萃 取(Liquid Extraction) 第十二章 萃 取(Liquid Extraction)

12.1 萃取概述 12.1.1 萃取操作的对象、原理、目的 对象：液相混合物A+B、 萃取剂 S 原理：液体各组分在溶剂S中溶 解度不同 Raffinate phase 原料 A+B 萃取剂 S 萃取相 E 萃余相 R 图12-1 萃取过程原理图 Extract phase 混合器 分层器 对象：液相混合物A+B、 萃取剂 S 原理：液体各组分在溶剂S中溶 解度不同 目的：分离均相液体混合物

12.1 萃取概述 12.1.2 工业常见的萃取操作流程 萃取剂S 萃取剂 S 原料 A+B 萃取相 E 萃取液E ’ 萃余液R’

12.1 萃取概述 12.1.3 萃取操作应用场合 （1）溶质A的浓度很稀，且B是易挥发组分，此时以蒸馏法回 收A的单位能耗大如：从稀苯酚水溶液中回收苯酚； （2）当溶液是恒沸物或分离组分的沸点很接近时； （3）热敏性物质如：生化药物、食品、香料等； （4）湿法冶金、环境治理等。

12.1 萃取概述 12.1.4 液液萃取在工业上的应用 1、在石油化工中的应用 随着石油化工的发展，液液萃取已广泛应用于分离各种有机物质。轻油裂解和铂重整产生的芳烃混合物的分离是重要的一例。该混合物中各组分的沸点非常接近，用一般的分离方法很不经济。工业上采用Udex、Shell、Formex等萃取流程，分别用环丁砜、四甘醇、N-甲基吡咯烷酮为溶剂，从裂解汽油的重整油中萃取芳烃。对于难分离的乙苯体系，组分之间的相对挥发度接近于1，用精馏方法不仅回流比大，塔板还高达300多块，操作费用极大。可采用萃取操作以HF-BF3作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体。

12.1.4 液液萃取在工业上的应用 2、在生物化工和精细化工中的应用 在生化药物制备过程中，生成很复杂的有机液体混合物。这些物质大多为热敏性物质。若选择适当的溶剂进行萃取，可以避免受热损坏，提高有效物质的收率。例如青霉素的生产，用玉米发酵得到含青霉素的发酵液，以醋酸丁酯为溶剂，经过多次萃取可得到青霉素的浓溶液。此外，象链霉素、复方新诺明等药物的生产采用萃取操作也得到较好的效果。香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素，食品工业中用TBP从发酵液中萃取柠檬酸也得到了广泛应用。可以说，萃取操作已在制药工业、精细化工中占有重要的地位。

12.1.4 液液萃取在工业上的应用 3、在湿法冶金中的应用 20世纪40年代以来，由于原子能工业的发展，大量的研究工作集中于铀、钍、钚等金属提炼，结果使萃取法几乎完全代替了传统的化学沉淀法。近20年来，由于有色金属使用量剧增，而开采的矿石中的品位又逐年降低，促使萃取法在这一领域迅速发展起来。例如用溶剂LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜是20世纪70年代以来湿法液化金的重要成就之一。目前一般认为只要价格与铜相当或超过铜的有色金属如钴、镍、锆等等，都应当优先考虑用溶剂萃取法进行提取。有色金属冶炼、已逐渐成为溶剂萃取应用的重要领域。

12.1 萃取概述 12.1.5 液液萃取的基本流程 根据混合液中欲分离组分在萃取剂中溶解度差别的大小和要求分离程度的高低，萃取过程可以分为单组分萃取（简单萃取）与双组分萃取（回流萃取）两种类型。 1、单组分萃取 （1）单级萃取或并流接触萃取 （2）多级错流萃取 （3）多级逆流萃取 （4）连续逆流萃取 2、双组分萃取分离——回流萃取

12.2 萃取基本概念 12.2.1 三角形相图 萃取过程牵涉到两相间物质传递，故需讨论两相间的相平衡关系。若萃取剂S与稀释剂B完全不互溶或溶解度在操作范围内可忽略不计，那么萃取相只有A+S，萃余相只有A+B，其平衡关系与吸收类似，可以用直角坐标表示；然而常见的是S与B属于部分互溶，此时萃取相有A+S+B，萃余相有A+B+S，故每相都含三个组分，其平衡关系要用三角形相图(triangular diagram)来表示。 三角形相图分为正三角形和直角三角形，各组分在相图上坐标组成用质量百分率(mass fraction)表示。

12.2.1 三角形相图 12.2.1.1 三元组成的表示法 SG + GH + HB = SB %B + %A + %S = 100% A：溶质 B：稀释剂 S：萃取剂 B S A 20 40 60 80 H B，% S，% A，% E P U Z V F G Q S% A% B% 图12-2（a）正三角形相图 12.2.1.1 三元组成的表示法 1、正三角形相图 SG + GH + HB = SB %B + %A + %S = 100% 点P组成按上述长度为 A：30% B：50% S：20%

12.2.1.1 三元组成的表示法 %B = 100% - %A - %S同样点P组成为： 2、直角三角形相图 A：溶质 B：稀释剂 S：萃取剂 B A S P 20 40 60 80 100 A，% S，% H Q U V Z B% 0 %B E 图12-2（b）直角三角形相图 边BA与边BS垂直、萃取剂S的标尺改在底边、原稀释剂B标尺改在与斜边平行的各条线上。 由两坐标上查得%S和%A后，按下式计算B： %B = 100% - %A - %S同样点P组成为： A：30% B：50% S：20%

12.2.1.1 三元组成的表示法 掌握：两相图不同之处 B A S P 20 40 60 80 100 A，% S，% H Q U V Z E B S A 20 40 60 80 H B，% S，% A，% E P U Z V F G Q S% A% B% 掌握：两相图不同之处

12.2.1 三角形相图 12.2.1.2 三角形相图中的杠杆定律（比例定律） A：溶质 B：稀释剂 S：萃取剂 B S A 20 40 60 80 H B，% S，% A，% E P U Z V F G Q S% A% B% 图12-2（a）正三角形相图 12.2.1.2 三角形相图中的杠杆定律（比例定律） 杠杆定律指在U的液体中加入另一组成的V液体，混合液组成点Z必然落在UV上，点Z满足以下关系： ZU / ZV = V / U （12-1） U、V——混合液U及V的量，kg ZU、ZV——线段ZU、ZV的长度 掌握：和点、差点

如图所示，一组A、B二元溶液组成以F点表示，加入溶剂S，根据杠杆定律那么所得三元混合液总组成将位于FS连线上P点，且各点间满足以下关系： 12.2.1.2 三角形相图中的杠杆定律（比例定律） A B F P S 图12-3 杠杆定律示例 Q X1 X2 X3 三角形相图中的杠杆定律应用举例： 如图所示，一组A、B二元溶液组成以F点表示，加入溶剂S，根据杠杆定律那么所得三元混合液总组成将位于FS连线上P点，且各点间满足以下关系： PF / PS = S / F S加入越多，P点朝顶点S移动 A、B的比例不因S的加入而变化

12.2.1 三角形相图 12.2.1.3 三角形相图中的相平衡关系（温度一定） A 1、共轭线与溶解度曲线 联结线或共轭线 均相区 B S P M Q R1 R2 R3 E1 E2 E3 M1 M2 M3 J 溶解度曲线，实验测定 联结线或共轭线 PQ>R1E1>R2E2… 均相区 两相区 图12-4 三角形相图上的联结线和溶解度曲线 1、共轭线与溶解度曲线

12.2.1.3 三角形相图中的相平衡关系（温度一定） 2、三角形相图中辅助线的作法及应用: A 临界混溶点或褶点 S% A% E3 E B P Q R1 R2 R3 E1 E2 E3 K B% E R S% A% C1 C2 C3 C 图12-5 辅助线的作法及应用 R1E1、R2E2、R3E3连线都有一定斜率，故K点一般不是溶解度曲线顶点。

12.2.1 三角形相图 12.2.1.4 分配系数 kA A S% A% E3 E E2 R3 R R2 E1 R1 B P Q B% S C1 C2 C3 C y---质量分率或质量浓度（kg/m3） x---质量分率或质量浓度（kg/m3） 掌握：分配系数值对分离效果影响 kA=1 , y = x ，联结线与底边平行 kA>1, y > x ，联结线斜率大于零 kA <1, y < x ，联结线斜率小于零 kA绝对值越大越有利于萃取分离

12.2.1 三角形相图 例12-1 丙酮和乙酸乙酯的混合液具有恒沸点，不能直接以蒸馏法得到较完全的分离，可以选择最易得到的溶剂—水，先进行萃取。此物系在30℃下的相平衡数据如表12-1所示。试在正三角形相图中作出联结线和溶解度曲线，并求出各对平衡数据相应的分配系数，再求酯相中丙酮x=30%时的平衡数据。

12.2.1 三角形相图 kA <1，说明水不是一个优良的萃取剂，但价廉易得。 平衡组成： 酯相：30%A，59%B，11%S； 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B% A % S % kA <1，说明水不是一个优良的萃取剂，但价廉易得。 平衡组成： 酯相：30%A，59%B，11%S； 水相：24%A，13%B，63%S 。

12.2 萃取基本概念 12.2.2 三角形相图在单级萃取中的应用 M 萃取相分离设备 S 萃余相分离设备 混合器 分层器 萃取剂 S 原料 F 萃取剂 S 萃取相 E M 萃余相R 萃余液R’ 萃取液 E’ S 混合器 分层器 萃取相分离设备 萃余相分离设备 图12-7 单级萃取流程

12.2.2 三角形相图在单级萃取中的应用 R、E组成计算： R + E = F + S R / E = ME / MR A B R R’ F E’ E M Em E’m 图12-8 单级萃取的正三角形图解 R’、E’组成计算： E’ + R’ = F E’ / R’= FR’ / FE’

12.2.2 三角形相图在单级萃取中的应用 萃取分离效果影响因素 A B S R R’ F E’ E M Em E’m 联结线斜率越大，萃余液浓度越小。 相切时萃取液浓度最高 温度越高，溶解度大，两相区缩小 E’m 结论：萃取分离效果取决于两相区大小和联结线斜率，而这两因素又为所选择萃取溶剂和操作温度决定。

12.2.2 三角形相图在单级萃取中的应用 例12-2以水为溶剂，对xF=30%的丙酮-醋酸乙酯溶液进行单级（一个理论级）间歇萃取，为使萃余液的溶质组成x’降至15%，每kg原料液需加多少水？能得到多少萃取液？其组成多大？若需使x’降至5%，结果又如何？ A(丙酮) B(醋酸乙酯) S(水) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B% A % S % R’ R E M E’ F

12.2.3 萃取剂的选择 1、选择性 yA/yB —— 萃取相中A、B的组成之比 xA/xB —— 萃余相中A、B的组成之比 （12-5） yA/yB —— 萃取相中A、B的组成之比 xA/xB —— 萃余相中A、B的组成之比 β—— 选择性系数 若β=1，则yA/yB = xA/xB ，萃取相和萃余相在脱除溶剂后的萃取液和萃余液具有同样的组成，也与原料相同，故无分离作用。β 愈大愈有利于萃取分离。 （12-6） B在萃取相与萃余相间的分配比例，即B的分配系数

12.2.3 萃取剂的选择 （a） （b） 对于S与B部分互溶的体系，β的大小反映互溶度的大小。互溶度越小，β越大，对萃取有利。 A S B Em Emax （a） S A B E’m E’max （b）

12.2.3 萃取剂的选择 2、影响分层的因素（萃取剂的物理性质） （1）密度 （2）界面张力 （3）粘度 3、萃取剂的化学性质 具有良好的化学稳定性，不易分解、聚合，并应有足够的热稳定性和抗氧化稳定性，对设备腐蚀性要小。 4、萃取剂回收的难易 常用精馏方法分离萃取相及萃余相的溶剂S，要求S与其他组分的相对挥发度大，不形成恒沸物。若S为易挥发组分，或因溶质几乎不挥发，则采用蒸发法分离，希望S的汽化潜热小。 5、其他 萃取剂的价格、来源、毒性以及是否易燃易爆等，蒸汽压低，减少汽化损失。

12.2.3 萃取剂的选择 6、温度对萃取剂性能的影响 温度升高，溶解度增加 图12-8 温度对两相区大小的影响

12.2.3 萃取剂的选择 （T1） （T2） （T3） T3 > T2 > T1 某些体系，温度改变，溶解度曲线的形状会发生很大的变化。如甲基环戊烷（A）—正己烷（B）—苯胺（S）体系 S （T1） A B A B S （T2） A B S （T3） T3 > T2 > T1

12.2.3 萃取剂的选择 例12-3 根据例12-1中给出的各组相平衡数据，计算其选择性系数。

若要对原料液进行较完全的分离，单级萃取往往达不到要求，需用多级萃取。多级萃取的每一级中都应满足以下要求： 12.3 萃取操作的流程和计算 若要对原料液进行较完全的分离，单级萃取往往达不到要求，需用多级萃取。多级萃取的每一级中都应满足以下要求： （1）为萃取剂与原料液提供密切接触的机会，以利于两相间的传质。 （2）使混合后的两液相较完全地分为轻重两个液层，以便于进一步处理。 （3）需要溶剂回收设备，以得到所需的分离产品，并使萃取溶剂能循环使用。

12.3.1 单级萃取 已知条件：所要求原料液的处理量和组成（F，xF），萃取剂的组成，体系的相平衡数据，萃余相（或萃余液）的组成。 计算：所需萃取剂的量、萃取相和萃余相的量，萃取相的组成。 原料 A+B 萃取剂 S 萃取相 E 萃余相 R

12.3.1 单级萃取 S用量的计算： S = F（MF / MS） R、E的计算： R + E = F + S 1、原溶剂和萃取剂部分互溶的体系 S用量的计算： S = F（MF / MS） 原料 A+B 萃取剂 S 萃取相 E 萃余相 R R、E的计算： R + E = F + S R / E = ME / MR S A B R R’ F E’ E M Em E’m 图12-8 单级萃取的正三角形图解 R’、E’组成计算： E’ + R’ = F E’ / R’= FR’ / FE’

12.3.1 单级萃取 物料衡算： A E’m E’ F Em M E R R’ B S 图12-8 单级萃取的正三角形图解 原料 A+B

12.3.1 单级萃取 同理可得萃取液和萃余液的量 A E’m E’ F Em M E R R’ B S 图12-8 单级萃取的正三角形图解 原料 A+B 萃取剂 S 萃取相 E 萃余相 R 同理可得萃取液和萃余液的量 S A B R R’ F E’ E M Em E’m 图12-8 单级萃取的正三角形图解

12.3.1 单级萃取 单级萃取的最小与最大萃取剂用量 S A B R F E M 单级萃取的最小与最大萃取剂用量 D G

12.3.1 单级萃取 2、原溶剂和萃取剂在操作范围内不互溶的体系 （12-7） 原料 A+B 萃取剂 S 萃取相 E 萃余相 R （12-7） S、B——萃取剂的用量、原料液中的原溶剂量，kg(间歇)；kg/s或kg/h(连续)。 XF、X——原料液、萃余相中A的组成，质量比，kg(A)/kg(B)。 Y——萃取相中A的组成，(A)/(S)质量比，kg/kg。 相平衡线 Y Y1 E1 X1 E O XF X 操作线 斜率为-B/S 图12-11 溶剂不互溶时单级萃取图解

12.3.2 多级错流萃取 1 2 N Ⅱ Ⅰ E’ R’ 萃取剂回收设备 S F E1 E2 EN R1 R2 RN E’ R’ 图12-12 多级错流萃取流程 萃取剂回收设备 已知物系的相平衡关系数据，原料液的量F及其组成xF，最终萃余相组成x和萃取剂组成yS，选择萃取剂的用量S，求所需的理论级数N。

12.3.2 多级错流萃取 1 2 N Ⅰ E’ R’ ········· 1、萃取剂与原溶剂在操作范围内不互溶的体系 S1 S F E1,Y1 E2,Y2 EN, YN R1 X1 R2 X2 RN XN E’ R’ （12-7） （12-8） （12-8a） （12-8b） ········· （12-8c）

12.3.2 多级错流萃取 （1）图解法 Y1 Y2 Y3 Y4 X4 X3 X2 X1 XF X Y ········· E E1 E2 第一级操作线 第二级 第三级 第四级 图12-13 溶剂互不相溶时 多级错流萃取流程 ·········

12.3.2 多级错流萃取 Y1 Y2 Y3 Y4 X4 X3 X2 X1 XF X Y …… （2）解析法 平衡线 Y=mX Y1 Y2 Y3 Y4 X4 X3 X2 X1 XF X Y E1 E2 E3 E4 E 萃取因数 令 b1=mS1/B ,则X1=XF/( b1 +1) 同理 ……

12.3.2 多级错流萃取 x1 x2 xN 1 2 N Ⅱ Ⅰ E’ R’ A B S E 2、萃取剂与原溶剂部分互溶 F E1 y1 E2 y1 EN yN R1 x1 R2 x2 RN xN 1 2 N Ⅱ Ⅰ E’ R’ A B S R1 R2 R3 E1 E2 E3 E M1 M2 M3 R’ E’ F 图12-14 溶剂部分互溶时 多级错流萃取的图解 直到萃余相的组成xN小于或等于指定值xk，共N级。

12.3.2 多级错流萃取 例12-4 含丙酮20%(质量百分率，下同)的水溶液，流量F=800kg/h，按错流萃取流程，以1，1，2-三氯乙烷萃取其中的丙酮，每一级的三氯乙烷流量S1=320kg/h。要求萃余液中的丙酮含量降到5%以下，求所需的理论级数和萃取相、萃余相的流量。操作温度为25℃，此温度下的平衡数据示于下表。 丙酮(A)-水(B)- 三氯乙烷(S)在25℃，此温度下的平衡数据(质量%)

12.3.2 多级错流萃取 （1）图解法 （2）解析法 E Y E1 E2 E3 F X3 X2 X m=1.62 操作线的斜率为： -B/S1=-640/320=-2 X3=0.042 m=1.62 Y 0.1 0.2 0.25 0.3 0.4 X X3 X2 F E E1 E2 E3 图12-15 例12-4的附图

12.3.3多级逆流萃取 1 2 N F XF X1 X2 Xi Ri Ei+1 i Xi-1 Ri-1 Ei E3 E2 E1 R1 R2 RN-1 RN EN XN-1 XN S E’ R’ Y1 Y2 Y3 Yi Yi+1 YN YS 图12-16 多级逆流萃取流程 已知物系的相平衡关系数据，原料液的两F及其组成xF，最终萃余相组成x和萃取相组成y（或萃余液组成x’和萃取液组成y’ ），求萃取剂的用量S，所需的理论级数N等。

12.3.3多级逆流萃取 1 2 N i 1、萃取剂与原溶剂在操作范围内互不相溶 F XF X1 X2 Xi Ri Ei+1 Xi-1 RN-1 RN EN XN-1 XN S E’ R’ Y1 Y2 Y3 Yi Yi+1 YN YS （12-13） （12-14）

12.3.3多级逆流萃取 1 2 N i F XF X1 X2 Xi Ri Ei+1 Xi-1 Ri-1 Ei E3 E2 E1 R1 R2 RN-1 RN EN XN-1 XN S E’ R’ Y1 Y2 Y3 Yi Yi+1 YN YS XN XF Y1 Y E P1 S X

12.3.3多级逆流萃取 1 2 N i （1）图解法 掌握：(1) 作图方法 (2) 停止作图依据 F XF X1 X2 Xi Ri Ei+1 i Xi-1 Ri-1 Ei E3 E2 E1 R1 R2 RN-1 RN EN XN-1 XN S E’ R’ Y1 Y2 Y3 Yi Yi+1 YN YS E XN X1 XF Y1 Y2 Y E1 E2 P1 P2 S X 图12-17 溶剂互不相溶时 多级逆流萃取图解 （1）图解法 掌握：(1) 作图方法 (2) 停止作图依据

b=mS/B 12.3.3多级逆流萃取 （2）解析法 若平衡线为Y=mX，则依据第九章式（9-75）同样方法可推导得到： E P1 Y X b=mS/B （12-15） （12-15a）

12.3.3多级逆流萃取 1 2 N i 2、萃取剂与原溶剂部分互溶 F xF x1 x2 xi Ri Ei+1 i xi-1 Ri-1 Ei E3 E2 E1 R1 R2 RN-1 RN EN xN-1 xN S E’,y’ R’ y1 y2 y3 yi yi+1 yN yS 图12-16 多级逆流萃取流程 已知物系的相平衡关系数据，原料液的两F及其组成xF，最终萃余相组成x和萃取相组成y（或萃余液组成x’和萃取液组成y’ ），求萃取剂的用量S，所需的理论级数N等。

12.3.3多级逆流萃取 R’、E’ 计算： E’ + R’ = F E’ / R’= FR’ / FE’ 图12-18 溶剂部分互溶时多级逆流萃取图解 A B S F E’ M E1 RN R’ 图解法步骤及原理： S = F ( MF / MS ) E1 / RN = MRN / ME1 R’、E’ 计算： E’ + R’ = F E’ / R’= FR’ / FE’

12.3.3多级逆流萃取 1 2 N i ············ 第1级 （12-17） 即 （12-17a） 第2级 （12-17b） F xF x1 x2 xi Ri Ei+1 i xi-1 Ri-1 Ei E3 E2 E1 R1 R2 RN-1 RN EN xN-1 xN S E’,y’ R’ y1 y2 y3 yi yi+1 yN yS 第1级 （12-17） 即 （12-17a） 第2级 （12-17b） ············ 第3级 （12-17c） 第N级 （12-17d） （12-18）

12.3.3多级逆流萃取 操作点 （12-18） D点为F与E1、R1与E2、R2与E3·······RN与S的差点 掌握：D点作法 A B M E1 E2 E3 R2 R3 R’ 图12-18 溶剂部分互溶时多级逆流萃取图解 （12-18） D点为F与E1、R1与E2、R2与E3·······RN与S的差点 掌握：D点作法

12.3.3多级逆流萃取 例12-5 将例12-4中的三级错流萃取流程改为三级逆流萃取流程，原料液、萃余液的浓度XF=0.25、XN=X3=0.0422不变，试比较两种流程所需的萃取剂流量。并求出逆流流程的最小萃取剂流量。 例12-4 含丙酮20%(质量百分率，下同)的水溶液，流量F=800kg/h，按错流萃取流程，以1，1，2-三氯乙烷萃取其中的丙酮，每一级的三氯乙烷流量S1=320kg/h。要求萃余液中的丙酮含量降到5%以下，求所需的理论级数和萃取相、萃余相的流量。操作温度为25℃，此温度下的平衡数据示于下表。

12.3.3多级逆流萃取 错流：3×320=960kg/h 逆流/错流=504/960=0.525倍 E E1 P1 Y E2 P2 E3 m=1.62 Y 0.1 0.2 0.25 0.3 0.4 X X3 0.15 E E1 E2 E3 P2 P1 P3 S 图12-19 例12-5附图 错流：3×320=960kg/h 逆流/错流=504/960=0.525倍

12.3.3多级逆流萃取 3、多级逆流萃取的最小萃取剂用量 S N 设备投资费用 S N 设备投资费用 萃取剂回收费用 （1）原溶剂与萃取剂不互溶的体系 Y X X3 S XF P

12.3.3 多级逆流萃取 操作点 （2）原溶剂与萃取剂部分互溶的体系 A B S F E’ D R’ F E1 M RN 图12-18 溶剂部分互溶时多级逆流萃取图解 F

12.3.3 多级逆流萃取——补充例题 E’ F M E R’ R 例1 某混合物含溶质A20%(质量，下同) ，稀释剂B80%，拟用纯溶剂S进行单级萃取，要求萃余液中A的含量为10%，溶解度曲线如图示。在操作范围内溶质A的分配系数kA=1，试求： (1)当处理100kg原混合液时，需溶剂用量为多少kg? (2)所得萃取液中A的浓度为多少？ (3)过程的选择系数为多少？ B A S 20 40 60 80 100 A，% S，% E’ F M E R’ R

12.3.3 多级逆流萃取——补充例题 例2 在多级逆流接触的萃取器内，用纯溶剂S处理含有溶质A 30% (质量，下同)的两组分溶液，原料液F=1000kg/h。今欲获得最终萃取相中A的含量为40%，萃余相中A含量不高于10%。求： (1)萃取剂S的用量，kg/h? (2)在图上标出萃取液、萃余液的组成； (3)完成上述分离任务所需的理论级数N？ B A 0.2 0.4 0.6 0.8 A，% S，% E’ E1 D M E2 F R1 R’ RN S

12.3.4 连续接触逆流萃取 ……………………………… 分散相： 重液（萃余相x） 轻液（萃取相y） 重液 (原料液xF） 轻液（萃取剂） ……………………………… 轻液层 填料层 重液层 轻液液滴并聚层 喷洒器 图12-21 填料萃取塔 分散相： （1）不宜与填料或塔壁材料相润湿，以免液滴在壁面上并聚，形成膜状流动，减小传质面积。 （2）分散相在塔内体积小，选昂贵或易燃液体作分散相。

he——(HETS)Height Equivalent of a Theoretical Stage 12.3.4 连续接触逆流萃取 重液（萃余相x） 轻液（萃取相y） 重液 (原料液xF） 轻液（萃取剂） ……………………………… 轻液层 填料层 重液层 轻液液滴并聚层 喷洒器 图12-21 填料萃取塔 1、等级高度法 he——(HETS)Height Equivalent of a Theoretical Stage N——Number of Theoretical Stage HETS=f (物性、浓度、流量、塔结构)

12.3.4 连续接触逆流萃取 E+dE y+ dy x dh E,y 2、传质速率方程法 （12-19） NA——溶质A由萃余相向萃取相传 递的速率，kg(A)/(m2.h); y ——萃取相中溶质组成，质量分率； y*——与萃余相平衡的萃取相溶质 组成，质量分率； Ky ——以萃取相溶质浓度差为推动力的 总传质系数。 （12-20） a ——单位塔体积中的相界面面积，m2/ m3; Ω——塔截面积，m2 ； E ——萃取相的流量， kg/h。

12.3.4 连续接触逆流萃取 ……………………………… （12-21） ya , yb——萃取相入塔、出塔的溶质组 （12-22） 重液（萃余相x） 轻液（萃取相y） 重液 (原料液xF） 轻液（萃取剂） ……………………………… 轻液层 填料层 重液层 轻液液滴并聚层 喷洒器 图12-21 填料萃取塔 （1） 萃取相溶质浓度低时且两溶剂不互溶时 （12-21） ya , yb——萃取相入塔、出塔的溶质组 成，质量分率； NOE——萃取相为稀溶液时总传质单 元数； HOE——萃取相为稀溶液时总传质单 元高度，m。 （2） 萃取相溶质浓度高时 （12-22）

12.3.5 回流萃取，双溶质的萃取 回流萃取流程 目的：得到高浓度A的萃取液 图12-22 回流萃取流程 萃取剂 最终萃取相 萃取液 萃取产物 最终萃余相 原料液 萃取相增浓段 萃余相提浓段 图12-22 回流萃取流程 回流萃取流程 目的：得到高浓度A的萃取液

12.3.5 回流萃取，双溶质的萃取 锆与铪的萃取分离示意 洗涤液：3mol/L硝酸 TBP+煤油，锆，少量铪 洗涤段 萃取段 锆与铪的萃取分离示意

12.4 萃取设备 12.4.1 萃取设备的基本条件与分类 1、液液萃取设备的基本条件 必须有使两相间具有很大的接触面积；分散两相必须进行相对流动以实现两相逆流和液滴聚合与两相分层。 2、液液萃取设备的分类 （1）两液相的接触方式：逐级接触式和连续接触式 （2）构造特点和形状：组件式和塔式 （3）是否输入机械能：重力流动设备、输入机械能量的萃取塔

12.4.2 混合-澄清槽

12.4.2 混合-澄清槽 优点：(1)级效率高于75% (2)易设计、操作可靠 (3)易实现多级操作 (4)不需高厂房和复杂辅助设备 缺点： (1)搅拌功率大，级与级要用泵输送液体，动力消耗大 (2)占地面积大 (3)设备内的存液大，使溶剂及有关的投资大

12.4.3 重力流动的萃取塔 1、喷洒塔 优点：结构简单、投资少、易于维护 缺点：两相接触面积和传质系数都不大，轴向返混严重，传质效率低。HETS约为3~6m。

12.4.3 重力流动的萃取塔 2、填料塔 填料作用：使液滴表面更新，抑制连续相在塔内回流减少返混。传质效率比喷洒塔高，HETS约为1.5~6m。 常用填料：拉西环、弧鞍、鲍尔环 填料材料：被连续相优先润湿、不为分散相润湿 优点：结构简单，造价低廉，操作方便，适合处理有腐蚀性的液体。 缺点：一般填料传质效率低，理论级当量高度大。不适用于有固体悬浮液的料液一般填料。

12.4.3 重力流动的萃取塔 3、筛板塔 轻液 降液管 挡板 界面 重液 （a）轻相分散 轻液 升液管 界面 重液 （b）重相分散 筛板

12.4.4 输入机械能量的萃取塔 1、转盘塔

12.4.4 输入机械能量的萃取塔 转盘塔主要结构参数： 塔径/转盘直径=1.5~2.5 塔径/固定环开孔直径=1.3~1.6 塔径/盘间距=2~8 转盘塔的传质效率较高，通量大，操作弹性大，在石油化工中有较广泛的应用。

填料作用：使液滴合并、轻液上浮，重液下沉；抑制轴向返混 12.4.4 输入机械能量的萃取塔 2、搅拌填料塔 重液出 重液入 轻液出 轻液入 填料：空隙率达98%的丝网填料 填料作用：使液滴合并、轻液上浮，重液下沉；抑制轴向返混 转轴 搅拌器 优点：优于转盘塔 缺点：结构复杂，不适用含悬浮固体的物料 丝网填料 图12-29 搅拌填料塔

12.4.4 输入机械能量的萃取塔 5、自控周期式萃取塔 1，3—轻液进、出口自控阀； 2，4—重液进、出口自控阀 图12-32 自控周期式筛板萃取塔 1，3—轻液进、出口自控阀； 2，4—重液进、出口自控阀

12.4.5 离心萃取机 适用：萃取两液体密度差很小，或界面张力甚小易乳化，或粘度很大 优点：结构紧凑，提高空间利用率；持液量小、机内存留时间短，适用于处理贵重、易变质的物料；传质效率高 缺点：结构复杂，造价高，维修费和能耗大

理论级数 ≤3，各种萃取设备都满足；理论级数≤10，筛板塔；理论级数在10~20，选用转盘塔、脉冲塔和往复筛板塔等输入机械能量的设备。 12.4.6 萃取设备的选用 1、所需的平衡级数 理论级数 ≤3，各种萃取设备都满足；理论级数≤10，筛板塔；理论级数在10~20，选用转盘塔、脉冲塔和往复筛板塔等输入机械能量的设备。 2、生产能力 中小生产能力，填料塔、脉冲塔；大处理量，转盘塔、筛盘塔、往复筛板塔、离心萃取机、混合-澄清槽。 3、能源供应 能源紧张地区尽可能采用重力流动设备

抗生素生产，离心萃取机； 12. 4.7 萃取设备的选用 4、物系的物理性质 界面张力大、粘度大时，输入机械能以改善传质性能；界面张力小、易乳化及密度差小难于分层的物系，选用离心萃取机。 5、物系的特殊性质 强腐蚀性的物系，填料塔、脉冲填料塔；放射性元素提取，脉冲塔和混合-澄清槽。 6、液体在设备内的存留时间 抗生素生产，离心萃取机； 萃取时间长，混合-澄清槽 7、 建筑场地

习题讲评 15－4 在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含氨4%（体积百分率）的空气－氨混合气中的氨。已知混合气量为3600m3（标准）/h，气体空塔气速为1.5m/s（标准状况），填料层高8m，水的用量比最小用量多了50%，吸收率达到98%，操作条件下的平衡关系为Y=1.2X（摩尔比），试求： （1）液相总传质系数KXa，kmol/(m3.h)； （2）若入塔水溶液中含有0.002（摩尔比）的氨，问该塔能否维持98%的吸收率？

习题讲评 15－6 某混合气体以5000m3/h（标准状况下）进入逆流吸收塔，入口气体浓度Y=0.013（摩尔比，以下同），要求的吸收率为0.99，吸收剂用量为最小吸收剂用量的1.5倍，溶剂进口浓度X2=0。已知操作条件下的平衡关系为Y=1.2X， KYa ，塔截面积为1.4m2，且KYa ∝ u0.7（此处u为空气塔气速）。试求： （1）求传质单元数NOG，传质单元高度HOG和填料层高度h0； （2）若将该塔的进塔气体增至5500m3/h（标准状况下），要求吸收率不变，在其他条件不变情况下，问吸收剂用量需要增加多少？（设气液量增加后，塔仍能正常操作）。

习题讲评 15－7 一填料吸收塔，填料层高度为3m，操作压强为latm，温度为20℃。用清水吸收空气——氨混合气中的氨，混合气体的质量速度为580kg/m2·h，其中含氨6%（体积%），要求吸收率为99%，水的质量速度为770kg/m2·h。已知该塔在等温下逆流操作，操作条件下的平衡关系为y=0.755x。试求： （1）出口氨水浓度； （2）以气相组成表示的平均推动力； （3）气相总传质单元高度HOG ； （4）如果KGa与气体质量流量的0.8次方成正比，试估算：当操作压强增大一倍，气体质量速度也增大一倍时，为保持原来的吸收率，在塔径和水的质量速度不变的情况下，填料层高度为多少？