液-液萃取实验虚拟现实系统
对于萃取过程而言，最理想的情况是稀释剂B与溶剂S完全不互溶，此时， 如果溶剂S也完全不溶于被分离混合物，那么，萃取过程的数学计算与工 业实现都与吸收过程十分类似。但在实际生产通常遇到的体系中，被分离 组分都或多或少地溶解于溶剂，溶剂也少量溶解于被分离混合物。这样， 3个组分都将在两相中出现，这也使萃取过程的工业实现显得比较复杂。
本实验采用转盘式萃取塔，实验的转盘塔塔身由玻璃制成，转轴、 转盘、固定盘由不锈钢制成。转盘塔上下两端各有一段澄清段，使 每一相在澄清段有一定的停留时间，以便两液相的分离。在萃取区 ，一组转盘固定在中心转轴上，转盘有一定的开口，沿塔壁则固定着 一组固定圆盘环，转轴由在塔顶的调速电机驱动，可以正反两个方向调 节速度。分散相（油相）被转盘强制性混合搅拌，使其以较小的液滴分 散在连续相（水）中，并形成强烈的湍动，促进传质过程的进行。通过实 验了解液-液萃取原理和实验方法。熟悉转盘萃取塔的结构、操作条件和控 制参数。掌握评价传质性能的传质单元数和传质单元高度的测定和计算方法。
通过萃取仿真实验，实现虚实结合，辅助萃取实验的实验教学。解决了萃取实验过程 中的预习难、实验讲解难、实验操作难、练习难、数据处理难、实验考核难、实验教 学管理难等一系列问题，提高了教与学的质量。
通过萃取仿真实验系统，学生可以了解萃取实验的目的、原理、操作流 程以及数据处理方法等。掌握实验装置中转盘萃取塔等各个主要部件的基 本结构和原理。在虚拟操作过程中，学生可掌握萃取实验的整个操作流程。 在操作自测部分，完成萃取实验的仿真考核。
液-液萃取是分离液体混合物和提纯物质的重要单元操作之一。在欲分离的液 态混合物（本实验为煤油和苯甲酸的混合溶液）中加入一种与其互不相溶的溶 剂（本实验为水），利用各组分在溶剂中的溶解度的不同实现混合物的分离。萃 取过程中所用的溶剂称为萃取剂（水），混合液中欲分离的组分称为溶质（苯甲酸） ，萃取剂提取了混合液中的溶质后的溶液称萃取相，分离出溶质的混合液称为萃余相。
图11-1 单级萃取过程示意图
为提高液-液相传质设备的效率，常常从外界向体系外加能量，如搅拌、脉动、振动等。本实验采用的转盘萃取塔属于搅拌一类。
与精馏和吸收过程类似，由于过程的复杂性，过程也被分解为理论级和级效率，或者传质单元数和传质单元高度，对于转盘萃取塔、 振动萃取塔这类微分接触萃取塔的传质过程，一般采用传质单元数和传质单元高度来表征塔的传质特性。
对于稀溶液，近似用下式表示：
式中：NOE—萃取相传质单元数，表示分离过程的难易程度；
x—萃取相的溶质浓度（摩尔分率，下同）；
x＊—溶质平衡浓度；
x1、x2—分别表示萃取相进塔和出塔的浓度。
式中：x1、x2—分别表示萃取相进塔和出塔的浓度。
HOE—萃取相的传质单元高度；
H—塔的有效高度（m）。
传质单元高度表示设备传质性能的优劣。HOE越大，设备效率越低。影响萃取设备传质性能优劣的因素很多， 主要有设备结构因素、两相物性因素、操作因素以及外加能量的形式和大小。
本实验装置主要由转盘萃取塔、搅拌电机、萃取剂泵、原料泵、萃取剂槽、原料槽等组成。实验工艺流程如下图所示。
图 萃取实验装置流程流程图
1—萃取剂槽；2—萃取剂泵；3—调速电机；4—转盘萃取塔；5—原料泵；6—萃余相槽；7—原料槽； 8—萃取剂槽进料阀；9—萃取剂槽排放阀；10—萃取剂泵出口处流量调节阀（萃取剂泵出口阀）； 11—萃取剂转子流量计；12—塔底取样阀；13—分界面高度调节阀；14—塔底取样点温度传感计； 15—π形管；16—萃取塔排放阀；17—原料转子流量计；18—原料泵出口处流量调节阀（原料泵出口阀）； 19—萃余相取样阀；20—原料搅拌阀；21—萃余相回收阀；22—原料槽排放阀；23—萃余相槽排放阀；24—π形管调节阀
萃取实验仿真系统以1：1比例绘制实验设备模型，通过系统，学生可以进行实验预习、实验练习、 实验自测等。通过系统，学生可以完全掌握实验目的、原理、实验操作流程、各部件的原理及内 部结构。由于虚拟模型与真实设备完全相同，通过虚拟演练后，学生进入真实实验室的时候，可 更容易的掌握真实实验操作，虚实结合，以虚辅实。
萃取实验仿真系统包括实验讲义、实验讲解、实验装置、实验操作、操作自测、数据处理、记录回 放七个部分。通过实验讲义部分，学生可以对实验进行整体把握，了解实验目的、实验原理、实验 流程、数据处理等，在实验讲义中，对重要的部件及操作过程进行了超链接，可以点击链接了解详情， 学生的预习记录会上传到服务器；在实验讲解部分，学生可以通过观看实验操作过程的视频讲解了解整 个实验的操作过程；通过实验装置部分，学生可以了解实验设备上所有部件的名称、用途及原理，学生 对装置的学习记录可以上传到服务器；通过实验操作部分，学生可以进行整个操作过程的练习，并可观 察到每一操作步骤所对应的实验现象，学生的操作练习记录会上传到服务器；通过实验自测部分，学生 可以对自己的练习情况进行自测，自测过程可上传到服务器，供任课教师查看；通过数据处理部分，学生 可以了解实验需要记录哪些数据，如何对数据进行处理并生成实验报告；通过记录回放部分，学生可以查看到自己的自测记录的回放。
