板式塔的异常操作现象——（1）严重漏液（单板液体泄漏量大于10%）；（2）过量液沫夹带（上升气流中的液沫夹带量超过0.1kg液/kg气）；（3）泡沫夹带（又称气泡夹带，系指板上液体中的气泡随液体一起汇流到下层板面的现象）；（4）液泛（又称淹塔，有降液管液泛和夹带液泛两种）；（5）干堰现象（堰上清液层高度低于6mm，以致出口堰部分处于干燥状态的现象）。上述现象均可通过改进设计参数得以避免。
常用塔板类型及性能评价——常用塔板结构包括：（1）泡罩塔，是工业上应用最早的塔板结构。优点是对液体物料的适应性广，操作控制简单、弹性大，缺点是设备造价高、生产能力低。（2）筛板塔，是结构最简单的一种板型。优点是结构简单、造价低，气体压降小，生产能力大，传质效率高。缺点是操作弹性较小，易发生严重漏液或过量液沫夹带现象等。（3）浮阀塔，是目前工业精馏过程应用最广的塔板结构。优点是性能稳定、操作弹性大、塔板效率高等。但在处理粘稠度较大的物料方面不及泡罩塔；在结构、生产能力、塔板效率、压力降等方面不及筛板塔。（4）其它塔板。
浮阀式精馏塔的工艺设计步骤——（1）分析待分离物系，确定分离方案；（2）根据确定的精馏方案，计算工艺参数；（3）选择设计板面，确定塔板结构参数（不包括塔板分块结构设计，以减少返工量）；（4）绘制负荷性能图确定操作弹性，并在全塔范围内推广、调整结构参数；（5）用最终确定的结构参数进行塔板分块结构设计，绘制塔板结构图；（6）附件设计及选用；（7）绘制塔体装配图，编写说明书，完成设计。
板式精馏塔的选用设计步骤——（1）分析待分离物系，确定蒸馏方案；（2）根据确定的精馏方案，进行工艺参数计算；（3）初估塔径，确定溢流方式；（4）根据塔径和溢流方式查手册，初选标准塔板规格；（5）查取所选标准塔板的样本文件获得负荷性能图，确定所选塔板结构的操作弹性、合理性并在全塔范围内推广；（6）附件设计及选用。
板式塔的流体力学验算——为确保所设计出的塔板结构能满足分离任务要求，在操作时不会发生前述的五种异常操作现象并具有一定的可调节范围，必须按照设计规范在全塔范围内对其进行相关的流体力学验算。验算内容包括：单板压力降校核、液泛校核、液沫夹带校核、漏液校核、气泡夹带校核、干堰校核。通过调整塔板结构以满足指标要求，从而排除事故发生的可能性。
浮阀塔的负荷性能图及操作弹性——浮阀塔的负荷性能图包括五种六条线：（1）气相负荷下限线（漏液线），反映塔板漏液量达到10%的气液负荷关系；（2）液相负荷下限线（干堰线），反映堰上清液层高度等于6mm时的气液负荷关系；（3）液沫夹带上限线（又称气相负荷上限线，根据不同的确定方式有两条），
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反映每kg上升气流中夹带的液滴量等于0.1kg时的气液负荷关系；（4）液泛线，表示即将发生液泛时的气液负荷关系；（5）液相负荷上限线（气泡夹带线），反映液体在降液管中的停留时间等于3～5s时的液相负荷。每一种曲线代表着一种事故的临界点，在线以外的区域为相应的事故发生区，故由上述五种六条线所围成的区域即为稳定操作区域。当塔板的结构一定，则稳定操作区域一定。为确保浮阀塔的正常操作，操作时的操作状态应处于稳定操作区域。操作线与稳定操作区域的上、下交点即为允许波动的操作范围（一般以纵坐标气相体积流量为衡量依据），其比值称为操作弹性。对设计合理的浮阀塔弹性应介于3～4之间。
第四章 液－液萃取
第一节 概述
知识点聚焦
萃取定义及分类——萃取是在液体混合物中加入与其部分互溶的液体溶剂（即萃取剂），形成液-液两相，利用液体混合物中各组分在萃取剂中的物理溶解或化学反应能力的差异实现分离目的的操作。萃取过程中萃取剂与溶质不发生化学反应的称为物理萃取，反之称为化学萃取，本教材只讨论前者。
萃取名词——在萃取操作中，料液F中对萃取剂（S）的易溶组分称为溶质（A）；难溶组分称为原溶剂（B）。当萃取剂与料液混合后会成为两相：一相以溶剂为主，并溶有较多的溶质，称为萃取相（E）；另一相则以原溶剂为主，并含有未被萃取的溶质，称为萃余相（R）。当萃取所得的萃取相E和萃余相R互为平衡时，过程称为一个理论级。萃取相及萃余相经脱除萃取剂之后的液体产品，分别称为萃取液（E/）、萃余液（R/）。
萃取操作的特点——（1）物理萃取的分离依据是利用组分在萃取剂中的溶解度的差异；故希望萃取剂的溶解选择性要强。（2）萃取只是将较难分离的液体混合物转化为较易分离的液体混合物；完成分离任务通常还需借助操作耗能较多的蒸馏或蒸发操作，所以应选择回收简便且能耗低的萃取剂，以降低萃取操作成本。（3）萃取过程是溶质从一个液相转移到另一个液相的相际传质过程；所以要求形成的两相必须具有一定的密度差，以利于相对流动与分层。
工业萃取流程——有级式萃取和微分萃取两大类。级式萃取又分为单级和多级萃取。单级萃取装置的基本构成包括混合、澄清－萃取相及萃余相分离两部分。多级萃取是单级萃取的组合操作过程，包括多级错流和多级逆流萃取两种。其中多级逆流萃取具有可实现对混合液的完全分离，且萃取剂的用量少、操作连续性强、生产能力大等优点，在工业生产中应用较广。微分萃取则是通过在塔式
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连续萃取设备（如填料萃取塔、筛板萃取塔等）中进行的萃取过程，对大规模工业萃取过程多采用该法。
第二节 萃取系统的液－液相平衡
知识点聚焦
三元二相系的相组成表示法——由于在萃取系统中，至少要涉及三个组分、两个相，所以前面的笛卡尔坐标系不能适用，通常用三角相图来表述。常见的三角相图有正三角形、等腰或不等腰直角三角形两类。在三角相图中，一般以上顶点表示纯A，其余两个顶点按逆时针方向依次为纯B和纯S。三角形任意边上的点，表示由该边两端点物质所构成的二元混合物的组成。三角形内的任意点，表示（均相或非均相）三元混合物的总组成。
和点、共轭相、结点、联结线、临界混溶点——待分离物F与萃取剂相混合后形成的三元混合物的总组成点称为和点（M）。互为平衡的三元二相系中的两相称为共轭相。共轭相组成在三角相图上的坐标点称为结点。共轭相结点间的连线称为联结线。将实测出的结点从左右两端自下而上分别用线段相连，并外推至左右端连线汇合，所得的曲线即为三元二相系的液－液平衡线，惯称溶解度曲线。对在溶解度曲线上不存在共轭相的点（即为平衡的均相三元混合液）称为临界混溶点（P），是系统的临界状态点。临界混溶点一般不在溶解度曲线的顶点，其将溶解度曲线分为左右两部分：左侧萃余相，右侧萃取相。
分配系数与分配曲线——在一定温度下，当三元混合液的两个液相达到平衡时，溶质（A）在萃取相（E）和萃余相（R）的组成之比称为分配系数（kA）。分配系数表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系，其值可由实验确定，随物系种类以及温度和组成而变。对恒温条件下的指定物系，当溶质的组成变化不大时，
kA值可视为常数。
若以x表示萃余相中溶质的含量，以y表示萃取相中溶质的含量，则一对共轭相组成在x-y直角坐标系上可表述为点（x,y）。在x-y坐标系上将若干共轭相组成点标出并相连接即可得分配曲线。因临界混溶点为一相，故P的位置应位于对角线上。分配曲线反映溶质在平衡的两相中的组成关系（即相平衡关系），其作用有：（1）若已知或设定某液相（萃取相或萃余相）组成，则可根据分配曲线求出其共轭相的组成；（2）类似二元精馏系统的气—液平衡线，借其可确定萃取过程的理论级等。
萃取剂的选择原则——主要有以下四点：（1）萃取剂的选择性要尽可能高，即对溶质的互溶度要大，而对原溶剂的互溶度要尽可能小。（2）萃取剂价廉易得。（3）萃取剂回收简便、成本低廉。（4）稳定的理化性质，毒性、腐蚀性要尽可
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能小。 计算公式浓缩
和点的确定：
S/S/FS/xMS??x/??x/ xMA=xF+x/ AMSSF?S/SSMMsA式中：S/、F、M分别为萃取剂相、原料相及混合相的质量，kg；xS/S、xs/A分别为萃取剂相中纯萃取剂S及溶质A的质量分率；xFA为原料相中A物质的质量分率。和点B物质的质量分率可由xMS、xMA用归一化方程求出。
料液、萃取剂、萃取相、萃余相量及其组成间的定量计算关系式：
xMA?xRAMRxEA?xMAEMEERR ??????//MF?SxEA?xRAMF?SxEA?xRAERERExMA?xRAMR ??RxEA?xMAEM 分配系数与选择性系数计算式：
yy1、分配系数 kA?A kB?B
xAxBy/yk2、选择性系数 ??AB?A
xA/xBkB式中：kA、kB分别为溶质A及原溶剂B在萃取相和萃余相中的分配系数；B的质量分数；xA,xB分别为萃余相R中组分A、yA,yB分别为萃取相E中组分A、B的质量分数。 相关习题解答
9-1以异丙醚为萃取剂，从组成为50%（质量分数）的醋酸水溶液中萃取醋酸。在单级萃取器中，用600kg的异丙醚萃取500kg醋酸水溶液。试求：①在三角相图上绘出溶解度曲线与辅助线；②确定原料液与萃取剂混合后，其混合液组成点M的位置；③由三角相图求出混合液分为两个平衡液层——萃取相E与萃余相R的组成与量。（xEA=18%、xES=73%、767.8kg，xRA=34%、xRS=4%、332.2kg）
醋酸（A）—水（B）—异丙醚（S）的平衡数据 萃取相（质量分率） A 0.18 0.37 0.79 1.93 4.82 11.40 21.60 31.10
萃余相（质量分率） A 0.69 1.40 2.69 6.42 13.30 25.50 37.00 44.30 B 98.1 97.1 95.7 91.7 84.4 71.1 58.6 45.1 S 1.2 1.5 1.6 1.9 2.3 3.4 4.4 10.6 44
B 0.5 0.7 0.8 1.0 1.9 3.9 6.9 10.8 S 99.3 98.9 98.4 97.1 93.3 84.7 71.5 58.1 36.20 15.1 48.7 46.40 37.1 16.5 【解】根据题意，由杠杆规则有：
MFS600???1.2 故可定出M点位于FS线上。 MSF500借助辅助线图解得到联结线ER可得：
萃余相的组成为： xRA=34%，xRS=4%
萃取相的组成为： xEA=18%，xES=73%
ME22.5M??(600?500)?332.2kg 萃余相量： R?ER74.5 萃取相量： E?M?R?(600?500)?332.2?767.8kg
9-2 含40%（质量分数，下同）丙酮的水溶液用氯苯进行萃取，欲使萃余相中丙酮含量不超过3%，现处理1t原料液。试求：①所需萃取剂的量；②所获得的萃取相E和萃余相R的量；③对萃取相进一步进行处理，脱除萃取剂后萃取液的量（kg）和组成（质量分数）。（8800kg，9223.53kg、576.47kg，525.64kg、xE’A=0.81）
丙酮（A）—水（B）—氯苯（S）三元物系的平衡数据 萃取相（质量分率） A 0 10.79 22.23 37.48 49.44 59.19 61.07 60.58 B 0.18 0.49 0.79 1.72 3.05 7.24 22.85 25.66 S 99.82 88.72 76.80 60.80 47.57 33.57 15.08 13.76 萃余相（质量分率） A 0 10 20 30 40 50 60 60.58 B 99.89 89.79 79.69 69.42 58.64 46.28 27.41 25.66 S 0.11 0.21 0.31 0.58 1.36 3.72 12.59 13.76 【解】（1）根据题意，由xF=0.40，在AB边上定出F点，连接FS线。在图中找出对应萃余相中丙酮含量为3%的萃余相平衡点R，并借助辅助线图解得连接线
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