化工原理-第十章液-萃取3536學(xué)時(shí)

第十章

液－液萃取和液－固浸取

通過(guò)本章學(xué)習(xí)，應(yīng)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(duì)單級(jí)萃取過(guò)程進(jìn)行分析和計(jì)算。了解多級(jí)萃取過(guò)程的流程與計(jì)算方法；萃取設(shè)備的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。學(xué)習(xí)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(guò)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(lèi)與應(yīng)用10.1

液－液萃取概述

一、萃取過(guò)程的分類(lèi)按有無(wú)化學(xué)反應(yīng)分類(lèi)萃取化學(xué)萃取物理萃取

√按萃取級(jí)數(shù)分類(lèi)多級(jí)逆流萃取

萃取多級(jí)萃取單級(jí)萃取

√多級(jí)并流萃取

按萃取技術(shù)分類(lèi)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(guò)程的分類(lèi)萃取反向膠團(tuán)萃取按萃取組分?jǐn)?shù)目分類(lèi)萃取多組分萃取單組分萃取

√二、萃取操作的應(yīng)用萃取操作應(yīng)用場(chǎng)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(duì)青霉素及咖啡因的提取）相對(duì)揮發(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(guò)程溶質(zhì)A原溶劑B萃取劑S三角形坐標(biāo)圖等邊三角形坐標(biāo)圖等腰三角形坐標(biāo)圖非等腰三角形坐標(biāo)圖√組成在三角形坐標(biāo)圖上的表示方法

M點(diǎn)D點(diǎn)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(diǎn)差點(diǎn)差點(diǎn)MAMBMA+MB杠桿規(guī)則的應(yīng)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(lèi)物系

Ⅱ類(lèi)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(diǎn)組成，靜置得L、Q兩液相；加一定量的A成M1點(diǎn)，靜置得R1、E1；至某量時(shí)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(diǎn)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(duì)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(jìn)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?jǐn)?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?jǐn)?shù)萃余相中溶質(zhì)分?jǐn)?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(jì)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(dāng)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(duì)角線y=x

的上方；

kA<1的體系在下方；kA=1時(shí)，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(duì)原料液中兩個(gè)組分溶解能力的差異。

選擇性系數(shù)因?yàn)樗暂腿⌒Ч?/p>

萃取操作β

＝1

不能實(shí)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(dāng)B、S互溶度較大時(shí)，兩相區(qū)互溶度小些為好。三、S回收的難易與經(jīng)濟(jì)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(shí)，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(fèi)用低；或S在B中的溶解度小，也可減小R相中S的回收費(fèi)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(xì)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(shí)需要較多的外加能量用于分散相的建立。若

LL過(guò)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(dòng)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(xué)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(duì)設(shè)備的腐蝕性要??；應(yīng)具有較低的凝固點(diǎn)；毒性小、不易燃、來(lái)源充足、價(jià)格低廉等。

☆當(dāng)沒(méi)有一種溶劑能滿(mǎn)足上述要求時(shí)，可以采用幾種溶劑組成的混合萃取劑，以獲得較好的性能?！顪囟葘?duì)萃取劑性能的影響當(dāng)T↓→↑→流動(dòng)性↓

↑傳質(zhì)速率↓擴(kuò)散系數(shù)↓所以有必要選擇適宜的操作T。10.1萃取過(guò)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(guò)程的計(jì)算10.3.1單級(jí)萃取的計(jì)算萃取設(shè)備可以分為“級(jí)式”和“連續(xù)式”兩類(lèi)。對(duì)于前者，既可以進(jìn)行間歇操作也可以進(jìn)行連續(xù)操作，其主要計(jì)算是求所需的理論級(jí)數(shù)(相當(dāng)于NT)；后者計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)(NOE)。因?yàn)橐粋€(gè)實(shí)際萃取級(jí)達(dá)不到一個(gè)理論級(jí)的分離能力，所以要用“級(jí)效率”予以校正。級(jí)效率通常是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。

10.3液－液萃取過(guò)程的計(jì)算1.

單級(jí)萃取的計(jì)算指原料液F和溶劑S只進(jìn)行一次混合、傳質(zhì)，具有一個(gè)理論級(jí)的萃取分離過(guò)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(chǎng)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(jì)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(jí)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(jì)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，