化工原理第十三章-萃取課件

《化工原理》任課教師：周勇Prof.Dr.ZhouYongPrinciplesofChemicalEngineering《化工原理》任課教師：周勇PrinciplesofC第十三章萃取

Chapter13Extraction第十三章萃取

Chapter13Ex概述（Introduction）液-液萃取的目的和基本原理目的：液體混合物的分離。原理：液體混合物各組分在某種溶劑中溶解度的差異溶質：易溶組分，A；稀釋劑：難溶組分，B。對溶劑（萃取劑）的基本要求：①不能與被分離混合物完全互溶，只能部分互溶；②對組分有不同的溶解能力，即溶劑具有選擇性。萃取過程原料AB溶劑S萃取相S+A(B)萃余相B+A(S)因密度差分層概述（Introduction）液-液萃取的目的和基本原理液-液萃取過程的分類按性質可分為物理萃取和化學萃取；按萃取對象可分為有機物萃取和無機物萃取。工業(yè)萃取過程萃取塔稀醋酸，A+B醋酸已酯，S萃取相，S+A(B)恒沸精餾塔無水醋酸，A分層器萃余相B+A(S)提餾塔廢水B需解決的問題：選擇一合適的萃取劑；提供優(yōu)良的萃取設備；完成萃取相萃余相的脫溶劑。例：以醋酸乙酯為萃取劑，分離稀醋酸水溶液S+B概述（Introduction）液-液萃取過程的分類按性質可分為物理萃取和化學萃?。话摧腿腿∵^程的經(jīng)濟性：萃取過程在經(jīng)濟上是否優(yōu)越取決于后續(xù)兩個分離過程是否較原溶液直接分離更容易實現(xiàn)。概述（Introduction）一般來說，在下列情況下采用萃取過程較有利：混合液的相對揮發(fā)度小或形成恒沸物，用一般精餾方法不能分離或很不經(jīng)濟；混合液濃度很稀，采用精餾方法須將大量的稀釋劑B汽化，能耗大；混合液含熱敏性物質，采用萃取方法精制可避免物料受熱破壞。萃取過程的經(jīng)濟性：概述（Introduction）一般來說級式接觸單級按兩相的接觸方式微分接觸（連續(xù)接觸）多級錯流多級逆流過程的經(jīng)濟性在很大程度上取決于萃取劑的性質。萃取劑的技術指標：溶解能力強；選擇性高；與被分離組分之間的相對揮發(fā)度要高；在混合液中的溶解度要小。兩相的接觸方式概述（Introduction）級式接觸單級按兩相的接觸方式微分接觸（連續(xù)接觸）多級錯流多級重相從塔頂加入，輕相從塔底加入，其中一液相分散成液滴（分散相相），另一液相保持連續(xù)（連續(xù)相）；液滴上浮或下沉過程中與連續(xù)相呈逆流接觸進行物質傳遞，其濃度沿塔高呈連續(xù)微分變化；輕重兩相分別從塔頂與塔底排出。輕液出口LightLiquidoutlet輕液進口Lightliquidinlet重液出口Heavyliquidoutlet重液進口Heavyliquidinlet微分接觸（連續(xù)接觸）一般為塔式設備（噴淋塔、填料塔、轉盤塔、振動篩板塔等）。概述（Introduction）重相從塔頂加入，輕相從塔底加入，其中一液相分散成液滴（分散相級式接觸單級萃取分離純度不高。萃取相Extract萃余相Raffinate料液A+BFeed萃取劑Solvent單級連續(xù)萃取混合槽Mixer澄清槽Settler概述（Introduction）級式接觸單級萃取分離純度不高。萃取相萃余相料液A+B萃取劑單萃取劑Solvent特點：萃取率比較高，但萃取劑用量較大，溶劑回收處理量大，能耗較大。料液Feed萃取相Extract萃余相Raffinate123N多級錯流萃取概述（Introduction）萃取劑特點：萃取率比較高，但萃取劑用量較大，溶劑回收處理量大萃取劑Solvent特點：可用較少的萃取劑獲得比較高的萃取率，工業(yè)上廣泛采用。料液Feed萃取相Extract萃余相Raffinate123N多級逆流萃取概述（Introduction）萃取劑特點：可用較少的萃取劑獲得比較高的萃取率，工業(yè)上廣泛采液-液相平衡由于萃取劑與稀釋劑一般為部分互溶，所以，萃取相和萃余相均為三組分溶液。三元混合物的平衡關系一般采用三角形坐標圖來表示。溶液組成表示法三角形相圖溶液組成滿足歸一條件，本章中xA、xB、xS分別表示A、B、S的質量分率。即三組分溶液的組成包含兩個自由度。這樣，三組分溶液的組成須用平面坐標上的一個點來表示。液-液相平衡由于萃取劑與稀釋劑一般為部分互溶，所以，萃取相ABS0.80.60.40.20.20.40.60.8在如圖所示一等腰直角三角形中，三角形的三個頂點分別表示A、B、S三個純組分。三條邊上的任一點代表某二元混合物的組成，不含第三組分。如，E點：三角形內(nèi)任一點代表某三元混合物的組成。如M點：EMFGH01.01.0液-液相平衡ABS0.80.60.40.20.20.40.60.8在如圖ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8EM可用等腰直角三角形，也可用等邊三角形、不等腰直角三角形。液-液相平衡ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.2C(xAC、xBC、xSC)xACABSDCMxAMxADxSCxSMxSD物料衡算與杠桿規(guī)則物料衡算上式表明混合物組成點的位置必在C點與D點的連線上，且——杠桿定律

D(xAD、xBD、xSD)M(

xAM、xBM、xSM

)混合液-液相平衡C(xAC、xBC、xSC)xACABSDCMxAMxADxM為C、D的和點；C為M和D的差點；D為M和C的差點。xACABSDCMxAMxADxSCxSMxSDCD線上不同的點代表C、D以不同質量比進行混合所得的混合物；混合物M可分解成任意兩個分量，只要這兩個分量位于通過M點的直線上，在M點的兩邊即可。混合物的和點與差點液-液相平衡M為C、D的和點；xACABSDCMxAMxADxSCABSQQ1PP1P2

AP

線：

P1、P2

均為A

與P的和點。

B、S的相對比值相同。Q2

SQ線：

Q、Q2

均為Q1

與S的差點。A、B的相對比值相同。液-液相平衡ABSQQ1PP1P2AP線：Q2SQ線：液-液相平按組分間互溶度的不同，可將三元混合液分為：(1)溶質A可完全溶解于B及S中，而B、S不互溶；(2)溶質A可完全溶解于B及S中，而B、S只能部分互溶；(3)溶質A與B完全互溶，B與S和A與S部分互溶。萃取中(2)類物系較普遍，故主要討論該類物系的液-液相平衡。自由度T、P一定時，互成平衡的兩相組成的自由度為1。部分互溶物系的相平衡液-液相平衡按組分間互溶度的不同，可將三元混合液分為：自由度T、P一定恒溫條件下，在實驗瓶中加入恰當?shù)腂與S，使混合物的濃度位于RE之間（d點），滴加少許溶質A至

M1點，充分混合后靜置分層，取兩相試樣分析，得共軛相

E1

和R1的組成，聯(lián)結

R1E1線即為平衡聯(lián)結線。

ABSR1E1M1ERd溶解度曲線與平衡聯(lián)結線

恒溫條件下，在有純組分B的實驗瓶中逐漸滴加溶劑

S并不斷搖動使其溶解，由于B、S僅部分互溶，S滴加到一定數(shù)量后，混合液開始發(fā)生混濁，即出現(xiàn)了溶劑相，得到的濃度即

S在

B中的飽和溶解度（圖中

R點）。用類似的方法可得E點。液-液相平衡連接所有的E、R點即得溶解度曲線。恒溫條件下，在實驗瓶中加入恰當?shù)腂與S，使混合物的濃度位于RABS0.80.60.40.20.20.40.60.80.20.40.60.8溶解度曲線將三角形相圖分成兩個區(qū)域，該曲線與底邊所圍的區(qū)域為分層區(qū)域或兩相區(qū)，曲線以外是均相區(qū)。REM單相區(qū)兩相區(qū)組成落在單相區(qū)的三元混合物形成一個均勻的液相；組成落在兩相區(qū)的三元混合物形成的互成平衡的兩相，稱共軛相(Conjugatephase)，其組成分別由R和E點表示。液-液相平衡當處于平衡狀態(tài)的某一相中任一組分的質量分率已知，根據(jù)溶解度曲線及平衡連接線可唯一地確定該相及與其共軛的另一相的組成。RExAABS0.80.60.40.20.20.40.60.80.2通常聯(lián)結線不互相平行，其斜率隨混合液的組成而異，一般是按同一方向緩慢地改變。有些物系在不同濃度范圍內(nèi)聯(lián)結線斜率方向不同，如吡啶－氯苯－水體系。液-液相平衡通常聯(lián)結線不互相平行，其斜率隨混合液的組成而異，一般是按同一ABS對任何B、S的兩相混合物，當加入A的量使混合液恰好變?yōu)榫嗟狞c稱為混溶點。d1d2ERd3d4溶解度曲線上所有的點都是混溶點，既可能代表E相，也可能代表R相?；烊茳c液-液相平衡ABS對任何B、S的兩相混合物，當加入A的量使混合液恰好變?yōu)镻點將溶解度曲線分為萃取相區(qū)域與萃余相區(qū)域。一般臨界混溶點并不是溶解度曲線的最高點，其準確位置的實驗測定也很困難。ABSR1E1M1ERd兩個共軛相組成相同時的混溶點。P臨界混溶點P（Plaitpoint）液-液相平衡P點將溶解度曲線分為萃取相區(qū)域與萃余相區(qū)域。ABSR1E1M輔助曲線與溶解度曲線的交點即為臨界混溶點P。ABSR1E1P方法一：R2E2E3E4R3R4平衡連接線的內(nèi)插液-液相平衡輔助曲線與溶解度曲線的交點即為臨界混溶點P。ABSR1E1輔助曲線延長線與溶解度曲線的交點即為臨界混溶點P。借助輔助曲線可求出任何一對共軛相的對應點，即可由一平衡液相的組成找出對應共軛相的組成。ABSR1E1P方法二：R2E2E3E4R3R4液-液相平衡輔助曲線延長線與溶解度曲線的交點即為臨界混溶點P。借助輔助曲xy0yA—

A

組分在萃取相的濃度xA—

A

組分在萃余相的濃度分配曲線只要任一平衡相中的任一組分的組成一定，其它組分的組成及其共軛相的組成就為定值。P互成平衡的雙液相三組分體系，T、P一定時，自由度f=1。分配曲線與分配系數(shù)液-液相平衡xy0yA—A組分在萃取相的濃度分配曲線只要任一平衡相分配系數(shù)一般不為常數(shù)，其值隨濃度而異。在A濃度變化不大和恒溫條件下，kA

可視為常數(shù)（平衡常數(shù)m），其值由實驗測得。組分在互成平衡的兩液相中的濃度比稱為分配系數(shù)。注意：kA只反映S

對A的溶解能力，不反映A、B的分離程度。液-液相平衡分配系數(shù)一般不為常數(shù)，其值隨濃度而異。組分在互成平衡的兩液相利用此式，可根據(jù)處于平衡狀態(tài)某相的溶質濃度確定與其共軛的另一相的溶質濃度。液-液相平衡（1）溶解度曲線液液平衡給出以下兩種關系：對萃取相（E）對萃余相（R）（2）平衡連接線由上式可根據(jù)處于平衡狀態(tài)的液體中溶質組分的濃度唯一地確定其溶劑組分的濃度。ABSREPyAySxAxS利用此式，可根據(jù)處于平衡狀態(tài)某相的溶質濃度確定與其共軛的另一F（A+B）+S→MM靜置分層→E+

RABSREME’R’FE’maxE-

S→萃取液E′；R-

S→萃余液R′。Emax將組成為F點的混合物分離成為含A較多的萃取液E′和含A較少的萃余液R′。級式萃取過程的圖示液液相平衡與萃取操作的關系杠桿規(guī)則液-液相平衡單級萃取中，萃取相能達到的最大A組分含量為Emax點的組成，對應的萃取液組成點為Emax′

。F（A+B）+S→MM靜置分層→E+RABSREM選擇性系數(shù)（Selectivitycoefficient）>1，能萃取分離=1，平衡聯(lián)結線的延長線過S點，不能萃取分離→∞，B與S不互溶選擇性系數(shù)兩表示溶質A在兩液相中濃度的差異，即A、B的分離程度。兩相平衡時液-液相平衡選擇性系數(shù)（Selectivitycoefficie互容度越小，萃取的操作范圍越大，E’max越大。一般，溫度↓，互溶度↓，利于萃取?；ト荻鹊挠绊慉BSE’maxE’max液-液相平衡互容度越小，萃取的操作范圍越大，E’max越大?；ト荻鹊挠绊懽鳂I(yè)p.2731作業(yè)p.273液-液萃取的動力學特性液-液傳質與氣-液傳質類似，其傳質速率取決于相際接觸面積、傳質系數(shù)和傳質推動力。液-液萃取過程傳質速率可表達為NA—萃取通量，kg/(m2·s)；kx—萃余相的分傳質系數(shù)，kg/(m2·s·x)；ky—萃取相的分傳質系數(shù)，kg/(m2·s·y)；x、xi—分別為萃余相主體、界面濃度；y、yi

—分別為萃取相主體、界面濃度。液-液萃取的動力學特性液-液傳質與氣-液傳質類似，其傳質速Ky—以萃取相為基準的總傳質系數(shù)，kg/(m2·s·y)；Kx—以萃余相為基準的總傳質系數(shù)，kg/(m2·s·x)；y*—與萃余相組成x成平衡的萃取相組成；x*—與萃取相組成y成平衡的萃余相組成。液-液萃取的動力學特性Ky—以萃取相為基準的總傳質系數(shù)，kg/(m2·s·y)；dp↓，a↑；dp↓，ut↓，↑，a↑。分散相可以是輕相也可以是重相。傳質設備內(nèi)單位容積的相際傳質表面決定于滯液量和液滴尺寸a—單位體積液體混合物所具有的相際傳質表面，m2/m3；—分散相的滯液率；dp—液滴平均直徑，m。液滴的分散液-液萃取的動力學特性dp↓，a↑；傳質設備內(nèi)單位容積的相際傳質表面決定于滯液量和液滴運動方向液滴對連續(xù)相液體作相對運動時，界面上的摩擦力會誘導出滴內(nèi)環(huán)流，這一環(huán)流大大提高了滴內(nèi)的傳質分系數(shù)。若液滴尺寸過小，會抑制這種環(huán)流。液滴內(nèi)的環(huán)流液-液萃取的動力學特性液滴運動方向液滴對連續(xù)相液體作相對運動時，界面上的摩擦力會誘液滴外的連續(xù)相常處于湍流狀態(tài)，由于湍流固有的不規(guī)則性，連續(xù)相向表面輸送或從表面移出溶質的速率也是不規(guī)則變化的。因此，在同一時刻液滴表面不同點或在不同時刻表面同一點的傳質速率、溶質濃度及界面張力均不相同。界面張力不同，表面上液體質點受力不平衡，必沿表面產(chǎn)生不規(guī)則的抖動。液滴表面存在的這種不規(guī)則運動是由傳質過程本身引起的，稱為界面擾動現(xiàn)象。對傳質過程的影響：1.增加了相界面附近的湍動程度，減小了傳質阻力，提高了傳質系數(shù)；2.界面張力的不均勻可影響液滴合并和再分散，從而改變液滴尺寸和相際傳質界面的大小。界面擾動液-液萃取的動力學特性液滴外的連續(xù)相常處于湍流狀態(tài)，由于湍流固有的不規(guī)則性，連續(xù)相萃取過程的計算以一個萃取級作為考察單元，即對每一級寫出物料衡算式、熱量衡算式及表示級內(nèi)傳遞過程的特征方程。但萃取過程基本上是等溫的，故無需作熱量衡算。級式萃取過程的基本計算式物料衡算傳質過程的簡化理論級：離開萃取器的萃取相與萃余相互成平衡。級效率：實際萃取級與理論級分離能力的差異。由理論級數(shù)結合級效率就可確定實際級數(shù)。特征方程簡化為：萃取過程的計算以一個萃取級作為考察單元，即對每一級寫出物料萃取過程的計算單級萃取的計算：萃取劑與稀釋劑部分互溶萃取相E萃余相R料液F萃取劑S萃取液E’,y’E萃余液R’,x’R脫除S脫除S萃取過程的計算單級萃取的計算：萃取劑與稀釋劑部分互溶萃取相解析計算物料衡算F,xAF,xSF=0S,zA,zSR,xA,xSE,yA,yS特征方程（假設萃取器相當于一個理論級）萃取過程的計算解析計算物料衡算F,xAF,xSF=0S,zA,z設計型問題已知：F，xAF；平衡關系；工藝要求規(guī)定xA；選擇：zA，zS；求：S，E，yA，yS，R，xS。操作型問題已知：F，xAF，xSF，S，zA，zS；求：E，yA，yS，R，xA，xS。聯(lián)立求解上述6個方程即可。由于溶解度曲線和分配曲線的擬合式為非線性，求解時須用試差法。F,xAF,xSF=0S,zA,zSR,xA,xSE,yA,yS萃取過程的計算設計型問題操作型問題聯(lián)立求解上述6個方程即可。由于溶解度曲線(1)根據(jù)平衡數(shù)據(jù)在直角三角形坐標圖中作出溶解度曲線及輔助線。⑵xAF（原料液組成）→F；圖解法ABSREE’R’FM單級萃取圖解法S0⑶

萃取劑的組成→S0；⑷xA(xA′)→

R；⑸平衡聯(lián)結線→E；由相圖可讀出yA、xAM、xA、x’A、y’A與交于M。萃取過程的計算(1)根據(jù)平衡數(shù)據(jù)在直角三角形坐標圖中作出溶解度曲線及輔助線——溶劑比ABSREE’R’FMS0萃取過程的計算——溶劑比ABSREE’R’FMS0萃取過程的計算【例】單級萃取。含醋酸35%（質量百分數(shù)）的醋酸水溶液，在25℃下用純異丙醚為溶劑進行萃取，料液的處理量為100kg/h，若要求萃余相中醋酸濃度為25%，求萃取劑的用量。25℃的平衡數(shù)據(jù)見表。萃余相（水相）組成，質量%萃取相（異丙醚相）組成，質量%醋酸（A）水（B）異丙醚（S）醋酸（A）水（B）異丙醚（S）0.691.412.896.4213.3025.5036.7044.3046.498.197.195.591.784.471.158.945.137.11.21.51.61.92.33.44.410.616.50.180.370.791.934.8211.4021.6031.1036.200.50.70.81.01.93.96.910.815.199.398.998.497.193.384.771.558.148.7萃取過程的計算【例】單級萃取。含醋酸35%（質量百分數(shù)）的醋酸水溶液，在2解：由表中數(shù)據(jù)在三角形相圖上作出溶解度曲線及若干條平衡連接線，同時畫出輔助線。由原料液組成xAF=0.35在圖中找到F點；ABSF萃取劑為純異丙醚，在圖中找到S點；連接F、S；由萃余相組成xA=0.25，在圖中找到R點；REM利用輔助線，過R點作一條平衡連接線，得到E點；FS與RE交點為M點。由圖讀出各混合物的組成：萃取過程的計算解：由表中數(shù)據(jù)在三角形相圖上作出溶解度曲線及若干條平衡連接線萃取劑用量：萃取過程的計算萃取劑用量：萃取過程的計算D點：最小溶劑用量，SminG點：最大溶劑用量，Smax最小溶劑用量和最大溶劑用量萃取只能在分層區(qū)內(nèi)進行。對單級萃取，原料量F及組成一定，萃取劑S0加入過多或過少，都可能使M點落在兩相區(qū)之外。萃取操作S應滿足下列條件：ABSREFM單級萃取圖解法S0DG萃取過程的計算D點：最小溶劑用量，SminG點：最大溶劑用量，Smax最小多級錯流的計算只是單級的多次重復。在設計型問題中，平衡關系、原料流量及組成已知，溶劑用量及組成是選定，最終萃余相濃度由工藝條件規(guī)定。一般采用圖解法求解，即可求出所需理論級數(shù)及萃取劑總用量。萃取劑S,yS料液F,xF萃取相Extract萃余相RaffinateM1M2M3MnE1R1E2E3EnR2R3Rn-1Rn多級錯流萃取的計算：萃取劑與稀釋劑部分互溶萃取過程的計算多級錯流的計算只是單級的多次重復。在設計型問題中，平衡關系、M1M2M3圖解過程ABSR1E1FM1多級錯流萃取圖解法S0E2R2M3M2E3R3平衡聯(lián)結線R1、E1平衡聯(lián)結線R2、E2平衡聯(lián)結線R3、E3直到萃余相中溶質濃度等于或小于所要求的濃度為止，標繪的聯(lián)結線數(shù)目即為理論級數(shù)。第1級：第2級：第3級：萃取過程的計算M1M2M3圖解過程ABSR1E1FM1多級錯流萃取圖解法S作業(yè)23作業(yè)2萃取劑S,ZA,

ZS料液F,xfA,xfS萃取相萃余相M1M2M3MnE1R1E2E3EnR2R3Rn-1RN,xNA,xNSE4設計型問題已知：F、xfA、xfS及相平衡關系規(guī)定：xNA選定：S、zA、zS求：N、Ei、Ri、yiA、yiS、xiA、xiS對每一理論級列出物料衡算式與相平衡關系（6N個），聯(lián)立求解可得。下述方法更簡便。逐級計算多級逆流萃取的計算：萃取劑與稀釋劑部分互溶萃取過程的計算萃取劑料液萃取相萃余相M1M2M3MnE1R1E2E3EnR對第1至任意第m級作物料衡算逐級求解物料衡算式與相平衡關系式可計算所需理論級數(shù)、離開各級的萃取相與萃余相的流量和組成。若理論級數(shù)已知，根據(jù)原料和溶劑的流量和組成，逐級求解物料衡算式與相平衡關系式可得到離開各級的萃取、萃余相的流量與組成?！僮餍蛦栴}相平衡關系萃取過程的計算1F,xfA,xfSE1,y1A,y1SR1,x1A,x1SE2,y2A,y2SmRm-1xm-1A,xm-1SEm,ymA,ymSRm,xmA,xmSEm+1,ym+1A,ym+1S……S,ZA,

ZSMnRN

xNA,xNS對第1至任意第m級作物料衡算逐級求解物料衡算式與相平衡關系式三角形相圖上的逐級圖解法ABSFM多級逆流萃取圖解法S0E1（1）原料組成→F點RNM=F+S或從物料衡算也可得上述結果（2）xN（xN’）→RN點溶劑比S/F→M點延長RN與M的聯(lián)線→E1點（3）確定操作點注意：M1M2M3M4···

M萃取過程的計算三角形相圖上的逐級圖解法ABSFM多級逆流萃取圖解法S0E1離開任一級的萃余相與進入該級的萃取相流量之差為一常數(shù)

。>0，流動方向與萃余相相同，

<0，流動方向與萃取相相同?？梢暈槊恳患壍摹皟袅髁俊保斯商摂M物料的組成也可在三角形相圖上用一定點（

點）表示，稱為操作點，此點的位置可根據(jù)F、S、RN、E1的流量確定。將聯(lián)線FE1及RNS延長，交點即為操作點。萃取過程的計算離開任一級的萃余相與進入該級的萃取相流量之差為一常數(shù)。ABSE1FM多級逆流萃取圖解法S0E2E3E4R1R4R2RnR3（4）過E1作平衡聯(lián)結線得R1——第一級；（5）作直線RN

，與溶解度曲線的交點為

E2，過E2作平衡聯(lián)結線得R2——第二級；重復上述兩步，至xmA≤xNA，得理論級N=m。萃取過程的計算ABSE1FM多級逆流萃取圖解法S0E2E3E4R1R4R直角坐標圖上的圖解方法（1）由相平衡數(shù)據(jù)在直角坐標圖上繪制分配曲線；（2）在三角形相圖上按前述方法求得操作點；（3）在E1至RN范圍內(nèi)，過點任意作若干條直線，每條直線與溶解度曲線有兩個交點，取此兩點的坐標yA和xA在直角坐標系上繪出一個操作點。許多操作點的聯(lián)線即為直角坐標系中逆流萃取的操作線（非直線）。顯然，操作的起點為H(xF、y1)，終點為K(xN、zA)。（4）交替使用操作線與分配曲線從H點至K點依次作梯級，所得梯級數(shù)即為所需理論級數(shù)。萃取過程的計算直角坐標圖上的圖解方法（1）由相平衡數(shù)據(jù)在直角坐標圖上繪制分xy0分配曲線PHy1xFxnySxm-1ym操作線萃取過程的計算Kxy0分配曲線PHy1xFxnySxm-1ym操作線萃取過程在三角形坐標圖上求理論級數(shù)，操作點的位置與溶劑比有關，也反映了要完成分離任務所需理論級數(shù)的多少。ABSE1FM1多級逆流萃取圖解法S01Rn2M2E1溶劑比對逆流萃取理論級數(shù)的影響萃取過程的計算在三角形坐標圖上求理論級數(shù)，操作點的位置與溶劑比有關，ABSE1FM1多級逆流萃取圖解法S01Rn2M2E1萃取過程的計算ABSE1FM1多級逆流萃取圖解法S01Rn2M2E1萃操作線與平衡線的切點e既在平衡線上，又在操作線上。在三角形相圖中，(S/F)min對應的操作線與平衡聯(lián)結線重合。利用杠桿規(guī)則可求出最小溶劑比(S/F)min。B與S部分互溶物系的最小溶劑比(S/F)min

xy0分配曲線PHy1xFxnyS操作線e萃取過程的計算操作線與平衡線的切點e既在平衡線上，又在操作線上。B與當萃取劑與稀釋劑互溶度很小，且在操作范圍內(nèi)溶質組分對B、S的互溶度又無明顯影響時，可近似處理為完全不互溶體系。其計算與吸收相似。完全不互溶物系萃取過程的計算X——組分A在萃余相中的比質量分率，kg-A/kg-B；Y——組分A在萃取相中的比質量分率，kg-A/kg-S；Z——組分A在溶劑中的比質量分率，kg-A/kg-S；B——料液或萃余液中稀釋劑的流量（kg/s）或數(shù)量（kg）；S——溶劑或萃取相中純?nèi)輨┑牧髁浚╧g/s）或數(shù)量（kg）萃取過程的計算當萃取劑與稀釋劑互溶度很小，且在操作范圍內(nèi)溶質組分對B、S平衡關系為：物料衡算：——單級萃取操作的操作線方程Y0分配曲線ZXXF-B/SB、XF、Z一般為已知量①選擇S，計算X、Y；②規(guī)定X，計算Y、S。上述計算也可用圖解法代替。單級萃取B,XFS,ZB,XS,Y萃取過程的計算平衡關系為：物料衡算：——單級萃取操作的操作線方程Y0分配——操作線方程

平衡關系：任一級系統(tǒng)的物料衡算：由已知平衡數(shù)據(jù)在X~Y坐標上繪出平衡曲線，由每一級物料衡算得出操作線，直到第n級萃余相中的濃度XR

滿足要求為止。Y10Y*=f(X)ZX1XF-B/S1X2Y2X3Y3-B/S2-B/S3多級錯流萃取萃取過程的計算——操作線方程平衡關系：任一級系統(tǒng)的物料衡算：由已知平衡數(shù)從第1至第m級作物料衡算——操作線方程多級逆流萃取對整個萃取設備作物料衡算有S,Ym+11mS

,Y1SB

,

XFBBB

,

XmSS,ZNSBB

,

XN萃取過程的計算從第1至第m級作物料衡算——操作線方程多級逆流萃取對整個萃在Y－X坐標圖上作出分配曲線及操作線，然后在此兩線間作梯級便可得到所需的理論級數(shù)。XY0分配曲線HY1XFXnZX1Y2操作線萃取過程的計算在Y－X坐標圖上作出分配曲線及操作線，然后在此兩線間作梯級便操作線斜率：B/S溶劑比：S/F操作線與分配曲線相交，所需理論級數(shù)∞。(B/S)max(S/F)min萃取操作的實際溶劑比(S/F)＞(S/F)min。B/S增加，操作線向分配曲線靠近，完成同樣分離任務所需的理論級數(shù)增加。XY0分配曲線(B/S)maxY2XFXnYSY1(B/S)1(B/S)2溶劑比對逆流萃取理論級數(shù)的影響萃取過程的計算操作線斜率：B/S操作線與分配曲線相交，所需理論級數(shù)∞。塔式萃取設備一般為逆流微分接觸，兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸傳質，濃度沿塔高連續(xù)變化。塔徑：取決于兩液相的流量與塔中兩相適宜的流速。塔高：理論級當量高度法和傳質單元法。理論級當量高度法理論級當量高度：兩相逆流時，分離效果相當于一個理論級的萃取段高度，以HETS

表示。若已知逆流萃取所需要的理論級數(shù)NT，則塔高H為：HETS反映萃取的傳質效果。塔效率愈高，HETS愈小。NT

反映的是萃取分離要求的高低和分離的難易程度。HETS與物系的物性、濃度、流量及塔型有關，需在相似條件下進行實驗確定。

微分接觸式逆流萃取萃取過程的計算

傳質單元法萃取相E,y經(jīng)過逆流萃取塔中微元段dH后變?yōu)镋+dE,y+dy。以微元段為控制體，對溶質組分作物料衡算有：E－萃取相的流量，kg/h、或kg/s；a－單位塔體積的傳質面積，m2/m3；－塔截面積，m2；Ky－以萃取相組成為推動力的總傳質系數(shù)，kg/(m2·h·y)；y*－與萃余相組成x呈平衡的萃取相組成，質量分率。E,ydHE+dE,y+dy萃取過程的計算傳質單元法萃取相E,y經(jīng)過逆流萃取塔中微元段dH上式中E、Ky都是y的函數(shù)，積分比較困難。設E相中溶質總量為EA，非溶質部分總量為EBS，且EBS變化不大，則傳質單元高度傳質單元數(shù)萃取過程的計算上式中E、Ky都是y的函數(shù)，積分比較困難。傳質單元高萃取相萃余相萃取液原料溶劑萃取塔回流萃取相增濃段萃余相提純段溶劑回收回流萃取（Refluxextraction）萃取過程的計算萃取相萃余相萃取液原料溶劑萃回流萃取相萃余相溶回流萃?。≧超臨界萃?。╯upercriticalfluidextraction）以接近或超過臨界點的低溫、高壓、高密度氣體作為溶劑，從液體或固體中萃取所需組分，然后采用等壓變溫或等溫變壓等方法，將溶質與溶劑分離的單元操作。超臨界萃取的基本原理超臨界流體：狀態(tài)在臨界溫度與臨界壓力以上的流體。超臨界流體的p-V-T性質常用的超臨界流體：二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨、正戊烷、甲苯等。超臨界萃?。╯upercriticalfluidext超臨界萃取的基本原理超臨界流體的密度接近于液體，黏度接近于氣體，擴散系數(shù)在氣體和液體之間，比液體大100倍左右。超臨界流體具有與液體相近的溶解能力，同時其傳質速率遠大于液體溶劑并能很快達到萃取平衡。超臨界流體的基本性質物性氣體(常溫、常壓)超臨界流體液體(常溫、常壓)Tc,pcTc,4pc密度/(kgm-3)2~6200~500400~900600~1600黏度105/(Pas)1~31~33~920~300擴散系數(shù)104/(m2

s-1)0.1~0.40.710-30.210-3(0.2~2)10-5超臨界萃取的基本原理超臨界流體的密度接近于液體，黏度接近于氣超臨界萃取的基本原理超臨界流體的溶解能力與密度接有關，其關系如下：超臨界流體的溶解能力式中k和m的數(shù)值與超臨界流體及被萃取物質的化學性質有關。一般k為正值，即密度越大、溶解能力越大。1)甘氨酸2)弗朗鼠李甙3)大黃素4)對羥基苯甲酸5)1,8-二羥基蒽醌6)水楊酸7)苯甲酸超臨界萃取的基本原理超臨界流體的溶解能力與密度接有關，其關系超臨界萃取的典型流程超臨界萃取主要由萃取階段和分離階段兩部分組成。等溫變壓流程萃取器分離器PP壓縮機膨脹閥T1T2利用不同壓力下超臨界流體萃取能力（溶解度）的差異，通過改變壓力使溶質與超臨界流體分離。特點：T1=T2，p1>p2超臨界萃取的典型流程超臨界萃取主要由萃取階段和分離階段兩部分超臨界萃取的典型流程等壓變溫流程萃取器分離器PP泵加熱器T1T2利用不同溫度下超臨界流體萃取能力（溶解度）的差異，通過改變溫度使溶質與超臨界流體分離。特點：T1<T2，p1=p2超臨界萃取的典型流程等壓變溫流程萃分離PP泵加熱器T1T2利超臨界萃取的典型流程等溫等壓吸附流程萃取器分離器PP泵T1T2在分離器內(nèi)放置僅吸附溶質而不吸超臨界流體的吸附劑，通過吸附過程來達到溶質與超臨界流體分離的目的。特點：T1=T2，p1=p2吸收劑吸附劑超臨界萃取的典型流程等溫等壓吸附流程萃分PP泵T1T2在分離超臨界萃取的特點超臨界萃取在溶解能力、傳質性能以及溶劑回收方面有突出的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在：超臨界流體的密度與溶解能力接近于液體，而又保持了氣體的傳遞特性，故傳質速率高，可更快達到萃取平衡；操作條件接近臨界點，壓力、溫度的微小變化都可改變超臨界流體的密度與溶解能力，故溶質與溶劑的分離容易，費用低；超臨界萃取具有萃取和精餾的雙重特性，可分離難分離物質；超臨界流體一般具有化學性質穩(wěn)定、無毒無腐蝕性、萃取操作溫度不高等特點，故特別適用于醫(yī)藥、食品等工業(yè)；超臨界萃取一般在高壓下進行，設備投資較大。超臨界萃取的特點超臨界萃取在溶解能力、傳質性能以及溶劑回收方超臨界萃取的應用實例超臨界萃取在石油殘渣中油品的回收、咖啡豆中脫除咖啡因、啤酒花中有效成分的提取等過程中已成功地應用于大規(guī)模生產(chǎn)。超臨界CO2分離提取天然產(chǎn)物中的有效成分超臨界CO2萃取操作溫度較低，能避免天然產(chǎn)物中有效成分的分解。可用于咖啡豆水洗塔精餾塔