化工原理萃取

《化工原理》設(shè)計說明書課題：比較各種萃取的優(yōu)勢作者：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：20xx年xx月xx日TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1生產(chǎn)背景3\o"CurrentDocument"2萃取原理3\o"CurrentDocument"3萃取操作過程33.1單級萃取33.1.1單級萃取的操作過程33.1.2單級萃取的計算過程43.2多級錯流萃取53.2.1多級錯流萃取的操作過程53.2.2多級錯流萃取的計算過程53.3多級逆流萃取73.1.1多級逆流萃取的操作過程73.1.2多級逆流萃取的計算過程7\o"CurrentDocument"4比較單級萃取、多級錯流萃取、多級逆流萃取的萃取效果8\o"CurrentDocument"5總結(jié)8\o"CurrentDocument"6思考題9參考文獻101生產(chǎn)背景在25°C下以水（S）為萃取劑從醋酸（A）與氯仿（B）的混合液中提取醋酸。已知：原料液流量為1000kg/h，其中醋酸的質(zhì)量分數(shù)為35%，其余為氯仿；用水量為800kg/h。操作溫度下，E相和R相以質(zhì)量分數(shù)表示的平均數(shù)據(jù)列于下表。表1E相和R相以質(zhì)量分數(shù)表示的平均數(shù)據(jù)表氯仿層（R相）水層（E相）醋酸水醋酸水0.000.990.0099.166.771.3825.1073.6917.722.2844.1248.5825.724.1550.1834.7127.655.2050.5631.1132.087.9349.4125.3934.1610.0347.8723.2842.5016.5042.5016.502萃取原理萃取操作是向欲分離的液體混合物（原料液）中加入一種與其不互溶或部分互溶的液體溶劑（萃取劑），形成兩相體系。利用原料液中各組分在萃取劑中溶解度的差異，實現(xiàn)原料液中各組分一定程度的分離。3萃取操作過程3.1單級萃取3.1.1單級萃取的操作過程將一定的溶劑（萃取劑）加到被分離的液體混合物（原料液）中，采取措施（攪拌）使原料液和萃取劑充分混合，萃取劑通過相界面由原料液向萃取劑中擴散。萃取操作完成后使兩液相進行沉降分層，其中含萃取劑S多的一相為萃取相，以E表示；含稀釋劑B多的一相為萃余相，以R表示。萃取

相、萃余相經(jīng)脫除溶劑后得到萃取液、萃余液，以E'和R’表示?；旌希▊髻|(zhì)）分離（沉降分相）匚＞純化（脫溶劑）

圖1單級萃取操作基本過程示意圖3.1.1單級萃取的計算過程圖2生產(chǎn)背景下的單級萃取三角形相圖經(jīng)單級萃取后E相和R相的組成及流量如圖9根據(jù)醋酸在原料液中的質(zhì)量分數(shù)為35%,在AB邊上確定F點，連接點F,S。按F,S的流量用杠桿規(guī)則在FS線上確定和點M。因為E相和R相的組成均未給出，需借輔助線用試差作圖法確定通過M點

的聯(lián)結(jié)線ER。由圖讀得兩相的組成為E相：y=27%,y—72%,y—1%R相：七=7%,七=1.5%,Xb=91.5%依總物料衡算得M=F+S=1000+800=1800kg/h由圖量的RM=45mm,RE=73mm求得：E=Mx曾=1800x竺=1109.59kg/hRE73R=M-E=690.41kg/h回收率:=Fx「-獸=1000x0.35-690.41x0.072=8579%中FFxfR1000x0.35.°回收率:3.2多級錯流萃取3.2.1多級錯流萃取的操作過程圖3多級錯流接觸萃取流程示意圖多級錯流接觸萃取操作中，每級都加入新鮮溶劑，前級的萃余相為后級的原料，這種操作方式的傳質(zhì)推動力大，只要級數(shù)足夠多，最終可得到溶質(zhì)組成很低的萃余相，但溶劑的用量較多。3.2.2多級錯流萃取計算過程用水作萃取劑在二級錯流萃取裝置中萃取醋酸氯仿水溶液中的醋酸，第一級溶劑用量與原料液流量之比為0.4,各級溶劑用量相等。其余條件與生產(chǎn)背景相同。（1）由原料液流量F和第一級的溶劑用量S1確定第一級混合液的組成點M1，用試差法通過虬作聯(lián)結(jié)線E1R1，由第一級物料衡算求得R1

（2）由R與S的量確定混合液的組成點M，過M作聯(lián)結(jié)線ER112222（3）重復(fù)以上操作，直至x達到或低于指定值時為止。圖4生產(chǎn)背景下的多級錯流萃取三角形相圖圖4生產(chǎn)背景下的多級錯流萃取三角形相圖第一級物料衡算：第一級加入的溶劑的量：S=0.4F=0.4x1000=400kg/hM1=F+S=1000+400=1400kg/h由原料液流量F和第一級的溶劑用量S1確定第一級混合液的組成點M1,試差法通過M作聯(lián)結(jié)線ER，根據(jù)杠桿規(guī)則求得111R=Mx^^=1400x325=739.84kg/h11ER6.1511第二級物料衡算：M2=R]+S=739.84+400=1139.84kg/hR=MxE2M^=1139.84x49=664.91kg/h22ER8.4經(jīng)過二級萃取r=3%2

回收率:_F\-R、_1000x0.35-664.91x0.03_9430%中FFxfR1000x0.35.°3.3多級逆流萃取3.3.1多級逆流萃取的操作過程回收率:3.3.1多級逆流萃取的操作過程圖5多級逆流接觸萃取流程示意圖多級逆流接觸萃取操作一般是連續(xù)的，其傳質(zhì)平均推動力大、分離效率高，溶劑用量較少。萃取劑一般是循環(huán)使用的，其中常含有少量的組分A和B,故最終萃余相中可達到的溶質(zhì)最低組成受溶劑中溶質(zhì)組成限制，最終萃取相中溶質(zhì)的最高組成受原料液中溶質(zhì)組成和相平衡關(guān)系制約。3.3.2多級逆流萃取計算過程在多級逆流萃取操作裝置中，要求最終萃余相中質(zhì)量分數(shù)不超過7%，其余條件與生產(chǎn)背景相同。（1）已知原料液組成Xf確定F，連FS，由溶劑比S/F確定和點M。（2）由最終萃余相組成x確定R點，連RM并延長交溶解度曲線于E點，nnn1即為離開第一級的萃取相組成點。圖6生產(chǎn)背景下的多級逆流萃取三角形相圖圖6生產(chǎn)背景下的多級逆流萃取三角形相圖由醋酸的質(zhì)量分數(shù)為35%確定F點，連接FS。確定溶劑比，由溶劑比確定和點M的位置。由x廣3%在相圖上確定勺點，延長勺和肱的連線交溶解度曲線于氣點。連接點E1、F與點S、、，并延長兩連線交于點△，此點即為操作點。過E作聯(lián)結(jié)線ER。連接點△、R并延長，交溶解度曲線于E。TOC\o"1-5"\h\z1112過E作聯(lián)結(jié)線ER，此時x=0.5%<3%,所以兩個理論級即可滿足萃取分離要222求。M=F+S=1000+800=1800kg/hE=Mx^^=1800x竺=1150kg/h1ER7.21n總衡算：F+S=E1+Rn回收率:_Fx-Rx

中fFX—RFR=M-q=1800-回收率:_Fx-Rx

中fFX—RF1000x0.35-650x0.005=99.07%1000x0.35單級萃取:_Fx-Rx

中ffx—RF4比較單級萃取、多級錯流萃取、多級逆流萃取的萃取效果1000x0.35-690.41x0.072=8579%1000x0.35.°單級萃取:_Fx-Rx

中ffx—RF多級錯流萃取:=Fx「-RXr=1000x0.35-664.91x0.03=9430%1000x0.35-650x0.005_99.0/%1000多級錯流萃取:1000x0.35-650x0.005_99.0/%1000x0.35F（kg/h）S（kg/h）xF中單級萃取100080035%85.79%多級錯流萃取800800（總）35%94.30%多級逆流萃取80080035%99.07%多級逆流萃取:F\-R\中ffx—RF在同等條件下，通過各萃取的萃取率可以看出，多級逆流接觸萃取萃取率>多級錯流萃取>單級萃取。由于多級逆流萃取傳質(zhì)平均推動力大，分離效率高溶劑用量較少，所以在工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。5總結(jié)多級錯流接觸萃取:單級萃取的多次重復(fù);溶劑用量為各級溶劑用量之和（在各級溶劑用量相等時，達到一定的分離程度，溶劑的總用量最少）。多級逆流接觸萃?。篈點為各條操作線上的共有點，稱為操作點（通常由FE1與SRn的延長線交點確定A點的位置）。A的位置與物系聯(lián)結(jié)線的斜率、原料液的流量F和組成xF、萃取劑用量S及組成ys、最終萃余相組成xn有關(guān)。6思考題若B-S是完全不互溶的體系，多級錯流萃取的作圖法應(yīng)如何在相圖表現(xiàn)？分配曲線XnX7XF圖7B-S是完全不互溶的體系多級錯流萃取的作圖法（1）當(dāng)各級萃取劑用量相等時操作線斜率相等（2）在此，萃取劑濃度不為零（3）當(dāng)采用純?nèi)軇┹腿r,Ys=0對第一級：第2到n級:通常S1=S2==Sn；則以上直線均平行一直到XnWXR。若