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高等分离工程Chap_3 萃取III

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生物分离工程第7章-萃取

生物分离工程第7章-萃取
精不流失。 19、可加CIP自动清洗。 20、若使用酒精，可加防爆装置。 21、可加装精油回收装置。
CTL型离心萃取机是新一代圆筒式离心萃取机， 处理能力大、功耗低、运转平稳、清洗维护方便； 可单机使用，也可多机串联使用，该机还可根据不 同萃取体系及使用条件通过调整转速、搅拌浆及重 相堰直径等参数来改善萃取时两相混合程度及分离 效果和萃取效率。可完全替代萃取塔等传统萃取设 备。 该机工作包括两个过程即混合传质过程与两相分离 过程，而这两个过程都是在同一机内完成的。
适用于脂肪酸、植物碱、醚类、 酮类、甘油酯、芳香成分等物质 的萃取分离。
第一节 液-固萃取
液-固萃取又叫浸取或浸出，是将固相物质萃 取到溶剂相中，在许多行业中得到应用。
产物
咖啡 果汁 药酒 大豆蛋白
表2 浸取的应用举例
固体
溶质
粗烤咖啡 水果
中药材 豆粉
咖啡溶质 果汁
药用成分 蛋白质
溶剂
水 水 酒 NaOH溶液
萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作，在发酵和 其它生物工程生产上的应用也相当广泛，
❖ 萃取操作可以提取和增浓产物，使产物获得初步的纯化，甚 至获得纯的天然产物。
溶剂萃取法
利用一种溶质组分（如产物）在两个互不混溶的液相（如水 相和有机溶剂相）中竞争性溶解和分配性质上的差异来进行 分离操作的。
浸取的影响因素
1．相平衡 浸取过程中的相平衡用分配系数KD表示 KD ＝y / x
y——达到平衡时溶质在液相中的浓度 x——平衡时溶质在固相中的浓度 2．溶剂的选择
KD大且对目的物质的选择性高，溶剂的价格应低廉，无腐蚀性， 无毒，闪点高，无爆炸性，产品中易去除,容易回收。 3．增溶作用
原先不溶或难溶性的生物大分子物质向可溶性的、分子量较小的 生物物质转变，但不能过度。也有向不溶性转变的。 4．固体原料的预处理： 如粉碎、干燥等。

高等分离工程Chap_3 萃取II

高等分离工程Chap_3 萃取II
最大相比的确定
FM max (S / F )max = SM max
最大相比：M点和萃取相平衡线重合
最小相比的确定
最小相比：操作线和结线重合
Emin'
Emin
FM min (S / F )min = SM min
Mmin
Mmin'
′ FM min FM min > SM min SM ′ min
最小相比的确定
Extract E1 = 152kg ( x A ) E1 = 0.365 ( xC ) E1 = 0.075 ( x S ) E1 = 0.560
F + S = E1 + R N = M
FM S/F = SM FM S = S+F SF
Feed F = 250kg ( x A ) F = 0.24 ( xC ) F = 0.76 ( xS ) F = 0
化学萃取
离子交换 二－(2—乙基己基)磷酸(D2HEP) 萃取剂氨基酸： 当氨基酸与D2EHPA的摩尔比很小时，两个二聚体分子与一 个阳离子氨基酸发生离子交换反应，释放一个氢离子：
A ＋ + 2(HR ) 2 ← AR (HR )3 + H + ⎯→
络合反应 TBP萃取硝酸铀酰是典型的络合萃取：
UO2 ( NO3 ) 2( w) + 2TBP( o ) ← UO2 ( NO3 ) 2 ⋅2TBP( o ) ⎯→
R=M −E
E M R
点R是E和M的差点。在相图上， R落在点M和点E连线的延长线上。
C
S
温度对液-液相平衡的影响： 己烷(H)-甲基环戊烷(M)-苯胺(A)
在一般情况下（不是很靠近临界点），压力对液-液 相平衡的影响不大。

萃取法(属于三级处理) PPT

萃取法(属于三级处理) PPT

* 采用的溶剂称为萃取剂，被萃取的污染物称为溶质，萃取后的
萃取剂称为萃取液。
*
*1.原料液和溶剂进行接触
*2.使萃取相萃余相分层 *3.进行溶剂回收等步骤
*
* 萃取法适用于：能形成共沸点的恒沸化合物，而不能
用蒸馏、蒸发方法分离回收的废水组分；热敏感性物 质，在蒸馏和蒸发的高温条件下，易发生化学变化或 易燃易爆的物质；沸点非常接近，难以用蒸馏方法分 离的废水组分；难挥发性物质，用蒸发法需要消耗大 量热能或需要高真空蒸馏，例如含乙酸、苯甲酸和多 元酚的废水；对某些含金属离子的废水，如含铀和钒 的洗矿水和含铜的冶炼废水，可以采取有机溶剂萃取、 分离和回收。
*
萃取法（属于三级处理）
*萃取：是将一种选定的溶剂加入到待分
离的液体混合物中，由于混合物中各组分 在该溶剂中溶解度的不同，可以将原料中
所需分离的一种或数种成分分离出来。
*
* 向废水中投加一种与水不互溶，但能良好地溶解废水中污染物
的溶剂，使其与废水充分混合接触。由于污染物在溶剂中的溶 解度大于在废水中的溶解度，因此大部分污染物转移到溶剂相 里，然后分离废水和溶剂，即可达到分离、浓缩污染物和净化 废水的目的。
*
某铜矿矿石场废水含铜0.3-1.5g/L、含铁4.5-5.4g/L、 含砷10-300mg/L、pH=0.1-3。该废水用N-510作复合萃取 剂，用萃取器进行六级逆行萃取，含铜的萃取剂用H2SO4 进行反萃取，再生后重复使用。
*
被萃取物从萃取剂中分离出来后，萃取剂可
重复使用。再生方法有: ①蒸馏:利用萃取剂和被萃取物的沸点差别 进行分离。 ②投加化学药剂:使被萃取物转化成不溶于
使用浓度范围广 传质速率快
萃取法的优点

萃取ppt课件

萃取ppt课件
11
萃取剂S 原料F
萃取相E
萃 取
萃
设 备
取 剂 回
萃取物E′
收
回 收 萃 取 剂
S’
设
备
萃余相R
萃
设 备
取 剂 回
收
萃余物R′
萃取过程
12
一、中药材中的成分 分为有效成分，辅助成分，无效
成分和组织物。在提取中，前两者应 尽量提取完全，后两者尽量除去。
二、中药提取的类型 分为单体成分提取、单味药提取
变动范围大
15～75 6～45 3～6 3～60 4～95
75％～95％
he=3~6m he=1.5~6m 对HT＝100～300mm时 微30％ 3.4～12.5级
润滑油工艺，核燃料加 工
用氨水从NaOH中萃取
NaC1 回收苯酚 糠醛处理润滑油工艺 废水中脱酚
萃取设备的类型很多。按萃取设备的构造特点大体上 可以分为三类：一是单件组合式；二是塔式；三式离心6式。
油、挥发油、蜡），用于脱脂。易燃。
19
常用提取辅助剂： 主要是酸、碱和表面活性剂。
五、提取方法
1、煎煮法
用水作溶剂，将药材饮片或粗粉加热煮 沸一定的时间，以浸出有效成分的方法。
适用于有效成分能溶解于水且对湿、热
稳定的药材。
20
2、浸渍法
用定量溶剂，在一定的温度下将药材饮 片或颗粒浸泡一定时间，以浸出有效成分的 方法。
优点：提取液浓度和提取率较高，适 用于大批量生产；缺点:热敏性药材不适合， 占地面积大。
36
37
10、连续逆流提取 采用浸渍法或重渗漉法动态连续式提取， 药材的总体运动方向和溶液的总体流动方向 相反，药材连续不断地进入提取器的同时药 渣和提取液连续不断地排出。提取率高，适 合大规模提取。

第03章 萃取分离技术 生物分离工程ppt

第03章 萃取分离技术 生物分离工程ppt
重要的。 K与温度、压力以及溶质和溶剂性质有关， 与溶质 的浓度无关。K的大小取决于溶质与双水相系统间的各种相互 作用，其中主要有静电作用、疏水作用和生物亲和作用等。
ln K ln KE ln KH ln K A (3-80)
其中，KE，KH和KA分别为静电作用、疏水作用和生物亲和作用对 分配系数K的贡献。
影响分配系数的因素很多，加上各因素间又 互相影响， 定量地将蛋白质的一些分子性质与 分配系数关联起来是困难的。最佳的双水相操 作条件，还需要依靠实验来获得。
3.4.3 影响分配系数的各种因素
影响生物分子分配系数的因素很多：成相聚合物的分子 量和浓度、体系的pH、体系中盐的种类和浓度、 菌体或细 胞的种类和浓度、温度等等。 选择合适的条件，可以达到 较高的分配系数，选择性地萃取目标产物。
三步萃取流程示意图
如果第1步的选择性足 够大，可省略中间步 骤，在第3步中即将目 标产物分配于盐相， 以使目标产物与PEG分 离，便于PEG重复利用 和目标产物的进一步 加工处理。
连续双水相萃取流程
3.5 反微团萃取(Reversed micellar extraction)
3.5.1 反微团及其基本性质
20
PEG/盐 93 3.2 3.4
25
3．相平衡与相分离
双水相萃取过程包括：双水相的形成、溶质在双水相中的 分配和双水相的分离。
萃取在混合澄清槽或萃取塔中进行： 将固状(或浓 缩的)聚合物和盐直接加入到细胞匀浆液中，同时进行 机械搅拌使成相物质溶解，形成双水相。由于常用的 双 水 相 系 统 的 表 面 张 力 很 小 ( 如 PEG／ 盐 系 统 为 0 . 1 ~1mN／cm；PEG／Dex系统为1×10-4~0.1mN／cm)， 相间混合所需能量很低，通过机械搅拌容易分散成微 小液滴，相间比表面积极大。达到相平衡需时间很短 ，一般只露几秒钟。搅拌时只需较小的剪切力就能得 到分散度很高的悬浮液，能耗小。

生物分离工程-第五章-萃取技术PPT课件

生物分离工程-第五章-萃取技术PPT课件

mCl
[R Cl - ] [Cl - ]
则
mAKeC mlCl1[H K 2][K H 1 K ]2 21
43
-化学萃取平衡之分配平衡（2）
二（2－乙基己基）磷酸萃取氨基酸为例，其所对应的离 子交换反应
A2(H2RA ) R(3H H R )
KeH[A[AR]([(HH3R]R[2)H])]
氨基酸的表观分配系数为
6
生物产品萃取根据分子量大小划分
小分子类 化合物相对分子量约小于1000，如氨基酸、 抗生素、维生素、有机酸等，采用有机溶 剂萃取
大分子类 相对分子量大于1000，如酶，抗体，蛋白 质等，有机溶剂不适用，可选用反胶团萃 取、双水相萃取等
7
工业上生产青霉素
大多采用醋酸丁酯为萃取剂，pH=1.8～2.2， 相比VO/VW=1/2～1/2.5，温度5℃，反萃取过 程采用碳酸氢钾或碳酸钾水溶液为反萃取剂。
A
A+
A+
AA+
A AClA
有机相
R+Cl-
RR++CA-l-
R+Cl-
R+Cl-
R+Cl-
42
化学萃取平衡之分配平衡
季胺盐萃取氨基酸为例，其所对应的离子交换反应
R C lA R A -C l
[RA-][Cl- ] KeCl [RCl- ][A- ]
氨基酸和氯离子对应的表观分配系数分别为
[R A- ] mA cA
51
2、双水相形成
当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作 用时，即一种分子周围将聚集同种分子而 排斥异种分子，则在达到平衡时，就形成 分别富含不同聚合物的两相 。

三节提取分离方法

应用：适合于脂溶性成分，如高级 脂肪酸、油脂、游离甾体等
目前液-液分配柱色谱中的固定相主 要为化学键合相。
反相液-液分配柱色谱法是当前应用 最为广泛的一种柱色谱分离、分析 方法。
三、根据物质的吸附性差别进行分离
固-液吸附应用的最多
吸附类型：
1.物理吸附（溶液分子与吸附剂表面 分子的分子间作用力）：硅胶、氧 化铝及活性炭为吸附剂的吸附色谱。
水→氨基酸、糖类、无机盐等
常用的溶剂提取法
（一）冷提法 1.浸渍法 2.渗漉法 （二）热提法 1.煎煮法 2.回流提取法 3.连续回流提取法
冷提法
1.浸渍法：是用水或醇浸渍药材一定 时间，然后合并提取液，并将其减 压浓缩的方法。该法因为一般都是 在低温下进行的，不用加热，所以 适合于挥发性成分及受热易分解成 分的提取。但提取的时间较长，效 率低。用水浸提时还要注意提取液 的防腐问题。
3.分配比与PH：溶剂系统PH的变化影 响酸性、碱性、及两性有机化合物 的存在状态（游离型或离解型）， 从而影响在溶剂系统中的分配比。
游离型——极性小的溶剂
离解型——极性大的溶剂
一般PH<3，酸性物质多呈非离解状 态（HA）、碱性物质则呈离解状态 （BH+）；PH>12，则酸性物质呈离 解状态（A－）、碱性物质以非离解 状态（B）存在。
被溶解物质也有亲水性及亲脂性之 分。溶质在溶剂当中的溶解遵循相 似相溶的原理，亲水性的化学成分 易溶于水或亲水性的有机溶剂中， 亲脂性的成分易溶于亲脂性的有机 溶剂中。
石油醚→油脂、蜡、叶绿素、挥发 油、游离甾体及三萜类化合物
氯仿或醋酸乙酯→游离生物碱、有 机酸及黄酮、香豆素的苷元
丙酮或乙醇、甲醇→苷类、生物碱 盐、鞣质等

分离工程_萃取

1.萃取级数很少时，如单级操作，简单易行。 2.级数很多时，几十甚至几百级，分离要求很 精细，要求保证稳定的级效率。 缺点： 1.占地面积大； 2.动力消耗大（电机传动阻力）； 3.密闭性差：萃取剂挥发损失，同时污染环境
分离工程
箱式混和澄清槽用于稀土萃取
分离工程
喷淋塔、填料塔和筛板塔
这三种萃取塔是 由常见的气液接触设 备发展而来。用喷嘴 实现其中一个液相 （分散相）在另一个 液相（连续相）中的 分散，靠两相的密度 差实现逆流流动。这 类塔的传质效率不是 很高。
F R E M
C
20 D P40 H 60
80
100 S
分离工程
共轭曲线：
对平衡结线的图解关联
分离工程
逆流萃取过程的平衡级数的计算
F = 料液的质量流率 S = 溶剂的质量流率 En = 离开第 n级萃取相流率 Rn = 离开第 n级的萃余相流率 (yi)n = 离开第n级的萃取相中组分 i的质量分率 (xi)n = 离开第n级的萃余相中组分i的质量分率
分离工程
现在萃取技术已在各方面获得了广泛的应用：



炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如 烷烃和芳烃的分离、润滑油精制等； 湿法冶金，铀、钍、钚等放射性元素、稀土、 铜等有色金属、金等贵金属的分离和提取； 磷和硼等无机资源的提取和净化； 医药工业中多种抗生素和生物碱的分离提取； 食品工业中有机酸的分离和净化； 环保处理中有害物质的脱除等。
Raffinate (C)
( x S ) II ( S ) I (K S ) D I ( xS ) ( S ) II
选择性系数（分离系数）
VS S R VF F
分离工程
AC

萃取分离技术推荐课件

= 10-2/(1+3×10)=3.22×10-4mol/L
E= D/(D+V水/V有) =3/(3 + 100/1000)=96.8%
2021/8/22
22
（3）E由D、V水/V有决定， D￪ 、V水/V有￬， E￪
（4 ）连续萃取
连续萃取：溶质经一次萃取后，分离两相，再用 新鲜的有机溶剂萃取剩余在水相中的溶质，再 分离，如此反复。
C0V水
若V有=V水 C1V水 C0VD 水有 VV水V有V 有 D1C 0D111C0
2021/8/22
24
萃取二次，平衡时：水溶液中A总浓度C2
同理
C 2C 1(1 1D )C 0(1 1D )2112 C 01
萃取三次，平衡时：水溶液中A总浓度C3
C 3C 2(1 1D )C 0(1 1D )3113C 0 31
萃取百分率：表示被萃取的组分已萃入有机相的 总量与原始溶液中被萃取组分总量比值的百分 数。用E表示。
某一物质A的水溶液，体积为V水，用有机溶
剂萃取时，有机溶剂的体积为V有
分子分母同
除以C水V有
E A在A在有两机相溶中剂的中总的含总量含 10量 0%
C有V有
D
100%
C V C V 2021/8/22 有 有
(萃合物)。
3、萃取液和萃余液
萃取分层后的有机相称为萃取液，此时的水
相为萃余液。
2021/8/22
2
4、萃取剂 指能与被萃取物质发生化学反应，形成能溶于
有机相的萃合物的试剂。 或指能与亲水性物质反应生成可被萃取的疏水
性物质的试剂。
5、萃取溶剂 指与水不相混溶且能够构成连续有机相的液体。
活性萃取溶剂——可与被萃取物发生化学反应， 形成配合物、离子缔合物或溶剂化物。 例：磷酸三丁酯，正丁醇等。

萃取分离讲解PPT课件


工艺条件的优化
总结词
工艺条件对萃取分离效果具有重要影响，优化工艺条件可以提高分离效率和纯 度。
详细描述
通过实验确定最佳的萃取温度、压力、搅拌速度和时间等工艺参数。根据实际 情况调整工艺条件，以实现高效、低能耗的分离过程。
新型萃取分离技术
总结词
随着科技的发展，新型萃取分离技术不断涌现，为复杂体系的分离提供了更多选 择。
压力
压力对液体的沸点和相平衡有影响，进而影响萃取分离效 果。加压可以提高萃取剂的溶解度，但也可能增加设备投 资和操作成本。
停留时间
萃取剂在料液中的停留时间也会影响分离效果，过短的停 留时间可能导致萃取不充分，而停留时间过长则可能引起 逆向扩散和萃取剂的损失。
料液的性质
浓度与组成
料液中目标物质的浓度和组成直接影 响萃取分离的效率和经济性。浓度越 高，分离效果通常越好，但也可能导 致萃取剂用量增加。
萃取分离讲解
目录
• 萃取分离简介 • 萃取分离过程 • 萃取分离设备 • 萃取分离的影响因素 • 萃取分离的优化与改进 • 萃取分离案例分析
01
萃取分离简介
定义与原理
定义
萃取分离是一种利用物质在两种不混 溶液体中的溶解度差异，将目标物质 从一种溶剂转移到另一种溶剂中的分 离技术。
原理
基于不同溶剂对目标物质的溶解度不 同，通过选择适当的溶剂，使目标物 质在两相之间进行有效的转移和分离。
萃取剂的密度和粘度对分离 效果也有影响，密度差异有 助于相的分离，而粘度过高 可能导致流动性能降低。
工艺条件
温度
温度对萃取分离过程的影响显著，温度升高通常能提高传 质速率，但也可能导致萃取剂分解或料液中物质的热分解 。
搅拌强度
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=
[1 + 8 (U C / U D ) ]0 .5 − 3 4 [(U C / U D ) − 1]
萃取塔内的分散相滞留率分布是不均匀的，因此液泛 常在塔内某一局部首先发生。在大部分情况下， φD 未达 到(φD)f ，就会发生液泛。 此时，塔的通量(UD+UC)f 往往比上述公式计算的要小。 如对于转盘塔和Karr塔，液泛通量往往只是计算值的50%。
理论级数的计算
(S/F=1.43) 从点Vn出发，先利用操作点P´逐级图解法计算， 直到操作线穿越进料线FP´；然后，改用操作点P" 逐级图解计算，直到达到萃余相分离要求。
计算结果： 总共6级，其中增浓 段2级，提馏段4级；进料在第3 级的左侧进入。
液-液两相接触的流动特征和传质
液-液两相接触过程中，一相为连续相，另一液相为分散相。 液-液两相的流动特征与液滴（或液滴群）的运动密切相关；相际 传质即为液滴与连续相之间的传质。
, Sc C =
μC ρ C DC
对循环液滴
Sh C = 1 . 13 Re C
0 .5
对摆动液滴
0 ⎡ ⎛ d p.333 ⎞ 0 0 ShC = 2 + 0.084 ⎢Re C.484 ScC.339 ⎜ 0.4 ⎟ ⎜ D ⎟ ⎢ ⎝ C ⎠ ⎣ 0.072
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
0.667
传质单元高度（活塞流）
NTU Ox ≥ 2
E > 0.25
Pex ( HTU Ox / H ) > 1.5
H plugflow / H actual ≥ 0.2
萃取设备的设计
萃取设备的设计，主要是在萃取过程要求已确定、萃取 设备初步选定后，进行设备结构、几何尺寸计算，确定操作条 件。通常需要进行必要的小试和中试实验，以针对具体的体 系，确定必要的参数。 以萃取塔为例，需要通过设计确定的有塔径、塔高、搅拌 参数（转速或振动频率和振幅）以及内部结构等。 根据两相流量，可以确定塔的液泛点，进而确定正常操作 范围，以此可以知道塔径的大小，同时，通过特征速度的计 算（通过实验或关联式）可以得到有关搅拌参数和分散相滞 留率，进而获得有关传质表面积的数据。 塔高须根据分离要求确定，对此必须考虑轴向混和的影响。 分散相分布器和塔的絮凝段的设计，要保证良好的分散和萃取 后两相完善的分相。
无因次化，设
无因次高度
Z =
z H Peclet 数 Pe y = Peclet 数 Pe x = k Ox aH k aV = Ox Ux Qx U yH Ey U xH Ex
萃取相的轴向混和 萃余相的轴向混和 传质单元数
N Ox =
则
d 2cx dc x − Pe x − N Ox Pe x (c x − c * ) = 0 x dZ dZ 2 d 2c y dc y ⎛ U x ⎞ ⎟ N Ox Pe x (c x − c * ) = 0 + Pe y +⎜ x dZ ⎜ U y ⎟ dZ 2 ⎝ ⎠
c * = mc y x
1 1 + Pe x ( HTU Ox / H ) − E + (1 / NTU Ox )
E Pe y ( HTU Ox / H ) − 1 + E + (1 / NTU Ox )
mU x 为萃取因子 Uy
这一方法由Watson和Cochran提出。 满足以下条件时， 该方法计算结果与精确解相差不超过7%。
滴内层流内循环时，kD为刚性液滴时的2.7倍。 而湍流循环下，kD与扩散无关。
滴外传质
对停滞液滴
ShC = 2 + 0.95 Re C ShC = kC d p DC
0.5
ScC , (60 < Re C < 660, ScC >> 1)
0.5
, Re C =
ut d p ρ C
μC
Sc C
0 .5
在设计工业规模的萃取塔之前，可 在小规模设备中进行传质实验，此时 的流动形态接近于活塞流。根据实验 数据，求得相应的传质单元高度 HTU，可用于工业设计。
有效塔高的计算
理论级当量高度法:
H = N ⋅ HETS
传质单元法:
H = HTU ⋅ NTU
α −1 N = (NTU )OA ln α
α为萃取因子
u o (1 − φ D ) =
UD
φD
UC + 1− φD
液泛
萃取塔中两相的逆流流动是在重力驱动下的 液滴群和连续相的相对运动。因此，两相流量不 能随意增加，当超过限度时，分散相将在塔中积 累、聚并，并阻止连续相的流动，称之为发生了 液泛。液泛时，塔的正常操作被破坏。 发生液泛的情况有两种： 1.流量过大；2.搅拌强度过高。 应控制流量和搅拌强度。
HTU OXP = HTU OX
Ex E y + + Ux Uy
H 0 = HTU OXP ⋅ NTU OXP
然后根据H0 进行以下一系列计算： （2）计算
NTU OX
H0 = HTU OX
（3）计算分散传质单元数NTUOXD
NTU OXD = ( Pe) o B +
φ E ln E
E −1
0.05E 0.5 φ = 1− 0.5 NTU OX ( Pe) 0.25 B 0.25 o 1 1 1 = + ( Pe) o f x Pe x E f y Pe y NTU OX + 6.8E 0.5 NTU OX + 6.8 E 0.5 fx = , fy = 1.5 NTU OX + 6.8E NTU OX + 6.8E −0.5 UyH UxH Pe x = , Pe y = , B = H / Dc Ex Ey
边界条件
At Z = 0,
dc y dc x Pex (c x 0 − c xf ) = , and =0 dZ dZ At Z = 1, dc x Pe y (c ys − c yH ) = , and =0 dZ dZ dc y
扩散模型的近似解法 I (Miyauchi and Vermeulen):
液泛时，
⎛ ∂U D ⎜ ⎜ ∂φ ⎝ D ⎛ ∂U C ⎜ ⎜ ∂φ ⎝ D ⎞ ⎟ =0 ⎟ ⎠U C ⎞ ⎟ =0 ⎟ ⎠U D
此时
U
D
U C = u o 1 − 2 (φ D )
[
= 2 u o 1 − (φ D ) f
f
[
f
][1 − (φ ](φ )
D 2 f
D ) f
]
2
(φ D )
(RDC)
特征速度
Logsdail关联式
U o μC
u o (1 − φ D ) =
UD
φD
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
UC + 1− φD
滴内传质
停滞液滴（刚性液滴）： 滴内层流内循环: （Krong-Brink） 滴内湍流内循环: （Handlos-Baron）
2π 2 Dd , (Re < 1) （理论解） kD = 3d p
Dd , (10 < Re ≤ 50) k D = 17.9 dp
0.0037ut , (Re ≥ 80) kD = 1 + μ D / μC
扩散模型的数学表达式
d 2cx dc x Ex −U x − kOx a c x − c* = 0 x dz 2 dz d 2c y dc y Ey +U y + kOx a cx − c* = 0 x dz 2 dz At z = 0,
(
)
(
)
dc y dc x U x cxf − U x c x 0 = − E x , and =0 dz dz At z = H, U y c yH dcx − U y c yS = − E y , and =0 dz dz dc y
HTU OXP = HTU OX + HTU OXD NTU OXP = NTU OX dc x =∫ cx 2 c − c* x x
c x1
H = HTU OXP ⋅ NTU OXP
设计计算的原始数据为两相进、出口浓度、两相表观流速、 平衡关系、实验测定的或通过关联式计算的轴向扩散系数，以及 真实传质单元高度HTUOX和表观传质单元数NTUOXP。 计算采用迭代法。 （1）计算塔高的初值H0 ，当萃取因子E=mUx/Uy=1时，有
轴向混和
萃取塔内的流体运动偏离活塞流假定，统称轴向混和。轴向 混和由下列因素形成： •连续相内由浓度梯度造成的分子扩散以及涡流扩散； •由液滴运动造成的连续相环流运动； •分散相液滴尾流造成的连续相夹带； •由机械搅拌造成的连续相和分散相循环流动； •两相流动的速度梯度和沟流等造成的停留时间分布。 轴向混和降低了设备内传质的平均浓度梯度，对传质有明显 的影响。
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全部取决于物性条件
二次分散（机械剪切力）
d vs
− ′ 0.6 ρ m0.06 (P /V ) −0.4 =Kσ
特征速度
连续相和分散相在萃取设备中作逆向的 相对运动。假定连续相为重相，分散相为轻 相，则连续相向下流动，而分散相呈液滴向 上运动。单个液滴的自由运动（浮升或沉降） 速度称为终端速度ut，但液滴群的运动与单液 滴不同，用特征速度uo 来表征设备（萃取塔） 中两相的运动特征。
相际传质
在界面无传质阻力的情况下，运动的液滴与连续相流 体之间的传质过程包括滴内和滴外传质。 液滴的内部是液体，由于受与之相对运动的外部流体 的剪切力的影响，液滴的内部流体可能会产生循环流动和 湍动，使传质速率大大提高。液滴也会产生形状的变化， 产生摆动和振动等，这些都会影响萃取过程的传质行为。 液滴的传质过程贯串液滴的形成阶段、自由运动阶段 和聚并阶段，但通常主要考虑自由运动阶段的传质。