第十一章第十一章 液液萃取液液萃取讲课：9学时 本章重点： 应用三角形相图和分配曲线描述萃取操作物系的平衡关系； 单级萃取流程； 多级错流萃取流程； 多级逆流萃取流程； 部分互溶物系萃取计算； 完全不溶物系萃取计算； 溶剂量计算.111.1 概述11.1.1 萃取流程溶质A+稀释剂B=原料溶剂S萃取相S+A（B）萃取相B + A （ S ）2 萃取萃取：利用混合物中各组份在某一溶剂中的溶解度的差异, 分离液-液混合物的单元操作。萃取操作包括下面三个过程：（1）混合过程：原料液和溶剂充分接触，各组分发生了不同程度的 相际转移，进行了质量传递。 （2）澄清过程：分散的液滴凝聚合并，形成的两相萃取相和萃余相由于密度差而分层。（3）脱除溶剂操作：萃取相脱除溶剂得到萃取液，萃余相脱除溶剂得到萃余液， 脱除溶剂操作常采用精馏操作。萃取所得的萃取相和萃余相中A、B组分的组成之间的变化:3萃取所得的萃取液和萃余液中A、B组分组成之间的变化： 萃取操作能在一定程度上分离液体混和物。 萃取操作应用范围萃取操作应用范围: (1) 液体混合物中各组份的挥发能力差异很小，即其相对挥发度接近1,采用精馏操作不经济。（2）液体混合物蒸馏时形成恒沸物。（3）欲回收的物质为热敏性物料，或蒸馏时易分解、聚合或发生其他变化。（4）液体混合物中含有较多汽化潜热很大的易挥发组份,特别是该组分又不是目标组分，利用精馏操作能耗较大。 萃取操作在工业上得到广泛应用，在石油化学工业尤为突出。在制药工业、食品工业、湿法冶炼工业、核工业材料提取和环境保护治理污染中均起到重要作用。 4511.2 液液-液平衡关系液平衡关系萃取操作混合物组成常用质量分率表示 (原则上可用任意单位表示)。 11.2.1三角形坐标三角形坐标1、三角形坐标、三角形坐标 三角形坐标可用来描述三元混合物的组成，三角形坐标可以是等边三角形,任意三角形,直角三角形等等，如图。等腰直角三角形更为常用。习惯表示法习惯表示法(1) 各顶点表示纯组份。(2) 每条边上的点为两组份混合物。(3) 三角形内的各点代表不同组成的三元混合物。62、 杠杆定律杠杆定律 质量分别为R和E的两种三元混合物,其组成分别为xA, xB, xS和yA,yB,yS ,两者混合后形成的新的混合物M，其质量由质量守恒定律求解，其组成 zA, zB, zS，在工程上常用图解法,即杠杆定律确定，M点称为R、E点的和点。混合物M的量：M=R+E(8.2.1) 混合物混合物M的组成的组成：如图8.2.4所示.在三角形坐标ABS，三个混合物组成点R、E和M在一条直线上,即M点位于R、E点的连接线上,且M点分RM和ME两线段之比与R、E两混合物质量之比存在如下关系： 78从量为M，组成为zA, zB, zS的三元混合液M中分离出量为R，组成是xA, xB, xS的混合物R，剩余混合物E的量由质量守恒定律求解，其组成yA,yB,yS用杠杆定律确定，R点称为M、E点的差点。 混合物混合物E的量：的量：E= M - R 混合物混合物E的组成：的组成：在三角形坐标ABS，三个混合物组成点R、E和M在一条直线上,即E点位于E、M点的延长线上,且RM和RE两线段之比与M、E两混合物质量之比存在有如下关系： 911.2.2三角形相图三角形相图 萃取操作中，若将溶质A在液-液两相之间的平衡关系，表示在三角形坐标中，就得到三角形相图。 一一 、溶解度曲线、溶解度曲线1. 相平衡数据的测定：相平衡数据的测定：(1)混合物总组成点在两相区内。(2)能得到完整的平衡数据。2. 溶解度曲线溶解度曲线 通常情况下联结线倾斜方向一致，但不平行。 在三角形相图中，如图8.2.7所示。溶解度曲线将混合物的整个组成范围划分成两个区域，溶解度曲线以内是两相区，以外是单相区，两相区是萃取过程的操作范围。3. 几类物系的溶解度曲线几类物系的溶解度曲线（1）第一类物系：A、S 完全互溶，根据B、S溶解度不同，分为：10a 部分互溶物系，即B、S部分互溶。 b 完全不互溶物系, 即B、S完全不互溶。（2） 第二类物系：具有两对部分互溶物的物系，即A、S,B、S部分互溶。4.辅助曲线辅助曲线 若已知若干对平衡液的组成，可以绘出辅助曲线，辅助曲线可作在三角形相图之内，亦可作在三角形相图之外。借助辅助曲线，由已知的某一相（R或E相），可求取其共轭相的组成。二二 、温度、压力对相平衡关系的影响、温度、压力对相平衡关系的影响(1)压力的影响 压力的影响较小,可忽略。(2)温度的影响 温度的影响敏感。一般情况下温度升高，溶解度增大 ,两相区减小,不利于萃取操作。111211.2.3分配曲线及分配系数分配曲线及分配系数 三元混合物系相平衡关系的另一种表示方法，可用溶质组分在液-液两相的分配关系描述。 一、一、 分配曲线分配曲线 将共轭相组成转换到直角坐标中得到的曲线，将三角形相图中溶质组分在共轭相萃余相R中组分xA和萃取相E中组分yA转换到直角坐标中，获得一条表示液-液两相平衡时溶质组分A的分配曲线。二二 、分配系数、分配系数 溶质A的分配系数：13yA = kA xA 溶剂B的分配系数： yB = kBxB 分配系数不仅和温度有关，而且与浓度有关。一般情况下，溶质浓度增加，分配系数随之降低；温度升高，分配系数亦随之降低。但溶质浓度较低时, 分配系数kA被视为常数。若溶质是电离物质，溶液PH值的变化也会引起分配系数的改变。 对于溶剂S和原溶剂B完全不互溶物系,浓度常用比质量分率X、Y表示,其分配系数表示如下： 14溶质A的分配系原溶剂B 的分配系数：15三三 、脱溶剂基分配曲线、脱溶剂基分配曲线 用互成平衡的萃取相和萃余相脱去溶剂后所得到的萃余液及萃取液的组成xA,xB和yA,yB描述平衡关系，即将xA和yA描绘于直角坐标中，即可获得脱溶剂基的分配曲线。1611.3 萃取计算萃取计算 11.3.1 单级萃取单级萃取一一 特点：特点：1.原料液与溶剂一次性接触。2.萃取相与萃余相相互平衡。3.生产中大多是间歇操作。 二二 计算：计算： 萃取操作物系的平衡关系一般难以表示为简单的函数关系，用三角形相图表示比较简便易行。基于杠杆定律的图解方法是常用的求解萃取计算的方法。萃取计算问题常分为如下两类：1.已知原料液的处理量F及组成xF（生产工艺确定）,给定溶剂用量S及组成s0，求萃取相E与萃余相R的量及组成y、x，及萃取液E与萃余液R的量及组成y、x。17方法： （1） 根据溶剂及原料液F的量和组成确定和点M。M=F+S=E+R（2） 图解试差确定E，R点(试差依据是萃取相E与萃余相R互成平衡)，利用杠杆定律确定萃取相E与萃余相R 的量，在三角形相图读出其组成。（3）联结SE和SR，并延长交AB边于E和R点，利用杠杆定律确定萃取液E与萃余液R的量，在三角形相图读出其组成y、x。182.根据给定的原料液及规定的分离要求（一般规定萃余相R的组成x或萃余液R的组成x），求溶剂S用量。方法： 根据分离要求确定R点，应用辅助曲线，确定E点，根据原料液组成，确定F点，连接F和ER，其交点既是F和S的和点，又是E、R的和点。利用杠杆定律求得溶剂S用量。19三三 、单级萃取的溶剂用量、单级萃取的溶剂用量 单级萃取的溶剂用量范围： 实际溶剂比是最小溶剂比的适当倍数。 1. 最小溶剂用量最小溶剂用量Smin 溶剂用量减少，点沿FS向F点靠近。M点达到R2点时，液-液两相混溶，破坏了萃取操作。故位于R2点时的溶剂用量为Smin。如图所示。当SSmin时，一般情况下 ，但萃取液的浓度 一般不是最大值（萃取液浓度最大时的溶剂用量求解请看下一部分）。20212.最大溶剂用量最大溶剂用量Smax 溶剂用量增加，点沿FS向S靠近。M点达到E1点时，液-液两相混溶，破坏了萃取操作。故M位于1点时的溶剂用量为 Smax。如图所示。 当SSmax时，一般情况下 22四四 、萃取液浓度最大时的溶剂用量、萃取液浓度最大时的溶剂用量 由S点作溶解度曲线的切线，由切点E可确定其共轭组成R，如果RE和FS的交点M在两相区内，由M确定的溶剂用量即为萃取液浓度最大时的溶剂用量；如果RE和FS的交点不在两相区内，萃取操作的最小溶剂用量即为萃取液浓度最大时的溶剂用量。见图232411.3.2多级错流萃取多级错流萃取一、一、 流程流程 多级错流萃取实际上就是多个单级萃取的组合。如图所示。 原料液F从第一级进入，依次通过各级与加入各级的溶剂Si进行萃取，获得萃余相R1，R2。末级引出的萃余相RN进入脱溶剂塔I脱除溶剂SR，获得萃余液RN。加入各级的溶剂S1，S2分别与来自前一级的萃余相进行萃取，获得的萃取相E1，E2分别从各级排出，通常汇集一起后进入脱溶剂塔II脱除溶剂SE，获得萃取液RE。回收的溶剂SR和SE一起返回系统循环使用。系统还应适量加入新溶剂以补充系统溶剂的损失。 2526二二 、特点、特点 萃取相溶质的回收率较高，溶剂耗量较大，溶剂回收负荷增加,设备投资大。三三 、计算、计算（）设计型计算已知原料液的处理量F及组成xF（生产工艺确定）规定各级溶剂用量Si和组成S0，求达到一定的分离要求所需的理论级数。（）操作型问题已知多级错流萃取设备的理论级数N，计算通过该设备的萃取操作，原料液所能达到的分离程度。 272811.3.3多级逆流萃取多级逆流萃取一、一、 流程流程 原料液F从第一级进入，依次经过各级萃取，成为各级的萃余相，其溶质组成逐级降低，溶剂S从末级第N级进入系统，依次通过各级与萃余相逆相接触，进行萃取，使得萃取相中的溶质组成逐级提高，最终获得的萃取相E1和萃余相RN通过脱溶剂塔I、II脱除溶剂，并返回系统循环使用。 见图二、二、 特点特点 连续逆流操作，混合物可分离程度较高。2930三三 、计算、计算（）设计型问题（）设计型问题 已知所用溶剂的组成S0、原料液量F和组成 ,在选 定溶剂用量S或溶剂比S/F的条件下，规定分离要求，即最终萃余相中溶质组成xN，求所需理论级数N。 多级逆流萃取过程中，离开每一级的萃取相和萃余相互成平衡，因此他们之间的关系利用平衡关系可以确定。若能通过物料衡算获得任意级萃余相Ri的组成xi和下一级萃取相Ei+1的组成yi+1之间的关系，多级逆流萃取问题可用类似精馏、吸收问题的计算方法进行求解。31总物料衡算：M点是F、S的和点，也是Ei、RN的和点各级的物料衡算各级的物料衡算第一级 第N级32第i级因此 i=0,1,2,(N-1) D是系统中任一端的净流率，亦是系统中各级间的两股物流Ei+1和RN的流率之差，即其净流率，是一常数，可设想为流率为D的虚拟物流。在三角形坐标，根据杠杆定律，D是E1、F和S、RN的公共差点，因此由FE1和RNS两线的延长线交点即可确定D点。Ei+1和Ri 联线的延长线亦交于D点，因此Ei+1 RN线称为级联线，各条级联线必相交于同一点D，D点称为多级逆流萃取的极点。上述关系称为多级逆流萃取的操作关系。3334方法：1逐级图解过程逐级图解过程 如图所示，在三角形相图利用溶解度曲线求解。Ri 和Ei互成平衡关系，E i+1 和Ri符合操作关系。1） 确定M点：由已知的F、S可确定M点。 M=F+S 2）确定E1点：由已知的M、RN点，可确定E1点。353）确定D点：由 可确定D点。4）确定Ei点：由 通过级联线可 确定E i+1 点。 由E1点通过平衡关系确定第一级萃余相组成点R1点，R1和D点联线和溶解度曲线相交于E2点 ,即为第二级萃取相组成点E2点，重复上述方法，交替使用平衡关系和操作关系，逐级求解，直至萃余相的组成 ，则N为所求的理论级数，所确定的Ri和Ei即为各级萃取相和萃余相的组成点。362在直角坐标利用分配曲线求解在直角坐标利用分配曲线求解1）确定平衡线：在直角坐标中画出物系的分配曲线。2）确定操作线：在三角形相图中给定的操作范围内，过极点D点画若干条级联线，与溶解度曲线相交于R1、E2；R2、E3；Ri、E i+1，将各组交点所对应的组成xi，y i+1转换到直角坐标中确定Ci点（i=1，2，N），即获得系统操作线，系统操作线两端交点是（xf，y1）和（xN，y0）。3）确定理论级数：从图中（xf，y1）点开始，在操作线和分配曲线之间画梯级直到 ，所得梯级数是系统所需的理论级数。 （）操作型问题（）操作型问题 已知多级逆流萃取设备的理论级数N，计算通过该设备的萃取操作，两相所能达到的分离程度。37利用试差法。先假设分离结果，即最终萃余相中溶质组成xN，应用设计型问题计算步骤求所需的理论级数N，与实际设备的理论级数比较，如果相符，假设正确；如果不符，应重新假设分离结果，重复计算，直至计算所需的理论级数N与实际设备的理论级数N相符，计算结束。 四四 、溶剂比（、溶剂比（S/F）对操作的影响对操作的影响 溶剂比的变化，将引起极点D的变化，导致理论级数的变化。S/F 较大， ，净物流从右向左流动。E1为F和D的和点，D点一定在三角形相图右侧。S/F减小，M点趋近于F点 ，E1点升高，D点远离S，欲完成规定的分离任务所需的理论级数将增加。S/F减小到某一值，D点距离S点无穷远，此时净物流D=0，各条级联线互相平行。S/F再减小，F为E1和D的和点，D点落在三角形相图左侧。净物流从左向右流动。38五五 、最小溶剂比、最小溶剂比1最小溶剂比最小溶剂比 S/F降低，操作线斜率趋于联结线斜率，当S/F降低到最小溶剂比(S/F)min时，P点（夹紧点）对应联结线和级联线重合，即 Ei=E i+1，此时，夹紧点附近各理论级无分离能力，欲完成规定的分离任务所需的理论级数是无穷多。最小溶剂比时极点D称为Dmin。其位置既和物系平衡关系有关，又和分离要求有关。2最小溶剂比的确定最小溶剂比的确定 为确定(S/F)min,需首先确定Dmin。根据最小溶剂比最小溶剂比（S/F)min时联线和级联线重合时联线和级联线重合，将三角形相图中操作范围内的联线延长，分别与级联线 相交。 39如果交点位于三角形相图左侧时，溶剂比越小，交点离溶剂比越小，交点离B点越近点越近。将联线延长和级联线的延长线相交得到的交点中将联线延长和级联线的延长线相交得到的交点中选离选离B点最远的点，即为所求的点最远的点，即为所求的Dmin。如图中D2点是Dmin点，所对应的溶剂比是最小溶剂比。而其余交点所对应的溶剂比更小，无实际意义。如果联线与级联线404142434411.3.4 微分接触式逆流萃取微分接触式逆流萃取 微分接触式逆流萃取操作是萃取相和萃余相逆流微分接触，如在空塔或填料塔内两相接触方式，使得两相中的溶质浓度沿流动方向发生连续的变化。确定完成规定分离要求所需塔高或填料层高度的计算如下。(1) 理论级当量高度法理论级当量高度法 式中 HETP- 是理论级当量高度，m； N- 是理论级数； H- 是塔高或填料层高度，m。 塔内相当于一个理论级分离能力的高度称为理论级当量高塔内相当于一个理论级分离能力的高度称为理论级当量高度度HETP。HETP的大小由物系、操作条件、和设备形式决定，可由实验获得。4546474811.4 完全不互溶物系的萃取计算完全不互溶物系的萃取计算 B和S完全不互溶物系的萃取相中溶剂S和萃余相中原溶剂B的量不随萃取过程而改变，因此用溶质组成以溶剂以溶剂S和原溶剂和原溶剂B为基准的比质量分数表示为基准的比质量分数表示，可简化计算过程。49完全不互溶物系的萃取计算一般采用直角坐标图解法和代数公式法。11.4.1单级萃取单级萃取 5051二二 、直角坐标图解法、直角坐标图解法 单级萃取的操作线方程。该操作线是一条直线,过C（XF，Y0），斜率是（-B/S），C点在分配曲线上。物系的平衡关系用分配曲线描述。52（1） 设计型问题。已知原料液处理量和组成，给定溶剂用量和组成，在图中可确定C（XF,Y0），按斜率（-B/S）作操作线，与分配曲线的交点D即为该过程获得的萃取相和萃余相的组成点。（2） 操作型问题。规定单级萃取的分离要求，如萃余相组成X，求所需溶剂用量，可在图中根据X确定D(X，Y)，连接C、D得到操作线CD，根据操作线斜率即可求出所需的溶剂用量。5311.4.2多级错流萃取多级错流萃取 一、流程一、流程 完全不互溶物系多级错流萃取的各物流流量和组成如图所示。 5455物系的平衡关系用分配曲线描述。（1） 设计型问题。设计型问题。 根据已知原料液量和溶剂用量确定各级操作线斜率（-B/Si），由已知的原料液和溶剂组成确定C1（XF，Yo），过C1点以（-B/S）为斜率作直线，和分配曲线交于D1(X1，Y1），D1点就是第一级萃取获得的萃取相和萃余相组成点， 是第一级操作线。再从C2(X1，Yo）重复以上过程，直到所得平衡组成点直到所得平衡组成点DN所对应的萃余相组成小于或等于规定的分离要求所对应的萃余相组成小于或等于规定的分离要求。如图所示，图中操作线和分配曲线相交的次数就是理论级数N。 （2）操作型问题操作型问题 萃取设备的理论级数是N，当以一定量溶剂萃取给定原料液时，为确定分离结果，也可应用上述图解方法。但是，如果计算分离原料液达到一定的分离要求时所需要的溶剂量时，需试差求解。5657二二 、代数公式法、代数公式法 5811.4.3多级逆流萃取多级逆流萃取一、流程、流程 完全不互溶物系的多级逆流萃取过程原理和流程和前面叙述的部分互溶物系完全相同，如图所示。但是，因为B、S完全不溶，该过程和解吸过程相似，因此可以采用和解吸完全相同的方法解决。 59二二 、直角坐标图解法、直角坐标图解法 对塔内任意第i级进行物料衡算：606162（2）溶剂比（）溶剂比（S/B）和最小溶剂比（和最小溶剂比（S/B)min 溶剂比（S/B）的大小影响需要的理论级数N。(S/B)和前述的（S/F）具有相似的意义，对过程产生相同的影响。当当（S/B）减小到最小溶剂比减小到最小溶剂比 时，塔内将产生一个夹紧点，为达时，塔内将产生一个夹紧点，为达到规定的分离要求需要的理论级数将是无穷多。到规定的分离要求需要的理论级数将是无穷多。63三、代数公式法三、代数公式法 通过物料衡算，得：64 对于操作型问题，如果已知理论级数N，确定原料液和溶剂的量和组成，首先赋予各级萃取相溶质的比质量分数Xi，确定Ei。经过多次迭代计算，使各级Xi相邻的两次计算值之差满足规定值，即可获得溶质组分在各级的比质量分数Xi。当萃取因子Ei是常数确定时，由于各级溶剂比（S/B）是常数，因此各级的分配系数ki也是常数k，即分配曲线是直线，则可简化为：65根据上式可绘制一列线图,如图所示。如果给定了原料液和溶剂组成，规定了分离要求，求出物系的分配系数和过程萃取因子后,可确定所需的理论级数N。反之，若给定理论级数，操作溶剂比和原料液等主要条件，也可由上式估算所能达到的分离要求。 如果分配曲线不是直线，可以采用曲线斜率的几何平均值替代分配系数。 6611.5溶剂的选择及其他萃取方法溶剂的选择及其他萃取方法11.5.1溶剂的选择溶剂的选择 溶剂的性质直接影响萃取操作的经济性，因此选择适宜的溶剂是萃取操作的关键。通常，溶剂选择需考虑以下几个问题。（1）溶剂的选择性）溶剂的选择性 所选溶剂应具有一定的选择性，即溶剂对混合液中各组分的溶剂对混合液中各组分的溶解能力具有一定的差异溶解能力具有一定的差异。萃取操作中溶剂对溶质的溶解度要溶剂对溶质的溶解度要大，对其他组份的溶解度要小大，对其他组份的溶解度要小。这种选择性的大小或选择性的优劣通常用选择性系数衡量。选择性系数类似于蒸馏过程的相对挥发度 ，反映了A、B组分溶解于溶剂S的能力差异。对于萃取操作， 越大，分离效果越好，应选择越大，分离效果越好，应选择 远大于远大于1的溶的溶剂。剂。67（2）溶剂容量）溶剂容量 萃取容量值限制了溶剂循环量。应选择具有较大萃取容应选择具有较大萃取容量的溶剂量的溶剂，使过程具有适宜的溶剂循环量，降低过程的操作费用。（3）溶剂与原溶剂的互溶度）溶剂与原溶剂的互溶度 溶剂与原溶剂的互溶度越小，两相区越大，萃取操作的范围越大。对于对于B、S完全不溶物系，选择性系数达到无穷完全不溶物系，选择性系数达到无穷大，选择性最好，对萃取操作有利。大，选择性最好，对萃取操作有利。（4）溶剂的可回收性）溶剂的可回收性 萃取过程溶剂的回收费用是整个操作的一项关键经济指标。因此有些溶剂尽管其他性能良好，但由于较难回收而被弃用。 68溶剂的回收一般采用蒸馏的方法。若溶质组分不宜挥发或挥发度较低，常采用蒸发、闪蒸等方法。此外还可采用结晶、反萃取等方法脱除溶剂。（5）溶剂的物理性质）溶剂的物理性质 影响萃取过程的主要物理性质有液液-液两相的密度差、界液两相的密度差、界面张力和液体粘度面张力和液体粘度等。这些性质直接影响过程的接触状态，两相分离的难易和两相相对的流动速度，从而限制了过程设备的分离效率和生产能力。两相密度差大，有利于两相的分散和凝聚，促进两相相对运动。一般选择的溶剂的表面张力较大。粘度大小将影响过程传质，粘度较低时，有利于两相的混合和传质，还能降低能耗。 此外，溶剂应具有良好的稳定性，不宜分解、聚合或和其他组分发生化学反应。同时还要求其腐蚀性小，毒性低，具有较低的凝固点、蒸气压和比热容，资源充足，价格适宜。 69选用的溶剂一般很难同时满足以上要求，因此应根据物系特点，结合生产实际，多方案比较，充分论证，权衡利弊，选择合适的溶剂。 11.5.2 其他萃取方法简介其他萃取方法简介 一、一、 回流萃取回流萃取 回流萃取是在常规逆流塔的一端或两端设置回流装置在常规逆流塔的一端或两端设置回流装置。如图所示，在塔上增加一个塔段，并在塔顶引入部分含溶质组在塔顶引入部分含溶质组成更高，且和萃取相不完全互溶的萃取液作为回流成更高，且和萃取相不完全互溶的萃取液作为回流，此过程使萃取相进一步增浓。原料液从塔中适宜位置加入，溶剂从塔底加入。进料级以上称为洗涤段或增浓段；进料级及其以进料级以上称为洗涤段或增浓段；进料级及其以下塔段称为萃取段或提浓段。下塔段称为萃取段或提浓段。 70 在提浓段，萃取相组成逐渐上升，萃余相组成逐渐下降，两相在各级接触中实现萃取。萃取相进入增浓段后，在上升过程中，和流下的含溶质组成更高的回流液接触，进一步萃取，使萃取相中溶质组成继续增加，从塔顶引出萃取相后进行脱溶剂操作，获得的萃取液一部分返回塔顶作为回流，其余作为产品排出，溶剂返回塔底循环使用。增浓段的回流液进入提浓段成为萃余相，在逐级下降过程中，和上升的萃取相逐级萃取，其溶质组成不断减少，当流到塔底时，组成降到最低。最后进行脱溶剂操作，溶剂返回系统循环使用。7172二二 、双溶剂萃取、双溶剂萃取 双溶剂萃取又叫分馏萃取或复合萃取分馏萃取或复合萃取，其流程如图所示。选择一种新溶剂，对溶质溶解度较小，对原溶剂溶解度较大，对溶质溶解度较小，对原溶剂溶解度较大，且和萃取溶剂且和萃取溶剂S部分互溶或完全不溶，此溶剂作为洗涤溶剂部分互溶或完全不溶，此溶剂作为洗涤溶剂，在逆流萃取塔顶加入。原料液从塔中适宜位置引入，萃取溶剂从塔底加入。进料级将塔分为两段。进料级以下包括进料级在内的塔段称为萃取段，进料级以上称为洗涤段。萃取段就是常规的多级逆流萃取，从萃取段流出的萃取相在洗涤段逐渐上升，和流下的洗涤溶剂多次逆向接触时，萃取相中原溶剂组分B则向萃余相-洗涤溶剂转移，从而使萃取相在洗涤段上升过程中经多次洗涤，原溶剂组分B含量不断下降，因此混合物得到进一步分离。当洗涤溶剂降到萃取段时，由于其对萃余相中原当洗涤溶剂降到萃取段时，由于其对萃余相中原溶剂组分具有较强的溶解能力，从而抑制了萃余相中原溶剂向溶剂组分具有较强的溶解能力，从而抑制了萃余相中原溶剂向萃取相的转移，促进了溶质和原溶剂在萃取段的分离萃取相的转移，促进了溶质和原溶剂在萃取段的分离。 737411.6 浸取和超临界气体浸取浸取和超临界气体浸取11.6.1 浸取浸取 浸取又称浸出、固液萃取浸出、固液萃取，还有浸滤、蒸煮、渗滤、洗涤、倾析、沉降、溶出等名称。是应用有机或无机溶剂将固体原料中的可溶性组分溶解，使其进入液相，再将不溶性固体和溶液分开的操作。一、一、 定义定义 浸取原料的可溶性组分称为溶质，固体原料中的不溶性组分称为载体，用于溶解溶质的液体称为溶剂或浸取剂，浸取所得的含有溶质的溶液称为溢流液、浸出液或上清液，浸取后的载体和残余的少量溶液称为残渣或浸取渣残渣或浸取渣。75二、二、 过程过程 浸取操作至少包含三个主要过程：第一，原料和浸取剂的充分混合和良好的液固相接触；第二，浸取液和残渣的分离；第三，溢流中溶质与溶剂的分离和溶剂的回收处理。三、三、 应用应用 浸取操作历史久远，现广泛应用于湿法冶金工业和油脂、湿法冶金工业和油脂、制糖等轻工、食品工业制糖等轻工、食品工业。例如，用硫酸溶液从氧化铜矿浸取铜，从锌的焙砂浸取锌，铀矿石的酸浸和碱浸，动植物油的有机溶剂浸取，以及用热水浸取含糖原料等等。近年来，膜技术和超临界浸取的发展使浸取技术得到新的进步。7611.6.2超临界气体萃取超临界气体萃取 处于超临界条件下的气体对于液体和固体具有显著的溶解能力，而且随着压力和温度的变化，溶解能力可在相当宽的范围内变化。用超临界温度和临界压力状态的气体为溶剂，使之与用超临界温度和临界压力状态的气体为溶剂，使之与液体或固体原料接触，萃取溶质，再将萃取液分离成溶质和溶液体或固体原料接触，萃取溶质，再将萃取液分离成溶质和溶剂的操作称为超临界气体萃取剂的操作称为超临界气体萃取。超临界气体又称为超临界流体，该流体属高密度气体或超高压气体高密度气体或超高压气体。 超临界气体萃取的主要特点是在被分离物中加入一种惰性气被分离物中加入一种惰性气体，使其处于临界温度和压力以上，体，使其处于临界温度和压力以上，即成为所谓的超临界气体，这时的载气尽管处于很高压力之下，也不能凝缩成为液体，而是始终保持气体状态。这种条件下，尽管温度不高，却有大量的难挥发性物质进入气相，与该物质在同温度下的蒸汽压相比高出一百多倍。倘若将这种富集了难挥发物质的载气压力降低，难挥发物质将从气相凝析出来，从而实现了溶质和气体溶剂的分离。临界或临界点附近的纯物质常被作为溶剂使用。77 如二氧化碳具有密度高、不燃性、无极性、无毒、安全、价格低廉和易于获得等优点，非常适宜用作超临界萃取的溶剂。超临界气体具有气体和液体的中间性质，粘度约为液体的百分之一，扩散系数约是液体的一百倍，因此萃取速度比用液体作溶剂时更有利。 为了使溶解度和选择性更好，可以加入第三种组分使之形成共沸混合物作为混合溶剂，加入的组分称为助溶剂。亦可使用比临界温度稍低的高压液体作为溶剂。超临界萃取的基本特点归纳如下：(1) 超临界萃取过程操作压力较高。超临界萃取过程操作压力较高。(2) 超临界萃取操作温度一般较低。超临界萃取操作温度一般较低。超临界气体可以在常温或不太高的温度下溶解或选择性溶解相当难挥发的物质，形成一个负载的超临界相，因此适用于热敏性和易挥发物质的分离。 (3) 超临界萃取同时应用了蒸馏和萃取原理，即与蒸汽压和相超临界萃取同时应用了蒸馏和萃取原理，即与蒸汽压和相分离都有关。分离都有关。78(4) 体系的沸点和溶解度与气体溶剂和溶质的种类有关。体系的沸点和溶解度与气体溶剂和溶质的种类有关。被萃取物质和超临界气体属于同类物质时，其溶解度和沸点（或蒸汽压）的次序有关；如果属于不同种类的化合物，必须同时考虑其化学亲和力，而且后者往往起主要作用。(5) 超临界气体的溶解能力与其密度有关，随密度增加而提超临界气体的溶解能力与其密度有关，随密度增加而提高，当密度恒定时，则随温度升高而增大。高，当密度恒定时，则随温度升高而增大。(6) 降低超临界相的压力，可以将其中难挥发物质凝析出来。降低超临界相的压力，可以将其中难挥发物质凝析出来。(7) 超临界气体兼有液体和气体的特点，其萃取效率一般要超临界气体兼有液体和气体的特点，其萃取效率一般要高于液体萃取，更重要的是它不会引起被萃取物质的污染，高于液体萃取，更重要的是它不会引起被萃取物质的污染，而且无需进行溶剂蒸馏。而且无需进行溶剂蒸馏。(8) 含有超临界气体混合物的相平衡，存在以下几种形式。含有超临界气体混合物的相平衡，存在以下几种形式。 当溶质在操作温度下是固体时，是气固平衡；溶质为液体时，是气液平衡。 超临界萃取研究始于20世纪60年代，作为新的分离技术，正式应用于70年代。目前，在化学工业，主要应用于废水中废水中微量有机物的去除、共沸混合物分离、有机化学品的制取微量有机物的去除、共沸混合物分离、有机化学品的制取等。79在医药工业及香料工业的应用有药品中有效成分的萃取，脂肪质的分离精制、天然香料的萃取、烟草脱尼古丁等。在食品工业中，用于植物油的萃取，咖啡和茶的脱咖啡因、天然色素的萃取等。能源工业和其他工业中的应用有煤的有效成分萃取，渣油脱沥青、重金属、废油的再生、吸附剂再生以及超临界气体色谱的应用等。超临界萃取技术目前已在大规模生产装置中获得应用的有从石油残渣油中回收各种油品，从咖啡中脱除咖啡因，从酒花中提取有效成分。 超临界萃取特别适用于提取和分离难挥发和热敏性物质特别适用于提取和分离难挥发和热敏性物质，而且对于进一步开发利用能源，保护环境，以及有机物的脱水等都具有潜在的重要意义。8011.7 萃取设备萃取设备 萃取设备为萃取操作提供重要且适宜的传质条件。 117.1设备分类设备分类 萃取设备按下述三个依据分类：产生逆流流动的方法；是逐级接触式还是微分接触式；实现相分离的手段。 萃取设备的分类方法通常有以下几种。（1） 按两相接触方式，分为逐级接触式和微分接触式逐级接触式和微分接触式。（2） 按外界是否输入机械能机械能划分。（3）按设备结构特点和形状，分为组件式和塔式组件式和塔式。 此外还有一类设备是离心萃取设备离心萃取设备。11.7.2 混合混合-澄清槽澄清槽 混合-澄清槽问世最早，如图所示。目前仍广泛使用。 混合-澄清槽有以下优点：（1）处理量大，级效率高。（2）结构简单，容易放大和操作。81（3） 两相流量比范围大，运转稳定可靠，易于开、停工。对物系适应性好，对含有少量悬浮固体的物料也能处理。（4） 易实现多级连续操作，便于调节级数。装置不需要高大厂房和复杂的辅助设备。 混合混合-澄清槽有以下缺点：澄清槽有以下缺点：（1）一般混合-澄清槽占地大，溶剂储量大。（2）由于需要动力搅拌装置和级间的物流输送设备，因此设备费和操作费较高。 828311.7.3塔式萃取设备塔式萃取设备 塔式萃取设备分为分为逐级接触式和微分接触式。在逐级接触的塔式萃取设备内，两相的混合和分离交替进行。在微分接触设备内，则分区进行。不同的塔式萃取设备分别采用了不同结构和方式以促进两相的混合和分离。一、一、 喷洒塔喷洒塔 喷洒塔又称喷淋塔，是微分接触式设备,见图。喷洒塔无任何内件，阻力小，结构简单，投资费用少，易维护。但两相很难均匀分布，轴向返混严重。分散相在塔内只有一次分散，无凝聚和再分散作用，因此提供的理论级数不超过1-2级，分散相液滴在运动中一旦合并很难再分散，导致沉降或浮升速度加大，相际接触面和时间减少，传质效率差。另外，分散相液滴在缓慢的运动中表面更新慢，液滴内部湍动程度低，传质系数小。 84二二 、筛板萃取塔、筛板萃取塔 筛板萃取塔是逐级接触式，依靠两相密度差，在重力作用下，使得两相进行分散和逆向流动。其结构类似气液传质设备的筛板塔。 筛板塔结构简单，造价低廉，尽管级效率较低，在许多工业萃取中得到了应用。特别是对于所需理论级数少，处理量大，且物系具有腐蚀性的萃取过程较为适宜。我国在芳烃抽提中应用筛板塔效果较好。 三、三、 填料萃取塔填料萃取塔85入86填料塔是液-液两相连续接触，溶质组成发生连续变化的传质设备。 填料萃取塔结构简单，造价低廉，操作方便，尽管级效率较低，在工业上仍有一定应用。一般在工艺要求的理论级小于3，处理量较小时，可考虑采用填料萃取塔。四四 、转盘萃取塔、转盘萃取塔 转盘萃取塔是1951年由Reman研究开发的萃取设备。转盘萃取塔结构简单，造价低廉，维修方便，操作弹性和通量较大，在石油化学工业得到较广泛的应用。该塔还可作为化学反应器。由于操作中很少堵塞，因此也适用于处理含有固体物料的场合。 8711.7.4萃取设备的选择萃取设备的选择 影响萃取操作的因素很多，如物系性质，操作条件和设备结构。针对某一物系，在一定的操作条件下，选择适宜的萃取设备以满足生产要求是十分必要的。选择萃取设备的考虑因素如下：（一） 稳定性及停留时间。（二） 所需理论级数。（三） 物系的分散与凝聚特性。（四） 生产能力。（五） 防腐蚀及防污染要求。（六） 建筑物场地要求。88