第11章 萃取

E X2 X1 X0 X
1 B n n[1 ( KC KC X n ( ) n B
X0
Y0 K ) B ] Y0 KC K
2、连续萃取过程（在塔中完成，一般两相逆流流动）
（1）连续逆流萃取设备 填料萃取塔
筛板萃取塔
1塔壳体 2液体分布器 3填料压板 4填料 5液体再分布装置 6填料支承板
B B Yn X n ( X n1 Y0 ) C C
Y1
E1
Y2
E2
Y0 X2 X1
S2
S1 X0 X
Y0 X0 1 K) n n ( KC Y0 n(1 ) Xn B K
（2）多级逆流萃取过程
L0 x0 L1 x1 L 2 x2 L3 x3
1 M1
V1 y1 V2 y2
第一节
液—液萃取
过程：选择一种溶剂S（有良好的选择性；与原混合液中的溶剂不溶或 部分互溶；易于回收），加入到混合液（A+B）中，利用混合液中的组分 在S中溶解度的差异，使A从原溶液向S转移，实现分离、富集和提纯A。萃 取后得到萃取相（A+S+B）和萃余相（B+A+S），过程为A在萃取相和萃余 相中进行分配，属于物质在两相间的传递过程，极限为A在两相中达到平 衡。 液—液萃取是分离液体均相混合物的又一种单元操作，多数情况下萃 取不如蒸馏经济，但对于①α相等或接近的物系；②热敏性物料的分离； ③挥发性物质含量少的物质的提取有其独特的优点。
F xM y0 S M S x0 xM FM
R y1 xM E M E xM x1 R M

E1 y1 Fx0
（2）当规定萃余相组成x1时，在溶解度曲线上确定R（x1）点，借助辅助曲线找 到与R共轭相的E点，连ER和FS交点M即为混合液点，由杠杆规则确定S和y1。 计算出萃取剂用量和萃取率。 （3）图中E’和R’为脱除溶剂后的萃取液和萃余液组成点。
特点：萃余相每级与新鲜溶剂接触，萃取效果好，但溶剂用量大，回收费用高。 计算内容：规定xn条件下理论级数（已知F、S、x0、y0）。 计算方法：①三角形坐标图解法—B、S部分互溶 A 过程：由F、S根据杠杆规则确定M1点；借助辅助 曲线找到E1、R1，得x1；由R1、S根据杠杆规则确 定M2点；借助辅助曲线找到E2、R2，得x2；…… F 直至的组成为止。联结线数即为理论级数。 M1 E1 萃取率： R1 M2 E2
②直角坐标图解法—B、C完全不互溶 Y=f（X） 特点：萃取相中只含C和A，萃余相中只含B和A，且B和C的量在任一级不变。 采用质量比Y（kgA/kgS）和X（kgA/kgB）表示组成。在第1级和第i级间进 行物料衡算： Y BX0 + Cyi+1 = BXi + CY1
Yi 1
B B X i (Y1 X0) C C
Ⅱ、第一级物料衡算： L0 + V2 = L1 + V1 = M1 （M1不知）但：
L0 －V1 = L1－V2 = △ Ⅲ、第i级物料衡算： Li-1+ Vi+1 = Li + Vi = Mi （Mi不知）但：
Li-1 －Vi = Li－Vi+1 = △= L0 －V1 = Ln － V0
和 V0 Ln并且延长的交点得到，为公共操作点。
二、单级萃取过程及其计算
1、单级萃取过程
2、单级萃取过程的计算
已知：原料液量F，组成x0，萃取剂组成y0 计算：①给定萃取剂用量S时，计算E、R、η； ②要求萃余相组成x1时，计算S、η。 方法：平衡关系不能表示为数学方程，采用图解法。 （1）在AB边上定F点，连接SF，按照杠杆规则 定M点；达到平衡时，M点必在E（y1）、R（x1） 的联结线上（借助辅助曲线采用试差法作出）。 计算： F+S=M=E+R Fx0+Sy0=MxM=Ey1+Rx1
2 M2
V3 y3
3 M3
V0 y0
特点：萃余相与下一级萃取相接触，萃取效果差，但溶剂用量小，回收费用低。 计算内容：规定xn条件下理论级数（已知F、C、x0、y0）。 计算方法：①三角形坐标图解法—B、C部分互溶 Ⅰ、总物料衡算： L0 + V0 = V1 + Ln = M
M既是L0、V0的和点，也是V1、Ln的和点，由此确定V1点（Ln已知，连L0 V0得M，连Ln M延长与溶解度曲线即 V1），据联结线借助辅助曲线确定L1点；
4、选择性系数
DA y A xB DB yB x A

E1 y1 Fx0
5、萃取率
• 辅助曲线的作法：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。 • 辅助曲线与溶解度曲线的交点为P，显然通 过P点的联结线无限短，即该点所代表的平衡液相无共轭相，相当于该系统的 临界状态，故称点P为临界混溶点。P点将溶解度曲线分为两部分：靠原溶剂B 一侧为萃余相部分，靠溶剂S一侧为萃取相部分。由于联结线通常都有一定的 斜率，因而临界混溶点一般并不在溶解度曲线的顶点。临界混溶点由实验测 得，但仅当已知的联结线很短即共轭相接近临界混溶点时，才可用外延辅助 曲线的方法确定临界混溶点。通常，一定温度下的三元物系溶解度曲线、联 结线、辅助曲线及临界混溶点的数据均由实验测得，可从手册或专著中查得， 温度升高，两相区缩小，对萃取操作不利。 辅助曲线的应用：通过辅助曲线寻找平衡液相的共轭相。
一、三元体系的液液相平衡
对双组分溶液的液—液萃取过程，一般萃取相和萃余相中均为三组分，当规 定了其中两个组成外，第三组分就被唯一确定下来，因而溶液组成可用平面 坐标上的点来表示，即三元物系的相平衡关系可用三角形坐标图表示 。 1、三角形坐标图 (1)常用等边三角形或等腰三角形两种坐标图。 （2）组成用质量分率表示，A为溶质，B为原溶剂（稀释剂），S萃取剂。 （3）三角形的三个顶点表示纯组分，三条边表示二元混合液的组成，三角形内 任意一点表示一个三元混合液，其组成通过作各边平行线来确定。 （4）与某一边平行的线上该边所对顶点代表的组分浓度相同。 （5）由某点引出的直线上，另两组分含量的连续逆流萃取过程计算（设B与S完全不互溶） 对微分塔段dh进行物料衡算： B dX= S dY= N Aa vAdh 对萃余相：NA=KL（X－X*）
∴
B dX h dh X X K L av A X 2 0
h
X1
第二节
一、浸取的基本原理 1、浸取的传质机理
浸取
提取固体中的成分采用浸取法，提高取出率和保持原料完整（预处理、浸取、后处理）
步骤：①溶剂进入固体内溶解溶质；②溶质从固体内向表面扩散；③溶质从 固体表面扩散到溶剂中。第①步易进行，第③步可控制，第②步为关键。
2、浸取模型------平衡级 设溶剂C，原料A+B（A溶于C，B不溶于C， 且对A无吸附），加入C的量使A保持在 饱和溶解度之下。经充分浸取后，A完全溶 于C中与B脱离，液体中A的浓度不 变，该接触级称为平衡级。 对单级浸取器中物料的变化关系如图： 原料F=B+L（A、B）；溢流液V1（A、C）； 底流W=B+L（B、A、C）； 且L1和V1中溶质浓度相同。
△为常数，表示进入第i级萃余相与离开该级萃取相流量之差，通过连V1L0、
具体过程：由V0 、L0、Ln、 M定 V1；连V1 L0和V0 Ln且延长相交 得到公共操作点△ ；据V1确定L1，连△L1延长到平衡线得V2； 据V2确定L2，连△L2延长到平衡线得V3；据V3确定L3，……直 至Li组成xi≤xn为止，联结线数目为理论级数。
表示第n级萃余相组成Xn和萃取相组成Yn间 的操作关系。在Y—X图上，从点S1（X0，Y0） 作-B/C的直线交分配曲线于点E1（X1，Y1）， 为第一级操作后两相组成点；……直至点对应 组成Xi≤Xn为止。操作线数目即为理论级数。 萃取率：η=∑CYi/BX0 。 ③解析法—B、C完全不互溶 Y=KX
E MR R ME
E MR M RE
R ME E RE
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。
2、三组分相图 设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，称为共轭相，联结两 共轭液相相点的直线称为联结线，如图中的RiEi线 (i=0,1,2,……n)。萃取操作只能在两相区内进行。 溶解度曲线可由实验得到：在一定T下，将B与S 以适当比例相混合，使其总组成位于两相区，设为 M，则达平衡后必得到两个互不相溶的液层，其相 点为R0、E0。在恒温下，向此二元混合液中加入适 量的A并充分混合，使之达到新的平衡，静置分层 后得到一对共轭相R1、E1，然后继续加入溶质A，重 复上述操作，即可得到n+1对共轭相的相点Ri、Ei (i=0,1,2,……n)，当加入A的量使混合液恰好由两 相变为一相时，其组成点用K表示，K点称为临界混 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。
第十一章
萃取
定义：用一种溶剂处理物料，提取其中某组分的操作过程，称萃取。 当溶剂为液体，物料为与之不互溶或部分互溶的液体时，称液—液萃取； 当溶剂为液体，物料为固体时，称液—固萃取，或浸取； 当溶剂为超临界流体液体，物料为固体或液体时，称超临界流体萃取。 原理：利用溶剂对待处理物料中各组分溶解度的不同。 应用：物系的分离和提纯等。