多级逆流萃取的解析计算 组分B和S部分互溶时的图解计算法 溶剂比对逆流萃取理论级数的影响 最小溶剂比的计算

　　多级逆流接触萃取操作一般是连续的，其分离效 率高，溶剂用量少，故在工业中得到广泛的应用。

　　图11-34为多级逆流萃取操作流程示意图，萃取剂 一般是循环使用的，其中常含有少量的组分A和B， 故最终萃余相中可达到的溶质最低组成受溶剂中 溶质组成限制，最终萃取相中溶质的最高组成受 原料液中溶质组成的制约。

　　用解析方法计算萃取问题将溶解度曲线及 分配曲线拟合成数学表达式，而所得的数 学表达式皆为非线性，联立求解时必须通 过试差计算。在三角形相图上可以方便的 求解。

　　如图11-30ｂ所示，根据已 知解的度ｘ图F上,A及确规定定点的F及ｘ萃A在余溶相 的组成点R，过R作平衡连 结线RE与FS线交于M点， 与溶解度曲线交于E点。

　　萃取操作设备可分为级式接触和微分接触 两类 。本节主要讨论级式萃取过程的计算

　　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， 离开每级的Ｅ相和Ｒ相互为平衡。萃取操 作中的理论级概念和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。

　　在级式萃取设备内任选第m级，作为为考察 对象，对该级进行物料衡算，如图11-29所 示。

　　最后用分配曲线由yNA求出xNA。当xNA低于 规定数值，N即为所求的理论级。

　　某化工过程中，需要25℃的丁醇（S）萃取 间苯二酚（A）水（B）溶液中的间苯二酚， 原料液进料量为1kg/s，含间苯二酚 xF,A=0.03。操作采用的溶剂比（S/F）为0.1， 要求最终萃余相中含间苯二酚低于0.002。 已知操作条件下的相平衡关系为 yA=3.98xA0.68，yS =0.933-1.05 yA， xS=0.013-0.05 xA。试求逆流操作所需要的 理论级数。

　　根据工艺要求已知最终萃余相的溶质含量 xN,A。求理论级数N及离开每一级的萃取相 与萃余相流量及组成共6N个未知数。

　　11.3.1 萃取级内过程的数学描述 11.3.2 单级萃取的计算 11.3.3 多级错流接触萃取 11.3.4 多级逆流接触萃取 11.3.5完全不互溶物系萃取过程的计算 11.3.6 回流萃取 11.3.7 微分接触逆流萃取

　　1/Am为萃取因数。当各级所用的溶剂量均 相等，则各级的萃取因数为一常数（1/A）， 则可从第一级m=1（X0=XF）计算至最后一 级m=N，可最终算出萃余相含量XN为

　　假设萃取器相当于一个理论级，离开该级 的萃取相E和萃余相R成平衡，两相组成满 足相平衡方程式，得

　　在单级萃取操作中，原料量F及组成xFA、物 系的相平衡数据是已知的，规定萃余相组 成ｘA，可选择溶剂组成ｚA与ｚS，要求计 算溶剂用量、萃取相流量及以萃取相组成 ｙS与ｙA，萃余相流量及其中溶剂含量ｘS 等6个未知数。

　　在操作范围内，平衡线为通过原点的直线，即分 配系数K为一常数。则多级错流的理论级数可通 过解析计算。

　　图11-42为多级错流萃取中任意第m级有关 物流及组成，若假设溶剂中不含溶质A （Z=0），对其作物料衡算

　　单级萃取可以连续操作，也可以间歇操作， 各股物料的量以kg表示, 连续操作时，用 kg/h表示。进、出萃取器的各股物料与组成 如图11-30所示。则物料衡算式可具体简化 为

　　上述计算也可采用 图解计算，如图图 11-40b所示。由点 H（XF、Z）作一 直线，斜率为

　　多级错流萃取是上述单级萃取的重复计算，进出 各级的物流及图解计算可见图11-41所示。

　　对于一定的料液流量F及 组大成，ｘ混合F,A，点溶M越剂靠的近用S量，越 但以c点为限，如图11-31 所示，即c点的溶剂用量 为最大用量。超过此用量， 混合物将进入均相区而无 法操作。

　　与c点成平衡关系的萃余 相萃溶取质可含 达量 到ｘ 的最A,m低in为值单，级除 去溶剂后萃余液的最低含 量为ｘºA,min。

　　图11-40为一单级萃取 器，进出该萃取器的各 物料的流量及组成如图 所示，对萃取器进行物 料衡算

　　此种物系的萃取过程与气体解吸过程极为 相似，萃取相与萃余相只有两个组分。因 此微分接触式完全不互溶萃取过程的计算 与低含量气体吸收过程完全相同。

　　由于溶剂与稀释剂完全互不相溶，溶剂S与 稀释剂B均可视为惰性组分，其量在萃取过 程中均保持不变。组分的含量用质量比X （kg溶质/kg纯稀释剂）与Y（kg溶质/kg纯 溶剂）表示更为方便。

　　再以原料进入第1级为控制体，列出上述5 个方程可求出5个未知数，以后如此类推逐 级计算，直至yNA。

　　图中E′及R′点为从E相及R 相中脱除全部溶剂后的萃 取液及萃余液组成坐标点。

　　由于萃取过程的传质很复杂，为了避免直 接写出传质速率方程式的困难，引入理论 级的概念。

　　假设进入一个理论级的两股物料流Rm-1和 Em1，不论组成如何，经过传质后离开该 级的两股物料流Rm 和Em达到平衡。

　　和精馏一样，级式过程的数学描述也以每 一个理论级作为考察单元，即在每一级进 行物料衡算、热量衡算和级内传递过程的 特征方程。由于萃取过程的热效应一般较 小，因此其热量衡算式不考虑。

　　组成与相平衡的表示方法 单级萃取 多级错流萃取 多级错流萃取直角坐标图解法 多级逆流萃取 多级逆流萃取解析计算

　　当溶剂S与稀释剂B极少互溶，溶质组分的 存在在操作范围内对B、S的互溶度又无明 显影响，可近似将溶剂与稀释剂看作完全 不互溶。

　　精馏操作中回流比对理论板数有明显的影 响。在多级逆流萃取中，溶剂比S/F的大小 对指定分离要求所需要理论级数也有明显 的影响。当S/F减少时，理论级数会增加； 当S/F减少到某值时，理论级数增大到无穷 多，此时的溶剂比称最小溶剂比，该值可 通过逐次逼近法求出。

　　在多级逆流萃取操作中，原料液的流量F和 组成xF,A，最终萃余相溶质组成xn,A均由工 艺条件规定，萃取剂用量S和组成ys由经济 权衡而选定，要计算萃取所需的理论级和 离开任一级各股物料的量和组成。

　　图11-35 表示多级逆流萃取过程中物料进、 出各级的流向及参数。设待分离混合液的 流量F及组成xF,A、xF,S为已知，选定溶剂量 S并已知溶剂的组成zA与zS；