8.3 部分互溶物系的萃取计算
DESCRIPTION
m F , x F. m S. x E , y. 混合器. 澄清槽. m M , z. m R , x. 8.3 部分互溶物系的萃取计算. 8.3.1 单级萃取 (1) 流程. 单级萃取流程示意图. （ 2 ）特点 ◇ 原料液与溶剂一次性接触。 ◇ 萃取相与萃余相达到平衡。 （ 3 ） 计算 已知原料液的处理量及组成（生产工艺给定），计算： 操作型： 给定 S 的用量 m S 及组成，求萃取相 E 与萃余 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
8.3 部分互溶物系的萃取计算8.3.1 单级萃取 (1) 流程
单级萃取流程示意图
mF, xF
混合器 澄清槽
mS
mM, z
xE, y
mR, x
（ 2 ）特点
◇ 原料液与溶剂一次性接触。
◇ 萃取相与萃余相达到平衡。
（ 3 ）计算
已知原料液的处理量及组成（生产工艺给定），计算：
操作型：给定 S 的用量 mS 及组成，求萃取相 E 与萃余
相 R 的量 mE 和 mR 及组成 y 、 x 。
设计型：根据给定的原料液 F 及规定的分离要求，
求溶剂 S 用量。
FSm
mMS
M
F
① 操作型计算求解方法
a ）依 S 的用量 mS 及 F 的量 mF 和组成 xF 确定和点 M ：
A
B
K
S
M
F
b ）确定 E ， R 的量及组成
采取图解试差法确定 E ， R 的组成。
由杠杆定律确定 E 和 R 的量：
ME mER
MRm
EMR mmm
A
单级萃取图解法
B
K
ER
S
M
F
c) 确定萃取液与萃余液的组成及量
FE mRE
FRm
''
''
EFR mmm ''
脱除溶剂量为：
EES mmmE
'
RRS mmmR
'
A
单级萃取图解法
B
K
ER
SR’
E’
M
F
A
单级萃取图解法
B
K
ER
SR’
E’
M
F
② 设计型计算求解方法一般规定萃余相 R 的 x 或萃余液 R’ 的 x’.
解法：由 R 得到 E ，连接 F 、Ｓ得交点Ｍ；
溶剂用量：FS m
MS
MFm
进而，得到萃取液、萃余液的量和组成。
A
B
K
ER
SR’
M
F
单级萃取图解法
B
K
ER
SR’
E’
M
F
A
（ 3 ） 最大溶剂用量及最小溶剂用量
减小 S ，则Ｍ靠近 F ，当Ｍ达到 R2 时混溶，
故Ｍ位于 R2 时的溶剂用量为 mS min 。
当 mS=mSmax 时min
min
xx
yy
当 mS=mSmin 时max
max
xx
yy
单级萃取的溶剂范围： mSmin< mS < mSmax
增加 S ，则Ｍ靠近 S ，当 M 点达到Ｅ 1 时混溶，故Ｍ位于Ｅ 1 时的溶剂用量为 mS max 。
溶剂用量对单级萃取的影响
A
B
E
S
RE1
M
F
x
E2R2
R1
（ 4 ）萃取液的最大浓度
当 S=Smin 时， E 的浓度 yA 最大，但 y’A 一般不是最大。
过 S 点作溶解度曲线的切线得点 E
， 求得 R ，得 M 点，于是得：
FS mMS
MFm
时，溶剂用量的确定：当 maxAA yy
maxAA yy 可见，
A
B
E2
S
FR2
M
E’2
E’ y’max
y’2
图解萃取液的最大组成
E1
R1
1.0
1.00
萃取液的最大浓度确定 :
A
B
E2
S
FR2
M
E’2
E’ y’max
y’2
图解萃取液的最大组成
E1
R1
1.0
1.0
0
注意： 如果 M 点在两相区外相交，说明超出萃取范围，不能进行萃取操作，由 R1 点确定的溶剂用量为该操作条件
下的最小溶剂用量 m S,min 。
A
B S
E1
FE
R
R1
M’
y’A
8.3.2 多级错流萃取 （ 1 ）流程
qmR’n
多级错流萃取流程图
qmSE
qmE’n
qmS1 qmRi
qmEi
qmRi-1
qmEN
qmR1
qmE2
qmF,xF
qmE’qmE1
qmRN
qmSnqmSiqmS2
qmR2
qmRn-1
qmRi
（ 2 ）特点
△ 溶剂耗量较大，溶剂回收负荷增加 ,
△ 设备投资大。
（ 3 ）计算
① 设计型计算
已知： qm Ｆ、 xF ， 规定各级 qm Ｓ量，
求：达到一定的分离要求所需的理论级数Ｎ。
② 操作型问题
已知：理论级数 估计：分离能力。
说明：解决方法基本相同。
多级错流萃取图解计算：
多级错流萃取
A
B
K E1
R1
S
F E2
R2
E3
R3 E4
R4 M4
M3
M2
M1
8.3.3 多级逆流萃取（ 1 ）流程
多级逆流萃取流程图
qmSR
qmR’
qmRN
qmS
qmRi
qmEi+1
qmRi-1
qmEi
qmR2
qmE2
qmF,xF
qmE’
qmE1
qmSE
（ 2 ）特点 连续逆流操作，分离程度较高。（ 3 ）计算
设计型问题：已知 S的组成， qmF 、 xF,
规定 qmS/qmF （溶剂比）和分离要求，求 N 。
解决方法：每级内平衡。
即 Ei 和 Ri 平衡，若能确定 Ri 组成 xi 和 E i+1 组成 yi+1 之间
的关系， 即可求得理论级数（逐级计算 ) 。
iR i-1
E i+1
Ri
Ei
a ）总物料衡算
mMmRmEmSmF qqqqqN
1
说明： M 点是 F 、 S 的和点，也是 E1 、 RN 的和点。
利用杠杆定律：
mMN
NmE q
RE
MRq
11
1mEmMmR qqqN
mDmRmSmFmE qqqqqN
1
注意 : E1 和 RN 不是共轭相。
的确定：1E
① 三角形相图图解法
1ERMMSF N确定、，依确定、依A
B
E1
RN
S
M
F
R’N
b ）各级的物料衡算 第一级
121
112
mRmEmFmE
mEmRmEmF
qqqq
qqqq
第二级2312 mRmEmRmE qqqq
……………………第 N 级
NNN mRmSmRmE qqqq 1
于是：
mDmRmSmRmEmRmEmFmE qqqqqqqqqNNN
1121
此式说明：各级间的物流之差为一常数，
且 D 为各级物流的公共差点（极点）。
c ）逐级图解过程
已知 F 、 S 可确定 M ，由 M 、 RN 可确定 E1 。点可确定由 Dqqqqq mDmRmSmFmE N
1
由 E1 通过平衡关系确定 R1 ， R1 和 D 连线确定 E2 ,
多级逆流萃取图解法
如此交替直至萃余相组成小于规定
要求，则 N 为理论级数。
② 利用分配曲线 N 较多时，三角形相图内作图不准确。 a ）画分配曲线； b ）画操作线； 过 D 点画级联线，求得
c ）画梯级得理论级数。
1
F
y
x
2
1
y
x
3
2
y
x ……
1i
i
y
x
（ 4 ）溶剂比对操作的影响
① 溶剂比和最小溶剂比
定义：溶剂比 =qmS/qmF
说明：溶剂比的变化，引起差点 D 的变化，导致理论级数的变化。
◆ qmS/qmF 较大， M→S ， E1 为 F 和 D 的和点， D 点在
三角形相图右侧，净物流向左流动。
◆ qmS/qmF 减小， M→F ， E1 升高， D 点远离 S 。
D 点移到无穷远时 D=0 ，级联线互相平行。
◆ qmS/qmF 再减小， F 为 E1 和 D 的和点， D 点落在
三角形相图左侧，净物流向右流动。
可见：
NEE
Pq
q
q
q
q
q
ii
mF
mS
mF
mS
mF
mS
离能力，，夹紧点附近各级无分此时，
结线和级联线重合点（夹紧点）对应的联时，当
联结线的斜率，操作线斜率
1
min
分配曲线
操作线
1
3
2
P
xF
y
溶剂比对操作线的影响
② 最小溶剂比的求法
minD 的位置，既和平衡关系有关，又和分离要求有关。
夹紧点与 Dmin 的关系：
最小溶剂比的确定：
操作范围内的联结线延长，与 RNS 相交，
D 点在右侧，则取离 S 最近的点；
D 点在左侧，则取离 S 最远的点。
RN
连接 F 、 Dmin 点，与溶解度曲线相交于 E1 点，
F
E1
则 RNE1 与 FS 的交点为和点 M 。
M
最小溶剂比： SM
FM
q
q
mF
mS min)(
实际溶剂比的确定：
实际溶剂比取最小实际溶剂比的倍数。
多级错流萃取与多级逆流萃取的比较：
◆ 分离要求、溶剂一定时：多级逆流萃取比多级错流萃取板数少
。◆板数一定时：多级逆流萃取比多级错流萃取溶剂用量少。
◆ 生产上多采用逆流萃取操作。
8.3.4 微分接触式逆流萃取
指：萃取相和萃余相逆流微分接触，使两相中的溶质浓度沿流
动方向发生连续的变化。完成规定分离要求所需塔高或填料层高度的计算。
（ 1 ）理论级当量高度法
thHNH
理论级当量高度 Hth ：与物系、操作条件和设备形式有关，
其值由实验确定。（ 2 ）传质单元数法
取微元高度 dH
)(
)(
yyK
yqddH
eya
mE
1
2 )(
)(y
y eya
mE
yyK
yqdH积分：
yqm ,E 0F , xqm
dHH
微元接触式逆流萃取示意图
yqm ,E xqm ,R
yqmE
dyy
ydqq mm
EE
1
2 ))(1(
)1(
)1(
y
y e
m
mya
mE
yyy
dyy
yK
qH变形：
1
2 ))(1(
)1(
)1(
y
y e
m
mya
mE
yyy
dyy
yK
qH简化：
mya
mEOE yK
qH
)1( 令：
1
2 ))(1(
)1(y
y e
mOE yyy
dyyN
OEOE NHH 所以：
OROR NHH 同理：
mxa
mROR xK
qH
)1( 其中：
1
2 ))(1(
)1(x
x e
mOR xxx
dxxN