化工原理第四章 萃取
第四章 液液萃取
三角形相图
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（2）杠杆规则
如图所示，将质量为r kg、组成为 xA、xB 、xS的混合物系R与质量
为ekg、组成为 y A、yB 、yS，的混合物系E相混合，得到一个质量为
m kg、组成为z A、z B、z S的新混合物系M，其在三角形坐标图中 分别以点R、E和M表示。M点称为R点与E点的和点，R点与E点 称为差点。
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(2)萃取剂选择要点 ①选择性好 表现为分离系数大。 ②萃取容量大 表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。 ③化学稳定性强 耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。 ④易与原料液相分层 不乳化、不产生第三相。 ⑤易于反萃或分离 便于萃取剂的重复利用。 ⑥安全性好 无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。 ⑦经济性好 成本低、损耗小。
液液萃取的优点
具有处理量大、分离效果好、回收率高、可连续操作以 及自动控制等特点，因此得到了广泛的应用。
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1.为什么溶质会转移？ 2.如何达到分配平衡？
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液液萃取应用
1. 炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如烷烃和 芳烃的分离，润滑油的精制等；
2. 湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、 金等贵金属的分离和提取；
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2. 相比
萃取体系中萃取相 V(o)与 V(a)被萃相的体积比。
R V(o) /V(a)
在连续萃取过程中，通常用两相的流比取代相比。
r G/L G 为萃取相流量， L 为被萃相流量。
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3. 分离系数
分离系数又称为分离因子，表示被萃相中两种物质可被 某种萃取剂所分离的难易程度，它等于这两种物质在相同萃 取条件下的分配比之比。
化工原理下册萃取-本科
两相区
0.8 0.2 S
M
0.6
临界混溶点 P（Plait point）
两个共轭相组成相同时的混 溶点——临界混溶点 P。 P 点将溶解度曲线分为萃取 相区域与萃余相区域。一般 临界混溶点并不是溶解度曲 线的最高点，其准确位置的 实验测定也很困难。
A
P
B
R1 R
M1 d
E1 E S
通常联结线不互相平行，其斜率随混合液的组成而异，一般是按 同一方向缓慢地改变。 有些物系在不同浓度范围内联结线斜率方向不同，如吡啶－氯苯 －水体系。
b. 多级错流萃取
料液 Feed 萃取剂 Solvent
1
萃取相 Extract
2
3
N
萃余相 Raffinate
原料液依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各级的混合槽中，萃 取相和最后一级的萃余相分别进入溶剂回收设备，回收溶剂后的 萃取相称为萃取液（用E’表示），回收溶剂后的萃余相称为萃余 液（用R’表示）。 特点：萃取率比较高，但萃取剂用量较大，溶剂回收处理量大， 能耗较大。
c. 多级逆流萃取
料液 Feed 萃余相 Raffinate
1
萃取相 Extract
2
3
N
萃取剂 Solvent
原料液和萃取剂依次按反方向通过各级，最终萃取相从加 料一端排出，并引入溶剂回收设备中，最终萃余相从加入 萃取剂的一端排出，引入溶剂回收设备中。 特点：可用较少的萃取剂获得比较高的萃取率，工业上广 泛采用。
第四章 液-液萃取 Extraction
0、概述
（1）液-液萃取的基本原理 （2）液-液萃取过程的分类 （3）液-液萃取的应用 （4）萃取操作的基本流程 （5）萃取操作的适用范围
资料：第四章 萃取分离法
第四章萃取分离法经典萃取即是使溶液与另一种不相混溶的溶剂密切接触，让溶液中的某种或几种溶质介入溶剂中，从而使它们与溶液中的其他干扰组分分离的过程。
萃取分离在很早时就应用于分析中。
1842年Péligot发现乙醚可以硝酸溶液中萃取硝酸铀酰。
1867年，又有人发现某些金属的硫氰酸盐可溶于乙醚，因此，可以用乙醚来分离钴和镍。
萃取技术从核燃料的提取、分离和纯化开始，已广泛地应用于是化工、冶金、制药、生物和航天等领域。
近20年来，基于科学技术的发展，又衍生出超临界萃取、双水相萃取、凝胶萃取、和膜基萃取等多项新型萃取分离技术。
第一节萃取分离的基本参数一、萃取化学中常用的名词萃取－原来溶于水相的被萃物与有机相接触后，通过物理或化学过程，部分或几乎全部转入有机相地过程。
溶剂－萃取过程中构成连续有机相地液体。
萃取剂－能与被萃物有化学结合，又能溶于有机相的有机溶剂。
配位剂－指溶于水相能与金属离子生成配合物的配位体。
这类配位剂按功能可分为二大类：抑萃配位剂，起到抑止干扰离子进入有机相的作用；助萃配位剂，起到协助金属离子进入有机相盐析剂－是本身不能被萃取，也不能与金属离子配位的无机盐。
其作用有两方面：其一，盐析剂的水合作用，吸引了一部分自由水分子，使自由水分子的两减少，使被萃物在水中的相对浓度增加，有利于萃取；其二，盐析剂的存在增加水的极性，有利于合有机相分层，减少乳化作用。
萃合物－被萃物与萃取剂结合而能萃取到有机相的化合物。
反萃剂－指能破坏有机相中萃合物的结构，使生成易溶于水相的化合物。
萃洗液－能洗去萃取液中的杂质而又不能使萃取物分离出来的水相溶液。
萃余液－萃取后残余的水相，一般指多次连续萃取后残余的水相。
协同萃取－用二种或二种以上的萃取剂萃取同一种离子或化合物时，他们的分配比大于或小于他们单独使用时的分配比加和。
协萃剂－在协萃体系中，萃取剂A在一定试验条件下单独使用时的萃取分配比比萃取剂B单独使用时的萃取效率低，但在B 中加入A 后，萃取效率大大提高，则成A 为B 的协萃剂。
第四章 萃取精馏
二、萃取精馏的原理
1 萃取剂的作用 对于理想气体、非理想溶液
12
K1 p K2 p
0 1 1 0 2 2
由上式可知: 12的变化, 不但与各组分 的饱和蒸气压有关, 而且与各组分的活度 系数也有关。
二、萃取精馏的原理
1 萃取剂的作用 例如,在常压下醋酸甲酯(1)的沸点为57℃,甲 醇(2)的沸点为64.5℃, 沸点差为7.5℃, 其活度 系数为1=1.12, 2=1.53, 当t= 54℃时, 其12为
二组分物系的泡点温度
若(p10/p20)与温度关系不大,在 x1= x1’时,
ln
12 S
12
S A2 S A12 1 2 x1 x S A1
(7)
二、萃取精馏的原理
2 萃取剂的选择性 定义：
S12
12 S
12
p p p p
保持不变的情况下， 2 ） x S： 在x1 x S
12 S
12
，S12 S回收费用高
x S 不能过大，一般x S 0.6 0.8
二、萃取精馏的原理
b) 萃取剂本身性质(A’1S 、A’2S)的影响
1 2 x1 0 A1S A2 S A12
●
很大） 若原溶液偏差性很大（ A12
S A2 S 0，选择性不一定好。 即使 A1
使选择性小于1； 使选择性小于1
说明：此时加入溶剂后，在这一浓度（ x1 值较 值较大）区域， 小或 x1 12 S 反而变小， 即将使分离变得比无溶剂时更加困难。
较小的范围内， 原因：原正偏差溶液， 可能在 x1
三组分物系 的泡点温度
(4)
化工原理 萃取
化工原理萃取
化工原理中的一种常用技术是萃取。
萃取是一种通过在两个不相溶的相中转移物质的过程。
该过程常用于分离和提取化合物，以及从溶液或混合物中去除杂质。
在萃取中，通常会使用两种相，即有机相和水相。
有机相通常是有机溶剂，可以与待提取物质发生相互作用。
而水相则是用于分离提取物质的溶剂，通常是水或酸碱溶液。
萃取过程的关键是选择合适的有机相和水相，以及调节温度、酸碱度等条件，使得待提取物质能够在两相间分配达到最大程度。
常用的有机相包括醚类、醇类、酮类等，而常用的水相则是酸碱溶液或水。
萃取操作一般分为简单萃取和多级萃取两种方式。
简单萃取是指一次性使用一种有机溶剂进行提取，适用于提取量较少的情况。
而多级萃取则是指使用多种有机相进行多次提取，以提高提取效率和纯度。
在萃取过程中，要注意控制各种条件，如溶剂的选择、溶解度、温度、pH值等。
此外，还需要注意操作的安全性，如通风、
避免火源等。
萃取操作还需要进行后续的分离、过滤、干燥等步骤，以获得纯净的提取物质。
综上所述，萃取是一种常用的化工原理技术，通过在两个不相溶的相中转移物质，实现分离和提取化合物的目的。
在进行萃
取操作时，需要注意选择合适的溶剂、控制条件，并进行后续的分离和处理步骤。
化工原理萃取的原理和过程
化工原理萃取的原理和过程
化工原理中的萃取是一种分离技术，通过两种或更多互不溶解的液体相中的溶质分子在物理或化学作用下从一个相转移到另一个相，以实现溶质的分离和纯化。
萃取的基本原理是根据溶质在两相之间的相对溶解度不同，利用两相的不溶性将溶质从原始混合物中分离出来。
萃取过程可以分为以下几个步骤：
1. 选择合适的溶剂：根据待分离的目标溶质的性质，考虑到它在溶剂中的溶解度和选择性，选择的溶剂应与混合物的其他组分无相容性。
2. 混合物与溶剂接触：将混合物与溶剂加入一起，并充分搅拌或搅拌以实现溶质的均匀分配。
3. 平衡：让混合物与溶剂在一定的时间内保持接触，使得溶质在两相之间达到平衡分配。
4. 相分离：通过物理或化学手段，使得混合物与溶剂分成两个不溶的相。
根据溶质的亲疏水性，可以利用重力、离心、过滤或蒸发等方法分离两相。
5. 萃取：溶质会根据其相对溶解度的差异，从一个相转移到另一个相。
适当调
整操作条件，如温度、压力、pH值等，以促进溶质在两相之间的传递。
6. 分离和回收：在萃取过程中，根据溶质在两相之间的分配系数和两相的溶解度，可以通过进一步处理两相来分离和回收溶质。
综上所述，化工原理中的萃取利用两相的不溶性和溶质在两相之间的相对溶解度差异，将溶质从混合物中分离出来。
通过选择合适的溶剂、混合物与溶剂接触、平衡、相分离、调整操作条件、分离和回收等步骤，完成溶质的萃取过程。
化工原理下4-3萃取过程的流程与计算
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一、超临界流体及其基本性质
3. 超临界流体的溶解性能 物质在超临界流体中的溶解度C与超临界流体 的密度ρ的关系
ln C k ln m
比例系数
常数
ρ
20
～C
超临界流体既具 有与液体相近的溶解 能力，萃取时又具有 远大于液态萃取剂的 传质速率。
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
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横坐标
c 0.2 a 1.5 ( ) ( ) c
纵坐标
U cF [1 (U D / U c ) 0.5 ]2 c a c
U cF
填料萃取塔的液泛速度关联图
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第4章 液－液萃取
4.3 4.4
萃取过程的计算 其他萃取分离技术
4.4.1 带回流的逆流萃取(选读) 4.4.2 伴有化学反应的萃取(选读) 4.4.3 超临界流体萃取
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二、萃取塔工艺尺寸的确定
(2)传质单元数法
与填料吸收塔类似
Y1 dX V Z Y2 Y Y * H OG NOG KY a
萃余相 总传质 单元数
XF B dX h X n X X * H OR NOR K X a
萃余相 总传质 单元高 度
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二、萃取塔工艺尺寸的确定
4.3
萃取过程的计算
4.3.1 单级萃取的计算
4.3.2 多级错流萃取的流程和计算
4.3.3 多级逆流萃取的流程和计算
4.3.4 微分接触逆流萃取
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一、微分接触逆流萃取的流程
连续相 分散相 重 相 轻 相
微分接触逆流萃取流程 1-萃取塔 2-流量计 3-离心泵
第四章 溶剂萃取和浸取
（3）油向水中溶解 第一步能量吸收小，但第二步吸能大， 第三步放出的能量不足以补偿所需能量， 故不易溶解。 （4）水和乙醇的溶解 两者都有氢键，第一、第二步吸能虽大， 但第三步因溶质和溶剂均为极性物质，它 们之间的氢键作用又很强，放出的能量也 很大，故溶解可以进行。
பைடு நூலகம்
从分子结构的相似性上，说明相似相溶原理：
第四章 溶剂萃取和浸取
基本要求： 掌握溶剂萃取和浸取的概念。 重点： 溶剂萃取过程的理论基础；工业萃取方 式和理论收得率；萃取设备；浸取过程的 应用；浸取速率。
萃取（Extraction）指任意两相之间的 传质过程。 在液-液萃取过程中常用有机溶剂作为萃 取试剂，故常称液-液萃取为溶剂萃取。 原理：利用一种溶质组分（如产物）在 两个互不混溶的液相（如水相和有机溶剂 相）中竞争性溶解和分配性质上的差异来 进行的分离操作。
目前不能定量解释溶解的规律，常用 “相似相溶”原理。 分子之间可以有两方面的相似： 一是分子结构相似：如分子的组成、官 能团、形态结构的相似； 二是能量（相互作用力）相似：如相互 作用力有极性的和非极性的之分，两种物 质如相互作用力相近，则能互相溶解。
从能量的角度来分析几种溶解过程，说 明相似相溶原理： （1）两种惰性溶剂（不能形成氢键的溶剂， 如烷烃、苯、四氯化碳等）互溶： 第一步和第二步吸收的能量都很小，易 于由第三步放出的能量所补偿，因而溶解情 况较好。 （2）水向油中溶解：因水分子间有很强的 氢键作用，第一步需要吸收很大能量，第二 步吸能不大，而第三步放出的能量不足以补 偿所需能量，难以溶解。
第一节
溶剂萃取
一、溶剂萃取过程的理论基础 溶剂萃取中，溶质必须在两相中有不 同的溶解度，而且，这种溶解能力的差别 越大，萃取越有应用价值。 溶液中物质的溶解作用是应用溶剂萃 取技术中溶剂选择的前提。 相似相溶原理 溶剂的互溶性规律 溶剂的极性
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图4-4 第II类物系的溶解度曲线和联结线
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图4-5 连结线斜率的变化 10
4.1.2 三角形相图
（2）辅助曲线和临界混溶点
一定温度下，测定体系的溶解度 曲线时，实验测出的联结线的条数 （即共轭相的对数）总是有限的， 此时为了得到任何已知平衡液相的 共轭相的数据，常借助辅助曲线 （亦称共轭曲线） 。
图4-6 辅助曲线
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4.1.2 三角形相图
辅助曲线的作法如图4-6所示，通过已知
点R1、R2、… 分别作BS边的平行线，再通过相 应联结线的另一端点E1、E2分别作AB边的平行线， 各线分别相交于点F、G、… ，联接这些交点所得 的平滑曲线即为辅助曲线。利用辅助曲线可求任何 已知平衡液相的共轭相。如图4-6所示，设R为已 知平衡液相，自点R作BS边的平行线交辅助曲线于 点J，自点J作AB边的平行线，交溶解度曲线于点E， 则点E即为R的共轭相点。
静继置续分加层入后溶得 质到A，一重对复共上轭述相操，作其，相即点可为以R得1、到E1n，+1然对后共
轭合相液的恰相好点由两Ri、相E变i (为i=一0,1相,2时,…，…其n)组，成当点加用入KA表的示量，使K混点 称为混溶点或分层点。联结各共轭相的相点及K点的曲 线即为实验温度下该三元物系的溶解度曲线。
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4.1 液液相平衡
三角形坐标图内任一点代表一个三元混合物系。例如M点即表示由A、B、S三个 组分组成的混合物系。其组成可按下法确定：过物系点M分别作对边的平行线ED、 HG、KF，则由点E、G、K可直接读得A、B、S的组成分别为： =0.4、=0.3、 =0.3；也可由点D、H、F读得A、B、S的组成。在诸三角形坐标图中，等腰直角 三角形坐标图可直接在普通直角坐标纸上进行标绘，且读数较为方便，故目前多 采用等腰直角三角形坐标图。在实际应用时，一般首先由两直角边的标度读得A、 S的组成及，再根据归一化条件求得。
系符合杠杆原理，即，
以R为支点可得m、e之间的关系 maeab
(4-1)
r
以M为支点可得 、e之间的关系 ra eb
(4-2)
以E为支点可得 r、m 之间的关系 rabmb
(4-3)
根据杠杆规则，若已知两个差点，则可确定和点；若已知和点和一 个差点，则可确定另一个差点。
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4.1.2 三角形相图
称为共轭相，联结两共轭液相相点的直线称为联 结线，如图4-3中的RiEi线(i=0,1,2,……n)。显然 萃取操作只能在两相区内进行。
图4-3 溶解度曲线
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4.1.2 三角形相图
溶解度曲线可通过下述实验方法得到：在一定温度下， 将组分B与组分S以适当比例相混合，使其总组成位于 两相区，设为M，则达平衡后必然得到两个互不相溶的 液中层加，入其适相量点 的为溶质R0、A并E0充。分在混恒合温，下使，之向达此到二新元的混平合衡液，
第四章 萃 取
4.1 液液相平衡 4.2 萃取操作的原理
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4.1 液液相平衡
4.1.1 三角形坐标图及杠杆规则 （1）三角形坐标图
三角形坐标图通常有等边三角形坐标图、等腰直角三角形坐标图和非等腰直角三角 形坐标图，如图4-1所示，其中以等腰直角三角形坐标图最为常用。
图4-1 三角形相图
点，R点与E点称为差点。
如图4-2
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4.1 液液相平衡
和点M与差点E、R之间的关系可用杠杆规则描述，即
（I）几何关系：和点M与差点E、R共线。即：和点在两差点的连线
上；一个差点在另一差点与和点连线的延长线上。
（ii）数量关系：和点与差点r的are量b m、r、e与线段长 a 、b 之间的关
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4.1.2 三角形相图
设溶质A可完全溶于B及S，但B与S为部分互溶， 其平衡相图如图4-3所示。此图是在一定温度下 绘制的，图中曲线R0R1R2RiRnKEnEiE2E1E0称为溶 解度曲线，该曲线将三角形相图分为两个区域：
曲线以内的区域为两相区，以外的区域为均相区。
位于两相区内的混合物分成两个互相平衡的液相，
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பைடு நூலகம்
4.1 液液相平衡
一般而言，在萃取过程中很少遇到恒摩尔流的简化情况，故在三角形坐标图中混 合物的组成常用质量分数表示。 习惯上，在三角形坐标图中，AB边以A的质量分 率作为标度，BS边以B的质量分率作为标度，SA边以S的质量分率作为标度。 三 角形坐标图的每个顶点分别代表一个纯组分，即顶点A表示纯溶质A，顶点B表示 纯原溶剂（稀释剂）B，顶点S表示纯萃取剂S。 三角形坐标图三条边上的任一点 代表一个二元混合物系，第三组分的组成为零。例如AB边上的E点，表示由A、B 组成的二元混合物系，由图可读得：A的组成为0.40，则B的组成为（1.0–0.40） = 0.60，S的组成为零。
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4.1 液液相平衡
（2）杠杆规则
如图4-2所示，将质量为 rkg、组成为
x S 的混合物系R与质量为ekg、组成为
y
x
A
A、、y
x
B
B、、y
S，
的混合物系E相混合，得到一个质量为m kg、组成
为 z A 、z B 、z S 的新混合物系M，其在三角形坐标图
中分别以点R、E和M表示。M点称为R点与E点的和
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4.1.2 三角形相图
若组分B与组分S完全不互溶，则点R0 与E0分别与三角形顶点B及顶点S相重合。
一定温度下第Ⅱ类物系的溶解度曲线 和联结线见图4-4，通常联结线的斜率 随混合液的组成而变，但同一物系其联 结线的倾斜方向一般是一致的，有少数 物系，例如吡啶–氯苯–水，当混合液组 成变化时，其联结线的斜率会有较大的 改变，如图4-5所示。