基本概念利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解度差而将一个液相转移到另一个液相的分离过程称为液液萃取，也叫溶剂萃取，简称萃取。待分离的一相称为被萃相，萃取后成为萃余相，用离剂的相称为萃取相。萃取相中起萃取作用的组分称为萃取剂，起溶剂作用的组分称为稀释剂或溶剂。液液萃取的优点具有处理量大、分离效果好、回收率高、可连续操作以及自动控制等特点，因此得到了广泛的应用。炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如烷烃和芳烃的分离，润滑油的精制等；湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金等贵金属的分离和提取；环保处理中有害物质的脱除等。4.1.1两相的传质过程是分散相液滴和连续相之间相际传质过程。液液萃取过程可以在多种形式的装置中通过连续或间歇的方式实现。液液萃取的主要研究内容(1)确定萃取体系包括被萃相体系和萃取相体系的构成，如被萃相的酸碱度、萃取相的稀释剂等。(2)测定相平衡数据分配系数和分离系数。(3)确定工艺和操作条件相比、萃取剂和稀释剂用量、被萃物浓度、萃取温度等。(4)萃取流程的建立完整的萃取和反萃流程。(5)设备的确定设备形式和结构。4.1.2萃取剂中至少要有一个能与被萃物形成萃合物的官能团。常见的萃取官能团通常是一些包含萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构或基团，如长链烃、芳烃等，以利于萃取剂在稀释剂中的溶解，并防止被萃相对它的溶解夹带损失。选择性好表现为分离系数大。萃取容量大表现为单位体积或单位质量溶解萃合物化学稳定性强耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐易与原料液相分层不乳化、不产生第三相。易于反萃或分离便于萃取剂的重复利用。无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。成本低、损耗小。中性萃取剂包括含磷类、含氧类和含硫类重型萃(TBP)、甲基异丁基酮(MIBK)有机酸萃取剂包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸等。各种有机胺和胺盐。各种有机螯合物、冠醚分配比达到萃取平衡时，被萃物在两相中的浓度比称为被萃物的分配比，也称为分配系数。其中，在被萃相（水相）中的浓度。分配比通常不是常数，要受萃取体系和萃取条件的影响，应根据实验来测定；，表示完全被萃取。10分离系数分离系数又称为分离因子，表示被萃相中两种物质可被某种萃取剂所分离的难易程度，它等于这两种物质在相同萃取条件下的分配比之比。与相对挥发度一样，分离系数值越远离，两种物质越容易分离；反之则不容易。12）三角形坐标图三角形坐标图通常有等边三角形坐标图、等腰直角三角形坐标图和非等腰直角三角形坐标图，如图所示，其中以等腰直角三角形坐标图最为常用。三角形ABS的三个顶点分别标还是“纯”的溶质A、原溶剂B和溶剂S组分。三角形的各边上的点表示某个二元组分，三角形内部的任何一点都代表一个三元混合物。三角形相图134.2如图所示，将质量为kg、组成为kg、组成为kg、组成为的新混合物系M，其在三角形坐标图中分别以点R、E和M表示。M点称为R点与E根据萃取操作中各组分的互溶性，可将三元物系分为以下三种情况，即溶质A可完全溶于B及S不互溶；溶质A可完全溶于B及S部分互溶。习惯上，将、两种情况的物系称为第类物系，而将情况的物系称为第类物系。工业上常见的第类物系有丙酮等。在萃取操作中，第类物系较为常见，以下主要讨论这类物系的相平衡关系。15设溶质A可完全溶于B及S为部分溶，其平衡相图如图所示。此图是在一定温度下绘制的，图中曲线称为溶解度曲线，该曲线将三角形相图分为两个区域：曲线以内的区域为两相区，以外的区域为均相区。位于两相区内的混合物分成两个互相平衡的液相，称为共轭相，联结两共轭液相相点的直线称为联结线，如图中的RiEi。显然萃取操作只能在两相区内进行。溶解度曲线溶解度曲线可通过下述实验方法得到：在一定温度下，将组分B与组分S以适当比例相混合，使其总组成位于两相区，设为M，则达平衡后必然得到两个互不相溶、E0。在恒温下，向此二元混合液中加入适量的溶质A并充分混合，使之达到新的平衡，静置分层后得到一对共轭相，其相点为R1、E1然后继续加入溶质A，重复上述操作，即可以得到n+1共轭相的相点Ri、Ei，当加入A的量使混合液恰好由两相变为一相时，其组成点用K表示，K点称为混溶点或分层点。联结各共轭相的相点及K点的曲线即为实验温度下该三元物系的溶解度曲线辅助曲线和临界混溶点一定温度下，测定体系的溶解度曲线时，实验测出的联结线的条数（即共轭相的对数）总是有限的，此时为了得到任何已知平衡液相的共轭相的数据，常借助辅助曲线辅助曲线的作法如图所示，通过已知点R1、R2分别作BS边的平行线，再通过相应联结线分别作AB边的平行线，各线分别相交于点F、G、…，联接这些交点所得的平滑曲线即为辅助曲线。利用辅助曲线可求任何已知平衡液相的共轭相。如图所示，设R为已知平衡液相，自点R作BS边的平行线交辅助曲线于点J，自点J作AB边的平行线，交溶解度曲线于点E，则点E即为R的共轭相点。19温度对相平衡的影响通常物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度增大，反之减小。因此，温度明显地影响溶解度曲线的形状、联结线的斜率和两相区面积，从而也影响分配曲线的形状。如图所示为温度对第I类物系溶解度曲线和联结线的影响。显然，温度升高，分层区面积减小，不利于萃取分离的进20温度对互溶度的影响（对于某些物系，温度的改变不仅可引起分层区面积和联结线斜率的变化，甚至可导致物系类型的转变。如图所示，当温度为214.3224.3.1萃取过程分析常用的工业萃取过程根据使用的设备通常分为逐级萃取过程和微分萃取过程。逐级萃取过程以多级混合澄清槽为萃取设备的连续萃取过程。特点是每一个萃取级构成一个平衡级，易实现过程分解、组合与控制。微分萃取过程以各种塔为萃取设备的连续萃取过程。特点是设备紧凑，操作简单，结构形式选择多；但易出现轴向返混，影响萃取效率。4.3.2平衡线：由萃取平衡实验测得。操作线：斜率萃取级数：阶梯作图法。24逐级计算法是逐级萃取过程的基本计算方法，特别是各萃取级分配系数不同时，采用逐级计算法计算萃取过程所需理论级数和各级浓度分布是最常用和最稳妥的方在实际萃取过程中，经常会出现各级分配系数发生变化的情况，如用酸性萃取剂萃取电解质溶液中的金属离子时，随着金属离子量的增加，被萃相中的浓度会随之增大，导致被萃相的酸度逐级增大，因而影响到被萃离子在两相中的分配比。25Hf=1.0kg/m3；有机相为含萃取剂(LIX64)10%的煤油溶液，由于是萃取反萃循环使用，其中残留Cu2+yf=0.075kg/m3；两相体积流比为G/L=60/75；要求经多级逆流萃取后，萃余相中Cu2+的含量为x1=0.35kg/m3算流程所需的理论级数和逐级浓度分布。26LIX64萃取水相硫酸铜中的Cu2+反应代表LIX64在萃取过程中，当一个铜离子进入有机相，水相就会产生一个硫酸，因此，随着萃取过程的进行，水相的酸 度会逐渐增大。 通过实验测定该萃取体系中，在不同硫酸浓度下Cu2+ 在水相和有机相中的平衡曲线 yi分别表示水相和有机相中的 Cu2+ Hi代表水相中硫酸的浓度。由于 1molCu2+ 1molH2SO4，根据它们的分子量比，相当于 1kgCu2+ 可生成的 H2SO4 Cu2+做总物料衡算： H2SO4做总物料衡算： 30 逐级平衡计算根据萃取过程，第一级的有机相浓度应与水相浓度形成平 衡，因此，由 x1 H1，从平衡图上查得 y1=1.11kg/m3 对第一级做物料衡算：计算 x2 根据x2 H2查平衡图，得： y2=2.24kg/m3. 31 对第二级做物料衡算： 计算 x3 根据x3 H3查平衡图，得： y3=2.76kg/m3 32对第三级做物料衡 计算x4 从计算结果可知，x4=xf ，因此，该萃取过程只需三级平衡萃取就能完成。 33 代数公式法假设两相不互溶，且被萃物在各平衡级的分配比 相同。对第一级作物料衡算：按平衡关 34对第二级作物料衡算： ，代入上式整理 x1表达式代入， 35同样，对第三级作物料衡算可得： 36用等比数列求和公式， 对上式两边同时用xf 37将两边同时用 相减：通分整理得： 于是可得到萃取所需要的理论级数 克莱姆——休特（Krems er-Souder 方程式38 (2)萃取率(3)平均级效 394.3.2 采用类似于吸收原理和计算方 法可得： (1)传质单元高度 (2)传质单元数 404.4 4.4.1 41 常用的液 液萃取装置 42 4.4.2 萃取设备的选择除技术因素 外，还包括以下主要因素 操作者素质43 44