劉云宏__萃取

1、1什么是液液萃??？什么是液液萃?。?利用利用液體混合物液體混合物中各組分在中各組分在外加溶劑外加溶劑中中溶解度的差異溶解度的差異而分離該混合物的操作，稱為而分離該混合物的操作，稱為。外加溶劑稱為。外加溶劑稱為萃取劑萃取劑。原料液原料液 萃取劑萃取劑 S S A+B 萃取液萃取液 E 萃取相萃取相 E A(大量大量),B(少量少量) S+A+B S 萃余相萃余相 R B+A+S 萃余液萃余液 R B(大量大量),A(少量少量)溶質原溶劑2萃取流程：萃取流程：第三節(jié)第三節(jié) 液液液萃取液萃取萃?。簩⑦m當的溶劑（萃取劑）加入混合物中，利萃?。簩⑦m當的溶劑（萃取劑）加入混合物中，利用溶質在原溶劑和萃取劑

2、中的溶解度不同，使溶質用溶質在原溶劑和萃取劑中的溶解度不同，使溶質在原溶劑和萃取劑之間分配，從而實現(xiàn)分離的操作。在原溶劑和萃取劑之間分配，從而實現(xiàn)分離的操作。3萃取過程萃取過程萃取進行的條件：萃取進行的條件：（1）加入的溶劑與原料接觸后能分層；）加入的溶劑與原料接觸后能分層；（2）溶劑有溶解選擇性）溶劑有溶解選擇性。萃取過程：萃取過程：（1）混合：）混合：F+SM 混合充分才能進行相際傳質混合充分才能進行相際傳質（2）分層：）分層：ME+R 分離越完全越好分離越完全越好 （3）回收：）回收：EA+S RA+B 三角形相圖 A B S頂點代表純組分頂點代表純組分每條邊代表二元溶液每條邊代表二元溶

3、液 相圖中的點代表三元溶液相圖中的點代表三元溶液%100% SBA萃取與吸收的區(qū)別：原溶劑為液相而非氣相萃取與吸收的區(qū)別：原溶劑為液相而非氣相 （一）組成在三元相圖上的表示（一）組成在三元相圖上的表示 一、液一、液液萃取相平衡過程與三元相圖液萃取相平衡過程與三元相圖 1 1溶解度曲線和聯(lián)結線溶解度曲線和聯(lián)結線 溶解度曲線以內的區(qū)域為溶解度曲線以內的區(qū)域為兩相區(qū)，以外的區(qū)域為單相區(qū)，兩相區(qū)，以外的區(qū)域為單相區(qū)，萃取只能在兩相區(qū)進行。萃取只能在兩相區(qū)進行。在一定溫度下靜置相當長的在一定溫度下靜置相當長的時間以后，即分成兩個平時間以后，即分成兩個平衡的液相，稱為共軛液相。衡的液相，稱為共軛液相。兩相

4、區(qū)兩相區(qū)均相區(qū)均相區(qū)溶解度曲線溶解度曲線聯(lián)結線聯(lián)結線混溶點混溶點/分層點分層點 將一系列代表共軛液將一系列代表共軛液相組成的點連起來，成為相組成的點連起來，成為溶解度曲線，連接一對共溶解度曲線，連接一對共軛液相組成點的直線稱為軛液相組成點的直線稱為聯(lián)結線或平衡線。聯(lián)結線或平衡線。 2 2輔助曲線和臨界混溶點輔助曲線和臨界混溶點過結點分別作水平線和垂直過結點分別作水平線和垂直線，得一交點。將交點線，得一交點。將交點連成曲線，稱輔助曲線。連成曲線，稱輔助曲線。輔輔助曲線與溶解度曲線的交點助曲線與溶解度曲線的交點P P稱臨界混溶點，其聯(lián)結線為稱臨界混溶點，其聯(lián)結線為無限短。無限短。 過結點分別作任兩

5、條邊的平過結點分別作任兩條邊的平行線，也得輔助線。換言之，行線，也得輔助線。換言之，輔助線不是唯一的。輔助線的輔助線不是唯一的。輔助線的應用應用（1 1）已知一相組成，利用輔）已知一相組成，利用輔助線求與之平衡的另一相組成，助線求與之平衡的另一相組成，可直接借助輔助線作出；可直接借助輔助線作出；（2 2）已知和點，求兩平衡液）已知和點，求兩平衡液相組成，借助輔助線。相組成，借助輔助線。 A B S B、S 部分互溶時P臨界混溶點（褶點）兩相區(qū)均相區(qū)A R(B層層) E(S 層層)B多多S少少S多多B少少+A+AB與與S部分互溶時部分互溶時溶溶解解度度曲曲線線 溶解度曲線、溶解度曲線、 輔助線、

6、輔助線、 共軛線共軛線 萃取過程中的相平衡關系萃取過程中的相平衡關系MRE輔助線思考：思考：若若B B與與S S互溶度變大，互溶度變大，則兩相區(qū)范圍如何變化？則兩相區(qū)范圍如何變化？共軛線（聯(lián)結線） （三）分配曲線、分配系數和選擇性系數（三）分配曲線、分配系數和選擇性系數 分配曲線分配曲線討論：討論：（1）臨界混溶點位于）臨界混溶點位于y=x線上；線上；（2）kA1時，分配曲線位于時，分配曲線位于y=x線上方；線上方；（3）如果）如果聯(lián)結線斜率改變，分配曲線將與對角線相交。聯(lián)結線斜率改變，分配曲線將與對角線相交。對對B、S完全不溶完全不溶體系，宜用體系，宜用YX圖表相平衡。圖表相平衡。分配系數分

7、配系數 以以yA表萃取相的組成，表萃取相的組成，xA表萃余相的組成。表萃余相的組成。在一定溫度下，當兩個液相達到平衡時，溶質在一定溫度下，當兩個液相達到平衡時，溶質A在在E相與相與R相中的組成之比稱為相中的組成之比稱為分配系數分配系數，以，以kA表示：表示： kA=yA/xA kB=yB/xB kA值隨溫度而變，恒定溫度下的值隨溫度而變，恒定溫度下的kA可近似視作常數?？山埔曌鞒?。選擇性系數選擇性系數 a a=kA/kB a a值愈大越有利于組分的分離；值愈大越有利于組分的分離；a a=l=l時，不能分離，時，不能分離，若若a al l，萃取可以進行但將非常困難。，萃取可以進行但將非常困難

8、。BBAABAxyxykka 0000000011AAAABBAAxyxyxyxy （四）溫度對相平衡關系的影響（四）溫度對相平衡關系的影響一般來說，物系的溫度升高，溶質在溶劑中的溶解一般來說，物系的溫度升高，溶質在溶劑中的溶解度加大，使兩相度加大，使兩相區(qū)的面積減小。區(qū)的面積減小。因而，溫度明顯因而，溫度明顯地影響溶解度曲地影響溶解度曲線的形狀、聯(lián)結線的形狀、聯(lián)結線的斜率和兩相線的斜率和兩相區(qū)的面積，從而區(qū)的面積，從而影響分配系數及影響分配系數及選擇性系數。選擇性系數。（五）杠桿法則（五）杠桿法則某混合物，量為某混合物，量為M，分成，分成兩部分，其量分別為兩部分，其量分別為E和和R，則有：，

9、則有：（1）E、M、R必在一條必在一條 直線上；直線上；（2）M稱為稱為E和和R的的和點和點， 且有：且有：MEMRRE=（3）E（R）稱為）稱為M和和R（E）的）的差點差點。推論：從任一頂點向推論：從任一頂點向對邊引一直線，當三對邊引一直線，當三元混合物的組成沿此元混合物的組成沿此線移動時，混合物中線移動時，混合物中該組分的量逐漸變化，該組分的量逐漸變化，但其余兩組分的量之但其余兩組分的量之比保持不變。比保持不變。SMFMFS1、 查查取取濃濃度度；2、 表表示示混混合合、分分離離等等過過程程；3、 定定量量計計算算-杠杠桿桿原原理理 A B S 杠桿原理：杠桿原理：FMMSSF RMMEE

10、R 和點差點差點杠桿三角形相圖的應用：三角形相圖的應用：原料液原料液 F 萃取劑萃取劑 S S A+B 萃取液萃取液 E 萃取相萃取相 E A(大量大量),B(少量少量) S+A+B S 萃余相萃余相 R B+A+S 萃余液萃余液 R B(大量大量),A(少量少量)R E REF M 原料液原料液 F 萃取劑萃取劑 S S A+B 萃取液萃取液 E 萃取相萃取相 E A(大量大量),B(少量少量) S+A+B S 萃余相萃余相 R B+A+S 萃余液萃余液 R B(大量大量),A(少量少量) A F M B S 和 點差 點差 點杠桿思考：思考：如何證明上述杠桿原理？如何證明上述杠桿原理？物料

11、衡算：物料衡算：MFMxSFxMSF 0 MFxSFFx FMMSxxxSFMFM 0N（六）萃取劑的選擇（六）萃取劑的選擇1. 1. 有較高的選擇性；有較高的選擇性；2. 2. 與原溶劑的互溶度小，不要形成一對以上的與原溶劑的互溶度小，不要形成一對以上的共軛液相；共軛液相；3. 3. 容易回收容易回收( (相對揮發(fā)度大）；相對揮發(fā)度大）；4. 4. 粘度低，以利于傳質；粘度低，以利于傳質；5.5. 能較好地與原溶劑分離，有適當的密度差和能較好地與原溶劑分離，有適當的密度差和表面張力；表面張力大有利于分層表面張力；表面張力大有利于分層6.6. 化學穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性，無腐蝕性，不易燃化學穩(wěn)定性，

12、熱穩(wěn)定性，無腐蝕性，不易燃易爆，價格低廉，容易獲得。易爆，價格低廉，容易獲得。 化化學學萃萃取取物物理理萃萃取取 多多元元萃萃取取二二元元萃萃取取 分分級級接接觸觸式式微微分分接接觸觸式式 微分接觸式微分接觸式原原料料液液 萃萃取取劑劑S S S R1 R2 R3 E1E2E3 分分級級接接觸觸式式二、液一液萃取過程的計算二、液一液萃取過程的計算 (-)(-)單級萃取單級萃取 Ri-1 Ri i Ei-1 Ei理理論論級級理論級假定理論級假定: 理論級理論級： 離開的兩相離開的兩相Ri、Ei呈相平衡關系。呈相平衡關系。 實際分離能力和理論級的差異用級效率來校正。實際分離能力和理論級的差異用級效

13、率來校正。原原料料液液 萃萃取取劑劑S S S R1 R2 R3 E1E2E3 分分級級接接觸觸式式 S F，xF R，xR R ，x R E ，y E S，yS E，yE SMSFMFS SFERRMMEER FERFREFER 確定點確定點F、S（或（或S0）、點）、點R或或R ，點，點E，作聯(lián)結線，找到點作聯(lián)結線，找到點M，利用杠桿原理求各量。，利用杠桿原理求各量。單級萃取的流程及計算單級萃取的流程及計算E MER FS0R已知已知： F、 xF、 x 相平衡關系。相平衡關系。 求：求：S、R、E、另一相濃度、另一相濃度 、圖解法圖解法 S R S1 S2 S3 S F，xF R1 R2

14、 R3 RN E1 E2 E3 EN S E 123N特特點點：每每一一級級均均用用新新鮮鮮萃萃取取劑劑，故故傳傳質質推推動動力力較較大大； 萃萃取取劑劑用用量量大大，操操作作費費用用高高?？煽梢砸宰C證明明，若若相相平平衡衡關關系系為為線線性性，B 與與 S 不不互互溶溶，則則當當SSSSSN 221時時，溶溶質質回回收收率率最最大大。1 1、流程及特點、流程及特點 ( (二二) )多級錯流萃取多級錯流萃取 這種操作方式的傳質推動力大這種操作方式的傳質推動力大, ,只要級數足夠多只要級數足夠多, ,最終可最終可得到溶質組成很低的萃余相。得到溶質組成很低的萃余相。 S R S S S S S F

15、，xF R1 R2 R3 RN E1 E2 E3 EN S E 123N作作圖圖步步驟驟：連連點點 F、S，由由 F、S 大大小小和和杠杠桿桿原原理理定定和和點點M1；過過M1作作共共軛軛線線，定定點點R1、E1及及其其大大小??； 11111111MREMERERSF圖解法圖解法 A B S FM1R1E1連點連點 R1、S，由，由 R1、S 大小和杠桿大小和杠桿原理定和點原理定和點 M2；過過 M2作共軛線，定點作共軛線，定點 R2、E2及其及其大?。淮笮?； 222222221MREMERERSR 如此反復，直至如此反復，直至RNxx （指定）（指定）為止，共軛線的個數即為理論級數。為止，共

16、軛線的個數即為理論級數。 A B S FM1R1E1 S R S S S S S F，xF R1 R2 R3 RN E1 E2 E3 EN S E 123N M2R2E2 例例9-3-1(P429):25時丙酮時丙酮-水水-三氯乙烷系統(tǒng)的溶解度和連接線見圖。三氯乙烷系統(tǒng)的溶解度和連接線見圖。以三氯乙烷為萃取劑在三級錯流裝置中萃取丙酮，料液量為以三氯乙烷為萃取劑在三級錯流裝置中萃取丙酮，料液量為500kg/h，其，其中含丙酮中含丙酮40%（質量分數），各級溶劑用量相等，均為料液量的（質量分數），各級溶劑用量相等，均為料液量的50%。試求丙酮的回收率。試求丙酮的回收率。解：解：qS=250kg/h

17、qm1=750kg/hqR1=369.4kg/hqm2=619.4kg/hqF2=321kg/hqm3=571kg/hqR3=298kg/h由圖讀出由圖讀出W3=3.5%計算得丙酮回收率計算得丙酮回收率94.8% R E F,xF R1 R2 RN-1 RN 1 2 N E1 E2 E3 EN S，yS S S1ERSFN FERSN 1112EREF 121REFE 2312RERE NNNRSRE 1總物料衡算：總物料衡算： 第第1級：級： 第第2級：級： 第第N級：級： （三）多級逆流萃?。ㄈ┒嗉壞媪鬏腿?特點：傳質推動力較為均勻特點：傳質推動力較為均勻 R E F,xF R1 R2

18、RN 1 2 N E1 E2 E3 S，yS S S 121REFE 23RE NNNRSRE 1 -凈流量-操作線方程S操作點 E2E3R2R1E1FRN操作線操作線三、多級逆流萃取三、多級逆流萃取圖解法求級數圖解法求級數N的作圖步驟：的作圖步驟： E1RNFM 確定點確定點F、S、RN； 由由F、S量的大小確定和點量的大小確定和點M，連結，連結RN、M，并延長得點，并延長得點E1；S 121REFE 23RE NNNRSRE 1 -操作線方程 連點連點F、E1 ，RN、S，并延長得點，并延長得點 ；注意，；注意， 可能在圖的右側，也可能可能在圖的右側，也可能 在左側，這與在左側，這與y1與

19、與xF的大小有關。的大小有關。 R1E2過過E1作共軛線作共軛線E1R1，連結，連結R1 ，交溶解度曲線于點，交溶解度曲線于點E2；過過E2作共軛線作共軛線E2R2，連結，連結R2 ，交溶解度曲線于點交溶解度曲線于點E3； 如此反復，直至（指定）為止，如此反復，直至（指定）為止，共軛線的個數即為理論級數。共軛線的個數即為理論級數。R2R3F A E1 RN B SF M A M RN B S 當當 在在右右側側時時，S 用用量量越越小小， 越越遠遠離離 S， 當當 在左側時，在左側時，S 用量越小，用量越小， 越靠近越靠近 S。 溶劑比溶劑比S/FS/F對多級逆流萃取的影響：對多級逆流萃取的影

20、響： v對指定的分離要求對指定的分離要求xN，S/FS/F大小直接影響到大小直接影響到 的位置。的位置。 最小溶劑比min FS最小溶劑比最小溶劑比vS用量越小，操作線斜率與連接線斜率越接近，每個理論用量越小，操作線斜率與連接線斜率越接近，每個理論級的分離程度越小。級的分離程度越小。 最小溶劑比時，所需理論板數為無窮多最小溶劑比時，所需理論板數為無窮多作圖法求作圖法求min FS：E1 F R1 RN A B S F A E1 RN B S 當當 在左側時，延長所有的聯(lián)結線與在左側時，延長所有的聯(lián)結線與RNS相交，相交，得得 1、 2 、 3.，取最遠離，取最遠離S點的點的 為為 min 。 當當 在右側時，延長所有的聯(lián)結線與在右側時，延長所有