[科普中國]-多級萃取

簡介

多級萃取是指在多級串聯(lián)的設(shè)備中進(jìn)行多級萃取的方法。每級包括一萃取室和一再萃取室。在萃取室中給予體相與萃取劑進(jìn)行接觸，后者在再萃取室中與接收體相接觸時被再萃取。萃取劑在同一級中以適宜方式對給予體相和接收體相呈交叉流動，而給予體相和接受體相呈逆流流過某些或全部級1。

多級萃取工藝多級萃取工藝包括逆流和錯流流程。一與單級萃取比較，其傳質(zhì)過程和計算顯然要復(fù)雜的多。無論是操作型計算，還是設(shè)計型計算，均涉及多元非線性問題求解。故此，迄今為止，人們對它的認(rèn)知還不能真正理論化、定量化。在設(shè)計操作方案、確定操作參數(shù)、設(shè)計萃取設(shè)備時，更多的是依賴于經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)。雖然，在利用計算機(jī)進(jìn)行萃取過程的模擬中，也先后提出了以平衡級為基礎(chǔ)的多種算法，如單循環(huán)和雙循環(huán)流址加和法、Bennett改進(jìn)的牛頓一拉夫森法、郭天民提出的S-BNR聯(lián)合法及趙文生等提出的改進(jìn)新松馳法等2。

Excel模擬優(yōu)化多級萃取工藝流量加合法計算簡單，對大多數(shù)萃取塔都能收斂。但其穩(wěn)定性隨萃取級數(shù)的增加而惡化。改進(jìn)新松馳法適用于多股進(jìn)料、多股出料和多個中間換熱的液一液萃取過程，能夠準(zhǔn)確確定萃取塔內(nèi)的溫度分布，收斂速度快，穩(wěn)定性好。但計算過程非常復(fù)雜。牛頓-拉夫森法穩(wěn)定性好，收斂速度快，但對初值的提出要求很高，需多次求解偏導(dǎo)數(shù)，耗時。SR-BNR聯(lián)合法對初值要求不高，收斂迅速，且收斂精度較高，但使用局限性大，很多大萃取體系不適用。改進(jìn)新松馳法收斂快，穩(wěn)定性好，能合理描述萃取中的溫度分布。所有方法存在的共性問題，就是為求解非線性方程組，需要編寫計算程序，研究具體的算法。這為指導(dǎo)生產(chǎn)和教學(xué)帶來了極大的不便。而用逐級計算法，借助于Excel自動計算的強(qiáng)大功能，無需研究解題程序，無需編程，自動計算兩種工藝下的最小溶劑用量、理論級數(shù)、各級濃度分布和萃取率等參數(shù)，并對關(guān)鍵參數(shù)溶劑比優(yōu)化，完成多級萃取模擬優(yōu)化過程，為指導(dǎo)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)和相關(guān)專業(yè)學(xué)生的教與學(xué)帶來極大的方便3。

總結(jié)(1)利用Excel的自動計算功能，用逐級計算法獲得多級萃取工藝重要的工藝參數(shù)和結(jié)果，代替了傳統(tǒng)的圖解法，也避免了編程工作。這一方法可大大方便指導(dǎo)生產(chǎn)和教學(xué)。

(2)優(yōu)化錯流溶劑比表明，各級平均分配總?cè)軇┯昧?，可減少總?cè)軇┯昧?. 88%。由此證明了 “錯流時各級溶劑量相等較為合理”的結(jié)論。

(3)相對于錯流操作，達(dá)到同樣的萃取要求，逆流操作取實(shí)際溶劑比為1. 38倍最小溶劑比，可提高萃取相濃度8. 5百分點(diǎn)，降低萃取相流率約1/2，減少萃取劑用量2/3。因此就技術(shù)和經(jīng)濟(jì)而言，逆流操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于錯流操作，是實(shí)際萃取操作應(yīng)該首選2。