萃取讲稿PPT课件

第一节概述第二节萃取的基本原理第三节萃取过程的计算,第十一章萃取Extraction,第一节概述,一、萃取的理论依据二、简单的萃取过程三、萃取过程特点四、应用场合五、萃取剂S的选择,第一节概述,一、萃取的理论依据,依据液体混合物中各组分在所选择的溶剂中溶解度的差异分离液体混合物的单元操作称为液-液萃取，也称溶剂萃取，简称萃取（Extraction）。,第一节概述,二、简单的萃取过程-工艺流程,萃取剂(S),混合槽,沉降分离,脱除溶剂,萃取液E,萃余液R,S,萃取相,萃余相,-SE,-SR,E,R,原料液F(A+B),第一节概述,工业萃取过程由三个基本过程组成，即（1）混合采取措施使萃取剂和原料液充分混合，实现溶质A由原溶液向萃取剂传递。（2）沉降分离进行萃取相E和萃余相R的分离。（3）脱除溶剂萃取相和萃余相脱溶剂得到萃取液E和萃余液R，萃取剂循环使用。,第一节概述,三、萃取过程特点与蒸馏、吸收比较,第一节概述,四、应用场合,1.沸点接近或相对挥发度接近于1的物系分离,第一节概述,2.恒沸物分离,第一节概述,四、应用场合,3.热敏性物质的分离,在生化制药的过程中，生成复杂的有机液体混合物，这些物质大多为热敏性混合物。选择适当的溶剂进行萃取，可避免受热损坏，提高有效物质的收率。例如青霉素的生产，用玉米发酵得到的含青霉素的发酵液，以醋酸丁脂为溶剂，经过多次萃取得到青霉素的浓溶液。,第一节概述,四、应用场合,4.组分浓度低且为难挥发组分的分离,以乙酸乙酯为萃取剂从稀醋酸水溶液中回收醋酸（90%左右）。,第一节概述,四、应用场合,五、萃取剂S的选择,1.选择性好：,第一节概述,2.易回收：,第一节概述,为使萃取相E与萃余相R能较快的分层，要求萃取剂S与稀释剂B有较大的密度差。,3.E、R易分相：,第一节概述,萃取剂应满足一般的工艺要求：稳定性好，腐蚀性小，无毒，不易着火、爆炸，来源容易，价格较低等。,4.其他,第一节概述,第二节萃取的基本原理,一、三元组成的表示方法二、物料衡算与杆杠定律三、三元物系的相平衡关系四、分配系数kA与选择性系数五、萃取过程在三角形相图上的表示,一、三元组成的表示方法-问题的提出,yA已知，yB=1-yA可知,xA已知，xB=1-xA可知;,在精馏与吸收中，,第二节萃取的基本原理,可以用直角坐标系表示二元物系的相平衡关系与物料衡算的关系,三元物系平衡关系如何表示？,第二节萃取的基本原理,一、三元组成的表示方法-解决方法,M,M,利用三角形,A,B,S,M,第二节萃取的基本原理,一、三元组成的表示方法-顶点,纯组分（A、B、S）的表达,点A：xA=100%点B：xB=100%点S：xS=100%,第二节萃取的基本原理,一、三元组成的表示方法-三边,二元混合物（A+B,A+S,B+S)的表达,三角形任一边上的任一点代表二元混合物，第三组分的组成为0。边上任一点越靠近某一顶点处，此顶点所代表的组分在溶液中的浓度越大。,A%,B%,S%,第二节萃取的基本原理,一、三元组成的表示方法-内部,M点：xA0.4xB0.3xS0.3,M,三元混合物M（A+B+S)的表达,N,第二节萃取的基本原理,一、三元组成的表示方法-总结,M,纯物质三角形顶点A、B、S二元混合物三角形的边AB、BS、SA三元混合物三角形内部的点M,如何确定点的坐标？,第二节萃取的基本原理,两种不同浓度的溶液U和V(均含有A、B和S)混合后形成混合溶液M,则U、V和M的质量及组成关系为:,物料衡算:总：U+V=MA：UyA+VxA=MzAS：UyS+VxS=MzS,1.物料衡算materialbalance,二、物料衡算与杠杆定律,第二节萃取的基本原理,2.杠杆定律的内容,二、物料衡算与杠杆定律,(1)代表新混合液组成的M点和代表两混合液组成的U点、V点在同一条直线上。(2)溶液U与溶液V的质量之比等于线段MV与线段MU之比。即,或,第二节萃取的基本原理,3.杠杆定律的推导,二、物料衡算与杠杆定律,物料衡算:总：U+V=MA：UyA+VxA=MzAS：UyS+VxS=MzS,第二节萃取的基本原理,)U、V、M三点共线，M点为U与V点的和点，U（V)点为M点与V（U)点的差点。b)分量与合量的质量与直线上相应线段的长度成比例。,4.杠杆定律的总结,二、物料衡算与杠杆定律,第二节萃取的基本原理,1.和(差)点的确定,5.杠杆定律的应用,二、物料衡算与杠杆定律,2.量的确定,U,V或M点的确定原料中加入S萃取相中脱除S,第二节萃取的基本原理,1、A、B、S、E、R、E、R、F、xF、xA、yA、的含义？2、物料衡算和杠杆定律的内容？,课前思考,三、三元物系的相平衡关系-B、S完全不互溶,第二节萃取的基本原理,三、三元物系的相平衡关系-B、S部分互溶,根据A、B在S中溶解度的不同分为三种情况：,AB完全互溶AS完全互溶BS部分互溶,AB完全互溶AS部分互溶BS部分互溶,AB完全互溶AS部分互溶BS部分互溶,第二节萃取的基本原理,在纯组分B中加S使其溶解（d1），S加到一定数量后，到达R点时，溶液由透明变混浊，即S在B中达到饱和，出现两相，R点称为分层点（混溶点）,继续加S，则到达E点又重新透明，E点亦称为分层点（混溶点）。,溶解度曲线（以B、S部分互溶）：,三、三元物系的相平衡关系-作法P1,第二节萃取的基本原理,在二元混合液d中加入A，至M1点，混合后静置分层，得共轭相E1和R1，联结点R1、E1即为平衡联结线。,溶解度曲线：,三、三元物系的相平衡关系-作法P2,第二节萃取的基本原理,R,d,E,R1,E1,M1,连接所有的E、R点即得溶解度曲线。,溶解度曲线：,三、三元物系的相平衡关系-作法P3,第二节萃取的基本原理,溶解度曲线将三角形分为两个区域：曲线以内为两相区,曲线以外的为单相区。共轭相(Conjugatephase)：互成平衡的液相。其组成分别由R和E点表示。,两相区,单相区,R,E,M,溶解度曲线：,三、三元物系的相平衡关系-共轭相,第二节萃取的基本原理,对B、S两相混合物，当加入A的量使混合液恰好变为均相的点称为混溶点。两个共轭相组成相同时的混溶点称为临界混溶点，以P表示。,注：（1）溶解度曲线上所有的点都是混溶点，既可能是E相，也可能是R相。（2）P点将溶解度曲线分为萃取相区域与萃余相区域。一般临界混溶点并不是溶解度曲线的最高点。,d,R,E,临界混溶点Plaitpoint：,三、三元物系的相平衡关系-临界混溶点,第二节萃取的基本原理,方法一：联结线E1R1、E2R2、E3R3、E4R4，分别从E1、E2、E3、E4点作AB平行线，与由R1、R2、R3、R4点分别作的BS平行线相交，连结各交点得辅助曲线；辅助曲线与溶解度曲线的交点即为临界混溶点P。,已知共轭相中任一相的组成，可利用辅助线得出另一相的组成。,辅助曲线Auxiliarycurve,三、三元物系的相平衡关系-辅助曲线,P,R1,R2,R3,R4,E4,E3,E2,E1,第二节萃取的基本原理,方法二：分别从E1、E2、E3、E4点引AB平行线，与分别从R1、R2、R3、R4点引出的AS平行线相交，连结各交点得辅助曲线。辅助曲线延长线与溶解度曲线的交点即为临界混溶点P。,P,R4,R3,R2,R1,E1,E2,E3,E4,辅助曲线Auxiliarycurve,三、三元物系的相平衡关系-辅助曲线,第二节萃取的基本原理,分配曲线表达了萃取操作中互成平衡的两液层E和R中溶质的分配关系，相当于相平衡线。,B、S部分互溶：,质量分数表示相平衡关系,三、三元物系的相平衡关系-分配曲线,第二节萃取的基本原理,45C,80C,115C,140C,两相区的大小，不仅取决于物系本身的性质，而且与操作温度有关。,温度降低，互溶度减小，两相区面积增大。,三、三元物系的相平衡关系-温度的影响,第二节萃取的基本原理,分配系数kADistributivecoeffient,四、分配系数kA与选择性系数,第二节萃取的基本原理,当三元混合液的两个液相达到平衡时，溶质在E相和R相中的组成之比称为分配系数，以kA表示，即,同样，对于组分B也可写出相应的表达式，即,式中yA、yB-分别为组分A、B在萃取相E中的质量分率；xA、xB-分别为组分A、B在萃余相R中的质量分率。,(1)kA只反映S对A的溶解能力，不反映A、B的分离程度。(2)分配系数的值取决于物系、操作温度和溶液的组成。(3)kA值愈大，萃取分离的效果愈好。,分配系数kA的说明,四、分配系数kA与选择性系数,第二节萃取的基本原理,选择性系数(Selectivecoeffient)：,四、分配系数kA与选择性系数,选择性系数表示两相平衡时，萃取相E中A、B组成之比与萃余相R中A、B组成之比的比值。,第二节萃取的基本原理,表示S对A、B组分溶解能力差别，即A、B的分离程度。一般kA大于kB所以萃取操作中,值均应大于1。值越大,越有利于组分的分离。若=1,kA=kB，萃取相和萃余相在脱溶剂S后,将具有相同的组成,故无分离能力。选择性系数类似于蒸馏中的相对挥发度。,四、分配系数kA与选择性系数,选择性系数的说明：,第二节萃取的基本原理,组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层区面积。B、S互溶度小,分层区面积大,可能得到的萃取液的最高浓度ymax较高。所以B、S互溶度愈小,愈有利于萃取分离。,ymax,B、S互溶度愈小,愈有利于萃取分离。,四、分配系数kA与选择性系数-互溶度,萃取剂与稀释剂的互溶度：,第二节萃取的基本原理,五、萃取过程在三角形相图上的表示-混合,A、混合将Skg的萃取剂加到Fkg的料液中并混和均匀，即得到总量为Mkg的混合液，其组成由点M的坐标位置读取。,三角形相图,F,M,S0,第二节萃取的基本原理,五、萃取过程在三角形相图上的表示-沉降分离,B、沉降分离混合液沉降分离后，得到平衡的两液相E、R，其组成由图上读得，各项的量由杆杠规则及总物料衡算求得，即,三角形相图,F,E,R,M,S0,第二节萃取的基本原理,五、萃取过程在三角形相图上的表示-脱除溶剂,三角形相图,E,F,R,E,R,M,C、脱除溶剂若将得到的萃取相及萃余相完全脱除溶剂，则得到萃取液E和萃余液R，其组成由图上读得，其量利用杆杠规则确定，即,第二节萃取的基本原理,五、萃取过程在三角形相图上的表示-总结,单级萃取过程是将组成为F点所示的混合液分离成为含溶质A较多的萃取液E和含溶质A较少的萃余