浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 1/22
幻灯片 3目录三、多级逆流萃取
§ 11.4 萃取设备
§ 11.5 固液萃取 （ 浸取 ）
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 2/22
R ′
E ′ F,x
F
R
1
R
2
R
N-1
R
N
1 2 N
E
1
E
2
E
3
E
N
S,y
S
S
S
三、多级逆流萃取
1,流程及特点特点：传质推动力较为均匀浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 3/22
R ′
E ′ F,x
F
R
1
R
2
R
N-1
R
N
1 2 N
E
1
E
2
E
3
E
N
S,y
S
S
S
1ERSF N FERS N 1
112 EREF 121 REFE
2312 RERE
NNN RSRE 1
总物料衡算：
三、多级逆流萃取
2、计算
（ 1）当 B,S部分互溶时第 1级：
第 2级：
第 N级：
解析法图解法浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 4/22
R ′
E ′ F,x F R 1 R 2 R N
1 2 N
E 1 E 2 E 3 S,y S S
S
121 REFE 23 RE NNN RSRE 1
--- -- -净流量
- - -- -- -- -- -- 操作线方程
S 操作点?
E2
E3
R2
R1 E1
F
RN
操作线三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 5/22
图解法求级数 N的作图步骤：
E1
三、多级逆流萃取
RN
F
M
① 确定点 F,S,RN；
② 由 F,S量的大小确定和点 M，连结 RN,M，并延长得点 E1；
S
121 REFE 23 RE NNN RSRE 1------ 操作线方程
③ 连点 F,E1,RN,S，并延长得点?；注意,?可能在图的右侧，也可能在左侧，这与 y1与 xF的大小有关。
R1
E2
④ 过 E1作共轭线 E1R1，连结 R1?，交溶解度曲线于点 E2；
⑤ 过 E2作共轭线 E2R2,连结 R2?，
交溶解度曲线于点 E3；
如此反复,直至 （ 指定 ） 为止,
共轭线的个数即为理论级数 。
R2
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 6/22
F
A
E
1
R
N
B S
三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 7/22
F
M
A
M?
R
N
B S?
当? 在右侧时,S 用量越小,? 越远离 S,
当? 在左侧时,S 用量越小,? 越靠近 S 。
三、多级逆流萃取溶剂比 S/F对多级逆流萃取的影响：
对指定的分离要求 xN,S/F大小直接影响到?的位置。
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 8/22
最小溶剂比
m in
FS
三、多级逆流萃取
S用量越小，操作线斜率与连接线斜率越接近，每个理论级的分离程度越小。
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 9/22
作图法求
m i n
FS,
E
1
F
R
1
R
N
A
B S?
F
A
E
1
R
N
B S
三、多级逆流萃取当?在左侧时,延长所有的联结线与 RNS相交,
得?1,?2,?3......,取最远离 S点的?为?min 。
当?在右侧时，延长所有的联结线与 SRN相交，
得?1,?2,?3......，取最靠近 S点的?为?min 。
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 10/22
B,X F X 1 X 2 X i - 1 B,X N
1 2 i N
S,Y 1 Y 2 Y 3 Y i S,Y S
对第 i 级 ~N 级作物料衡算：
SiNi YYSXXB 1
SNii YXXSBY 1
- - -- - 操作线方程，过点 （ X N,Y S ） （ X F,Y 1 ）
（ 2） 当 B,S完全不互溶时
Y
Y 1
Y S
X N X F X
解析法求级数 N：
三、多级逆流萃取
解析法图解法浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 11/22
Y
Y 1
Y S
X N X F X
SF
NF
YY
XX
B
S
m i n
SNii YXXSBY 1
最小溶剂比
m i n
B
S,
解析法求级数 N：
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 12/22
RNSF XXXYXYYX2211,相操相操当平衡线为直线时，即 mXY?,纯溶剂萃取，可证明
1
1
1
e
e
X
X
N
N
F
式中
B
mS
e? ------ 萃取因数
B,X F X 1 X 2 X i - 1 B,X N
1 2 i N
S,Y 1 Y 2 Y 3 Y i S,Y S
解析法求级数 N：
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 13/22
Y
Y
1
E
1
P
1
E
2
P
2
X
N
X
F
X
SNii YXXSBY 1
作图法求级数 N：
作梯级三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 14/22
B,X F X 1 X 2 B,X N
1 2 N
S,Y 1 Y 2 Y 3 S,Y S
例 3 在 多级逆流 接触式萃取器中,每小时用 40kg纯溶剂 S对某 A,B两组分混合液进行萃取分离 。 在操作条件下,B与 S完全不互溶,以质量比表示的分配系数为 1.5。
已知稀释剂 B的流量为 30kg/h,原料液中 A的质量比组成 XF=0.3kgA/kgB,要求最终萃余相质量比 XN=0.05
kgA/kgB。 试求：完成分离任务所需的理论级数 。
三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 15/22
解一,
逐级计算 BX F + S Y S = S Y 1 + B X NY 1 = 40
30 (0,3- 0,05 )+ 0 = 0,1 87 5
X 1 =Y 1 / k A = 0,1 2 5 Y 2 = SB (X 1 -X N ) + Y S = 0,0 5 6 2 5
X 2 = 0,0 3 7 5? X N = 0,0 5? 共需 2 个理论级解二,XY 5.1?
230 405.1 BmSe
共需 2 个理论级
1
11
e
e
X
X N
N
F 12 1205.0 3.0
1
N 8.1?N
S=40kg/h纯溶剂,B与 S完全不互溶,
kA=YA/XA=1.5,B=30kg/h，
XF=0.3kgA/kgB,XN=0.05kgA/kgB。
试求：完成分离任务所需的理论级数 。
B,X F X 1 X 2 B,X N
1 2 N
S,Y 1 Y 2 Y 3 S,Y S
三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 16/22
补充作业拟设计一多级逆流接触萃取塔 。 在操作范围内所用的纯溶剂 S与料液中稀释剂 B完全不互溶；以质量比表示的分配系数为 2。 已知入塔顶 F=100kg/h,其中含溶质 A为 0.2
（ 质量分率 ）,要求出塔底的萃余相中 A的浓度降为 0.02
（ 质量分率 ） 。 试求：
（ 1） 最小的萃取剂用量 Smin；
（ 2） 若实际采用的萃取剂量为 60kg/h,则离开第二理论级的萃取相和萃余相的组成 。
三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 17/22
有外加能量的萃取设备无外加能量的萃取设备液液传质设备液液传质的特点：
(1)液液两相密度差异小；
(2)液体表面张力较大,液滴易于合并而难于破裂；靠自身的重力来分散液滴往往不够,还常需外界提供能量以分散液滴,如加搅拌,振动脉冲等 。
(3)易于产生返混现象,而使传质推动力下降 。
§ 11.4 萃取设备原料液 萃取剂 S S
A + B
萃取液 E?
萃取相 E A ( 大量 ),B ( 少量 )
S + A + B S
萃余相 R
B + A + S 萃余液 R?
B ( 大量 ),A ( 少量 )
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 18/22
无外加能量的萃取设备,
填料塔特点：填料起了分散液体的作用，并减轻连续相的返混。
适用场合：不适用于有固体悬浮物的溶液筛板塔特点：筛板起了分散液体的作用，并减轻连续相的返混。
适用场合：不适用于有固体悬浮物的溶液有外加能量的萃取设备,
混合澄清器、转盘塔等思考,在萃取设备中，分散相的形成可借助哪些作用来达到？
重力、搅动或脉冲的作用
§ 11.4 萃取设备浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 19/22
§ 11.5 固液萃取（浸取）
一、固液萃取与液液萃取相比特点：
传质速率更小
固体必须粉碎后才能浸取，否则传质面积太小。
担体 B与萃取剂 S不互溶，
萃余相为三元体系,而萃取相为二元体系,因此,相图常用三角形相图。
溶剂担体，即固相溶质
S
B
A
A（溶质）
B（担体） S（溶剂）
B+A+S
S+A
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 20/22
A（溶质）
B（担体） S（溶剂）
------萃余相浓度的曲线
H
一般情况的滞液量线二,固液萃取（浸取）的相图
滞液量线
C
G
常数时滞液量线B SA
------此时，担体中滞液量一定常数时滞液量线?BS
------此时，担体中溶剂量一定浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 21/22
A（溶质）
B（担体） S（溶剂）C
H
§ 11.5 固液萃取（浸取）
联结线 Why？
联结线E
R
萃余相浓度曲线联结线必过点 B
B+A+S
S+A
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 22/22
A
B（担体） S（溶剂）
F 1,x F R 1 x 1 R 2 x 2 R N x N
1 2 N
E 1 y 1 E 2 y 2 E 3 y 3 S,y S
SREREF N?211
操作线
二、固液多级逆流萃取图解计算 -----与液液萃取相似
E1
F
RN
R1
E2
R2 E3
幻灯片 3目录三、多级逆流萃取
§ 11.4 萃取设备
§ 11.5 固液萃取 （ 浸取 ）
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 2/22
R ′
E ′ F,x
F
R
1
R
2
R
N-1
R
N
1 2 N
E
1
E
2
E
3
E
N
S,y
S
S
S
三、多级逆流萃取
1,流程及特点特点：传质推动力较为均匀浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 3/22
R ′
E ′ F,x
F
R
1
R
2
R
N-1
R
N
1 2 N
E
1
E
2
E
3
E
N
S,y
S
S
S
1ERSF N FERS N 1
112 EREF 121 REFE
2312 RERE
NNN RSRE 1
总物料衡算：
三、多级逆流萃取
2、计算
（ 1）当 B,S部分互溶时第 1级：
第 2级：
第 N级：
解析法图解法浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 4/22
R ′
E ′ F,x F R 1 R 2 R N
1 2 N
E 1 E 2 E 3 S,y S S
S
121 REFE 23 RE NNN RSRE 1
--- -- -净流量
- - -- -- -- -- -- 操作线方程
S 操作点?
E2
E3
R2
R1 E1
F
RN
操作线三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 5/22
图解法求级数 N的作图步骤：
E1
三、多级逆流萃取
RN
F
M
① 确定点 F,S,RN；
② 由 F,S量的大小确定和点 M，连结 RN,M，并延长得点 E1；
S
121 REFE 23 RE NNN RSRE 1------ 操作线方程
③ 连点 F,E1,RN,S，并延长得点?；注意,?可能在图的右侧，也可能在左侧，这与 y1与 xF的大小有关。
R1
E2
④ 过 E1作共轭线 E1R1，连结 R1?，交溶解度曲线于点 E2；
⑤ 过 E2作共轭线 E2R2,连结 R2?，
交溶解度曲线于点 E3；
如此反复,直至 （ 指定 ） 为止,
共轭线的个数即为理论级数 。
R2
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 6/22
F
A
E
1
R
N
B S
三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 7/22
F
M
A
M?
R
N
B S?
当? 在右侧时,S 用量越小,? 越远离 S,
当? 在左侧时,S 用量越小,? 越靠近 S 。
三、多级逆流萃取溶剂比 S/F对多级逆流萃取的影响：
对指定的分离要求 xN,S/F大小直接影响到?的位置。
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 8/22
最小溶剂比
m in
FS
三、多级逆流萃取
S用量越小，操作线斜率与连接线斜率越接近，每个理论级的分离程度越小。
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 9/22
作图法求
m i n
FS,
E
1
F
R
1
R
N
A
B S?
F
A
E
1
R
N
B S
三、多级逆流萃取当?在左侧时,延长所有的联结线与 RNS相交,
得?1,?2,?3......,取最远离 S点的?为?min 。
当?在右侧时，延长所有的联结线与 SRN相交，
得?1,?2,?3......，取最靠近 S点的?为?min 。
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 10/22
B,X F X 1 X 2 X i - 1 B,X N
1 2 i N
S,Y 1 Y 2 Y 3 Y i S,Y S
对第 i 级 ~N 级作物料衡算：
SiNi YYSXXB 1
SNii YXXSBY 1
- - -- - 操作线方程，过点 （ X N,Y S ） （ X F,Y 1 ）
（ 2） 当 B,S完全不互溶时
Y
Y 1
Y S
X N X F X
解析法求级数 N：
三、多级逆流萃取
解析法图解法浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 11/22
Y
Y 1
Y S
X N X F X
SF
NF
YY
XX
B
S
m i n
SNii YXXSBY 1
最小溶剂比
m i n
B
S,
解析法求级数 N：
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 12/22
RNSF XXXYXYYX2211,相操相操当平衡线为直线时，即 mXY?,纯溶剂萃取，可证明
1
1
1
e
e
X
X
N
N
F
式中
B
mS
e? ------ 萃取因数
B,X F X 1 X 2 X i - 1 B,X N
1 2 i N
S,Y 1 Y 2 Y 3 Y i S,Y S
解析法求级数 N：
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 13/22
Y
Y
1
E
1
P
1
E
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P
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X
N
X
F
X
SNii YXXSBY 1
作图法求级数 N：
作梯级三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 14/22
B,X F X 1 X 2 B,X N
1 2 N
S,Y 1 Y 2 Y 3 S,Y S
例 3 在 多级逆流 接触式萃取器中,每小时用 40kg纯溶剂 S对某 A,B两组分混合液进行萃取分离 。 在操作条件下,B与 S完全不互溶,以质量比表示的分配系数为 1.5。
已知稀释剂 B的流量为 30kg/h,原料液中 A的质量比组成 XF=0.3kgA/kgB,要求最终萃余相质量比 XN=0.05
kgA/kgB。 试求：完成分离任务所需的理论级数 。
三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 15/22
解一,
逐级计算 BX F + S Y S = S Y 1 + B X NY 1 = 40
30 (0,3- 0,05 )+ 0 = 0,1 87 5
X 1 =Y 1 / k A = 0,1 2 5 Y 2 = SB (X 1 -X N ) + Y S = 0,0 5 6 2 5
X 2 = 0,0 3 7 5? X N = 0,0 5? 共需 2 个理论级解二,XY 5.1?
230 405.1 BmSe
共需 2 个理论级
1
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e
e
X
X N
N
F 12 1205.0 3.0
1
N 8.1?N
S=40kg/h纯溶剂,B与 S完全不互溶,
kA=YA/XA=1.5,B=30kg/h，
XF=0.3kgA/kgB,XN=0.05kgA/kgB。
试求：完成分离任务所需的理论级数 。
B,X F X 1 X 2 B,X N
1 2 N
S,Y 1 Y 2 Y 3 S,Y S
三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 16/22
补充作业拟设计一多级逆流接触萃取塔 。 在操作范围内所用的纯溶剂 S与料液中稀释剂 B完全不互溶；以质量比表示的分配系数为 2。 已知入塔顶 F=100kg/h,其中含溶质 A为 0.2
（ 质量分率 ）,要求出塔底的萃余相中 A的浓度降为 0.02
（ 质量分率 ） 。 试求：
（ 1） 最小的萃取剂用量 Smin；
（ 2） 若实际采用的萃取剂量为 60kg/h,则离开第二理论级的萃取相和萃余相的组成 。
三、多级逆流萃取浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 17/22
有外加能量的萃取设备无外加能量的萃取设备液液传质设备液液传质的特点：
(1)液液两相密度差异小；
(2)液体表面张力较大,液滴易于合并而难于破裂；靠自身的重力来分散液滴往往不够,还常需外界提供能量以分散液滴,如加搅拌,振动脉冲等 。
(3)易于产生返混现象,而使传质推动力下降 。
§ 11.4 萃取设备原料液 萃取剂 S S
A + B
萃取液 E?
萃取相 E A ( 大量 ),B ( 少量 )
S + A + B S
萃余相 R
B + A + S 萃余液 R?
B ( 大量 ),A ( 少量 )
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 18/22
无外加能量的萃取设备,
填料塔特点：填料起了分散液体的作用，并减轻连续相的返混。
适用场合：不适用于有固体悬浮物的溶液筛板塔特点：筛板起了分散液体的作用，并减轻连续相的返混。
适用场合：不适用于有固体悬浮物的溶液有外加能量的萃取设备,
混合澄清器、转盘塔等思考,在萃取设备中，分散相的形成可借助哪些作用来达到？
重力、搅动或脉冲的作用
§ 11.4 萃取设备浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 19/22
§ 11.5 固液萃取（浸取）
一、固液萃取与液液萃取相比特点：
传质速率更小
固体必须粉碎后才能浸取，否则传质面积太小。
担体 B与萃取剂 S不互溶，
萃余相为三元体系,而萃取相为二元体系,因此,相图常用三角形相图。
溶剂担体，即固相溶质
S
B
A
A（溶质）
B（担体） S（溶剂）
B+A+S
S+A
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 20/22
A（溶质）
B（担体） S（溶剂）
------萃余相浓度的曲线
H
一般情况的滞液量线二,固液萃取（浸取）的相图
滞液量线
C
G
常数时滞液量线B SA
------此时，担体中滞液量一定常数时滞液量线?BS
------此时，担体中溶剂量一定浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 21/22
A（溶质）
B（担体） S（溶剂）C
H
§ 11.5 固液萃取（浸取）
联结线 Why？
联结线E
R
萃余相浓度曲线联结线必过点 B
B+A+S
S+A
浙江大学本科生课程化工原理 第十一章 液液萃取和固液萃取 22/22
A
B（担体） S（溶剂）
F 1,x F R 1 x 1 R 2 x 2 R N x N
1 2 N
E 1 y 1 E 2 y 2 E 3 y 3 S,y S
SREREF N?211
操作线
二、固液多级逆流萃取图解计算 -----与液液萃取相似
E1
F
RN
R1
E2
R2 E3
