萃取過(guò)程及設(shè)備的選擇與操作

學(xué)習(xí)情境四萃取過(guò)程及設(shè)備的選擇與操作引言均相液體混合物的分離方法目前常用的有三種：蒸發(fā)、蒸餾和萃取。當(dāng)形成溶液的各組分中，至少有一種組分是不揮發(fā)的，通常選用蒸發(fā)的方法將不揮發(fā)性的組分與揮發(fā)性的溶劑分離。當(dāng)形成均相混合物的溶液中各組分的均具揮發(fā)性，且各組分之間揮發(fā)性相差較大時(shí)，如果分離任務(wù)量大，且不需要很高的溫度就能使各組分汽化時(shí)，這類均相液體混合物的分離一般采用蒸餾的方法。萃取的應(yīng)用（1）混合液中各組分之間的揮發(fā)性相近，沸點(diǎn)相近，相對(duì)揮發(fā)度接近于1，甚至形成恒沸物時(shí)，用一般的蒸餾方法難以達(dá)到或不能達(dá)到分離要求的純度。（2）需分離的組分濃度很低且沸點(diǎn)比稀釋劑高，用蒸餾方法需蒸出大量稀釋劑，消耗能量很多。（3）溶液中要分離的組分是熱敏性物質(zhì)，受熱易于分解、聚合或發(fā)生其它化學(xué)變化。萃取操作在石油化工、精細(xì)化工、濕法冶金、原子能化工和環(huán)境保護(hù)等方面被廣泛的應(yīng)用。萃取與蒸餾的區(qū)別:萃取過(guò)程的流程比較復(fù)雜，且萃取相中萃取劑的回收往往還要應(yīng)用精餾操作。萃取過(guò)程是在常溫下操作，無(wú)相變化以及選擇適當(dāng)溶劑可以獲得較好的分離效果等優(yōu)點(diǎn)。需要說(shuō)明的是當(dāng)分離液體混合物用蒸餾或萃取方法均可應(yīng)用時(shí)，其選擇操作方式的依據(jù)主要是由經(jīng)濟(jì)性來(lái)確定。與蒸餾比較，整個(gè)萃取過(guò)程的流程比較復(fù)雜，且萃取相中萃取劑的回收往往還要應(yīng)用精餾操作。但是萃取過(guò)程是在常溫下操作，無(wú)相變化以及選擇適當(dāng)溶劑可以獲得較好的分離效果等優(yōu)點(diǎn)，在很多情況下，仍顯示出技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。模塊一萃取過(guò)程和萃取方案的認(rèn)識(shí)一、液-液萃取基本工作過(guò)程的認(rèn)識(shí)圖4-2萃取基本操作示意圖萃取操作的基本過(guò)程如圖4-2所示。將一定量萃取劑加入原料液中，然后加以攪拌使原料液與萃取劑充分混合，溶質(zhì)通過(guò)相界面由原料液向萃取劑中擴(kuò)散，所以萃取操作與精餾、吸收等過(guò)程一樣，也屬于兩相間的傳質(zhì)過(guò)程。攪拌停止后，兩液相因密度不同而分層：一層以溶劑S為主，并溶有較多的溶質(zhì)，稱為萃取相，以E表示；另一層以原溶劑（稀釋劑）B為主，且含有未被萃取完的溶質(zhì)，稱為萃余相，以R表示。若溶劑S和B為部分互溶，則萃取相中還含有少量的B，萃余相中亦含有少量的S。1、萃取的定義在欲分離的液體混合物中加入一種與其不溶或部分互溶的液體溶劑，形成兩相系統(tǒng)，利用混合物中各組分在兩相中分配差異的性質(zhì)，易溶組分較多地進(jìn)入溶劑相從而實(shí)現(xiàn)混合液分離的操作2、基本述語(yǔ)：

原料=溶質(zhì)+稀釋劑（或稱原溶劑）。萃取相=萃取劑+溶質(zhì)+少量稀釋劑，萃余相=稀釋劑+殘余的溶質(zhì)+少量萃取劑。舉例：用苯萃取廢水中的苯酚二、液-液萃取方案的認(rèn)識(shí)（一）無(wú)機(jī)化工中的液-液萃取過(guò)程（二）有機(jī)化工中的液-液萃取過(guò)程表4-1萃取法在有機(jī)化工中的部分應(yīng)用行業(yè)原料溶劑萃取物石油工業(yè)汽油和煤油餾分環(huán)丁砜芳香烴催化重整物、直餾汽油或煤油二甲基亞砜芳香烴含重渣油的石蠟丙烷石蠟及瀝青C4碳?xì)浠衔锒谆柞０范《┦X油糠醛、糠醇、水重芳香族化合物煉焦工業(yè)焦?fàn)t油二甘醇和水芳香烴粗焦餾物甲醇、水和己烷焦油酸煤氣水洗液重苯溶劑油N503酚油脂工業(yè)植物油和動(dòng)物脂丙烷不飽和甘油酯和維生素植物油糠醛不飽和甘油酯醫(yī)藥工業(yè)麻黃草浸漬液苯、二甲苯麻黃素含青霉素發(fā)酵液醋酸丁酯青霉素其他醋酸稀溶液乙酸乙酯醋酸催化裂化石油廠廢水輕催化油酚模塊二萃取劑的選擇與萃取劑用量的確定一、萃取的液液相平衡二、萃取劑選擇的原則三、萃取劑用量的計(jì)算一、液液相平衡1、三角形相圖

在三角形坐標(biāo)圖中均以A表示溶質(zhì)，以B表示稀釋劑，以S表示萃取劑。三角形坐標(biāo)圖可采用等邊三角形或直角三角形，溶液組成通常用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)或質(zhì)量分率表示。其表示的平衡組成圖即為三角形相圖。三角形的三個(gè)頂點(diǎn)分別表示某一種純物質(zhì)，如A點(diǎn)表示只有一個(gè)組分（純?nèi)苜|(zhì)），含量為100%，B點(diǎn)則表示只有稀釋劑一種組分，S點(diǎn)則為純?nèi)軇?。在三角形相圖中，每條邊上的任一點(diǎn)代表一個(gè)二元混合物的組成，其中不含有第三組分，二元混合物的組分的含量可以直接由圖上讀出。第Ⅰ類物系：溶質(zhì)A可溶于稀釋劑B和萃取劑S中，但稀釋劑與萃取劑部分互溶或完全不互溶。一、液液相平衡2.溶解度曲線與聯(lián)結(jié)線第Ⅱ類物系：溶質(zhì)A與稀釋劑B互溶，但稀釋劑與萃取劑部分互溶，同時(shí)溶質(zhì)A與溶劑S也是部分互溶。如圖４-９，2.溶解度曲線與聯(lián)結(jié)線一、液液相平衡3.溶解度曲線與聯(lián)結(jié)線的繪制圖4-10溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線繪制3.溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線繪制在恒溫下，將一定量的稀釋劑B和萃取劑S加到試驗(yàn)瓶中，此混合物組成如圖4-10上的M點(diǎn)所示，將其充分混合，兩相達(dá)平衡后靜置分層，兩層的組成可由圖中的點(diǎn)R和點(diǎn)E表示。然后在瓶中滴加少許溶質(zhì)A，此時(shí)瓶中總物料的狀態(tài)點(diǎn)為M1，經(jīng)充分混合，兩相達(dá)到平衡后靜置分層，分析兩層的組成，得到E1和R1兩液相的組成，E1和R1為一對(duì)呈平衡的兩相稱為共軛相（或平衡液），E1和R1兩點(diǎn)的聯(lián)結(jié)的直線稱為聯(lián)結(jié)線。然后再加入少量溶質(zhì)A，進(jìn)行同樣的操作可以得到E2、R2，E3、R3……等若干對(duì)共軛相，當(dāng)A的加入量增加到某一程度時(shí)，混合液的組成抵達(dá)圖中N點(diǎn)處，分層現(xiàn)象就完全消失。將諸平衡液層的狀態(tài)點(diǎn)R、R1、R2、R3、N、E3、E2、E1、E連接起來(lái)的曲線即為此體系在該溫度下的溶解度曲線。通常聯(lián)結(jié)線都不互相平行，各條聯(lián)結(jié)線的斜率隨混合液的組成而異。一般情況下各聯(lián)結(jié)線是按同一方向緩慢地改變其斜率，但有少數(shù)體系，當(dāng)混合液組成改變時(shí)，聯(lián)結(jié)線斜率改變較大，能從正到負(fù)，在某一組成聯(lián)結(jié)線為水平線，例如圖4-11中的吡啶一氯苯一水體系就是這種情況溫度對(duì)溶解度曲線的影響對(duì)于同一物系，在不同溫度下，由于物質(zhì)在溶劑中的溶解度不同，因而分層區(qū)的大小也相應(yīng)地改變，而使溶解度曲線形狀發(fā)生變化。圖4-12所示的為甲基環(huán)戊烷（A）-正己烷（B）-苯胺（S）系統(tǒng)在溫度t1=20℃，t2=34.5℃，t3=45℃條件時(shí)的溶解度曲線。一般情況下，當(dāng)溫度升高時(shí)，溶質(zhì)在溶劑中的溶解度增加，溫度降低時(shí)溶質(zhì)的溶解度減少。圖4-12溶解度曲線形狀隨溫度的變化情況

通常物系的溫度升高，溶質(zhì)在溶劑中的溶解度增大，反之減小。因此，溫度明顯地影響溶解度曲線的形狀、聯(lián)結(jié)線的斜率和兩相區(qū)面積，從而也影響分配曲線的形狀。右圖所示為溫度對(duì)第Ⅰ類物系溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線的影響。顯然，溫度升高，分層區(qū)面積減小，不利于萃取分離的進(jìn)行。

結(jié)論：低溫有利于萃取4.輔助曲線與臨界混溶點(diǎn)在作輔助線時(shí)，將輔助線延長(zhǎng)與溶解度曲線相交在P點(diǎn)，該點(diǎn)稱為臨界混溶點(diǎn)，它將溶解度曲線分為兩部分，靠溶劑S一側(cè)為萃取相即E相，含溶劑較多，靠稀釋劑B一側(cè)為萃余相即R相，含稀釋劑較多。

臨界混溶點(diǎn)一般不在溶解度曲線的最高點(diǎn)，其準(zhǔn)確位置的確定較為困難，只有當(dāng)已知的其軛相接近臨界混溶點(diǎn)時(shí)才較準(zhǔn)確。一、液液相平衡4.輔助曲線與臨界混溶點(diǎn)。一定溫度下，測(cè)定體系的溶解度曲線時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)出的聯(lián)結(jié)線的條數(shù)（即共軛相的對(duì)數(shù)）總是有限的，此時(shí)為了得到任何已知平衡液相的共軛相的數(shù)據(jù)，常借助輔助曲線（亦稱共軛曲線）5．分配曲線與分配系數(shù)(1)分配曲線與聯(lián)結(jié)線的關(guān)系第Ⅰ類物系相圖圖中xA——溶質(zhì)A在R相（萃余相）中的質(zhì)量分率。yA——溶質(zhì)A在E相（萃取相）中的質(zhì)量分率。一、液液相平衡5.分配曲線與分配系數(shù)圖4-15分配曲線與聯(lián)結(jié)線間的關(guān)系，第Ⅱ類物系相圖，三角形坐標(biāo)(2)分配系數(shù)－－工程上衡量萃取劑萃取效果分配系數(shù)是表達(dá)溶質(zhì)A在兩平衡相中的分配關(guān)系。在一定溫度條件下，溶質(zhì)A在E相中的濃度yA與它在R相中的濃度xA之比，稱為分配系數(shù)，以kA表示，即當(dāng)S與B不互溶時(shí)分配系數(shù)kA相當(dāng)于氣液平衡中的相平衡常數(shù)m。對(duì)于S與B部分互溶的物系，kA與聯(lián)結(jié)線的斜率有關(guān)。聯(lián)結(jié)線的斜率為正(>0)時(shí)，kA大于1，聯(lián)結(jié)線的斜率為負(fù)(<0)時(shí)，kA小于1。顯然的聯(lián)結(jié)線的斜率愈大kA值也愈大，愈有利于萃取分離。結(jié)論：

kA值越大每次萃取所能取得的分離效果越好。工業(yè)萃取系統(tǒng)中，kA值的范圍為1～10000二、萃取劑選擇的原則1、萃取劑的選擇性系數(shù)2、萃取劑的物理性質(zhì)3、萃取劑的化學(xué)性質(zhì)4、萃取劑回收難易5、其它指標(biāo)1、萃取劑的選擇性系數(shù)選擇性系數(shù)β是溶質(zhì)（A）和稀釋劑（B）分別在萃取相E和萃余相R中的分配系數(shù)的比值。當(dāng)β>1，萃取操作能夠?qū)崿F(xiàn)，β越大，分離操作越容易。當(dāng)β<1，萃取操作也能夠?qū)崿F(xiàn)，只是萃取分離出來(lái)的是稀釋劑（B），而不是溶質(zhì)（A）。若β=1，即萃取相和萃余相脫去溶劑后，得到的萃取液和萃余液有相同的組成，并和原溶液一樣，也就不可能進(jìn)行萃取分離。萃取劑的選擇性系數(shù)的定義從溶劑的選擇性系數(shù)考慮，要選擇β值較大的溶劑，使萃取操作容易實(shí)現(xiàn)。對(duì)于萃取劑S與稀釋劑部分互溶的體系，選擇性系數(shù)的大小，反映互溶度的大小。互溶度越小，選擇性系數(shù)大，對(duì)萃取操作有利。圖4-4表示兩種不同的溶劑S和S’對(duì)A和B的混合液進(jìn)行萃取的情況，圖4-4（a）表示B和S的互溶度小，而圖4-4（b）表示B和S’互溶度較大。過(guò)S和S’分別作溶解度曲線的切線，得到兩種情況的萃取液的組成Emax和E’max，顯然Emax>E’max，采用萃取劑S比S’更有利于組分A的分離。圖4-4溶劑與稀釋劑的互溶度影響

2、萃取劑的物理性質(zhì)（1）密度在液液萃取中，兩相間應(yīng)保持一定的密度差，以利于兩液相在萃取器中能以較高的相對(duì)速度逆流和兩相的分層；此外萃取設(shè)備還可達(dá)到較大的生產(chǎn)能力。（2）界面張力萃取物系的界面張力較大時(shí)，細(xì)小的液滴比較容易聚結(jié)，有利于兩相的分離，但界面張力過(guò)大，液體不易分散，難以使兩相混合良好，需要較多的外加能量。界面張力小，液體易分散，但易產(chǎn)生乳化現(xiàn)象使兩相難分離，因此應(yīng)從界面張力對(duì)兩液相混合與分層的影響綜合考慮，選擇適當(dāng)?shù)慕缑鎻埩Γ话阏f(shuō)不宜選用張力過(guò)小的萃取劑。兩種純液體的界面張力可用滴重法和氣泡最大壓力法來(lái)測(cè)定，常用體系界面張力數(shù)值可在文獻(xiàn)中找到。有人建議,將溶劑和料液加入分液漏斗中,經(jīng)充分劇烈搖動(dòng)后,兩液相最多在5min以內(nèi)要能分層,以此作為溶劑界面張力σ適當(dāng)與否的大致判別標(biāo)準(zhǔn)。（3）粘度溶劑的粘度低，有利于兩相的混合與分層，也有利流動(dòng)與傳質(zhì)，因而粘度小對(duì)萃取有利。有的萃取劑粘度大，往往需加入其他溶劑來(lái)調(diào)節(jié)其粘度3、萃取劑的化學(xué)性質(zhì)4、萃取劑回收難易萃取劑需有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易分解、聚合，并應(yīng)有足夠的熱穩(wěn)定性和抗氧化穩(wěn)定性。對(duì)設(shè)備的腐蝕性要小。4、萃取劑回收難易通常萃取相和萃余相中的萃取劑需回收后重復(fù)使用，以減少溶劑的消耗量?；厥召M(fèi)用取決于回收萃取劑的難易程度。有的溶劑雖然具有以上很多良好的發(fā)生，但往往由于回收困難而不被采用。最常用的回收方法是蒸餾，因而要求被分離體系相對(duì)揮發(fā)度α大，如果α接近于1，不宜用蒸餾，可以考慮用反萃取，結(jié)晶分離等方法。5、其它指標(biāo)5、其它指標(biāo)如萃取劑的價(jià)格、來(lái)源、毒性、以及是否易燃、易爆等等，均為選擇溶劑需要考慮的問(wèn)題。當(dāng)沒(méi)有一種萃取劑能滿足以上要求時(shí)，可以采用幾種溶劑組成的混合萃取劑以獲得較好的性能。6、溫度對(duì)萃取劑性能的影響在討論萃取劑和稀釋劑互溶度時(shí)指出，對(duì)于萃取過(guò)程互溶度愈小愈好。溫度對(duì)互溶度有顯著影響，通常溫度升高溶解度增加。圖4-5所示為二十二烷-二苯基己烷-糠醛體系的相圖。二十二烷與糠醛部分互溶。從圖中可以看出，溫度從45℃上升到140℃，兩相區(qū)不斷減少若溫度繼續(xù)上升，則變成三組完全互溶體系而無(wú)法進(jìn)行萃取操作。圖4-5溫度對(duì)分層區(qū)大小的影響二、萃取劑用量的確定１.杠桿規(guī)則２、單級(jí)萃取過(guò)程的計(jì)算

右下圖點(diǎn)R代表某已知三元混合物的組成點(diǎn)，其質(zhì)量為Rkg。若向R中加入另一已知三元混合物Ekg（其組成由E點(diǎn)表示），所得新混合液為Mkg，其組成點(diǎn)M必在RE聯(lián)線上，具體位置（M點(diǎn)的組成）由R、E的量與圖中線段長(zhǎng)度之間的關(guān)系決定，即：１.杠桿規(guī)則根據(jù)相似三角形的比例關(guān)系得：所以得到R+E=M單級(jí)萃取過(guò)程２、單級(jí)萃取過(guò)程及計(jì)算圖4-?單級(jí)萃取流程示意圖1―萃取器，2―澄清器，3，4―溶劑回收設(shè)備單級(jí)萃取流程（１）單級(jí)萃取過(guò)程的計(jì)算圖4-?單級(jí)接觸萃取操作圖解法F——原料液的量，kg或kg/h，S——萃取劑的量，kg或kg/h，M——混合液（原料液+萃取劑）的量，kg或kg/hE——萃取相的量，kg或kg/h，R——萃余相的量，kg或kg/h，E’——萃取液的量，kg或kg/h，R’——萃余液的量，kg或kg/h，xF——原料液中溶質(zhì)A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，xM——混合液中溶質(zhì)A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，xR——萃余相中溶質(zhì)A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，xR’——萃余液中溶質(zhì)A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，yS——萃取劑中溶質(zhì)A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，

杠桿規(guī)則是萃取過(guò)程物料衡算的基本依據(jù)①求出所需萃取劑的量S或原料的用量②求萃取相量E和萃余相量R（3）求萃取液E’和萃余液R’的量

例題４-1講解以水為萃取劑，從醋酸一氯仿原料液中萃取出醋酸。25℃時(shí)兩液相（萃取相E和萃余相R）以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示的三元平衡數(shù)據(jù)列于本例附表中。已知原料液的量為1000kg，醋酸濃度為35%，用純水作萃取劑。要求萃取后萃余相中含醋酸不超過(guò)7.0%。計(jì)算（1）萃取劑水的用量，（2）萃取后的水層和氯仿層的量及水層中醋酸濃度，（3）若水完全脫除后所得萃取液，萃余液的量及醋酸的濃度。氯

仿

層

（R相）水

層

（E相）醋

酸水醋

酸水0.000.990.0099.166.771.3825.1073.6917.222.2444.1248.5825.724.1550.1834.7127.655.2050.5631.1132.087.9349.4125.3934.1610.0347.8723.2842.516.542.5016.50解：（1）根據(jù)平衡數(shù)據(jù)在直角三角形坐標(biāo)圖中繪出溶解度曲線并作出輔助曲線。在AB坐標(biāo)上根據(jù)原料液中醋酸的組成35%確定F點(diǎn)。因萃取劑是純水，則萃取劑的點(diǎn)在三角形的右頂點(diǎn)上，聯(lián)接F、S兩點(diǎn)得直線FS。再由萃余相中含醋酸濃度為7.0%在臨界點(diǎn)左邊的溶解度曲線上確定R點(diǎn)，從R點(diǎn)作平行于三角形BS邊的直線交輔助曲線于L點(diǎn)，再?gòu)腖點(diǎn)作平行于三角形AB邊的直線交溶解度曲線于E點(diǎn)，聯(lián)接R、E兩點(diǎn)的直線與FS直線交于M點(diǎn)，并在圖中分別量出線段和的長(zhǎng)度為5.3及5.3。由杠桿規(guī)則：（2）由圖量得=5.0，=2.7代入式（4-8）得：由式（4-9）得：R+E=F+S=1000+1000=2000kg聯(lián)解兩式，得：R=701.3kg,E=1298.7kg由圖中E點(diǎn)查得：yE=24.0%

（3）過(guò)E、S兩點(diǎn)及R、S兩點(diǎn)分別作直線交AB邊得兩點(diǎn)E’和R’并在圖中量得和的線段長(zhǎng)度分別為3.5和10.0，代入式（4-10）得：由式（4-12）得：

由圖查得：

ERMF單級(jí)萃取過(guò)程計(jì)算示意圖E’R’2、連續(xù)逆流萃取過(guò)程及計(jì)算在化工生產(chǎn)過(guò)程中，萃取操作通常是在塔設(shè)備中兩相流體呈連續(xù)逆流流動(dòng)實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)從一相轉(zhuǎn)入另一相的傳質(zhì)過(guò)程。一般較重的一相流體（稱為重相，如原料液），從塔頂加入在塔內(nèi)向塔底流動(dòng)，較輕的一相流體（稱為輕相，如萃取劑），從塔底引入向塔頂流動(dòng)，兩相連續(xù)接觸，進(jìn)行傳質(zhì)，輕相從塔頂排出為萃取相，重相從塔底排出則是萃余相。（若原料液為輕相而萃取劑為重相時(shí)，情況就相反）。用連續(xù)逆流萃取來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)分離過(guò)程，其計(jì)算內(nèi)容是解決所需的理論級(jí)數(shù)NT（如同精餾中的理論板數(shù)一樣），然后再乘以理論級(jí)當(dāng)量高度He，即得塔高H：

理論級(jí)數(shù)是指完成一定的分離任務(wù)在計(jì)算過(guò)程中所用平衡關(guān)系的次數(shù)。在前面介紹的單級(jí)萃取計(jì)算中只運(yùn)用了一次平衡關(guān)系。1―萃取塔；

2―萃取劑回收塔；3―再沸器；4―冷凝器

圖16-13

塔式液—液萃取設(shè)備流程圖理論級(jí)當(dāng)量高度的物理意義是分離效果等于一個(gè)理論級(jí)的萃取塔段的高度，它是反映萃取傳質(zhì)特性的一個(gè)參數(shù)，它與兩液相的物性，設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式和兩相流速等操作條件有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)研究確定或根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際裝置的操作數(shù)據(jù)求得。計(jì)算理論級(jí)數(shù)，通常已知原料液量F及其組成xF，萃取劑組成yS，最終萃余相的組成xR,并選擇萃取劑用量S用圖解法進(jìn)行計(jì)算。圖16-14

連續(xù)逆流萃取理論級(jí)模型過(guò)程示意圖F+E2=R1+E1F-E1=R1-E2F-E1=R2-E3……F-E1=Rn-S

F-E1=R1-E2=R2-E3=……=Rn-1-En=Rn-S=△（常數(shù)）(1)用三角形坐標(biāo)圖解求理論級(jí)數(shù)在三角形相圖上逐級(jí)圖解法的步驟如下：1、根據(jù)平衡數(shù)據(jù)在三角形坐標(biāo)圖上，作出溶解度曲線及輔助曲線。2、由已知的組成xF與xR在圖上定出原料液和從塔底流出的萃余相的狀態(tài)點(diǎn)F和Rn。由萃取劑的組成yS定出狀態(tài)點(diǎn)S的位置，連SF線，并根據(jù)給定的F和選定的萃取劑量S，按照杠桿規(guī)則確定混合后的總量及其狀態(tài)點(diǎn)M的位置，連接RnM，并延長(zhǎng)與溶解度曲線交于E1點(diǎn)的狀態(tài)點(diǎn).3、應(yīng)用溶解度曲線與物料衡算關(guān)系，逐級(jí)計(jì)算求理論級(jí)數(shù)。做第一級(jí)的物料衡算（見(jiàn)圖16-14）：例16-2(2)用分配曲線求理論級(jí)數(shù)圖４－？用分配曲線圖解理論級(jí)數(shù)3、萃取劑最少用量的計(jì)算。在萃取過(guò)程中，當(dāng)萃取劑用量少時(shí)，可以減少回收溶劑所消耗的能量或處理費(fèi)用，以降低操作成本。但是，萃取劑用量越少，則完成同樣分離任務(wù)所需的理論級(jí)數(shù)就越多，從而增加了萃取設(shè)備投資。所以應(yīng)依經(jīng)濟(jì)衡算確定適宜的萃取劑用量。所謂最少萃取劑的用量Smin，是指一種極限情況，即當(dāng)所用萃取劑的量減少到Smin時(shí)，所需的萃取理論級(jí)數(shù)已達(dá)無(wú)窮多。三、超臨界流體萃取1、超臨界流體圖中高于臨界溫度和臨界壓力的有陰影線的區(qū)域?qū)儆诔R界流體狀態(tài)。氣-液的分界面消失超臨界流體具有顯著的特點(diǎn)：是對(duì)溶質(zhì)的溶解能力很大，而且具有選擇性地溶解液體或固體混合物中溶質(zhì)的能力，2、超臨界流體萃取過(guò)程萃取操作時(shí)，將欲進(jìn)行萃取分離的混合物裝入萃取器，排出所有雜質(zhì)氣體后，注入超臨界流體，并使其在壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)下，在萃取器和分離器之間循環(huán)。萃取器頂部離開(kāi)的溶有萃取質(zhì)的高壓氣體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流，使其降壓將溶質(zhì)析出，并進(jìn)入分離器，溶質(zhì)自分離器底部排出，超臨界流體則進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后進(jìn)入萃取器循環(huán)使用。圖中沒(méi)有示出因節(jié)流和壓縮所引起的溫度變化而需設(shè)置的換熱設(shè)備。圖４-？分批操作的超臨界流體萃取流程示意圖在超臨界流體萃取操作中，萃取器內(nèi)的溶質(zhì)溶解于超臨界流體的過(guò)程屬于自發(fā)過(guò)程，并不耗能。節(jié)流閥上的節(jié)流膨脹屬于等焓過(guò)程，亦不耗能。如采用膨脹機(jī)代替節(jié)流閥，還可望回收部分能量。分離器則僅系機(jī)械分離操作，不耗能。在流程中主要的耗能設(shè)備是壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的功率決定于壓縮比和流體的循環(huán)量。在超臨界流體萃取中所用的壓縮比一般不會(huì)大，而流體的循環(huán)量則決定于超臨界流體對(duì)溶質(zhì)的溶解能力，溶解度愈大，所需超臨界流體的循環(huán)量就少，能耗就低。如將溶劑氣體在臨界點(diǎn)附近液化，對(duì)原料作近臨界流體萃取,這時(shí)需要將萃取相中的溶劑蒸出供循環(huán)使用，并提取萃取質(zhì)。在這種情況下，因臨界點(diǎn)附近流體的氣化潛熱很小，所以蒸發(fā)所需的熱量很少,且溶劑和溶質(zhì)間的揮發(fā)度差異很大，分離十分方便，所以操作所需的能耗也是低的?？偨Y(jié)：超臨界流體萃取特點(diǎn)：

(1)超臨界流體對(duì)溶質(zhì)的溶解能力大

(2)溶劑回收方便。它只需降低壓力，溶劑就會(huì)迅速氣化與溶質(zhì)分離并循環(huán)使用。與精餾相比，液液萃取是一種節(jié)能的化工分離方法它的操作過(guò)程簡(jiǎn)單，溫度較低，操作壓力不算高，可對(duì)熱敏物質(zhì)分離。它的應(yīng)用前景很廣，在有機(jī)溶液的分離，高分子聚合，分級(jí)，脫溶劑和脫揮發(fā)成分上的應(yīng)用，含有機(jī)物的廢水處理，食品工業(yè),植物中的藥物，香精，調(diào)味品等的提取獲得較好的成果。模塊三萃取設(shè)備的確定液液萃取設(shè)備的必要條件：(1)兩相液體之間具有很大的接觸面積，這種界面通常是將一種液相分散在另一種液相中所形成。分散成滴狀的液相稱為分散相，另一個(gè)呈連續(xù)的液體相稱為連續(xù)相。。顯然，液滴越小，兩相的接觸面積越大，傳質(zhì)越快。為此，在萃取設(shè)備內(nèi)裝有噴嘴或篩孔板，或填料，或機(jī)械攪拌裝置。(2)為獲得萃取過(guò)程有較大的傳質(zhì)推動(dòng)力，兩相流體在萃取設(shè)備內(nèi)以逆流流動(dòng)方式進(jìn)行操作。一、概述使兩液相產(chǎn)生相對(duì)流動(dòng)的基本條件是兩相流體的密度差。通常兩液相的密度差較小，不如在精餾、吸收中兩相流體密度差很大，所以在重力作用下兩液相間的相對(duì)流速較小。為了提高兩液相的相對(duì)流速，常采用施加離心作用的方法，將萃取設(shè)備做成螺旋形的通道并沿中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在離心力場(chǎng)作用下的兩相逆流操作。二、液液萃取設(shè)備填料萃取塔的結(jié)構(gòu)與吸收和精餾使用的填料塔基本相同。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)填料，在液液萃取中有一個(gè)臨界的填料尺寸。大多數(shù)液液萃取系統(tǒng)，填料的臨界直徑約為12mm或更大些。工業(yè)上，一般可選用15或25mm直徑的填料，以保證適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)效率和兩相的流通能力。1、填料塔2、篩板塔為了保證篩板塔的正常操作，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

(1)分散相應(yīng)均勻地通過(guò)全部篩孔，防止連續(xù)相短路而導(dǎo)致板效率降低。

(2)選擇適當(dāng)?shù)暮Y孔流速。篩孔流速過(guò)低，易形成分散相滴狀流出；篩孔流速過(guò)高，易產(chǎn)生分散相噴射，對(duì)傳質(zhì)均不利。

(3)兩相在板間明顯分層，并且要有一定高度的分散相積累層。

(4)連續(xù)相經(jīng)降液管（或溢流管）流動(dòng)時(shí)，所夾帶的分散液滴要少，以避免過(guò)大的軸向混和。3、轉(zhuǎn)盤(pán)塔轉(zhuǎn)盤(pán)塔是裝有回旋攪抖圓盤(pán)的萃取設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖16-27所示。塔體呈圓筒形，其內(nèi)壁上裝有固定環(huán)，將塔分隔成許多小室，塔的中心從塔頂插入一根轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)盤(pán)即裝在其上。轉(zhuǎn)軸由塔頂?shù)碾妱?dòng)機(jī)帶動(dòng)。轉(zhuǎn)盤(pán)塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，維修方便。由于它的操作彈性大，通量大，因而在石油化學(xué)工業(yè)中，轉(zhuǎn)盤(pán)塔應(yīng)用比較廣泛。4、往復(fù)振動(dòng)板塔5、脈沖塔塔的主體部分是高徑比很大的圓柱形筒體，中間裝有若干帶孔的不銹鋼或其他材料制成的篩板。篩板可用支撐柱和固定環(huán)按一定板間距固定。塔的上、下兩端分別設(shè)有上澄清段和下澄清段。運(yùn)行時(shí)，兩相界面的位置取決于連續(xù)相及分散相的選擇。在塔體的相應(yīng)部位裝有各液流的入口管，出口管，脈沖管，用于沖洗、放空、排空的管線以及各種參數(shù)（界面、溫