萃取分离工艺参数设计

萃取分离工艺参数设计

——最优化串级萃取工艺设计

1、确定原料和处理能力

根据市场需求现状和发展趋势、本地稀土资源状况和开采能力、企业投资和融资能力大小等因素，确定稀土生产线的原料来源、基本配份、年处理能力。

2、确定产品方案

产品品种和规格要符合主流要求，适销对路，既不要盲目求高而增加分离难度和成本，又不能没有市场竟争能力而遭淘汰。

3、确定分离工艺流程

稀土分离时往往按“四分组”效应首先将原料分为轻、中、重稀土富集物。 分组的切割位置通常选择边界元素间分离系数（或等效分离系数）较大、并保持易萃取组分比例均衡，同时兼顾产品要求、设备条件、工艺衔接、操作稳定性和可行性等因素，以降低生产成本、提高流程的稳定性。

（1）工艺采用了具有世界先进水平分离提纯技术，确保产品质量稳定，纯度较高。

（2）工艺流程在实施过程中容易控制，比较灵活，可以根据市场的不同需求，生产不同规格的产品，充槽投资较省，化工辅料消耗降低，有利于降低产品成本。

（3）整个工艺流程较短，可连续化操作，稀土机械损失少，稀土的总收率高。

（4）实现产品“系列化”“高纯化”“单一化”“规模化”，经济指标较好，市场适应能力较强。

4、最优化串级萃取工艺设计 4.1 确定萃取体系和测定分离系数β

针对要分离的问题，选择一个合适的萃取体系，进行单级试验，确定最适宜的有机相配比、皂化度、料液和洗液的浓度和酸度等。测定萃取段和洗涤段的平均分离系数β和β'。

B A

E E =β （1）

'

''

B A

E E =β （2） 若β和β'值相差不大，通常采用数值较小的β值进行计算。 4.2 确定分离指标

根据料液组成，确定分离切割线位置，确定易萃组分A 和难萃组分B ，B f 为料液中组分B 的摩尔分数，1A B f f =-为料液中组分A 的摩尔分数。

根据市场需求确定产品分离指标，若A 为主要产品，规定其纯度An m p +，回收率为A Y ，则A 的纯化倍数和B 的纯化倍数为：

(1)

n m

n m A A A

B

P P a f f ++-=

（3）

(1)

A

A a Y b a Y -=

- （4）

出口水相B 的纯度1B P 和A 的纯度1A P 为：

1B

B A B

bf P f bf =

+ （5）

111A B P P =- （6）

出口有机相和出口水相分数A

f '和B f '： n m

A A

A

A f Y f P +'= （7） 1

B A

f f ''=- （8） 若B 为主要产品，规定其纯度为1B P ，回收率为B Y ，则：

1

1(1)

B B B

A

P P b f f -=

（9）

(1)

B

B b Y a b Y -=

- （10）

n m A

A A B

af P af f +=

+ （11）

1n m n m B A P P ++=- （12）

1B B B B f Y

f P '= （13）

1A B f f ''=- （14）

若A 、B 都为主要产品，则A 、B 产品纯度分别规定为1n m A B P P +和 ，则：

(1)

n m

n m A A A

B

P P a f f ++-=

（15）

1

1(1)

B B B

A

P P b f f -=

（16）

1(1)

1111A A a a b Y ab ab --=-Φ=-

=

-- （17） (1)

1

B B b a Y ab -=Φ=

- （18） 1

B B

B

B f Y f P '= （19） 1A

B f f ''=- （20）

4.3 确定最优萃取比、萃取量和洗涤量

首先根据工艺要求，确定由水相进料或有机相进料。多数情况下将料液配成水溶液，由水相进料较方便。但在多元素萃取分离时，第一串级萃取分离B 、C ，出口有机相含A 、B ，送入第二串级萃取分离A 、B 第二串级萃取的料液为第一串级萃取的出口有机相，第二串级萃取为有机相进料。

（1）用最优化方程确定最优萃取比M E 、M

E '和萃取量S 和洗涤液量W 通常优化的M E 和M

E '值可按水相进料或有机相进料及水相出口分数B f '的大小分四种情况。

①水相进料

若

B f '>

，则应由萃取段控制：

M E =

（21）

M B M

M A

E f E E f '

⋅'='- （22） 111M M B

M M

E M E f S E E '⋅⋅=

=

-- （23） n m A W S M S f +'=-=- （24）

若B f '<

，则应由洗涤段控制：

M E '= （25）

M

A M M B

E f E E f ''⋅=

''- （26） S 和W 同上； ②有机相进料

若B f '>

M E =

（27）

1M A

M

B E f E f '-⋅'=' （28） 1M B M

E f S E '

⋅=

- （29）

1A

B W S f S f ''=+-=+ （30）

若B f '<

M

E '= （31）