
r L r H r f2 H L r L 2L H
• 管式离心机通过重液出口的堤圈 内径调节轻-重液的比例。
堤圈 是一组外径相同的有孔的 金属薄板，放在重液出口处，由 于不同号码的堤圈开孔直径不同。 必须选择适当的堤圈才能使两相 分离清楚。
RH
L RL H
RH的上限 : RH RL RS
操作过程
:
RL RH
L RL H
管式离心机分界面求取
• 轻液出口半径rL • 重液出口半径rH • 分界半径rS • 溢流环半径rf（外径） 筒顶有固定的轻液溢液环、 可置换的重液堤圈和 轻、重液出口。
• 假定在半径r处有一薄层圆筒形液体，其质量为
混合管 混合泵 喷射器 分离设备 管式/碟片式离心机 连续萃取 萃取塔 离心萃取机
一、 分段式萃取设备
•
1、 混合设备
• 1）混合罐
混合罐
螺旋桨搅拌器：d/D = 1/3～1/6 转速：400～1000 〔 r/min 〕
涡轮式搅拌器：d/D = 1/3.5～1/3 转速：300～600r/min 罐内液体停留时间：τ= 2〔min〕
2
1000 880
47.3mm
若用半径为43.2mm的提圈，
与rf 49接近，轻液容易混入重液出口，不可。
• 结论：可以选择37.4，39.0， 41.1 三种， 为了有利于轻液分离，可选用提圈孔径稍大 些的41.1mm最好。
第七章 萃取设备复习要点
1、使用管式离心机进行液-液分离操作如果要求的产 品在有机溶媒相，则操作时应注意什么？
如果要重液，希望重液厚度增 加，分界面内移，重液出口半径 要小，即用较小内径堤圈。
如果要轻液希望轻液厚度增加， 用大内径堤圈.
例题1 ***
一管式离心机，转筒内径105 mm，轻 液出口直径为30 mm，溢流环外径为 98 mm，转筒转速15000 r / min，若有堤圈 五个，其孔径分别为37.4、39.0、41.1、 43.8、46.2 mm，现分离乙酸丁酯－水溶 液，密度分别为 880 kg/m3， 1000 kg/m3，若分离产物在乙酸乙酯中，问选 用哪个堤圈为好？
混合罐出口流量 Q VS VF
平均混合时间
0
V Q
分配系数
K 1 2
浓缩倍数
m VF VS
溶质 V F 0 物 V S1 V F 料 2
混合罐的计算 ：
1
0
11
Km
2
0
1 K
m
三.离心分离机及离心萃
取机两相分界面计算
RS
• 重力分离器
RL RH
RL,RH为轻液、重液出;口高度 Rs:分界面高度。
• 根据题意：轻液出口半径rL=20mm； 溢流环半径rf＝50mm
重液出口半 rH必 径需满:足
rLrH
rf 2H LrL2L H
当rH＝
rf
2H
LrL2L时 H
rH＝
502998 878 202 87825.5mm
998
• 则提圈内径范围：大 于40mm，小于51mm
• 可以选择41.1、43.8、 46.2、50.8、 但是
psdp p2
2
rs
H
rdr
rH
psp222H(rs2rH2)
由于
p1 p2 大气压强 ps p1 ps p2
L(rs2 rL2) H(rs2 rH2)
rs
HrH2 LrL2 H L
r • 分界面半径 s只是与两相密度差及两相出口半径
有关而与两相体积无关。
(2) 界面位置调节与控制
当 两 液 相 的 重 度 差 和 轻 液 出 口 半 径 rL 不 变
多 级 离 心 萃 取 机
Luwesta三级离心萃取机操作参数
转鼓的转速为 4500 r/min， 料液最大处理量为 7 m3/h，料液 的进口压力为 5×105 Pa，萃取剂 进口压力3×105 Pa。
立 式 连 续 逆 流 离 心 萃 取 机
结构特点
• 由11个不同直径的同心圆筒组成的转鼓， 每个圆筒上均在一端开孔，作为料液和萃 取剂流动的通道，由于相邻筒之间开孔位 置上下错开，使液体上下曲折流动。
时，分界半径rS仅随重液出口半径rH而变
化。
rH ，rS
此时，界面外移，有利于轻液分离，反之
rH ，rS
界面内移，有利于重液分离。
重液出口半径rH的取值范围
重液出口半径rH的上限（最大值），当rS = rf 轻液混入重液出口.
rsrf rH 2H H rL L 2 L
可 r H 得 r f2 H L r L 2L H
– 液－固萃取：（浸取）(Leaching )。如用丙酮提 取菌丝体中的灰黄霉素。
– 液－液萃取： 溶剂萃取（溶媒萃取） – 双水相萃取
第一节 萃取设备
分段式萃取: 混合过程和分离过程在分别在两个独立的设备
中进行；
连续式萃取： 若上述两过程在一个综合性设备中。
液-液萃取设备：
• 分段萃取 • 混合设备 混合罐
第五章 萃取设备
本章重点：了解萃取设备的类型并会选用； 计算液-液分离离心机的操作参数。
• 萃取：
• 利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的 不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法
萃取
•加料 •混合 •分相 •纯化 •溶剂回收
料液 A+B
萃取相 (S+A+B)
搅拌
萃取剂 (溶剂S)
萃余相 (B+A+S)
需要校核rs
rs
HrH2 LrL2 H L
99850.82 878202
2
998878
49.3mm
若用孔径5为0.8mm的提圈，
与rf 50接近，轻液容易混入 液重 出口，不可。 最好选择46.2mm提圈最佳。
rL,rH分别为轻液和重度 液， 的 kg密 /m3. 轻液和重液出口气 均相 与通 大，压强相
p1 p2 大气压强
L(RL RS)HRS HRH
Rs
HRH H
LRL L
• 当RL不变，两相密度不变时， RS 与重液出口高度(RH)有关。
• RH调节范围：
RH的下限,当RS 0时
H RH L RL
料液加入量 溶媒加入量
未萃取率φ ：
1 E1
(5) 理论收得率 ：
EK 1
1E Km
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、混合罐的计算 ：
（1）物料衡算
装料体积 V（m3） 料液加入流量VF（m3/h） 萃取溶剂加入流量VS（m3/h） 料液中溶质的浓度ρ 0（kg/m3） 萃取相中溶质的浓度ρ1（kg/m3）
萃余相中溶质的浓度ρ2 （kg/m3)
乳浊液中重液体积高于清液,则用内圈即靠近轴的那一圈通道.
第二节 连续式萃取设备
• 多级离心萃取机 • 立式连续逆流离心萃取机
多级离心萃取机
• 工作原理： • 分若干级，每级分三段，每一段的下部为混
合区域，中部为分离区域，上部为重液相引 出区域。 • 新鲜萃取剂由第三级加入，待萃取料液则由 第一级加入，萃取轻液在第一级引出，重液 在第三级引出。
一、萃取操作基本概念
• 分配系数K： 萃取液中的溶质浓度c1
K 萃余液中的溶质浓度c2
• 萃取因素E：
E
溶质在萃取液中的重量 溶质在萃余液中的重量
VS c1 VF c2
(3) 未萃取率φ ：
溶质在萃余液中的重量 VF c2
溶质的总重量 VSc1 VF c2
(4) 浓缩倍数m：
m VF Vs
2、简述立式离心萃取机的结构与原理。 3、喷射式混合管有哪些类型？特点？ 4、连续式萃取设备有哪些？他们结构如何？各有何特
点？ 5、管式离心机如何调节轻-重液的比例 6、掌握管式离心机计算及计算液-液分离离心机的操
作参数。
1、使用管式离心机进行液-液分离操作如果要求的 产品在有机溶媒相(轻相)，则操作时应注意什么？
• 根据题意：轻液出口半径rL=15 mm； 溢流环半径rf＝49 mm
重液出口半径rH 必需满足:
rL rH
rf 2 H L rL 2 L H
当rH＝
rf 2 H L H
rL 2 L 时
rH＝
492 1000 880 152 880
1000
＝22.05mm
最大半径：rH = 22.05 mm, 最大内径：DH = 2 rH
= 2×22.05＝44.1 mm • 则堤圈内径范围：
大于轻液出口内径：DL = 30 mm 同时应该小于DH = 44.1mm
• 可以选择37.4、39.0、41.1、43.8。
• 校核轻液和重液界面半径 rs
需要校核rs
rs
H rH 2 LrL2 H L
1000
43.2
2
880152
工作原理
工作原理
重液相（料液）由底部轴周围的套管进入转鼓 后，沿螺旋形通道由内向外顺次流经各筒，最 后由外筒经溢流环到向心泵室被排出。轻液 （萃取剂）则由底部的中心管进入转鼓，流入 第十圆筒，从下端进入螺旋形通道，由外向内 顺次流过各筒，最后从第一筒经出口排出。
第三节 液-液萃取设备计算
一、萃取操作基本概念 二、萃取混合罐的计算 三、离心分离机及离心萃取机两相分界面计算
3) 料液需在较高的压力下进入混合器。
(4) 泵混合
• 直接利用离心泵在循环运输的过 程中进行混合。
2 分离设备
• １、管式离心机 • 2 、碟片式离心分离机
碟片进料位置
Rf
R12 R22 1
Rf : 进料孔半径, mm R1, R2分别为碟片的内径和外径, mm.
: 轻液与重液的体积比.
dF 2 r dm dm 2r h dr dF 2h2r2dr
在r处圆筒面上所受压强
dp dF 2 rdr 2rh
• 对于轻液，在轻液出口至分界半径范 围内，积分得：
psdp p1
2
rs
L rL rdr
ps p122L(rs2rL2)
对于重液相，在重液出口至分界 半径范围内，积分得：
答：可通过选择较大堤圈内径，来增加重液出口半 径，rH增加，分界半径rS也增加。可以使转筒内 重液层变薄，轻液层变后，有利于轻液分离。即 有利于有机溶媒相中产品分离。但是要保证堤圈 内径D
D 2 r H 2r f2 H L r L 2L H
• 一管式离心机，轻液出口直径为40mm，溢流环 外径为100mm，若有堤圈五个，其孔径分别为、 41.1、43.8、46.2、50.8、53.1mm，现分离乙酸 丁酯-水溶液，重度分别为878kg/m3， 998kg/m3， 若分离产物在乙酸乙酯中，问选用哪个堤圈为好？
(2) 混合管
管内液体： W=1.0～1.5（m/s） Re≥（5～10）×104
τ= 10～20（s） 静态混合器加强液体
湍流 (正反螺旋相间 隔的混合螺旋片)
（3）喷射式混合管（萃取器）
管道内设 有混合元件： 喷嘴 混合孔板
喷射式混合管特点
1) 利用文丘里管原理，体积小效率高；
2) 适用于两液相的粘度和界面张力都很小，容易 分散的情况；
重液出口半径rH的下限（最小值）
r H r L 此时重 。 液
r H r L r sr H 2H H r L L 2L
重液出口半径rH调节范围：
r L r H r f2 H L r L 2L H
• 管式离心机通过重液出口的堤圈 内径调节轻-重液的比例。
堤圈 是一组外径相同的有孔的 金属薄板，放在重液出口处，由 于不同号码的堤圈开孔直径不同。 必须选择适当的堤圈才能使两相 分离清楚。
RH
L RL H
RH的上限 : RH RL RS
操作过程
:
RL RH
L RL H
管式离心机分界面求取
• 轻液出口半径rL • 重液出口半径rH • 分界半径rS • 溢流环半径rf（外径） 筒顶有固定的轻液溢液环、 可置换的重液堤圈和 轻、重液出口。
• 假定在半径r处有一薄层圆筒形液体，其质量为
混合管 混合泵 喷射器 分离设备 管式/碟片式离心机 连续萃取 萃取塔 离心萃取机
一、 分段式萃取设备
•
1、 混合设备
• 1）混合罐
混合罐
螺旋桨搅拌器：d/D = 1/3～1/6 转速：400～1000 〔 r/min 〕
涡轮式搅拌器：d/D = 1/3.5～1/3 转速：300～600r/min 罐内液体停留时间：τ= 2〔min〕
2
1000 880
47.3mm
若用半径为43.2mm的提圈，
与rf 49接近，轻液容易混入重液出口，不可。
• 结论：可以选择37.4，39.0， 41.1 三种， 为了有利于轻液分离，可选用提圈孔径稍大 些的41.1mm最好。
第七章 萃取设备复习要点
1、使用管式离心机进行液-液分离操作如果要求的产 品在有机溶媒相，则操作时应注意什么？
如果要重液，希望重液厚度增 加，分界面内移，重液出口半径 要小，即用较小内径堤圈。
如果要轻液希望轻液厚度增加， 用大内径堤圈.
例题1 ***
一管式离心机，转筒内径105 mm，轻 液出口直径为30 mm，溢流环外径为 98 mm，转筒转速15000 r / min，若有堤圈 五个，其孔径分别为37.4、39.0、41.1、 43.8、46.2 mm，现分离乙酸丁酯－水溶 液，密度分别为 880 kg/m3， 1000 kg/m3，若分离产物在乙酸乙酯中，问选 用哪个堤圈为好？
混合罐出口流量 Q VS VF
平均混合时间
0
V Q
分配系数
K 1 2
浓缩倍数
m VF VS
溶质 V F 0 物 V S1 V F 料 2
混合罐的计算 ：
1
0
11
Km
2
0
1 K
m
三.离心分离机及离心萃
取机两相分界面计算
RS
• 重力分离器
RL RH
RL,RH为轻液、重液出;口高度 Rs:分界面高度。
• 根据题意：轻液出口半径rL=20mm； 溢流环半径rf＝50mm
重液出口半 rH必 径需满:足
rLrH
rf 2H LrL2L H
当rH＝
rf
2H
LrL2L时 H
rH＝
502998 878 202 87825.5mm
998
• 则提圈内径范围：大 于40mm，小于51mm
• 可以选择41.1、43.8、 46.2、50.8、 但是
psdp p2
2
rs
H
rdr
rH
psp222H(rs2rH2)
由于
p1 p2 大气压强 ps p1 ps p2
L(rs2 rL2) H(rs2 rH2)
rs
HrH2 LrL2 H L
r • 分界面半径 s只是与两相密度差及两相出口半径
有关而与两相体积无关。
(2) 界面位置调节与控制
当 两 液 相 的 重 度 差 和 轻 液 出 口 半 径 rL 不 变
多 级 离 心 萃 取 机
Luwesta三级离心萃取机操作参数
转鼓的转速为 4500 r/min， 料液最大处理量为 7 m3/h，料液 的进口压力为 5×105 Pa，萃取剂 进口压力3×105 Pa。
立 式 连 续 逆 流 离 心 萃 取 机
结构特点
• 由11个不同直径的同心圆筒组成的转鼓， 每个圆筒上均在一端开孔，作为料液和萃 取剂流动的通道，由于相邻筒之间开孔位 置上下错开，使液体上下曲折流动。
时，分界半径rS仅随重液出口半径rH而变
化。
rH ，rS
此时，界面外移，有利于轻液分离，反之
rH ，rS
界面内移，有利于重液分离。
重液出口半径rH的取值范围
重液出口半径rH的上限（最大值），当rS = rf 轻液混入重液出口.
rsrf rH 2H H rL L 2 L
可 r H 得 r f2 H L r L 2L H
– 液－固萃取：（浸取）(Leaching )。如用丙酮提 取菌丝体中的灰黄霉素。
– 液－液萃取： 溶剂萃取（溶媒萃取） – 双水相萃取
第一节 萃取设备
分段式萃取: 混合过程和分离过程在分别在两个独立的设备
中进行；
连续式萃取： 若上述两过程在一个综合性设备中。
液-液萃取设备：
• 分段萃取 • 混合设备 混合罐
第五章 萃取设备
本章重点：了解萃取设备的类型并会选用； 计算液-液分离离心机的操作参数。
• 萃取：
• 利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的 不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法
萃取
•加料 •混合 •分相 •纯化 •溶剂回收
料液 A+B
萃取相 (S+A+B)
搅拌
萃取剂 (溶剂S)
萃余相 (B+A+S)
需要校核rs
rs
HrH2 LrL2 H L
99850.82 878202
2
998878
49.3mm
若用孔径5为0.8mm的提圈，
与rf 50接近，轻液容易混入 液重 出口，不可。 最好选择46.2mm提圈最佳。
rL,rH分别为轻液和重度 液， 的 kg密 /m3. 轻液和重液出口气 均相 与通 大，压强相
p1 p2 大气压强
L(RL RS)HRS HRH
Rs
HRH H
LRL L
• 当RL不变，两相密度不变时， RS 与重液出口高度(RH)有关。
• RH调节范围：
RH的下限,当RS 0时
H RH L RL
料液加入量 溶媒加入量
未萃取率φ ：
1 E1
(5) 理论收得率 ：
EK 1
1E Km
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、混合罐的计算 ：
（1）物料衡算
装料体积 V（m3） 料液加入流量VF（m3/h） 萃取溶剂加入流量VS（m3/h） 料液中溶质的浓度ρ 0（kg/m3） 萃取相中溶质的浓度ρ1（kg/m3）
萃余相中溶质的浓度ρ2 （kg/m3)
乳浊液中重液体积高于清液,则用内圈即靠近轴的那一圈通道.
第二节 连续式萃取设备
• 多级离心萃取机 • 立式连续逆流离心萃取机
多级离心萃取机
• 工作原理： • 分若干级，每级分三段，每一段的下部为混
合区域，中部为分离区域，上部为重液相引 出区域。 • 新鲜萃取剂由第三级加入，待萃取料液则由 第一级加入，萃取轻液在第一级引出，重液 在第三级引出。
一、萃取操作基本概念
• 分配系数K： 萃取液中的溶质浓度c1
K 萃余液中的溶质浓度c2
• 萃取因素E：
E
溶质在萃取液中的重量 溶质在萃余液中的重量
VS c1 VF c2
(3) 未萃取率φ ：
溶质在萃余液中的重量 VF c2
溶质的总重量 VSc1 VF c2
(4) 浓缩倍数m：
m VF Vs
2、简述立式离心萃取机的结构与原理。 3、喷射式混合管有哪些类型？特点？ 4、连续式萃取设备有哪些？他们结构如何？各有何特
点？ 5、管式离心机如何调节轻-重液的比例 6、掌握管式离心机计算及计算液-液分离离心机的操
作参数。
1、使用管式离心机进行液-液分离操作如果要求的 产品在有机溶媒相(轻相)，则操作时应注意什么？
• 根据题意：轻液出口半径rL=15 mm； 溢流环半径rf＝49 mm
重液出口半径rH 必需满足:
rL rH
rf 2 H L rL 2 L H
当rH＝
rf 2 H L H
rL 2 L 时
rH＝
492 1000 880 152 880
1000
＝22.05mm
最大半径：rH = 22.05 mm, 最大内径：DH = 2 rH
= 2×22.05＝44.1 mm • 则堤圈内径范围：
大于轻液出口内径：DL = 30 mm 同时应该小于DH = 44.1mm
• 可以选择37.4、39.0、41.1、43.8。
• 校核轻液和重液界面半径 rs
需要校核rs
rs
H rH 2 LrL2 H L
1000
43.2
2
880152
工作原理
工作原理
重液相（料液）由底部轴周围的套管进入转鼓 后，沿螺旋形通道由内向外顺次流经各筒，最 后由外筒经溢流环到向心泵室被排出。轻液 （萃取剂）则由底部的中心管进入转鼓，流入 第十圆筒，从下端进入螺旋形通道，由外向内 顺次流过各筒，最后从第一筒经出口排出。
第三节 液-液萃取设备计算
一、萃取操作基本概念 二、萃取混合罐的计算 三、离心分离机及离心萃取机两相分界面计算
3) 料液需在较高的压力下进入混合器。
(4) 泵混合
• 直接利用离心泵在循环运输的过 程中进行混合。
2 分离设备
• １、管式离心机 • 2 、碟片式离心分离机
碟片进料位置
Rf
R12 R22 1
Rf : 进料孔半径, mm R1, R2分别为碟片的内径和外径, mm.
: 轻液与重液的体积比.