化学工程学肠报地第卷第期年月高面校五萃取串级排列的比较戴献元郭荣杨义燕清华大学化学工程系摘要。,本文计算了四种不同的萃取串级排列结果表明萃取反萃交替过程的效率高于通。用的多级逆流萃取过程对于二丁基亚巩,〕,萃取磷酸体系进行计算,做为例证。利用逆流革取并流反革交替过程可能得到更高的传质效率、一前曰一液液萃取过程是一种重要的分离过程,,,它具有分离效率高处理能力大能耗小便于连续,。,一液液萃取过程在原子能工业、、、操作易于实现自动控制等特点因此湿法冶金石抽化工轻。工以及环境保护等方面得到了广泛的应用、一本文从提高萃取过程传质速率出发计算并比较了般通用多级逆流萃取过程,逆流萃取逆、流反萃交替过程逆流萃取并流反萃交替过程及同级逆流萃取并流反萃过程等四种不同的萃取串。。级排列的工况通过比较及讨论为选择萃取的工艺设备条件及串级排列方式提供了有益的根据,、二多级萃取过程的计算方法。对于多及萃取过程的计算,逐级接触平衡级模型是最为基本的方法这一模型假设两相在每,。一级充分接触达到平衡后分别离开该级进人下一级这一方法对于工艺设备条件的选择和串级。为了简便起见,排列方式的优化可以提供足够充分的信息本文在计算及讨论中做出如下假设,萃取或反萃体系的两相完全不互溶,并且在萃取或反萃取过程中,两相体积流量的变化可以。萃取或反萃体系的相平衡关系为线性,忽略且各级的分配系数都相等。图为通常的多级逆流萃取反萃过程的示意图排列料液水相,先与溶剂相逆。几逆流反萃如果萃取系统和反萃系统的相平衡关系分流萃取后富溶剂,再与反萃水相‘。,二。,￡二且溶剂及反萃液人口处不含待分,,别为和并令,乓乌,,,萃取串级排列的比较。口,,离溶质即那末对萃取体系和反萃体系分别交替使用物料衡算关系式和相平。衡关系式可以导出其逐级浓度分布的矩阵式对于萃取段,￡了…心卫】,气礼…?,,口…一十￡自对于反萃段工其中｝￡￡,沪忿,门、、、、、、、…、、一￡一、、、、、、、、、、、、、、、一,一气少,或人,。图是逆流萃取逆流反萃交替过程的示意图,排列料液相与溶剂相逆流萃取富溶剂与。。反萃液逆流反萃萃取级与反萃级交替排列同样根据物料衡算关系式及相平衡关系式可以得到。逐级浓度分布的矩阵式了十￡对于萃取级飞羌气气、、、…、、一￡一、、、、、、口一对于反萃级皿十。认飞。。。,‘一下孟一‘一,。李、,。。￡式中。图是逆流萃取并流反萃交替过程的示意图,排列料液相与溶剂相逆流萃取富溶剂与。。,反萃液并流反萃萃取级与反萃级交替排列排列的逐级浓度分布的矩阵式其萃取级与式高校化学工程学报相同卜对于反苹级十,一牙,毛礼…一、、一。一。寿、下』。。。图为同级逆流萃取并流反萃过程的示意图排列式中,料液相与溶剂相逆流萃取富溶剂则。。。与反萃液并流反萃萃取与反萃过程在同一级中进行排列的逐级浓度分布的矩阵式为,,戈气…飞石为口口…｝￡￡一、、,￡￡,的逐级浓度分布的方程组系数矩阵是三对角阵￡通过比较可以看出,排列和排列,。可以使用高斯消去法或序贯求解法计算出逐级的浓度出逐级的浓度石‘声枯苏雨,‘,月排列和排列。膝,’‘则需要通过迭代求、图通用多级逆流萃取过程排列反苯级图逆流萃取逆流反萃交替过程…排列图逆流萃取并流反萃交替过程排列】工一,一—一姚一刁,,图同级逆流萃取并流反萃过程排列、三解算出排列计算结果及讨论料液相的逐级浓度为十分明显,通过式一’‘一￡,二犷犷“’一一,丹‘,’,二二材、‘—,?￡,￡十了…犷‘一一犷一曾提出逆流萃取逆流反萃交替过程排列并指出萃反交替将能取得增加传质推动力李洲。的效果对于分配系数较小的多级逆流萃取过程其效果则更为显著为了简化计算文献中,,一。定义了反萃级的反萃率城并假设各反萃级的反萃率均相等这样排列的逐级浓。‘度计算可直接进行可以得到,当时,例如,‘、月盯,—,叹,,三,、孟丫‘,和式显而易见当萃取级数相同时,,,排列时的萃残液浓度当分配系数较小或称作萃取因子的,比较式排列必然小于萃残液浓度。这种差异则更大这较小时,￡,。表明其萃取效果要优于一般通用的多级逆流萃取过程,使用逆流萃取逆流反萃交替过程,’,。然而值得指出的是反萃率在各反萃级均相等的假设是有条件的当反萃体系的分配系,。。数或反萃因子并不很大的情况下逆流反萃的逐级的反萃率将会出现下降趋势这种趋势会使,。得萃反交替的优势受到很大的影响本文仍采用文献〔中列举的二丁基亚矾萃取磷??,,,求算排列的逐级浓度?,乌其结果列于表?〔,酸体系为例几几,,其中,。利用式,。与式,,由于反萃体系的分配系数仅为,十分明显随着逆流反萃过程的进行,反萃相的浓度升‘。高势必影响反萃级出口亦即下一萃取级人口溶剂相浓度从表可以看出反萃率逐级呈,,下降趋势当溶剂相经反萃级后其溶质浓度不仅投有下降反而上升这势必影响萃取,时,,,。效率。为了弥补排列的上述弱点本文提出逆流萃取并流反萃的串级排列方式排列仍以引〕,高校化学工程学报萃取磷酸体系的逐级浓度,表森谕之趁气排列级关,气,。萃取磷酸为例表列出了这种排列的逐级浓度分布表班刃萃取磷酸体系的逐级浓度孟认进芝排列,级。派气。比和名可以看出其反萃率是逐级上升的这样就克服了排列,,排列的不足,物。。提高了各级的传质推动力图比较了排列和排列各反萃级的反萃率,其萃取效率明显提高我们若以文献中班劝萃取磷酸工艺的分离要求为标准,将浓度为气的料。,,液经多级萃取达到萃残液为馆几那末采用排列需要级萃取采用排列则需要。而采用排列只需级萃取就可以基本满足分离要求,级显而易见在这种情况下,见表,逆。流萃取并流反萃的优势是十分明显的表之三种排列的比较卫,以萃取磷酸体系‘‘瓜矛,排列排列排列当然相当大,如果反萃体系的分配系数或反萃因子,各级反萃率变化的影响不明显时排列,。排列与排列的差别就大大减小文献工一中用二卜甲庚基乙酞胺萃取硫酸铁,。就是这样的例子总之萃反交替排列方式与通用的多级逆流萃取相,比对于萃取分配系数较小或需,具有更高的传质效率,,萃取级数较多的萃取过程采用萃反交替排列其萃取效。果的改善则更为明显在萃反交替排列中若反萃体系,。或反萃因子,分配系数较小时排列有着明显,的优势而当很大时与排列的差别,排列,。因此,则不明显选用萃取串级的排列方式时应根据,,具体的分离体系及所需要的分离要求进行分析同时兼。顾设备投资等其它因索同级逆流萃取并流反萃结果如下排列逐级浓度的计算一止一二一户万万一,。。,十￡,。对于通常的多级逆流萃取过程气图各反萃级反萃率比较其中,,?很小则分离难以实现但对于排列若。很小,“,“若△排列排列,￡。,￡,。而较大时如液膜脱酚则可能达到某。个相当的值而使料液浓度逐级下降。,,同级逆流萃取并流反萃申级排列是一种很有潜力的过程当然这一过程在设备中如何实现?峨“。已对此展示出,是斋要继续研究的课题但是近几年中固定膜界面萃取方法的出现和研究,。希望的前景、四应用计算举例‘〕对萃取法净化磷酸及制取磷酸二氢钾进行了细致的实验研究,江玉明等人,提出了采用二。丁基亚矾段刃萃取粗磷酸然后用水反萃制备纯磷酸或用反萃制备磷酸二氢钾的工艺流程。该流程中的萃取过程采用通用的多级逆流萃取,根据本文前述的分析在此工艺过程中采用逆流。。萃取并流反萃交替过程可能是有优势的现以此过程作为应用计算的一例、按上文己摘用的文献的粗磷酸料液浓度后三级反萃可以得到如下的计算结果,相平衡关系和操作相比利用原工艺六级萃取?萃残液浓度隽?萃取后溶剂中磷酸含量几八?反萃液出口浓度几吼高校化学工程学报总收率,分析这样一个工艺过程试用四级逆流萃取并流反萃后溶剂相再经一级反萃来实现,其。总级数仍为九级见图这一过程的计算结果如下?萃残液浓度溶剂相出口浓度几乎完全被几反萃成氏印月隽?反萃液出口浓度总收率几溶荆循并四级逆旅苯取程旅反苯交替过环使用反苯苹残液由石灰石悬浮液中和粗礴酸?创旧助图班幻萃取粗磷酸流程。通过计算及比较可以看出,采用逆流萃取并流反萃交替排列是有优势的,可望获得更大的效益。,当然,上述工艺过程的推算是初步的,还需用实验加以验证然而做为一个例证,说明逆流萃。取并流反萃交替排列的效果还是充分和有益的计算和比较萃取串级排列是很有意义的工作综上所述,它可以指导多级萃取过程的选择和,,。优化进而提高萃取过程的传质效率符号说明,一料液相体积流乓一溶剂相体积流乓一反萃相体积流一级数气一第萃取级料液出口浓度一第萃取级溶剂出口浓度拭一第反萃级溶剂出口浓度一第反萃级反萃液出口浓度希腊宇母。,一萃取体系分配系数一反萃体系分配系数。,一萃取因子乓。一反萃因子乓下标一料液人口处乓玩,萃取串级排列的比较一一一一一一参考文献。李洲之,,化工学报,。,江玉明李道纯苏元复化工学报,,,,川亡,,儿,,材,止材机,,,,,伟戴欲元等高校化学工程学报,,江玉明李道纯苏元复化肥工业,,,,,沁九汉只刃拐为口,跳阳注,康一即吨治,一一?。一一心,〕