【學(xué)習(xí)】第四章液-液萃取(下冊)

1、整理課件第第4章章 液液-液萃取液萃取4.1 概述概述萃?。豪没旌衔镏懈鹘M份在某一溶劑中的溶解度的差異萃?。豪没旌衔镏懈鹘M份在某一溶劑中的溶解度的差異, 分離分離液液-液混合物的單元操作。液混合物的單元操作。目的目的: 分離液分離液-液混合物液混合物依據(jù)依據(jù): 利用混合物中各組分在某一溶劑中的溶解度之間的差異利用混合物中各組分在某一溶劑中的溶解度之間的差異使之分離。使之分離。萃取操作應(yīng)用范圍萃取操作應(yīng)用范圍: (1) 液體混合物中各組份的揮發(fā)能力差異很小液體混合物中各組份的揮發(fā)能力差異很小，即其相對揮發(fā)度，即其相對揮發(fā)度接近接近1,采用精餾操作不經(jīng)濟(jì)。采用精餾操作不經(jīng)濟(jì)。（2）液體混合物蒸

2、餾時形成恒沸物）液體混合物蒸餾時形成恒沸物。（3）欲回收的物質(zhì)為熱敏性物料）欲回收的物質(zhì)為熱敏性物料，或蒸餾時易分解、聚合或發(fā)，或蒸餾時易分解、聚合或發(fā)生其他變化。生其他變化。 整理課件（4）液體混合物中含有較多汽化潛熱很大的易揮發(fā)組份液體混合物中含有較多汽化潛熱很大的易揮發(fā)組份,特別特別是該組分又不是目標(biāo)組分，是該組分又不是目標(biāo)組分，利用精餾操作能耗較大利用精餾操作能耗較大。 液液- -液萃取在工業(yè)中的應(yīng)用液萃取在工業(yè)中的應(yīng)用在石油化工中的應(yīng)用在石油化工中的應(yīng)用 ：如：如 用酯類溶劑萃取乙酸，用丙烷萃取用酯類溶劑萃取乙酸，用丙烷萃取潤滑油中的石蠟潤滑油中的石蠟 。在生物化工和精細(xì)化工中的應(yīng)用

3、在生物化工和精細(xì)化工中的應(yīng)用：在生化藥物制備過程中，生：在生化藥物制備過程中，生成很復(fù)雜的有機(jī)液體混合物，這些物質(zhì)大多為熱敏性物質(zhì)，不成很復(fù)雜的有機(jī)液體混合物，這些物質(zhì)大多為熱敏性物質(zhì)，不能采用一般的蒸餾方法。若進(jìn)行萃取操作，可以避免受熱損壞，能采用一般的蒸餾方法。若進(jìn)行萃取操作，可以避免受熱損壞，提高有效物質(zhì)的收率。例如青霉素的生產(chǎn)，用玉米發(fā)酵得到含提高有效物質(zhì)的收率。例如青霉素的生產(chǎn)，用玉米發(fā)酵得到含青霉素的發(fā)酵液，以醋酸丁酯為溶劑，經(jīng)過多次萃取可得到青青霉素的發(fā)酵液，以醋酸丁酯為溶劑，經(jīng)過多次萃取可得到青霉素的濃溶液。霉素的濃溶液。 整理課件香料工業(yè)中用正丙醇從亞硫酸紙漿廢水中提取香蘭素

4、（精細(xì)化香料工業(yè)中用正丙醇從亞硫酸紙漿廢水中提取香蘭素（精細(xì)化工方面）工方面） 1有關(guān)萃取幾個基本概念有關(guān)萃取幾個基本概念:(1)萃取劑萃取劑(溶劑溶劑)：所用的溶劑。：所用的溶劑。(S)(2)溶質(zhì)溶質(zhì)：原料液中易溶于溶劑的組分。：原料液中易溶于溶劑的組分。(A)(3)原溶劑原溶劑：原料液中較難溶于溶劑的組分（稀釋劑）。：原料液中較難溶于溶劑的組分（稀釋劑）。(B)2對萃取劑的基本要求對萃取劑的基本要求:（1 1）溶劑不能與被分離混合物完全互溶，只能部分互溶；）溶劑不能與被分離混合物完全互溶，只能部分互溶； （2 2）溶劑具有選擇性，）溶劑具有選擇性，即溶劑對即溶劑對A A、B B兩組分具有不

5、同的溶解兩組分具有不同的溶解度度 ；（3 3）溶劑與被分離混合物有一定的密度差）溶劑與被分離混合物有一定的密度差 ；整理課件（4 4）溶劑應(yīng)易于回收，且價格低廉。）溶劑應(yīng)易于回收，且價格低廉。 3. 萃取過程的簡單流程萃取過程的簡單流程:混合過程混合過程: F（A+B）及及S 充分接觸充分接觸,組分組分 轉(zhuǎn)移；轉(zhuǎn)移；澄清過程澄清過程: 形成兩相形成兩相,由于密度差而分層。由于密度差而分層。整理課件兩相兩相 萃取相萃取相E, y溶劑相中出現(xiàn)溶劑相中出現(xiàn) (S+A+B)萃余相萃余相R, x原料液中出現(xiàn)溶劑原料液中出現(xiàn)溶劑 (B+S+A)脫除溶劑使脫除溶劑使 萃取相脫除溶劑得萃取液萃取相脫除溶劑得萃

6、取液E, y 萃余相脫除溶劑得萃余液萃余相脫除溶劑得萃余液R, x4. 萃取后組成之間的變化萃取后組成之間的變化: 萃取后萃取后: BABAxxyy,AAxy 結(jié)果結(jié)果,使組分得到一定程度的分離。使組分得到一定程度的分離。整理課件4.2.1 三元體系的液三元體系的液-液相平衡液相平衡由于液由于液- -液萃取兩相通常為三元混合物，故其組成和相平衡關(guān)液萃取兩相通常為三元混合物，故其組成和相平衡關(guān)系系 常用三角形坐標(biāo)圖來表示。常用三角形坐標(biāo)圖來表示。4-2-1 組成在三角形相圖上的表示方法組成在三角形相圖上的表示方法萃取操作混合物組成常用質(zhì)量分率表示萃取操作混合物組成常用質(zhì)量分率表示 (原則上可用任

7、意單原則上可用任意單位表示位表示)。 等邊三角形；等邊三角形；直角三角形等；直角三角形等； 等腰直角三角形（常用）等腰直角三角形（常用）整理課件習(xí)慣表示法：習(xí)慣表示法：（1）各頂點(diǎn)表示純組分；）各頂點(diǎn)表示純組分；（2）每條邊上的點(diǎn)為兩組分混合物；）每條邊上的點(diǎn)為兩組分混合物；（3）三角形內(nèi)的各點(diǎn)代表不同組成的）三角形內(nèi)的各點(diǎn)代表不同組成的三元三元 混合物?；旌衔铩點(diǎn)：點(diǎn)： 5 . 0Ax5 . 0Bx P點(diǎn)：點(diǎn)： 3 . 0Ax2 . 0Bx5 . 0Sx1ix組成符合歸一性組成符合歸一性 整理課件4.2.2 液液-液相平衡關(guān)系液相平衡關(guān)系根據(jù)萃取操作中各組分的互溶性，可將三元物系分為以下三

8、根據(jù)萃取操作中各組分的互溶性，可將三元物系分為以下三種情況。種情況。（1 1）溶質(zhì)）溶質(zhì)A A完全溶于溶劑完全溶于溶劑S S和原溶劑和原溶劑B B，但但B B與與S S不互溶；不互溶；（2 2）溶質(zhì)）溶質(zhì)A A完全溶于溶劑完全溶于溶劑S S和原溶劑和原溶劑B B，但但B B與與S S為部分互溶；為部分互溶；（3 3）溶質(zhì)）溶質(zhì)A A完全溶于原溶劑完全溶于原溶劑B B，但但A A與與S S及及B B與與S S為部分互溶。為部分互溶。 習(xí)慣上，將溶質(zhì)習(xí)慣上，將溶質(zhì)A A可完全溶于可完全溶于B B及及S S，但但B B與與S S為部分互溶為部分互溶或完全不互溶的三元混合物系即（或完全不互溶的三元混合

9、物系即（1 1）、（）、（2 2）稱之為第一類）稱之為第一類物系。而將形成兩對部分互溶組分的三元混合物系即（物系。而將形成兩對部分互溶組分的三元混合物系即（3 3）稱之為第二類物系。稱之為第二類物系。第一類物系在萃取操作中較為常見。第一類物系在萃取操作中較為常見。 整理課件1 1 溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線設(shè)溶質(zhì)設(shè)溶質(zhì)A完全溶于溶劑完全溶于溶劑S和和原溶劑原溶劑B，但但B與與S為部分為部分互溶互溶 。溶解度曲線將混合物的整溶解度曲線將混合物的整個組成范圍分成兩個區(qū)域，個組成范圍分成兩個區(qū)域，曲線內(nèi)是兩相區(qū)，曲線外曲線內(nèi)是兩相區(qū)，曲線外是單相區(qū)或均相區(qū)。是單相區(qū)或均相區(qū)。當(dāng)達(dá)到平衡時，

10、兩個液層當(dāng)達(dá)到平衡時，兩個液層稱為共軛相，稱為共軛相， 聯(lián)結(jié)共軛液相組成坐標(biāo)的直線稱為聯(lián)結(jié)線。聯(lián)結(jié)共軛液相組成坐標(biāo)的直線稱為聯(lián)結(jié)線。整理課件2、輔助曲線和臨界混溶點(diǎn)輔助曲線和臨界混溶點(diǎn)由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有限，三角形相圖中的有限條聯(lián)結(jié)線不能滿足萃由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有限，三角形相圖中的有限條聯(lián)結(jié)線不能滿足萃取操作的需要時，可借助輔助曲線確定任一點(diǎn)的平衡關(guān)系。取操作的需要時，可借助輔助曲線確定任一點(diǎn)的平衡關(guān)系。輔助曲線也可稱為共軛曲輔助曲線也可稱為共軛曲線線 。輔助曲線和溶解度曲輔助曲線和溶解度曲線的交點(diǎn)線的交點(diǎn)K就是臨界混溶點(diǎn)就是臨界混溶點(diǎn) 。K點(diǎn)將溶解度曲線分為兩部點(diǎn)將溶解度曲線分為兩部分，靠近溶劑分，靠近

11、溶劑S一側(cè)為萃取一側(cè)為萃取相部分，靠近原溶劑相部分，靠近原溶劑B一側(cè)一側(cè)為萃余相部分為萃余相部分 。利用利用輔助輔助曲線就可以從已知的液相組曲線就可以從已知的液相組成確定與其呈平衡的另一液成確定與其呈平衡的另一液相組成相組成。 整理課件在一定溫度下，三元物系的在一定溫度下，三元物系的溶解度曲線、聯(lián)結(jié)線、輔助溶解度曲線、聯(lián)結(jié)線、輔助曲線及臨界混溶點(diǎn)的數(shù)據(jù)都曲線及臨界混溶點(diǎn)的數(shù)據(jù)都是由實(shí)驗(yàn)測得，也可從手冊是由實(shí)驗(yàn)測得，也可從手冊或文獻(xiàn)中查得。或文獻(xiàn)中查得。3、分配系數(shù)和分配曲線、分配系數(shù)和分配曲線1) 1) 分配系數(shù)分配系數(shù)分配系數(shù)是指在一定溫度下，分配系數(shù)是指在一定溫度下，某組分在互相平衡的某組

12、分在互相平衡的E相與相與R相中的組成之比相中的組成之比 。AAAxykBBBxyk整理課件AyBy萃取相萃取相E中組分中組分A、B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； AxBx萃余相萃余相R中組分中組分A、B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 kA值越大，萃取分離的效果越好。值越大，萃取分離的效果越好。不同物系具有不同的分配不同物系具有不同的分配系數(shù)系數(shù)kA值；同一物系，值；同一物系，kA值隨溫度而變，在恒定溫度下，值隨溫度而變，在恒定溫度下，kA值隨溶質(zhì)值隨溶質(zhì)A的組成而變。的組成而變。只有在溫度變化不大或恒溫條件下只有在溫度變化不大或恒溫條件下kA值才可近似看作常數(shù)。值才可近似看作常數(shù)。2 ) 分配曲線分配曲線

13、將共軛相中溶質(zhì)將共軛相中溶質(zhì)A的平衡組成直接標(biāo)繪在直角坐標(biāo)中，或?qū)⑷钠胶饨M成直接標(biāo)繪在直角坐標(biāo)中，或?qū)⑷切蜗鄨D中溶質(zhì)角形相圖中溶質(zhì)A的平衡組成轉(zhuǎn)換到直角坐標(biāo)中，就能獲得分的平衡組成轉(zhuǎn)換到直角坐標(biāo)中，就能獲得分配曲線配曲線 。分配曲線實(shí)際上表達(dá)了溶質(zhì)分配曲線實(shí)際上表達(dá)了溶質(zhì)A在兩相的平衡關(guān)系。在兩相的平衡關(guān)系。整理課件由于分配系數(shù)大于由于分配系數(shù)大于1 ，故分配曲線位于對角線的上側(cè)。，故分配曲線位于對角線的上側(cè)。4、溫度對相平衡關(guān)系的影響、溫度對相平衡關(guān)系的影響 通常物系的溫度升高，各組分的溶解度增大，兩液相的互通常物系的溫度升高，各組分的溶解度增大，兩液相的互溶度增大，單相區(qū)擴(kuò)大，兩相區(qū)縮

14、小溶度增大，單相區(qū)擴(kuò)大，兩相區(qū)縮小，溶解度曲線的形狀和溶解度曲線的形狀和聯(lián)結(jié)線斜率都發(fā)生改變，聯(lián)結(jié)線斜率都發(fā)生改變，不利于萃取操作。不利于萃取操作。 整理課件整理課件4.2.3 、杠桿規(guī)則、杠桿規(guī)則質(zhì)量分別為質(zhì)量分別為R和和E的兩種三元的兩種三元混合物兩者混合后形成的新的混合物兩者混合后形成的新的混合物混合物MM點(diǎn)稱為點(diǎn)稱為R、E點(diǎn)的和點(diǎn)。點(diǎn)的和點(diǎn)。R點(diǎn)稱為點(diǎn)稱為M、E點(diǎn)的差點(diǎn)。點(diǎn)的差點(diǎn)。E點(diǎn)稱為點(diǎn)稱為M、R點(diǎn)的差點(diǎn)。點(diǎn)的差點(diǎn)。 MERMRERMRMEEERMRME整理課件注意注意：圖中圖中R、E代表液相組成的坐標(biāo)，而杠桿規(guī)則中的代表液相組成的坐標(biāo)，而杠桿規(guī)則中的R、E代表液相的質(zhì)量或質(zhì)量流量

15、。代表液相的質(zhì)量或質(zhì)量流量。若于若于A、B二元料液二元料液F中加入純?nèi)軇┲屑尤爰內(nèi)軇㏒，則混合液總組成的坐標(biāo)則混合液總組成的坐標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)M點(diǎn)沿點(diǎn)沿SF線而變，具體位置有杠桿規(guī)則確定。線而變，具體位置有杠桿規(guī)則確定。FSMSMFMSFSMFSFM整理課件ASFMERER萃取過程在三角相圖上的表示萃取過程在三角相圖上的表示EFRFRE整理課件4.2.4 萃取劑的選擇萃取劑的選擇 萃取劑的性質(zhì)直接影響萃取操作的經(jīng)濟(jì)性，因此選擇適萃取劑的性質(zhì)直接影響萃取操作的經(jīng)濟(jì)性，因此選擇適宜的萃取劑是萃取操作的關(guān)鍵。宜的萃取劑是萃取操作的關(guān)鍵。1、萃取劑的選擇性和選擇性系數(shù)萃取劑的選擇性和選擇性系數(shù)萃取操作中要求萃取

16、劑對溶質(zhì)具有較大的溶解度，對其它組萃取操作中要求萃取劑對溶質(zhì)具有較大的溶解度，對其它組分具有較小的溶解度。這種選擇性的大小或選擇性的優(yōu)劣通分具有較小的溶解度。這種選擇性的大小或選擇性的優(yōu)劣通常用選擇性系數(shù)常用選擇性系數(shù) 衡量。衡量。BBABABAyxkxxyy/,/BABAxxyy（脫除溶劑后，（脫除溶劑后，A ，B組分含量比不變。組分含量比不變。）或或整理課件選擇性系數(shù)選擇性系數(shù) 類似于蒸餾過程的相對揮發(fā)度類似于蒸餾過程的相對揮發(fā)度 ，反映了，反映了A、B組分溶解于溶劑組分溶解于溶劑S的能力差異。對于萃取操作，的能力差異。對于萃取操作， 越大，越大，分離效果越好，應(yīng)選擇分離效果越好，應(yīng)選擇

17、遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于1的溶劑。的溶劑。若若 =1 BBAAxyxyBAkk或或 即萃取后脫除溶劑的萃取液和萃余液具有相同的組成，即萃取后脫除溶劑的萃取液和萃余液具有相同的組成，且等于原料液的組成，說明原料液經(jīng)過萃取操作組成未發(fā)生且等于原料液的組成，說明原料液經(jīng)過萃取操作組成未發(fā)生變化，因此該萃取過程沒有分離效果。變化，因此該萃取過程沒有分離效果。所以所以 接近于接近于1 1，萃取，萃取操作的操作的分離能力很差，此類溶劑不宜選擇用于萃取操作。分離能力很差，此類溶劑不宜選擇用于萃取操作。 整理課件2 2、萃取劑、萃取劑S S與原溶劑與原溶劑B B的互溶度的互溶度 萃取劑與原溶劑的互溶度越小，兩相區(qū)越大，萃

18、取操作的萃取劑與原溶劑的互溶度越小，兩相區(qū)越大，萃取操作的范圍越大。范圍越大。整理課件3、萃取劑回收難易與經(jīng)濟(jì)性、萃取劑回收難易與經(jīng)濟(jì)性 萃取過程萃取劑的回收費(fèi)用是整個操作的一項(xiàng)關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)萃取過程萃取劑的回收費(fèi)用是整個操作的一項(xiàng)關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此有些溶劑盡管其它性能良好，但由于較難回收指標(biāo)。因此有些溶劑盡管其它性能良好，但由于較難回收而被棄用。而被棄用。溶劑的回收一般采用蒸餾的方法。若溶質(zhì)組分溶劑的回收一般采用蒸餾的方法。若溶質(zhì)組分不宜揮發(fā)或揮發(fā)度較低，常采用蒸發(fā)、閃蒸等方法。不宜揮發(fā)或揮發(fā)度較低，常采用蒸發(fā)、閃蒸等方法。4、萃取劑的其他物性、萃取劑的其他物性 影響萃取過程的主要物理性質(zhì)有液影響

19、萃取過程的主要物理性質(zhì)有液-液兩相的密度差、界面液兩相的密度差、界面張力和液體粘度等張力和液體粘度等 。整理課件兩相密度差大，有利于兩相的分散和凝聚，兩相密度差大，有利于兩相的分散和凝聚，促進(jìn)兩相相對運(yùn)動。促進(jìn)兩相相對運(yùn)動。若界面張力較小，有利于分散，不利于凝聚，若界面張力較小，有利于分散，不利于凝聚，表面張力過小，表面張力過小，液體易乳化，不宜兩相分離。液體易乳化，不宜兩相分離。 界面張力較大，有利于凝聚，不利于分散，界面張力較大，有利于凝聚，不利于分散，相際接觸面減少相際接觸面減少 。粘度較低時，有利于兩相的混合和傳質(zhì)，還能降低能耗。粘度較低時，有利于兩相的混合和傳質(zhì)，還能降低能耗。此外，

20、萃取劑應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，不宜分解、聚合或和其它此外，萃取劑應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，不宜分解、聚合或和其它組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 P202P202例例4-1 4-1 （重點(diǎn)）（重點(diǎn)） 整理課件4.3 4.3 萃取過程的計算萃取過程的計算液液- -液萃取操作設(shè)備液萃取操作設(shè)備分級接觸式萃取中分級接觸式萃取中連續(xù)接觸式分級接觸式多級逆流萃取多級錯流萃取多級萃取單級萃取理論級：如果單級萃取操作能使兩相達(dá)到相平衡，理論級：如果單級萃取操作能使兩相達(dá)到相平衡，形成互呈平衡的液形成互呈平衡的液-液兩相，這樣的萃取接觸設(shè)備稱液兩相，這樣的萃取接觸設(shè)備稱為一個理論級。為一個理論級。（類似蒸餾中的理論

21、板）（類似蒸餾中的理論板）整理課件注意：注意：實(shí)際接觸級的分離能力很難達(dá)到理論級的分離能力，實(shí)際接觸級的分離能力很難達(dá)到理論級的分離能力，因此因此理論級是一種理想狀態(tài)，實(shí)際需要的級數(shù)等于理論級數(shù)理論級是一種理想狀態(tài)，實(shí)際需要的級數(shù)等于理論級數(shù)除以級效率。除以級效率。（級效率目前尚無準(zhǔn)確的理論計算方法，一般級效率目前尚無準(zhǔn)確的理論計算方法，一般通過實(shí)驗(yàn)測定）通過實(shí)驗(yàn)測定）萃取過程計萃取過程計 算（已知算（已知平衡關(guān)系、原料液的處理量及組成平衡關(guān)系、原料液的處理量及組成) )設(shè)計型計算設(shè)計型計算: :規(guī)定了各級溶劑的用量及組成，要求計算達(dá)到一規(guī)定了各級溶劑的用量及組成，要求計算達(dá)到一定分離程度所需

22、的理論級數(shù)定分離程度所需的理論級數(shù) 。操作型計算：操作型計算：已知萃取設(shè)備的理論級數(shù)，要求估算經(jīng)該設(shè)備已知萃取設(shè)備的理論級數(shù)，要求估算經(jīng)該設(shè)備萃取后所能達(dá)到的分離程度。萃取后所能達(dá)到的分離程度。 整理課件 4-3-1 單級萃取計算單級萃取計算 單級萃取是指原料液單級萃取是指原料液F和溶劑和溶劑S只進(jìn)行一次混合、傳質(zhì)，具只進(jìn)行一次混合、傳質(zhì)，具有一個理論級的萃取分離過程有一個理論級的萃取分離過程 。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.原料液與溶劑一次性接觸；原料液與溶劑一次性接觸；2.萃取相與萃余相相互平衡；萃取相與萃余相相互平衡；3.生產(chǎn)中大多是間歇操作。生產(chǎn)中大多是間歇操作。 計算步驟如下：計算步驟如下： （1

23、）由已知的相平衡數(shù)據(jù)在等腰直角三角形坐標(biāo)圖中）由已知的相平衡數(shù)據(jù)在等腰直角三角形坐標(biāo)圖中作出溶作出溶解度曲線和輔助線解度曲線和輔助線 ；（2）根據(jù)原料液的組成確定）根據(jù)原料液的組成確定F點(diǎn)點(diǎn)，根據(jù)萃取劑的組成確定，根據(jù)萃取劑的組成確定S點(diǎn)點(diǎn)（若為純?nèi)軇?，則是頂點(diǎn)），連結(jié)點(diǎn)（若為純?nèi)軇?，則是頂點(diǎn)），連結(jié)點(diǎn)F、S，則原料液與萃取則原料液與萃取劑之混合液的組成點(diǎn)劑之混合液的組成點(diǎn)M必在必在FS聯(lián)線上。聯(lián)線上。 整理課件（3）由已知的萃余相組成，在圖）由已知的萃余相組成，在圖上確定出上確定出R點(diǎn)，再利用輔助線求得點(diǎn)，再利用輔助線求得與之平衡的與之平衡的E點(diǎn)，點(diǎn)，作作R與與E的連結(jié)的連結(jié)線，線，RE線與

24、線與FS線的交點(diǎn)即為混合線的交點(diǎn)即為混合液的組成點(diǎn)液的組成點(diǎn)M。（4）由物料衡算和杠桿定律求出由物料衡算和杠桿定律求出各流股的量各流股的量 。MRESFMSMFFSERMRMEEMR（重點(diǎn)）（重點(diǎn)）整理課件REFRFEEFR（重點(diǎn)）（重點(diǎn)）注意：注意：上述諸式中各線段的長度及各股物流的組成均可由三上述諸式中各線段的長度及各股物流的組成均可由三角形相圖中讀出。角形相圖中讀出。在單級萃取操作中，對應(yīng)一定的原料液量，存在兩個極限萃在單級萃取操作中，對應(yīng)一定的原料液量，存在兩個極限萃取劑用量，在此二極限用量下，原料液與萃取劑的混合液組取劑用量，在此二極限用量下，原料液與萃取劑的混合液組成點(diǎn)恰好落在溶解

25、度曲線上成點(diǎn)恰好落在溶解度曲線上 。最小溶劑用量最小溶劑用量 （G點(diǎn)對應(yīng)的萃取劑用量點(diǎn)對應(yīng)的萃取劑用量 ）最大溶劑用量最大溶劑用量 （H點(diǎn)對應(yīng)的萃取劑用量）點(diǎn)對應(yīng)的萃取劑用量） minSmaxS整理課件GSFGFSminHSFHFSmax單級萃取的萃取劑用量范圍單級萃取的萃取劑用量范圍 ：maxminSSS例例 某某A、B、S三元體系的溶解度曲線如附圖所示。用純?nèi)苋w系的溶解度曲線如附圖所示。用純?nèi)軇﹦㏒對對A、B兩組分混合液進(jìn)行單級萃取。原料液中溶質(zhì)兩組分混合液進(jìn)行單級萃取。原料液中溶質(zhì)A的質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，處理量為量分?jǐn)?shù)為，處理量為100kg，要求萃余液中溶質(zhì)要求萃余液中溶質(zhì)A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的

26、質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于。在操作范圍內(nèi)分配系數(shù)不大于。在操作范圍內(nèi)分配系數(shù)kA為，試求：（為，試求：（1）純?nèi)軇┘內(nèi)軇㏒的用量；（的用量；（2）組分）組分A的萃取率的萃取率 。 A整理課件4-2-2多級錯流萃取多級錯流萃取 多級錯流萃取實(shí)際上就是多級錯流萃取實(shí)際上就是多個單級萃取的組合。多個單級萃取的組合。一、流程一、流程溶劑溶劑S分別從各級加入，原料分別從各級加入，原料液液F依次通過各級和溶劑接觸依次通過各級和溶劑接觸，經(jīng)多次萃取，原料液作為萃經(jīng)多次萃取，原料液作為萃余相從末級排出，各級排出余相從末級排出，各級排出的萃取相收集在一起進(jìn)行脫的萃取相收集在一起進(jìn)行脫溶劑操作，回收的溶劑可循溶劑操作，回收

27、的溶劑可循環(huán)使用。環(huán)使用。 整理課件整理課件二二 特點(diǎn)特點(diǎn) 萃取相溶質(zhì)的回收率較高，溶劑耗量較大，溶劑回收負(fù)荷增萃取相溶質(zhì)的回收率較高，溶劑耗量較大，溶劑回收負(fù)荷增加加,設(shè)備投資大。設(shè)備投資大。三三 計算計算（）設(shè)計型計算（）設(shè)計型計算已知原料液的處理量已知原料液的處理量F及組成及組成xF（生產(chǎn)工藝確定）規(guī)定各級溶生產(chǎn)工藝確定）規(guī)定各級溶劑用量劑用量Si和組成和組成S0，求達(dá)到一定的分離要求所需的理論級數(shù)。求達(dá)到一定的分離要求所需的理論級數(shù)。（）操作型問題（）操作型問題已知多級錯流萃取設(shè)備的理論級數(shù)已知多級錯流萃取設(shè)備的理論級數(shù)N，計算通過該設(shè)備的萃取計算通過該設(shè)備的萃取操作，原料液所能達(dá)到的

28、分離程度。操作，原料液所能達(dá)到的分離程度。 整理課件設(shè)計型計算設(shè)計型計算 （圖解法）（圖解法）求達(dá)到一定的分離要求求達(dá)到一定的分離要求所需的理論級數(shù)所需的理論級數(shù)注意注意：各級溶劑用量可各級溶劑用量可以相等也可以不相等。以相等也可以不相等。但可以證明，但可以證明，當(dāng)各級溶當(dāng)各級溶劑用量相等時，達(dá)到一劑用量相等時，達(dá)到一定分離程度所需的總?cè)芏ǚ蛛x程度所需的總?cè)軇┯昧孔钌?。劑用量最少?P208 例例4-3是操作型問題，求經(jīng)過三級萃取所達(dá)到的是操作型問題，求經(jīng)過三級萃取所達(dá)到的分離效果。分離效果。整理課件四、直角坐標(biāo)圖解法四、直角坐標(biāo)圖解法在操作條件下，若萃取劑在操作條件下，若萃取劑S與稀釋劑與稀

29、釋劑B互不相溶，用直角坐標(biāo)圖互不相溶，用直角坐標(biāo)圖更為方便。更為方便。萃取相中只有萃取相中只有A、S兩組分，質(zhì)量比兩組分，質(zhì)量比 Y(Kg A/Kg S)萃余相中只有萃余相中只有A、B兩組分，質(zhì)量比兩組分，質(zhì)量比 X(Kg A/Kg B)整理課件 設(shè)每一級溶劑加入量設(shè)每一級溶劑加入量S相等，則每一級溶劑量相等，則每一級溶劑量S和稀釋劑量和稀釋劑量B均可視為常數(shù)。均可視為常數(shù)。對第一萃取級作溶質(zhì)對第一萃取級作溶質(zhì)A的物料衡算的物料衡算11SYBXSYBXSF整理可得：整理可得：)(11SFYXSBXSBY同理，對第同理，對第n級物料衡算級物料衡算)(1SnnnYXSBXSBY操作線方程操作線方程

30、根據(jù)理論級的假設(shè)，離開任一級的根據(jù)理論級的假設(shè)，離開任一級的Yn與與Xn處于平衡狀態(tài)處于平衡狀態(tài)故（故（ Xn、Yn）點(diǎn)位于分配曲線上，即操作線與分配曲線交點(diǎn)位于分配曲線上，即操作線與分配曲線交點(diǎn)?？梢詧D解計算點(diǎn)?？梢詧D解計算P210整理課件XY0XFYSX1X2X4X3Y1Y2Y3Y4斜率斜率=-B/S分配曲線分配曲線整理課件4-3-2 多級逆流接觸萃取的流程和計算多級逆流接觸萃取的流程和計算一、一、 流程流程 原料液原料液F從第一級進(jìn)入，依次經(jīng)過各級萃取，成為各級的萃從第一級進(jìn)入，依次經(jīng)過各級萃取，成為各級的萃余相，其溶質(zhì)組成逐級降低，溶劑余相，其溶質(zhì)組成逐級降低，溶劑S從末級第從末級第N

31、級進(jìn)入系統(tǒng)，級進(jìn)入系統(tǒng)，依次通過各級與萃余相逆相接觸，進(jìn)行萃取，使得萃取相中的依次通過各級與萃余相逆相接觸，進(jìn)行萃取，使得萃取相中的溶質(zhì)組成逐級提高溶質(zhì)組成逐級提高，最終獲得的萃取相，最終獲得的萃取相E1和萃余相和萃余相RN通過脫通過脫溶劑塔溶劑塔I、II脫除溶劑，并返回系統(tǒng)循環(huán)使用。脫除溶劑，并返回系統(tǒng)循環(huán)使用。二、特點(diǎn)二、特點(diǎn) 連續(xù)逆流操作，混合物可分離程度較高。連續(xù)逆流操作，混合物可分離程度較高。整理課件三三 計算計算 設(shè)計型問題設(shè)計型問題 已知所用溶劑的組成已知所用溶劑的組成S0、原料液量原料液量F和組成和組成Xf ,在選在選 定溶劑定溶劑用量用量S或溶劑比或溶劑比S/F的條件下，規(guī)定

32、分離要求，即最終萃余相的條件下，規(guī)定分離要求，即最終萃余相中溶質(zhì)組成中溶質(zhì)組成XN，求所需理論級數(shù)求所需理論級數(shù)N。整理課件 組分組分B和和S部分互溶時的圖解計算法步驟部分互溶時的圖解計算法步驟（1）根據(jù)操作條件下的平衡數(shù)據(jù)在三角形坐標(biāo)圖上繪出溶解）根據(jù)操作條件下的平衡數(shù)據(jù)在三角形坐標(biāo)圖上繪出溶解度曲線和輔助曲線；度曲線和輔助曲線；（2）根據(jù)原料液和萃取劑的組成，在圖上定出）根據(jù)原料液和萃取劑的組成，在圖上定出F、S（圖中是圖中是采用純?nèi)軇┎捎眉內(nèi)軇儆扇軇┍?，再由溶劑比S/F按杠桿定律在按杠桿定律在FS聯(lián)線上定出和聯(lián)線上定出和點(diǎn)點(diǎn)M的位置；的位置；（3）由規(guī)定的最終萃余相組成在圖上定出

33、點(diǎn)）由規(guī)定的最終萃余相組成在圖上定出點(diǎn)RN，連接連接RN、M并延長與溶解度曲線相交于并延長與溶解度曲線相交于E1點(diǎn)點(diǎn)，此點(diǎn)是最終萃取相的組成，此點(diǎn)是最終萃取相的組成點(diǎn)。根據(jù)杠桿定律可求出點(diǎn)。根據(jù)杠桿定律可求出E1和和Rn的量。的量。注意注意E1和和Rn并不是共并不是共軛相。軛相。nnREMRME111EMRn整理課件（4）應(yīng)用相平衡關(guān)系和物料衡算，用圖解法求理論級數(shù)。）應(yīng)用相平衡關(guān)系和物料衡算，用圖解法求理論級數(shù)。 在第一級與第在第一級與第N N級之間作總的物料衡算級之間作總的物料衡算 第一級第一級 第二級第二級 1ERSFn112REEF211EREF或或2231REER3221ERER或或

34、SRERnnn1第第n級級SREREREREREFnnnii1132211操作點(diǎn)操作點(diǎn)整理課件P214 例例4-5整理課件4-2-4 微分接觸逆流萃取微分接觸逆流萃取微分接觸式逆流萃取操作是萃取相和萃余相逆流微分接觸，微分接觸式逆流萃取操作是萃取相和萃余相逆流微分接觸，通常在塔式設(shè)備中進(jìn)行通常在塔式設(shè)備中進(jìn)行 。塔式微分接觸逆流萃取設(shè)備的塔式微分接觸逆流萃取設(shè)備的計算與吸收塔的計算類似。計算與吸收塔的計算類似。塔塔徑的尺寸取決于兩液相的流量徑的尺寸取決于兩液相的流量及適宜的操作速度。及適宜的操作速度。塔高（兩塔高（兩液相接觸傳質(zhì)的有效塔高）的液相接觸傳質(zhì)的有效塔高）的計算通常有兩種方法。計算通

35、常有兩種方法。 整理課件一、理論級當(dāng)量高度法一、理論級當(dāng)量高度法這種方法是把微分接觸逆流萃取作為多級逆流萃取處理，先計這種方法是把微分接觸逆流萃取作為多級逆流萃取處理，先計算萃取所需的理論級數(shù)算萃取所需的理論級數(shù)n n，然后乘以理論級當(dāng)量高度即得塔高然后乘以理論級當(dāng)量高度即得塔高)(HETSnhHETS是理論級當(dāng)量高度，是理論級當(dāng)量高度，m 理論級數(shù)理論級數(shù)n反映萃取分離的難易或萃取過程要求達(dá)到的分反映萃取分離的難易或萃取過程要求達(dá)到的分離程度，離程度，HETS的大小由物系性質(zhì)、操作條件、和設(shè)備型式的大小由物系性質(zhì)、操作條件、和設(shè)備型式?jīng)Q定，可由實(shí)驗(yàn)獲得決定，可由實(shí)驗(yàn)獲得 。 二、二、傳質(zhì)單元

36、法傳質(zhì)單元法 假設(shè)組分假設(shè)組分B和和S完全不互溶，則質(zhì)量比計算方便，若溶質(zhì)組成完全不互溶，則質(zhì)量比計算方便，若溶質(zhì)組成較低，在整個萃取段內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)較低，在整個萃取段內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)Kxa可視為常數(shù)，則可視為常數(shù)，則整理課件FnXXXXXdXaKBhORORNHh 萃余相的總傳質(zhì)單元數(shù)可用圖解積分法求得，當(dāng)分配曲線為萃余相的總傳質(zhì)單元數(shù)可用圖解積分法求得，當(dāng)分配曲線為直線時，又可用對數(shù)平均推動力法和解析法計算。直線時，又可用對數(shù)平均推動力法和解析法計算。P222整理課件超臨界氣體萃取簡介超臨界氣體萃取簡介處于超臨界條件下的氣體對于液體和固體具有顯著的溶解能力處于超臨界條件下的氣體對于液體和固體具有顯著

37、的溶解能力，而且隨著壓力和溫度的變化，溶解能力可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變而且隨著壓力和溫度的變化，溶解能力可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變化。化。用超臨界溫度和臨界壓力狀態(tài)的氣體為溶劑，使之與液體用超臨界溫度和臨界壓力狀態(tài)的氣體為溶劑，使之與液體或固體原料接觸，萃取溶質(zhì)，再將萃取液分離成溶質(zhì)和溶劑的或固體原料接觸，萃取溶質(zhì)，再將萃取液分離成溶質(zhì)和溶劑的操作稱為超臨界氣體萃取。操作稱為超臨界氣體萃取。超臨界氣體又稱為超臨界流體，該超臨界氣體又稱為超臨界流體，該流體屬高密度氣體或超高壓氣體。流體屬高密度氣體或超高壓氣體。超臨界氣體萃取的主要特點(diǎn)是在被分離物中加入一種惰性氣體，超臨界氣體萃取的主要特點(diǎn)是在被分離物中加

38、入一種惰性氣體，使其處于臨界溫度和壓力以上，即成為所謂的超臨界氣體，這使其處于臨界溫度和壓力以上，即成為所謂的超臨界氣體，這時的載氣盡管處于很高壓力之下，也不能凝縮成為液體，而是時的載氣盡管處于很高壓力之下，也不能凝縮成為液體，而是始終保持氣體狀態(tài)始終保持氣體狀態(tài) 。整理課件這種條件下，盡管溫度不高，卻有大量的難揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)入這種條件下，盡管溫度不高，卻有大量的難揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)入氣相，與該物質(zhì)在同溫度下的蒸汽壓相比高出氣相，與該物質(zhì)在同溫度下的蒸汽壓相比高出105106倍。倍。倘若將這種富集了難揮發(fā)物質(zhì)的載氣壓力降低，難揮發(fā)物質(zhì)倘若將這種富集了難揮發(fā)物質(zhì)的載氣壓力降低，難揮發(fā)物質(zhì)將從氣相凝析出來

39、，從而實(shí)現(xiàn)了溶質(zhì)和氣體溶劑的分離。將從氣相凝析出來，從而實(shí)現(xiàn)了溶質(zhì)和氣體溶劑的分離。 臨界或臨界點(diǎn)附近的純物質(zhì)常被作為溶劑使用。如二氧化碳臨界或臨界點(diǎn)附近的純物質(zhì)常被作為溶劑使用。如二氧化碳具有密度高、不燃性、無極性、無毒、安全、價格低廉和易具有密度高、不燃性、無極性、無毒、安全、價格低廉和易于獲得等優(yōu)點(diǎn)，非常適宜用作超臨界萃取的溶劑。于獲得等優(yōu)點(diǎn)，非常適宜用作超臨界萃取的溶劑。超臨界氣超臨界氣體具有氣體和液體的中間性質(zhì)，粘度約為液體的百分之一，體具有氣體和液體的中間性質(zhì)，粘度約為液體的百分之一，擴(kuò)散系數(shù)約是液體的一百倍，因此萃取速度比用液體作溶劑擴(kuò)散系數(shù)約是液體的一百倍，因此萃取速度比用液體

40、作溶劑時更有利。時更有利。整理課件超臨界萃取特點(diǎn)：超臨界萃取特點(diǎn)：（1） 超臨界萃取過程操作壓力較高。超臨界萃取過程操作壓力較高。（2）超臨界萃取操作溫度一般較低。）超臨界萃取操作溫度一般較低。超臨界氣體可以在常溫超臨界氣體可以在常溫或不太高的溫度下溶解或選擇性溶解相當(dāng)難揮發(fā)的物質(zhì)，因此或不太高的溫度下溶解或選擇性溶解相當(dāng)難揮發(fā)的物質(zhì)，因此適用于熱敏性和易揮發(fā)物質(zhì)的分離。適用于熱敏性和易揮發(fā)物質(zhì)的分離。（3） 超臨界氣體的溶解能力與其密度有關(guān)超臨界氣體的溶解能力與其密度有關(guān)，隨密度增加而提，隨密度增加而提高，當(dāng)密度恒定時，則隨溫度升高而增大。高，當(dāng)密度恒定時，則隨溫度升高而增大。（4） 降低超

41、臨界相的壓力，可以將其中難揮發(fā)物質(zhì)凝析出降低超臨界相的壓力，可以將其中難揮發(fā)物質(zhì)凝析出來。來。 （5)超臨界氣體兼有液體和氣體的特點(diǎn)超臨界氣體兼有液體和氣體的特點(diǎn)，其萃取效率一般要，其萃取效率一般要高于液體萃取，更重要的是它不會引起被萃取物質(zhì)的污染，而高于液體萃取，更重要的是它不會引起被萃取物質(zhì)的污染，而且無需進(jìn)行溶劑蒸餾。且無需進(jìn)行溶劑蒸餾。 整理課件 超臨界萃取研究始于超臨界萃取研究始于20世紀(jì)世紀(jì)60年代，作為新的分離技年代，作為新的分離技術(shù)，正式應(yīng)用于術(shù)，正式應(yīng)用于70年代。目前，在化學(xué)工業(yè)，主要應(yīng)用于廢年代。目前，在化學(xué)工業(yè)，主要應(yīng)用于廢水中微量有機(jī)物的去除、共沸混合物分離、有機(jī)化學(xué)

42、品的制水中微量有機(jī)物的去除、共沸混合物分離、有機(jī)化學(xué)品的制取等。在醫(yī)藥工業(yè)及香料工業(yè)的應(yīng)用有藥品中有效成分的萃取等。在醫(yī)藥工業(yè)及香料工業(yè)的應(yīng)用有藥品中有效成分的萃取，脂肪質(zhì)的分離精制、天然香料的萃取、煙草脫尼古丁等。取，脂肪質(zhì)的分離精制、天然香料的萃取、煙草脫尼古丁等。在食品工業(yè)中，用于植物油的萃取，咖啡和茶的脫咖啡因、在食品工業(yè)中，用于植物油的萃取，咖啡和茶的脫咖啡因、天然色素的萃取等天然色素的萃取等 。例例 從咖啡豆中脫除咖啡因，傳統(tǒng)工藝是用二氯乙烷萃取咖從咖啡豆中脫除咖啡因，傳統(tǒng)工藝是用二氯乙烷萃取咖啡因，但選擇性較差，并產(chǎn)殘存的溶劑不易除盡。利用超臨啡因，但選擇性較差，并產(chǎn)殘存的溶劑不

43、易除盡。利用超臨界界CO2進(jìn)行萃取可以很好解決上述問題。進(jìn)行萃取可以很好解決上述問題。整理課件水水CO2萃萃取取塔塔水水洗洗塔塔蒸蒸餾餾塔塔脫脫氣氣咖啡豆咖啡豆CO2+咖啡因咖啡因咖啡因咖啡因90 、1622MPa整理課件第三節(jié)第三節(jié) 液液-液萃取設(shè)備液萃取設(shè)備1萃取設(shè)備的基本要求萃取設(shè)備的基本要求 對萃取設(shè)備的基本要求是為萃取操作提供適宜的傳質(zhì)條件對萃取設(shè)備的基本要求是為萃取操作提供適宜的傳質(zhì)條件。首先首先為了使溶質(zhì)更快的從原料液進(jìn)入萃取劑中，應(yīng)使兩相充為了使溶質(zhì)更快的從原料液進(jìn)入萃取劑中，應(yīng)使兩相充分有效地接觸并伴有較高程度的湍流。分有效地接觸并伴有較高程度的湍流。通常萃取過程中一個通常萃

44、取過程中一個液相為連續(xù)相，另一個液相以液滴的形式分散在連續(xù)的液相液相為連續(xù)相，另一個液相以液滴的形式分散在連續(xù)的液相中，稱為分散相，液滴表面即為兩相接觸的傳質(zhì)面積。顯然中，稱為分散相，液滴表面即為兩相接觸的傳質(zhì)面積。顯然液滴越小，兩相的接觸面積就越大，傳質(zhì)也就越快。因此，液滴越小，兩相的接觸面積就越大，傳質(zhì)也就越快。因此，分散的兩相必須進(jìn)行相對流動以實(shí)現(xiàn)液滴聚集與兩相分層。分散的兩相必須進(jìn)行相對流動以實(shí)現(xiàn)液滴聚集與兩相分層。同樣分散相液滴越小，兩相的相對流動越慢，聚合分層越困同樣分散相液滴越小，兩相的相對流動越慢，聚合分層越困難。因此，上述兩個基本要求是互相矛盾的，所以在進(jìn)行萃難。因此，上述兩

45、個基本要求是互相矛盾的，所以在進(jìn)行萃取設(shè)備的設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮確定適宜的方案。取設(shè)備的設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮確定適宜的方案。 整理課件2萃取設(shè)備的分類萃取設(shè)備的分類（1）按兩相接觸方式分類按兩相接觸方式分類 萃取設(shè)備分為逐級接觸式和微分萃取設(shè)備分為逐級接觸式和微分接觸式。接觸式。逐級接觸式設(shè)備，兩相逐級接觸傳質(zhì)，濃度是階躍逐級接觸式設(shè)備，兩相逐級接觸傳質(zhì)，濃度是階躍式變化，逐級接觸式操作可用于間歇操作，亦可用于連續(xù)操式變化，逐級接觸式操作可用于間歇操作，亦可用于連續(xù)操作。微分接觸式設(shè)備，兩相連續(xù)接觸傳質(zhì)，因此，兩相組成作。微分接觸式設(shè)備，兩相連續(xù)接觸傳質(zhì)，因此，兩相組成連續(xù)變化，微分接觸式操作一般

46、用于連續(xù)操作。連續(xù)變化，微分接觸式操作一般用于連續(xù)操作。（2）按外界是否輸入機(jī)械能分類）按外界是否輸入機(jī)械能分類 如果兩相密度差較大，兩如果兩相密度差較大，兩相的分散和流動僅依靠密度差即可實(shí)現(xiàn)，此設(shè)備是重力流動相的分散和流動僅依靠密度差即可實(shí)現(xiàn)，此設(shè)備是重力流動設(shè)備，不需要外加功。如果兩相密度差較小，界面張力較大，設(shè)備，不需要外加功。如果兩相密度差較小，界面張力較大，液滴不易分散，就需借助外加能量，如攪拌、振動等來實(shí)現(xiàn)液滴不易分散，就需借助外加能量，如攪拌、振動等來實(shí)現(xiàn)分散和流動。分散和流動。 整理課件（3）按設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和形狀分類）按設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和形狀分類 萃取設(shè)備分為組件式和塔萃取設(shè)備分為組件式和塔式。組件式多由單級萃取設(shè)備組合，根據(jù)需要可靈活增減。式。組件式多由單級萃取設(shè)備組合，根據(jù)需要可靈活增減。塔式萃取設(shè)備有板式塔、噴灑塔和填料塔等。此外還有一類塔式萃取設(shè)備有板式塔、噴灑塔和填料塔等。此外還有一類設(shè)備是離心萃取設(shè)備。設(shè)備是離心萃取設(shè)備。常用萃取設(shè)備簡介常用萃取設(shè)備簡介1 混合混合-澄清槽澄清槽混合混合-澄清槽問世最早，目前仍廣泛使用。它由混合器和澄清澄清槽