化工原理-第十章液-萃取3536學時

第十章

液－液萃取和液－固浸取

通過本章學習，應掌握液－液相平衡在三角形相圖上的表示方法，能用三角形相圖對單級萃取過程進行分析和計算。了解多級萃取過程的流程與計算方法；萃取設(shè)備的類型及結(jié)構(gòu)特點。學習目的與要求10.1

液－液萃取概述

10.1.1萃取的原理與流程第十章

液－液萃取和液－固浸取一、萃取過程的原理形成兩相體系的方法引入一液相（萃取劑）分離物系液體混合物萃取原理液體混合物(A+B)引入另一液相（萃取劑S）各組分在萃取劑中溶解度不同液相E(萃取相)(S+A+微量B)液相R(萃余相)(B+微量A、S)示例用苯萃取分離醋酸和水混合物二、萃取操作流程萃取操作示意圖10.1.1萃取的原理與流程第十章

液－液萃取和液－固浸取10.1.2萃取的分類與應用10.1

液－液萃取概述

一、萃取過程的分類按有無化學反應分類萃取化學萃取物理萃取

√按萃取級數(shù)分類多級逆流萃取

萃取多級萃取單級萃取

√多級并流萃取

按萃取技術(shù)分類雙溶劑萃取單溶劑萃取

√膜萃取凝膠萃取超臨界萃取一、萃取過程的分類萃取反向膠團萃取按萃取組分數(shù)目分類萃取多組分萃取單組分萃取

√二、萃取操作的應用萃取操作應用場合溶質(zhì)濃度很低

,且為難揮發(fā)組分物系的分離熱敏性物系的分離（從發(fā)酵液中對青霉素及咖啡因的提?。┫鄬]發(fā)度物系的分離第十章

液－液萃取和液－固浸取10.2液－液相平衡關(guān)系10.2.1

液－液平衡相圖10.1

液－液萃取概述

一、組成在三角形相圖上的表示方法萃取為三元物系的分離過程溶質(zhì)A原溶劑B萃取劑S三角形坐標圖等邊三角形坐標圖等腰三角形坐標圖非等腰三角形坐標圖√組成在三角形坐標圖上的表示方法

M點D點ABS二、各組分量之間的關(guān)系－杠桿規(guī)則杠桿規(guī)則M=和點差點差點MAMBMA+MB杠桿規(guī)則的應用

ABS液相Rr

kgxA、xS、xB

液相E

e

kgyA、yS、yB液相M

m

kgzA、zS、zB三、液－液平衡相圖(溶解度曲線)

根據(jù)萃取操作中各組分的互溶性，三元物系分為以下情況，即Ⅰ類物系

Ⅱ類物系

√1.溶解度曲線的兩種形式①A完全溶于B及S，B與S不互溶②A完全溶于B及S，B與S部分互溶③A完全溶于B，A與S部分互溶B與S部分互溶溶解度曲線

(1)－已知聯(lián)結(jié)線共軛相均相區(qū)兩相區(qū)溶解度曲線聯(lián)結(jié)線☆溶解度曲線的做法加A由濁至清②M1E1MR1QL將B、S按一定比例混合為M點組成，靜置得L、Q兩液相；加一定量的A成M1點，靜置得R1、E1；至某量時出現(xiàn)清液，止。再加A，…，ABS溶解度曲線

(2)－已知輔助曲線輔助曲線溶解度曲線臨界混溶點兩種溶解度曲線的互換由聯(lián)結(jié)線求輔助曲線兩種溶解度曲線的互換由輔助曲線求聯(lián)結(jié)線2.溫度對溶解度曲線的影響溫度T溶解度兩相區(qū)～～不利于萃取操作三、液－液平衡相圖(溶解度曲線)第十章

液－液萃取和液－固浸取10.2液－液相平衡關(guān)系10.2.1

液－液平衡相圖10.1

液－液萃取概述

10.2.2液－液平衡方程與分配曲線分配系數(shù)分配系數(shù)kA

指某種物系在一定的溫度下萃取，共軛相中A在E相中的組成yA與在R相中的組成xA之比。

kA值越大，表明A組分更多地進入E相，萃取分離的效果越好。kA>,=,<1，表現(xiàn)在聯(lián)結(jié)線的走向如圖示。kA>1kA=1kA<1xAyAxByB一、以質(zhì)量分數(shù)表示的平衡方程氣液平衡方程液液平衡方程萃取相中溶質(zhì)分數(shù)萃余相中溶質(zhì)分數(shù)分配系數(shù)若S與B完全不互溶萃取相中不含B，S的量不變萃余相中不含S

，B的量不變用質(zhì)量比計算方便液液平衡方程二、以質(zhì)量比表示的平衡方程萃取相中溶質(zhì)的質(zhì)量比分配系數(shù)萃余相中溶質(zhì)的質(zhì)量比三、分配曲線在x-y圖上表示液液相平衡關(guān)系，相當于精餾和吸收的相平衡曲線。y—E質(zhì)分，x—R質(zhì)分，分配系數(shù)k=y/xyx分配曲線

kA>1的體系，其分配曲線位于對角線y=x

的上方；

kA<1的體系在下方；kA=1時，分配曲線與y=x

線相重合。P第十章

液－液萃取和液－固浸取10.2液－液相平衡關(guān)系10.2.1

液－液平衡相圖10.1

液－液萃取概述

10.2.2液－液平衡方程與分配曲線10.2.3萃取劑的選擇一、萃取劑的選擇性與選擇性系數(shù)

萃取劑的選擇性是指萃取劑S對原料液中兩個組分溶解能力的差異。

選擇性系數(shù)因為所以萃取效果β

萃取操作β

＝1

不能實現(xiàn)萃取分離一、萃取劑的選擇性與選擇性系數(shù)～二、萃取劑S與稀釋劑B的互溶度yA=0.21yB=0.19xA=0.06xB=0.81E'R'變小。雖然kA>1且=14.6，但是萃取的效果還是不太好。當B、S互溶度較大時，兩相區(qū)互溶度小些為好。三、S回收的難易與經(jīng)濟性因常用精餾回收S。所以由S萃取A形成的E(S多A少)，最好使A成為易揮發(fā)組分。分離R時，則因S少B多，使S為易揮發(fā)組分。且AS和SB愈大愈好。若S為易揮發(fā)組分，則其氣化熱要小。若S萃取能力大，則循環(huán)量小，E相中S的回收費用低；或S在B中的溶解度小，也可減小R相中S的回收費用。若

1，可以考慮用反萃取和結(jié)晶的方法分離。四、萃取劑的其它物性

1.

LL↑→液-液分層速度↑→設(shè)備生產(chǎn)能力↑

2.界面張力

LL

LL↑，分散相中的細小液滴易于聚結(jié)，有利于分層；但

LL↑↑，則液體不易分散，傳質(zhì)接觸面積↓→分離效果↓，此時需要較多的外加能量用于分散相的建立。若

LL過小，液體易分散甚至產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，難以分層。

3.L,SS的L,S↓→利于兩相的混合與分層、流動與傳質(zhì)。若S的粘度太大，可以用其它溶劑調(diào)節(jié)。萃取劑要有良好的化學穩(wěn)定性，不分解不聚合，要有足夠的熱穩(wěn)定性和抗氧化穩(wěn)定性，對設(shè)備的腐蝕性要?。粦哂休^低的凝固點；毒性小、不易燃、來源充足、價格低廉等。

☆當沒有一種溶劑能滿足上述要求時，可以采用幾種溶劑組成的混合萃取劑，以獲得較好的性能。☆溫度對萃取劑性能的影響當T↓→↑→流動性↓

↑傳質(zhì)速率↓擴散系數(shù)↓所以有必要選擇適宜的操作T。10.1萃取過程概述

第十章

液－液萃取和液－固浸取10.2液－液相平衡關(guān)系10.3液－液萃取過程的計算10.3.1單級萃取的計算萃取設(shè)備可以分為“級式”和“連續(xù)式”兩類。對于前者，既可以進行間歇操作也可以進行連續(xù)操作，其主要計算是求所需的理論級數(shù)(相當于NT)；后者計算傳質(zhì)單元數(shù)(NOE)。因為一個實際萃取級達不到一個理論級的分離能力，所以要用“級效率”予以校正。級效率通常是由實驗測得。

10.3液－液萃取過程的計算1.

單級萃取的計算指原料液F和溶劑S只進行一次混合、傳質(zhì)，具有一個理論級的萃取分離過程。一般只適用于A在S中的溶解度很大或A的萃取率要求不高的場合。A+BSER一、B與S部分互溶物系已知：原料量F、原料組成

xF

溶劑組成

yS規(guī)定：萃余相組成

xR計算：萃取劑量

S

萃取相量E

、組成

yE

萃余相量R

萃取液量、組成

萃余液量、組成

單級萃取圖解xF純?nèi)軇〧xRREMyE一、B與S部分互溶物系二、B與S不互溶物系若B與S完全不互溶萃取相中不含B，S的量不變萃余相中不含S

，B的量不變用質(zhì)量比計算方便XFYEXRYS—原料液中組分A的質(zhì)量比，kgA/kgB—萃取相中組分A的質(zhì)量比，kgA/kgS—萃余相中組分A的質(zhì)量比，