第三节 液——液萃取过程的计算萃取操作设备不分为分级接触式和连续接触式两类5,3,2多级错流萃取的计算为进一步降低萃余相中的溶质浓度,可在上述单级萃取

　　三节液——液萃取过程的 计算萃取操作设备不分为 分级接触式和连续接触式 两类....5,3,2 多级错流萃取的 计算为进一步降低萃余相 中的溶质浓度,可在上述 第三节液——液萃取过程的计算 萃取操作设备不分为分级接触式和连续接触式两类。本节主要讨论分级式接触式萃取过 程的计算。 在级式接触萃取过程计算中，无论是单级还是多级萃取操作，均假设各级为理论级， 相互为平衡。与蒸馏中的理论板相当。一个实际萃取级的分离能力达不到一个理论级，两者的差异用 级效率校正。级效率通过实验测定。 单级萃取的计算单级萃取 的图解计算 （参图4-1-3 P211-212） 取器。即根据xF 三角形相图上确定F 连接线与FS线交于M点， 与溶解度曲线 交于E 相中脱除全部溶剂后的萃取液及萃余液组成坐标点。原料液F xF xR 萃取剂S萃取相E 溶质A的物料衡算 单级萃取在三角形相图上表达液—液萃取 MSMF MSMF REMR 多级错流萃取的计算为进一步降低萃余相中的溶质浓度，可在上述单级萃取获得的萃余相中再次假如新鲜溶 剂进萃取，如此多次操作即为多级错流萃取。 R1R2 R3 XF E1 E2 E3 一．三角形坐标图图解法（组分B，S 部分互溶） 若原料为A，B 二元溶 液，各级均用纯溶剂 确定第一级混合液 的组成点 由第一级物料衡算可求得R 1。。在第二级中， 达到或低于指定值为止，所作连接线的数目即为所需的理论板的数。 溶剂总用量为各级溶 剂用量之和。 各级溶剂用量可以相等，也可以不等。但根据计算可知，只有在各级溶剂用量相等时， 达到一定的分离程度，溶剂的总用量为最少。 二．直角坐标图图解法（组分B，S 互不相溶） 设每一级的溶剂加入量相等，则各级萃取相中的溶剂 的量均可视为常数，萃取相中只有A，S 两组分，萃余相中只有B，A 两组分。这样 可仿照吸收组成的表示方法，即溶解在萃取相和萃余相中的组成分别用质量比 坐标图上用图解法求解理论级数。S1 S2 S3 R1Z1 xF E1Y1 E2Y2 E3Y3 对第一萃取级作溶质A 输出输入相F=A+B kgB kgA zF 萃取相E=A+S）整理得： 同理，对n级作溶质A 的衡算得： 与萃余相组成zn 之间的关系 称为：操作线方程 斜率 为常数步骤图（P221） 这是通过点（zn ）点的直线方程。为第一级 所以始点坐标为（zF ）是第二级始点坐标。为什么过E1作垂直线 ？第一级萃取器中达到平衡，器中即R1中，即萃余相中溶质A 的质量比组成[ A/B]为恒定值，即Z1 不变。所以将萃余相R1 引出，进入第二级萃取器前，Z1 始终与器内 R1 的质量比一样。三、解析法 若在操作条件下分配系数可视作常数，即分配曲线为通过原点的直线，则分配曲线即 平衡线 平衡点所组成的直线)分配曲线可用下式表示：y=kz k------以质量比表示相组成的分配系数。 图4-17 中第一级的相平衡关系为： 代入P221（4-14）式 Am----萃取因子 ----操作线斜率液—液萃取 脱吸因数参阅本讲义P121 mV 吸收因数同样对第二级作溶质A 依次类推，对第N级则有 相求和公式等比数列前 移相上式得 多级逆流接触萃取的计算多级逆流接触萃取操作一般是连续的，其分离效率高，溶剂用量较少，工业上广泛应用。 在三角形坐标图上的逆级图解法液—液萃取 操作线溶解度曲线 辅助线 根据工艺要求选择合适的萃取剂，确定适宜的操作条件。根据操作条件下的平衡数 据在三角形坐标土上给出溶解度曲线和辅助线。 根据原料液和萃取剂的组成在图上定出F 和S（图中采用纯溶剂）再由溶剂比S/F 在FS 连线上定出和点M 的位置。 由规定的最终萃余相组成 xn 在相图上确定 Rn 并延长Rn 解度曲线交于En 点，此点即为离开第一级的萃取相组成点。 根据杠杆规则，计算最终萃取相与萃余相的流量，即： 利用平衡关系和物料衡算，用图解法求理论级数在前图所示的第一级与第N 级之间作总的物料衡算得： 总输入 总输出对第一级作总物料衡算得： 依次类推对第N级作总物料衡算得： 上式表明：离开任意级的萃余相Ri 与进入该级的萃取相 Ei 之差为常数，以表示。可视为通过每一级的“净流量”。由上式知，点为多条操作线上的共有点，称为操 作点。点分别为F 的延长线焦点来确定点的位置。点的位置与物系连接线的斜率，原料液的流量F 和组成 xF ，萃取 剂的用量S 与组成 ，最终萃余相组成xn 等系数有关，又能位于三角形左侧，也可位于 右侧。 2、x-y 直角坐标上求解理论级数 若萃取过程所需理论级数教多时，在三角形坐标上进行图解，由于各种关系线挤在一起， 不够清晰，此时可在直角坐标上绘出分配曲线与操作线，然后利用精馏过程所用的阶梯法求 解所需理论级数。 二．组分B 完全不互溶时理论级数的计算当组分B 完全不互溶时，多级逆流萃取操作过程与脱吸过程十分相似，计算方法也大同小异。另外也可参阅P221，多级错流接触萃取，B，S 互不相溶时，直角坐标图图 解法。 在操作条件下，若分配曲线不为直线，一般在z-y直角坐标图中用图解法进行萃 取计算。 由平衡数据z-y 直角坐标上绘出分配曲线。 在z-y 直角坐标上作出多级逆流萃取的操作线 级之间对溶质作衡算得：总输入： 为多级逆流萃取操作线方程式液—液萃取 塔顶）斜率=B/S 分配曲线）式 点开始，在分配曲线与操作线之间画阶梯，阶梯数即为所求理论级数。直至萃余相中组成 zn 等于或低于指定值为止。 2、在操作条件下，若分配曲线为通过原点的直线时，由于操作线也为直线，萃取因 KSAm lnln 三．溶剂比（S/F）和萃取剂的最小用量和吸收操作中的汽液比（L/V）相似，在萃取操作中用溶剂比（S/F）来表示溶剂用量 对设备费和操作费的影响。 当完成同样的分离任务时，若加大溶剂比，则所需的理论级数可以减少。但回收溶剂 所消耗的能量增加；反之，S/F 愈小，所需的理论级数愈多，而回收溶剂所消耗的能量愈 萃取剂的最小用量Ssim是指达到规定的分离程度，它需理论级数为无穷多。 实际操 作中萃取剂的用量必须大于此极限值。由三角形相图看出，S/F 值愈小，操作线和连接线 的斜率愈接近，所需的理论级数愈多，当萃取剂的用量减少至Ssim 时，将会出现某一操作 线和连接线相重合的情况，此时所需的理论级数为无穷多。Ssim 的值可由杠杆规则求得。 在直角坐标图上，当萃取剂 用量减少时，操作线向分配曲线靠拢，在操作线与分配曲 线之间所画的阶梯数（即理论级数）便增加；当萃取剂用量为最小值Ssim 时，操作线和分 配曲线相交（或相切），此时类似于精馏中图解理论板层数出现夹紧区一样，所需的理论 液—液萃取 若采用不同的萃取剂用S1 Smin），相应的操作线 论级数为无穷多。萃取剂的最小用量可用下式计算，即： Smin 微分接触逆流萃取在不少塔设备中，萃取相与萃余相呈逆流微分接触，两相中的溶质浓度沿塔高连续 变化。 塔径计算同吸收塔 塔高计算 有二中方法 即理论级当量高度法及传质单元法。 一．理论级当量高度法 理论级当量高度：相当于一个理论级萃取效果的塔段高度，用HETS 表示: h=n(HETS) h—萃取段的有效高度[m]. n---逆流萃取所需的理论级数。 HETS—理论级的当量高度，m。 HETS ：是衡量传质效率的指标。若传质速率愈快，塔的效率愈高，则相应的HETS 值愈小。和塔板效率一样，HETS。 带回流的逆流萃取液—液萃取 在逆流萃取操作中，最终萃取相中溶质的最高组成是与进料组成相平衡的组成。为了得到更高组成的萃取相，可仿照精馏中采用回流的方法，使最终萃取相脱除溶剂后的萃取液部 分返回塔内作为回流，这种操作称为回流萃取。 一．以脱溶剂基表示的组成及流量的相平衡图 由于回流萃取通常需要教多的理论级数，若在三角形相图上进行计算，各种关系挤在一起， 难以得到精确的结果。脱溶剂基相图可克服上述缺点。 脱溶剂基：液体的组成及流量均以（A+B）的量作为基准。因基准中不含溶剂S，所以 称为脱溶剂基。 萃取相 kgkgA kgkgA 混合液中溶剂S的脱溶剂组成为： kgkgS 纯组分S为萃取剂时，组分S 在萃取剂中的脱溶剂基组成为： kgkgS 的数值范围均为0～1，而N值的范围为1～。 杠杆规则在脱溶剂基直角坐标图上同样适用。 回流萃取流程P216 图4-25 所示（N1，N2 为溶剂回收器） 回流萃取流程示意图液—液萃取 之比-------称为回流比上图中，第1 级底部与塔顶（不包括溶剂回收器间作组分（A+B）的衡算得： ”表示[kg(A+B)/h] 类推得： 式（1）为回流萃取设备增浓段的操作线方程说明增浓段内进入任一级萃取相流量于 离开该级萃余相流量之差为常数，以E 表示。与多级逆流萃取一样，称E 为“净流量”， 坐标图上，点E为诸操作线的公共交点，称为增浓段的操作点，具体位置由杠 杆规则（或物料衡算）确定。 在脱溶剂基直角坐标图的横轴上，且也为流股 ）的组成点。由第（1）（2）假设知，溶质A 而垂直横轴的直线，它与溶解度曲线的校点为 的延长线上。如下图所示。上溶解度曲线 点位于无穷远围绕塔顶分离器 Ni 第三节液——液萃取过程的计算萃取操作设备不分为 分级接触式和连续接触式两 3,2多级错流萃取的计算为进一步降低萃余相中的溶质浓度, 可在上述单级萃取.