《化工單元操作》萃取與萃取設備課件

化工單元操作化工單元操作萃取與萃取設備萃取與萃取設備8.1概述:目的:分離液-液混合物依據: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。1．幾個基本概念:(1)萃取劑(溶劑)：所用的溶劑。(2)溶質：原料液中易溶于溶劑的組分。(3)原溶劑：原料液中較難溶于溶劑的組分。8.1概述:萃取過程的簡單流程:萃取過程的簡單流程:萃取過程的簡單流程:混合過程:F（A+B）及S充分接觸,組分轉移；澄清過程:形成兩相,由于密度差而分層。萃取相E,y——溶劑相中出現(S+A+B)萃余相R,x——原料液中出現溶劑(B+S+A)

萃取相脫除溶劑得萃取液E′,y′

萃余相脫除溶劑得萃余液R′,x′

脫除溶劑:在兩分離塔中,脫除溶劑萃取過程的簡單流程:萃取相E,y——溶劑相中出現(S+A3.萃取后組成之間的變化:結果,使組分得到一定程度的分離。3.萃取后組成之間的變化:結果,使組分得到一定程度的分離。4．對萃取劑的基本要求:(1)能選擇性地溶解各組分,即對各組分具有不同的溶解度；(2)該溶劑與原溶劑能部分互溶或完全不溶,

且混凝后部分互溶的液-液兩相較易分層。4．對萃取劑的基本要求:5.應用范圍:（1）液體混合物中各組分的相對揮發(fā)度接近1,采用精餾的辦法不經濟；（2）混合物蒸餾時形成恒沸物；（3）欲回收的物質為熱敏性物料；（4）混合物中含有較多的輕組分,利用精餾的方法能耗較大；例:青霉素的生產；（5）提取稀溶液中有價值的物質。5.應用范圍:

8.2液-液相平衡關系8.2.1三角形坐標及杠桿定律三元混合液的表示方法一、三角形坐標三組分用三角形坐標表示:

等邊三角形；直角三角形等；等腰直角三角形（常用）。8.2習慣表示法：（1）各頂點表示純組分（2）每條邊上的點為兩組分混合物（3）三角形內各點代表不同組成的三元混合物

注意組成的歸一性?ix=1K點：

xA=0.6xB=0.4P點：

xA=0.3xB=0.2xS=0.5B1、表示方法習慣表示法：注意組成的歸一性?ix=1K點：B1、表示組成的單位原則上可用任意單位

常用質量分率表示

組成的單位原則上可用任意單位二、杠桿定律

質量分別為mR和mE的兩種三元混合物,其組成分別為xA,xB,xs和yA,yB,ys,兩者混合物M的質量為mM,其總組成如何?(zA,zB,zs)。物料衡算:mM=mR+mE二、杠桿定律將方程整理成如下形式：此式說明,三個組成點在一條直線上,即M點位于RE點的連接線上,且稱為杠桿定律。將方程整理成如下形式：此式說明,三個組成點在一條直線上,即M在工程上常用圖解法,即杠桿定律:在工程上常用圖解法,即杠桿定律:ABSREMR點、E點的和點M對應組成為總組成。ABSREMR點、E點的和點M對應組成為總組成。相反的問題,求差點,即從其混合液M中分出組分(xA,xB,xS)質量為mR的三元混合物,求剩余的組成yA,yB,yS,及質量mE。

mE=mM-mR相反的問題,求差點,即從其混合液M中分出組分(xA,xB,8.2.2三角形相圖

萃取相、萃余相的相平衡關系是萃取的基本問題。相平衡數據來自實驗。討論的前提:A在B和S中可全溶；B與S部分互溶或完全不溶(第一類物系)；各組分不發(fā)生化學反應。8.2.2三角形相圖討論的前提:一、溶解度曲線及平衡聯結線

1、相平衡數據的測定:加入的B、S適量,攪拌均勻,靜止分層,得到互呈平衡的液-液兩相(共軛相)，得到一組平衡數據。再加入一定量A，攪拌均勻,靜止分層,得到互呈平衡的液-液兩相(共軛相)，得到另一組平衡數據……...

(1)總組成點在兩相區(qū)內；

(2)能得到完整的平衡數據。一、溶解度曲線及平衡聯結線加入的B、S適量,攪拌均勻,靜止ABSR0E0MR1E1R2E2EnRnKABSR0E0MR1E1R2E2EnRnK《化工單元操作》萃取與萃取設備課件2、數據標繪及各區(qū)的狀態(tài)（1）溶解度曲線:各平衡組成點連成一條曲線；（2）聯結線:各對共軛相組成點之間的聯線；（3）混溶點:

曲線內為兩相區(qū),曲線外為單相區(qū),曲線上的點稱為混溶點；（4）臨界混溶點(褶點):共軛相的組成相同,其位置和物系有關；（5）萃取相和萃余相:

以原溶劑為主的相稱為萃余相,

以溶劑為主的相稱為萃取相。2、數據標繪及各區(qū)的狀態(tài)3、幾類物系的相圖（1）部分互溶物系A、B，A、S完全互溶，而B、S部分互溶；

3、幾類物系的相圖《化工單元操作》萃取與萃取設備課件《化工單元操作》萃取與萃取設備課件（2）完全不互溶物系,A、B,A、S完全互溶,而B、S完全不互溶,共軛相中,一相S=0另一相B=0；（2）完全不互溶物系,A、B,A、S完全互溶,而B、S完（3）第二類物系(具有兩對部分互溶物的物系，A、B完全互溶,A、S,B、S部分互溶)。（3）第二類物系(具有兩對部分互溶物的物系，A、B完全互4、溫度、壓力對相平衡的影響相律

:

（1）壓力的影響壓力的影響較小,可忽略；（2）溫度的影響溫度的影響敏感,溫度升高，溶解度增大,兩相區(qū)小,不利于萃取操作。4、溫度、壓力對相平衡的影響（1）壓力的影響壓力的影《化工單元操作》萃取與萃取設備課件《化工單元操作》萃取與萃取設備課件二、輔助曲線問題：已知一相的組成，如何求取其它共軛相的組成？解決問題的辦法：輔助曲線。

使用輔助曲線，已知一相的組成可求得另一相的組成。二、輔助曲線《化工單元操作》萃取與萃取設備課件《化工單元操作》萃取與萃取設備課件《化工單元操作》萃取與萃取設備課件8.2.3分配曲線及分配系數三元混合物系相平衡關系的另一種表示方法。

1、分配曲線橫座標：萃余相中溶質的組成縱坐標：萃取相中溶質的組成共軛相中的組成標繪如圖共軛相組成轉換到直角坐標中得到的曲線稱為分配曲線（可由三角形相圖轉換）。

8.2.3分配曲線及分配系數共軛相中的組成標繪如圖《化工單元操作》萃取與萃取設備課件xAyAy=xABSK第一類物系：xAyAy=xABSK第一類物系：平衡聯結線傾斜方向不一致：平衡聯結線傾斜方向不一致：第二類物系：REy=x第二類物系：REy=x2、分配系數

A組分在兩相中的分配系數

yA=kAxAkA和溫度有關，溫度升高，kA下降；與濃度有關，溶質濃度升高，kA下降濃度較低時,kA可視為常數。

原溶劑的分配系數2、分配系數REABSkA>1REABSkA=1REABSkA<1聯結線斜率對分配系數的影響REABSkA>1REABSkA=1REABSkA<1聯結線對于完全不互溶物系,濃度常用比質量分數XY表示對于完全不互溶物系,濃度常用比質量分數XY表示3、脫溶劑基分配曲線將R，E兩相脫去溶劑S，得萃余液及萃取液。y'Ax'Ay'A=x'AABSK3、脫溶劑基分配曲線y'Ax'Ay'A=x'AABSK8.3部分互溶物系的萃取計算8.3.1單級萃取一、流程8.3部分互溶物系的萃取計算8.3二、特點：原料液與溶劑一次性接觸。萃取相與萃余相達到平衡。三、計算：已知原料液的處理量及組成（生產工藝給定）,計算：

1.給定溶劑S的用量mS及組成，求萃取相E與萃余相R的量mE和mR及組成y、x。二、特點：方法：（1）依S的用量mS及F的量mF和組成xF確定和點M。ABSFM.方法：ABSFM.(2）確定E，R的量及組成。采取圖解試差法確定E，R的組成。試差過程ABSFMER由杠桿定律確定E和R的量。.(2）確定E，R的量及組成。ABSFMER由杠桿定律確

(3)

確定萃取液與萃余液的組成及量ABSFMERE'R'脫除溶劑量為：(3)確定萃取液與萃余液的組成及量ABSFMERE《化工單元操作》萃取與萃取設備課件2、根據給定的原料液F及規(guī)定的分離要求，求溶劑S用量一般規(guī)定萃余相R的x或萃余液R'的x'.

解法：由R得到E，連接F、Ｓ得交點Ｍ；ABR'REFMS溶劑用量：

進而，得到萃取液、萃余液的量和組成。2、根據給定的原料液F及規(guī)定的分離要求，求溶劑S用量ABR3、最大溶劑用量及最小溶劑用量ABFSME1R1

減小S，當Ｍ達到R2時，混溶，故Ｍ位于R2時的溶劑用量為SminR2E2當S=Smax時：當S=Smin時：單級萃取的溶劑范圍：Smin<S<Smax3、最大溶劑用量及最小溶劑用量ABFSME1R1減4、萃取液的最大濃度當S=Smin時，E的濃度yA最大，但y'A一般不是最大。y'A=y'Amax時溶劑用量的求法：ABS

過S點作溶解度曲線的切線得點E，求得R，得M點，于是得：y'AmaxERFM對比：y'A與y'AmaxyA'可見：y'A〈y'Amax4、萃取液的最大濃度當S=Smin時，E的濃度yA最大，但y

如果M點在兩相區(qū)外相交，說明超出萃取范圍，不能進行萃取操作，由R1點確定的溶劑用量為該操作條件下的最小溶劑用量mS,min如果M點在兩相區(qū)外相交，說明超出萃取范圍，不能進8.3.2多級錯流萃取

一、流程

8.3.2多級錯流萃取二、特點萃取相溶質的回收率較高，溶劑耗量較大，溶劑回收負荷增加,

設備投資大。

三、計算（１）設計型計算已知qmＦ、xF，在規(guī)定各級qmＳ量后，求達到一定的分離要求所需的理論級數Ｎ。（２）操作型問題已知理論級數，估計其分離能力。方法基本相同。二、特點ABSFM1R1E1M2R2E2M3R3E3R'3ABSFM1R1E1M2R2E2M3R3E3R'38.3.3多級逆流萃取一．流程：8.3.3多級逆流萃取二．特點連續(xù)逆流操作，分離程度較高三．計算

設計型問題：已知S的組成，qmF、xF,

規(guī)定qmS/qmF

（溶劑比）和分離要求，求N。解法：每級內平衡

iRi-1Ei+1RiEi即Ei和Ri平衡，若能確定Ri組成xi和Ei+1組成yi+1之間的關系，即可求得理論級數（逐級計算)

iRi-1Ei+1RiEi即Ei和Ri平衡，若能確定Ri1．物料衡算：M點是F、S的和點，也是E1、RN的和點ABSFMRNR'NE1利用杠桿定律：注意E1和RN不是共軛相1．物料衡算：M點是F、S的和點，也是E1、RN的和點ABS2．各級的物料衡算第一級第二級……第N級此式說明各級間的物流之差為一常數，且D為各級物流的公共差點（極點）。2．各級的物料衡算第二級……第N級此式說明各級3．逐級圖解（1）相圖：Ri

和Ei互成平衡已知F、S可確定M，由M、RN可確定E1AFMRNR'NE1DBS3．逐級圖解AFMRNR'NE1DBSAFMRNR'NE1DR1E2FSRNE1

DFSMRNE1(差點

)→R1

E2……AFMRNR'NE1DR1E2FSRNE1《化工單元操作》萃取與萃取設備課件（2）利用分配曲線

N較多,三角形相圖內作圖不準確。

畫分配曲線；

畫操作線:

過D點畫級聯線，求得畫梯級得理論級數

示意圖（2）利用分配曲線畫梯級得理論級數圖8-31在直角坐標中圖解下場論基數NABFRn'RnE1yi+1xiM12iDS(a)xfxiyi+1y1xn操作線y分配曲線x123456iCi(b)0圖8-31在直角坐標中圖解下場論基數NABFRn'RnE四、溶劑比對操作的影響1．溶劑比和最小溶劑比

定義：溶劑比=qmS/qmF

溶劑比的變化，引起差點D的變化，導致理論級數的變化。示意圖四、溶劑比對操作的影響溶劑比的變化，引起差點D的變化，導致《化工單元操作》萃取與萃取設備課件pp2、最小溶劑比的求法

的位置，既和平衡關系有關，又和分離要求有關。2、最小溶劑比的求法的位置，既和平衡關系有關，又和分最小溶劑比的確定：所有的聯結線延長，與級聯RNS相交，D點在右側，則取離S最近的點；反之，D點在左側，則取離S最遠的點。RN最小溶劑比的確定：所有的聯結線延長，與級聯RNS相交，D點在RN連接F、Dmin點，與溶解度曲線相交于E1點，FE1則RNE1與FS的交點為和點M。M最小溶劑比：RN連接F、Dmin點，與溶解度曲線相交于E1點，FE1則R實際溶劑比取最小實際溶劑比的倍數。分離要求、溶劑一定時：多級逆流萃取比多級錯流萃取板數少。板數一定時：多級逆流萃取比多級錯流萃取溶劑用量少。實際溶劑比取最小實際溶劑比的倍數。分離要求、溶劑一定時：多級作業(yè)：P2655、6作業(yè)：P2655、6作業(yè)：P2651、4作業(yè)：P2651、4復習:部分互溶物系的萃取計算1.單級萃取復習:部分互溶物系的萃取計算已知S用量,求分離程度(需試差***)ABSFMER.已知S用量,求分離程度(需試差***)ABSFMER.已知分離要求,求S用量(不必試差)ABR'REFMS已知分離要求,求S用量(不必試差)ABR'REFMSABSFMERE'R'確定萃取液與萃余液的組成及量ABSFMERE'R'確定萃取液與萃余液的組成及量最大溶劑用量及最小溶劑用量ABFSME1R1R2E2最大溶劑用量及最小溶劑用量ABFSME1R1R2E2萃取液的最大濃度ABSy'AmaxERFMyA'萃取液的最大濃度ABSy'AmaxERFMyA'

如果M點在兩相區(qū)外相交，說明超出萃取范圍，不能進行萃取操作，由R1點確定的溶劑用量為該操作條件下的最小溶劑用量mS,min如果M點在兩相區(qū)外相交，說明超出萃取范圍，不能進2.多級錯流萃取設計型計算:已知分離要求、各級S用量，求N操作型計算：已知N

、各級S用量，求分離要求2.多級錯流萃取ABSFM1R1E1M2R2E2M3R3E3R'3ABSFM1R1E1M2R2E2M3R3E3R'38.3.3多級逆流萃取一．流程：8.3.3多級逆流萃取二．特點

連續(xù)逆流操作，分離程度較高三．計算

設計型問題：已知S的組成，qmF、xF,

規(guī)定qmS/qmF

（溶劑比）和分離要求RN'，求N。解法：每級內平衡

iRi-1Ei+1RiEiEi和Ri平衡，若能確定Ri組成xi和Ei+1組成yi+1之間的關系，即可求得理論級數（逐級計算)

。二．特點iRi-1Ei+1RiEiEi和Ri平衡，若1．物料衡算：M點是F、S的和點，也是E1、RN的和點ABSFMRNR'NE1利用杠桿定律：注意E1和RN不是共軛相由F，S確定M，由M和RN，確定E11．物料衡算：M點是F、S的和點，也是E1、RN的和點ABSAFMRNR'NE1DBSD為差點AFMRNR'NE1DBSD為差點2．各級的物料衡算第二級……第N級

第一級2．各級的物料衡算第二級……第N級第一級各級間的物流之差為一常數，D為各級物流的公共差點（極點）。直線DEi+1Ri--級聯線。各級間的物流之差為一常數，D為各級物流的公共差點（極點）。3．逐級圖解（1）相圖：Ri

和Ei互成平衡已知F、S可確定M，由M、RN可確定E1AFMRNR'NE1DBS3．逐級圖解AFMRNR'NE1DBSAFMRNR'NE1DR1E2FSRNE1

DFSMRNE1(差點

)→R1

E2……由E1通過平衡關系確定R1，R1和D連線確定E2,如此交替直至xi<xN,則N為理論級數。AFMRNR'NE1DR1E2FSRNE1《化工單元操作》萃取與萃取設備課件（2）利用分配曲線

N較多,三角形相圖內作圖不準確。

畫分配曲線畫操作線:過D點畫級聯線，得

畫梯級得理論級數

示意圖（2）利用分配曲線畫梯級得理論級數圖8-31在直角坐標中圖解下場論基數NABFRn'RnE1yi+1xiM12iDS(a)xfxiyi+1y1xn操作線y分配曲線x123456iCi(b)0圖8-31在直角坐標中圖解下場論基數NABFRn'RnE4.溶劑比對操作的影響(1)溶劑比和最小溶劑比

定義：溶劑比=qmS/qmF

溶劑比的變化，引起差點D的變化，導致理論級數的變化。示意圖4.溶劑比對操作的影響溶劑比的變化，引起差點D的變化，導D''qmS/qmF

較大MS,D是E1和F的差點,凈物流向左流動，D點必在三角形相圖右側。qms/qmFMF,E1升高，D點遠離S點。qms/qmF

qmD=0,D點移到無窮遠時,級聯線互相平行。

qms/qmF

F為E1和D的和點,D點落在三角形相圖左側,

凈物流向右流動。D''qmS/qmF較大MS,(qms/qmF)操作線斜率,趨于分配曲線的斜率(qmS/qmF)(qms/qmF)min--最小溶劑比

P點（夾緊點）所對應的兩相聯結線和級聯線重合,

yi=yi+1

夾緊點附近各級無分離能力，Np(qms/qmF)操作線斜率(2)最小溶劑比的求法的位置，既和平衡關系有關，又和分離要求有關。(2)最小溶劑比的求法的位置，既和平衡關系有關，又Dmin的確定：所有的聯結線延長，與級聯線RNS相交:D點在右側，取離S最近的點；

D點在左側，取離S最遠的點。Dmin的確定：RN連接F、Dmin點，與溶解度曲線相交于E1點，FE1RNE1與FS的交點為和點M。M最小溶劑比：RN連接F、Dmin點，與溶解度曲線相交于E1點，FE1RN實際溶劑比取最小實際溶劑比的倍數。分離要求、溶劑一定時：多級逆流萃取比多級錯流萃取級數少。級數一定時：多級逆流萃取比多級錯流萃取溶劑用量少。實際溶劑比取最小實際溶劑比的倍數。分離要求、溶劑一定時：級數8.4完全不互溶物系的萃取計算

B和S完全不互溶，S和B在兩相中的流率不變。以S為基準的比質量分數以B為基準的比質量分數定義：8.4完全不互溶物系的萃取計算以S為操作線方程

實質問題，是利用操作關系和平衡關系確定X、Y8.4.1單級萃取

mmmm操作線方程實質問題，是利用操作關系和平衡關系確定（1）給S量，求E、R的濃度YX0分配曲線XFY0C斜率為（-mB/mS）操作線DXY

由C（ＸＦ，Ｙ０），斜率（-mB/mS）作直線，與分配曲線的交點即為共軛相組成。（1）給S量，求E、R的濃度YX0分配曲線XFY0C斜率為（（2）給定分離要求X，求S用量依操作線的斜率求溶劑用量mS。斜率=(-mB/ms)YX0分配曲線XFY0CXYD-mB/mS（2）給定分離要求X，求S用量YX0分配曲線XFY0CXYD8.4.2多級錯流萃取mmmmmmmmmmmmmm8.4.2多級錯流萃取mmmmmmmmmmmmmmimSi,Y0mB,Xi-1mS,YimB,Xi1、操作線方程imSi,Y0mB,Xi-1mS,YimB,Xi1、操作線方2．計算1級(XF,Y0),(X1,Y1)2級(X1,Y0),(X2,Y2)．．．．．．

n級(XN-1,Y0),(XN,YN)操作型問題已知S用量，及理論級數N，求分離結果。試差計算。

直至Ｘｎ＜ＸＮ，則N為理論級數。2．計算1級(XF,Y0),(X1,YXY0XFY0-mB/mSX1X2X4X3Y1Y2Y3Y4XY0XFY0-mB/mSX1X2X4X3Y1Y2Y3Y4-mB/mS-mB/mS8.4.3多級逆流萃取mmmSmYi+1mB、mS

流率恒定8.4.3多級逆流萃取mmmSmYi+1mB、mS流１．物料衡算：mB/mS１．物料衡算：mB/mS2．理論級數的確定