2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 1/120
第五章 液 -液萃取
5.1 概述
5.2 液 -液萃取相平衡
5.3 液 -液萃取过程的计算
5.4 新型萃取技术
5.5 液 -液萃取设备
本章总结－联系图
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5.1 概述
1.萃取原理
萃取：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, 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
单元操作 。 亦称溶剂萃取, 简称萃取或抽提 。
分离液体混合物的单元操作 。
选用的溶剂称为萃取剂, 以 S表示；
原料液中易溶于 S的组分, 称为溶质, 以 A表示；
难溶于 S的组分称为原溶剂 （ 或稀释剂 ）, 以 B表示 。
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2.萃取的分类
按组分数目分：
?多组元体系：原料液中有两个以上组分或溶剂为两种不
互溶的溶剂
?三元体系：原料液中含有两个组分，溶剂为单溶剂
按有无化学反应分：
?物理萃取：萃取过程中，萃取剂与原料液中的有关组分
不发生化学反应
?化学萃取
本章主要讨论三元体系的物理萃取。
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3.萃取过程
萃取操作的基本过程如图所示。将一定量萃取剂加入原料液中，然后
加以搅拌使原料液与萃取剂充分混合，溶质通过相界面由原料液向萃
取剂中扩散，所以萃取操作与精馏、吸收等过程一样，也属于两相间
的传质过程。搅拌停止后，两液相因密度不同而分层：一层以溶剂 S为
主，并溶有较多的溶质，称为萃取相，以 E表示；另一层以原溶剂（稀
释剂） B为主，且含有未被萃取完的溶质，称为萃余相，以 R表示。若
溶剂 S和 B为部分互溶，则萃取相中还含有少量的 B,萃余相中亦含有
少量的 S。
萃取操作示意图
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由上可知，萃取操作并未有得到纯净的组分，而是新的
混合液：萃取相 E和萃余相 R。 为了得到产品 A,并回收溶
剂以供循环使用，尚需对这两相分别进行分离。通常采用
蒸馏或蒸发的方法，有时也可采用结晶等其它方法。脱除
溶剂后的萃取相和萃余相分别称为萃取液和萃余液，以
和 表示。
E?
R?
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4.萃取操作的应用
对于一种液体混合物，究竟是采用蒸馏还是萃取加以分
离，主要取决于技术上的可行性和经济上的合理性。
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相对挥发度接近于 1或形成恒
沸物，若采用蒸馏方法不能分离或很不经济；
（ 2）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，能耗较大；
（ 3） 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。
（ 4）其它，如多种金属物质的分离，核工业材料的制取，
治理环境污染等。
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5.2 液 -液萃取相平衡
5.2.1 三角形坐标图及杠杆规则
1.三角形坐标图
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。
图 11-1 三角形相图
混合物的组成用质量分数表示。
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〖 说明 〗
?在三角形坐标图中,AB边以 A的质量分
数作为标度,BS边以 B的质量分数作为标
度,SA边以 S的质量分数作为标度。
?顶点分别代表一个纯组分,即顶点 A表
示纯溶质 A,顶点 B表示纯原溶剂（稀释
剂） B,顶点 S表示纯萃取剂 S。
?任意边上的任一点代表一个二元混合物
系，第三组分的组成为零 。例如 AB边上
的 E点，表示由 A,B组成的二元混合物系，
由图可读得,A的组成为 0.40，则 B的组
成为（ 1.0–0.40） = 0.60,S的组成为零。
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?三角形坐标图内任一点代表一个三
元混合物系 。 例如 M点即表示由 A,B、
S三个组分组成的混合物系 。 其组成可
按下法确定：过物系点 M分别作对边
的平行线 ED,HG,KF,则由点 E,G、
K可直接读得 A,B,S的组成分别为：
xA=0.4,xB=0.3,xS=0.3；
?在诸三角形坐标图中, 等腰直角三
角形坐标图可直接在普通直角坐标纸
上进行标绘, 且读数较为方便, 故目
前多采用等腰直角三角形坐标图 。
?实际应用时, 一般首先由两直角边
的标度读得 A,S的组成, 再根据归一
化条件求得 B的组成 。
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2.杠杆规则
如图所示，将质量为 mR,组成为 xA、
xB,xS的混合物系 R与质量为 mE,组成
为 yA,yB,yS的混合物系 E相混合，得
到一个质量为 m,组成为 zA,zB,zS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点的和点,R点与 E点称为差点。
和点 M与差点 E,R之间的关系可用
杠杆规则描述，即
(1)几何关系：和点 M与差点 E,R共
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。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 11/120
(2)数量关系：和点与差点的量之间
的关系符合杠杆原理，即，
a
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，则可确定另一个差点。
AA
AA
M
R
AA
AA
M
E
AA
AA
R
E
yx
yz
RE
ME
m
m
yx
zx
RE
MR
m
m
yz
zx
ME
MR
m
m
?
?
??
?
?
??
?
?
??
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 12/120
5.2.2 三角形相图
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，
①溶质 A可完全溶于 B及 S,但 B与 S不互溶；
②溶质 A可完全溶于 B及 S,但 B与 S部分互溶；
③溶质 A可完全溶于 B,但 A与 S及 B与 S部分互溶。
即
习惯上，将①、②两种情况的物系称为第 Ⅰ 类物
系，而将③情况的物系称为第 Ⅱ 类物系。
在萃取操作中，第 Ⅰ 类物系较为常见，以下主要
讨论这类物系的相平衡关系。
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5.2.2.1 溶解度曲线与联结线
1.I类物系
设溶质 A可完全溶于 B及 S,但 B与 S
为部分互溶，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 R0R1R2RiRnKEnEiE2E1E0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,Ei和 Ri，
联结两共轭液相相点的直线称为联结
线，如图中的 RiEi线 (i=0,1,2,……n) 。
萃取操作只能在两相区内进行 。
两相区
均相区 溶解度曲线
联结线混溶点 /分层点
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 14/120
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的液层，其
相点为 R0,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对共轭相的相点 Ri、
Ei (i=0,1,2,……n), 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。
若组分 B与组分 S完全不互溶，则点 R0与 E0
分别与三角形顶点 B及顶点 S相重合。
R0 E0
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 15/120
2.II类物系
一定温度下第 Ⅱ 类物系的溶解度
曲线和联结线见上图 。
3.联结线的斜率
通常联结线的斜率随混合液的组
成而变, 但同一物系其联结线的倾
斜方向一般是一致的, 有少数物系,
例如吡啶 –氯苯 –水, 当混合液组成
变化时, 其联结线的斜率会有较大
的改变, 如下图所示 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 16/120
5.2.2.2 辅助曲线和临界混溶点
1.辅助曲线（共轭曲线）
作用：
?已知 E(或 R)的组成，确定与之平衡
的 R(或 E)的组成
?确定临界混溶点
作法：
通过已知点 R1,R2,… 分别作 BS
边的平行线，再通过相应联结线的
另一端点 E1,E2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。
已知 R组成，求 E组成：
辅助曲线
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 17/120
2.临界混溶点
当三元混和液中溶质 A的含量逐渐增加时, 联
结线长度逐渐缩短, 当联结线无限短, 即当两个
组成点重合时, 溶液变成均一相, 相当于该系统
的临界状态, 称 此点为临界混溶点 。
作法：
延长辅助曲线, 与平衡曲线交点 P即为临界混
溶点 。
〖 说明 〗
?由于联结线通常都有一定的斜率, 因而临界混
溶点一般并不在溶解度曲线的顶点 。
? P点将溶解度曲线分为两部分：靠原溶剂 B一侧
为萃余相部分, 靠溶剂 S一侧为萃取相部分 。
?临界混溶点由实验测得, 但仅当已知的联结线
很短即共轭相接近临界混溶点时, 才可用外延辅
助曲线的方法确定临界混溶点 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 18/120
5.2.2.3 分配系数和分配曲线
1.分配系数
一定温度下，某组分在互相平衡的 E相与 R相中的组成之
比称为该组分的分配系数，以 表示，即 溶质 A k
B
B
A
A
A
x
y
k
x
y
k
B
RB
EB
RA
EA
??
??
中的质量分数在萃余相原溶剂
中的质量分数在萃取相原溶剂
中的组成在萃余相溶质
中的组成在萃取相溶质
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 19/120
〖 说明 〗
? 分配系数表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系。
? kA值愈大,yA与 xA差别愈大，物系愈易分离 。
? kA值与物系温度、组成、联结线的斜率有关。对一定物系，
在温度变化不大或恒温条件下，且溶质组成变化不大时,kA
值才可视为常数。
?对于萃取剂 S与原溶剂 B互不相溶的物系，溶质在两液相
中的分配关系还可表示成；
KXY
X
Y
RA
EAK
??
??
中的质量比在萃余相溶质
中的质量比在萃取相溶质
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 20/120
2.分配曲线
相律 f＝ C-φ+n
独立组分数 C=3，相数 φ＝ 2，影响因素 n＝ 2，所以自由度
f＝ 3。
〖 说明 〗
温度、压力、共轭相组成 yA,xA四个变量中，任意已知 3
个，物系状态即确定。当温度、压力一定时，三元体系中
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确定值。此时，溶质在两平
衡液相间的平衡关系可表示为
()AAy f x?
此即分配曲线的数学表达式 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 21/120
分配曲线的作法
① B,S部分互溶
以共轭相的萃余相组成 xA为 横坐标，以萃取相组成 yA为纵
坐标，则可在 yA～ xA直角坐标图上得到表示这一对共轭相组
成的点 N。 每一对共轭相可得一个点，将这些点联结起来 即
可得到曲线 ONP,称为分配曲线。
N
A yA
xF
P
B M S xA
P
ER
O
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 22/120
〖说明〗
?曲线上的 P点为临界混溶点。
?分配曲线表达了溶质 A在互成平衡的 E相与 R相中的分配关
系。若已知某液相组成，则可由分配曲线求出其共轭相的
组成。
?若 在分层区内 yA均大于 xA,即分配系数 kA＞ 1,则分配曲
线位于 y=x直线的上方，反之则位于 y=x直线的下方。
?若随着溶质 A组成的变化，联结线倾斜的方向发生改变，
则分配曲线将与对角线出现交点，这种物系称为等溶度体
系。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 23/120
① A与 S及 B,S部分互溶（第 II类物系）
有两对组分部分互溶时的分配曲线
采用同样方法可作出有两对组分部分互溶时的分配曲线，
如上图所示。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 24/120
5.2.2.4 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。
图示为温度对第 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
进行。 温度对互溶度的影响（ I类物系 ）
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 25/120
5.2.2.4 温度对相平衡的影响（续）
〖说明〗
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 T1时为第 Ⅱ 类
物系，而当温度升至 T2
时则变为第 Ⅰ 类物系。
图 11-10 温度对互溶度的影响（ II类物系）
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 26/120
5.2.3 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经济合理的关键。
萃取剂的选择主要考虑以下因素 。
1.萃取剂的选择性及选择性系数
萃取剂的选择性：萃取剂 S对原料液中两个组分溶解能力的差
异。
若 S对溶质 A的溶解能力比对原溶剂 B的溶解能力大得多，即萃
取相中 yA比 yB大得多，萃余相中 xB比 xA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 β表示，其定义式为
B
A
B
B
A
A
B
A
B
A
k
k
x
y
x
y
x
x
y
y
B
A
B
A
???
?
的质量分数萃余相中
的质量分数萃余相中
的质量分数萃取相中
的质量分数萃取相中
?
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 27/120
〖说明〗
?若 β ＞ 1,说明组分 A在萃取相中的相对含量比萃余相中
的高，即组分 A,B得到了一定程度的分离，显然 kA值越大，
kB值越小，选择性系数 β 就越大，组分 A,B的分离也就越
容易，相应的萃取剂的选择性也就越高；
?若 β =1，则 kA=kB，即萃取相和萃余相在脱除溶剂 S后将
具有相同的组成，并且等于原料液的组成，说明 A,B两组
分不能用此萃取剂分离，换言之所选择的萃取剂是不适宜
的。
?萃取剂的选择性越高，则完成一定的分离任务，所需的
萃取剂用量也就越少，相应的用于回收溶剂操作的能耗也
就越低。
?当组分 B,S完全不互溶时,yB=0,则选择性系数趋于无
穷大，显然这是最理想的情况。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 28/120
5.2.3 萃取剂的选择（续）
2.原溶剂 B与萃取剂 S的互溶度
如前所述，萃取操作都是在两相区
内进行的，达平衡后均分成两个平衡
的 E相和 R相。若将 E相脱除溶剂，则
得到萃取液，根据杠杆规则，萃取液
组成点必为 SE延长线与 AB边的交点，
显然 溶解度曲线的切线 与 AB边
的交点 即为萃取相脱除溶剂后可
能得到的具有最高溶质组成的萃取液,
其组成为,由图可知,选择与组
分 B具有较小互溶度的萃取剂 S1比 S2
更利于溶质 A的分离。
（ a） 组分 B与 S1互溶度小；
（ b） 组分 B与 S1互溶度大
互溶度对萃取操作的影响
E
E
'maxSE
'maxE
'maxy
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 29/120
5.2.3 萃取剂的选择（续）
3.萃取剂回收的难易与经济性
萃取后的 E相和 R相，通常以蒸馏的方法进行分离。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。因此，要求萃取剂 S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
发度很低时，则要求 S的汽化热要小，以节省能耗。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 30/120
5.2.3 萃取剂的选择（续）
4.萃取剂的其它物性
?密度差：萃取剂与被分离混合物有较大的密度差 (特别是对没有外加
能量的设备 )，可使两相在萃取器中能较快的分层，提高设备的生产能
力。
?界面张力：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，虽然液体容易分散，但易产生乳化现
象，使两相较难分离，因之，界面张力要适中。
?溶剂的粘度：溶剂的粘度低，有利于两相的混合与分层，也有利于流
动与传质，故当萃取剂的粘度较大时，往往加入其它溶剂以降低其粘度。
?其它因素：如具有化学稳定性和热稳定性，对设备的腐蚀性要小，来
源充分，价格较低廉，不易燃易爆等。
通常, 很难找到能同时满足上述所有要求的萃取剂, 这就需要根据实
际情况加以权衡, 以保证满足主要要求 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 31/120
5.3 液 -液萃取过程的计算
5.3.1 单级萃取的计算
5.3.2 多级错流萃取的计算
5.3.3 多级逆流萃取的计算
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 32/120
??
?
化学萃取
物理萃取
??
?
多元萃取
三元萃取
??
?
分级接触式
连续接触式
连续 接触式
原料液 萃取剂 S S S
R
1
R
2
R
3
E
1
E
2
E
3
分级接触式
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 33/120
R i- 1 R i
i
E i- 1 E i
理论级
实际级数等于理论级数除以级效率 。 级效率通过实验
测定 。
分级接触式萃取计算中，无论单级还是多级，均假设各
级为理论级。
理论级,离开的两相 Ri,Ei呈相平衡关系
A
B S
Ri M
Ei
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 34/120
5.3.1 单级萃取的计算
5.3.1.1 B,S部分互溶物系 (I类 )
已知,F(质量或质量流量 ),xF,yS,xR（ 组成均为 A的质
量分数 ）, 相平衡关系 。
求：
?和点 M的量及组成；
?R,E两相的量及组成
?R’,E’两相的量及组成
?Smin,Smax,S的量
萃
取
设
备
回收
设备 'Rx,'R
回收
设备 'Ey,'E
Rx,R
Ey,E
ES
RS
Fx,F
Sy,S
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 35/120
一、确定混和液 M的量及组成
1.已知,F,S,xF,yS
(1)杠杆规则法：
在图中确定 M点
M的量：
M的组成：读图。
M
A
B S
FMF
MFFS
MF
MS
S
F ???
MS
SFFM
SF
MS
M
F ???
(2)物料衡算法：
M点其它组成读图。
SF
SyFxx
MxSyFx
MSF SF
M
MSF ?
???
?
?
?
??
??
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 36/120
一、确定混和液 M的量及组成（续）
2.已知,F,xF,yS,xR
步骤：
找到 F,S点，作 FS直线；
根据 xR和辅助曲线，找到 R,E点，
连 R,E交 FS线于 M,读图得 M点组
成；
M的量：
M
A
B S
F
MS
SFFM ?
R
E
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 37/120
二、确定 R,E的量及组成（ M点已知情况下）
1.xR未知
步骤：
? 试差作图法求的 R,E相的组成。找任一
点 R过辅助曲线求 E点，连 R,E,若 RE线过
M点，则试差成功，反之，再试差。试差成
功后，读图得 R,E相组成；
? R,E的量,M
A
B S
F
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
??
??
?
?
?
?
?
??
?
EMR
xy
xx
ME
MxEyRx
MER
EMR
RE
MR
ME
RE
RM
MER
物料衡算：
杠杆规则：
R
E
2.xR已知
连 RM点并延长得 E点，读图得 R,E组成，利用杠杆规则或物料
衡算计算 R,E的量。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 38/120
三、确定 R’,E’的量及组成（已知 M,F,S,R,E各点）
步骤：
?连 S,E,交 AB边于点 E’,连 S,R，
交 AB边于点 R’，读图得 R’,E’相组
成；
?R’,E’的量：
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
??
??
?
?
?
?
?
??
?
'EF'R
xy
xx
FE'
FxEyxR'
F'E'R
'EF'R
'E'R
'FR
FE'
'
R
'
E
'
RF
F
'
E
'
R
物料衡算：
杠杆规则：
M
A
B S
F
R
E
'E
'R
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 39/120
四、确定 S,Smin,Smax的量
1.S的量
2.Smin的量
向原料液中不断加入萃取剂，当三元物系
的组成点位于 G点时，溶液开始出现分层，
此时萃取剂用量为 Smin。 计算方法：
3.Smax的量
前述基础上，继续加萃取剂，当三元物系
组成点位于 H点时，溶液由两相变为均一相，
此时萃取剂用量为 Smax。 计算方法：
?
?
?
??
??
?
GSm i nF
m i n
m i n
xGySFx
GSF
GS
GF
F
S
物料衡算：
杠杆规则,M
A
B S
F G
H
。计算或由 S S / FMSMFFS ?
??
?
??
???
HSm axF
m axm ax
xHySFx
HSF
HS
HF
F
S 物料衡算：或杠杆规则：
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 40/120
ERSF SYBXSYBX ???
? ? SFRE YXXSBY ????
相平衡关系, ? ?RE XfY ?
Y
Y
E
斜率
S
B
?
(X
F
,Y
S
)
0 X
R
X
- - -- -- -- -- -- 操作线 过点（ X F,Y S ），（ X R,Y E ）
5.3.1.2 B,S完全不互溶 (I类 )
B,S完全不互溶时，用质量比表示组成更
方便。
对萃取设备进行物料衡算：
萃
取
设
备
RX,B
EY,S
FX,B
SY,S
将操作线和平衡线 (分配曲线 )标绘在 Y~X
图上，如图示。
操作线与分配曲线的交点坐标 (XR,YE)即为
萃取相 E和萃余相 R的组成。
若分配系数为常数，则平衡关系为：
Y=KX,此时可联立操作线方程和平衡方程
求解 XR,YE。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 41/120
A
B S
例 1采用纯溶剂进行单级萃取 。 已知料液组成 xF=0.3 (质量
分率, 下同 ),选择性系数为 6,在萃余相中,
kA < 1, 溶解度曲线如图所示 。 试求：
（ 1） 萃取液量与萃余液量的比值；
（ 2） 溶剂比 S/F是最小溶剂比 （ S/F） min多少倍？ （ 用线段
表示 ）
25.0?BA xx
S
F, x
F
R, x
R
R ?,x ?
R
E ?,y ?
E
S, y
S
E, y
E
S
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 42/120
A
B S
202501,x.xxxx 'A'
A
'
A
B
A ???
??
60
6
250
1
11
.y
.y
y
x)y(
xy
xy
xy
'
A
'
A
'
A
B
'
A
A
'
A
BB
AA
??
??
?
?
?
???
解：（ 1） 萃取液量与萃余液量的比值
25.0?BA xx
纯溶剂,xF=0.3, 选择性系数为 6，
kA < 1
图解法,找到点 F,E?,R?,然后应
用杠杆原理求 E?,R?的大小。
S
F, x F R, x R
R ?,x ’ R
E ?,y ’ E
S, y S E, y E
S
F
E?
R?EF FRRE ????? 313060 2030 ???????,.,.xy xx F'A 'AF
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 43/120
?
?
?
????
????
F
'
A
'
A FxyExR
FER
3
1
3060
2030 ?
?
??
?
??
?
?
..
..
xy
xx
R
E
F
'
A
'
AF
解析法：
解：（ 1） 萃取液量与萃余液量的比值
单级萃取计算举例
S
F, x F R, x R
R ?,x ’ R
E ?,y ’ E
S, y S E, y E
S
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 44/120
A
B S
E
E’
R’
F
R
? ?
MS
GS
GF
MF
GSGF
MSMF
FS
FS
m i n
??
?
M
?
G
?
解,（ 2） 溶剂比 S/F是最小溶剂比（ S/F） min多少倍？
（用线段表示）
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 45/120
5.3.2 多级错流萃取的计算
若将几个单级接触萃取设备串联使用, 而在每一级中均加入新鲜溶
剂, 使萃余相与溶剂的流动呈错流方式的萃取过程, 称为多级错流萃取,
如图所示 。 原料液 F从第 1级进入, 与新鲜溶剂 S1接触达平衡后, 将萃余
相 R1引入第 2级萃取器与溶剂 S2接触达平衡后, 萃余相 R2引入第 3级与 S3
继续接触萃取, ……, 直到第 n级, 当萃余相 Rn中所含溶质组成达到规
定时为止 。
经单级萃取得到的萃余相中往往含溶质较多, 要想得到低组成的萃
余相, 需要大量的溶剂 。
为了用较少的溶剂萃取出较多的溶质，可采用多级萃取过程，按加
料方式分为多级错流萃取和多级逆流萃取过程 。
S1 S2
SE
1 2 n
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 46/120
5.3.2 多级错流萃取的计算
多级错流萃取过程的特点是：
?萃余相顺序通过各级, 并与新鲜溶剂接触进行萃取, 传质
推动力大, 萃取效果好；
?最终得到的萃余相 Rn脱除溶剂 SR得萃余液 R’； 而各级所
得萃取相 E1,E2,…, En分别排出, 然后汇集在一起脱除溶
剂 SE,得萃取液 E’,溶剂回收循环使用, 溶剂回收设备简单；
?因每级均加入新鲜溶剂, 故溶剂耗用量大, 回收费用高,
而且萃余液 A组分浓度低 。
操作在混合澄清槽中进行 。
计算内容：规定了各级溶剂用量及其组成，确定达到一
定分离程度所需的理论级数。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 47/120
5.3.2.1 B,S部分互溶时理论级数（ I类）－ 三角形坐标图解法
原料液,A,B二元溶液
萃取剂：纯溶剂
步骤：
?绘制溶解度曲线和辅助曲线；
?据 F,xF,S1确定第一级混和液组成点
M1的量及组成；
?用试差作图法作联结线 R1E1,确定
R1,E1组成及 R1量；
?据 R1,x1,S2确定第二级混和液组成点
M2的量及组成；
?用试差作图法作联结线 R2E2,确定
R2,E2组成及 R2量；
?重复上述步骤至第 n级，使 xn≤x时为
止。
M1
A
B S
F
M2
R1
E1 E
2
R2 E
n
Rnxn
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 48/120
〖说明〗
?每使用一次平衡关系，即每绘制一条联结线，说明经历
一个理论级，故所作联结线得数目 n即为所需的理论级数；
?溶剂总用量为各级溶剂用量之和。各级溶剂用量可用相
等，也可不等，但据计算知，只有在各级溶剂用量相等时，
达到一定的分离程度，溶剂的总用量为最少；
?若溶剂中含有 A,B组分，则其组成点位于靠近顶点 S的三
角形内均相区；
?若溶剂中只含有 A组分，则其组成点位于靠近顶点 S 的 AS
边上；
?若溶剂中只含有 B组分，则其组成点位于靠近顶点 S 的 BS
边上。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 49/120
5.3.2.2 B,S不互溶或互溶度极小时的理论级数－ 直角坐标图
解法
1.原理：
对第 i级作溶质 A的物料衡算：
上式为操作线方程，表示离开任
一级萃取相组成 Yi与萃余相组成 Xi
间关系。此线为斜率为 -B/S,过点
(Xi-1,YS)的直线。
据理论级的假定，离开任一级的
Yi,Xi处于平衡状态，则操作线与分
配曲线的交点为 (Xi,Yi)。
因此，从第一级开始，连续绘制
操作线，至第 n级止。
i
S,YS
S,Yi
B,Xi-1 B,Xi
?
?
??
?
? ?????
???
?
?
Siii
iiSi
YX
S
BX
S
BY
SYBXSYBX
1
1
Xi Xi-1 X
Y
YS
Yi
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 50/120
5.3.2.2 B,S不互溶或互溶度极小时的理论级数（续）
图解步骤：
?在 Y～ X直角坐标中绘制分配
曲线；
?作第一级操作线。过点 (XF,YS)，
斜率为 -B/S的直线，交分配曲线
与点 E1；
?作第二级操作线。过点 E1作垂
线，交 Y=YS于点 V(X1,YS),过
点 V(X1,YS), 斜率为 -B/S的直线，
交分配曲线与点 E2；
?重复上述步骤至 Xn≤X为止。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 51/120
5.3.3 多级逆流萃取的计算
原料液 F以相反方向从第一级加入，逐次通过各级后，
溶质组成逐级下降，萃余相由最后一级排出。萃取剂 S在
最后一级加入，逐次通过各级，溶质组成逐级提高，萃
取相最终由第一级排出；萃取相 E1及萃余相 Rn经脱除溶
剂后得到 E′ 和 R′, 溶剂则返回循环使用。
SR
S
yS
En
yn
E3
y3E2y2E1y1
SE xF
F
x1
R1
x2
R2
xn-1
Rn-1
xn
Rn
1 2 n
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 52/120
多级逆流萃取的特点：
?第一级中, 萃取相与含溶质 A最高的原料液接触, 使 最终
萃取相 E1中的 A组分含量达到最高 ；
?最后一级中, 萃余相 Rn-1与含溶质 A最少的新鲜溶剂相接
触, 因而使 最终萃余相 Rn中的 A组分降到最低 。
因此该流程 可用较少的萃取剂达到较高的萃取率, 应用
较广 。
多级逆流萃取为连续操作过程, 可 在多级混合 — 澄清槽
中进行, 亦可在 塔式设备中进行 。
计算内容, 已知 原料液量 F(kg/h)及其组成 xF,选定溶剂
用量 S及其组成 ys的条件下,计算 最终萃余相组成降至规定
值 xn时所需的 理论级数
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 53/120
SR
S
yS
En
yn
E3
y3
E2
y2
E1
y1
SE xF
F
x1
R1
x2
R2
xn-1
Rn-1
xn
Rn
1 2 n
5.3.3.1 B,S部分互溶物系 (I类 )
1.三角形坐标图上的逐级图解法
原理：
总物料衡算,F+S=E1+Rn 即 F-E1=Rn-S
第一级物料衡算,F+E2=R1+E1 即 F-E1=R1-E2
第二级物料衡算,R1+E3=R2+E2 即 R1-E2=R2-E3
第 n级物料衡算,Rn-1+S=Rn+En 即 Rn-1-En=Rn-S
可得,F-E1=R1-E2=R2-E3=……=Ri-Ei+1=……=Rn-1-En=Rn-S=Δ
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 54/120
F-E1=R1-E2=R2-E3=……=Ri-Ei+1=……=Rn-1-En=Rn-S=Δ
表明：离开任一级的萃余相流量 Ri与进入该级的萃取相流量 Ei+1之差
恒为常数△。
Δ 可视为通过每一级的, 净流量,,为一虚拟量。
因 F-E1=Δ, 故 F,E1,Δ 三点据杠杆规则知必在一条直线上，这条直
线即为第 1级操作线。
同理,Δ 点也位于其它各操作线上，即 Δ 点为各条操作线上的共有
点，称为操作点。即对任意一级，均存在共同的操作点△。
A
B S
F
E1
En
Rn
R1
Δ
E2
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 55/120
图解步骤：
?绘制溶解度曲线及辅助
曲线；
?据 F,xF,S,yS,确定点
F,S,M位置；
?由规定的最终萃余相组
成 xn确定 Rn点，连 Rn,M
延长，交溶解度曲线于
E1(离开第一级的萃取相 )；
?由 FE1,SRn的延长线交
点确定 Δ的位置；
)(x)(x
ERRE
nn
2111
规定读图重复至
延长线交溶解度曲线于由 辅助曲线
??
???? ?? ?
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 56/120
〖说明〗
?每使用一次平衡关系，表明需要一个理论级数，即理论
级数＝联结线数
?Δ的位置与 F,xF,S,yS,xn,联结线斜率等因素有关，
可能在三角形左侧，也可能在三角形右侧。 当 S/F较小 时，
F-E1=Δ>0,即 F点为 E1,Δ的和点，此时 Δ在左侧； 当 S/F较
大时,F-E1=Δ>0,即 F点为 E1,Δ的差点，此时 Δ点在右侧。
S
E2
E3
R2
R
1
E1
F
RN
Δ
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 57/120
2.x~y直角坐标系上求解理论级数
操作线的作法一：
在三角形相图上确定 F,S,Rn点以及 E1点, 并通过连 FE1与 RnS并延
长相交得操作点 △
② 过 △ 点在直线 △ FE1和 △ RnS两线间作任意条操作线, 分别与溶解
度曲线交于两点, 如 Rm-1,Em
③在图中读出 Rm-1,Em组成 xm-1,ym,并将其对应点标在 y～ x图上，
两端点坐标分别为 (xF,y1)和 (xn,ys),连接各点为光滑曲线，即为操作线。
S
Em
Rm-1 E1
F
RN
Δ x
y
W(xn,yS)
N(xF,y1)
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 58/120
操作线作法二：
在第 1级与第 i级间作溶质 A的
物料衡算：
Ei+1
yi+1
E1
y1
xF
F
xi
Ri
1 i
??
?
?
??
?
?
????
???
???
?
??
F
ii
i
i
i
i
iiiiF
x
E
F
y
E
E
x
E
R
y
yExRyEFx
1
1
1
1
1
1
1111
上式为多级逆流萃取的操作线方程式。表
示 离开 任一级 i的萃余相组成 xi与进入该级的
萃取相组成 yi+1之间的变化关系。据此式可在
x~y直角坐标图上绘制出操作线。
操作线的两端点,N(xF,y1), W(xn,yS)
x
y
W(xn,yS)
N(xF,y1)
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 59/120
图解步骤,
?在 x~y直角坐标系中标绘分配曲
线 OQP；
?作操作线 WN。 利用三角形相图
上的操作线或利用操作线方程；
?从点 N(xF,y1) 开始在分配曲线和操
作线间绘制梯级，直至跨过点
W(xn,yS)为止。
〖说明〗
理论级数＝梯级数
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 60/120
S
Yi+1
S
Y1
XF
B
Xi
B
1 i
5.3.3.2 B,S完全不互溶 (I类 )
在第 1级与第 i级间作溶质 A的
物料衡算：
?
?
?
?
?
? ????
???
?
?
Fii
iiF
X
S
B
YX
S
B
Y
SYBXSYBX
11
11
上式为 B,S完全不互溶物系 多级
逆流萃取的操作线方程式。表示 离
开 任一级 i的萃余相组成 Xi与进入该
级的萃取相组成 Yi+1之间的变化关系。
据此式可在 X~Y直角坐标图上绘制
出操作线。
此操作线为斜率为 B/S,连接点
J(XF,Y1), D(Xn,YS)的线段。
Y
Y1
YS
X
J
D
XFXn
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 61/120
1.图解法
步骤：
? 在 X~Y坐标上绘制分配曲线；
? 在 X~Y坐标上绘制操作线 DJ；
? 从 J点出发，在分配曲线与操作线间绘制
梯级。
〖说明〗
? 理论级数＝梯级数
? 若溶剂为纯溶剂，则 D点位于 X轴上。
2.解析法
B
KS
A,
A
K
Y
X
K
Y
X
A
ln
Aln
n m
mS
n
S
F
mm
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
??
?
?
??
11
1
1
Y
Y 1 J
X N X F X
D
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 62/120
5.3.3.3 最小溶剂比 (S/F)min和最小溶剂用量 Smin
萃取操作中，用溶剂比 S/F来表示溶剂用量对设备费和操作费的
影响。
??
???
??
??????
，操作费溶剂回收成本
设备费，理论级数操作线与分配曲线距离,
S
B,
F
S
最小溶剂比 (S/F)min,是指当操
作线与分配曲线 (平衡线 )在某一
点相交或相切时的溶剂比。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 63/120
1.Smin的确定
① B,S部分互溶
,Rn不变,E1上移，操作线斜率 ↑，操作线与连
接线斜率愈靠近，理论级数 ↑。当 S/F减到 (S/F)min时，出现某
一操作线与连接线相重合的情况，此时的理论级数为无穷多。
Smin的量由杠杆规则确定。 A
B S
F
E1’
Rn
M’
Δ
E1
?? MS,F/S
S'M
F'M
FS
OR
S'M
F'M
F
S
m i n
m i n
?
??
?
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 64/120
② B,S完全不互溶
在 X~Y图上，连接点 D(Xn,YS)
和分配曲线与 X=XF交点，读取其
斜率 δmax,则：
D
m a xm i n
m a x
m i n
B
F
F
S
OR
B
S
?
?
??
?
?
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 65/120
5.5 萃取设备
5.5.1 萃取设备的基本要求和分类
1.基本要求
传质面积大。萃取过程中一个液相为连续相，另一个液
相以液滴的形式分散在连续相中，称分散相。液滴表面积
是气液接触的传质面积。显然液滴愈小，两相的接触面积
愈大，传质愈快，有利于萃取操作的进行。
相对流动快。充分接触的气液两相分层后得萃取相和萃
余相。若两相的相对流动快，则聚合分层也快，减少了萃
取操作的时间，提高生产能力。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 66/120
2.萃取设备的分类
? 按两相的接触方式分：
?逐级接触式 萃取设备 。 两相逐级相遇发生传质, 组成发生阶梯
式的变化 。 既可用于间歇操作, 也可用于连续操作 。
?微分接触式 萃取设备 。 两相连续接触, 发生连续的传质过程,
从而使两相组成也发生连续的变化 。 一般用于连续操作 。
? 按外界是否输入能量分：
?无外加能量 萃取设备 。 用于两相密度差较大的场合 。 此时两相
的分散及流动仅仅依靠密度差来实现, 而不需外界输入能量 。
?有外加能量 萃取设备 。 用于两相密度差很小, 界面张力较大,
液滴易合并而不易分散的场合 。 此时需借助外界输入能量, 如加
搅拌, 振动等, 以实现分散和流动 。
? 根据设备结构的特点和形状分：
?组件式萃取设备：多由单级萃取设备组合而成，根据需要可灵
活地增减组合的级数。
?塔式萃取设备：有板式塔、喷洒塔及填料塔等。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 67/120
5.5.2 萃取设备的主要类型
1.混和澄清器
它由混合器及澄清器两部分组成，
混合器内装有搅拌器。原料液及溶剂
同时加入混合器内，经搅拌后流入澄
清器，进行沉降，即重相沉至底部形
成重相层，而轻相浮入器上部，形成
轻相层。轻相层及重相层分别由其排
出口引出，若为了进一步提高分离程
度，可将多个混合澄清器按错流或逆
流的流程组合成多级萃取设备，所需
级数多少随工艺的分离要求而定。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 68/120
优点：
?
? 结构简单，容易放大和操作。
? 两相流量之比范围大，运转稳定可靠,易于开、停工。对不同的物系
有良好的适应性，甚至对含有少量悬浮固体的物料也可处理。
? 易实现多级连续操作，便于调节级数。装置不需高大的厂房和复杂
的辅助设备。
缺点：
?
? 由于动力搅拌装置及级间的物料输送设备，使得该类设备的设备费
及操作费较高。混合 -澄清槽仍广泛用于湿法冶金工业、原子能工业及
石油化工等方面，尤其在所需级数少、处理量大的场合，更显示出它的
实用性和经济性。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 69/120
2.萃取塔
①喷洒塔
轻、重两相分别从塔的底部和顶部进入。
其中一相经分散装置分散为液滴后沿轴向
流动，流动中与另一相接触进行传质。分
散相流至塔另一端后凝聚形成液层排出塔。
优点：
结构简单，塔体内除各流股物料进出的
连接管和分散装置外，别无其它内部构件。
缺点：
轴向返混严重，传质效率极低。
适于仅需一、二个理论级的场合。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 70/120
②填料萃取塔
填料萃取塔的结构与气 -液传质过程
所用填料塔结构一样，如图 9-24所示。
塔内充填适宜的填料，塔两端装有两相
进出口管。重相由上部进入、下端排出，
而轻相由下端进入，从顶部排出。连续
相充满整个塔，分散相由分布器分散成
液滴进入填料层，在与连续相逆流接触
中进行萃取。在塔内，流经填料表面的
分散相液滴不断地破裂与再生。当离开
填料时，分散相液滴又重新混合，促使
表面不断更新。此外，还能抑制轴向返
混。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 71/120
为增大相际传质面积, 提高传质速率, 应选择适当的分
散相 。 为减少塔的壁效应, 填料尺寸应小于塔径的 1/8～
1/10。 为防止液体的沟流, 填料层宜分段, 各段之间设再分
布器 。 每段填料层高度 h可按 h/D经验范围确定, 如对拉西
环, 每段填料层高约为塔径 D的 3倍, 对鲍尔环及鞍形填料
可取 5～ 10倍 。
填料萃取塔 结构简单、造价低廉、操作方便,故在工业
上有一定的应用。在运行中，尽管填料塔对两相的流动有
所改善，返混有所抑制，但其级效率仍然较小。
适于 理论级小于 3，处理量较小的场合。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 72/120
③ 筛板萃取塔
筛板萃取塔是逐级接触式萃取设备，依靠两
相的密度差，在重力的作用下，使得两相进行
分散和逆向流动。若以轻相为分散相，则轻相
从塔下部进入。轻相穿过筛板分散成细小的液
滴进入筛板上的连续相 —重相层。液滴在重相
内浮升过程中进行液 -液传质过程。穿过重相
层的轻相液滴开始合并凝聚，聚集在上层筛板
的下侧，实现轻、重两相的分离，并进行轻相
的自身混合。当轻相再一次穿过筛板时，轻相
再次分散，液滴表面得到更新。这样分散、凝
聚交替进行，直至塔顶澄清、分层、排出。而
连续相重相进入塔内，则横向流过塔板，在筛
板上与分散相即轻相液滴接触和萃取后，由降
液管流至下一层板。这样重复以上过程，直至
塔底与轻相分离形成重液相层排出。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 73/120
筛孔孔径 d。 一般为 3～ 9mm,孔间距为（ 3～ 4） d。,开
孔率变化范围较宽。工业上常用的板间距为 150mm～
600mm。 塔盘上不设出口堰。
优点：
?表面更新好。高由于多层筛板，使得分散相多次分散及
凝聚，表面得以多次的更新；
?限制了轴向的返混。
?塔结构简单、价格低廉
缺点：
级效率不太高
适于 所需理论级数较少、处理量较大，而且物系具有腐
蚀性的场合。国内在芳烃抽提中应用筛板塔获得了良好的
效果。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 74/120
④ 脉冲筛板塔
脉冲筛板塔亦称液体脉动筛板塔，是指由于
外力作用使液体在塔内产生脉冲运动的筛板塔，
其结构与气 -液传质过程中无降液管的筛板塔
类似，如图 9-26。塔两端直径较大部分为上澄
清段和下澄清段，中间为两相传质段，其中装
有若干层具有小孔的筛板，板间距较小，一般
为 50mm。 在塔的下澄清段装有脉冲管，萃取
操作时，由脉冲发生器提供的脉冲使塔内液体
作上下往复运动，迫使液体经过筛板上的小孔，
使分散相破碎成较小的液滴分散在连续相中，
并形成强烈的湍动，从而促进传质过程的进行。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 75/120
脉冲发生器的类型有多种, 如活塞型, 膜片型, 风箱形
等 。
在脉冲萃取塔内, 一般脉冲振幅的范围为 9～ 50mm,频
率为 30～ 200min-1。 实验研究和生产实践表明, 萃取效率受
脉冲频率影响较大, 受振幅影响较小 。 一般认为频率较高,
振幅较小时萃取效果较好 。 如脉冲过于激烈, 将导致严重
的轴向返混, 传质效率反而下降 。
优点是结构简单，传质效率高，但其生产能力一般有所
下降，在化工生产中的应用受到一定限制。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 76/120
⑤ 往复筛板萃取塔
将若干层筛板按一定间距固定在中心轴
上，由塔顶的传动机构驱动而作往复运动。
往复振幅一般为 3～ 50mm,频率可达
100min-1。 往复筛板的孔径要比脉动筛板
的孔径大，一般为 7～ 16mm。 当筛板向上
运动时，迫使筛板上侧的液体经筛孔向下
喷射；反之，当筛板向下运动时，又迫使
筛板下侧的液体向上喷射。为防止液体沿
筛板与塔壁间的缝隙走短路，应每隔若干
块筛板，在塔内壁设置一块环形挡板。
往复筛板萃取塔的效率与塔板的往复频
率密切相关 。 当振幅一定时, 在不发生液
泛的前提下, 效率随频率的增大而提高 。
往复筛板萃取塔可较大幅度地增加相际
接触面积和提高液体的湍动程度，传质效
率高，生产能力大，在石油化工、食品、
制药等工业中应用广泛。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 77/120
⑥ 转盘萃取塔 (RDC)
1951年由 Reman开发 。 在圆柱形的塔
体内装有多层固定环形挡板, 称为定环 。
定环将塔隔成多个空间, 两定环之间均
装一转盘 。 转盘固定在中心转轴上, 转
轴由塔顶的电机驱动 。 转盘的直径应小
于定环的内径, 使环, 盘之间留有自由
空间, 以便安装和检修, 增加塔内流通
能力, 提高萃取传质效率 。
塔两端留有一定的空间作为澄清室,
并以栅型挡板与中段萃取段隔开, 以减
少萃取段扰动对澄清室内两相分层的影
响 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 78/120
重相由塔上部进入, 轻相由塔下部进
入 。 两相在塔内作逆向流动 。 此外, 该
设备还可并流操作, 此时, 原料液及溶
剂必须从同一端进入塔内, 借助输入的
能量在塔内流动 。 当转盘以较高转速
旋转时, 转盘则带动其附近的液体一起
转动, 使液体内部形成速度梯度, 产生
剪应力 。 在剪应力的作用下, 使连续相
产生涡流, 处于湍动的状态, 而使分散
相液滴变形, 以致破裂或合并, 以增加
相际传质面积, 促进表面更新 。 而其定
环则将旋涡运动限制在由定环分割的若
干个小空间内, 抑制了轴向返混 。 由于
转盘及定环均较薄而光滑, 不至于使局
部的剪应力过高, 避免了乳化现象, 有
利于两相的分离 。 为此, 转盘塔传质效
率较高 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 79/120
3.离心萃取器
①转筒式离心萃取器
单级接触式。重液和轻液由底部
的三通管并流进入混和室，在搅拌桨
的剧烈搅拌下，两相充分混和进行传
质，然后共同进入高速旋转的转筒。
在转筒中，混和液在离心力的作用下，
重相被甩向转鼓外缘，而轻相则被挤
向转鼓的中心。两相分别经轻、重相
堰，流至相应的收集室，并经各自的
排出口排出。
特点：结构简单，效率高，易于
控制，运行可靠。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 80/120
②芦崴式离心萃取器 (Luwesta)
立式逐级接触式。主体是固定在壳体上并
随之作高速旋转的环形盘。壳体中央有固定
不动的垂直空心轴，轴上也装有圆形盘，盘
上开有若干个喷出孔。
操作：原料液与萃取剂均由空心轴的顶部
加入。重液沿空心轴的通道流下至器底而进
入第三级的外壳内，轻液由空心轴的通道流
入第一级。在空心轴内，轻液与来自下一级
的重液相混和，再经空心轴上的喷嘴沿转盘
与上方固定盘之间的通道被甩至外壳的四周。
重液由外部沿转盘与下方固定盘之间的通道
而进入轴的中心，并由顶部排出，其流向为
由第三级经第二级再到第一级，然后进入空
心轴的排出通道，如图中实线示；轻液则由
第一级经第二级再到第三级，然后进入空心
轴的排出通道，如虚线示。两相均由器顶排
出。
主要用于制药工业，处理能力 7～ 49m3/h，
在一定条件下，级效率可达 100％。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 81/120
③波德式离心萃取器 (薄膜萃取器 )
微分接触式,Podbielniak于 1934年发明，
并于 20世纪 50年代在工业上得到了广泛应
用。
由一水平转轴和随其高速旋转的圆形转
鼓，以及固定的外壳所组成。在转鼓内，
装有带筛孔的狭长金属带卷制而成的螺旋
圆筒或多层同心圆管。运行时，其转速一
般为 2000～ 5000r/min,在转鼓内形成较强
的离心力场。轻相液体由转轴中心通道引
至转鼓的外缘，而重相液体由另一转轴中
心通道进入转鼓内缘，并在径向穿过筒体
层的筛孔向外缘沉降，在环隙间与轻相接
触，进行传质过程，直到转鼓的外缘，由
导管引至轴上重相排出通道而排出。而轻
相液体则相反,在离心力场中犹如在重力
场中受到浮力一样，在离心力作用下，在
径向, 浮升,,穿过层层带孔的筒体向中
心运动。最后到达转鼓的内缘分相后，由
轻相排出口引出。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 82/120
带筛孔的圆形筒体恰似无溢流筛板一样，既有溢流功能、
也有分散作用，改善了流动的状态。由于高速的旋转，则
使离心力远大于重力，从而提高了设备处理能力。
优点：处理能力大，效率较高，提供较多理论级 (单台可
有３～ 7个理论级 )，结构紧凑，占地面积小。
缺点：能耗大、结构复杂、设备费及维修费用高。
适于两相密度差小、易乳化的场合
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 83/120
5.5.3 萃取塔的流动和传质特性
1.萃取塔的流动特性
在逆流操作的萃取塔重，分散相和连续相的流量不能任意加大。
流量过大：
一方面会减少两相接触时间，降低萃取效率；
另一方面会增加流动阻力 。
当流速增加到一定程度时，两流体相互之间将产生夹带现象，
即分散相被连续相带出塔外，而分散相也开始在塔内凝聚，并在
排出时带走连续相，这种两液相互相产生严重夹带的现象称为液
泛。显然液泛是萃取操作的负荷极限，它将破坏塔内的正常操作，
使传质效率下降。液泛的出现主要是由于连续相的空塔速度过大
而造成，因此出现液泛时的空塔速度，称为泛点流速 Ucf是操作的
上限，实际空塔速度应小于此值 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 84/120
2.萃取塔的传质特性
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 85/120
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 86/120
5.5.5 萃取设备的选择
1.所需的理论级数
当所需的理论级数不大于 2-3级时,各种萃取设备均
可满足要求 ; 当所需的理论级数较多 (如大于 4-5级 )时,可
选用筛板塔 ;当所需的理论级数再多 (如 10-20级 )时,可选
用有能量输入的设备,如脉冲塔,转盘塔,往复筛板塔,混合
澄清槽等,
2.生产能力
当处理量较小时,可选用填料塔,脉冲塔,对于较大的
生产能力,可选用筛板塔,转盘塔及混合 -澄清槽,离心萃取
器的处理能力也相当大,
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 87/120
3.物系的物理性质
对界面张力较小,密度差较大的物系,可选用无外加能量的设备,
对密度差小,界面张力小,易乳化的难分层物系,应选用离心萃取器, ]对
有较强腐蚀性的物系,宜选用结构简单的填料塔或脉冲填料塔, 对于放
射性元素的提取,脉冲塔和混合澄清槽用得较多, 若物系中有固体悬浮
物或在操作过程中产生沉淀物时,需周期停工清洗,一般可采用转盘萃取
塔或混合澄清槽,另外,往复筛板塔和液体脉动筛板塔有一定的自清洗能
力,在某些场合也可考虑选用,
4.物系的稳定性和液体在设备内的停留时间
对生产要考虑物料的稳定性,要求在萃取设备内停留时间短的物
系,如抗菌素的生产,用离心萃取器合适 ;反之,若萃取物系中伴有缓慢的
化学反应,要求有足够的反应时间,选用混合 -澄清槽为适宜,
5.其它
在选用设备时,还需考虑其它一些因素,如,能源供应状况,在缺电
的地区应尽可能选用依重力流动的设备 ;当厂房地面受到限制时,宜选用
塔式设备,而当厂房高度受到限制时,应选用混合澄清槽。
各自萃取设备对不同条件的适应性见 P351表 5-3。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 88/120
本章总结－联系图
基本原理
与概念
强化 过程
改进操作 扩展延伸
设计计算
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 89/120
一、三角形坐标图
顶点：代表纯组分,A-溶质,B-稀释剂,S-溶
剂
边,AB(或 BS,AS)上任一点代表 A和 B（ 或 B和 S、
A和 S） 二组分混合液的组成
面：△ ABS面中的任一点代表 A,B,S三组分混
合物，如图 M点示。
基本原理与概念
A
E
B F G S
M
图 1 三组分系统的表示法
三元物系组成的确定：
过 M点作 BC,AS,AB边平行线，由交点读得
A,B,S的组成。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 90/120
二、相平衡（三角形相图）
A
B S
临界
混溶点
溶解度
曲线
单相区
两相区
联结线
辅助曲线
P
R M E
图 2 一对组分 (BS) 部分互溶
B S
临界
混溶点
溶解度
曲线
单相区
两相区
联结线
辅助曲线
P
R M
E
A
图 3 一对组分 (BS) 完全不互溶
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 91/120
图 4 二对组分
（ B与 S,A与 S） 部分互溶
A
B S
溶解度
曲线
单相区
两相区
联结线
图 5 I类物系分配曲线 图 6 II类物系分配曲线
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 92/120
三、物料平衡及杠杆规则
1.物料平衡
mR+mE=mM,
mRxR+mExE=mMx
2.杠杆规则
(1)几何关系：和点、差点共线
AA
AA
M
R
AA
AA
M
E
AA
AA
R
E
yx
yz
RE
ME
m
m
yx
zx
RE
MR
m
m
yz
zx
ME
MR
m
m
)(
?
?
??
?
?
??
?
?
??
质量与距离成反比，即2
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 93/120
四、基本概念,
,kkxy xy.
B
A
BB
AA ???选择性系数2
kA表明 A平衡共存时在萃取相与萃余相的分配比例,联结线的
斜率越大,KA值越大,所需溶剂量越小,。
,xyAAk.
A
A
A ?? 的质量分数萃余相中
的质量分数萃取相分配系数1
萃取剂的选择性系数定量地表示萃取剂的分离效果,表明 A,B
在 S中溶解度的差异,差异越大,越易分离,所需理论级数越少 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 94/120
3.最小溶剂比 (S/F) min:当连续多级逆流萃取所需的理论级数
达无穷多，所需萃取剂量最少时的溶剂比。
4.操作点△,多级逆流时,即离开任一级的萃取相流量 R1与进入
该级的萃取相流量 Ei+1之差,△所示的量可认为是通过每一
级的, 净流量, 。
5萃取液的最大浓度 E’max
过 S作溶解度曲线 CEmD的切线交 AB
于 E’max,E’max代表 A含浓度最高的萃
取液浓度 (图示 ).
A
B
E’m
Em
S
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 95/120
混合澄清槽
萃取塔
离心萃取剂
设备及其强化
溶剂的选择
选择最佳操作条件
新型萃取剂
溶剂改性
萃取设备
强化方向 外加能量增加湍动减少轴向返混
强化过程
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 96/120
改进操作
1.改进溶剂比
2.改变温度，增大二相区
3.选择连续相与分散相
4.增强外加能量，如增大脉冲振幅
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 97/120
扩展延伸
1.其他坐标表示法
（ 1）直角坐标
（ 2）两相平衡关系用分配曲线
( 3 )在 X-Y直角坐标上求理论级
（ 4）脱溶剂基的直角坐标相图
2.复杂萃取过程
（ 1）有回流的多级逆流萃取
( 2 )多股溶剂的多级逆流萃取
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 98/120
1.单级求法（见图）
MR
ME
E
R
MF
MS
S
F ?? ;
由杠杆原则
设计计算
M
A
B S
F
R
E
'E
'R
萃
取
设
备
回收
设备 'Rx,'R
回收
设备 'Ey,'E
Rx,R
Ey,E
ES
RS
Fx,F
Sy,S
已知,F,xF,yS,xR,相平衡关系 。
计算：
? 和点 M的量及组成；
? R,E两相的量及组成
? R’,E’两相的量及组成
? Smin,Smax,S的量
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 99/120
2.多级错流 NT求法
交替利用相平衡与物料平衡关系求理论级数
332211
11
32 ERERER
MSF
SS ?? ????? ????
??
?
联结线
相平衡
（杠杆原则）
物料平衡
F
R2
R3
R1
E3
E2
E1
S2
S1
S3
A
B S
F
R2 M2
E2R1
R3
M1
M3
E1
E3
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 100/120
3.多级逆流 Nt求法
……
E2
Rn-S
F-E1至
操作点 Δ
E3?
F
R2
R3
R1
E3
E2
E1
S
Δ
Rn 物料衡算 E1 相平衡 R
1
点 Rn (图解 )过点 Rn(已知 )
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 101/120
本章要求
了解：
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 102/120
THE END
Thanks
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 103/120
第五章 液 -液萃取
5.1 概述
5.2 液 -液萃取相平衡
5.3 液 -液萃取过程的计算
5.4 新型萃取技术
5.5 液 -液萃取设备
本章总结－联系图
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 2/120
5.1 概述
1.萃取原理
萃取：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, 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
单元操作 。 亦称溶剂萃取, 简称萃取或抽提 。
分离液体混合物的单元操作 。
选用的溶剂称为萃取剂, 以 S表示；
原料液中易溶于 S的组分, 称为溶质, 以 A表示；
难溶于 S的组分称为原溶剂 （ 或稀释剂 ）, 以 B表示 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 3/120
2.萃取的分类
按组分数目分：
?多组元体系：原料液中有两个以上组分或溶剂为两种不
互溶的溶剂
?三元体系：原料液中含有两个组分，溶剂为单溶剂
按有无化学反应分：
?物理萃取：萃取过程中，萃取剂与原料液中的有关组分
不发生化学反应
?化学萃取
本章主要讨论三元体系的物理萃取。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 4/120
3.萃取过程
萃取操作的基本过程如图所示。将一定量萃取剂加入原料液中，然后
加以搅拌使原料液与萃取剂充分混合，溶质通过相界面由原料液向萃
取剂中扩散，所以萃取操作与精馏、吸收等过程一样，也属于两相间
的传质过程。搅拌停止后，两液相因密度不同而分层：一层以溶剂 S为
主，并溶有较多的溶质，称为萃取相，以 E表示；另一层以原溶剂（稀
释剂） B为主，且含有未被萃取完的溶质，称为萃余相，以 R表示。若
溶剂 S和 B为部分互溶，则萃取相中还含有少量的 B,萃余相中亦含有
少量的 S。
萃取操作示意图
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 5/120
由上可知，萃取操作并未有得到纯净的组分，而是新的
混合液：萃取相 E和萃余相 R。 为了得到产品 A,并回收溶
剂以供循环使用，尚需对这两相分别进行分离。通常采用
蒸馏或蒸发的方法，有时也可采用结晶等其它方法。脱除
溶剂后的萃取相和萃余相分别称为萃取液和萃余液，以
和 表示。
E?
R?
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 6/120
4.萃取操作的应用
对于一种液体混合物，究竟是采用蒸馏还是萃取加以分
离，主要取决于技术上的可行性和经济上的合理性。
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相对挥发度接近于 1或形成恒
沸物，若采用蒸馏方法不能分离或很不经济；
（ 2）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，能耗较大；
（ 3） 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。
（ 4）其它，如多种金属物质的分离，核工业材料的制取，
治理环境污染等。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 7/120
5.2 液 -液萃取相平衡
5.2.1 三角形坐标图及杠杆规则
1.三角形坐标图
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。
图 11-1 三角形相图
混合物的组成用质量分数表示。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 8/120
〖 说明 〗
?在三角形坐标图中,AB边以 A的质量分
数作为标度,BS边以 B的质量分数作为标
度,SA边以 S的质量分数作为标度。
?顶点分别代表一个纯组分,即顶点 A表
示纯溶质 A,顶点 B表示纯原溶剂（稀释
剂） B,顶点 S表示纯萃取剂 S。
?任意边上的任一点代表一个二元混合物
系，第三组分的组成为零 。例如 AB边上
的 E点，表示由 A,B组成的二元混合物系，
由图可读得,A的组成为 0.40，则 B的组
成为（ 1.0–0.40） = 0.60,S的组成为零。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 9/120
?三角形坐标图内任一点代表一个三
元混合物系 。 例如 M点即表示由 A,B、
S三个组分组成的混合物系 。 其组成可
按下法确定：过物系点 M分别作对边
的平行线 ED,HG,KF,则由点 E,G、
K可直接读得 A,B,S的组成分别为：
xA=0.4,xB=0.3,xS=0.3；
?在诸三角形坐标图中, 等腰直角三
角形坐标图可直接在普通直角坐标纸
上进行标绘, 且读数较为方便, 故目
前多采用等腰直角三角形坐标图 。
?实际应用时, 一般首先由两直角边
的标度读得 A,S的组成, 再根据归一
化条件求得 B的组成 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 10/120
2.杠杆规则
如图所示，将质量为 mR,组成为 xA、
xB,xS的混合物系 R与质量为 mE,组成
为 yA,yB,yS的混合物系 E相混合，得
到一个质量为 m,组成为 zA,zB,zS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点的和点,R点与 E点称为差点。
和点 M与差点 E,R之间的关系可用
杠杆规则描述，即
(1)几何关系：和点 M与差点 E,R共
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。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 11/120
(2)数量关系：和点与差点的量之间
的关系符合杠杆原理，即，
a
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，则可确定另一个差点。
AA
AA
M
R
AA
AA
M
E
AA
AA
R
E
yx
yz
RE
ME
m
m
yx
zx
RE
MR
m
m
yz
zx
ME
MR
m
m
?
?
??
?
?
??
?
?
??
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 12/120
5.2.2 三角形相图
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，
①溶质 A可完全溶于 B及 S,但 B与 S不互溶；
②溶质 A可完全溶于 B及 S,但 B与 S部分互溶；
③溶质 A可完全溶于 B,但 A与 S及 B与 S部分互溶。
即
习惯上，将①、②两种情况的物系称为第 Ⅰ 类物
系，而将③情况的物系称为第 Ⅱ 类物系。
在萃取操作中，第 Ⅰ 类物系较为常见，以下主要
讨论这类物系的相平衡关系。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 13/120
5.2.2.1 溶解度曲线与联结线
1.I类物系
设溶质 A可完全溶于 B及 S,但 B与 S
为部分互溶，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 R0R1R2RiRnKEnEiE2E1E0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,Ei和 Ri，
联结两共轭液相相点的直线称为联结
线，如图中的 RiEi线 (i=0,1,2,……n) 。
萃取操作只能在两相区内进行 。
两相区
均相区 溶解度曲线
联结线混溶点 /分层点
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 14/120
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的液层，其
相点为 R0,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对共轭相的相点 Ri、
Ei (i=0,1,2,……n), 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。
若组分 B与组分 S完全不互溶，则点 R0与 E0
分别与三角形顶点 B及顶点 S相重合。
R0 E0
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 15/120
2.II类物系
一定温度下第 Ⅱ 类物系的溶解度
曲线和联结线见上图 。
3.联结线的斜率
通常联结线的斜率随混合液的组
成而变, 但同一物系其联结线的倾
斜方向一般是一致的, 有少数物系,
例如吡啶 –氯苯 –水, 当混合液组成
变化时, 其联结线的斜率会有较大
的改变, 如下图所示 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 16/120
5.2.2.2 辅助曲线和临界混溶点
1.辅助曲线（共轭曲线）
作用：
?已知 E(或 R)的组成，确定与之平衡
的 R(或 E)的组成
?确定临界混溶点
作法：
通过已知点 R1,R2,… 分别作 BS
边的平行线，再通过相应联结线的
另一端点 E1,E2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。
已知 R组成，求 E组成：
辅助曲线
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 17/120
2.临界混溶点
当三元混和液中溶质 A的含量逐渐增加时, 联
结线长度逐渐缩短, 当联结线无限短, 即当两个
组成点重合时, 溶液变成均一相, 相当于该系统
的临界状态, 称 此点为临界混溶点 。
作法：
延长辅助曲线, 与平衡曲线交点 P即为临界混
溶点 。
〖 说明 〗
?由于联结线通常都有一定的斜率, 因而临界混
溶点一般并不在溶解度曲线的顶点 。
? P点将溶解度曲线分为两部分：靠原溶剂 B一侧
为萃余相部分, 靠溶剂 S一侧为萃取相部分 。
?临界混溶点由实验测得, 但仅当已知的联结线
很短即共轭相接近临界混溶点时, 才可用外延辅
助曲线的方法确定临界混溶点 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 18/120
5.2.2.3 分配系数和分配曲线
1.分配系数
一定温度下，某组分在互相平衡的 E相与 R相中的组成之
比称为该组分的分配系数，以 表示，即 溶质 A k
B
B
A
A
A
x
y
k
x
y
k
B
RB
EB
RA
EA
??
??
中的质量分数在萃余相原溶剂
中的质量分数在萃取相原溶剂
中的组成在萃余相溶质
中的组成在萃取相溶质
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 19/120
〖 说明 〗
? 分配系数表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系。
? kA值愈大,yA与 xA差别愈大，物系愈易分离 。
? kA值与物系温度、组成、联结线的斜率有关。对一定物系，
在温度变化不大或恒温条件下，且溶质组成变化不大时,kA
值才可视为常数。
?对于萃取剂 S与原溶剂 B互不相溶的物系，溶质在两液相
中的分配关系还可表示成；
KXY
X
Y
RA
EAK
??
??
中的质量比在萃余相溶质
中的质量比在萃取相溶质
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 20/120
2.分配曲线
相律 f＝ C-φ+n
独立组分数 C=3，相数 φ＝ 2，影响因素 n＝ 2，所以自由度
f＝ 3。
〖 说明 〗
温度、压力、共轭相组成 yA,xA四个变量中，任意已知 3
个，物系状态即确定。当温度、压力一定时，三元体系中
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确定值。此时，溶质在两平
衡液相间的平衡关系可表示为
()AAy f x?
此即分配曲线的数学表达式 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 21/120
分配曲线的作法
① B,S部分互溶
以共轭相的萃余相组成 xA为 横坐标，以萃取相组成 yA为纵
坐标，则可在 yA～ xA直角坐标图上得到表示这一对共轭相组
成的点 N。 每一对共轭相可得一个点，将这些点联结起来 即
可得到曲线 ONP,称为分配曲线。
N
A yA
xF
P
B M S xA
P
ER
O
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 22/120
〖说明〗
?曲线上的 P点为临界混溶点。
?分配曲线表达了溶质 A在互成平衡的 E相与 R相中的分配关
系。若已知某液相组成，则可由分配曲线求出其共轭相的
组成。
?若 在分层区内 yA均大于 xA,即分配系数 kA＞ 1,则分配曲
线位于 y=x直线的上方，反之则位于 y=x直线的下方。
?若随着溶质 A组成的变化，联结线倾斜的方向发生改变，
则分配曲线将与对角线出现交点，这种物系称为等溶度体
系。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 23/120
① A与 S及 B,S部分互溶（第 II类物系）
有两对组分部分互溶时的分配曲线
采用同样方法可作出有两对组分部分互溶时的分配曲线，
如上图所示。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 24/120
5.2.2.4 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。
图示为温度对第 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
进行。 温度对互溶度的影响（ I类物系 ）
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 25/120
5.2.2.4 温度对相平衡的影响（续）
〖说明〗
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 T1时为第 Ⅱ 类
物系，而当温度升至 T2
时则变为第 Ⅰ 类物系。
图 11-10 温度对互溶度的影响（ II类物系）
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 26/120
5.2.3 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经济合理的关键。
萃取剂的选择主要考虑以下因素 。
1.萃取剂的选择性及选择性系数
萃取剂的选择性：萃取剂 S对原料液中两个组分溶解能力的差
异。
若 S对溶质 A的溶解能力比对原溶剂 B的溶解能力大得多，即萃
取相中 yA比 yB大得多，萃余相中 xB比 xA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 β表示，其定义式为
B
A
B
B
A
A
B
A
B
A
k
k
x
y
x
y
x
x
y
y
B
A
B
A
???
?
的质量分数萃余相中
的质量分数萃余相中
的质量分数萃取相中
的质量分数萃取相中
?
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 27/120
〖说明〗
?若 β ＞ 1,说明组分 A在萃取相中的相对含量比萃余相中
的高，即组分 A,B得到了一定程度的分离，显然 kA值越大，
kB值越小，选择性系数 β 就越大，组分 A,B的分离也就越
容易，相应的萃取剂的选择性也就越高；
?若 β =1，则 kA=kB，即萃取相和萃余相在脱除溶剂 S后将
具有相同的组成，并且等于原料液的组成，说明 A,B两组
分不能用此萃取剂分离，换言之所选择的萃取剂是不适宜
的。
?萃取剂的选择性越高，则完成一定的分离任务，所需的
萃取剂用量也就越少，相应的用于回收溶剂操作的能耗也
就越低。
?当组分 B,S完全不互溶时,yB=0,则选择性系数趋于无
穷大，显然这是最理想的情况。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 28/120
5.2.3 萃取剂的选择（续）
2.原溶剂 B与萃取剂 S的互溶度
如前所述，萃取操作都是在两相区
内进行的，达平衡后均分成两个平衡
的 E相和 R相。若将 E相脱除溶剂，则
得到萃取液，根据杠杆规则，萃取液
组成点必为 SE延长线与 AB边的交点，
显然 溶解度曲线的切线 与 AB边
的交点 即为萃取相脱除溶剂后可
能得到的具有最高溶质组成的萃取液,
其组成为,由图可知,选择与组
分 B具有较小互溶度的萃取剂 S1比 S2
更利于溶质 A的分离。
（ a） 组分 B与 S1互溶度小；
（ b） 组分 B与 S1互溶度大
互溶度对萃取操作的影响
E
E
'maxSE
'maxE
'maxy
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 29/120
5.2.3 萃取剂的选择（续）
3.萃取剂回收的难易与经济性
萃取后的 E相和 R相，通常以蒸馏的方法进行分离。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。因此，要求萃取剂 S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
发度很低时，则要求 S的汽化热要小，以节省能耗。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 30/120
5.2.3 萃取剂的选择（续）
4.萃取剂的其它物性
?密度差：萃取剂与被分离混合物有较大的密度差 (特别是对没有外加
能量的设备 )，可使两相在萃取器中能较快的分层，提高设备的生产能
力。
?界面张力：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，虽然液体容易分散，但易产生乳化现
象，使两相较难分离，因之，界面张力要适中。
?溶剂的粘度：溶剂的粘度低，有利于两相的混合与分层，也有利于流
动与传质，故当萃取剂的粘度较大时，往往加入其它溶剂以降低其粘度。
?其它因素：如具有化学稳定性和热稳定性，对设备的腐蚀性要小，来
源充分，价格较低廉，不易燃易爆等。
通常, 很难找到能同时满足上述所有要求的萃取剂, 这就需要根据实
际情况加以权衡, 以保证满足主要要求 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 31/120
5.3 液 -液萃取过程的计算
5.3.1 单级萃取的计算
5.3.2 多级错流萃取的计算
5.3.3 多级逆流萃取的计算
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 32/120
??
?
化学萃取
物理萃取
??
?
多元萃取
三元萃取
??
?
分级接触式
连续接触式
连续 接触式
原料液 萃取剂 S S S
R
1
R
2
R
3
E
1
E
2
E
3
分级接触式
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 33/120
R i- 1 R i
i
E i- 1 E i
理论级
实际级数等于理论级数除以级效率 。 级效率通过实验
测定 。
分级接触式萃取计算中，无论单级还是多级，均假设各
级为理论级。
理论级,离开的两相 Ri,Ei呈相平衡关系
A
B S
Ri M
Ei
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 34/120
5.3.1 单级萃取的计算
5.3.1.1 B,S部分互溶物系 (I类 )
已知,F(质量或质量流量 ),xF,yS,xR（ 组成均为 A的质
量分数 ）, 相平衡关系 。
求：
?和点 M的量及组成；
?R,E两相的量及组成
?R’,E’两相的量及组成
?Smin,Smax,S的量
萃
取
设
备
回收
设备 'Rx,'R
回收
设备 'Ey,'E
Rx,R
Ey,E
ES
RS
Fx,F
Sy,S
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 35/120
一、确定混和液 M的量及组成
1.已知,F,S,xF,yS
(1)杠杆规则法：
在图中确定 M点
M的量：
M的组成：读图。
M
A
B S
FMF
MFFS
MF
MS
S
F ???
MS
SFFM
SF
MS
M
F ???
(2)物料衡算法：
M点其它组成读图。
SF
SyFxx
MxSyFx
MSF SF
M
MSF ?
???
?
?
?
??
??
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 36/120
一、确定混和液 M的量及组成（续）
2.已知,F,xF,yS,xR
步骤：
找到 F,S点，作 FS直线；
根据 xR和辅助曲线，找到 R,E点，
连 R,E交 FS线于 M,读图得 M点组
成；
M的量：
M
A
B S
F
MS
SFFM ?
R
E
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 37/120
二、确定 R,E的量及组成（ M点已知情况下）
1.xR未知
步骤：
? 试差作图法求的 R,E相的组成。找任一
点 R过辅助曲线求 E点，连 R,E,若 RE线过
M点，则试差成功，反之，再试差。试差成
功后，读图得 R,E相组成；
? R,E的量,M
A
B S
F
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
??
??
?
?
?
?
?
??
?
EMR
xy
xx
ME
MxEyRx
MER
EMR
RE
MR
ME
RE
RM
MER
物料衡算：
杠杆规则：
R
E
2.xR已知
连 RM点并延长得 E点，读图得 R,E组成，利用杠杆规则或物料
衡算计算 R,E的量。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 38/120
三、确定 R’,E’的量及组成（已知 M,F,S,R,E各点）
步骤：
?连 S,E,交 AB边于点 E’,连 S,R，
交 AB边于点 R’，读图得 R’,E’相组
成；
?R’,E’的量：
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
??
??
?
?
?
?
?
??
?
'EF'R
xy
xx
FE'
FxEyxR'
F'E'R
'EF'R
'E'R
'FR
FE'
'
R
'
E
'
RF
F
'
E
'
R
物料衡算：
杠杆规则：
M
A
B S
F
R
E
'E
'R
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 39/120
四、确定 S,Smin,Smax的量
1.S的量
2.Smin的量
向原料液中不断加入萃取剂，当三元物系
的组成点位于 G点时，溶液开始出现分层，
此时萃取剂用量为 Smin。 计算方法：
3.Smax的量
前述基础上，继续加萃取剂，当三元物系
组成点位于 H点时，溶液由两相变为均一相，
此时萃取剂用量为 Smax。 计算方法：
?
?
?
??
??
?
GSm i nF
m i n
m i n
xGySFx
GSF
GS
GF
F
S
物料衡算：
杠杆规则,M
A
B S
F G
H
。计算或由 S S / FMSMFFS ?
??
?
??
???
HSm axF
m axm ax
xHySFx
HSF
HS
HF
F
S 物料衡算：或杠杆规则：
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 40/120
ERSF SYBXSYBX ???
? ? SFRE YXXSBY ????
相平衡关系, ? ?RE XfY ?
Y
Y
E
斜率
S
B
?
(X
F
,Y
S
)
0 X
R
X
- - -- -- -- -- -- 操作线 过点（ X F,Y S ），（ X R,Y E ）
5.3.1.2 B,S完全不互溶 (I类 )
B,S完全不互溶时，用质量比表示组成更
方便。
对萃取设备进行物料衡算：
萃
取
设
备
RX,B
EY,S
FX,B
SY,S
将操作线和平衡线 (分配曲线 )标绘在 Y~X
图上，如图示。
操作线与分配曲线的交点坐标 (XR,YE)即为
萃取相 E和萃余相 R的组成。
若分配系数为常数，则平衡关系为：
Y=KX,此时可联立操作线方程和平衡方程
求解 XR,YE。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 41/120
A
B S
例 1采用纯溶剂进行单级萃取 。 已知料液组成 xF=0.3 (质量
分率, 下同 ),选择性系数为 6,在萃余相中,
kA < 1, 溶解度曲线如图所示 。 试求：
（ 1） 萃取液量与萃余液量的比值；
（ 2） 溶剂比 S/F是最小溶剂比 （ S/F） min多少倍？ （ 用线段
表示 ）
25.0?BA xx
S
F, x
F
R, x
R
R ?,x ?
R
E ?,y ?
E
S, y
S
E, y
E
S
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 42/120
A
B S
202501,x.xxxx 'A'
A
'
A
B
A ???
??
60
6
250
1
11
.y
.y
y
x)y(
xy
xy
xy
'
A
'
A
'
A
B
'
A
A
'
A
BB
AA
??
??
?
?
?
???
解：（ 1） 萃取液量与萃余液量的比值
25.0?BA xx
纯溶剂,xF=0.3, 选择性系数为 6，
kA < 1
图解法,找到点 F,E?,R?,然后应
用杠杆原理求 E?,R?的大小。
S
F, x F R, x R
R ?,x ’ R
E ?,y ’ E
S, y S E, y E
S
F
E?
R?EF FRRE ????? 313060 2030 ???????,.,.xy xx F'A 'AF
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 43/120
?
?
?
????
????
F
'
A
'
A FxyExR
FER
3
1
3060
2030 ?
?
??
?
??
?
?
..
..
xy
xx
R
E
F
'
A
'
AF
解析法：
解：（ 1） 萃取液量与萃余液量的比值
单级萃取计算举例
S
F, x F R, x R
R ?,x ’ R
E ?,y ’ E
S, y S E, y E
S
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 44/120
A
B S
E
E’
R’
F
R
? ?
MS
GS
GF
MF
GSGF
MSMF
FS
FS
m i n
??
?
M
?
G
?
解,（ 2） 溶剂比 S/F是最小溶剂比（ S/F） min多少倍？
（用线段表示）
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 45/120
5.3.2 多级错流萃取的计算
若将几个单级接触萃取设备串联使用, 而在每一级中均加入新鲜溶
剂, 使萃余相与溶剂的流动呈错流方式的萃取过程, 称为多级错流萃取,
如图所示 。 原料液 F从第 1级进入, 与新鲜溶剂 S1接触达平衡后, 将萃余
相 R1引入第 2级萃取器与溶剂 S2接触达平衡后, 萃余相 R2引入第 3级与 S3
继续接触萃取, ……, 直到第 n级, 当萃余相 Rn中所含溶质组成达到规
定时为止 。
经单级萃取得到的萃余相中往往含溶质较多, 要想得到低组成的萃
余相, 需要大量的溶剂 。
为了用较少的溶剂萃取出较多的溶质，可采用多级萃取过程，按加
料方式分为多级错流萃取和多级逆流萃取过程 。
S1 S2
SE
1 2 n
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 46/120
5.3.2 多级错流萃取的计算
多级错流萃取过程的特点是：
?萃余相顺序通过各级, 并与新鲜溶剂接触进行萃取, 传质
推动力大, 萃取效果好；
?最终得到的萃余相 Rn脱除溶剂 SR得萃余液 R’； 而各级所
得萃取相 E1,E2,…, En分别排出, 然后汇集在一起脱除溶
剂 SE,得萃取液 E’,溶剂回收循环使用, 溶剂回收设备简单；
?因每级均加入新鲜溶剂, 故溶剂耗用量大, 回收费用高,
而且萃余液 A组分浓度低 。
操作在混合澄清槽中进行 。
计算内容：规定了各级溶剂用量及其组成，确定达到一
定分离程度所需的理论级数。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 47/120
5.3.2.1 B,S部分互溶时理论级数（ I类）－ 三角形坐标图解法
原料液,A,B二元溶液
萃取剂：纯溶剂
步骤：
?绘制溶解度曲线和辅助曲线；
?据 F,xF,S1确定第一级混和液组成点
M1的量及组成；
?用试差作图法作联结线 R1E1,确定
R1,E1组成及 R1量；
?据 R1,x1,S2确定第二级混和液组成点
M2的量及组成；
?用试差作图法作联结线 R2E2,确定
R2,E2组成及 R2量；
?重复上述步骤至第 n级，使 xn≤x时为
止。
M1
A
B S
F
M2
R1
E1 E
2
R2 E
n
Rnxn
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 48/120
〖说明〗
?每使用一次平衡关系，即每绘制一条联结线，说明经历
一个理论级，故所作联结线得数目 n即为所需的理论级数；
?溶剂总用量为各级溶剂用量之和。各级溶剂用量可用相
等，也可不等，但据计算知，只有在各级溶剂用量相等时，
达到一定的分离程度，溶剂的总用量为最少；
?若溶剂中含有 A,B组分，则其组成点位于靠近顶点 S的三
角形内均相区；
?若溶剂中只含有 A组分，则其组成点位于靠近顶点 S 的 AS
边上；
?若溶剂中只含有 B组分，则其组成点位于靠近顶点 S 的 BS
边上。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 49/120
5.3.2.2 B,S不互溶或互溶度极小时的理论级数－ 直角坐标图
解法
1.原理：
对第 i级作溶质 A的物料衡算：
上式为操作线方程，表示离开任
一级萃取相组成 Yi与萃余相组成 Xi
间关系。此线为斜率为 -B/S,过点
(Xi-1,YS)的直线。
据理论级的假定，离开任一级的
Yi,Xi处于平衡状态，则操作线与分
配曲线的交点为 (Xi,Yi)。
因此，从第一级开始，连续绘制
操作线，至第 n级止。
i
S,YS
S,Yi
B,Xi-1 B,Xi
?
?
??
?
? ?????
???
?
?
Siii
iiSi
YX
S
BX
S
BY
SYBXSYBX
1
1
Xi Xi-1 X
Y
YS
Yi
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 50/120
5.3.2.2 B,S不互溶或互溶度极小时的理论级数（续）
图解步骤：
?在 Y～ X直角坐标中绘制分配
曲线；
?作第一级操作线。过点 (XF,YS)，
斜率为 -B/S的直线，交分配曲线
与点 E1；
?作第二级操作线。过点 E1作垂
线，交 Y=YS于点 V(X1,YS),过
点 V(X1,YS), 斜率为 -B/S的直线，
交分配曲线与点 E2；
?重复上述步骤至 Xn≤X为止。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 51/120
5.3.3 多级逆流萃取的计算
原料液 F以相反方向从第一级加入，逐次通过各级后，
溶质组成逐级下降，萃余相由最后一级排出。萃取剂 S在
最后一级加入，逐次通过各级，溶质组成逐级提高，萃
取相最终由第一级排出；萃取相 E1及萃余相 Rn经脱除溶
剂后得到 E′ 和 R′, 溶剂则返回循环使用。
SR
S
yS
En
yn
E3
y3E2y2E1y1
SE xF
F
x1
R1
x2
R2
xn-1
Rn-1
xn
Rn
1 2 n
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 52/120
多级逆流萃取的特点：
?第一级中, 萃取相与含溶质 A最高的原料液接触, 使 最终
萃取相 E1中的 A组分含量达到最高 ；
?最后一级中, 萃余相 Rn-1与含溶质 A最少的新鲜溶剂相接
触, 因而使 最终萃余相 Rn中的 A组分降到最低 。
因此该流程 可用较少的萃取剂达到较高的萃取率, 应用
较广 。
多级逆流萃取为连续操作过程, 可 在多级混合 — 澄清槽
中进行, 亦可在 塔式设备中进行 。
计算内容, 已知 原料液量 F(kg/h)及其组成 xF,选定溶剂
用量 S及其组成 ys的条件下,计算 最终萃余相组成降至规定
值 xn时所需的 理论级数
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 53/120
SR
S
yS
En
yn
E3
y3
E2
y2
E1
y1
SE xF
F
x1
R1
x2
R2
xn-1
Rn-1
xn
Rn
1 2 n
5.3.3.1 B,S部分互溶物系 (I类 )
1.三角形坐标图上的逐级图解法
原理：
总物料衡算,F+S=E1+Rn 即 F-E1=Rn-S
第一级物料衡算,F+E2=R1+E1 即 F-E1=R1-E2
第二级物料衡算,R1+E3=R2+E2 即 R1-E2=R2-E3
第 n级物料衡算,Rn-1+S=Rn+En 即 Rn-1-En=Rn-S
可得,F-E1=R1-E2=R2-E3=……=Ri-Ei+1=……=Rn-1-En=Rn-S=Δ
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 54/120
F-E1=R1-E2=R2-E3=……=Ri-Ei+1=……=Rn-1-En=Rn-S=Δ
表明：离开任一级的萃余相流量 Ri与进入该级的萃取相流量 Ei+1之差
恒为常数△。
Δ 可视为通过每一级的, 净流量,,为一虚拟量。
因 F-E1=Δ, 故 F,E1,Δ 三点据杠杆规则知必在一条直线上，这条直
线即为第 1级操作线。
同理,Δ 点也位于其它各操作线上，即 Δ 点为各条操作线上的共有
点，称为操作点。即对任意一级，均存在共同的操作点△。
A
B S
F
E1
En
Rn
R1
Δ
E2
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 55/120
图解步骤：
?绘制溶解度曲线及辅助
曲线；
?据 F,xF,S,yS,确定点
F,S,M位置；
?由规定的最终萃余相组
成 xn确定 Rn点，连 Rn,M
延长，交溶解度曲线于
E1(离开第一级的萃取相 )；
?由 FE1,SRn的延长线交
点确定 Δ的位置；
)(x)(x
ERRE
nn
2111
规定读图重复至
延长线交溶解度曲线于由 辅助曲线
??
???? ?? ?
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 56/120
〖说明〗
?每使用一次平衡关系，表明需要一个理论级数，即理论
级数＝联结线数
?Δ的位置与 F,xF,S,yS,xn,联结线斜率等因素有关，
可能在三角形左侧，也可能在三角形右侧。 当 S/F较小 时，
F-E1=Δ>0,即 F点为 E1,Δ的和点，此时 Δ在左侧； 当 S/F较
大时,F-E1=Δ>0,即 F点为 E1,Δ的差点，此时 Δ点在右侧。
S
E2
E3
R2
R
1
E1
F
RN
Δ
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 57/120
2.x~y直角坐标系上求解理论级数
操作线的作法一：
在三角形相图上确定 F,S,Rn点以及 E1点, 并通过连 FE1与 RnS并延
长相交得操作点 △
② 过 △ 点在直线 △ FE1和 △ RnS两线间作任意条操作线, 分别与溶解
度曲线交于两点, 如 Rm-1,Em
③在图中读出 Rm-1,Em组成 xm-1,ym,并将其对应点标在 y～ x图上，
两端点坐标分别为 (xF,y1)和 (xn,ys),连接各点为光滑曲线，即为操作线。
S
Em
Rm-1 E1
F
RN
Δ x
y
W(xn,yS)
N(xF,y1)
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 58/120
操作线作法二：
在第 1级与第 i级间作溶质 A的
物料衡算：
Ei+1
yi+1
E1
y1
xF
F
xi
Ri
1 i
??
?
?
??
?
?
????
???
???
?
??
F
ii
i
i
i
i
iiiiF
x
E
F
y
E
E
x
E
R
y
yExRyEFx
1
1
1
1
1
1
1111
上式为多级逆流萃取的操作线方程式。表
示 离开 任一级 i的萃余相组成 xi与进入该级的
萃取相组成 yi+1之间的变化关系。据此式可在
x~y直角坐标图上绘制出操作线。
操作线的两端点,N(xF,y1), W(xn,yS)
x
y
W(xn,yS)
N(xF,y1)
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 59/120
图解步骤,
?在 x~y直角坐标系中标绘分配曲
线 OQP；
?作操作线 WN。 利用三角形相图
上的操作线或利用操作线方程；
?从点 N(xF,y1) 开始在分配曲线和操
作线间绘制梯级，直至跨过点
W(xn,yS)为止。
〖说明〗
理论级数＝梯级数
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 60/120
S
Yi+1
S
Y1
XF
B
Xi
B
1 i
5.3.3.2 B,S完全不互溶 (I类 )
在第 1级与第 i级间作溶质 A的
物料衡算：
?
?
?
?
?
? ????
???
?
?
Fii
iiF
X
S
B
YX
S
B
Y
SYBXSYBX
11
11
上式为 B,S完全不互溶物系 多级
逆流萃取的操作线方程式。表示 离
开 任一级 i的萃余相组成 Xi与进入该
级的萃取相组成 Yi+1之间的变化关系。
据此式可在 X~Y直角坐标图上绘制
出操作线。
此操作线为斜率为 B/S,连接点
J(XF,Y1), D(Xn,YS)的线段。
Y
Y1
YS
X
J
D
XFXn
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 61/120
1.图解法
步骤：
? 在 X~Y坐标上绘制分配曲线；
? 在 X~Y坐标上绘制操作线 DJ；
? 从 J点出发，在分配曲线与操作线间绘制
梯级。
〖说明〗
? 理论级数＝梯级数
? 若溶剂为纯溶剂，则 D点位于 X轴上。
2.解析法
B
KS
A,
A
K
Y
X
K
Y
X
A
ln
Aln
n m
mS
n
S
F
mm
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
??
?
?
??
11
1
1
Y
Y 1 J
X N X F X
D
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 62/120
5.3.3.3 最小溶剂比 (S/F)min和最小溶剂用量 Smin
萃取操作中，用溶剂比 S/F来表示溶剂用量对设备费和操作费的
影响。
??
???
??
??????
，操作费溶剂回收成本
设备费，理论级数操作线与分配曲线距离,
S
B,
F
S
最小溶剂比 (S/F)min,是指当操
作线与分配曲线 (平衡线 )在某一
点相交或相切时的溶剂比。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 63/120
1.Smin的确定
① B,S部分互溶
,Rn不变,E1上移，操作线斜率 ↑，操作线与连
接线斜率愈靠近，理论级数 ↑。当 S/F减到 (S/F)min时，出现某
一操作线与连接线相重合的情况，此时的理论级数为无穷多。
Smin的量由杠杆规则确定。 A
B S
F
E1’
Rn
M’
Δ
E1
?? MS,F/S
S'M
F'M
FS
OR
S'M
F'M
F
S
m i n
m i n
?
??
?
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 64/120
② B,S完全不互溶
在 X~Y图上，连接点 D(Xn,YS)
和分配曲线与 X=XF交点，读取其
斜率 δmax,则：
D
m a xm i n
m a x
m i n
B
F
F
S
OR
B
S
?
?
??
?
?
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 65/120
5.5 萃取设备
5.5.1 萃取设备的基本要求和分类
1.基本要求
传质面积大。萃取过程中一个液相为连续相，另一个液
相以液滴的形式分散在连续相中，称分散相。液滴表面积
是气液接触的传质面积。显然液滴愈小，两相的接触面积
愈大，传质愈快，有利于萃取操作的进行。
相对流动快。充分接触的气液两相分层后得萃取相和萃
余相。若两相的相对流动快，则聚合分层也快，减少了萃
取操作的时间，提高生产能力。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 66/120
2.萃取设备的分类
? 按两相的接触方式分：
?逐级接触式 萃取设备 。 两相逐级相遇发生传质, 组成发生阶梯
式的变化 。 既可用于间歇操作, 也可用于连续操作 。
?微分接触式 萃取设备 。 两相连续接触, 发生连续的传质过程,
从而使两相组成也发生连续的变化 。 一般用于连续操作 。
? 按外界是否输入能量分：
?无外加能量 萃取设备 。 用于两相密度差较大的场合 。 此时两相
的分散及流动仅仅依靠密度差来实现, 而不需外界输入能量 。
?有外加能量 萃取设备 。 用于两相密度差很小, 界面张力较大,
液滴易合并而不易分散的场合 。 此时需借助外界输入能量, 如加
搅拌, 振动等, 以实现分散和流动 。
? 根据设备结构的特点和形状分：
?组件式萃取设备：多由单级萃取设备组合而成，根据需要可灵
活地增减组合的级数。
?塔式萃取设备：有板式塔、喷洒塔及填料塔等。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 67/120
5.5.2 萃取设备的主要类型
1.混和澄清器
它由混合器及澄清器两部分组成，
混合器内装有搅拌器。原料液及溶剂
同时加入混合器内，经搅拌后流入澄
清器，进行沉降，即重相沉至底部形
成重相层，而轻相浮入器上部，形成
轻相层。轻相层及重相层分别由其排
出口引出，若为了进一步提高分离程
度，可将多个混合澄清器按错流或逆
流的流程组合成多级萃取设备，所需
级数多少随工艺的分离要求而定。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 68/120
优点：
?
? 结构简单，容易放大和操作。
? 两相流量之比范围大，运转稳定可靠,易于开、停工。对不同的物系
有良好的适应性，甚至对含有少量悬浮固体的物料也可处理。
? 易实现多级连续操作，便于调节级数。装置不需高大的厂房和复杂
的辅助设备。
缺点：
?
? 由于动力搅拌装置及级间的物料输送设备，使得该类设备的设备费
及操作费较高。混合 -澄清槽仍广泛用于湿法冶金工业、原子能工业及
石油化工等方面，尤其在所需级数少、处理量大的场合，更显示出它的
实用性和经济性。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 69/120
2.萃取塔
①喷洒塔
轻、重两相分别从塔的底部和顶部进入。
其中一相经分散装置分散为液滴后沿轴向
流动，流动中与另一相接触进行传质。分
散相流至塔另一端后凝聚形成液层排出塔。
优点：
结构简单，塔体内除各流股物料进出的
连接管和分散装置外，别无其它内部构件。
缺点：
轴向返混严重，传质效率极低。
适于仅需一、二个理论级的场合。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 70/120
②填料萃取塔
填料萃取塔的结构与气 -液传质过程
所用填料塔结构一样，如图 9-24所示。
塔内充填适宜的填料，塔两端装有两相
进出口管。重相由上部进入、下端排出，
而轻相由下端进入，从顶部排出。连续
相充满整个塔，分散相由分布器分散成
液滴进入填料层，在与连续相逆流接触
中进行萃取。在塔内，流经填料表面的
分散相液滴不断地破裂与再生。当离开
填料时，分散相液滴又重新混合，促使
表面不断更新。此外，还能抑制轴向返
混。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 71/120
为增大相际传质面积, 提高传质速率, 应选择适当的分
散相 。 为减少塔的壁效应, 填料尺寸应小于塔径的 1/8～
1/10。 为防止液体的沟流, 填料层宜分段, 各段之间设再分
布器 。 每段填料层高度 h可按 h/D经验范围确定, 如对拉西
环, 每段填料层高约为塔径 D的 3倍, 对鲍尔环及鞍形填料
可取 5～ 10倍 。
填料萃取塔 结构简单、造价低廉、操作方便,故在工业
上有一定的应用。在运行中，尽管填料塔对两相的流动有
所改善，返混有所抑制，但其级效率仍然较小。
适于 理论级小于 3，处理量较小的场合。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 72/120
③ 筛板萃取塔
筛板萃取塔是逐级接触式萃取设备，依靠两
相的密度差，在重力的作用下，使得两相进行
分散和逆向流动。若以轻相为分散相，则轻相
从塔下部进入。轻相穿过筛板分散成细小的液
滴进入筛板上的连续相 —重相层。液滴在重相
内浮升过程中进行液 -液传质过程。穿过重相
层的轻相液滴开始合并凝聚，聚集在上层筛板
的下侧，实现轻、重两相的分离，并进行轻相
的自身混合。当轻相再一次穿过筛板时，轻相
再次分散，液滴表面得到更新。这样分散、凝
聚交替进行，直至塔顶澄清、分层、排出。而
连续相重相进入塔内，则横向流过塔板，在筛
板上与分散相即轻相液滴接触和萃取后，由降
液管流至下一层板。这样重复以上过程，直至
塔底与轻相分离形成重液相层排出。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 73/120
筛孔孔径 d。 一般为 3～ 9mm,孔间距为（ 3～ 4） d。,开
孔率变化范围较宽。工业上常用的板间距为 150mm～
600mm。 塔盘上不设出口堰。
优点：
?表面更新好。高由于多层筛板，使得分散相多次分散及
凝聚，表面得以多次的更新；
?限制了轴向的返混。
?塔结构简单、价格低廉
缺点：
级效率不太高
适于 所需理论级数较少、处理量较大，而且物系具有腐
蚀性的场合。国内在芳烃抽提中应用筛板塔获得了良好的
效果。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 74/120
④ 脉冲筛板塔
脉冲筛板塔亦称液体脉动筛板塔，是指由于
外力作用使液体在塔内产生脉冲运动的筛板塔，
其结构与气 -液传质过程中无降液管的筛板塔
类似，如图 9-26。塔两端直径较大部分为上澄
清段和下澄清段，中间为两相传质段，其中装
有若干层具有小孔的筛板，板间距较小，一般
为 50mm。 在塔的下澄清段装有脉冲管，萃取
操作时，由脉冲发生器提供的脉冲使塔内液体
作上下往复运动，迫使液体经过筛板上的小孔，
使分散相破碎成较小的液滴分散在连续相中，
并形成强烈的湍动，从而促进传质过程的进行。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 75/120
脉冲发生器的类型有多种, 如活塞型, 膜片型, 风箱形
等 。
在脉冲萃取塔内, 一般脉冲振幅的范围为 9～ 50mm,频
率为 30～ 200min-1。 实验研究和生产实践表明, 萃取效率受
脉冲频率影响较大, 受振幅影响较小 。 一般认为频率较高,
振幅较小时萃取效果较好 。 如脉冲过于激烈, 将导致严重
的轴向返混, 传质效率反而下降 。
优点是结构简单，传质效率高，但其生产能力一般有所
下降，在化工生产中的应用受到一定限制。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 76/120
⑤ 往复筛板萃取塔
将若干层筛板按一定间距固定在中心轴
上，由塔顶的传动机构驱动而作往复运动。
往复振幅一般为 3～ 50mm,频率可达
100min-1。 往复筛板的孔径要比脉动筛板
的孔径大，一般为 7～ 16mm。 当筛板向上
运动时，迫使筛板上侧的液体经筛孔向下
喷射；反之，当筛板向下运动时，又迫使
筛板下侧的液体向上喷射。为防止液体沿
筛板与塔壁间的缝隙走短路，应每隔若干
块筛板，在塔内壁设置一块环形挡板。
往复筛板萃取塔的效率与塔板的往复频
率密切相关 。 当振幅一定时, 在不发生液
泛的前提下, 效率随频率的增大而提高 。
往复筛板萃取塔可较大幅度地增加相际
接触面积和提高液体的湍动程度，传质效
率高，生产能力大，在石油化工、食品、
制药等工业中应用广泛。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 77/120
⑥ 转盘萃取塔 (RDC)
1951年由 Reman开发 。 在圆柱形的塔
体内装有多层固定环形挡板, 称为定环 。
定环将塔隔成多个空间, 两定环之间均
装一转盘 。 转盘固定在中心转轴上, 转
轴由塔顶的电机驱动 。 转盘的直径应小
于定环的内径, 使环, 盘之间留有自由
空间, 以便安装和检修, 增加塔内流通
能力, 提高萃取传质效率 。
塔两端留有一定的空间作为澄清室,
并以栅型挡板与中段萃取段隔开, 以减
少萃取段扰动对澄清室内两相分层的影
响 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 78/120
重相由塔上部进入, 轻相由塔下部进
入 。 两相在塔内作逆向流动 。 此外, 该
设备还可并流操作, 此时, 原料液及溶
剂必须从同一端进入塔内, 借助输入的
能量在塔内流动 。 当转盘以较高转速
旋转时, 转盘则带动其附近的液体一起
转动, 使液体内部形成速度梯度, 产生
剪应力 。 在剪应力的作用下, 使连续相
产生涡流, 处于湍动的状态, 而使分散
相液滴变形, 以致破裂或合并, 以增加
相际传质面积, 促进表面更新 。 而其定
环则将旋涡运动限制在由定环分割的若
干个小空间内, 抑制了轴向返混 。 由于
转盘及定环均较薄而光滑, 不至于使局
部的剪应力过高, 避免了乳化现象, 有
利于两相的分离 。 为此, 转盘塔传质效
率较高 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 79/120
3.离心萃取器
①转筒式离心萃取器
单级接触式。重液和轻液由底部
的三通管并流进入混和室，在搅拌桨
的剧烈搅拌下，两相充分混和进行传
质，然后共同进入高速旋转的转筒。
在转筒中，混和液在离心力的作用下，
重相被甩向转鼓外缘，而轻相则被挤
向转鼓的中心。两相分别经轻、重相
堰，流至相应的收集室，并经各自的
排出口排出。
特点：结构简单，效率高，易于
控制，运行可靠。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 80/120
②芦崴式离心萃取器 (Luwesta)
立式逐级接触式。主体是固定在壳体上并
随之作高速旋转的环形盘。壳体中央有固定
不动的垂直空心轴，轴上也装有圆形盘，盘
上开有若干个喷出孔。
操作：原料液与萃取剂均由空心轴的顶部
加入。重液沿空心轴的通道流下至器底而进
入第三级的外壳内，轻液由空心轴的通道流
入第一级。在空心轴内，轻液与来自下一级
的重液相混和，再经空心轴上的喷嘴沿转盘
与上方固定盘之间的通道被甩至外壳的四周。
重液由外部沿转盘与下方固定盘之间的通道
而进入轴的中心，并由顶部排出，其流向为
由第三级经第二级再到第一级，然后进入空
心轴的排出通道，如图中实线示；轻液则由
第一级经第二级再到第三级，然后进入空心
轴的排出通道，如虚线示。两相均由器顶排
出。
主要用于制药工业，处理能力 7～ 49m3/h，
在一定条件下，级效率可达 100％。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 81/120
③波德式离心萃取器 (薄膜萃取器 )
微分接触式,Podbielniak于 1934年发明，
并于 20世纪 50年代在工业上得到了广泛应
用。
由一水平转轴和随其高速旋转的圆形转
鼓，以及固定的外壳所组成。在转鼓内，
装有带筛孔的狭长金属带卷制而成的螺旋
圆筒或多层同心圆管。运行时，其转速一
般为 2000～ 5000r/min,在转鼓内形成较强
的离心力场。轻相液体由转轴中心通道引
至转鼓的外缘，而重相液体由另一转轴中
心通道进入转鼓内缘，并在径向穿过筒体
层的筛孔向外缘沉降，在环隙间与轻相接
触，进行传质过程，直到转鼓的外缘，由
导管引至轴上重相排出通道而排出。而轻
相液体则相反,在离心力场中犹如在重力
场中受到浮力一样，在离心力作用下，在
径向, 浮升,,穿过层层带孔的筒体向中
心运动。最后到达转鼓的内缘分相后，由
轻相排出口引出。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 82/120
带筛孔的圆形筒体恰似无溢流筛板一样，既有溢流功能、
也有分散作用，改善了流动的状态。由于高速的旋转，则
使离心力远大于重力，从而提高了设备处理能力。
优点：处理能力大，效率较高，提供较多理论级 (单台可
有３～ 7个理论级 )，结构紧凑，占地面积小。
缺点：能耗大、结构复杂、设备费及维修费用高。
适于两相密度差小、易乳化的场合
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 83/120
5.5.3 萃取塔的流动和传质特性
1.萃取塔的流动特性
在逆流操作的萃取塔重，分散相和连续相的流量不能任意加大。
流量过大：
一方面会减少两相接触时间，降低萃取效率；
另一方面会增加流动阻力 。
当流速增加到一定程度时，两流体相互之间将产生夹带现象，
即分散相被连续相带出塔外，而分散相也开始在塔内凝聚，并在
排出时带走连续相，这种两液相互相产生严重夹带的现象称为液
泛。显然液泛是萃取操作的负荷极限，它将破坏塔内的正常操作，
使传质效率下降。液泛的出现主要是由于连续相的空塔速度过大
而造成，因此出现液泛时的空塔速度，称为泛点流速 Ucf是操作的
上限，实际空塔速度应小于此值 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 84/120
2.萃取塔的传质特性
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 85/120
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 86/120
5.5.5 萃取设备的选择
1.所需的理论级数
当所需的理论级数不大于 2-3级时,各种萃取设备均
可满足要求 ; 当所需的理论级数较多 (如大于 4-5级 )时,可
选用筛板塔 ;当所需的理论级数再多 (如 10-20级 )时,可选
用有能量输入的设备,如脉冲塔,转盘塔,往复筛板塔,混合
澄清槽等,
2.生产能力
当处理量较小时,可选用填料塔,脉冲塔,对于较大的
生产能力,可选用筛板塔,转盘塔及混合 -澄清槽,离心萃取
器的处理能力也相当大,
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 87/120
3.物系的物理性质
对界面张力较小,密度差较大的物系,可选用无外加能量的设备,
对密度差小,界面张力小,易乳化的难分层物系,应选用离心萃取器, ]对
有较强腐蚀性的物系,宜选用结构简单的填料塔或脉冲填料塔, 对于放
射性元素的提取,脉冲塔和混合澄清槽用得较多, 若物系中有固体悬浮
物或在操作过程中产生沉淀物时,需周期停工清洗,一般可采用转盘萃取
塔或混合澄清槽,另外,往复筛板塔和液体脉动筛板塔有一定的自清洗能
力,在某些场合也可考虑选用,
4.物系的稳定性和液体在设备内的停留时间
对生产要考虑物料的稳定性,要求在萃取设备内停留时间短的物
系,如抗菌素的生产,用离心萃取器合适 ;反之,若萃取物系中伴有缓慢的
化学反应,要求有足够的反应时间,选用混合 -澄清槽为适宜,
5.其它
在选用设备时,还需考虑其它一些因素,如,能源供应状况,在缺电
的地区应尽可能选用依重力流动的设备 ;当厂房地面受到限制时,宜选用
塔式设备,而当厂房高度受到限制时,应选用混合澄清槽。
各自萃取设备对不同条件的适应性见 P351表 5-3。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 88/120
本章总结－联系图
基本原理
与概念
强化 过程
改进操作 扩展延伸
设计计算
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 89/120
一、三角形坐标图
顶点：代表纯组分,A-溶质,B-稀释剂,S-溶
剂
边,AB(或 BS,AS)上任一点代表 A和 B（ 或 B和 S、
A和 S） 二组分混合液的组成
面：△ ABS面中的任一点代表 A,B,S三组分混
合物，如图 M点示。
基本原理与概念
A
E
B F G S
M
图 1 三组分系统的表示法
三元物系组成的确定：
过 M点作 BC,AS,AB边平行线，由交点读得
A,B,S的组成。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 90/120
二、相平衡（三角形相图）
A
B S
临界
混溶点
溶解度
曲线
单相区
两相区
联结线
辅助曲线
P
R M E
图 2 一对组分 (BS) 部分互溶
B S
临界
混溶点
溶解度
曲线
单相区
两相区
联结线
辅助曲线
P
R M
E
A
图 3 一对组分 (BS) 完全不互溶
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 91/120
图 4 二对组分
（ B与 S,A与 S） 部分互溶
A
B S
溶解度
曲线
单相区
两相区
联结线
图 5 I类物系分配曲线 图 6 II类物系分配曲线
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 92/120
三、物料平衡及杠杆规则
1.物料平衡
mR+mE=mM,
mRxR+mExE=mMx
2.杠杆规则
(1)几何关系：和点、差点共线
AA
AA
M
R
AA
AA
M
E
AA
AA
R
E
yx
yz
RE
ME
m
m
yx
zx
RE
MR
m
m
yz
zx
ME
MR
m
m
)(
?
?
??
?
?
??
?
?
??
质量与距离成反比，即2
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 93/120
四、基本概念,
,kkxy xy.
B
A
BB
AA ???选择性系数2
kA表明 A平衡共存时在萃取相与萃余相的分配比例,联结线的
斜率越大,KA值越大,所需溶剂量越小,。
,xyAAk.
A
A
A ?? 的质量分数萃余相中
的质量分数萃取相分配系数1
萃取剂的选择性系数定量地表示萃取剂的分离效果,表明 A,B
在 S中溶解度的差异,差异越大,越易分离,所需理论级数越少 。
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 94/120
3.最小溶剂比 (S/F) min:当连续多级逆流萃取所需的理论级数
达无穷多，所需萃取剂量最少时的溶剂比。
4.操作点△,多级逆流时,即离开任一级的萃取相流量 R1与进入
该级的萃取相流量 Ei+1之差,△所示的量可认为是通过每一
级的, 净流量, 。
5萃取液的最大浓度 E’max
过 S作溶解度曲线 CEmD的切线交 AB
于 E’max,E’max代表 A含浓度最高的萃
取液浓度 (图示 ).
A
B
E’m
Em
S
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 95/120
混合澄清槽
萃取塔
离心萃取剂
设备及其强化
溶剂的选择
选择最佳操作条件
新型萃取剂
溶剂改性
萃取设备
强化方向 外加能量增加湍动减少轴向返混
强化过程
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 96/120
改进操作
1.改进溶剂比
2.改变温度，增大二相区
3.选择连续相与分散相
4.增强外加能量，如增大脉冲振幅
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 97/120
扩展延伸
1.其他坐标表示法
（ 1）直角坐标
（ 2）两相平衡关系用分配曲线
( 3 )在 X-Y直角坐标上求理论级
（ 4）脱溶剂基的直角坐标相图
2.复杂萃取过程
（ 1）有回流的多级逆流萃取
( 2 )多股溶剂的多级逆流萃取
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 98/120
1.单级求法（见图）
MR
ME
E
R
MF
MS
S
F ?? ;
由杠杆原则
设计计算
M
A
B S
F
R
E
'E
'R
萃
取
设
备
回收
设备 'Rx,'R
回收
设备 'Ey,'E
Rx,R
Ey,E
ES
RS
Fx,F
Sy,S
已知,F,xF,yS,xR,相平衡关系 。
计算：
? 和点 M的量及组成；
? R,E两相的量及组成
? R’,E’两相的量及组成
? Smin,Smax,S的量
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 99/120
2.多级错流 NT求法
交替利用相平衡与物料平衡关系求理论级数
332211
11
32 ERERER
MSF
SS ?? ????? ????
??
?
联结线
相平衡
（杠杆原则）
物料平衡
F
R2
R3
R1
E3
E2
E1
S2
S1
S3
A
B S
F
R2 M2
E2R1
R3
M1
M3
E1
E3
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 100/120
3.多级逆流 Nt求法
……
E2
Rn-S
F-E1至
操作点 Δ
E3?
F
R2
R3
R1
E3
E2
E1
S
Δ
Rn 物料衡算 E1 相平衡 R
1
点 Rn (图解 )过点 Rn(已知 )
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 101/120
本章要求
了解：
2010年 5月 14日 第五章 液－液萃取 102/120
THE END
Thanks
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