624食品工程原理 的需要量；④浸出器的级数。 浸出所需的时间决定于浸出的速率。前已述及，在理论上浸出完毕后，固体 中残留的溶质（被浸出组分）量与浸出时间存在一定的函数关系。由于浸出机理 的复杂性，这个关系常凭实际经验来确定。因此浸出所需的必要时间也必取决于 实际经验。 浸出器的大小，通常也凭经验确定。浸出器的总容积可跟据混合物料和溶液 所占的容积，加上所有容器内附属设备（如搅拌器、换热管等）所占的容积，此 外，再留有30%的自由容积。 溶剂的需用量可根据浸出过程中物料的开始和终了情况，由物料衡算式求 出。 在多级逆流接触的浸出中，浸出器的数目（级数）是重要的计算项目。多级 浸出级数的计算建立在理论级数的基础上。实际上由于接触时间不可能无限延 长，惰性固体也不可能对浸出的溶质绝无吸附作用等，所以浸出的浓度变化也就 不可能达到平衡。这样，实际所需的级数就要比理论级数为多。理论级数与实际 级数之比，称为效率。即： 级效率？由经验确定。 1.4.2浸出级数的计算方法 (1)浸出级数的代数计算法代数计算法主要适用于恒底流的情况。所谓恒 底流，即底流中的溶液量对每一级而言均相同。根据这一定义，若溢流中无固 体，固体全在底流中，则底流中固体量及溶液量均保持不变，亦即底流总量保持 不变，从而溢流量保持不变。理论上，恒底流必然伴随恒溢流。 如图9-7所示N级系统，设进入第一级的原料量为F,各级的底流量以惰 性固体所持的液量计为L，以逆流方式进人末级的溶剂量为S,逐级流动的溢流 量为V,则必有V=S。 Lx LLx- ÷= 图97多级逆流漫出系统
第9章浸出和萃取625 现取第i理论级分析，若以表示离开第i级的溢流浓度（质量分数），x 表示离开第i级底流所持溶液的浓度。 第i级的溶质物料衡算式的通式为： Vyi Lzi=Vyi+1+Lxi-1 因为是理论级，故，一=，并令。=光（对恒底流，比值a为常数）则上式变 为： x-1=（a+1)x:-ax:+1 对第N级（末级）：xN-1=(a+1)xN-axN+1 对第N-1级：xN-2=(a+1)xN-1-azN =(a+1)[(a+1)xN-axN+1]-axN =(a2+a+1)xN-a(a+1)x+1 依次类推 对第二级：x1=(aN-1+N-2+.+1)xN-a(aN-2+aN-3+.+1) CN+1 -hw. 对第一级，由于滥流量E≠V,底流的溶液量也不等于原料中所含的溶液量，故 不可应用通式。如对全系统进行物料衡算，便得： EyE+LIN=FZF+VyN+1 第一级的溢流底流比不同于其他各级，令：a= 由于，yE=x1,故有： L-=g+。1g0 i。wN+]+LN=FxF+Vw+i 第理得：Ln(,士兰+)-L生公二wea12）) VyN+1=FZF 即 L(eg+-w(8+1)-rr
626食品工程原理 两端除LxN以后经整理而得： 良-(+e)2+a,1。》 =(+a1=)-(e+a1=) (9-10) 如果加人末级的溶剂中不含溶质，即y=0,则有： 京-1+1是 (9-11)） 其中R-器 式中：R为随残渣排走的溶质量与原料所含的溶质量之比，可称为残渣率或损 失率；xw为残渣中溶液的浓度；x℉为原料中溶质浓度，其计算基准与原料的基 准相同；。为恒底流的溢流-底流比，即等于光；a,为第一级的溢流-底流比。 即等于号，E为最后浓液产品量；S为进人末级的溶剂量；y为进人未级溶剂 中的溶质浓度，如不含溶质，则y=O;N为多级浸出的理论级。 [例9-1]某甜菜制糖厂，以水为溶剂每小时处理100t甜菜片。甜菜含糖 12%,水48%，甜菜渣40%，出口溶液含糖15%。设浸出系统为多级逆流接触 浸出，每一个浸出器内溶液与甜菜片有充分时间达到平衡，而且每吨甜菜渣含溶 液3t。今拟回收甜菜片中含糖的97%，若级效率为70%，问此系统需要几个浸 出器？ 解：以1h为计算基准： 100t甜菜片产生40t菜渣，而每吨菜渣含3t溶液，故每一浸出器中的料浆 为160t。 甜菜中的含糖量xr=0.12 甜菜料浆总共含糖量12×0.03=0.36(th) 浓溶液中的含糖量12×0.97=11.64(th) 损失率R= 出口溶液的浓度yA=0.15 浸出液的总量E==7.6() 根据全浸出液的总物料衡算100+S=77.6+160
第9章浸出和萃取627 故加入纯试剂量（水）S=137.6(th) 假设底流为常数，则溢流也为常数 溢流量V=S=137.6(t八h) 底流量L=3×40=120(th) a=光=132.5=1.15 120 1=是=70-0.647 代人公式9-1)是-03=1+064？ 解出得N=15.3即Nr=15.3故，理想浸出器为15.3个 实际级数N之=总号=21.86 7 故实际浸出器为22个。 (2)浸出级数的三角形相图计算法如图9-8所示，为三级逆流操作流程， E为第一级溢流，V2,V3分别表示第2级、第3级滥流，L1,L2,L3分别表 流 溶剂 3片A片s S.yAYS F策 LI.XIAXIS L2.x2A,X25 底流 图9-8三级逆流浸出 示各级底流，其中L3=W为末级排出的残渣。 设溢流中不含惰性固体，则溢流为溶质A和溶剂S的二元混合物。底流则 为三元混合物。在图9-8中第一个下标为浸出级序号，第二个下标表示组分。 由原料和底流中惰性固体的物料衡算可知： FZF.B=L11B=L2x2B=L3X3B (9-12) 设单位质量惰性固体所持有的溶液量为K1,则L1中的溶液量为K1L1x1B, 其所含的溶质量为yEAK1L1x1B,故L1中溶质A的分率为： -KIEAKEIK K1 (9-13)
628食品工程原理 同理，对L2、L3有： 2 x2=T条，：xn=T十k, (9-14) 而L1中惰性固体分率则为： LITIB 1 IB-KILIZIB+LIEIB-1+KI (9-15) 同理，对L2,L3有 1 x2B=1+K2:x3B=1+K3 (9-16) 恒底流意义即为各级底流中惰性固体的持液量相等， 故：K1=K2=K3=K 1 此时有x1B=x2B=x3B=1+K 公====1 K yA yEA Y2A y3A 由此可知，恒底流情况下xB=常数，从而xA+xs=常数，换而言之，底流 组成在三角形相图上为一条平行于斜边的直线mn。如将B和mn上任一点L相 连并延长交斜边于V，则点L分线段BV为BL和LV两部分，线段BL与LV的长 度之比即为底流中溶液量与惰性固体量之比。由于底流中溶液的组成与溢流组成 相同，故点V亦代表溢流的组成，参阅图(9-9)。 三级逆流浸出在三角形相图上的表示方法见图9-10。由各级的物料衡算得 如下关系： E-F=V2-L1=V3-L2=S-W=△=常数 按杠杆规则，在相图上△代表线段EF、V2L1、V3L2和SW的共同外分点 即为它们的延长线的交点，此点称为差点，亦称操作点。而三条平衡线V3L3 (V3W)、V2L2、V1L1(EL1)分别代表三个理论级。 作图方法是先根据总物料衡算确定第四个点，然后连结EF和SW,其延长 线的交点即为差点△。然后联结B、W,延长得斜边上交点，将此交点和△点 相连而成的直线与mn线相交于一点，再将此点和B相连并延长到斜边上得第 二个交点，如此继续进行，直至斜边上交点跨过斜边上E点为止。另外，也可