液液萃取(溶劑萃取)

1、11液液萃取（溶劑萃?。?Liquid-liquid extraction(Solventextraction)11.1 概述 一、 液液萃取過程： 1、液液萃取原理：根據(jù)液體混合物中各組分在某溶劑中溶解度的差異，而對液體混合物實(shí)施分離的方法，也是重要的單元操作之一。  溶質(zhì) A +萃取劑 SS+A (B)萃取相 Extract 分層 稀釋劑 B B + A (S少量) 萃余相 Raffinate（殘液）   一般伴隨攪拌過程 => 形成兩相系統(tǒng)，并造成溶質(zhì)在兩相間的不平衡   則萃取的本質(zhì)：液液兩相間的傳質(zhì)過程，即萃取過程是溶質(zhì)在兩個(gè)液

2、相之間重新分配的過程，即通過相際傳質(zhì)來達(dá)到分離和提  純。 溶劑 extractant（solvent)S 的基本條件： a、S 不能與被分離混合物完全互溶，只能部分互溶 ； b、溶劑具有選擇性，即溶劑對A、B兩組分具有不同溶解能力。 即（萃取相內(nèi)）（萃余相內(nèi)）   最理想情況： B 與 S 完全不互溶 => 如同吸收過程： B 為惰性組分   相同：數(shù)學(xué)描述和計(jì)算   實(shí)際情況：三組分分別出現(xiàn)于兩液相內(nèi)，情況變復(fù)雜 2 、工業(yè)萃取過程： 萃取不能完全分離液體混合物，往往須精餾或反萃取對萃取相和萃余相進(jìn)行分離，而溶劑可

3、循環(huán)使用。 實(shí)質(zhì)：將一個(gè)難于分離的混合物轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)易于分離的混合物 舉例：      稀醋酸水溶液的分離：萃取劑：醋酸乙酯   3 、萃取過程的經(jīng)濟(jì)性： 取決于后繼的兩個(gè)分離過程是否較原液體混合物的直接分離更容易實(shí)現(xiàn) （ 1 ）萃取過程的優(yōu)勢 ：（與精餾的關(guān)系） 、可分離相對揮發(fā)度小或形成恒沸物的液體混合物； 、無相變：液體混合物的濃度很低時(shí)，精餾過于耗能（須將大量 B 汽化）； 、常溫操作：當(dāng)液體混合物中含有熱敏性物質(zhì)時(shí)，萃取可避免受熱； 、兩相流體：與吸附離子交換相比，操作方便。 （ 2 ） 萃取劑的選擇 萃取過程的經(jīng)濟(jì)

4、性 a、分子中至少有一個(gè)功能基，可以與被萃取物質(zhì)結(jié)合成萃合物； b、分子中必須有相當(dāng)長的烴鏈或芳香環(huán)，可使萃取劑和萃合物容易溶解于有機(jī)相，一般認(rèn)為萃取劑的分子量在350500之間 較為合適。、對 A 溶解能力（萃取容量）強(qiáng) => S用量少，要求萃取劑功能基多、適宜的分子量； 、S 對 A 、 B 選擇性高； 、S 與 A 的相對揮發(fā)性大 => 后繼精餾分離的 R 小；、S 在被分離混合物中溶解度小，易分層，不產(chǎn)生第三相以及不發(fā)生乳化現(xiàn)象 => 萃余相中 S 回收費(fèi)用少； 、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)不易水解、加熱分解、耐酸堿鹽氧化劑還原劑等； 腐蝕性小，甚至抗輻射能力，無毒性，無刺激性，不

5、易燃，難揮發(fā)，操作安全，經(jīng)濟(jì)易得 但有機(jī)萃取劑使得工業(yè)廢水中的化學(xué)耗氧量 COD 和生物耗氧量 BOD 明顯增加，隨著環(huán)保的高要求，它的選取應(yīng)綜合考慮。 （ 3 ）常用萃取劑：可分為： a 、中性含磷萃取劑：磷酸三丁酯 (TBP) 、三辛基氧膦 (TOPO) 和三烷基氧膦等； b 、中性含氧萃取劑：仲辛醇、甲基異丁基酮 (MIBK) 、乙酸丁酯等分別屬于醚類、醇類、醛類、酮類、酯類、醇醚類的有機(jī)溶劑；、中性含硫萃取劑：亞砜類和硫膦類有機(jī)溶劑，常見的有二辛基亞砜 (DOSO) 和石油亞砜 (PSO) ； d 、酸性有機(jī)磷類萃取劑：二 (2-7, 基己基 ) 磷酸 (D2EHPA) 和 2 乙基己

6、基磷酸單 (2 乙基己基 ) 酯 (HEHEHP) 等。 e 、胺類萃取劑 f 、螯合萃取劑 g 、有機(jī)羧酸 h 、有機(jī)磺酸萃取劑 二、兩相接觸方式： 設(shè)備分類： 1 、微分接觸式 differential contacting ：如噴灑萃取塔：逆流接觸傳質(zhì)過程   2 、分級(jí)接觸式 stagewise ：如混和沉降槽 mixer-settler 混合器：攪拌 沉降槽：分層 a、 單級(jí)萃取 single-stage ：即一個(gè)理論級(jí)，只適用于溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度很大或溶質(zhì)萃取率要求不高的場合； b、多級(jí)接觸： 錯(cuò)流：溶劑：并聯(lián)；溶液：串聯(lián) 優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，萃取率較高，但溶劑

7、用量大； 逆流： 優(yōu)點(diǎn)：由傳質(zhì)推動(dòng)力最大 T =>設(shè)備容積小或 S 用量小 三、液液萃取的特點(diǎn)： 同精餾和吸收過程相比 1 、萃取過程中相互接觸的兩相均為液相； 2 、影響因素有：兩液相的密度差、表面張力、粘度，水相和有機(jī)相對設(shè)備材質(zhì)的親和性； 故氣液傳質(zhì)設(shè)備用于液液接觸時(shí)，效率并不高；如：Pall環(huán)和Intalox填料并不適合；因液液過程的傳質(zhì)是在分散相液滴群和連續(xù)相之間進(jìn)行的，要求填料能很好地分散液滴群，且表面不被分散相浸潤，以防止液滴群的聚集 。 而氣液傳質(zhì)是在填料表面完成的，要求液相能很好地浸潤填料表面，并且填料提高很大的有效傳質(zhì)面積。 3 、軸向混合（縱向混合）的影響很重要，尤

8、其是在微分逆流萃取過程。 軸向混合 ：即導(dǎo)致兩相流動(dòng)的非理想性并使兩相在萃取設(shè)備內(nèi)的停留時(shí)間分布偏離活塞流的現(xiàn)象，包括返混和前混等各種現(xiàn)象。 返混：下降連續(xù)相局部速度過大，會(huì)夾帶分散相液滴，引起分散相返混； 分散相液滴上升速度較大，會(huì)引起其周圍連續(xù)相的返混； 前混：若分散相液滴大小不均，若在萃取塔中作為輕相上升，液滴的上升速度會(huì)不同，造成分散相的前混。 因?yàn)橐阂狠腿上嗝芏炔钚　⒄扯群徒缑鎻埩Υ?，故軸向混合對過程的不利影響比精餾和吸收過程更為嚴(yán)重。比如，大型工業(yè)萃取塔，多達(dá)6080%（甚至8090%）的塔高是用來補(bǔ)償軸向混合帶來的不利影響的 四、液液萃取在工業(yè)上的應(yīng)用： 液液萃取工業(yè)過程的特點(diǎn)

9、： （ 1 ）處理能力大； （ 2 ）分離效果好； （ 3 ）回收率高； （ 4 ）可連續(xù)操作，易于自動(dòng)控制。 故在石油化工、濕法冶金、原子能工業(yè)、生化、環(huán)保、醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。液液萃取可以應(yīng)用于無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的分離。 1 、石油化工： 廣泛應(yīng)用于分離和提純各種有機(jī)物質(zhì) 如：輕油裂解和鉑重整產(chǎn)生的芳烴和非芳烴混合物的分離： 采?。?Udex 、 Shell 、 Formex 等萃取流程 溶劑：環(huán)丁砜，四甘醇、 N- 甲基吡咯烷酮             

10、萃取芳烴 又如：乙苯、二甲苯體系， ， R 非常大， N>300 萃取：以 HF-BF 3 為萃取劑 2 、生物化工和精細(xì)化工： 生化制藥中的熱敏性復(fù)雜有機(jī)液體混合物，采用萃取，可避免受熱損壞，提高有效物質(zhì)的收率； 如 ：青霉素的生產(chǎn)：以醋酸丁酯為溶劑，經(jīng)過多次萃取玉米發(fā)酵得到的含青霉素的發(fā)酵液，可得到青霉素的濃溶液； 香料工業(yè)中更是用得很多。 3 、濕法冶金： 如：鈾、釷、銅等金屬提煉，萃取法幾乎完全代替了傳統(tǒng)的化學(xué)沉積法 如： 最先在工業(yè)上應(yīng)用成功的例子：磷酸三丁酯（ TBP ）提取金屬鈾； 以及用 2- 乙基己醇從硼礦石中浸取液中提取硼酸； 又如：用 LIX63-65 等螯合萃取劑

11、從銅的浸取劑中提煉銅是 70 年代以來濕法冶金的重要成就之一。 當(dāng)然，金屬的價(jià)格要大于或等于銅時(shí)，經(jīng)濟(jì)上才合算。 4 、浸?。ㄓ椭妮腿。?leaching (solid extraction) ：用于從非溶性固體中溶解可溶性目的物質(zhì) 如：最常用正己烷（但易燃、不易再生），要被取代，如醇類、異己烷11.2 液液萃取相平衡 萃取過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)，決定過程的方向、推動(dòng)力和過程的極限 特點(diǎn)：兩相、三元，與雙組分蒸餾和單組分吸收有區(qū)別 一、三角形相圖 triangular diagram ： 、溶液組成的表示方法： xA，xS，xB=1-xA-xS（質(zhì)量分率*）（*原因：萃取過程不能簡化為恒摩爾流）

12、(11-1)相律： F = 3 + 2 - 2 = 3   即溫度一定時(shí)，三組分溶液的組成包含兩個(gè)自由度， 故由三角形表示任意三元溶液的組成。 三角形相圖的特點(diǎn)： （1）三角形的三個(gè)頂點(diǎn)分別表示三個(gè)純組分： A 、B 和 S ； （2）三條邊上的任何一點(diǎn)表示相應(yīng)的二元混合物，第三組分組成為零； （3）三角形范圍內(nèi)任一點(diǎn)表示一定組成的三元溶液，點(diǎn)愈靠近 B 點(diǎn)， B 的含量愈多； （4）三角形可以是等邊或等腰的，但等腰直角三角形比較方便，可直接在普通直角坐標(biāo)紙上標(biāo)繪，且讀取數(shù)據(jù)比較方便；等邊三角形原理表述清楚。 也可以是非等腰的，即將其中一邊的尺寸放大，可以便于作圖和讀數(shù) .

13、              注意：如何讀出三元溶液的組成？ 作出平行于三條邊的過點(diǎn)的三條線段，如圖。 或作出垂直于三條邊的三條線段 、 物料衡算與杠桿定律：確定平衡各相之間的相對數(shù)量 混合，則得到 則有 則可導(dǎo)出 杠桿定律     (11-2)即是物料衡算的簡捷圖示方法 結(jié)論： M 點(diǎn)必落在 RE 的連線上，與兩溶液不互溶無關(guān) 、 混合物的和點(diǎn)與差點(diǎn)： 點(diǎn) M 為溶液 R 與 E 的和點(diǎn)：混合之后的數(shù)量與組成 點(diǎn) R 為溶液

14、M 與 E 的差點(diǎn)：從 M 中移去定量組成為 E 的液體之余下溶液的組成 如： P 點(diǎn)： B+S 加入 A P1 再加入 A P2                 均為和點(diǎn)，都是 PA 線上 結(jié)論： PA 線上任一點(diǎn)所代表的溶液中 B 與 S 兩組分的相對比值必相同 反之： Q1點(diǎn)： B+A+S 從中抽走 S Q2 點(diǎn) S 全部抽走 Q 點(diǎn)（落在 AB 線上）  均為差點(diǎn)，都在 SQ1 的延長線上 結(jié)論： SQ 線上任一點(diǎn)所代表的溶液中

15、 A 、 B 兩組分含量的相對比值相同 二、部分互溶物的相平衡： 分類： 第 類物系： AB 、 AS 完全互溶， B 、 S 部分互溶； 工業(yè)上較為常見          包括第 類： A 完全溶于 B 、 S ，但 B 、 S 不互溶 第 類物系： AB 完全互溶， B 、 S 和 A、S 部分互溶。 1、溶解度曲線 binodal solubility curve ：右下圖為典型的平衡相圖：雙結(jié)點(diǎn)溶解度曲線 B中加入 S =飽和溶解度（開始出現(xiàn)混濁，原因：部分互溶） = R 點(diǎn) 分層點(diǎn) 再加入 A

16、= A 的存在增加了 B 與 S 的互溶度 =透明點(diǎn) = H 點(diǎn) 再加入 S = 又出現(xiàn)混濁 即R1 交替加入 A 與 S = R2、R3 等多個(gè)分層點(diǎn) 同理，在 S 中加入 B = 分層點(diǎn)： E 再交替加入 A 與 B = 分層點(diǎn) 溶解度曲線：所有分層點(diǎn)的連線 注意：溫度恒定，由實(shí)驗(yàn)測定 、 平衡聯(lián)結(jié)線 tie line ： M1點(diǎn)： B+S ：必分層，組成： E1、R1 加入A，=M2 =分層 =組成：E2、R2，（共軛相，互為平衡） ER ：平衡聯(lián)結(jié)線 結(jié)論： M 點(diǎn)必落在平衡聯(lián)結(jié)線上 則溶解度曲線將三角形相圖分為兩個(gè)區(qū)： * 之內(nèi)為分層區(qū)（兩相區(qū)） * 之外為均相區(qū) 物理意義 ：分離須

17、造成兩相 =溶解度曲線以內(nèi)是萃取過程的可操作范圍（兩相區(qū)），這時(shí)三組分物系的組成為M點(diǎn)，混合液可分為互為平衡的共軛相 R 、 E 。平衡聯(lián)結(jié)線的方向： 同一物系傾斜方向一般相同 ，但通常都不互相平行， 各條聯(lián)結(jié)線的斜率隨混合液的組成而異 ，一般是同一方向斜率緩慢改變，如圖。例外：吡啶氯苯水：不同濃度范圍，傾斜方向不同 3、 臨界混溶點(diǎn) plait point ： P 點(diǎn)：褶點(diǎn) => 臨界狀態(tài) A 加至某一濃度，兩共軛相的組成無限趨近而變?yōu)橐幌?，平衡液無共軛相 =臨界混溶點(diǎn)：一般并不在溶解度曲線的最高點(diǎn)，位置不易測定，由實(shí)驗(yàn)測定或由手冊及專著中查得. 第 類物系三角形相圖：如圖 P 點(diǎn)將溶

18、解度曲線分成兩部分4、相平衡的數(shù)學(xué)描述： （ 1 ）分配曲線：與吸收中氣液平衡的表示方法相似，常用于表示 S 與 B 完全不互溶情況； A 的分配系數(shù) distribution constant ：表征了溶質(zhì)在兩個(gè)平衡液相中的分配關(guān)系， k ，萃取分離效果 。 （ 互為平衡兩相） 即相平衡常數(shù)        (11-3)同理：    (11-4)特點(diǎn)： k 非常數(shù)， k 隨組成和溫度而變化， T ， kA ；但溶質(zhì)濃度很低時(shí)， k 接近常數(shù)，相應(yīng)的分配曲線接近直線 分配曲線： yAxA

19、 的關(guān)系，即 F=3 時(shí)， T 、 P 一定， F=1 ，則 yA=f(xA)         實(shí)驗(yàn)點(diǎn)是離散的，內(nèi)插取值 （2） 溶解度曲線： 臨界混溶點(diǎn)右方的溶解度曲線表示：平衡狀態(tài)下萃取相中溶質(zhì) yA 與溶劑 yS 之間的關(guān)系 臨界混溶點(diǎn)左方的溶解度曲線表示：平衡狀態(tài)下萃余相中溶質(zhì) xA 與溶劑 yS 之間的關(guān)系 結(jié)論：單相區(qū)：三組分溶液，組成有 2 個(gè)自由度 xA 、xs 確定 =xB=1-xA -xs兩相區(qū)：三組分溶液，平衡兩相中同一組分的組成關(guān)系由分配曲線決定，而每一個(gè)液相的組成（ A 、 S 的組成）關(guān)系必須滿足

20、溶解度曲線的函數(shù)關(guān)系。 則處于平衡的兩相有 6 個(gè)含量，卻只有 1 個(gè)自由度 如： yA 確定溶解度曲線 xB=1-xA -xs  (11-5)yB=1-yA -ys   (11-6)（3）  如何由三角形相圖的溶解度曲線畫分配曲線 三、液液相平衡與萃取操作的關(guān)系： 1 、萃取操作的自由度： 雙組分溶液的萃取，兩個(gè)部分互溶的液相 相律： F=N- Ø+2=3-2+2=3    (11-7)組分 相數(shù) 而兩相處于平衡狀態(tài)時(shí)，組成只占 1 個(gè)自由度， P 與 T 可自由選擇 2 、級(jí)式萃取過程的圖示

21、：單級(jí)萃取 A 、 B 雙組分溶液 = 點(diǎn) F 加入溶劑 S = 進(jìn)入兩相區(qū) M 點(diǎn) =達(dá)平衡后分層 完全脫 S （回收） =3 、溶劑的選擇性系數(shù) selectivity ratio ： 無因次  (11-8) 表征： A 溶質(zhì)在兩液相中含量的差異， S 對 A 、 B 兩組份溶解能力的差異 且 同相對揮發(fā)度的公式形式一樣  (11-9) 相當(dāng)于精餾操作中的 （物理意義相似）， 值與平衡聯(lián)結(jié)線的斜率有關(guān)。 當(dāng)平衡聯(lián)結(jié)線過 S 點(diǎn)， =1；這時(shí) 不能用萃取方法分離 （相當(dāng)于精餾中的恒沸物），或萃取劑不適宜。 故萃取溶劑的選擇：操作范圍內(nèi)：> 1 必

22、要條件（A在萃取相中的相對含量高于萃余相，A 、B 得到一定程度的分離）       且 B 不溶解于溶劑時(shí)：= （yB =0 ） 最理想情況 、互溶度的選擇： 兩相區(qū)愈小， B 與 S 互溶度愈大， =（最高萃取液溶質(zhì)組成）愈小 對于相同的不同互溶度物系，互溶度小， b 大，分離效果好 溫度的影響 ： T 下降， S 與 B 互溶度下降，對萃取有利，兩相區(qū)面積 但 A 與 S 的互溶度也下降，甚至 T ，由類 = 類物系  故 T 應(yīng)適當(dāng)選擇 11.3萃取過程計(jì)算 主要討論：級(jí)式接觸  

23、60;  基本方法：逐級(jí)計(jì)算，多用圖解法 一、萃取級(jí)內(nèi)過程的數(shù)學(xué)描述： 假設(shè)：等溫過程，原因：熱效應(yīng)很小，可以忽略，不做熱量衡算及傳熱速率計(jì)算 、單一萃取級(jí)的物料衡算： 任取 m 級(jí)： m 物料衡算： 總： (11-10)A ：  (11-11)S ： (11-12)2 、萃取級(jí)內(nèi)傳質(zhì)過程的簡化理論級(jí)與級(jí)效率： 同精餾板式塔的處理過程一樣 影響傳質(zhì)速率的因素有：物性、操作條件、設(shè)備結(jié)構(gòu)等 工程簡化：無論 Rm-1 和 Em+1 組成如何，離開每一級(jí)萃取皿， Rm 和 Em 達(dá)到平衡狀態(tài)平衡級(jí)       

24、               一個(gè)理論級(jí) （設(shè)備操作效率的比較基準(zhǔn)）則又有： 可由解析方法解決(11-13) 或： 左   (11-14) 右   (11-15)而實(shí)際萃取級(jí)和理論級(jí)的差別：級(jí)效率 由實(shí)驗(yàn)測定 二、單級(jí)萃取 Single-stage extraction ：最簡單、最基本的 ,可連續(xù)，也可間歇。、單級(jí)萃取的解析計(jì)算： 物料衡算式： F + S =  R 

25、;+ E(11-16)(11-17)(11-18)假設(shè)萃取器為理論級(jí)， E 與 R 成平衡（但無論連續(xù)操作還是間歇操作，兩液相在混合器或澄清器中的停留時(shí)間總是有限的， E 與 R 不可能達(dá)到平衡的）。 (11-19)(11-20) (11-21)設(shè)計(jì)型問題：已知： F ， xFA ，相平衡數(shù)據(jù)， xA （工藝要求）,yS. 選擇： zA ， zS 求： S ， E ， zA， yS ， R ， xS操作型問題：已知： F ， S ， xFA ， zA ， zs求： xA ， E ， yA ， ys， R ， xs （分離程度）、單級(jí)萃取的圖解計(jì)算： 解析法：因非線性的溶解度曲線及分配

26、曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式 難用解析法或數(shù)值法進(jìn)行計(jì)算 = 需試差 圖解法：很方便 （基于杠桿定律）步驟： （ 1 ）畫溶解度曲線； （ 2 ）由 xA => R 點(diǎn)（落在溶解度曲線上） （ 3 ）做平衡聯(lián)結(jié)線 => E 點(diǎn)（內(nèi)插法） （ 4 ）確定 F 及 S 點(diǎn)。 而 溶劑比 => S(用量） (11-22)（ 5 ）且 M = F + S （RE與FS交點(diǎn)即為M點(diǎn))R = M - E (11-23)（ 6 ）讀出 yA 和 xS 。 、單級(jí)萃取的分離范圍： （ 1 ）最大溶劑用量:對一定的xFA,存在兩個(gè)極限溶劑用量。   一相（無分離作用）C 點(diǎn)： (11-

27、24)超過 C 點(diǎn)，混合物進(jìn)入均相區(qū)，無法實(shí)現(xiàn)萃取操作 單級(jí)萃取可達(dá)到的最低萃余相溶質(zhì)含量： xA,min 單級(jí)萃取可達(dá)到的最低萃余液溶質(zhì)含量： xAo,min 單級(jí)萃取可達(dá)到的最低萃取液溶質(zhì)含量： yAo,min 最小溶劑用量： D 點(diǎn)： (11-25)   最適宜S用量：Smin < S < Smax（ 2 ）當(dāng)xF,A較低， e點(diǎn)達(dá)不到 ,kA又小。   d點(diǎn)：最少溶劑用量 y.A,max萃取操作可能達(dá)到的最大極限含量   三、多級(jí)錯(cuò)流萃取 ：只是單級(jí)萃取的多次重復(fù) 每一級(jí)均加入新鮮萃取劑，每級(jí)萃余相進(jìn)入下一級(jí)作為原料液。可將

28、收率提高，但溶劑用量大（新鮮溶劑）。 原則上每級(jí)溶劑用量可以相等也可不等，但已證明，當(dāng)每級(jí)溶劑用量相等時(shí)，達(dá)到一定分離程度所需的總?cè)軇?。用量最少。故萃取操作中，各?jí) S 均相等。圖解法求理論級(jí)數(shù)：重復(fù)作出平衡聯(lián)結(jié)線的數(shù)目就是所需理論級(jí)數(shù)。結(jié)論 ：采用相同量的萃取劑，單級(jí)萃取的萃余量大；但多級(jí)錯(cuò)流萃取的萃余百分?jǐn)?shù)低（效果好） 四、多級(jí)逆流萃?。簽榱擞幂^少的萃取劑達(dá)到較高的萃取率 完全逆流 最終的萃取相與萃余相可在溶劑回收裝置中脫除萃取劑而得到萃取液與萃余液，脫除的溶劑返回系統(tǒng)循環(huán)使用。 、設(shè)計(jì)型問題： （ 1 ）命題：已知： F ， xFA ， S ， yS ， xA 求： n （ 2 ）計(jì)算方

29、法：相平衡、物料衡算 圖解法：逐級(jí)計(jì)算 （ 3 ）三角形坐標(biāo)圖解法：設(shè) S 為純態(tài) 、繪出溶解度曲線、平衡聯(lián)結(jié)線； 、由 xFA 、 xS 定出 F 、 S 點(diǎn)；由 S/F 定出 FS 聯(lián)線上的和點(diǎn) M 點(diǎn)； 、由 xn,A 定出 Rn ，聯(lián)線 RnM 延長線交溶解度曲線于點(diǎn) E1 （最終萃取相組成點(diǎn)） 注意： RnE1 不是平衡聯(lián)結(jié)線，而是                      整個(gè)系統(tǒng)的物料關(guān)系。、確定操作點(diǎn)

30、：由各級(jí)物料衡算 表明：對任一級(jí)，離開與進(jìn)入兩股物流之差為一常數(shù)，記為 D 。 D可視為通過每一級(jí)的凈流量（從 F 入口計(jì)）。此量可在相圖上表示。由上述物料衡算知， D應(yīng)是F與E1、R1與E2等的差點(diǎn)。聯(lián)結(jié)FE1，和RnS并延長，交于D。D點(diǎn)稱為操作點(diǎn)。溶解度曲線上任一點(diǎn)與 D 的聯(lián)線稱為操作線。當(dāng)溶劑比 S/F 較小時(shí)，D點(diǎn)在相圖左邊，當(dāng) S/F 較大時(shí)， D 點(diǎn)在相圖右邊,Ri、Ei點(diǎn)為和點(diǎn)。、自E1作平衡聯(lián)結(jié)線與溶解度曲線交于R1點(diǎn)平衡線； 、自R1作R1D連線與溶解度曲線交于E2點(diǎn)操作線； 、重復(fù)e、f直至所求某一級(jí)萃余相Ri的xiAxnA時(shí)，則i即為所需理論級(jí)數(shù)，也就是所作平衡聯(lián)結(jié)線

31、數(shù)。 （ 4 ）直角坐標(biāo)法： 若所求理論萃取級(jí)過多，用三角相圖作圖時(shí)，各線擠在一起不清楚，且不準(zhǔn)確。此時(shí)采用直角坐標(biāo)作圖。步驟如下： 、由相平衡數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪出分配曲線（平衡線）； 、在三角形相圖上按上述圖解法的 a-d 步驟作圖； 、在E1至Rn的范圍內(nèi)，過D點(diǎn)任意作若干條直線，每條直線交溶解度曲線兩臂，取此兩交點(diǎn)坐標(biāo)yA與xA（在直角坐標(biāo)系中可畫出一點(diǎn)（操作點(diǎn)）：（ym+1,xm），將若干操作點(diǎn)聯(lián)結(jié)，即為直角坐標(biāo)的操作線，操作線一般不為直線； 、自（xFA，y1A）點(diǎn)起，在操作線與平衡線間作梯級(jí)，至某一梯級(jí)跨過（xnA，zA=0）點(diǎn)止，梯級(jí)數(shù)即為理論級(jí)數(shù)； 比較三角形相圖與直角相圖知

32、，在三角形相圖上，互為平衡的兩相是用平衡聯(lián)結(jié)線表示，在萃取設(shè)備內(nèi)任截面上兩液相組成用過 D 點(diǎn)的直線與溶解度曲線兩臂交點(diǎn)表示。而在直角相圖上，平衡的兩相用一點(diǎn)（yA，xA）表示，操作中的兩相為操作線上的一點(diǎn)。 、溶劑比對理論級(jí)的影響： （類似于精餾操作中R與NT之間的關(guān)系）在多級(jí)逆流萃取中，溶劑比 S/F 的大小對理論級(jí)數(shù)有很大的影響。 溶劑比愈小，對指定分離要求（xFA，xnA）和點(diǎn)M離點(diǎn)S愈遠(yuǎn)，操作點(diǎn)D離S點(diǎn)愈遠(yuǎn)，甚至移到三角相圖的左邊。且S/F愈小，D 點(diǎn)離B點(diǎn)愈近。在直角坐標(biāo)系中，因操作線下端點(diǎn)已定，xnA、xFA已定，S/F愈小，操作線沿x=xFA垂線向平衡線移動(dòng)，直至操作線與分配曲

33、線（平衡線）相切或上端點(diǎn)與平衡線相交。此時(shí)達(dá)到指定分離要求所需理論級(jí)為無窮多，e點(diǎn)類似精餾的夾緊區(qū)，此時(shí)的S/F為最小溶劑比，（與解吸氣液比相同），對應(yīng)最小溶液用量Smin.理想級(jí)數(shù)N，實(shí)際操作時(shí)的萃取劑用量必須大于Smin。最小溶劑比在 y-x 圖上一般無法求取 。因操作線為曲線，由于切點(diǎn)在平衡線上，該點(diǎn)一定是三角形相圖上的一條平衡聯(lián)結(jié)線上兩個(gè)端點(diǎn)。同時(shí)切點(diǎn)又在操作線上，所以該條平衡聯(lián)結(jié)線延長必通過操作點(diǎn)D 。即當(dāng) S/F 最小時(shí)，理論級(jí)為無窮多，此時(shí)必有一條平衡聯(lián)結(jié)線的延長線通過操作點(diǎn)。(S/F) min 可用作圖法求。五、 B 與 S 完全不互溶時(shí) 當(dāng)所用的溶劑 S 與稀釋劑 B 極少互

34、溶，而且溶質(zhì)組分的存在在操作范圍內(nèi)對 B 、 S 的互溶度又無明顯影響時(shí)，可近似將溶劑與稀釋劑看作完全不互溶。顯然，此種物系在萃取過程中，萃取相與萃余相都只含有兩個(gè)組分，與解吸過程極為相似。因此，微分接觸式完全不互溶萃取過程的計(jì)算，與低含量氣體吸收過程完全相同，此處不再重復(fù)。本節(jié)將著重討論級(jí)式接觸完全不互溶物系萃取過程的計(jì)算問題。 11.3 萃取過程計(jì)算1 、組成與相平衡的表示方法 由于溶劑與稀釋劑完全不互溶，純?nèi)軇?S 與稀釋劑 B 可視為惰性組分，其量在整個(gè)萃取過程中均保持不變。因此，為計(jì)算方便，可以惰性組分為基準(zhǔn)表示溶液的含量，即以 X 和 Y分別表示溶質(zhì)在萃余相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比 (kg

35、溶質(zhì)kg 稀釋劑 ) 及溶質(zhì)在萃取相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比 (kg溶質(zhì)kg純?nèi)軇?) 。 相應(yīng)地，溶質(zhì)在兩相中的平衡關(guān)系可用Y X 直角坐標(biāo)圖中的分配曲線表示，即 Y=KX 式中 K 也稱為分配系數(shù)，其值一般隨含量不同而異。 2 、單級(jí)萃取 上圖為一單級(jí)萃取器，進(jìn)、出該萃取器各物流的流量及組成如圖所示， 操作線： 斜率:-B/S; 過點(diǎn)(XF、Z) 。 其中 Z 萃取劑中溶質(zhì)A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比；   B 料液或萃余相中稀釋劑的流量， kgs或質(zhì)量， kg ； S 溶劑或萃取相中純?nèi)軇┑牧髁浚?kgs或質(zhì)量， kg 。 a、解析法： 對萃取器作物料衡算可得 S(Y-Z)=B(XF -X)

36、(11-26)同時(shí)，假設(shè)物料在萃取器內(nèi)充分接觸，離開時(shí)兩相已達(dá)平衡狀態(tài)，則Y=KX 在以上兩式中， B 、XF及 Z 一般為已知量，或選擇萃取劑量計(jì)算萃取相與萃余相的溶質(zhì)含量 Y 、 X ，或規(guī)定奉余相含量 X ，計(jì)算萃取相含量 Y 與萃取劑用量 S 。 b、圖解法： 由點(diǎn) H (XF、Z) 作一斜率為 的直線 HD（操作線） 與平衡線相交，交點(diǎn) D 的坐標(biāo)即為所求得萃取相與萃余相含量 Y 、 X 。 3 、B 與 S 完全不互溶時(shí)的多級(jí)錯(cuò)流萃取 設(shè)每一級(jí)的溶劑加入量相等，由于原溶劑 B 與萃取劑 S 不互溶，則各級(jí)萃取相中溶劑 S 的量和萃余相中原溶劑 B 的量均可視為常數(shù)，萃取相中只有 A

37、 、 S 兩組分，萃余相中只有 B 、 A 兩組分。此時(shí)可仿照吸收中組成的表示法，即以質(zhì)量比 Y 和 X 表示溶質(zhì)在萃取相和萃余相中的組成，過程的計(jì)算可用直角坐標(biāo)圖解法或解析法進(jìn)行。 （ 1 ）直角坐標(biāo)圖解法 對圖 5-15 中的第一萃取級(jí)作溶質(zhì) A 的質(zhì)量衡算得 BxF + SZ = BX1 +SY1(11-27)上式經(jīng)整理得 Y1 - Z = -B(X1 - XF)/S(11-28)對第二萃取級(jí)作溶質(zhì) A 的質(zhì)量衡算得 Y2 - Z = -B(X2 - X1)/S(11-29)同理，對第 n 萃取級(jí)作溶質(zhì) A 的質(zhì)量衡算得 Ym - Z = -B(Xm - Xm-1)/Sm(11-30)上式表示了 Ym-YS 和 Xm-Xm-1 間的關(guān)系，稱為 操作線方程 。在 X Y