化工原理第十一章液液萃取和固液萃取

浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取1/12幻燈片1目錄§11.1概述§11.2液液相平衡關(guān)系及相圖第十一章液液萃取和固液萃取浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取2/12第十一章液液萃取和固液萃取§11.1概述1．什么是液液萃??？

利用液體混合物中各組分在外加溶劑中溶解度的差異而分離該混合物的操作，稱為~。外加溶劑稱為萃取劑。浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取3/12§11.1概述2．萃取流程：浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取4/12§11.1概述3．萃取劑的選擇要求：

1、對溶質(zhì)溶解性大

2、選擇性好

3、B與S互溶度越小越好

4、萃取劑易于回收

5、萃取相與萃余相密度差異大浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取5/12§11.2液液相平衡關(guān)系及相圖

一、

三角形相圖及其應(yīng)用浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取6/12杠桿§11.2液液相平衡關(guān)系及相圖三角形相圖的應(yīng)用：R

E

REF

M

浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取7/12杠桿§11.2液液相平衡關(guān)系及相圖思考：如何證明上述杠桿原理？物料衡算：浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取8/12B多S少S多B少+A+A1、B與S部分互溶時(shí)，相平衡關(guān)系的圖形表示：§11.2液液相平衡關(guān)系及相圖（1）

溶解度曲線、輔助線、共軛線

二、

萃取過程中的相平衡關(guān)系MRE浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取9/12§11.2液液相平衡關(guān)系及相圖浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取10/12思考：若B與S互溶度變大，則兩相區(qū)范圍如何變化？若B與S完全不互溶，則在三角形相圖中溶解度曲線如何畫？分配曲線§11.2液液相平衡關(guān)系及相圖浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取11/122、B與S完全不互溶時(shí)，相平衡關(guān)系的圖形表示：

用分配曲線§11.2液液相平衡關(guān)系及相圖§11.2液液相平衡關(guān)系及相圖2、B與S部分互溶時(shí)，相平衡關(guān)系的解析表示：分配系數(shù)ki、選擇性系數(shù)

浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取13/19幻燈片2目錄§11.3分級(jí)萃取計(jì)算一、單級(jí)萃取的流程及計(jì)算二、多級(jí)錯(cuò)流萃取第十一章液液萃取和固液萃取浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取14/19§11.3分級(jí)萃取計(jì)算浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取15/19§11.3分級(jí)萃取計(jì)算理論級(jí)假定:

離開的兩相Ri、Ei呈相平衡關(guān)系浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取16/19

確定點(diǎn)F、S（或S0）、點(diǎn)R或R

，點(diǎn)E，作聯(lián)結(jié)線，找到點(diǎn)M，利用杠桿原理求各量。一、單級(jí)萃取的流程及計(jì)算（一）B、S部分互溶時(shí)2．解析法浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取18/19一、單級(jí)萃取的流程及計(jì)算最小萃取劑用量Smin最大萃取液濃度MM

M0y

Amax思考：最大萃取劑用量如何確定？浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取19/19一、單級(jí)萃取的流程及計(jì)算（二）B、S完全不互溶時(shí)浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取20/19一、單級(jí)萃取的流程及計(jì)算思考：若流程如圖所示，逆流流動(dòng)，則操作線又如何？浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取21/19單級(jí)萃取計(jì)算舉例

例1

單級(jí)萃取采用純?nèi)軇┻M(jìn)行單級(jí)萃取。已知料液組成xF=0.3(質(zhì)量分率，下同)，選擇性系數(shù)為6，在萃余相中，kA<1，溶解度曲線如圖所示。試求：（1）

萃取液量與萃余液量的比值；（2）溶劑比S/F是最小溶劑比（S/F）min多少倍？（用線段表示）浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取22/19解：（1）萃取液量與萃余液量的比值單級(jí)萃取計(jì)算舉例純?nèi)軇瑇F=0.3，選擇性系數(shù)為6，kA<1圖解法：找到點(diǎn)F、E

、R

，然后應(yīng)用杠桿原理求E

、R

的大小。E

R

浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取23/19解析法：解：（1）萃取液量與萃余液量的比值單級(jí)萃取計(jì)算舉例浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取24/19解：（2）溶劑比S/F是最小溶劑比（S/F）min多少倍？（用線段表示）單級(jí)萃取計(jì)算舉例純?nèi)軇?，xF=0.3，選擇性系數(shù)為6，kA<1浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取25/19二、多級(jí)錯(cuò)流萃取1、流程及特點(diǎn)

浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取26/19二、多級(jí)錯(cuò)流萃取2、

計(jì)算-----求級(jí)數(shù)N浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取27/19二、多級(jí)錯(cuò)流萃?。?）當(dāng)B、S部分互溶時(shí)，圖解法FM1R1E1浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取28/19二、多級(jí)錯(cuò)流萃取FM1R1E1M2R2E2浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取29/19二、多級(jí)錯(cuò)流萃取過點(diǎn)(Xi-1，0)，(Xi，Yi)過點(diǎn)(XF,0)，(X1,Y1)

(2)當(dāng)B、S完全不互溶時(shí)，圖解法浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取30/19多級(jí)錯(cuò)流萃取計(jì)算舉例浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取31/19補(bǔ)充作業(yè)：用純?nèi)軇┳鲉渭?jí)萃取，已知萃取相中濃度比yA/yB=7/3，萃余相中濃度比xA/xB=1/4，原料液濃度xF=0.4，原料液量為100kg，操作條件下，分配系數(shù)kA>1，求：

（1）萃取液與萃余液的量；

（2）選擇性系數(shù)

；浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取32/23幻燈片3目錄

三、多級(jí)逆流萃取§11.4萃取設(shè)備§11.5固液萃?。ń。┑谑徽乱阂狠腿『凸桃狠腿≌憬髮W(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取33/23三、多級(jí)逆流萃取1．

流程及特點(diǎn)浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取34/23三、多級(jí)逆流萃取浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取35/23三、多級(jí)逆流萃取浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取36/23三、多級(jí)逆流萃取圖解法求級(jí)數(shù)N的作圖步驟：①確定點(diǎn)F、S、RN；②由F、S量的大小確定和點(diǎn)M，連結(jié)RN、M，并延長得點(diǎn)E1；E1RNM浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取37/23三、多級(jí)逆流萃取③連點(diǎn)F、E1

，RN、S，并延長得點(diǎn)

；注意，

可能在圖的右側(cè)，也可能在左側(cè)，這與y1與xF的大小有關(guān)。④過E1作共軛線E1R1，連結(jié)R1

，交溶解度曲線于點(diǎn)E2；⑤過E2作共軛線E2R2，連結(jié)R2

，交溶解度曲線于點(diǎn)E3；如此反復(fù)，直至（指定）為止，共軛線的個(gè)數(shù)即為理論級(jí)數(shù)。R2E1R1E2RN浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取38/23三、多級(jí)逆流萃取浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取39/23三、多級(jí)逆流萃取浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取40/23三、多級(jí)逆流萃取浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取41/23三、多級(jí)逆流萃取浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取42/23三、多級(jí)逆流萃取（2）當(dāng)B、S完全不互溶時(shí)解析法求級(jí)數(shù)N：浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取43/23解析法求級(jí)數(shù)N：浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取44/23解析法求級(jí)數(shù)N：浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取45/23三、多級(jí)逆流萃取作圖法求級(jí)數(shù)N：作梯級(jí)

浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取46/23三、多級(jí)逆流萃取例3在多級(jí)逆流接觸式萃取器中，每小時(shí)用40kg純?nèi)軇㏒對某A、B兩組分混合液進(jìn)行萃取分離。在操作條件下，B與S完全不互溶，以質(zhì)量比表示的分配系數(shù)為1.5。已知稀釋劑B的流量為30kg/h，原料液中A的質(zhì)量比組成XF=0.3kgA/kgB，要求最終萃余相質(zhì)量比XN=0.05kgA/kgB。試求：完成分離任務(wù)所需的理論級(jí)數(shù)。浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取47/23三、多級(jí)逆流萃取S=40kg/h純?nèi)軇珺與S完全不互溶，kA=YA/XA=1.5，B=30kg/h，XF=0.3kgA/kgB，XN=0.05kgA/kgB。試求：完成分離任務(wù)所需的理論級(jí)數(shù)。浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取48/23三、多級(jí)逆流萃取補(bǔ)充作業(yè)

擬設(shè)計(jì)一多級(jí)逆流接觸萃取塔。在操作范圍內(nèi)所用的純?nèi)軇㏒與料液中稀釋劑B完全不互溶；以質(zhì)量比表示的分配系數(shù)為2。已知入塔頂F=100kg/h，其中含溶質(zhì)A為0.2（質(zhì)量分率），要求出塔底的萃余相中A的濃度降為0.02（質(zhì)量分率）。試求：（1）最小的萃取劑用量Smin；（2）若實(shí)際采用的萃取劑量為60kg/h，則離開第二理論級(jí)的萃取相和萃余相的組成。浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取49/23液液傳質(zhì)的特點(diǎn)：

(1)液液兩相密度差異小；

(2)液體表面張力較大，液滴易于合并而難于破裂；靠自身的重力來分散液滴往往不夠，還常需外界提供能量以分散液滴，如加攪拌、振動(dòng)脈沖等。

(3)易于產(chǎn)生返混現(xiàn)象，而使傳質(zhì)推動(dòng)力下降。§11.4萃取設(shè)備浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取50/23§11.4萃取設(shè)備浙江大學(xué)本科生課程化工原理第十一章液液萃取和固液萃取51/23§11.5固液萃?。ń。┮?、固液萃取與液液萃取相比特點(diǎn)：