液液萃取下冊課件

（4）液體混合物中含有較多汽化潛熱很大的易揮發(fā)組份,特別是該組分又不是目標組分，利用精餾操作能耗較大。

液-液萃取在工業(yè)中的應用在石油化工中的應用：如用酯類溶劑萃取乙酸，用丙烷萃取潤滑油中的石蠟。在生物化工和精細化工中的應用：在生化藥物制備過程中，生成很復雜的有機液體混合物，這些物質(zhì)大多為熱敏性物質(zhì)，不能采用一般的蒸餾方法。若進行萃取操作，可以避免受熱損壞，提高有效物質(zhì)的收率。例如青霉素的生產(chǎn)，用玉米發(fā)酵得到含青霉素的發(fā)酵液，以醋酸丁酯為溶劑，經(jīng)過多次萃取可得到青霉素的濃溶液。

（4）液體混合物中含有較多汽化潛熱很大的易揮發(fā)組份,特別是該1香料工業(yè)中用正丙醇從亞硫酸紙漿廢水中提取香蘭素（精細化工方面）

1．有關萃取幾個基本概念:(1)萃取劑(溶劑)：所用的溶劑。(S)(2)溶質(zhì)：原料液中易溶于溶劑的組分。(A)(3)原溶劑：原料液中較難溶于溶劑的組分（稀釋劑）。(B)2．對萃取劑的基本要求:（1）溶劑不能與被分離混合物完全互溶，只能部分互溶；

（2）溶劑具有選擇性，即溶劑對A、B兩組分具有不同的溶解度；（3）溶劑與被分離混合物有一定的密度差；香料工業(yè)中用正丙醇從亞硫酸紙漿廢水中提取香蘭素（精細化工方面2（4）溶劑應易于回收，且價格低廉。

3.萃取過程的簡單流程:混合過程:F（A+B）及S充分接觸,組分轉(zhuǎn)移；澄清過程:形成兩相,由于密度差而分層。（4）溶劑應易于回收，且價格低廉。3兩相

萃取相E,y——溶劑相中出現(xiàn)(S+A+B)萃余相R,x——原料液中出現(xiàn)溶劑(B+S+A)脫除溶劑使

萃取相脫除溶劑得萃取液E’,y’

萃余相脫除溶劑得萃余液R’,x’4.萃取后組成之間的變化:萃取后:結(jié)果,使組分得到一定程度的分離。兩相萃取相E,y——溶劑相中出現(xiàn)(S+A+B)萃余相R44.2.1三元體系的液-液相平衡由于液-液萃取兩相通常為三元混合物，故其組成和相平衡關系常用三角形坐標圖來表示。4-2-1組成在三角形相圖上的表示方法萃取操作混合物組成常用質(zhì)量分率表示(原則上可用任意單位表示)。等邊三角形；直角三角形等；

等腰直角三角形（常用）4.2.1三元體系的液-液相平衡等邊三角形；5習慣表示法：（1）各頂點表示純組分；（2）每條邊上的點為兩組分混合物；（3）三角形內(nèi)的各點代表不同組成的三元混合物。K點：

P點：

組成符合歸一性

習慣表示法：K點：P點：組成符合歸一性64.2.2液-液相平衡關系根據(jù)萃取操作中各組分的互溶性，可將三元物系分為以下三種情況。（1）溶質(zhì)A完全溶于溶劑S和原溶劑B，但B與S不互溶；（2）溶質(zhì)A完全溶于溶劑S和原溶劑B，但B與S為部分互溶；（3）溶質(zhì)A完全溶于原溶劑B，但A與S及B與S為部分互溶。習慣上，將溶質(zhì)A可完全溶于B及S，但B與S為部分互溶或完全不互溶的三元混合物系即（1）、（2）稱之為第一類物系。而將形成兩對部分互溶組分的三元混合物系即（3）稱之為第二類物系。第一類物系在萃取操作中較為常見。4.2.2液-液相平衡關系71溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線

設溶質(zhì)A完全溶于溶劑S和原溶劑B，但B與S為部分互溶。溶解度曲線將混合物的整個組成范圍分成兩個區(qū)域，曲線內(nèi)是兩相區(qū)，曲線外是單相區(qū)或均相區(qū)。當達到平衡時，兩個液層稱為共軛相，

聯(lián)結(jié)共軛液相組成坐標的直線稱為聯(lián)結(jié)線。1溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線

設溶質(zhì)A完全溶于溶劑S和原溶劑B，但82、輔助曲線和臨界混溶點由于實驗數(shù)據(jù)有限，三角形相圖中的有限條聯(lián)結(jié)線不能滿足萃取操作的需要時，可借助輔助曲線確定任一點的平衡關系。輔助曲線也可稱為共軛曲線。輔助曲線和溶解度曲線的交點K就是臨界混溶點。K點將溶解度曲線分為兩部分，靠近溶劑S一側(cè)為萃取相部分，靠近原溶劑B一側(cè)為萃余相部分。利用輔助曲線就可以從已知的液相組成確定與其呈平衡的另一液相組成。

2、輔助曲線和臨界混溶點輔助曲線也可稱為共軛曲線。輔助曲線9在一定溫度下，三元物系的溶解度曲線、聯(lián)結(jié)線、輔助曲線及臨界混溶點的數(shù)據(jù)都是由實驗測得，也可從手冊或文獻中查得。3、分配系數(shù)和分配曲線1)分配系數(shù)分配系數(shù)是指在一定溫度下，某組分在互相平衡的E相與R相中的組成之比。在一定溫度下，三元物系的溶解度曲線、聯(lián)結(jié)線、輔助曲線及臨界混10——萃取相E中組分A、B的質(zhì)量分數(shù)；

——萃余相R中組分A、B的質(zhì)量分數(shù)。

kA值越大，萃取分離的效果越好。不同物系具有不同的分配系數(shù)kA值；同一物系，kA值隨溫度而變，在恒定溫度下，kA值隨溶質(zhì)A的組成而變。只有在溫度變化不大或恒溫條件下kA值才可近似看作常數(shù)。2)分配曲線將共軛相中溶質(zhì)A的平衡組成直接標繪在直角坐標中，或?qū)⑷切蜗鄨D中溶質(zhì)A的平衡組成轉(zhuǎn)換到直角坐標中，就能獲得分配曲線。分配曲線實際上表達了溶質(zhì)A在兩相的平衡關系?！腿∠郋中組分A、B的質(zhì)量分數(shù)；——萃余相R中組分A、11由于分配系數(shù)大于1，故分配曲線位于對角線的上側(cè)。4、溫度對相平衡關系的影響

通常物系的溫度升高，各組分的溶解度增大，兩液相的互溶度增大，單相區(qū)擴大，兩相區(qū)縮小，溶解度曲線的形狀和聯(lián)結(jié)線斜率都發(fā)生改變，不利于萃取操作。

由于分配系數(shù)大于1，故分配曲線位于對角線的上側(cè)。12液液萃取下冊課件134.2.3、杠桿規(guī)則質(zhì)量分別為R和E的兩種三元混合物兩者混合后形成的新的混合物MM點稱為R、E點的和點。R點稱為M、E點的差點。E點稱為M、R點的差點。

4.2.3、杠桿規(guī)則質(zhì)量分別為R和E的兩種三元混合物兩者混14注意：圖中R、E代表液相組成的坐標，而杠桿規(guī)則中的R、E代表液相的質(zhì)量或質(zhì)量流量。若于A、B二元料液F中加入純?nèi)軇㏒，則混合液總組成的坐標點M點沿SF線而變，具體位置有杠桿規(guī)則確定。注意：圖中R、E代表液相組成的坐標，而杠桿規(guī)則中的R、E代表15ASFMERE’R’萃取過程在三角相圖上的表示ASFMERE’R’萃取過程在三角相圖上的表示164.2.4萃取劑的選擇萃取劑的性質(zhì)直接影響萃取操作的經(jīng)濟性，因此選擇適宜的萃取劑是萃取操作的關鍵。1、萃取劑的選擇性和選擇性系數(shù)萃取操作中要求萃取劑對溶質(zhì)具有較大的溶解度，對其它組分具有較小的溶解度。這種選擇性的大小或選擇性的優(yōu)劣通常用選擇性系數(shù)衡量。（脫除溶劑后，A，B組分含量比不變。）或4.2.4萃取劑的選擇（脫除溶劑后，A，B組分含量比17選擇性系數(shù)類似于蒸餾過程的相對揮發(fā)度，反映了A、B組分溶解于溶劑S的能力差異。對于萃取操作，越大，分離效果越好，應選擇遠大于1的溶劑。若=1或即萃取后脫除溶劑的萃取液和萃余液具有相同的組成，且等于原料液的組成，說明原料液經(jīng)過萃取操作組成未發(fā)生變化，因此該萃取過程沒有分離效果。所以接近于1，萃取操作的分離能力很差，此類溶劑不宜選擇用于萃取操作。

選擇性系數(shù)類似于蒸餾過程的相對揮發(fā)度，反映了A、B組182、萃取劑S與原溶劑B的互溶度

萃取劑與原溶劑的互溶度越小，兩相區(qū)越大，萃取操作的范圍越大。2、萃取劑S與原溶劑B的互溶度193、萃取劑回收難易與經(jīng)濟性萃取過程萃取劑的回收費用是整個操作的一項關鍵經(jīng)濟指標。因此有些溶劑盡管其它性能良好，但由于較難回收而被棄用。溶劑的回收一般采用蒸餾的方法。若溶質(zhì)組分不宜揮發(fā)或揮發(fā)度較低，常采用蒸發(fā)、閃蒸等方法。4、萃取劑的其他物性

影響萃取過程的主要物理性質(zhì)有液-液兩相的密度差、界面張力和液體粘度等。液液萃取下冊課件20兩相密度差大，有利于兩相的分散和凝聚，促進兩相相對運動。若界面張力較小，有利于分散，不利于凝聚，表面張力過小，液體易乳化，不宜兩相分離。界面張力較大，有利于凝聚，不利于分散，相際接觸面減少。粘度較低時，有利于兩相的混合和傳質(zhì)，還能降低能耗。此外，萃取劑應具有良好的穩(wěn)定性，不宜分解、聚合或和其它組分發(fā)生化學反應。P202例4-1（重點）

液液萃取下冊課件214.3萃取過程的計算液-液萃取操作設備分級接觸式萃取中理論級：如果單級萃取操作能使兩相達到相平衡，形成互呈平衡的液-液兩相，這樣的萃取接觸設備稱為一個理論級。（類似蒸餾中的理論板）4.3萃取過程的計算理論級：如果單級萃取操作能使兩相達到22注意：實際接觸級的分離能力很難達到理論級的分離能力，因此理論級是一種理想狀態(tài)，實際需要的級數(shù)等于理論級數(shù)除以級效率。（級效率目前尚無準確的理論計算方法，一般通過實驗測定）萃取過程計算（已知平衡關系、原料液的處理量及組成)設計型計算:規(guī)定了各級溶劑的用量及組成，要求計算達到一定分離程度所需的理論級數(shù)。操作型計算：已知萃取設備的理論級數(shù)，要求估算經(jīng)該設備萃取后所能達到的分離程度。

注意：實際接觸級的分離能力很難達到理論級的分離能力，因此理論23

4-3-1單級萃取計算單級萃取是指原料液F和溶劑S只進行一次混合、傳質(zhì)，具有一個理論級的萃取分離過程。特點：

1.原料液與溶劑一次性接觸；2.萃取相與萃余相相互平衡；

3.生產(chǎn)中大多是間歇操作。

計算步驟如下：

（1）由已知的相平衡數(shù)據(jù)在等腰直角三角形坐標圖中作出溶解度曲線和輔助線；（2）根據(jù)原料液的組成確定F點，根據(jù)萃取劑的組成確定S點（若為純?nèi)軇瑒t是頂點），連結(jié)點F、S，則原料液與萃取劑之混合液的組成點M必在FS聯(lián)線上。

4-3-1單級萃取計算特點：

1.原料液與溶劑一次性24（3）由已知的萃余相組成，在圖上確定出R點，再利用輔助線求得與之平衡的E點，作R與E的連結(jié)線，RE線與FS線的交點即為混合液的組成點M。（4）由物料衡算和杠桿定律求出各流股的量。（重點）（3）由已知的萃余相組成，在圖上確定出R點，再利用輔助線求得25（重點）注意：上述諸式中各線段的長度及各股物流的組成均可由三角形相圖中讀出。在單級萃取操作中，對應一定的原料液量，存在兩個極限萃取劑用量，在此二極限用量下，原料液與萃取劑的混合液組成點恰好落在溶解度曲線上。最小溶劑用量（G點對應的萃取劑用量）最大溶劑用量（H點對應的萃取劑用量）

（重點）注意：上述諸式中各線段的長度及各股物流的組成均可由三26單級萃取的萃取劑用量范圍：例某A、B、S三元體系的溶解度曲線如附圖所示。用純?nèi)軇㏒對A、B兩組分混合液進行單級萃取。原料液中溶質(zhì)A的質(zhì)量分數(shù)為0.3，處理量為100kg，要求萃余液中溶質(zhì)A的質(zhì)量分數(shù)不大于0.1。在操作范圍內(nèi)分配系數(shù)kA為1.8，試求：（1）純?nèi)軇㏒的用量；（2）組分A的萃取率。

單級萃取的萃取劑用量范圍：例某A、B、S三元體系的溶解274-2-2多級錯流萃取

多級錯流萃取實際上就是多個單級萃取的組合。一、流程溶劑S分別從各級加入，原料液F依次通過各級和溶劑接觸，經(jīng)多次萃取，原料液作為萃余相從末級排出，各級排出的萃取相收集在一起進行脫溶劑操作，回收的溶劑可循環(huán)使用。

4-2-2多級錯流萃取

多級錯流萃取實際上就是多個28液液萃取下冊課件29二特點

萃取相溶質(zhì)的回收率較高，溶劑耗量較大，溶劑回收負荷增加,設備投資大。三計算

（１）設計型計算

已知原料液的處理量F及組成xF（生產(chǎn)工藝確定）規(guī)定各級溶劑用量Si和組成S0，求達到一定的分離要求所需的理論級數(shù)Ｎ。

（２）操作型問題

已知多級錯流萃取設備的理論級數(shù)N，計算通過該設備的萃取操作，原料液所能達到的分離程度。二特點

萃取相溶質(zhì)的回收率較高，溶劑耗量較大，溶劑30設計型計算（圖解法）求達到一定的分離要求所需的理論級數(shù)Ｎ注意：各級溶劑用量可以相等也可以不相等。但可以證明，當各級溶劑用量相等時，達到一定分離程度所需的總?cè)軇┯昧孔钌佟?/p>

P208例4-3是操作型問題，求經(jīng)過三級萃取所達到的分離效果。設計型計算（圖解法）是操作型問題，求經(jīng)過三級萃取所達到的分31四、直角坐標圖解法在操作條件下，若萃取劑S與稀釋劑B互不相溶，用直角坐標圖更為方便。萃取相中只有A、S兩組分，質(zhì)量比Y(KgA/KgS)萃余相中只有A、B兩組分，質(zhì)量比X(KgA/KgB)四、直角坐標圖解法32

設每一級溶劑加入量S相等，則每一級溶劑量S和稀釋劑量B均可視為常數(shù)。對第一萃取級作溶質(zhì)A的物料衡算整理可得：同理，對第n級物料衡算操作線方程根據(jù)理論級的假設，離開任一級的Yn與Xn處于平衡狀態(tài)故（Xn、Yn）點位于分配曲線上，即操作線與分配曲線交點?？梢詧D解計算P210

設每一級溶劑加入量S相等，則每一級溶劑量S和稀釋33XY0XFYSX1X2X4X3Y1Y2Y3Y4斜率=-B/S分配曲線XY0XFYSX1X2X4X3Y1Y2Y3Y4斜率=-B/S344-3-2多級逆流接觸萃取的流程和計算

一、流程

原料液F從第一級進入，依次經(jīng)過各級萃取，成為各級的萃余相，其溶質(zhì)組成逐級降低，溶劑S從末級第N級進入系統(tǒng)，依次通過各級與萃余相逆相接觸，進行萃取，使得萃取相中的溶質(zhì)組成逐級提高，最終獲得的萃取相E1和萃余相RN通過脫溶劑塔I、II脫除溶劑，并返回系統(tǒng)循環(huán)使用。二、特點

連續(xù)逆流操作，混合物可分離程度較高。4-3-2多級逆流接觸萃取的流程和計算

一、流程

35三計算

設計型問題

已知所用溶劑的組成S0、原料液量F和組成Xf,在選定溶劑用量S或溶劑比S/F的條件下，規(guī)定分離要求，即最終萃余相中溶質(zhì)組成XN，求所需理論級數(shù)N。

三計算

設計型問題

已知所用溶劑的組成S0、原36組分B和S部分互溶時的圖解計算法步驟（1）根據(jù)操作條件下的平衡數(shù)據(jù)在三角形坐標圖上繪出溶解度曲線和輔助曲線；（2）根據(jù)原料液和萃取劑的組成，在圖上定出F、S（圖中是采用純?nèi)軇儆扇軇┍萐/F按杠桿定律在FS聯(lián)線上定出和點M的位置；（3）由規(guī)定的最終萃余相組成在圖上定出點RN，連接RN、M并延長與溶解度曲線相交于E1點，此點是最終萃取相的組成點。根據(jù)杠桿定律可求出E1和Rn的量。注意E1和Rn并不是共軛相。組分B和S部分互溶時的圖解計算法步驟37（4）應用相平衡關系和物料衡算，用圖解法求理論級數(shù)。在第一級與第N級之間作總的物料衡算

第一級

第二級

或或第n級操作點（4）應用相平衡關系和物料衡算，用圖解法求理論級數(shù)?；蚧虻趎38P214例4-5P214例4-5394-2-4微分接觸逆流萃取微分接觸式逆流萃取操作是萃取相和萃余相逆流微分接觸，通常在塔式設備中進行。塔式微分接觸逆流萃取設備的計算與吸收塔的計算類似。塔徑的尺寸取決于兩液相的流量及適宜的操作速度。塔高（兩液相接觸傳質(zhì)的有效塔高）的計算通常有兩種方法。

4-2-4微分接觸逆流萃取塔式微分接觸逆流萃取設備的計算40一、理論級當量高度法這種方法是把微分接觸逆流萃取作為多級逆流萃取處理，先計算萃取所需的理論級數(shù)n，然后乘以理論級當量高度即得塔高HETS——是理論級當量高度，m

理論級數(shù)n反映萃取分離的難易或萃取過程要求達到的分離程度，HETS的大小由物系性質(zhì)、操作條件、和設備型式?jīng)Q定，可由實驗獲得。

二、傳質(zhì)單元法

假設組分B和S完全不互溶，則質(zhì)量比計算方便，若溶質(zhì)組成較低，在整個萃取段內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)Kxa可視為常數(shù)，則一、理論級當量高度法HETS——是理論級當量高度，m41萃余相的總傳質(zhì)單元數(shù)可用圖解積分法求得，當分配曲線為直線時，又可用對數(shù)平均推動力法和解析法計算。P222萃余相的總傳質(zhì)單元數(shù)可用圖解積分法求得，當分配曲線為直線時，42超臨界氣體萃取簡介處于超臨界條件下的氣體對于液體和固體具有顯著的溶解能力，而且隨著壓力和溫度的變化，溶解能力可在相當寬的范圍內(nèi)變化。用超臨界溫度和臨界壓力狀態(tài)的氣體為溶劑，使之與液體或固體原料接觸，萃取溶質(zhì)，再將萃取液分離成溶質(zhì)和溶劑的操作稱為超臨界氣體萃取。超臨界氣體又稱為超臨界流體，該流體屬高密度氣體或超高壓氣體。超臨界氣體萃取的主要特點是在被分離物中加入一種惰性氣體，使其處于臨界溫度和壓力以上，即成為所謂的超臨界氣體，這時的載氣盡管處于很高壓力之下，也不能凝縮成為液體，而是始終保持氣體狀態(tài)。超臨界氣體萃取簡介43這種條件下，盡管溫度不高，卻有大量的難揮發(fā)性物質(zhì)進入氣相，與該物質(zhì)在同溫度下的蒸汽壓相比高出105～106倍。倘若將這種富集了難揮發(fā)物質(zhì)的載氣壓力降低，難揮發(fā)物質(zhì)將從氣相凝析出來，從而實現(xiàn)了溶質(zhì)和氣體溶劑的分離。

臨界或臨界點附近的純物質(zhì)常被作為溶劑使用。如二氧化碳具有密度高、不燃性、無極性、無毒、安全、價格低廉和易于獲得等優(yōu)點，非常適宜用作超臨界萃取的溶劑。超臨界氣體具有氣體和液體的中間性質(zhì)，粘度約為液體的百分之一，擴散系數(shù)約是液體的一百倍，因此萃取速度比用液體作溶劑時更有利。這種條件下，盡管溫度不高，卻有大量的難揮發(fā)性物質(zhì)進入氣相，與44超臨界萃取特點：（1）

超臨界萃取過程操作壓力較高。（2）超臨界萃取操作溫度一般較低。超臨界氣體可以在常溫或不太高的溫度下溶解或選擇性溶解相當難揮發(fā)的物質(zhì)，因此適用于熱敏性和易揮發(fā)物質(zhì)的分離。（3）

超臨界氣體的溶解能力與其密度有關，隨密度增加而提高，當密度恒定時，則隨溫度升高而增大。（4）

降低超臨界相的壓力，可以將其中難揮發(fā)物質(zhì)凝析出來。

（5)超臨界氣體兼有液體和氣體的特點，其萃取效率一般要高于液體萃取，更重要的是它不會引起被萃取物質(zhì)的污染，而且無需進行溶劑蒸餾。

超臨界萃取特點：45超臨界萃取研究始于20世紀60年代，作為新的分離技術，正式應用于70年代。目前，在化學工業(yè)，主要應用于廢水中微量有機物的去除、共沸混合物分離、有機化學品的制取等。在醫(yī)藥工業(yè)及香料工業(yè)的應用有藥品中有效成分的萃取，脂肪質(zhì)的分離精制、天然香料的萃取、煙草脫尼古丁等。在食品工業(yè)中，用于植物油的萃取，咖啡和茶的脫咖啡因、天然色素的萃取等。例從咖啡豆中脫除咖啡因，傳統(tǒng)工藝是用二氯乙烷萃取咖啡因，但選擇性較差，并產(chǎn)殘存的溶劑不易除盡。利用超臨界CO2進行萃取可以很好解決上述問題。超臨界萃取研究始于20世紀60年代，作為新46水CO2萃取塔水洗塔蒸餾塔脫氣咖啡豆CO2+咖啡因咖啡因90℃、16~22MPa水CO2萃水蒸脫咖啡豆CO2+咖啡因咖啡因90℃、16~47第三節(jié)液-液萃取設備1．萃取設備的基本要求

對萃取設備的基本要求是為萃取操作提供適宜的傳質(zhì)條件。首先為了使溶質(zhì)更快的從原料液進入萃取劑中，應使兩相充分有效地接觸并伴有較高程度的湍流。通常萃取過程中一個液相為連續(xù)相，另一個液相以液滴的形式分散在連續(xù)的液相中，稱為分散相，液滴表面即為兩相接觸的傳質(zhì)面積。顯然液滴越小，兩相的接觸面積就越大，傳質(zhì)也就越快。因此，分散的兩相必須進行相對流動以實現(xiàn)液滴聚集與兩相分層。同樣分散相液滴越小，兩相的相對流動越慢，聚合分層越困難。因此，上述兩個基本要求是互相矛盾的，所以在進行萃取設備的設計時，應綜合考慮確定適宜的方案。

第三節(jié)液-液萃取設備482．萃取設備的分類（1）按兩相接觸方式分類萃取設備分為逐級接觸式和微分接觸式。逐級接觸式設備，兩相逐級接觸傳質(zhì)，濃度是階躍式變化，逐級接觸式操作可用于間歇操作，亦可用于連續(xù)操作。微分接觸式設備，兩相連續(xù)接觸傳質(zhì)，因此，兩相組成連續(xù)變化，微分接觸式操作一般用于連續(xù)操作。（2）按外界是否輸入機械能分類

如果兩相密度差較大，兩相的分散和流動僅依靠密度差即可實現(xiàn)，此設備是重力流動設備，不需要外加功。如果兩相密度差較小，界面張力較大，液滴不易分散，就需借助外加能量，如攪拌、振動等來實現(xiàn)分散和流動。

2．萃取設備的分類49（3）按設備結(jié)構特點和形狀分類萃取設備分為組件式和塔式。組件式多由單級萃取設備組合，根據(jù)需要可靈活增減。塔式萃取設備有板式塔、噴灑塔和填料塔等。此外還有一類設備是離心萃取設備。常用萃取設備簡介1混合-澄清槽混合-澄清槽問世最早，目前仍廣泛使用。它由混合器和澄清槽組成?；旌掀鲀?nèi)有攪拌器。原料液和溶劑同時加入混合器內(nèi)，經(jīng)攪拌器攪拌，兩相充分混合傳質(zhì)，然后流入澄清槽進行沉降分相，重相和輕相分別從排出口引出。

（3）按設備結(jié)構特點和形狀分類萃取設備分為組件式和塔式。50為進一步分離混合物，可將多個混合-澄清槽按逆流或錯流流程組合，所需級數(shù)按分離要求確定。

為進一步分離混合物，可將多個混合-澄清槽按逆流或錯流流程組合51混合-澄清槽有以下優(yōu)點：（1）處理量大，傳質(zhì)效率高，一般單級效率在80%以上；（2）結(jié)構簡單，容易放大和操作；（（3）兩相流量比范圍大，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠，易于開、停工。對物系適應性好，對含有少量懸浮固體的物料也能處理；（4）易實現(xiàn)多級連續(xù)操作，便于調(diào)節(jié)級數(shù)?；旌?澄清槽有以下缺點：（1）一般混合-澄清槽占地大，溶劑儲量大。（2）由于需要動力攪拌裝置和級間的物流輸送設備，因此設備費和操作費較高?；旌?澄清槽在所需級數(shù)少、處理量大的場合，具有一定的實用性和經(jīng)濟性?；旌?澄清槽有以下優(yōu)點：522塔式萃取設備通常將高徑比很大的萃取裝置稱為塔式萃取設備。塔式萃取設備分為逐級接觸式和微分接觸式。（1）填料萃取塔填料萃取塔的結(jié)構與精餾和吸收所用的填料塔基本相同，塔內(nèi)裝填適宜的填料。重相由塔頂進入，塔底排出，輕相由塔底進入，從塔頂排出。連續(xù)相充滿整個塔，分散相由分布器分散成液滴進入填料層，在與連續(xù)相逆流接觸中進行傳質(zhì)。2塔式萃取設備53液液萃取下冊課件54（2）往復振動篩板塔往復振動篩板塔的結(jié)構是由一系列篩板構成，不同的是這些篩板均固定在可以上下運動的中心軸上，操作時由裝在塔頂?shù)尿?qū)動機械帶動中心軸使篩板作往復運動。當篩板向上運動時，迫使篩板上側(cè)的液體經(jīng)篩孔向下噴射，當篩板向下運動時，又迫使篩板下側(cè)的液體向上噴射，如此隨著篩板的上下往復運動，使塔內(nèi)液體兩相接觸面積大，湍動強，傳質(zhì)效率高。（2）往復振動篩板塔55教學基本要求重點掌握：（1）三角形坐標圖中相組成的表示方法及杠桿定律；（2）單級萃取、多級錯流萃取以及多級逆流萃取過程的計算。掌握：（1）萃取原理、分配系數(shù)、選擇性系數(shù)的定義及物理意義。

教學基本要求56（4）液體混合物中含有較多汽化潛熱很大的易揮發(fā)組份,特別是該組分又不是目標組分，利用精餾操作能耗較大。

液-液萃取在工業(yè)中的應用在石油化工中的應用：如用酯類溶劑萃取乙酸，用丙烷萃取潤滑油中的石蠟。在生物化工和精細化工中的應用：在生化藥物制備過程中，生成很復雜的有機液體混合物，這些物質(zhì)大多為熱敏性物質(zhì)，不能采用一般的蒸餾方法。若進行萃取操作，可以避免受熱損壞，提高有效物質(zhì)的收率。例如青霉素的生產(chǎn)，用玉米發(fā)酵得到含青霉素的發(fā)酵液，以醋酸丁酯為溶劑，經(jīng)過多次萃取可得到青霉素的濃溶液。

（4）液體混合物中含有較多汽化潛熱很大的易揮發(fā)組份,特別是該57香料工業(yè)中用正丙醇從亞硫酸紙漿廢水中提取香蘭素（精細化工方面）

1．有關萃取幾個基本概念:(1)萃取劑(溶劑)：所用的溶劑。(S)(2)溶質(zhì)：原料液中易溶于溶劑的組分。(A)(3)原溶劑：原料液中較難溶于溶劑的組分（稀釋劑）。(B)2．對萃取劑的基本要求:（1）溶劑不能與被分離混合物完全互溶，只能部分互溶；

（2）溶劑具有選擇性，即溶劑對A、B兩組分具有不同的溶解度；（3）溶劑與被分離混合物有一定的密度差；香料工業(yè)中用正丙醇從亞硫酸紙漿廢水中提取香蘭素（精細化工方面58（4）溶劑應易于回收，且價格低廉。

3.萃取過程的簡單流程:混合過程:F（A+B）及S充分接觸,組分轉(zhuǎn)移；澄清過程:形成兩相,由于密度差而分層。（4）溶劑應易于回收，且價格低廉。59兩相

萃取相E,y——溶劑相中出現(xiàn)(S+A+B)萃余相R,x——原料液中出現(xiàn)溶劑(B+S+A)脫除溶劑使

萃取相脫除溶劑得萃取液E’,y’

萃余相脫除溶劑得萃余液R’,x’4.萃取后組成之間的變化:萃取后:結(jié)果,使組分得到一定程度的分離。兩相萃取相E,y——溶劑相中出現(xiàn)(S+A+B)萃余相R604.2.1三元體系的液-液相平衡由于液-液萃取兩相通常為三元混合物，故其組成和相平衡關系常用三角形坐標圖來表示。4-2-1組成在三角形相圖上的表示方法萃取操作混合物組成常用質(zhì)量分率表示(原則上可用任意單位表示)。等邊三角形；直角三角形等；

等腰直角三角形（常用）4.2.1三元體系的液-液相平衡等邊三角形；61習慣表示法：（1）各頂點表示純組分；（2）每條邊上的點為兩組分混合物；（3）三角形內(nèi)的各點代表不同組成的三元混合物。K點：

P點：

組成符合歸一性

習慣表示法：K點：P點：組成符合歸一性624.2.2液-液相平衡關系根據(jù)萃取操作中各組分的互溶性，可將三元物系分為以下三種情況。（1）溶質(zhì)A完全溶于溶劑S和原溶劑B，但B與S不互溶；（2）溶質(zhì)A完全溶于溶劑S和原溶劑B，但B與S為部分互溶；（3）溶質(zhì)A完全溶于原溶劑B，但A與S及B與S為部分互溶。習慣上，將溶質(zhì)A可完全溶于B及S，但B與S為部分互溶或完全不互溶的三元混合物系即（1）、（2）稱之為第一類物系。而將形成兩對部分互溶組分的三元混合物系即（3）稱之為第二類物系。第一類物系在萃取操作中較為常見。4.2.2液-液相平衡關系631溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線

設溶質(zhì)A完全溶于溶劑S和原溶劑B，但B與S為部分互溶。溶解度曲線將混合物的整個組成范圍分成兩個區(qū)域，曲線內(nèi)是兩相區(qū)，曲線外是單相區(qū)或均相區(qū)。當達到平衡時，兩個液層稱為共軛相，

聯(lián)結(jié)共軛液相組成坐標的直線稱為聯(lián)結(jié)線。1溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線

設溶質(zhì)A完全溶于溶劑S和原溶劑B，但642、輔助曲線和臨界混溶點由于實驗數(shù)據(jù)有限，三角形相圖中的有限條聯(lián)結(jié)線不能滿足萃取操作的需要時，可借助輔助曲線確定任一點的平衡關系。輔助曲線也可稱為共軛曲線。輔助曲線和溶解度曲線的交點K就是臨界混溶點。K點將溶解度曲線分為兩部分，靠近溶劑S一側(cè)為萃取相部分，靠近原溶劑B一側(cè)為萃余相部分。利用輔助曲線就可以從已知的液相組成確定與其呈平衡的另一液相組成。

2、輔助曲線和臨界混溶點輔助曲線也可稱為共軛曲線。輔助曲線65在一定溫度下，三元物系的溶解度曲線、聯(lián)結(jié)線、輔助曲線及臨界混溶點的數(shù)據(jù)都是由實驗測得，也可從手冊或文獻中查得。3、分配系數(shù)和分配曲線1)分配系數(shù)分配系數(shù)是指在一定溫度下，某組分在互相平衡的E相與R相中的組成之比。在一定溫度下，三元物系的溶解度曲線、聯(lián)結(jié)線、輔助曲線及臨界混66——萃取相E中組分A、B的質(zhì)量分數(shù)；

——萃余相R中組分A、B的質(zhì)量分數(shù)。

kA值越大，萃取分離的效果越好。不同物系具有不同的分配系數(shù)kA值；同一物系，kA值隨溫度而變，在恒定溫度下，kA值隨溶質(zhì)A的組成而變。只有在溫度變化不大或恒溫條件下kA值才可近似看作常數(shù)。2)分配曲線將共軛相中溶質(zhì)A的平衡組成直接標繪在直角坐標中，或?qū)⑷切蜗鄨D中溶質(zhì)A的平衡組成轉(zhuǎn)換到直角坐標中，就能獲得分配曲線。分配曲線實際上表達了溶質(zhì)A在兩相的平衡關系?！腿∠郋中組分A、B的質(zhì)量分數(shù)；——萃余相R中組分A、67由于分配系數(shù)大于1，故分配曲線位于對角線的上側(cè)。4、溫度對相平衡關系的影響

通常物系的溫度升高，各組分的溶解度增大，兩液相的互溶度增大，單相區(qū)擴大，兩相區(qū)縮小，溶解度曲線的形狀和聯(lián)結(jié)線斜率都發(fā)生改變，不利于萃取操作。

由于分配系數(shù)大于1，故分配曲線位于對角線的上側(cè)。68液液萃取下冊課件694.2.3、杠桿規(guī)則質(zhì)量分別為R和E的兩種三元混合物兩者混合后形成的新的混合物MM點稱為R、E點的和點。R點稱為M、E點的差點。E點稱為M、R點的差點。

4.2.3、杠桿規(guī)則質(zhì)量分別為R和E的兩種三元混合物兩者混70注意：圖中R、E代表液相組成的坐標，而杠桿規(guī)則中的R、E代表液相的質(zhì)量或質(zhì)量流量。若于A、B二元料液F中加入純?nèi)軇㏒，則混合液總組成的坐標點M點沿SF線而變，具體位置有杠桿規(guī)則確定。注意：圖中R、E代表液相組成的坐標，而杠桿規(guī)則中的R、E代表71ASFMERE’R’萃取過程在三角相圖上的表示ASFMERE’R’萃取過程在三角相圖上的表示724.2.4萃取劑的選擇萃取劑的性質(zhì)直接影響萃取操作的經(jīng)濟性，因此選擇適宜的萃取劑是萃取操作的關鍵。1、萃取劑的選擇性和選擇性系數(shù)萃取操作中要求萃取劑對溶質(zhì)具有較大的溶解度，對其它組分具有較小的溶解度。這種選擇性的大小或選擇性的優(yōu)劣通常用選擇性系數(shù)衡量。（脫除溶劑后，A，B組分含量比不變。）或4.2.4萃取劑的選擇（脫除溶劑后，A，B組分含量比73選擇性系數(shù)類似于蒸餾過程的相對揮發(fā)度，反映了A、B組分溶解于溶劑S的能力差異。對于萃取操作，越大，分離效果越好，應選擇遠大于1的溶劑。若=1或即萃取后脫除溶劑的萃取液和萃余液具有相同的組成，且等于原料液的組成，說明原料液經(jīng)過萃取操作組成未發(fā)生變化，因此該萃取過程沒有分離效果。所以接近于1，萃取操作的分離能力很差，此類溶劑不宜選擇用于萃取操作。

選擇性系數(shù)類似于蒸餾過程的相對揮發(fā)度，反映了A、B組742、萃取劑S與原溶劑B的互溶度

萃取劑與原溶劑的互溶度越小，兩相區(qū)越大，萃取操作的范圍越大。2、萃取劑S與原溶劑B的互溶度753、萃取劑回收難易與經(jīng)濟性萃取過程萃取劑的回收費用是整個操作的一項關鍵經(jīng)濟指標。因此有些溶劑盡管其它性能良好，但由于較難回收而被棄用。溶劑的回收一般采用蒸餾的方法。若溶質(zhì)組分不宜揮發(fā)或揮發(fā)度較低，常采用蒸發(fā)、閃蒸等方法。4、萃取劑的其他物性

影響萃取過程的主要物理性質(zhì)有液-液兩相的密度差、界面張力和液體粘度等。液液萃取下冊課件76兩相密度差大，有利于兩相的分散和凝聚，促進兩相相對運動。若界面張力較小，有利于分散，不利于凝聚，表面張力過小，液體易乳化，不宜兩相分離。界面張力較大，有利于凝聚，不利于分散，相際接觸面減少。粘度較低時，有利于兩相的混合和傳質(zhì)，還能降低能耗。此外，萃取劑應具有良好的穩(wěn)定性，不宜分解、聚合或和其它組分發(fā)生化學反應。P202例4-1（重點）

液液萃取下冊課件774.3萃取過程的計算液-液萃取操作設備分級接觸式萃取中理論級：如果單級萃取操作能使兩相達到相平衡，形成互呈平衡的液-液兩相，這樣的萃取接觸設備稱為一個理論級。（類似蒸餾中的理論板）4.3萃取過程的計算理論級：如果單級萃取操作能使兩相達到78注意：實際接觸級的分離能力很難達到理論級的分離能力，因此理論級是一種理想狀態(tài)，實際需要的級數(shù)等于理論級數(shù)除以級效率。（級效率目前尚無準確的理論計算方法，一般通過實驗測定）萃取過程計算（已知平衡關系、原料液的處理量及組成)設計型計算:規(guī)定了各級溶劑的用量及組成，要求計算達到一定分離程度所需的理論級數(shù)。操作型計算：已知萃取設備的理論級數(shù)，要求估算經(jīng)該設備萃取后所能達到的分離程度。

注意：實際接觸級的分離能力很難達到理論級的分離能力，因此理論79

4-3-1單級萃取計算單級萃取是指原料液F和溶劑S只進行一次混合、傳質(zhì)，具有一個理論級的萃取分離過程。特點：

1.原料液與溶劑一次性接觸；2.萃取相與萃余相相互平衡；

3.生產(chǎn)中大多是間歇操作。

計算步驟如下：

（1）由已知的相平衡數(shù)據(jù)在等腰直角三角形坐標圖中作出溶解度曲線和輔助線；（2）根據(jù)原料液的組成確定F點，根據(jù)萃取劑的組成確定S點（若為純?nèi)軇?，則是頂點），連結(jié)點F、S，則原料液與萃取劑之混合液的組成點M必在FS聯(lián)線上。

4-3-1單級萃取計算特點：

1.原料液與溶劑一次性80（3）由已知的萃余相組成，在圖上確定出R點，再利用輔助線求得與之平衡的E點，作R與E的連結(jié)線，RE線與FS線的交點即為混合液的組成點M。（4）由物料衡算和杠桿定律求出各流股的量。（重點）（3）由已知的萃余相組成，在圖上確定出R點，再利用輔助線求得81（重點）注意：上述諸式中各線段的長度及各股物流的組成均可由三角形相圖中讀出。在單級萃取操作中，對應一定的原料液量，存在兩個極限萃取劑用量，在此二極限用量下，原料液與萃取劑的混合液組成點恰好落在溶解度曲線上。最小溶劑用量（G點對應的萃取劑用量）最大溶劑用量（H點對應的萃取劑用量）

（重點）注意：上述諸式中各線段的長度及各股物流的組成均可由三82單級萃取的萃取劑用量范圍：例某A、B、S三元體系的溶解度曲線如附圖所示。用純?nèi)軇㏒對A、B兩組分混合液進行單級萃取。原料液中溶質(zhì)A的質(zhì)量分數(shù)為0.3，處理量為100kg，要求萃余液中溶質(zhì)A的質(zhì)量分數(shù)不大于0.1。在操作范圍內(nèi)分配系數(shù)kA為1.8，試求：（1）純?nèi)軇㏒的用量；（2）組分A的萃取率。

單級萃取的萃取劑用量范圍：例某A、B、S三元體系的溶解834-2-2多級錯流萃取

多級錯流萃取實際上就是多個單級萃取的組合。一、流程溶劑S分別從各級加入，原料液F依次通過各級和溶劑接觸，經(jīng)多次萃取，原料液作為萃余相從末級排出，各級排出的萃取相收集在一起進行脫溶劑操作，回收的溶劑可循環(huán)使用。

4-2-2多級錯流萃取

多級錯流萃取實際上就是多個84液液萃取下冊課件85二特點

萃取相溶質(zhì)的回收率較高，溶劑耗量較大，溶劑回收負荷增加,設備投資大。三計算

（１）設計型計算

已知原料液的處理量F及組成xF（生產(chǎn)工藝確定）規(guī)定各級溶劑用量Si和組成S0，求達到一定的分離要求所需的理論級數(shù)Ｎ。

（２）操作型問題

已知多級錯流萃取設備的理論級數(shù)N，計算通過該設備的萃取操作，原料液所能達到的分離程度。二特點

萃取相溶質(zhì)的回收率較高，溶劑耗量較大，溶劑86設計型計算（圖解法）求達到一定的分離要求所需的理論級數(shù)Ｎ注意：各級溶劑用量可以相等也可以不相等。但可以證明，當各級溶劑用量相等時，達到一定分離程度所需的總?cè)軇┯昧孔钌佟?/p>

P208例4-3是操作型問題，求經(jīng)過三級萃取所達到的分離效果。設計型計算（圖解法）是操作型問題，求經(jīng)過三級萃取所達到的分87四、直角坐標圖解法在操作條件下，若萃取劑S與稀釋劑B互不相溶，用直角坐標圖更為方便。萃取相中只有A、S兩組分，質(zhì)量比Y(KgA/KgS)萃余相中只有A、B兩組分，質(zhì)量比X(KgA/KgB)四、直角坐標圖解法88

設每一級溶劑加入量S相等，則每一級溶劑量S和稀釋劑量B均可視為常數(shù)。對第一萃取級作溶質(zhì)A的物料衡算整理可得：同理，對第n級物料衡算操作線方程根據(jù)理論級的假設，離開任一級的Yn與Xn處于平衡狀態(tài)故（Xn、Yn）點位于分配曲線上，即操作線與分配曲線交點?？梢詧D解計算P210

設每一級溶劑加入量S相等，則每一級溶劑量S和稀釋89XY0XFYSX1X2X4X3Y1Y2Y3Y4斜率=-B/S分配曲線XY0XFYSX1X2X4X3Y1Y2Y3Y4斜率=-B/S904-3-2多級逆流接觸萃取的流程和計算

一、流程

原料液F從第一級進入，依次經(jīng)過各級萃取，成為各級的萃余相，其溶質(zhì)組成逐級降低，溶劑S從末級第N級進入系統(tǒng)，依次通過各級與萃余相逆相接觸，進行萃取，使得萃取相中的溶質(zhì)組成逐級提高，最終獲得的萃取相E1和萃余相RN通過脫溶劑塔I、II脫除溶劑，并返回系統(tǒng)循環(huán)使用。二、特點

連續(xù)逆流操作，混合物可分離程度較高。4-3-2多級逆流接觸萃取的流程和計算

一、流程

91三計算

設計型問題

已知所用溶劑的組成S0、原料液量F和組成Xf,在選定溶劑用量S或溶劑比S/F的條件下，規(guī)定分離要求，即最終萃余相中溶質(zhì)組成XN，求所需理論級數(shù)N。

三計算

設計型問題

已知所用溶劑的組成S0、原92組分B和S部分互溶時的圖解計算法步驟（1）根據(jù)操作條件下的平衡數(shù)據(jù)在三角形坐標圖上繪出溶解度曲線和輔助曲線；（2）根據(jù)原料液和萃取劑的組成，在圖上定出F、S（圖中是采用純?nèi)軇?，再由溶劑比S/F按杠桿定律在FS聯(lián)線上定出和點M的位置；（3）由規(guī)定的最終萃余相組成在圖上定出點RN，連接RN、M并延長與溶解度曲線相交于E1點，此點是最終萃取相的組成點。根據(jù)杠桿定律可求出E1和Rn的量。注意E1和Rn并不是共軛相。組分B和S部分互溶時的圖解計算法步驟93（4）應用相平衡關系和物料衡算，用圖解法求理論級數(shù)。在第一級與第N級之間作總的物料衡算

第一級

第二級

或或第n級操作點（4）應用相平衡關系和物料衡算，用圖解法求理論級數(shù)?；蚧虻趎94P214例4-5P214例4-5954-2-4微分接觸逆流萃取微分接觸式逆流萃取操作是萃取相和萃余相逆流微分接觸，通常在塔式設備中進行。塔式微分接觸逆流萃取設備的計算與吸收塔的計算類似。塔徑的尺寸取決于兩液相的流量及適宜的操作速度。塔高（兩液相接觸傳質(zhì)的有效塔高）的計算通常有兩種方法。

4-2-4微分接觸逆流萃取塔式微分接觸逆流萃取設備的計算96一、理論級當量高度法這種方法是把微分接觸逆流萃取作為多級逆流萃取處理，先計算萃取所需的理論級數(shù)n，然后乘以理論級當量高度即得塔高HETS——是理論級當量高度，m

理論級數(shù)n反映萃取分離的難易或萃取過程要求達到的分離程度，HETS的大小由物系性質(zhì)、操作條件、和設備型式?jīng)Q定，可由實驗獲得。

二、傳質(zhì)單元法

假設組分B和S完全不互溶，則質(zhì)量比計算方便，若溶質(zhì)組成較低，在整個萃取段內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)Kxa可視為常數(shù)，則一、理論級當量高度法HETS——是理論級當量高度，m97萃余相的總傳質(zhì)單元數(shù)可用圖解積分法求得，當分配曲線為直線時，又可用對數(shù)平均推動力法和解析法計算。P222萃余相的總傳質(zhì)單元數(shù)可用圖解積分法求得，當分配曲線為直線時，98超臨界氣體萃取簡介處于超臨界條件下的氣體對于液體和固體具有顯著的溶解能力，而且隨著壓力和溫度的變化，溶解能力可在相當寬的范圍內(nèi)變化。用超臨界溫度和臨界壓力狀態(tài)的氣體為溶劑，使之與液體或固體原料接觸，萃取溶質(zhì)，再將萃取液分離成溶質(zhì)和溶劑的操作稱為超臨界氣體萃取。超臨界氣體又稱為超臨界流體，該流體屬高密度氣體或超高壓氣體。超臨界氣體萃取的主要特點是在被分離物中加入一種惰性氣體，使其處于臨界溫度和壓力以上，即成為所謂的超臨界氣體，這時的載氣盡管處于很高壓力之下，也不能凝縮成為液體，而是始終保持氣體狀態(tài)。超臨界氣體萃取簡介99這種條件下，盡管溫度不高，卻有大量的難揮發(fā)性物質(zhì)進入氣相，與該物質(zhì)在同溫度下的蒸汽壓相比高出105～106倍。倘若將這種富集了難揮發(fā)物質(zhì)的載氣壓力降低，難揮發(fā)物質(zhì)將從氣相凝析出來，從而實現(xiàn)了溶質(zhì)和氣體溶劑的分離。

臨界或臨界點附近的純物質(zhì)常被作為溶劑使用。如二氧化碳具有密度高、不燃性、無極性、無毒、安全、價格低廉和易于獲得等優(yōu)點，非常適宜用作超臨界萃取的溶劑。超臨界氣體具有氣體和液體的中間性質(zhì)，粘度約為液體的百分之一，擴散系數(shù)約是液體的一百倍，因此萃取速度比用液體作溶劑時更有利。這種條件下，盡管溫度不高，卻有大量的難揮發(fā)性物質(zhì)進入氣相，與100超臨界萃取特點：（1）

超臨界萃取過程操作壓力較高。（2）超臨界萃取操作溫度一般較低。超臨界氣體可以在常溫或不太高的溫度下溶解或選擇性溶解相當難揮發(fā)的物質(zhì)，因此適用于熱敏性和易揮發(fā)物質(zhì)的分離。（3）

超臨界氣體的溶解能力與其密度有關，隨密度增加而提高，當密度恒定時，則隨溫度升高而增大。（4）

降低超臨界相的壓力，可以將其中難揮發(fā)物質(zhì)凝析出來。

（5)超臨界氣體兼有液體和氣體的特點，其萃取效率一般要高于液體萃取，更重要的是它不會引起被萃取物質(zhì)的污染，而且無需進行溶劑蒸餾。

超臨界萃取特點：101超臨界萃取