液-液萃取

《液-液萃取》是一部论述液液萃取过程基本理论、萃取过程计算和萃取设备的专著。书中重点讨论了萃取溶剂的选择原则、萃取平衡及其影响因素，不同萃取模式的过程计算；进而介绍了萃取动力学，萃取过程的优化；并在此基础上分别介绍了广泛应用的主要萃取设备、它们的类型、设计放大和操作特性，所涵盖的内容具有新颖性和实用性。

《液-液萃取》可作为化工或相关专业在校大学生和研究生的教材或教学参考书，也可为在湿法冶金、核化工、石油化工、环境化工和制药等行业从事萃取技术研究和生产实践的科研技术人员提供理论和技术指导。

《液-液萃取》立足于讲清液-液萃取过程的基本理论，追求实用性和新颖性，即从液-浓萃取过程的研究和生产实践出发，力求涵盖近年来国内外萃取技术研究的新成果和新进展。

1概论1
1.1液—液萃取的基本概念1
1.2液—液萃取技术的发展和应用2
1.3液—液萃取体系的组成3
1.3.1萃取剂4
1.3.2稀释剂7
1.3.3改良剂7
1.3.4协同萃取剂7
1.4液—液萃取体系的分类30
1.4.1按萃取剂的结构类别分类30
1.4.2按有无化学反应分类31
1.4.3按萃取机理分类31
1.5液—液萃取研究的基本内容34
1.5.1萃取剂和萃取体系的选择34
1.5.2萃取平衡研究和萃取工艺及操作条件的确定37
1.5.3萃取动力学37
1.5.4萃取方式（模式）的确定37
1.5.5萃取循环方式的确定37
1.5.6萃取流程的建立38
1.5.7萃取设备的选型、结构设计以及操作条件的确定38
1.6新萃取体系的开发应用40
1.6.1双水相萃取体系40
1.6.2液—液—液三相萃取体系41
符号表41
习题42
参考文献42
2液—液萃取平衡44
2.1萃取平衡的基本参数——萃取分配常数、萃取分配系数和萃取分离系数44
2.1.1萃取分配常数44
2.1.2萃取分配系数45
2.1.3萃取分离系数46
2.2萃取平衡关系和萃取分配数据的表征47
2.2.1图示方法47
2.2.2萃取平衡模型54
2.3萃取平衡的影响因素59
2.3.1萃取剂和萃取体系的组成59
2.3.2水相中工艺条件的影响60
2.3.3萃取操作条件的影响62
2.4双水相萃取的萃取平衡和影响因素63
2.4.1双水相萃取的萃取平衡63
2.4.2双水相萃取平衡的影响因素64
符号表65
习题66
参考文献66
3单级萃取过程68
3.1萃取过程中两相体积不变或变化很小时的物料衡算方法69
3.1.1分配系数为常数的萃取体系69
3.1.2分配系数为变数的萃取体系69
3.1.3复杂萃取体系70
3.2萃取过程中两相体积有显著变化时的物料衡算方法72
3.2.1两相不互溶的情况72
3.2.2两相部分互溶的情况73
3.3单级萃取过程中的极限溶剂／料液比76
3.4接近萃取平衡程度的表征——萃取级效率76
3.5表征萃取效果的主要指标——萃取率和净化系数（去污系数）77
3.5.1萃取率77
3.5.2净化系数79
3.6单级萃取过程的适用性和局限性80
符号表81
习题81
参考文献82
4逐级接触的多级萃取过程83
4.1多级错流萃取过程83
4.1.1多级错流萃取过程的操作原理83
4.1.2多级错流萃取过程的计算法和图解法84
4.2多级逆流萃取过程87
4.2.1多级逆流萃取过程的操作原理87
4.2.2两相不互溶体系多级逆流萃取过程的计算法和图解法88
4.2.3两相部分互溶体系多级逆流萃取过程的图解法102
4.2.4多级逆流萃取过程的其他计算或图示方法105
4.2.5四元萃取体系多级逆流萃取过程的解法106
4.2.6多级逆流萃取过程中萃取剂极限用量和极限流比的图解确定108
4.2.7多级逆流萃取过程的变体109
4.2.8多级逆流萃取过程与多级错流萃取过程的比较112
4.3分馏萃取过程113
4.3.1分馏萃取过程的操作原理和过程参数113
4.3.2两相不互溶体系分馏萃取过程的图解法115
4.3.3两相不互溶体系分馏萃取过程的计算法123
4.3.4两相部分互溶体系分馏萃取过程的图解法和计算方法138
4.3.5分馏萃取过程中流比的选择和极限流比的确定141
4.3.6带有回流的分馏萃取过程149
4.3.7分馏萃取过程的变体165
符号表167
习题168
参考文献173
5连续接触的多级逆流萃取过程175
5.1柱塞流模型175
5.1.1连续逆流传质和传质单元175
5.1.2两相不互溶时传质单元数的计算177
5.1.3一般情况下传质单元数的计算183
5.1.4理论级和理论级当量高度185
5.2萃取柱内的轴向混合186
5.2.1基本概念186
5.2.2萃取柱内的轴向混合188
5.2.3常用数学模型简介189
5.3扩散模型及其近似解法和数值解法190
5.3.1扩散模型190
5.3.2扩散模型的近似解法和数值解法192
符号表201
习题202
参考文献202
6液—液萃取过程的实验方法204
6.1多级错流和多级逆流萃取过程的实验方法204
6.1.1多级错流萃取过程204
6.1.2多级逆流萃取过程204
6.1.3分馏萃取过程209
6.1.4带有回流的分馏萃取过程213
6.1.5微分接触的多级逆流萃取过程214
6.2多级逆流萃取实验装置215
6.2.1连续操作的多级逆流液—液萃取器（台架规模）215
6.2.2微型混合澄清槽216
6.2.3微型环隙式离心萃取器216
符号表216
习题217
参考文献217
7扩散原理和相际传质过程218
7.1扩散原理218
7.1.1概述218
7.1.2分子扩散219
7.1.3扩散系数220
7.1.4液体中的稳定分子扩散225
7.1.5对流扩散229
7.2相际传质过程231
7.2.1传质系数231
7.2.2传质过程的模型233
7.2.3总传质系数236
7.2.4传质方程式及其应用238
7.2.5界面现象及其对传质的影响239
符号表241
习题242
参考文献242
8液—液萃取过程动力学243
8.1萃取动力学研究的重要性243
8.2萃取动力学过程的控制机制244
8.2.1传质方程244
8.2.2萃取动力学的过程控制机制的类型246
8.2.3确定萃取动力学过程控制机制的若干因素247
8.2.4萃取动力学过程控制机制的判定248
8.3萃取动力学的实验研究装置和研究方法249
8.3.1实验研究装置249
8.3.2实验研究方法251
8.3.3实验数据处理253
8.4萃取动力学研究示例253
8.4.1磷酸三丁酯萃取硝酸的萃取动力学254
8.4.2羟肟萃取铜的萃取动力学258
8.5提高萃取传质速率的主要手段261
符号表262
习题263
参考文献263
9液—液萃取过程的优化265
9.1优化目标或目标函数265
9.2液—液萃取过程若干问题的优化266
9.2.1萃取溶剂的优选266
9.2.2萃取工艺和萃取操作条件的确定和优化267
9.2.3萃取方式的优化考虑271
9.2.4萃取设备若干操作参数和结构的优化272
9.2.5液—液萃取过程的总体优化276
符号表276
习题277
参考文献277
10液—液萃取设备概述279
10.1萃取设备内的基本过程279
10.2液—液萃取设备的分类280
10.3萃取设备的性能比较和适用性281
10.4萃取设备的选择286
10.4.1萃取设备的选择因素286
10.4.2萃取设备选择指南287
10.5萃取设备的主要性能参数290
符号表291
习题291
参考文献291
11混合澄清槽292
11.1混合澄清槽的类型292
11.1.1箱式混合澄清槽294
11.1.2浅层澄清的混合澄清槽296
11.1.3I.M.I.混合澄清槽296
11.1.4Kemira混合澄清槽297
11.1.5Denver混合澄清槽298
11.1.6Krebs混合澄清槽298
11.1.7双混合室混合澄清槽299
11.1.8全逆流混合澄清槽299
11.1.9塔型混合澄清萃取器301
11.1.10CMS（combinedmixer—settler）萃取器304
11.2混合槽内的传质和混合槽的放大305
11.2.1混合槽的结构型式306
11.2.2混合搅拌方式306
11.2.3搅拌输入能量的计算313
11.2.4混合槽内的液流分散和传质321
11.2.5输入功率与萃取传质速率的关系和混合槽的放大337
11.2.6输入能量参数的选择344
11.2.7混合槽的改进和管线混合器的介绍347
11.3混合澄清槽内的澄清分相和澄清槽的放大355
11.3.1澄清的基本过程355
11.3.2澄清槽的设计放大359
11.3.3影响澄清速率的诸因素372
11.3.4提高澄清速率的几个途径376
11.3.5其他加速澄清速率的方法和澄清器的介绍381
11.4箱式泵混合澄清槽的工艺设计382
11.4.1混合室有效体积和结构尺寸的确定383
11.4.2澄清室结构尺寸的确定384
11.4.3各相口及堰板位置和结构尺寸的确定384
11.4.4箱式泵混合澄清槽的设计计算示例391
11.5采用CFD方法进行混合澄清槽的优化设计394
11.6混合澄清槽的操作运行395
11.6.1混合澄清槽的操作运行步骤395
11.6.2混合澄清槽运行的静态和动态特性396
11.6.3连续相和分散相的控制和反相398
11.6.4混合相比的调控399
11.6.5相夹带和液泛400
符号表402
习题404
参考文献405
12萃取柱（塔）411
12.1常用萃取柱简介411
12.1.1简单的重力场中的萃取柱411
12.1.2机械搅拌萃取柱413
12.1.3脉冲萃取柱418
12.1.4振动筛板柱419
12.2萃取柱流体力学设计基础420
12.3萃取柱模拟和设计的计算方法421
12.3.1柱型的选择422
12.3.2操作流速的计算422
12.3.3柱高的计算422
12.4填料萃取柱423
12.4.1填料的选择423
12.4.2填料萃取柱的设计计算425
12.5转盘萃取柱（RDC）的性能和设计计算429
12.5.1转盘柱的液泛流速和存留分数431
12.5.2转盘柱的液滴平均直径434
12.5.3转盘柱的轴向混合435
12.5.4转盘柱的传质特性438
12.5.5转盘柱的设计计算440
12.6脉冲筛板柱445
12.6.1脉冲筛板柱的结构和操作445
12.6.2脉冲筛板柱的液泛流速和存留分数448
12.6.3脉冲筛板柱内的液滴平均直径456
12.6.4脉冲筛板柱的传质特性457
12.6.5脉冲筛板柱的轴向混合465
12.6.6脉冲筛板柱的发展466
12.7振动筛板萃取柱470
12.7.1振动筛板萃取柱的分类和基本结构470
12.7.2振动筛板萃取柱的流体力学性质472
12.7.3振动筛板萃取柱的传质速率475
12.7.4振动筛板萃取柱的放大设计477
符号表478
习题479
参考文献479
13离心萃取器486
13.1离心萃取器的分类和主要型式简介487
13.1.1微分接触离心萃取器487
13.1.2逐级接触离心萃取器490
13.1.3逆流萃取倾析器494
13.1.4静态混合器—离心机组合495
13.2表征离心萃取器性能的若干参数497
13.2.1离心分离因数497
13.2.2离心萃取器内的压力平衡和界面控制498
13.2.3离心萃取器的水力学操作图502
13.2.4离心萃取器的液泛和处理容量504
13.2.5离心萃取器内分散相的存留分数505
13.2.6离心萃取器内的返混506
13.3环隙式离心萃取器的操作特性和设计放大507
13.3.1环隙式离心萃取器的操作特性507
13.3.2环隙式离心萃取器的设计放大513
符号表515
习题516
参考文献516

众所周知，液-液萃取是化工分离过程中的重要单元操作，经过一个多世纪的研究发展，特别是历经近几十年的工业实践，更加显现了它的高效提取和精细分离的技术特点，从而使它在水法冶金（核燃料前后处理、稀土和有色、稀贵金属的提取分离等）、石油化工（芳烃抽提、糠醛精制等）、医药化工（抗生素提取等）、环境化工（废水和废物处理、有价金属元素和物品的回收利用）以及化学分析（多作为预处理手段）等诸多领域获得了日益广泛的应用。
20世纪80年代为了满足教学的需要，清华大学化工系的李以圭、李洲、费维扬和杨基础曾编写了《液-液萃取过程和设备》一书（分上、下册）。该书的出版得到了广大读者的肯定评价，使用过该书的华东理工大学的沈福钧教授在1987年出版的《教学研究》刊物上曾评价说：“这是一本我国当前对液-液萃取过程及设备最新最完整的教材和重要的参考书，是一本唯一可作为系统教材的好书。”此书经有关专家推荐和评审，于1987年获得了核工业总公司优秀教材一等奖。1993年在经过多年教学和科研实践的基础上由李洲担任主编，柯友之担任主审对此书进行了修订，出版了该书的修订本。距今已有19年了，在此期间，萃取技术有了长足的发展，国内外又有多部有关萃取的专著和手册问世和大量的研究论文发表，其中的专著包括有：
① Godfrey J C,Slater M J.Liquid-Liquid Extraction Equipment.John Wiley & Sons,1994.
② 汪家鼎，陈家镛主编，溶剂萃取手册，化学工业出版社，2001。
③ Marcus Y，Sengupta A K . Ion Exchange and Solvent Extraction：A Series of Advance,V-15,Elsevier,2002.
④ Rydberg J and Cox M et al.Solvent Extraction Principles and Practice.2nd Revised and Expanded. M.Dekker.Inc.2004.
⑤ Muller E,Berger R,Blass E et al. Liquid-Liquid Extraction(Published Online 15 Jan 2008)//Bellussi G,Bohnet M,Bus J et al. Ullmann's Encyclopedia of Industrail Chemistry. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA,2002.
⑥ Frank T C,Dahuron L,Holden B S,Prince W D,Seibert F and Wilson L C. Sec.15. Liquid-Liquid Extraction and Other Liquid-Liquid Operation and Equipment.//eds: Green D W,Perry R H. Perry's Chemical Engineers'Handbook,Eighth Edition. New York: McGraw-Hill,2007.
⑦ 朱屯，李洲等编著，溶剂萃取，化学工业出版社，2008.
⑧ Ritcey G M. Solvent Extraction Principles and Applications to Process Metallurgy,V.1-2,Revised Edition,Montreal,Guebec,Canada: Canadian Institute of Mining,Metallurgy and Petroleum,2008.⑨ 马荣骏，萃取冶金，冶金工业出版社，2009。
此外，还有内容丰富且逐年进行更新的“Aspen Process Manual”。
它们各有侧重和特点，这些著作均给我们提供了进一步学习参考和借鉴的机会。同时基于近十几年的教学和科研实践，为了更好地满足教学和科研的需要，以及出于我们的社会责任感，我们在原有基础上再次编写了此书，并定名为《液-液萃取》。
液-液萃取不同于溶剂萃取，后者包括了更广泛的领域，如固液萃取的浸出过程、超临界流体萃取过程以及膜萃取过程等。本书定名为《液-液萃取》，是为了更好地突出重点，仅限于讨论两液相之间的萃取传质过程。
本书立足于讲清液-液萃取过程的基本理论，追求实用性和新颖性，即从液-液萃取过程的研究和生产实践出发，力求涵盖近年来国内外萃取技术研究的新成果和新进展。
此书保留了原《液-液萃取过程和设备》的基本框架，但对其内容进行了充实和更新。另外新编了“液-液萃取动力学”及“液-液萃取过程优化”等章节。过去人们往往把关注的焦点放在萃取平衡方面，而对萃取动力学的内容涉及较少，实际上萃取动力学和萃取平衡对了解萃取过程以及萃取设备的设计是同样重要的。萃取热力学对深入研究萃取过程显然是非常重要的，但由于李以圭教授已出版过专著《金属溶剂萃取热力学》，故有关萃取热力学的内容由于篇幅所限，本书不再收入。考虑到教学的需要，本书仍然保留了例题和习题，但计算程序部分不再保留。
《液-液萃取》全书共分为13章，1～9章重点介绍了液-液萃取过程平衡，萃取动力学和两相传质过程及不同萃取方式（模式）过程的计算方法；10～13章介绍了主要类型的萃取设备，它们的操作原理和基本设计计算方法。秦炜编写其中的5、7、12章，其余各章和有关内容由李洲编写。
在此，我们再次对编写《液-液萃取过程和设备》一书的原作者和审稿人表示衷心的感谢；对给予我们热情支持的广大读者致以诚挚的谢意，希望你们在使用本书的过程中进一步提出宝贵意见和给予批评指正；感谢化学工业出版社编辑和有关工作人员的指导和大力支持；同时，也要感谢家人在本书编写过程中给予的支持和无私的帮助。此外，我们还要特别感谢北京泽华化学工程有限公司为本书出版给予的大力支持。
2012年10月于北京清华园