[科普中国]-多级萃取

简介

多级萃取是指在多级串联的设备中进行多级萃取的方法。每级包括一萃取室和一再萃取室。在萃取室中给予体相与萃取剂进行接触，后者在再萃取室中与接收体相接触时被再萃取。萃取剂在同一级中以适宜方式对给予体相和接收体相呈交叉流动，而给予体相和接受体相呈逆流流过某些或全部级1。

多级萃取工艺多级萃取工艺包括逆流和错流流程。一与单级萃取比较，其传质过程和计算显然要复杂的多。无论是操作型计算，还是设计型计算，均涉及多元非线性问题求解。故此，迄今为止，人们对它的认知还不能真正理论化、定量化。在设计操作方案、确定操作参数、设计萃取设备时，更多的是依赖于经验或实验。虽然，在利用计算机进行萃取过程的模拟中，也先后提出了以平衡级为基础的多种算法，如单循环和双循环流址加和法、Bennett改进的牛顿一拉夫森法、郭天民提出的S-BNR联合法及赵文生等提出的改进新松驰法等2。

Excel模拟优化多级萃取工艺流量加合法计算简单，对大多数萃取塔都能收敛。但其稳定性随萃取级数的增加而恶化。改进新松驰法适用于多股进料、多股出料和多个中间换热的液一液萃取过程，能够准确确定萃取塔内的温度分布，收敛速度快，稳定性好。但计算过程非常复杂。牛顿-拉夫森法稳定性好，收敛速度快，但对初值的提出要求很高，需多次求解偏导数，耗时。SR-BNR联合法对初值要求不高，收敛迅速，且收敛精度较高，但使用局限性大，很多大萃取体系不适用。改进新松驰法收敛快，稳定性好，能合理描述萃取中的温度分布。所有方法存在的共性问题，就是为求解非线性方程组，需要编写计算程序，研究具体的算法。这为指导生产和教学带来了极大的不便。而用逐级计算法，借助于Excel自动计算的强大功能，无需研究解题程序，无需编程，自动计算两种工艺下的最小溶剂用量、理论级数、各级浓度分布和萃取率等参数，并对关键参数溶剂比优化，完成多级萃取模拟优化过程，为指导实际的工业生产和相关专业学生的教与学带来极大的方便3。

总结(1)利用Excel的自动计算功能，用逐级计算法获得多级萃取工艺重要的工艺参数和结果，代替了传统的图解法，也避免了编程工作。这一方法可大大方便指导生产和教学。

(2)优化错流溶剂比表明，各级平均分配总溶剂用量，可减少总溶剂用量5. 88%。由此证明了 “错流时各级溶剂量相等较为合理”的结论。

(3)相对于错流操作，达到同样的萃取要求，逆流操作取实际溶剂比为1. 38倍最小溶剂比，可提高萃取相浓度8. 5百分点，降低萃取相流率约1/2，减少萃取剂用量2/3。因此就技术和经济而言，逆流操作远远优于错流操作，是实际萃取操作应该首选2。