错流萃取是
萃取分离操作法之一。萃取过程中使被处理水相溶液经过连续几次萃取,每次萃取都加入新鲜的
有机溶剂,每经过一次萃取, 称为一个萃取级。此法简单,得到的萃余水相较纯,在溶剂总量恒定情况下,级数愈多,萃取效率愈高。缺点是每个萃取级都要加入一份新的有机溶剂,并相应得到很多份萃取液,使被萃取物反萃和有机溶剂的回收工作量增大。仅适用于实验室中分离那些分配比及分离系数较大的体系。
基本概述
水相和有机相仅接触一次,往往达不到较完全的分离。在实际生产中,常常把若干个萃取器串联,组成所谓串级萃取,即多级萃取,使两相多次接触而提高分离效果。根据水和有机相流动的方式,将如下图这种流动方式的萃取成为错流萃取。
错流萃取的特点
下图所示为错流萃取的流程,每级加入新鲜萃取溶剂S。因料液F自第一级加入,其萃余相R1引入第二个萃取器,由于新鲜萃取溶剂S接触而再次进行萃取。依次进行,经过若干级萃取器,直到最后一级。由于各级均加入了新鲜萃取溶剂,萃取的传推动力大,能用较少的级数获得较好的效果,当βA/B很大时可得到纯B,但B的回收率低,有机相消耗大。
S-萃取溶剂;R-萃余相;X-萃余相中溶质A的含量;E-萃取相;Y-萃取相中溶质A的含量
错流萃取的物料平衡
由于萃取溶剂S与水相中的B不互溶或互溶度很小,顾可认为萃余相中只有组分A和B,而萃取相中只有组分A和S。萃取相E中溶质A的含量用质量比Y来表示,即指组分A与萃取溶剂S的质量比,kg/kg。萃余相R中溶质的含量质量比X表示,即指组分A与组分B的质量比,kg/kg。
假设进入各级的萃取溶剂S中含有少量溶质A(含量为Ys),根据上图各级进行物料平衡计算:
第一级:mBFXF+mS1YS=mBFX1+mS1Y1
即:Y1-Ys=-mBF(X1-XF)/mS1
第n级:Yn-Ys=-mBF(Xn-Xn-1)/mSn
该式为错流萃取操作线方程,它表示离开第n级的萃取相En中溶质A的组成Yn与萃余相Rn中溶质A的组成Xn之间的关系。式中,mBF—原料液中惰性组分的量,kg(或kg/h);mSn—加入第n级中的溶剂量,kg(或kg/h);Ys—溶剂中溶质A的含量;XF—原料液中溶质A的含量。
Y1,Y2…Yn——分别为第1,2…n级萃取相中溶质A的含量,kg/kg。
X1,X2…Xn——分别为第1,2…n级萃余相中溶质A的含量,kg/kg。
错流萃取的理论级数
错流萃取理论级数的确定可采用图解法。
即在直角坐标上,以系统的萃取平衡数据绘出平衡线0Q,根据原料液组成及溶剂组成确定C1点,以-mBF/mSF为斜率,自C1点交平衡线与D1点,D1(X1,Y1)为第一个理论机萃取相与萃余相的组成。再从点X1做直线X=X1交直线Y=Y0于C2点,自C2点以斜率作直线与平衡线相交于D2点,D2点坐标(X2,Y2)为第二个理论级的两相组成。依次作图,直到某直线与平衡线交点横坐标小于生产指标为止,重复作图的次数即为所需的理论级数。
下图是理论级数为3的图解确定过程。