根据体系物性和分离要求选择萃取设备
萃取时物性参数： 1.两相密度差：两相流 动的推动力
2.界面张力：影响两相 混合和分散
3.粘度：影响分散相液 滴稳定性，传质系数大 小
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萃取单元操作的基本理论


液-液相平衡 萃取平衡理论级数和萃取过程的计算 液-液两相的流动特征 液-液相际传质 轴向混和（返混） 萃取设备的设计
Raffinate RN 198kg ( x A ) RN 0.025 ( xC ) RN 0.900 ( xS ) RN 0.075
乙二醇(A)-糠醛(S)-水(C)
S/F = 0.4，对于 (xA)Rn = 0.025
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操作点和操作线
F E1 Rn1 En RN S P
Raffinate (C)
( x S ) II ( S ) I (K S ) D I ( xS ) ( S ) II
VS S R VF F
选择性系数（分离系数）
AC
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( K A ) D ( xA ) II /( x A ) I ( KC ) D ( xC ) II /( xC ) I
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通常在以下数种情况下，采用萃取作为分离方法比蒸 馏更有效或有利：


对有机或水溶液中的无机物质的分离； 被分离物质的浓度很低(如油脂中色素和激素)； 高沸点低含量的物质的回收； 热敏性物质的回收； 对于依据混合物体系的化学性质而不是挥发度 而进行分离的情况； 对于非常接近于冰点或沸点的液体的分离（可 利用此时溶解度差异的增加）； 共沸体系的分离。
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对萃取技术的大规模研究和开发始于第二次世界大 战期间。当时，由于原子能研究和应用的需要，对于铀、 钍、钚等放射性元素的萃取提取和分离进行了开发研究， 开发研究了具有良好分离性能的萃取剂（溶剂），并发展 了相应的萃取设备如脉动塔和混和澄清槽等，使萃取技术 迅速走向了大规模的工业应用。当时萃取技术应用的另一 个重要进展是青霉素的提取，它与青霉素的深层发酵技术 一起，使青霉素的大规模低成本生产得以实现，成为二十 世纪医药工业重要的技术进步之一。
液-液三元体系的等温相图
(a)一对部分互溶组分(溶质与溶剂完全互溶)，为大部分体系的 情况； (b)两对部分互溶组分(溶质与溶剂部分互溶)，例如：正庚烷-苯 胺-甲基环己烷、苯乙烯-乙苯-二甘醇、氯苯-水-甲乙酮等。
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三角相图的解读
A
G F R E M
100 S
´ Ó Mµ ã × ÷Æ ½ Ð ß Ï AF £ ­ xC EF £ ­ xS CE £ ­ xA
Q
C
´ Ó Mµ ã × ÷´ ¹ Ö ±ß Ï MP £ ­ xA MQ £ ­ xC MR £ ­ xS
20 D P40 H 60
80
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共轭曲线：
对平衡结线的图解关联
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逆流萃取过程的平衡级数的计算
F = 料液的质量流率 S = 溶剂的质量流率 En = 离开第 n级萃取相流率 Rn = 离开第 n级的萃余相流率 (yi)n = 离开第n级的萃取相中组分 i的质量分率 (xi)n = 离开第n级的萃余相中组分i的质量分率
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转盘塔
转盘塔（RDC）是一种 常用的搅拌萃取塔。它的搅 拌组件是由装在中心轴上的 一系列圆盘组成，依靠转动 时转盘对流体的剪切力分散 液滴。装在塔壁处的一系列 定环起限制返混的作用。
转盘塔操作稳定、通量 大，在工业过程中得到了广 泛的应用。是最常用的萃取 设备之一。
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开式涡轮转盘塔



最小溶剂流量、操作相 比、回流比等 平衡级数 乳化和生成界面污物的 倾向 界面张力、两相密度差、 流体的粘度 是否有表面活性物质的 存在 萃取设备的类型 萃取设备的几何尺寸和 搅拌功率等
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溶剂的选择： 理想的萃取溶剂的特点




与被萃取相不互溶或只有很小的互溶度 对被萃取组分（溶质）具有大的饱和溶解度，对 溶质和被萃取相中的其它组分有高的选择性 必须考虑萃取后萃取相中的溶质的回收的难易 大的两相密度差、适中的界面张力、小的粘度以 及在操作条件下的稳定性 无毒、不燃或不易燃、无腐蚀性、成本低廉
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Karr 式振动筛板塔
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离心萃取机
Podbielniak 离心萃取机
离心萃取机特别适 用于两相密度差很小或 易乳化的物系，由于物 料在机内的停留时间很 短，因而也适用于化学 和物理性质不稳定的物 质的萃取，如从发酵液 中提取青霉素等抗生素。
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用于青霉素萃取的离心萃取机
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分配系数和选择性系数
Feed (C+A) Solvent (S) 分配系数（分配比）
( x A ) II ( A ) I (K A ) D I (xA ) ( A ) II ( xC ) II ( C ) I (K C ) D I ( xC ) ( C ) II
Extract (S+A) 相比
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平衡级数的确定
对于S/F = 0.4，和（xA)RN = 0.025，约需2.8平衡级。
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直角三角图解法
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多级逆流萃取的实验模拟
以四级模拟为例
F R3 R4
R1
R2
1
E1 E2
2
E3
3
E4
4
S
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液-液两相接触的流动特征和传质
液 - 液两相接触过程中，一个液相为连续 相，另一个液相为分散相，分散成液滴与连续 相接触。因此，液 - 液两相的流动特征与液滴 （或液滴群）的运动密切相关；相际传质即为 液滴与连续相之间的传质。
开式涡轮转盘塔是对 转盘塔改进而成。主要是 在转盘面向分散相流动方 向的一面加上三片窄的泵 式叶片，造成同一隔室内 上、下部分搅拌强度的差 异。其总的效果是在全塔 内形成较均匀的液滴分布 （较大的传质比表面）、 较强的液体湍动和较小的 返混。因而传质效率较转 盘塔有较大的提高。
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开式涡轮转盘塔与转盘塔的传质性能的比较
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第四章 萃取
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目录


简介 萃取设备 萃取过程的基本原理 萃取设备的设计 应用实例
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简介
液-液萃取也称为溶剂萃取。是一个重要的传质分离 过程。在液-液萃取过程中，含有待分离组分（溶质A） 的液相（料液F，为溶质 A溶解于载体 C的溶液，萃取后 成为萃余相），与另一个与之不互溶或部分互溶的液相 （溶剂S）接触，由于溶剂S也能溶解溶质A，但不能或极 少溶解C，溶质A通过相际传质进入溶剂S，成为萃取相E ，从而实现了对溶质 A的提取，即A和C的分离。这是一 个包含A、C和S的三元体系的萃取过程。 如果料液中含有多种溶质，由于溶剂S对它们的溶解度 不同，也可实现对它们的分离。
1.萃取级数很少时，如单级操作，简单易行。 2.级数很多时，几十甚至几百级，分离要求很 精细，要求保证稳定的级效率。 缺点： 1.占地面积大； 2.动力消耗大（电机传动阻力）； 3.密闭性差：萃取剂挥发损失，同时污染环境
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箱式混和澄清槽用于稀土萃取
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喷淋塔、填料塔和筛板塔
这三种萃取塔是 由常见的气液接触设 备发展而来。用喷嘴 实现其中一个液相 （分散相）在另一个 液相（连续相）中的 分散，靠两相的密度 差实现逆流流动。这 类塔的传质效率不是 很高。
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机械搅拌塔
如果界面张力较大、两相密度差较小、液体 粘度较大，单靠重力不足于使一个液相很好地分 散到另一个液相中，产生足够的传质相界面和湍 动。这些情况在液-液萃取中是常见的。这时，需 要通过外加机械能量的方法来促进液-液分散和流 体湍动，增加传质相界面，以及减少传质阻力。
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对于填料塔和筛板塔，可以通过使流体脉动的方法 来进行搅拌。脉动塔在核工业中得到了广泛的应用。然 而，更通常的方法是采用某种形式的转动搅拌（转盘塔） 或振动搅拌（振动板塔）的形式。 在 1947 年以前，如果要进行需要很多平衡级的萃取 过程，可以选择的设备主要是混和澄清槽，这需要大量 的马达、泵和复杂的管道。而各种搅拌塔的发明，使得 采用结构简单、效率高而成本低的萃取设备成为可能。
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现在萃取技术已在各方面获得了广泛的应用：



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、润滑油精制等； 湿法冶金，铀、钍、钚等放射性元素、稀土、 铜等有色金属、金等贵金属的分离和提取； 磷和硼等无机资源的提取和净化； 医药工业中多种抗生素和生物碱的分离提取； 食品工业中有机酸的分离和净化； 环保处理中有害物质的脱除等。
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F(C+A)
Feed C - Carrier
S
Solvent
Í ¡ Ý È Ï à E (S+A)
Extract
Ý Ó Í à à Ï R (C+É Ù Á ¿ A)
Raffinate
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由于溶质在两个液相中的分配平衡的限制， 通常通过一次液 - 液平衡接触不能完全达到分 离或提取率的要求。在这种情况下，需要通过 多级逆流接触才能达到要求。
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萃取设备



混和澄清槽 非机械搅拌塔 机械搅拌塔 离心萃取机
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不同的萃取体系的物性（粘度、密度差和界面张力等） 的变化范围很广，分离要求也不同。为此，萃取设备的种 类很多，以适应各种要求。有些萃取设备和汽液接触设备 （蒸馏、吸收、汽提等）很相似，如喷淋塔、填料塔、筛 板塔等，但这些设备通常只能用在物系粘度很小、密度差 较大、界面张力适中以及分离要求不是很高的场合。由于 液-液系统的特殊性，需要选择适合其特点的设备。 大部 分萃取设备都需外加机械能促进分散或两相分离，如机械 搅拌式萃取设备和离心式萃取设备。