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第4章液－液萃取 4.1 概述 4.2 三元体系的液－液相平衡 4.3 萃取过程的计算 4.4 其他萃取分离技术 4.5 液－液萃取设备
上一页第4章液－液萃取下一页 4.1 概述 4.2 三元体系的液－液相平衡 4.3 萃取过程的计算 4.4 其他萃取分离技术 4.5 液－液萃取设备

4.1 概述 1 萃取操作的基本原理和过程上一页下一页利用混合液中各组分在溶剂中的溶解度不同而实现分离的单元操作
4.1 概述下一页 1 萃取操作的基本原理和过程利用混合液中各组分在溶剂中的溶解度不同而实现分离的单元操作原料：易溶组分：溶质A 不溶或部分溶解组分：稀释剂或原溶剂B 溶剂：萃取剂S 混合（传质），分离萃取相E（yA），A、S、少量B，脱溶剂萃取液E’ 萃余相R（xA），A、B、少量S，脱溶剂萃余液R’

2 萃取分离的适用场合 3 萃取操作的特点上一页下一页相对挥发度接近1或形成恒沸物溶质浓度低且为难挥发组分热敏性组分
2 萃取分离的适用场合相对挥发度接近1或形成恒沸物溶质浓度低且为难挥发组分热敏性组分金属物质的分离与提取环境污染的治理 3 萃取操作的特点 S与B部分互溶或不溶，萃取相与萃余相各含有三个组分，使过程描述与计算更为复杂，一般采用三角形相图表示平衡关系；若S与B完全不互溶，则与脱吸完全类似

4 萃取分离技术的发展本章主要内容上一页下一页辅助其他单元操作，获得纯组分，并回收溶剂常温操作，节能返回
两相均为液相，密度差小，混合与分离更为困难，对萃取设备有特殊要求 4 萃取分离技术的发展回流萃取，双溶剂萃取，反应萃取，超临界萃取，液膜分离本章主要内容萃取操作的原理和流程，三元体系的相平衡关系，单组分物理萃取过程计算，萃取设备返回

4.2 三元体系的液－液相平衡 4.2.1 组成在三角形相图上的表示方法 4.2.2 液－液相平衡关系 4.2.3 杠杆规则
上一页 4.2 三元体系的液－液相平衡下一页返回组成在三角形相图上的表示方法液－液相平衡关系杠杆规则萃取剂的选择

4.2.1 组成在三角形相图上的表示方法混合液分类上一页下一页（1）I类物系
组成在三角形相图上的表示方法下一页混合液分类（1）I类物系 A、B及A、S完全互溶，B、S部分互溶或完全不互溶，例如丙酮（A）－水（B）－甲基异丁基酮（S）（2）II类物系 A、S与B、S 形成两对部分互溶物系，例如苯乙烯（A）－乙苯（B）－二甘醇（S）本章主要讨论I类物系

1 相率 2 三角形相图上一页下一页 F=C－Φ＋2＝3－2＋2＝3 一定温度、压强下，规定一相的一个组成即可确定系统等边三角形
1 相率 F=C－Φ＋2＝3－2＋2＝3 一定温度、压强下，规定一相的一个组成即可确定系统 2 三角形相图等边三角形等腰直角三角形不等腰直角三角形

3 组成表示法上一页下一页三个顶点返回三个边三角形内部左下角代表稀释剂B，左上角代表溶质A，右下角代表溶剂S
三个顶点代表三个纯组分三个边代表二元混合物三角形内部代表三元混合物返回

上一页液－液相平衡关系下一页 1 溶解度曲线和联结线实验测定查阅各种物性参数手册混溶点或分层点共轭相联结线

上一页下一页第II类物系的溶解度曲线和联结线

上一页下一页吡啶－氯苯－水系统的溶解度曲线和联结线

上一页下一页 2 辅助曲线和临界混溶点借助辅助曲线求取平衡相的组成辅助曲线与溶解度曲线的交点称为临界混溶点

上一页下一页 3 分配系数和分配曲线 1）分配系数 S与B不互溶物系分配系数是温度、组成的函数

上一页下一页 4 温度对相平衡关系的影响返回

4.2.3 杠杆规则上一页下一页 F与S混合后的点M在FS的连线上，M称为和点 E、R点与M在同一条直线上，E、R称为差点
杠杆规则下一页 F与S混合后的点M在FS的连线上，M称为和点 E、R点与M在同一条直线上，E、R称为差点 E、R两相的量与线段MR、ME成比例 M的位置与线段MF、MS成比例杠杆规则是一个反比规则

上一页萃取剂的选择下一页 1 萃取剂的选择性和选择性系数

上一页下一页 β是温度、组成的函数 B与S完全不互溶，选择性系数β趋于无限大 β与相对挥发度类似 2 萃取剂S与稀释剂B的互溶度

3 萃取剂回收的难易与经济性 4 其它物性上一页下一页通常采用蒸馏的方法进行分离
3 萃取剂回收的难易与经济性通常采用蒸馏的方法进行分离相对挥发度要大，不形成恒沸物，易挥发组分为低组成组分，S为易挥发时，汽化热要小 4 其它物性密度界面张力粘度凝固点化学稳定性热稳定性腐蚀性价格

上一页下一页例4－1 在一定温度下测得A、B、S三元物系两平衡液相的平衡数据如本题附表所示。表中数据为质量百分数。试求：（1）溶解度曲线和辅助曲线；（2）临界混溶点的组成；（3）当萃余相中xA=20%时的分配系数kA和选择性系数β ；（4）在100kg含30％A的原料液中加入多少kgS才能使混合液分层？（5）对第四项的原料液，欲得到含36％A的萃取相，试确定萃余相的组成及混合液的总组成。

上一页下一页（2）临界混溶点P （3）分配系数kA和选择性系数β 萃取相萃余相

上一页下一页（4）最小溶剂用量（5）两相组成及混合液组成返回

4.3 萃取过程的计算 4.3.1 单级萃取的计算 4.3.2 多级错流接触萃取的流程和计算 4.3.3 多级逆流接触萃取的流程和计算
上一页 4.3 萃取过程的计算下一页返回单级萃取的计算多级错流接触萃取的流程和计算多级逆流接触萃取的流程和计算微分接触逆流萃取

4.3.1 单级萃取的计算 1 萃取过程在三角形相图上的表示上一页下一页（1）混合（2）分层（3） E’、R’点的确定
单级萃取的计算下一页 1 萃取过程在三角形相图上的表示（1）混合 M点的位置由杠杆规则确定由M点的位置可以确定M点的组成 ME、MR点确定适宜萃取剂用量（2）分层未给出任一相组成，借助辅助曲线试差确定若已知任一相组成，直接连线确定组成由图读出，量由杠杆规则确定（3） E’、R’点的确定 SE、SR线与AB边的交点

上一页下一页（4）Emax、E’max的确定过S点做溶解度曲线的切线最大组成与温度有关

2 单级萃取的计算上一页下一页已知原料液流量、组成规定萃余相组成或溶剂用量
2 单级萃取的计算已知原料液流量、组成规定萃余相组成或溶剂用量计算溶剂用量或萃余相组成、萃取相组成、萃取相和萃余相的量，

上一页下一页例4－2 在25°C下以水（S）为萃取剂从醋酸（A）与氯仿（B）的混合液中提取醋酸。已知原料液流量为1000kg/h，其中醋酸的质量百分数为35％，其余为氯仿。用水量为800kg/h。（1）E和R相的组成及流量；（2）E’和R’的组成及流量；（3） β ；（4）B与S不互溶，K=3.4，回收率80％，求S/B。

上一页下一页 E相 R相（2）萃取液和萃余液的组成和流量

上一页下一页（3）选择性系数（4）每公斤B需要的S的量返回

4.3.2 多级错流接触萃取的流程和计算 1 问题提出上一页下一页已知原料流量、组成规定最终萃余相组成或每级溶剂用量
多级错流接触萃取的流程和计算下一页 1 问题提出已知原料流量、组成规定最终萃余相组成或每级溶剂用量确定理论级数、最终萃余相组成或每级溶剂用量

上一页下一页 2 B与S部分互溶物系的图解试差法

上一页下一页例4－3 25 °C时丙酮（A）－水（B）－三氯乙烷（S）系统以质量百分率表示的溶解度和联结线数据如本题附表所示。

上一页下一页用三氯乙烷为萃取剂在三级错流萃取装置中萃取丙酮水溶液中的丙酮。原料液的处理量500kg/h，其中丙酮的质量分率40％，第一级溶剂用量与原料液流量之比0.5，各级溶剂用量相等。试求丙酮的回收率

上一页下一页 3 B与S不互溶时理论级数的计算 1）直角坐标图解法

上一页下一页作分配曲线操作线斜率第一级第二级第三级

上一页下一页例4－4 丙酮（A）－水（B）－三氯乙烷（S）体系中，水和三氯乙烷可视为完全不互溶，K=1.71。原料液中丙酮的质量百分率为25％，其余为水，处理量为1200kg/h。萃取剂中丙酮的质量百分率为1%，其余为三氯乙烷。采用五级错流萃取，每级中加入的萃取剂都相同，要求最终萃余相中丙酮的含量不大于1％。试求萃取剂的用量及萃取相中丙酮的平均组成。

4.3.3 多级逆流接触萃取的流程和计算问题提出计算方法上一页下一页已知原料液流量、组成规定萃取剂用量或萃余相组成
多级逆流接触萃取的流程和计算下一页问题提出已知原料液流量、组成规定萃取剂用量或萃余相组成确定理论级数、萃余相组成或萃取剂用量计算方法三角形相图或x-y相图的图解法适用于B与S部分互溶物系 X-Y直角坐标图解法适用于B与S不互溶物系解析法适用于B与S不互溶及部分互溶物系

上一页下一页 1 B与S部分互溶时的理论级数 1）三角形坐标图上的逐级图解法确定和点M 确定E1和Rn 确定操作线

操作点的确定：由第一级与第n级操作线确定操作点的位置
上一页下一页操作点的确定：由第一级与第n级操作线确定操作点的位置 S/F较小：左侧 S/F较大：右侧 S/F某数值：无限远理论级数：交替利用操作线与平衡线例4－5 在多级逆流萃取装置中，用纯溶剂S处理含A、B两组分的原料液。原料液流量F=1000kg/h，其中溶质A的质量百分率为30％，要求最终萃余相中溶质组成不超过7％。溶剂用量S=350kg/h。试求：（1）理论级数；（2）萃余液流量和组成。平衡关系如附图所示。

上一页下一页（1）理论级数确定M点确定Rn点，E1点确定操作点确定n （2）萃余液的组成和流量

上一页下一页 2）在x-y直角坐标上求解理论级数 3）组分B与S部分互溶时的解析法理论级数较多时采用作出分配曲线和操作线
与精馏理论板数求法相同 3）组分B与S部分互溶时的解析法整体物料衡算与平衡关系

从第一级开始逐级计算直至xnA等于或低于规定值
上一页下一页第i级物料衡算与平衡关系从第一级开始逐级计算直至xnA等于或低于规定值

上一页下一页例4－6 在25°C下用纯溶剂S从含组分A的水溶液中萃取组分A。原料液的处理量为2000kg/h，其中A的质量分数为0.03，要求萃余相中A的质量分数不大于0.002，操作溶剂比（S/F）为0.12。操作条件下的相平衡关系为：试核算经两级逆流萃取能否达到分离要求解：（1）总衡算

上一页下一页（2）第一级物料衡算与平衡关系措施：增加级数或增加萃取剂用量

上一页下一页 2 B与S完全不互溶时理论级数的计算 1）在X-Y直角坐标图中的图解法用于分配曲线为曲线时

上一页下一页 2）解析法求理论级数用于分配曲线为通过原点的直线时

上一页下一页 3 溶剂比（S/F）和萃取剂的最小用量

上一页下一页例4－7 在多级逆流萃取装置中，用三氯乙烷从含丙酮35％（质量百分率，下同）的丙酮水溶液中萃取丙酮。原料液的流量为1000kg/h，要求最终萃余相中丙酮的组成不大于5％。萃取剂的用量为最小用量的1.3倍。水和三氯乙烷可视为完全不互溶，试在X-Y坐标上求解所需的理论级数。平衡关系如附表所示。若分配系数K=1.71，试用解析法求解理论级数。

上一页下一页例4－8 现有由1kg溶质A和12kg稀释剂B组成的溶液，用15kg纯溶剂进行萃取分离。组分B、S可视为完全不互溶，在操作条件下，以质量比表示相组成的分配系数可取作常数2.6。试求如下三种萃取操作的最终萃余相组成Xn。（1）单级平衡萃取；（2）将15kg萃取剂分作三等份进行三级错流萃取；（3）三级逆流萃取。（1）

4.3.4 微分接触逆流萃取 1 特点 2 塔高的计算上一页下一页连续接触塔顶、塔底两相分离逆流流动组成连续变化
微分接触逆流萃取下一页 1 特点连续接触塔顶、塔底两相分离逆流流动组成连续变化 2 塔高的计算（1）理论级当量高度法

上一页下一页例4－9 在塔径为50mm，有效高度为1m的填料萃取实验塔中，用纯溶剂S萃取水溶液中的溶质A。水与溶剂可视为完全不互溶。原料液中组分A的组成为0.15（质量分率，下同），要求最终萃余相中溶质的组成不大于0.002。操作溶剂比（S/B）为2，溶剂用量为67.3kg/h。操作条件下平衡关系为：Y=1.6X。试求萃余相的总传质单元数和总体积传质系数。解：（1）总传质单元数NOR 平均推动力法

上一页下一页（2）总体积传质系数KXa 返回

4.5 液－液萃取设备概述 4.5.1 混合－澄清槽 4.5.2 塔式萃取设备 4.5.3 离心萃取器 4.5.4 流体流动和传质特性
上一页 4.5 液－液萃取设备下一页返回概述混合－澄清槽塔式萃取设备离心萃取器流体流动和传质特性萃取设备的选择

上一页概述下一页 1 分类 2 特点两相密度差小，表面张力大，需要外加能量泛点率低，易形成乳化液密度大，设备体积较小

3 分散相的选择上一页下一页流量大的作分散相，若有轴向返混，应选流量小的润湿性能差的作分散相返回粘度大的作分散相
3 分散相的选择流量大的作分散相，若有轴向返混，应选流量小的润湿性能差的作分散相粘度大的作分散相界面张力梯度大于0，溶质从液滴向连续相传递界面张力梯度小于0，溶质从连续相向液滴传递成本高和易燃易爆的液体作为分散相返回

2 特点上一页下一页优点返回缺点传质效率高，操作方便，运转稳定可靠，结构简单，可处理含有悬浮固体的物料，应用广泛
2 特点优点传质效率高，操作方便，运转稳定可靠，结构简单，可处理含有悬浮固体的物料，应用广泛缺点占地面积大，能耗高返回

上一页塔式萃取设备下一页 1 填料萃取塔和脉动填料萃取塔（1）填料萃取塔与吸收填料塔类似适用于理论级数小于3

上一页下一页（2）脉动填料塔外加脉动能量，造成液体脉动可增大理论级数

2 筛板萃取塔上一页下一页（1）结构与操作筛孔直径3－9mm 孔间距：孔径的3－4倍板间距：150-600mm 轻相为分散相
2 筛板萃取塔（1）结构与操作筛孔直径3－9mm 孔间距：孔径的3－4倍板间距： mm 轻相为分散相轻相通过筛孔分散成液滴重相通过降液管

上一页下一页重相为分散相重相通过筛孔分散成液滴轻相通过升液管（2）特点效率高结构简单价格低廉可处理腐蚀性物料

上一页下一页 3 脉冲筛板萃取塔与脉动填料塔类似传质效率高理论级数增加

上一页下一页 4 往复筛板萃取塔振幅：3-50mm 频率： /min 孔径：7-16mm 阻力小，能力大，级数多

上一页下一页 5 转盘萃取塔及偏心转盘萃取塔（1）转盘萃取塔固定环，转盘抑制轴向返混结构简单，能力大效率高

上一页下一页（2）偏心转盘萃取塔返回转盘，水平挡板，垂直挡板，环形分割板混合区，澄清区传质效率高，抑制轴向返混塔径大，塔高高
物系适应性强返回

上一页离心萃取器下一页 1 波德式离心萃取器微分接触式螺旋型转子处理两相密度差小易乳化的物系

2 芦威式离心萃取器上一页下一页逐级接触式环形盘，空心轴返回物料停留时间短效率高密度差小，易乳化的物系处理量小
2 芦威式离心萃取器逐级接触式环形盘，空心轴物料停留时间短效率高密度差小，易乳化的物系处理量小结构复杂，造价高返回

上一页液－液传质设备的流体流动和传质特性下一页 1 萃取设备的流动特性和液泛

上一页下一页 2 萃取塔的传质特性传质面积传质系数传质推动力

4.5.5 萃取设备的选择上一页下一页返回（1）所需的理论级数（2）生产能力（3）物系的物性
萃取设备的选择下一页返回（1）所需的理论级数（2）生产能力（3）物系的物性（4）物系的稳定性和液体在设备内的停留时间（5）其他

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