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化工原理,第九章萃取,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,一、基本概念液-液萃取是分離均相液體混合物的單元操作之一。利用液體混合物中各組分在某溶劑中溶解度的差異，而達(dá)到混合物分離的目的。萃取屬于傳質(zhì)過程。本章主要討論雙組分均相液體混合物（A+B）的萃取過程。所選用溶劑稱為萃取劑S，混合液中被分離出的組分稱為溶質(zhì)A，原混合液中與萃取劑不互溶或僅部分互溶的組分稱為原溶劑B。操作完成后所獲得的以萃取劑為主的溶液稱為萃取相E，而以原溶劑為主的溶液稱為萃余相R。除去萃取相中的萃取劑后得到的液體稱為萃取液E’，同樣，除去萃余相中的萃取劑后得到的液體稱為萃余液R’?？梢姡腿〔僮靼ㄏ铝胁襟E：（1）原料液（A+B）與萃取劑的混合接觸；（2）萃取相E與萃余相R的分離；（3）從兩相中分別回收萃取劑而得到產(chǎn)品E’、R’。,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,二、萃取在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1．溶液中各組分的相對揮發(fā)度很接近或能形成恒沸物，采用一般精餾方法進(jìn)行分離需要很多的理論板數(shù)和很大的回流比，操作費用高，設(shè)備過于龐大或根本不能分離。2．組分的熱敏性大，采用蒸餾方法易導(dǎo)致熱分解、聚合等化學(xué)變化。3．溶液沸點高，需要在高真空下進(jìn)行蒸餾。4．溶液中溶質(zhì)的濃度很低，用蒸餾方法能耗太大，經(jīng)濟(jì)上不合理。液-液萃取技術(shù)的應(yīng)用不限于以上幾個方面，而是有著廣泛的前景。萃取與蒸餾兩種分離方法可以互相補(bǔ)充。實踐證明，適當(dāng)選用蒸餾或萃取，幾乎所有液體混合物都能有效而經(jīng)濟(jì)的實現(xiàn)組分間的完全分離。,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,三、液-液平衡關(guān)系液-液萃取至少涉及三種物質(zhì)，即原料液中的溶質(zhì)A和原溶劑B，以及萃取劑S。加入的萃取劑與原料液（A+B）形成的三組分物系有三種類型。（1）溶質(zhì)A完全溶于原溶劑B及萃取劑S中，但萃取劑S與原溶劑B完全不互溶，形成一對完全不互溶的混合液；（2）萃取劑S與原溶劑B部分互溶，與溶質(zhì)A完全互溶，形成一對部分互溶的混合液；（3）萃取劑S不僅與原溶劑B部分互溶而且與溶質(zhì)A也部分互溶，形成兩對部分互溶的混合液。第一種情況較少見，第三種情況應(yīng)盡量避免，我們討論的是第二種情況。,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,1．三組分系統(tǒng)組成的表示法液-液萃取過程也是以相際的平衡為極限。三組分系統(tǒng)的相平衡關(guān)系常用三角形坐標(biāo)圖來表示?；旌弦旱慕M成以在等腰直角三角形坐標(biāo)圖上表示最方便，因此萃取計算中常采用等腰直角三角形坐標(biāo)圖。在圖9-1中，三角形的三個頂點分別表示純組分。習(xí)慣上以頂點A表示溶質(zhì)，頂點B表示原溶劑，頂點S表示萃取劑。三角形任何一個邊上的任一點代表一個二元混合物，如AB邊上的H點代表由A和B兩組分組成的混合液，其中A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7，B為0.3。三角形內(nèi)任一點代表一個三元混合物，如圖M中的點，過M點分別作三個邊的平行線ED、HG與KF，其中A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以線段MF表示,B的以線段MK表示，S的以線段ME表示。由圖可讀得：WA=0.4，WE=0.3，WS=0.3。可見三個組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和等于1。,,,,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,,圖9－1組成在三角形相圖上的表示方法,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,此外，M點的組成也可由ME線段讀出萃取劑S的含量，MF線段讀出溶質(zhì)A的含量，原溶劑B的含量不直接從圖上讀出，而是可方便地計算出，即：B=100-(S+A)。直角等腰三角形可用普通直角坐標(biāo)紙繪制。有時，也采用不等腰直角三角形表示相組成，只有在各線密集不便于繪制時，可根據(jù)需要將某直角邊適當(dāng)放大，使所標(biāo)繪的曲線展開，以方便使用。,,,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,2．溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線在組分和的原料液中加入適量的萃取劑S，經(jīng)過充分的接觸和靜置后，形成兩個液層萃取相E及萃余相R。達(dá)到平衡時的兩個液層稱為共軛相。若改變萃取劑S的用量，則得到新的共軛相。在三角形坐標(biāo)圖上，將代表各平衡液層的組成坐標(biāo)點聯(lián)結(jié)起來的曲線稱為溶解度曲線，如圖9-2所示。曲線以內(nèi)為兩相區(qū)，以外為單相區(qū)。圖中點R及E表示兩平衡液層萃余相及萃取相的組成坐標(biāo)，兩點的聯(lián)線稱為聯(lián)結(jié)線。溶解度曲線是根據(jù)若干組共軛相的組成繪出的。溶解度曲線在點P分為左右兩部分，P點稱為臨界混溶點，又稱褶點，通過這一點的聯(lián)結(jié)線無限短，在此點處R和E兩相組成完全相同，溶液變?yōu)榫幌?。溶解度曲線及聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)均由實驗測得。,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,3．輔助曲線在一定溫度下，任何物系的聯(lián)結(jié)線有無窮多條，而且互成平衡兩液層的組成是由實驗測定的。因此，常用一條輔助曲線間接表示互成平衡的兩液層組成之間的關(guān)系。參閱圖9-3，圖中已知四對相互平衡液層的坐標(biāo)位置，即R1、E1；R2、；R3、E3及R4、E4各點。從點E1作邊AB的平行線，從點R1作BS邊的平行線，兩線相交于點F。再從另三組的坐標(biāo)點用同樣的方法作圖得交點G、H和J，聯(lián)各交點的曲線FGHJ即為輔助曲線，又稱共軛曲線。輔助曲線與溶解度曲線的交點即為臨界混溶點。借輔助曲線即可從某一液相（E相和R相）的已知組成，用圖解內(nèi)插法求出與此液相平衡的另一液相（E相和R相）的組成。若已測出的某條聯(lián)結(jié)線位置接近臨界混溶點，則可將輔助線外推求出P，若距離較遠(yuǎn)，用外延輔助曲線方法求點P是不準(zhǔn)確的。臨界混溶點數(shù)據(jù)應(yīng)由實驗測定出。,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,,圖9－2溶解度曲線與聯(lián)接線,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,,圖9－3三元物系的輔助曲線,圖9－4杠桿規(guī)則的應(yīng)用,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,4．杠桿規(guī)則如圖9-4所示，分層區(qū)內(nèi)任一點所代表的混合液可以分為兩個液層，即互成平衡的相E和相R。若將相E與相R混合，則總組成M即為點，M點稱為和點，而E點與R點稱為差點?；旌弦篗與兩液層E與R之間的數(shù)量關(guān)系可用杠桿規(guī)則說明。（1）代表混合液總組成的點M和代表兩平衡液層的兩點（E和R）應(yīng)處于一直線上。（2）E相和R相的量與線段MR和ME的長度成比例，即：（9-1）,,,,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,式中E、R——分別代表相和相的質(zhì)量，kg；MR、ME——分別代表線段MR和ME的長度。若三元混合物M是由二元混合液F和純組分混合S而成的，如圖9-4所示，則為M與S的和點F，M與S、F處于同一直線上。同樣可依杠桿規(guī)則得出如下關(guān)系：（9-2）式中S、F——分別代表純組分和二元混合物的質(zhì)量，kg；MF、MS——分別代表線段和的長度。若向二元混合物F中逐漸加入S，則其組成變化沿線FS由F向S線逐漸移動，而其余二組分（A與B）的比例則保持不變（仍是原來在二元溶液F中的比例關(guān)系）。,,,,,,,,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,5．分配系數(shù)在一定溫度下，當(dāng)達(dá)到平衡時，溶質(zhì)組分A在兩個液層（E相和R相）中的濃度之比稱為分配系數(shù)，以表示KA，即：KA=（9-3）同樣，對于組分B也可寫出相應(yīng)的分配系數(shù)表達(dá)式，即：（9-3a）式中YA、YB——分別為組分、在萃取相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；XA、XB——分別為組分、在萃余相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。,,,,,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,分配系數(shù)表達(dá)了某一組分在兩個平衡液相中的分配關(guān)系。顯然，KA值愈大，萃取分離的效果愈好。KA值與聯(lián)結(jié)線的斜率有關(guān)。當(dāng)KA=1，則YA=XA，聯(lián)結(jié)線與底邊BS平行，其斜率為零；如KA＞1，則YA＞XA，聯(lián)結(jié)線的斜率大于零；也有時KA＜1，則YA＜XA，斜率小于零。不同物系具有不同的分配系數(shù)KA值，同一物系KA值隨溫度及溶質(zhì)濃度而變化，在恒定溫度下，KA值只隨溶質(zhì)A的組成而變。,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,四、萃取過程在三角形相圖上的表示當(dāng)進(jìn)行萃取操作時，原料液F為二元混合物（含有A與組分B），F(xiàn)點必在邊AB上。若在原料液F中加入純萃取劑，S由杠桿規(guī)則知，加入S以后的混合液組成點M必在直線FS上。S與F的數(shù)量關(guān)系依杠桿規(guī)則由式（9-2）確定。M點位于兩相區(qū)內(nèi)，當(dāng)F和S經(jīng)充分混合后，分為兩個液層相E與相R（參看圖9-5）。此兩液層達(dá)到平衡時，其數(shù)量間的關(guān)系同樣可依杠桿規(guī)則由式（9-1）確定。,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,進(jìn)行萃取操作之后，可得到萃取相E與萃余相R。其中所含萃取劑S必須回收循環(huán)使用，同時可獲得含溶質(zhì)濃度較高的產(chǎn)品。若從萃取相E和萃余相R中完全脫除萃取劑S，則可以得到萃取液E’和萃余液R’。延長SE和SR線，分別交AB邊于點E’與點R’，即為該兩液相組成的坐標(biāo)位置。從圖9-5可看出萃取液E’中溶質(zhì)A的含量比原料液F中為高（F中含A40%，而E’中A含65%）。萃余液R’中含原溶劑的量比原料液中為高（中含60%，而中含88%）。原料液F經(jīng)過萃取并脫除萃取劑S以后，所含有的A、B組分獲得部分分離的效果。E’與R’間的數(shù)量關(guān)系仍用杠桿規(guī)則來確定，即：,,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,若從點作溶解度曲線的切線，切點為，延長此切線與邊相交于點，此點即為在一定操作條件下，可能獲得的含組分最高的萃取液的組成點。即萃取液中組分能達(dá)到的極限濃度。,圖9－5萃取過程在三角形相圖上的表示,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,五、影響萃取操作的主要因素影響萃取操作的因素很多，主要有三個方面：①物系本身的性質(zhì)，其中萃取劑的選擇是主要因素；②操作因素，其中溫度是主要因素；③設(shè)備因素。下面將依次討論萃取劑的選擇和操作溫度的影響，而在設(shè)備一節(jié)單獨討論設(shè)備的影響。1.萃取劑的選擇選擇適宜的萃取劑是萃取操作分離效果和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。選擇萃取劑時主要應(yīng)考慮一下性能：,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,（1）萃取劑的選擇性及選擇性系數(shù)選擇性是指萃取劑S對原料液中A、B兩個組分溶解能力的差別。若萃取劑S對溶質(zhì)A的溶解能力比對原溶劑B的溶解能力大得多，那么這種萃取劑的選擇性就好。萃取劑的選擇性可用選擇性系數(shù)β來衡量，即：（9-4）,,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,由式（9-4）可知，選擇性系數(shù)β是溶質(zhì)A和原溶劑B分別在萃取相R和萃余相中分配系數(shù)之比。β與蒸餾中的相對揮發(fā)度α很相似，如β=1，則KA=KB，YA/XA=YB/XB，即，YA/YB=XA/XB即萃取相和萃余項脫出萃取劑后得到的萃取液與萃余液將具有同樣的組成，并與料液的組成一樣，所以不可能用萃取方法分離。如β＞1，則KA>KB，萃取能夠?qū)崿F(xiàn)，β越大，分離越易。由β值的大小可判斷所選擇萃取劑是否適宜和分離的難易。萃取劑的選擇性好，對一定的分離任務(wù)，可減少萃取劑用量，降低回收溶劑操作的能量消耗，并且可獲得純度較高的產(chǎn)品。,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,,圖9－6萃取劑與原溶劑的互溶度的影響,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,（2）萃取劑S與原溶劑B的互溶度圖9-6表示了在相同溫度下，同一種含A、B組分的原料液與不同性能的萃取劑S1、S2所構(gòu)成的相平衡關(guān)系圖。圖9-6（a）表明B、S1互溶度小，兩相區(qū)面積大，萃取液中組分A的極限濃度E’大較大，圖9-6（b）表明選用萃取劑S2時，其極限濃度較小。顯然萃取劑與原溶劑的互溶度E’大越小，越有利于萃取。（3）萃取劑回收的難易與經(jīng)濟(jì)性萃取劑通常需要回收后循環(huán)使用，萃取劑回收的難易直接影響萃取的操作費用?；厥蛰腿┧玫姆椒ㄖ饕钦麴s。若被萃取的溶質(zhì)是不揮發(fā)的，而物系中各組分的熱穩(wěn)定性又較好，可采用蒸發(fā)操作回收萃取劑。在一般萃取操作中，回收萃取劑往往是費用最多的環(huán)節(jié)，有時某種萃取劑具有許多良好的性能，僅由于回收困難而不能選用。,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,（4）萃取劑的物理性質(zhì)①密度萃余相與萃取相之間應(yīng)有一定的密度差，以利于兩個液相在充分接觸以后能較快地分層，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。②界面張力物系的界面張力較大時，細(xì)小的液滴比較容易聚結(jié)，使兩相易于分層，但分散程度較差。界面張力過小時，易產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，使兩相較難分層。在實際操作中，液滴的聚集更為重要，故一般多選用界面張力較大的萃取劑。有人建議，將萃取劑和原料液加入分液漏斗中，經(jīng)充分激烈搖動后，以兩液相在五分鐘以內(nèi)能夠分層的，作為萃取劑界面張力適當(dāng)與否的大致判別標(biāo)準(zhǔn)。③其他為了便于操作、輸送及貯存，萃取劑的黏度與凝固點應(yīng)較低，并應(yīng)具有不易燃、毒性小等優(yōu)點。此外，萃取劑還應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及抗氧化穩(wěn)定性，對設(shè)備的腐蝕性也應(yīng)較小。,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,,圖9－7溫度對互溶度的影響,第一節(jié)液-液萃取的基本原理,2．操作溫度的影響相圖上兩相區(qū)面積的大小，不僅取決于物系本身的性質(zhì)，而且與操作溫度有關(guān)。一般情況下，溫度升高溶解度增大，溫度降低溶解度減小。如圖9-7所示，兩相區(qū)的面積隨溫度升高而縮小。若溫度繼續(xù)上升，兩相區(qū)就會完全消失，成為一個完全互溶的均相三元物系。此時萃取操作便無法進(jìn)行。對同一物系，當(dāng)溫度降低時，兩相區(qū)增加，對萃取有利。但溫度降低會使溶液黏度增加，不利于兩相間的分散、混合和分離，因此萃取操作溫度應(yīng)作適當(dāng)?shù)倪x擇。,第二節(jié)萃取操作流程與萃取過程的計算,一、單級接觸萃取流程與計算單級萃取流程較簡單，如圖9-8所示，既可用于間歇操作，也可用于連續(xù)生產(chǎn)。原料液與萃取劑借助于攪拌器的作用在萃取器內(nèi)進(jìn)行充分混合，然后將混合液引入分離器，分為萃取相與萃余相兩層。最后將兩相分別引入萃取劑回收設(shè)備以回收萃取劑。圖9-9所示為單級接觸萃取操作的圖解，圖中各點所用符號意義同前。在計算中，一般以生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定的原料液量及其組成為根據(jù)。此外，萃余相（或萃余液）的組成大多為生產(chǎn)中所要控制的指標(biāo)，也為已知值。通過計算可求出萃取劑的需用量，以及萃取相和萃余相的量及組成。其步驟如下：,第二節(jié)萃取操作流程與萃取過程的計算,1.設(shè)S加的萃取劑是純態(tài)的，故的組成位于三角形的A右頂點。由已知原料液組成（假定其中只含有組分A和B）在三角形的邊AB上確定F點，聯(lián)SF線，代表原料液與萃取劑的混合液的組成點M必在線SF上。,第二節(jié)萃取操作流程與萃取過程的計算,2.根據(jù)萃取系統(tǒng)的液-液相平衡數(shù)據(jù)可作出輔助曲線（圖中未畫出）。前已述及，只要兩平衡液層中，已知其中任一個液層的組成，則另一液層的組成可利用此輔助曲線求出(參看例9-2)。先由已知的萃余液組成，在AB邊上確定R’，聯(lián)SR’線，與溶解度曲線相交于R點，再由R點利用輔助曲線求出E點（圖中未示出此步驟）。聯(lián)RE直線，RE線與SF線的交點即為混合液的組成點M。按杠桿規(guī)則可求出S的量為：S/F=MF/MS故S=FMF/MS（9-5）式中F的量為已知，MF與MS兩線段長度可從圖上量出，則萃取劑S的量可由上式求出。,,,,,第二節(jié)萃取操作流程與萃取過程的計算,3．求R、E及R’、E’的量聯(lián)線SE并延長與邊AB相交于E’點，即為萃取液的組成點。萃取相與萃余相的量E、R也可由杠桿規(guī)則求得：E/R=MR/MEE=RMR/ME（9-6）因M=S+R為已知，MR與ER兩線段長度可從圖上量出，故E可由上式求得。依總物料衡算：F+S=R+E=M則R=M-E（9-7）,,,,,第二節(jié)萃取操作流程與萃取過程的計算,從萃取相和萃余相中回收萃取劑后所得的萃取液E’和R’萃余液，其組成點均在三角形相圖的邊AB上（假定R’與E’中的萃取劑已脫凈），故R’與E’的量也可依杠桿規(guī)則求得：E’/F=FR’/E’R’則E’=FFR’/E’R’（9-8）由式（9-8）求得E’后，則可依下式求：R’=F-E’（9-9）,,,,,第二節(jié)萃取操作流程與萃取過程的計算,二、多級萃取流程1．多級錯流萃取流程單級接觸式萃取設(shè)備中所得到的萃余相中，往往還含有較多的溶質(zhì)。為了將這些溶質(zhì)進(jìn)一步萃取出來，可采用多級錯流萃取，即將若干個單級萃取設(shè)備串聯(lián)使用，并在每一級中均加入新鮮萃取劑。如圖9-10所示（圖中為三級），原料液F從第1級中加入，各級中均加入新鮮萃取劑S，由第1級中分出的萃余相R1引入第2級，由第2級中分出的萃余相R2再引入第3級，分出萃余相R3進(jìn)入萃取劑回收裝置，得到萃余液R’。各級分出的萃取相E1、E2、E3匯集后送到萃取劑回收設(shè)備，得到萃取液E’。回收的萃取劑循環(huán)使用。多級錯流萃取時，由于每一級都加入新鮮萃取劑，使過程推動力增加，有利于萃取傳質(zhì)，并可降低最后萃余相中的溶質(zhì)濃度。但萃取劑用量大，使其回收和輸送的能耗增加。因此，這一流程的應(yīng)用受到一定限制。,第二節(jié)萃取操作流程與萃取過程的計算,,圖9－10多級錯流萃取流程示意圖,第二節(jié)萃取操作流程與萃取過程的計算,2．多級逆流萃取流程多級逆流萃取流程與上述多級錯流萃取流程相比，所不同的是萃取劑S不是分別加入各級，而是在最后一級加入，逐次通過各級，最終萃取相由第1級排出。參看圖9-11，原料液從第1級加入，逐次通過各級，萃余相RN由末一級（圖中第級）排出。萃余相RN與萃取相E1可分別送入萃取劑回收設(shè)備回收萃取劑循環(huán)使用。這種流程與上述多級錯流萃取流程相比，萃取劑耗用量大為減少，因而在工業(yè)上應(yīng)用廣泛。,第二節(jié)萃取操作流程與萃取過程的計算,,圖9－11多級逆流萃取流程示意圖,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,一、基本概念在液-液萃取過程中，要求萃取設(shè)備能使萃取劑與混合物充分的接觸，以達(dá)到良好的傳質(zhì)目的，而經(jīng)過一段萃取時間后，又能使萃取相與萃余相很好的分離。顯然，萃取設(shè)備應(yīng)具有“充分混合與完全分離”的能力。,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,液-液萃取是傳質(zhì)過程，與吸收和蒸餾過程類似。在萃取設(shè)備中有兩個液相，連續(xù)相和分散相，傳質(zhì)發(fā)生在液滴群（分散相）與連續(xù)相之間。液滴在生成上升或下降運動階段和液滴聚集時均發(fā)生傳質(zhì)。通常是使一相分散成液滴狀態(tài)分布于另一作為連續(xù)相的液相中，液滴的大小對萃取有重要影響。如液滴過大，則傳質(zhì)表面積減少，對傳質(zhì)不力；但如液滴過小，雖然傳質(zhì)面積增加，但分散液滴的凝集速度隨之下降，有時甚至?xí)l(fā)生乳化，同時液相間的密度差較氣液相間的密度差要小得多，這些因素都會使混合后兩液相的重新分層發(fā)生困難。因此要根據(jù)物系性質(zhì)選擇適宜的萃取設(shè)備。液-液傳質(zhì)設(shè)備類型很多，按兩相接觸方式有分級接觸式和微分接觸式；按操作方式有間歇式和連續(xù)式；按設(shè)備和操作級數(shù)有單級和多級；按有無外加機(jī)械能量以及外加能量的方式和設(shè)備結(jié)構(gòu)型式又可分為許多種。,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,二、萃取設(shè)備簡介1．混合-澄清槽圖9-12a所示是由帶有攪拌器的混合槽和分離槽組合成一組的萃取設(shè)備，稱為混合-澄清萃取器。操作時，原料液和萃取劑加入混合槽中經(jīng)一定時間激烈的攪拌后，再進(jìn)入分離槽內(nèi)澄清分層。密度較小的液相在上層，較大的在下層。圖9-12b為將混合器與澄清器組裝于同一容器內(nèi)的混合-澄清槽?？梢詫⒍鄠€混合-澄清槽串聯(lián)操作，這樣便構(gòu)成了多級混合-澄清槽。,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,,圖9－12典型的混合－澄清槽,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,2．塔式萃取設(shè)備用于萃取的塔設(shè)備有填料塔、篩板塔、轉(zhuǎn)盤塔等。塔式液-液萃取設(shè)備適宜于連續(xù)逆流操作。原料液、萃取劑兩液體中的重液由塔頂部進(jìn)入，輕液由塔底部進(jìn)入，在塔內(nèi)兩液相呈逆流接觸進(jìn)行萃取。單位時間內(nèi)通過萃取塔的原料液與萃取劑的流量不能任意加大。一方面由于通入液體量過大，則兩項接觸時間減少，會使萃取效果差。另外，因兩相是逆流流動，隨著兩相流速的加大，流體流動的阻力也隨之加大。當(dāng)流速增大到某一定值時，一相會因流體阻力加大而被另一相夾帶流出塔外，此種兩個液體相互夾帶的現(xiàn)象稱為萃取塔的“液泛”，它使萃取操作中流量達(dá)到了負(fù)荷的最大極限值的標(biāo)志。,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,（1）填料萃取塔填料萃取塔與用于吸收的填料塔基本相同，即在塔體內(nèi)支承板上充填一定高度的填料層，如圖9-13所示。塔內(nèi)填料的作用除可使分散相的液滴不斷破裂與再生，以使液滴表面不斷更新外，還可減少連續(xù)相在塔內(nèi)的軸向混合。軸向混合會降低傳質(zhì)的推動力。填料萃取塔中所用填料的材質(zhì)應(yīng)有所選擇，除應(yīng)考慮溶液的腐蝕性外，還應(yīng)考慮填料的材質(zhì)是否易為連續(xù)相所潤濕。一般，陶瓷填料易為水溶液潤濕；炭質(zhì)或塑料填料易為有機(jī)溶液所潤濕，如聚乙烯、聚丙烯、含氟塑料等均是不親水的；金屬填料對水溶液與有機(jī)溶液的潤濕性能無顯著差異，一般均可為二者潤濕。如果所確定的分散相很易于潤濕填料，則分散相將在填料表面形成小的流股，從而減少了相際接觸面積，降低了萃取速率。,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,作為分散相的條件應(yīng)是：①流量較大的一相作為分散相，這樣可以獲得較大的相際接觸表面。②不易潤濕填料表面的液相作為分散相，如這樣是可保持分散相更好地形成液滴狀而分散于連續(xù)相之中，以增大相際接觸面積。在普通填料萃取塔內(nèi)，兩相依靠密度差而逆流流動，相對速度較小，界面湍動程度低，限制了傳質(zhì)速率的進(jìn)一步提高。為了防止分散相液滴過多聚結(jié)，可向填料提供外加脈動能量，造成液滴脈動，這種填料塔稱為脈沖填料萃取塔。脈動的產(chǎn)生，通常采用往復(fù)泵，有時也采用壓縮空氣來實現(xiàn)。如圖9-14所示為借助活塞往復(fù)運動使塔內(nèi)液體產(chǎn)生脈動運動。但需注意，向填料塔加入脈沖會使亂堆填料趨向定向排列，導(dǎo)致溝流，因而使脈沖填料塔的應(yīng)用受到限制。,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,填料萃取塔因構(gòu)造簡單，萃取效果較好，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。尤其適宜處理腐蝕性液體。（2）篩板萃取塔篩板萃取塔與用于蒸餾的設(shè)備是同樣構(gòu)造的設(shè)備，圖9-15a是以輕液相為分散相的篩板塔示意圖，塔內(nèi)有若干層開有小孔的篩板。若輕液相為分散相，操作時輕相通過板上篩孔分成細(xì)滴向上流，然后又聚結(jié)于上一層篩板的下面。連續(xù)相由溢流管流至下層，橫向流過篩板并與分散相接觸。圖9-15b是以重液相為分散相的篩板塔板示意圖。若以重液相為分散相，則重液相的液滴聚結(jié)于篩板上面.然后穿過板上小孔分散成液滴。當(dāng)以重液相為分散相時，則應(yīng)將溢流管的位置改裝與篩板的上方。篩板塔內(nèi)一般也應(yīng)選取不易潤使塔板的一相作為分散相。由于液滴的分散與聚結(jié)在每一塔板上反復(fù)進(jìn)行，篩板萃取塔的萃取效果比填料萃取塔有所提高。,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,（3）轉(zhuǎn)盤萃取塔轉(zhuǎn)盤萃取塔的結(jié)構(gòu)如圖9-16所示。塔體內(nèi)裝有多層固定在塔體上的環(huán)形擋板，擋板稱為固定環(huán)，它使塔內(nèi)形成許多分隔開的空間。在每一個分割空間的中央位置處均有一層固定在中央轉(zhuǎn)軸上的水平圓盤，圓盤稱為轉(zhuǎn)盤。操作時水平圓盤隨中心軸而高速旋轉(zhuǎn)，促進(jìn)了液滴的分散，因而加大了相際接觸面積。轉(zhuǎn)盤萃取塔的萃取效果較好，設(shè)備也可以小型化，近年來應(yīng)用于各種萃取場合。其他類型的萃取塔，可參考有關(guān)萃取操作專論，在此不一一列舉。,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,,圖9－15篩板萃取塔與篩板結(jié)構(gòu)示意,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,,圖9－17離心萃取機(jī),圖9－16轉(zhuǎn)盤萃取塔,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,3．離心式萃取器圖9-17所示為常用的離心式萃取器，又稱離心萃取機(jī)。它由一個高速旋轉(zhuǎn)的螺旋轉(zhuǎn)子，裝在固定的外殼中組成。螺旋轉(zhuǎn)子是由多孔長帶卷成的，它的旋轉(zhuǎn)速度為2000～5000。操作時，輕液被送至螺旋的外圈，而重液則由螺旋中心引入。在離心力場的作用下，重液相由螺旋的中部向外流，輕液相由外圈向中部流動，于是兩相在相互逆流過程中，于螺旋形通道內(nèi)密切接觸。重液相從螺旋的最外層經(jīng)出口通道而流到器外，輕液相則由萃取器中部經(jīng)出口通道流到器外。,第三節(jié)液-液萃取設(shè)備,離心萃取機(jī)的特點在于高速度旋轉(zhuǎn)時，能產(chǎn)生500～5000倍于重力的離心力來完成兩相的分離，所以使密度差很小、容易乳化的液體，都可以在離心萃取機(jī)內(nèi)進(jìn)行高效率的萃取。離心萃取機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，可以節(jié)省時間，降低機(jī)內(nèi)儲液量，再加流速高，使得料液在機(jī)內(nèi)的停留時間很短，這在處理熱敏性物料時，顯得很有成效。但它的構(gòu)造復(fù)雜，制造較困難，投資也較高，加之能量消耗又大，使其推廣應(yīng)用受到一定限制。,