导图社区 液-液萃取思维导图
这是一篇关于液-液萃取的思维导图，主要内容有萃取过程的流程和计算、三元体系的液-液相平衡、萃取过程概述。
化工原理干燥思维导图，整合所有知识点，有错误希望积极指出修正。在与外界绝热的情况下，空气与大量水经过无限长时间接触后，空气温度与水温相等，这一稳定的温度为湿空气的绝热饱和温度。
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民法分论
液-液萃取
萃取过程的流程和计算
萃取操作设备分类
分级接触式萃取
单级萃取
多级萃取
多级错流萃取
多级逆流萃取
连续接触式萃取
理论级概念
如果单级萃取操作能使两相达到平衡，形成互呈平衡的液-液两相，这样的萃取接触设备称为一个理论级（类似蒸馏中的理论版）
注意
实际接触级的分离能力很难达到理论级的分离能力，因此理论级是一种理想状态，实际需要的级数等于理论级数除以级效率（级效率目前尚无准确的理论计算方法，一般通过实验测定）
萃取过程计算类型（已知平衡关系、原料液的处理量及组成）
设计型计算
规定了各级溶剂的用量及组成，要求计算达到一定分离程度所需的理论级数
操作型计算
已知萃取设备的理论级数，要求估算经该设备萃取后所能达到的分离程度
萃取过程
单级萃取可以连续操作，也可以间歇操作
萃取相组成y及萃余项组成x的下标为各流股的符号，均是对溶质A而言
单级萃取过程在三角形相图上的表示
混合
混合物的组成M点在FS连线上
分层
混合液沉降分层得到E相、R相
脱溶剂
得到E'，R'
单级萃取的计算
单级萃取是指原料液F和溶剂S只进行一次混合、传质，具有一个理论级的萃取分离过程
特点
原料液与溶剂一次性接触
萃取相与萃余项互相平衡
生产中大多数是间歇操作
计算内容（B与S部分混溶）
已知
原料量F、原料组成XF、溶剂组成ys
规定
萃余项组成XR
计算
萃取剂量S，萃取相量E、组成yE，萃余项量R，萃取液量E'、组成yE’，萃余液量R'、组成xR'
计算步骤
由已知的相平衡数据在等腰直角三角形坐标图中作出溶解度曲线和辅助线
根据原料液的组成确定F点，根据萃取剂的组成确定S点（若为纯溶剂，则是顶点），连接FS，则原料液与萃取剂之混合液的组成点M必在FS连接线上
由已知的萃余项组成，在图上确定出R点
利用辅助线求得与之平衡的E点
作R与E的联结线，RE线与FS线的交点即为混合液组成点M
由物料衡算和杠杆定律求出各流股的量
子主题
两个极限萃取剂用量
在这两个极限用量下，原料液与萃取剂的混合液组成点恰好落在溶解度曲线上
最小溶剂用量（G点对应的萃取剂用量）Smin
最大溶剂用量（H点对应的萃取剂用量）Smax
单级萃取的萃取剂用量范围
Smin<S<Smax
当B、S完全不互溶时，对溶质A质量衡算
直角坐标图解法
多级错流接触萃取流程
多级错流萃取的总溶剂用量为各级溶剂用量之和，当各级溶剂用量相等时，达到一定的分离程度所需的总溶剂用量最少。
多级错流接触萃取特点
原料液从第1级加入
每一级均加入新鲜萃取剂
前一级的萃余项为后一级的原料液
每级为新萃取剂，传质推动力大，溶剂用量大
一般为间歇操作，生产能力小
多级错流接触萃取的计算
原料量F，原料组成XF、各级萃取剂用量Si
最终萃余项组成Xn
萃取级数n
B与S部分互溶物系计算
三角形相图图解法
B与S不互溶物系计算
解析法
多级逆流接触萃取流程
原料液F以反方向从第一级加入，逐次通过各级后，溶质组成逐级降低，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及萃余项Rn经脱除溶剂后得到E'和R'，溶剂则返回循环使用
多级逆流接触萃取特点
萃取剂从第n级加入
前一级的萃余相为后一级的原料液
后一级的萃取相为前一级的萃取剂
萃取剂循环使用，传质推动力小，溶剂用量小
连续操作，生产能力大
原料量F，原料组成XF，萃取剂用量S，萃取剂组成ys
最终萃余相组成Xn
图解计算步骤
根据操作条件下的平衡数据在三角形坐标图上绘出溶解度曲线和辅助曲线
根据原料液和萃取剂的组成，在图上定出F、S（途中采用纯溶剂），再由溶剂比S/F按杠杆定律再FS联线上定出和点M的位置
由规定的最终萃余相组成在图中定出点Rn，连接Rn、M，延长bing与溶解度曲线相较于点E1，此点是最终萃取相的组成点。
根据杠杆定律求出E1和Rn的量
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
直角坐标图图解法
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
溶剂比和萃取剂的最小用量
适宜溶剂量的确定
Smin的确定
S/F降低，MS增大，Rn不变，E1上移，操作线斜率增大，操作线与联结线斜率靠近，理论级数增大
当S/F减到最小值时，出现某一操作线与联结线相重合的情况，此时的理论级数为无穷多
Smin的量由杠杆规则确定
微分接触逆流萃取
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，通常在塔设备中进行
连续相
分散相
重相
轻相
分散相选择的原则
两相流量相差较大时，流量大的作为分散相
用填料塔时，润湿性能差的作为分散相（能把填料润湿）
两相粘度相差较大时，粘度大的作为分散相
安全角度考虑，易燃、易爆的液体作为分散相
萃取塔有效高度的确定
等板高度法
传质单元数法
萃取塔塔径的确定
三元体系的液-液相平衡
溶解度曲线的两种形式
根据萃取操作中各组分的互溶性，三元物系分为以下情况
A完全溶于B及S，B与S不互溶
A完全溶于B及S，B与S部分互溶
一类物系
A完全溶于B，A与S部分互溶
A完全溶于B，B与S部分互溶
二类物系
组成在三角形相图上的表示方法
可用等腰直角三角形、等边三角形、不等腰直角三角形
组分的浓度以摩尔分率、质量分率表示均可。
要点
顶点代表纯物质
边上任一点代表一个二元混合物，第三组分的组成为零
三角形内任一点代表一个三元混合物
XA+XB+XS=1
方法一
做平行线
方法二
作垂线
液-液相平衡关系
溶解度曲线和联结线
一定温度下第一类物系的溶解度曲线和联结线
共轭相
组成落在双相区的三元混合物所形成的两互成平衡的液相，其组成分别为R（萃余）和E点（萃取）表示
联结线
连结E、R两点的直线
一定温度下第二类物系的溶解度曲线和联结线
通常联结线不互相平行，其斜率随混合液的组成而异，一般是按照同一方向缓慢的改变
有些物系在不同浓度范围内联结线斜率方向不同，如吡啶-氯苯-水体系
辅助曲线与临界混溶点
由联结线求辅助曲线
由辅助曲线求联结线
临界混溶点
在临界混溶点P两相共轭的组成相同
临界混溶点P将溶解度曲线分为萃取相区域和萃余相区域
一般临界混溶点并不是溶解度曲线的最高点
临界混溶点一般由实验测得
分配系数和分配曲线
分配系数
液液平衡方程
一般KA不为常数，而随物系、温度、溶质A的浓度变化；在A浓度变化不大和恒温条件下，KA可以视为常数
分配系数值对分离效果的影响
若S与B完全不互溶，且萃取相中不含B，S的量不变或萃余相中不含S，B的量不变
分配曲线
以XA为横坐标，YA为纵坐标，在直角坐标图中，每一对共轭相可得一个点，将这些点联结起来，得到的曲线称为分配曲线
分配曲线的做法
温度对相平衡关系的影响
温度增大，溶解度增大，不互溶区减小，不利于萃取操作
对于某些物系，温度的改变不仅可以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
杠杆规则
描述两个混合物R和E形成一个新的混合物M时，或者一个混合物M分离为R和E两个混合物时，其质量之间的关系
M点为R与E的和点
R点为M与E的差点
E点为M与R的差点
代表混合液相总组成的M点和代表两层液层组成的R点与E点，应处于同一直线上
若于A、B二元料液F中加入纯溶剂S，混合液总组成的坐标M沿SF线而变，FS线上不同的点代表F、S以不同质量比进行混合所得的混合物，具体位置由杠杆规则确定
萃取剂的选择
萃取剂的选择性和选择性系数
萃取剂的选择性是指萃取剂S对原料液中两个组分溶解能力的差异
选择性系数
选择性系数大于1
选择性系数越大，萃取效果越好
选择性系数等于1，不能实现萃取分离
萃取剂S与原溶剂B的互溶度
萃取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
萃取剂回收难易与经济性
萃取过程萃取剂的回收费用是整个操作的一项关键经济指标
有些溶剂尽管其他性能良好，但由于较难回收而被弃用
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低，常采用蒸发、闪蒸等方法
萃取剂的其他物性
影响萃取过程的主要物理性质有液液两相的密度差、界面张力和液体粘度等
两相密度差大，有利于两相分散和凝聚，促进两相相对运动
界面张力较小，有利于分散，不利于凝聚，表面张力过小，液体易乳化，不易两相分离
界面张力较大，有利于凝聚，不利于分散，相际接触面减少
粘度较低时，有利于两相的混合和传质，还能降低能耗
萃取剂还应具有良好的稳定性，不易分解、聚合或和其他组分发生化学反应
萃取过程概述
萃取的概念
利用混合物中各组分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
目的
分离液-液混合物
萃取的分类
按照被分离混合物的形态分类
液-固萃取
按照有无化学反应分类
物理萃取
化学萃取（如络合萃取）
按照原料中可溶组分数目分类
单组分萃取
多组分萃取
按照所提取物质的性质分类
有机萃取
无机萃取
本章重点：液液体系的单组份物理萃取
萃取操作原理和基本过程
原理
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，也叫做溶剂萃取，简称萃取或抽提
是一个分离液体混合物的单元操作
选用的溶剂称为萃取剂，S
原料液中易溶于S的组分，称为溶质，A
难溶于S的组分称为原溶剂（或稀释剂），B
萃取流程
萃取分离的适用场合
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
原理液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若采用蒸馏的方法须将大量的稀释剂汽化，能耗较大
原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分解、聚合或发生其他变化
其他，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
萃取操作特点
外界加入萃取剂建立两相体系，萃取剂与原料只能部分互溶，完全不互溶为理想选择
萃取是一个过渡性操作，E相和R相脱除溶剂后才能得到富集A或B组分的产品
相平衡关系复杂
萃取分离具有处理能力大、选择性好、可常温操作、节约能耗、易于连续和自动控制等特点
蒸馏、吸收、萃取分离过程的区别
