8.3 部分互溶物系的萃取计算

mF, xF mS xE, y 混合器澄清槽 mM, z mR, 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。

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 K F M B S

b）确定E，R的量及组成 采取图解试差法确定E，R的组成。 A K F E M R B S 单级萃取图解法由杠杆定律确定E和R的量：

E’ E’ K K F F E E M M R R R’ R’ B B S S 单级萃取图解法单级萃取图解法 c)确定萃取液与萃余液的组成及量 A A 脱除溶剂量为：

A A E’ K F E M K R F R’ B S E M • 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； R R’ B S 单级萃取图解法溶剂用量：进而，得到萃取液、萃余液的量和组成。

A E2 F R2 E M R x E1 R1 B S 溶剂用量对单级萃取的影响（3）最大溶剂用量及最小溶剂用量增加S，则Ｍ靠近 S，当M点达到Ｅ1时混溶，故Ｍ位于Ｅ1时的溶剂用量为 mSmax。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 mSmin。当mS=mSmax 时当 mS=mSmin时单级萃取的溶剂范围：mSmin< mS < mSmax

A 1.0 y’max E’ y’2 E’2 E2 F E1 R2 M R1 S 0 B 1.0 图解萃取液的最大组成（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：

A 1.0 y’max E’ y’2 E’2 E2 F E1 R2 M R1 S 0 B 1.0 图解萃取液的最大组成萃取液的最大浓度确定:

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 y’A E F R M’ R1 E1 B S

8.3.2 多级错流萃取 （1）流程 qmR’n qmS1 qmS2 qmSn qmSi qmRi qmRi-1 qmF,xF qmRn-1 qmE’n qmR1 qmRi qmRN qmR2 qmE’ qmE1 qmE2 qmEi qmEN qmSE 多级错流萃取流程图

（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：qmＦ、xF，规定各级qmＳ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。

A K E1 E2 F M1 R1 E3 M2 R2 R3 M3 E4 R4 M4 S B 多级错流萃取多级错流萃取图解计算：

qmR’ qmRi-1 qmF,xF qmR2 qmRi qmRN qmE2 qmEi+1 qmEi qmE1 qmSR qmE’ qmS qmSE 多级逆流萃取流程图 8.3.3 多级逆流萃取（1）流程

Ri-1 Ri i Ei Ei+1 （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 Ei+1组成 yi+1之间的关系，即可求得理论级数（逐级计算)。

A F E1 M RN R’N B S ① 三角形相图图解法 a）总物料衡算 • 说明：M点是F、S的和点，也是E1、RN的和点。利用杠杆定律：注意: E1和 RN 不是共轭相。

b）各级的物料衡算 第一级第二级 …………………… 第 N级于是：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。

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。

（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。

可见： ◆ 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。

y 分配曲线 3 2 1 P 操作线 xF 溶剂比对操作线的影响

② 最小溶剂比的求法 • 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 F E1 M 连接F、Dmin点，与溶解度曲线相交于E1点，则RNE1与FS的交点为和点M。最小溶剂比：

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。

H 微元接触式逆流萃取示意图（1）理论级当量高度法理论级当量高度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

8.3 部分互溶物系的萃取计算

8.3 部分互溶物系的萃取计算

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