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1、2024/7/26第十二章第十二章 萃萃 取取 SolventExtraction12.1萃取的基本概念萃取的基本概念12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算12.3萃取设备萃取设备2024/7/26第一节第一节 萃取的基本概念萃取的基本概念12.1.1萃取操作过程及应用萃取操作过程及应用12.1.2三角形相图及杠杆规则三角形相图及杠杆规则12.1.3三角形相图中的三角形相图中的相平衡关系相平衡关系12.1.4分配系数与分配曲线分配系数与分配曲线12.1.5温度对相平衡的影响温度对相平衡的影响12.1.6萃取剂的选择萃取剂的选择2024/7/2612.1萃取的基本概念萃取的基本概念12
2、.1.1 萃取操作过程及应用萃取操作过程及应用 在液体混合物（原料液）中加入一个与在液体混合物（原料液）中加入一个与其基本不相混溶的液体作为溶剂，造成第二相，其基本不相混溶的液体作为溶剂，造成第二相，利用原料液中各组分在两个液相中的溶解度不利用原料液中各组分在两个液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分离的操作称为同而使原料液混合物得以分离的操作称为萃取萃取。选用的溶剂称为选用的溶剂称为萃取剂萃取剂，以，以S S表示；原料液中表示；原料液中易溶于易溶于S S的组分，称为的组分，称为溶质溶质，以，以A A表示；难溶于表示；难溶于S S的组分称为的组分称为原溶剂原溶剂（或稀释剂），以（或稀释剂），
3、以B B表示。表示。2024/7/26 图图12-1萃取操作示意图萃取操作示意图2024/7/26根根据据萃萃取取操操作作中中各各组组分分的的互互溶溶性性，可可将将三三元元物物系系分为以下三种情况，即分为以下三种情况，即溶质溶质A可完全溶于可完全溶于B及及S，但但B与与S不互溶；不互溶；溶质溶质A可完全溶于可完全溶于B及及S，但但B与与S部分互溶；部分互溶；溶质溶质A可完全溶于可完全溶于B，但但A与与S及及B与与S部分互溶。部分互溶。习惯上，将习惯上，将、两种情况的物系称为第两种情况的物系称为第类物系，类物系，而将而将情况的物系称为第情况的物系称为第类物系。工业上常见的第类物系。工业上常见的第
4、类物系有丙酮类物系有丙酮(A)水水(B)甲基异丁基酮甲基异丁基酮(S)、醋酸醋酸(A)水水(B)苯苯(S)等；第等；第类物系有苯乙烯类物系有苯乙烯(A)乙苯乙苯(B)二甘醇二甘醇(S)等。在萃取操作中，第等。在萃取操作中，第类物系类物系较为常见，本章主要讨论第较为常见，本章主要讨论第类物系物系的相平衡关类物系物系的相平衡关系。系。2024/7/26一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。（1）原料液中各组分间的沸点非常接近，也即组原料液中各组分间的沸点非常接近，也即组分间的相对挥发度接近于分间的相对挥发度接近于1，若采用蒸馏方法很，若采用蒸馏方法很不
5、经济；不经济；（2）料液在蒸馏时形成恒沸物，用普通蒸馏方法料液在蒸馏时形成恒沸物，用普通蒸馏方法不能达到所需的纯度；不能达到所需的纯度；（3）原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若采用蒸馏方法须将大量稀释剂汽化，能组分，若采用蒸馏方法须将大量稀释剂汽化，能耗较大；耗较大；（4）原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分解、聚合或发生其它变化。时易于分解、聚合或发生其它变化。2024/7/26萃取在工业中的应用：萃取在工业中的应用：(1)液液萃取在石油化工中的应用液液萃取在石油化工中的应用eg.用酯类溶剂萃取
6、乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡(2)在生物化工和精细化工中的应用在生物化工和精细化工中的应用eg.以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素(3)湿法冶金中的应用湿法冶金中的应用eg.用螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜用螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜2024/7/2612.1.2 三角形相图及杠杆规则 1 1 三角形相图三角形相图 三角形相图通常有正三角形相图、直角三角形相三角形相图通常有正三角形相图、直角三角形相图，如图所示。图，
7、如图所示。 图图1 12-2 2-2 三角形相图三角形相图 2024/7/26 如图所示，将质量为如图所示，将质量为r kg、组成为组成为 、 、 的混合的混合物系物系R与质量为与质量为e kg、组成组成为为 、 、 ，的混合物系，的混合物系E相混合，得到一个质量为相混合，得到一个质量为m kg、组成为组成为 、 、 的新的新混合物系混合物系M，其在三角形坐其在三角形坐标图中分别以点标图中分别以点R、E和和M表表示。示。M点称为点称为R点与点与E点的和点的和点，点，R点与点与E点称为差点。点称为差点。 图图12-32 2 杠杆规则杠杆规则2024/7/26 和点和点M与差点与差点E、R之间的关
8、系可用杠杆之间的关系可用杠杆规则描述，即规则描述，即（1）几何关系：和点几何关系：和点M与差点与差点E、R共共线。即：和点在两差点的连线上；一个差线。即：和点在两差点的连线上；一个差点在另一差点与和点连线的延长线上。点在另一差点与和点连线的延长线上。 （2）数量关系：数量关系：E相与相与R相的量与线段相的量与线段长长a a、b b 之间的关系符合杠杆原理，即，之间的关系符合杠杆原理，即，根据杠杆规则，若已知两个差点，则可根据杠杆规则，若已知两个差点，则可确定和点；若已知和点和一个差点，则可确定和点；若已知和点和一个差点，则可确定另一个差点。确定另一个差点。 2024/7/2612.1.312.
9、1.3三角形相图中的相平衡关系三角形相图中的相平衡关系 1 1 溶解度曲线、联结线、临界混溶点溶解度曲线、联结线、临界混溶点 图图12-4 溶解度曲线溶解度曲线2024/7/26 溶解度曲线将三角形相图分为两个区域：溶解度曲线将三角形相图分为两个区域：曲线以内的区域为曲线以内的区域为两相区两相区，以外的区域为，以外的区域为均相区。显然均相区。显然萃取操作只能在两相区内进萃取操作只能在两相区内进行行。 位于两相区内的混合物分成两个互相平位于两相区内的混合物分成两个互相平衡的液相，称为衡的液相，称为共轭相共轭相，联结两共轭液相，联结两共轭液相相点的直线称为相点的直线称为联结线联结线， 临界混溶点临
10、界混溶点是在一定溶质含量下两共轭是在一定溶质含量下两共轭相变为一相的临界点，其位置一般并不在相变为一相的临界点，其位置一般并不在溶解度曲线的最高点，常偏于曲线的一侧，溶解度曲线的最高点，常偏于曲线的一侧，将溶解度曲线分为左右两支。将溶解度曲线分为左右两支。2024/7/262 辅助曲线辅助曲线平衡联结线的内插平衡联结线的内插 一定温度下，三一定温度下，三元物系的溶解度曲线元物系的溶解度曲线和联结线是根据实验和联结线是根据实验数据而标绘的，使用数据而标绘的，使用时若要求与已知相成时若要求与已知相成平衡的另一相的数据，平衡的另一相的数据，常借助辅助曲线求得。常借助辅助曲线求得。图12-5 辅助曲线
11、2024/7/26 辅助曲线的辅助曲线的作法作法：通过已知点：通过已知点R R1 1、R R2 2、 分别作分别作BSBS边的平行线，再通过相应联结边的平行线，再通过相应联结线的另一端点线的另一端点E E1 1、E E2 2分别作分别作ABAB边的平行线，边的平行线，各线分别相交于点各线分别相交于点F F、G G、 ，联接这些交联接这些交点所得的平滑曲线即为点所得的平滑曲线即为辅助曲线辅助曲线。 利用辅助曲线可求任何已知平衡液相利用辅助曲线可求任何已知平衡液相的共轭相。的共轭相。设设R R为已知平衡液相，自点为已知平衡液相，自点R R作作BSBS边的平行线交辅助曲线于点边的平行线交辅助曲线于点
12、J J，自点自点J J作作ABAB边的平行线，交溶解度曲线于点边的平行线，交溶解度曲线于点E E，则点则点E E即为即为R R的共轭相点。的共轭相点。 2024/7/2612.1.412.1.4分配系数和分配曲线分配系数和分配曲线 1分配系数分配系数 一一定定温温度度下下，某某组组分分在在互互相相平平衡衡的的E相相与与R相相中中的的组组成成之之比比称称为为该该组组分分的的分分配配系系数数，以以表示，表示，即溶质即溶质A 组分组分B 、萃取相萃取相E中组分中组分A、B的质量分数的质量分数 、萃余相萃余相R中组分中组分A、B的质量分数的质量分数式中式中2024/7/26 分配系数分配系数k kA
13、A表达了溶质在两个平衡液相中表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系。显然，的分配关系。显然， k kA A值愈大，萃取分离的值愈大，萃取分离的效果愈好。效果愈好。 不同物系具有不同的不同物系具有不同的k kA A值；值； 同一物系，同一物系，其值随温度和组成而变。如第其值随温度和组成而变。如第类物系，一般类物系，一般k kA A值随温度的升高或溶质组成的增大而降低。值随温度的升高或溶质组成的增大而降低。一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时，一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时，k kA A值才可视为常数。值才可视为常数。对于对于S S与与B B部分互溶的物系，部分互溶的物系， k kA A值
14、随着联结线的斜率而变化值随着联结线的斜率而变化。 对于萃取剂对于萃取剂S与原溶剂与原溶剂B互不相溶的物系，互不相溶的物系，溶质在两液相中的分配关系与吸收中的类似。溶质在两液相中的分配关系与吸收中的类似。2024/7/26联结线的斜率联结线的斜率0kA1，yAxA联结线的斜率为联结线的斜率为0kA=1，yA=xA联结线的斜率联结线的斜率0kA1， yAxAkA值愈大，萃取分离的效果愈好。值愈大，萃取分离的效果愈好。2024/7/262 分配曲线分配曲线 由相律可知，温度、压力一定时，三组分体系两液相由相律可知，温度、压力一定时，三组分体系两液相呈平衡时，呈平衡时，自由度为自由度为1。故只要已知任
15、一平衡液相中的任。故只要已知任一平衡液相中的任一组分的组成，则其它组分的组成及其共轭相的组成就为一组分的组成，则其它组分的组成及其共轭相的组成就为确定值。确定值。换言之，温度、压力一定时，溶质在两平衡液相换言之，温度、压力一定时，溶质在两平衡液相间的平衡关系可表示为间的平衡关系可表示为 萃取相萃取相E中组分中组分A的质量分数；的质量分数； 萃余相萃余相R中组分中组分A的质量分数。的质量分数。 此即分配曲线的数学表达式。此即分配曲线的数学表达式。 2024/7/26B、S部分互溶时的分配曲线部分互溶时的分配曲线2024/7/26 对同一物系，当对同一物系，当温度降低温度降低时，时，S S与与B
16、B的的互溶度减小，即互溶度减小，即两相两相区增加，对萃取有利区增加，对萃取有利，如右图所示；但另一如右图所示；但另一方面，温度降低时会方面，温度降低时会使溶液的粘度增加，使溶液的粘度增加，不利于两相间的分散不利于两相间的分散混合和分离，因此萃混合和分离，因此萃取操作温度应作适当取操作温度应作适当的选择。的选择。 12.1.5 温度对相平衡的影响2024/7/2612.1.6 12.1.6 萃取剂的选择萃取剂的选择 选择合适的萃取剂是保证萃取操作能够正常进行且选择合适的萃取剂是保证萃取操作能够正常进行且经济合理的关键。萃取剂的选择主要考虑以下因素。经济合理的关键。萃取剂的选择主要考虑以下因素。1
17、 1 萃取剂的选择性及选择性系数萃取剂的选择性及选择性系数 萃取剂的选择性是萃取剂的选择性是指萃取剂指萃取剂S对原料液中两个组分对原料液中两个组分溶解能力的差异。溶解能力的差异。若若S对溶质对溶质A的溶解能力比对原溶剂的溶解能力比对原溶剂B的溶解能力大得多，即萃取相中的溶解能力大得多，即萃取相中 比比 大得多，萃余相大得多，萃余相中中 比比 大得多，那么这种萃取剂的选择性就好。大得多，那么这种萃取剂的选择性就好。 萃取剂的选择性可用选择性系数萃取剂的选择性可用选择性系数 表示，其定义表示，其定义式为式为 2024/7/262 影响分层的因素影响分层的因素为使两相在萃取器中能较快的分层，要求萃为
18、使两相在萃取器中能较快的分层，要求萃取剂与被分离混合物有取剂与被分离混合物有较大的密度差较大的密度差，特别是对，特别是对没有外加能量的设备，较大的密度差可加速分层，没有外加能量的设备，较大的密度差可加速分层，提高设备的生产能力。提高设备的生产能力。两液相间的界面张力对萃取操作具有重要影两液相间的界面张力对萃取操作具有重要影响。萃取物系的界面张力较大时，分散相液滴易响。萃取物系的界面张力较大时，分散相液滴易聚结，有利于分层，但界面张力过大，则液体不聚结，有利于分层，但界面张力过大，则液体不易分散，难以使两相充分混合，反而使萃取效果易分散，难以使两相充分混合，反而使萃取效果降低。界面张力过小，虽然
19、液体容易分散，但易降低。界面张力过小，虽然液体容易分散，但易产生乳化现象，使两相较难分离，因之，产生乳化现象，使两相较难分离，因之，界面张界面张力要适中。力要适中。2024/7/26 3 3 萃取剂回收的难易萃取剂回收的难易 萃取后的萃取后的E E相和相和R R相，通常以蒸馏的方法进行相，通常以蒸馏的方法进行分离。分离。萃取剂回收的难易直接影响萃取操作的费萃取剂回收的难易直接影响萃取操作的费用，从而在很大程度上决定萃取过程的经济性。用，从而在很大程度上决定萃取过程的经济性。因此，要求萃取剂因此，要求萃取剂S S与原料液中的组分的相对挥发与原料液中的组分的相对挥发度要大，不应形成恒沸物，并且最好
20、是组成低的度要大，不应形成恒沸物，并且最好是组成低的组分为易挥发组分。若被萃取的溶质不挥发或挥组分为易挥发组分。若被萃取的溶质不挥发或挥发度很低时，则要求发度很低时，则要求S S的汽化热要小，以节省能耗。的汽化热要小，以节省能耗。 4 4 萃取剂的其它物性萃取剂的其它物性 萃取剂应具有的一般工业要求：萃取剂应具有的一般工业要求：化学稳定性化学稳定性和热稳定性和热稳定性，对设备的，对设备的腐蚀性要小，黏度小，蒸腐蚀性要小，黏度小，蒸汽压低，无毒，汽压低，无毒， 不易燃易爆，来源充分，价格低不易燃易爆，来源充分，价格低廉等廉等。 通通常常，很很难难找找到到能能同同时时满满足足上上述述所所有有要要求
21、求的的萃萃取取剂剂，这这就就需需要要根根据据实实际际情情况况加加以以权权衡衡，以以保保证满足主要要求。证满足主要要求。2024/7/26第二节第二节 萃取过程的流萃取过程的流程与计算程与计算12.2.1单级萃取单级萃取12.2.2多级错流萃取多级错流萃取12.2.3多级逆流萃取多级逆流萃取12.2.4连续接触逆流萃取连续接触逆流萃取2024/7/26 萃取理论级：原料液与萃取剂在混合萃取理论级：原料液与萃取剂在混合器中经充分的液液相际接触传质，然后器中经充分的液液相际接触传质，然后在澄清器中分层得到在澄清器中分层得到相互平衡相互平衡的萃取相的萃取相E和萃余相和萃余相R的过程。的过程。【类似理论
22、板类似理论板】应用理论级的概念是为了便于对过程应用理论级的概念是为了便于对过程的分析。设计时，先求出所需的理论级的分析。设计时，先求出所需的理论级数，再根据经验得出的数，再根据经验得出的级效率级效率求实际的求实际的萃取级数。萃取级数。【类似板效率类似板效率】2024/7/2612.2.1单极萃取单极萃取一、单极萃取的流程一、单极萃取的流程二、单级萃取的计算二、单级萃取的计算1、萃取剂与原溶剂、萃取剂与原溶剂部分互溶部分互溶的体系的体系原料液原料液F萃取剂萃取剂S萃余相萃余相R萃取相萃取相E2024/7/26FREMERDG（1）图解计算法）图解计算法2024/7/26（2）解析计算法）解析计算
23、法2024/7/262、萃取剂与原溶剂、萃取剂与原溶剂不互溶不互溶的体系的体系萃取相中溶质萃取相中溶质A的浓度的浓度萃余相中溶质萃余相中溶质A的浓度的浓度2024/7/26当萃取剂为纯溶剂时，当萃取剂为纯溶剂时，Y0=0单级萃取的操作线方程单级萃取的操作线方程XFE1X1Y12024/7/2612.2.2多级错流萃取多级错流萃取一、多级错流接触萃取的流程一、多级错流接触萃取的流程2024/7/26图中每个圆圈代表一个理论级，主要图中每个圆圈代表一个理论级，主要包括以下两个部分：包括以下两个部分：（1）原料液与萃取剂进行充分接触传）原料液与萃取剂进行充分接触传质的混合器；质的混合器；（2）混合液
24、进行机械分离的分层器。）混合液进行机械分离的分层器。多级错流萃取流程既可用于间歇操作，多级错流萃取流程既可用于间歇操作，也可用于连续操作。也可用于连续操作。2024/7/26多级错流萃取的特点：多级错流萃取的特点：萃取操作中，每一级都加入新鲜的萃取剂，萃取操作中，每一级都加入新鲜的萃取剂，前一级的萃余相为后级的原料液，这种方式前一级的萃余相为后级的原料液，这种方式传质推动力大传质推动力大，可得到溶质组成很低的萃余，可得到溶质组成很低的萃余相，但是相，但是溶剂的用量较大溶剂的用量较大。适用于分配系数。适用于分配系数较大或萃取剂为水无需回收等情况。较大或萃取剂为水无需回收等情况。实验表明，相同总量
25、的萃取剂以实验表明，相同总量的萃取剂以每级加每级加入的量相等入的量相等时萃取效果最好。后续的加料方时萃取效果最好。后续的加料方式均为等量加入。式均为等量加入。2024/7/26二、多级错流萃取的计算二、多级错流萃取的计算1、萃取剂和原溶剂部分互溶的体系、萃取剂和原溶剂部分互溶的体系采用三角形相图求解采用三角形相图求解(1)按第按第1级原料液萃取剂得量和组成，确定第级原料液萃取剂得量和组成，确定第1级混合也得量和组成，得点级混合也得量和组成，得点M1(2)过点过点M1作联结线得经第一级萃取后得萃取相作联结线得经第一级萃取后得萃取相E1和萃余相和萃余相R;(3)按第按第2级进了级进了R1及萃取剂得
26、量和组成确定第及萃取剂得量和组成确定第2级混合液得梁河组成，得点级混合液得梁河组成，得点M2；(4)重复重复2和和3得方法的方法，直至第得方法的方法，直至第N级萃余相级萃余相RN浓度符合要求。浓度符合要求。2024/7/262024/7/262、萃取剂和原溶剂不互溶的体系、萃取剂和原溶剂不互溶的体系对第对第1级级：第第2到到N级级：(1)直角坐标图解法（分配曲线为曲线的情况）直角坐标图解法（分配曲线为曲线的情况）每一个萃取级中溶质物料衡算每一个萃取级中溶质物料衡算2024/7/26Y0Y3Y2Y1XFX1X2X3平平衡衡线线-B/S1-B/S2-B/S32024/7/26第一级平衡为第一级平衡
27、为Y1=mX1代入操作线得：代入操作线得：则有：则有：依次有：依次有：(2)解析法解析法分配曲线近似为过原点的直线：分配曲线近似为过原点的直线：设：设：称为萃取因数称为萃取因数2024/7/2612.2.3多级逆流萃取多级逆流萃取一、多级逆流萃取的流程一、多级逆流萃取的流程 2024/7/26二、多级逆流萃取的计算二、多级逆流萃取的计算1、萃取剂与稀释剂部分互溶的体系、萃取剂与稀释剂部分互溶的体系 FRNME1DR1E2R2E32024/7/26对第一级作总物料衡算对第一级作总物料衡算对第二级作总物料衡算对第二级作总物料衡算依此类推，对第依此类推，对第n级作总物料衡算级作总物料衡算对第一级与第
28、对第一级与第N级之间作总物料衡算级之间作总物料衡算2024/7/26操作点操作点2、萃取剂与稀释剂不互溶的体系、萃取剂与稀释剂不互溶的体系（1）直角坐标图解法）直角坐标图解法在任一级与第在任一级与第N级间作溶质级间作溶质A的物料衡算的物料衡算逆流萃取的操作线方程逆流萃取的操作线方程2024/7/26XYOEXFY1P1XNSE1P22024/7/26（2）解析法）解析法3、多级逆流萃取的最小溶剂用量、多级逆流萃取的最小溶剂用量XYOEXRXFk1k2kmaxMmax2024/7/2612.2.4连续接触逆流萃取连续接触逆流萃取一、连续逆流萃取的流程一、连续逆流萃取的流程 2024/7/26二、
29、连续逆流萃取的计算二、连续逆流萃取的计算1）理论级当量高度法）理论级当量高度法2）传质单元法）传质单元法当分配曲线为直线时，萃余相总传质单元数的解析计算式为：当分配曲线为直线时，萃余相总传质单元数的解析计算式为：2024/7/26例、每小时用例、每小时用45kg的纯溶剂的纯溶剂S对对A、B两组分混合两组分混合液进行萃取分离。已知稀释剂液进行萃取分离。已知稀释剂B的流量为的流量为30kg/h，原料液中溶质，原料液中溶质A的质量比组成为的质量比组成为0.3，操作条件下组分操作条件下组分B、S可视作不互溶，且相平衡可视作不互溶，且相平衡关系为关系为Y=1.5X。试比较如下三种萃取操作溶质。试比较如下
30、三种萃取操作溶质A的回收率的回收率A。单级平衡萃取；单级平衡萃取；将将45kg/h的萃取剂分成两等份进行两级错流的萃取剂分成两等份进行两级错流萃取；萃取；两级逆流萃取。两级逆流萃取。2024/7/26解：由于在操作条件下，组分解：由于在操作条件下，组分B、S可视作互可视作互不相溶，且分配系数不相溶，且分配系数K取作常数取作常数1.5，故可，故可用解析法求解最终萃余液组成用解析法求解最终萃余液组成Xn，则溶质，则溶质回收率可用下式计算：回收率可用下式计算：2024/7/26单级平衡萃取对溶质单级平衡萃取对溶质A作物料衡算得：作物料衡算得：B(XF-X1)=S(Y1-YS)30(0.3-X1)=4
31、5Y1另外有另外有Y1=mX1=1.5X1联解上两式可得：联解上两式可得：X1=0.09232024/7/26所以所以 将将45kg/h的萃取剂分成两等份进行两级错的萃取剂分成两等份进行两级错流萃取每级萃取剂加入量为：流萃取每级萃取剂加入量为：2024/7/26将有关数据代入下式，可解出将有关数据代入下式，可解出X22024/7/26两级逆流萃取两级逆流萃取将有关数据代入下式，可求得将有关数据代入下式，可求得X32024/7/26故得:2024/7/26第三节第三节 萃取设备萃取设备12.3.1常见的液液萃取设备常见的液液萃取设备12.3.2影响萃取操作的主要影响萃取操作的主要因素因素2024
32、/7/26萃取设备分类萃取设备分类萃取设备分类萃取设备分类萃萃取取设设备备分分类类按接触方式按接触方式按是否输入能量按是否输入能量级式接触级式接触(筛板塔、混合筛板塔、混合-澄清槽、搅拌填澄清槽、搅拌填 料塔、逐级接触离心机，等等料塔、逐级接触离心机，等等)微分接触微分接触(喷洒塔、填料塔、转盘塔、搅喷洒塔、填料塔、转盘塔、搅 拌挡板塔、脉动填料塔、脉冲筛拌挡板塔、脉动填料塔、脉冲筛 板塔、连续接触离心机，等等板塔、连续接触离心机，等等)有外加能量有外加能量(靠搅拌、振动、离心力，靠搅拌、振动、离心力， 上面除红字设备外均为有外上面除红字设备外均为有外 加能量萃取设备加能量萃取设备)无外加能量
33、无外加能量(筛板塔、喷洒塔、填料塔筛板塔、喷洒塔、填料塔)2024/7/2612.3.112.3.1几种主要萃取设备的结构及其特点几种主要萃取设备的结构及其特点几种主要萃取设备的结构及其特点几种主要萃取设备的结构及其特点1.1.1.1.混合混合混合混合- - - -澄清槽澄清槽澄清槽澄清槽混混合合器器沉沉降降槽槽重重相相出出口口轻相出口轻相出口料液料液溶剂溶剂此装置是典型级式萃取设备，此装置是典型级式萃取设备，每级包括混合器和澄清槽两部每级包括混合器和澄清槽两部分，可以单级使用，也可以多分，可以单级使用，也可以多级逆流、并流使用。级逆流、并流使用。其其主要优点主要优点是：传质效率高、是：传质效
34、率高、操作方便、可以处理含固体悬操作方便、可以处理含固体悬浮物的物料。浮物的物料。主要缺点主要缺点是：水平排列的多级操作占地面积大；每级都有是：水平排列的多级操作占地面积大；每级都有搅拌器，且级间流动需要泵，故设备费和操作费用大。搅拌器，且级间流动需要泵，故设备费和操作费用大。2024/7/262.2.2.2.筛板塔筛板塔筛板塔筛板塔筛孔板筛孔板降液管降液管相界面相界面相界面相界面轻相出口轻相出口重相出口重相出口重相入口重相入口轻相入口轻相入口如果轻液为分散相，如图所示，如果轻液为分散相，如图所示，分散相穿过各层筛板自下而上分散相穿过各层筛板自下而上流动，而作为连续相的重液则流动，而作为连续相
35、的重液则沿筛板横向流动，由降液管流沿筛板横向流动，由降液管流入下层筛板。轻液通过板上筛入下层筛板。轻液通过板上筛孔分散为液滴，与板上横向流孔分散为液滴，与板上横向流动的连续相接触传质。轻液在动的连续相接触传质。轻液在每层筛板上层空间形成一清液每层筛板上层空间形成一清液层，在两相密度差作用下，经层，在两相密度差作用下，经上层筛板再次被分散成液滴而上层筛板再次被分散成液滴而浮升，传质效率较高。浮升，传质效率较高。2024/7/263. 3.喷洒塔喷洒塔喷洒塔喷洒塔如图所示，喷洒塔是结构最简单如图所示，喷洒塔是结构最简单的传质设备，但传质效果差。的传质设备，但传质效果差。操作时，轻重两液体分别由塔底
36、操作时，轻重两液体分别由塔底和塔顶加入，在密度差作用下呈和塔顶加入，在密度差作用下呈逆流流动。两液体中一个为连续逆流流动。两液体中一个为连续相相(图示为重液图示为重液)充满塔内主要空充满塔内主要空间，而另一液体以液滴形式分散间，而另一液体以液滴形式分散于连续相，使两相传质。塔内两于连续相，使两相传质。塔内两端各有一澄清室，供两相分离。端各有一澄清室，供两相分离。两相分层界面位置可由阀门和两相分层界面位置可由阀门和形形管的高度控制。管的高度控制。分层界面分层界面重相重相轻相轻相重重相相出出口口轻轻相相出出口口2024/7/264.4.4.4.脉冲筛板塔脉冲筛板塔脉冲筛板塔脉冲筛板塔重液入口重液入
37、口轻液入口轻液入口轻轻液液出出口口重重液液出出口口筛孔板筛孔板喷头喷头往往复复泵泵通过往复泵通过往复泵(也可用压缩空气也可用压缩空气)使填料塔内造成脉冲。脉冲的使填料塔内造成脉冲。脉冲的加入，使塔内物料处于周期性加入，使塔内物料处于周期性变速运动中，重液惯性大加速变速运动中，重液惯性大加速困难，轻液则相反，这使两相困难，轻液则相反，这使两相产生较大相对速度，可使液滴产生较大相对速度，可使液滴尺寸减小，湍动加剧，两相传尺寸减小，湍动加剧，两相传质速率提高。脉冲筛板塔传质质速率提高。脉冲筛板塔传质效率高，但允许通过能力低。效率高，但允许通过能力低。2024/7/265.5.5.5.振动筛板塔振动筛
38、板塔振动筛板塔振动筛板塔轻轻液液出出口口重重液液出出口口筛孔板筛孔板重重液液入入口口轻轻液液入入口口如图示，塔内无溢流筛板不与如图示，塔内无溢流筛板不与塔体接触，而固定于一根中心塔体接触，而固定于一根中心轴上。中心轴由塔外曲柄连杆轴上。中心轴由塔外曲柄连杆机构驱动，以一定的频率和振机构驱动，以一定的频率和振幅做往返运动。当筛板向上运幅做往返运动。当筛板向上运动时，筛板上侧液体经筛孔向动时，筛板上侧液体经筛孔向下喷射，反之向上喷射，可大下喷射，反之向上喷射，可大幅度增加相接触表面和湍动程幅度增加相接触表面和湍动程度。此塔操作方便、结构可靠、度。此塔操作方便、结构可靠、传质效率高。传质效率高。20
39、24/7/266.6.6.6.转盘塔转盘塔转盘塔转盘塔重重液液入入口口轻轻液液入入口口重重液液出出口口轻液出口轻液出口固定盘固定盘转盘转盘多孔板多孔板见图示，在塔体内壁按一定见图示，在塔体内壁按一定间隔设置许多固定环，而在间隔设置许多固定环，而在旋转的中心轴上按同样的间旋转的中心轴上按同样的间隔装有许多圆形转盘。固定隔装有许多圆形转盘。固定环将塔内分成许多区间，每环将塔内分成许多区间，每一区间有一转盘对流体进行一区间有一转盘对流体进行搅拌，从而增大了相接触表搅拌，从而增大了相接触表面和湍动程度，固定环起抑面和湍动程度，固定环起抑制塔内轴向混合作用。制塔内轴向混合作用。此塔操作方便、传质效率高。
40、此塔操作方便、传质效率高。2024/7/26 萃取设备为两相传质设备，其强化基本方向与吸收、蒸萃取设备为两相传质设备，其强化基本方向与吸收、蒸馏塔设备无本质区别。由于液馏塔设备无本质区别。由于液-液两相间的密度差比气液两相间的密度差比气(汽汽)液相间密度差小得多，使得对萃取设备在结构与操作上液相间密度差小得多，使得对萃取设备在结构与操作上有许多特殊要求，这是在萃取设备的设计与选型中必须予有许多特殊要求，这是在萃取设备的设计与选型中必须予以充分考虑的问题。以充分考虑的问题。 萃取设备种类很多，可以按两相接触方式分为连续接触萃取设备种类很多，可以按两相接触方式分为连续接触设备与级式接触设备；按是否
41、有外加能量可分为有外加能设备与级式接触设备；按是否有外加能量可分为有外加能量与无外加能量两类。设备选型针对具体体系性质及工艺量与无外加能量两类。设备选型针对具体体系性质及工艺要求，考虑各种设备的优缺点，认真选择，力求达到最佳要求，考虑各种设备的优缺点，认真选择，力求达到最佳技术经济指标。技术经济指标。 萃取塔设备计算的主要内容是确定塔径和塔高，塔径决萃取塔设备计算的主要内容是确定塔径和塔高，塔径决定于塔内液泛速度，而塔高决定于传质过程速率定于塔内液泛速度，而塔高决定于传质过程速率12.3.2影响萃取操作的主要因素影响萃取操作的主要因素1物系的性质物系的性质物系的性质对萃取操作的影响主要体现在萃
42、取剂的性物系的性质对萃取操作的影响主要体现在萃取剂的性质方面，因此选择合适的萃取剂是关键。萃取剂须具备两质方面，因此选择合适的萃取剂是关键。萃取剂须具备两个特点：个特点：萃取剂分子至少有一个功能基团。萃取剂分子至少有一个功能基团。作为萃作为萃取剂的有机溶剂的分子中必须有相当长的烃链或芳香环。取剂的有机溶剂的分子中必须有相当长的烃链或芳香环。在工业生产中选用萃取剂时，还要综合以下各因素全在工业生产中选用萃取剂时，还要综合以下各因素全面考虑：面考虑：(1)选择性好；选择性好；(2)萃取容量大；萃取容量大；(3)化学稳定性；化学稳定性；(4)易与原料液相分层，不产生第三相和乳化现象；易与原料液相分层
43、，不产生第三相和乳化现象；(5)易于易于反萃取和分离；反萃取和分离；(6)操作安全性；操作安全性；(7)经济性；经济性；常用萃取剂大致可分为：中性含磷萃取剂、中性含氧常用萃取剂大致可分为：中性含磷萃取剂、中性含氧萃取剂、中性含硫萃取剂、酸性有机类萃取剂、胺类萃取萃取剂、中性含硫萃取剂、酸性有机类萃取剂、胺类萃取剂、螯合萃取、有机羧酸及有机磺酸萃取剂等。剂、螯合萃取、有机羧酸及有机磺酸萃取剂等。2024/7/262操作因素操作因素操作因素中影响最大的因素是温度。温度升高，操作因素中影响最大的因素是温度。温度升高，萃取剂萃取剂S与原溶剂与原溶剂B之间的互溶度将增大，使分层区缩之间的互溶度将增大，使分层区缩小。当温度升高到一定程度后，分层区可能会完全消小。当温度升高到一定程度后，分层区可能会完全消失，此时萃取操作将无法进行。另外，温度升高还可失，此时萃取操作将无法进行。另外，温度升高还可能引起腐蚀性增大等一系列不良影响。当然，应用低能引起腐蚀性增大等一系列不良影响。当然，应用低温又将增加冷冻操作的费用，还使物系粘度增大，传温又将增加冷冻操作的费用，还使物系粘度增大，传质系数降低。质系数降低。3设备的影响设备的影响萃取设备的性能必须与萃取对象相适应。萃取设备的性能必须与萃取对象相适应。2024/7/26
