化工原理 第十二章 萃取ppt课件

2020/5/24、第12章提取SolventExtraction、12.1提取的基本概念12.2提取过程的流程和计算12.3提取设备、2020/5/24、第1节提取的基本概念、 12.1.1萃取操作过程和应用12.1.2三角相图和杠杆规则12.1.3三角相图中相平衡关系12.1.4分配系数和分配曲线12.1.5温度对相平衡的影响12.1.6萃取剂的选择、2020/5/24.12.1萃取的基本概念12.1.1萃取操作过程和液体混合物(原料液) 再加入与其几乎不混合的液体作为溶剂，制成第二相，利用原料液中各成分在两种液相中的溶解度不同，提取分离原料液混合物的操作。 所选择的溶剂称为萃取剂，以s表示的原料液中易溶于s的成分称为溶质，以a表示的难溶于s的成分称为原溶剂(或稀释剂)，以b表示。 根据2020/5/24、图12-1的提取操作图像、2020/5/24、提取操作中各成分的相互溶解性，三元系可以分为以下3种情况：溶质a可以完全溶解于b和s，而b和s不能相互溶解溶质a可以完全溶解于b和s，而b和s的部分可以相互溶解溶质习惯上，将、两种情况下的系统称为第I类系统，将情况下的系统称为第ii类系统。 工业上常见的第I类为丙酮(a )水(b )甲基异丁基酮(s )、醋酸(a )水(b )苯(s )等，第ii类为苯乙烯(a )乙苯(b )二甘醇(s )等。 在抽取操作中，第I类系统很常见，本章主要探讨第I类系统的平衡关系。 此外，2020/5/24.一般来说，在以下情况下使用提取方法是有利的： (1)原料液中各成分间的沸点非常接近，即成分间的相对挥发度接近1，若采用蒸馏方法则不经济，(2)原料液在蒸馏时形成恒沸物，通常的蒸馏方法无法得到必要的纯度，(3)原料液中的应分离成分的含量低、难以挥发的成分， 采用蒸馏方法必须使大量稀释剂气化，能耗大的(4)原料液中应分离的成分是热敏性物质，蒸馏时容易发生分解、聚合或其他变化。 2020/5/24，在萃取工业中的应用： (1)在液液萃取石油化学工业中的应用eg .用酯系溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡(2) 生物化学工业和精细化学中的应用以eg .乙酸丁酯为溶剂，在含青霉素的发酵液香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香草素(3)在湿式冶金中的应用用eg .螯合提取剂从铜的提取液中提取铜，2020/5/24，12.1.2三角形相图和杠杆规则如图12-2三角相图、2020/5/24、图所示，将质量为rkg、组成为、的混合物系r与质量为ekg、组成为、的混合物系e混合，得到质量为mkg、组成为、的新的混合物系m，在三角形坐标图中分别用点r、e、m表示。 使m点为r点和e点的和点，使r点和e点变得危险。 另外，图12-3，2，2杠杆规则，2020/5/24，点m与险些e，r的关系可用杠杆规则记述，即，(1)几何关系：点m与险些e，r为同线。 也就是说，点和点在连接两个点的地方；一个在连接另一个点和点的延长线上。 (2)数量关系： e相和r相的量和线段长a、b的关系符合杠杆的原理，即，根据杠杆的规则，如果知道两个危险点就能确定和点，则可以确定另一个点。 将、2020/5/24、12.1.3三角形相图中的相平衡关系1溶解度曲线、连接线、临界混合点、图12-4溶解度曲线、2020/5/24、溶解度曲线将三角形相图分为两个区域：曲线以内的区域为二相区，其他区域为均相区。 很明显，提取操作只能在两相区进行。位于二相区域内的混合物分为相互平衡的两液相，称为共轭相，连接二共轭液相点的直线称为连接线，临界混合点是一定溶质含量下二共轭相变为一相的临界点，其位置一般不是溶解度曲线的最高点，而是总是偏向曲线的一侧，将溶解度曲线分为左右两部分。 在2020/5/24，第2辅助曲线-平衡连接线的插值，以一定温度，三维系的溶解度曲线和连接线是基于实验数据绘图的，如果在使用时需要其他相位的数据与已知平衡，总是通过辅助曲线求出。 另外，图12-5的辅助曲线、2020/5/24、辅助曲线的方法：已知的点R1、R2、分别将BS边的平行线、对应的连接线的另一端点E1、E2分别连接a-b边的平行线、各线分别连接点f、g、而得到的平滑曲线是辅助曲线。 利用辅助曲线，可以求出已知平衡液相的共轭相。 设r为已知的平衡液相，从点r到BS边的平行线交叉辅助曲线为点j，从点j到AB边的平行线，交叉溶解度曲线为点e，则点e为r的共轭相点。2020/5/24、12.1.4分配系数和分配曲线1分配系数、一定温度下某个成分相互平衡的e相和r相的组成比称为该成分的分配系数，溶质a、成分b、提取相e中的成分a、b的质量分数、提取相r中的成分a、b的质量分数、式中2020/5/24、分配系数kA kA值越大，提取分离的效果越明显。 不同物系是具有不同kA值的同一物系，其值随温度和组成而变化。 像第I个物质系统一样，一般kA值会随着温度的上升和溶质组成的增大而下降。 只有在一定温度下溶质的组成范围不太变化时，kA值才可视为常数。 在s和b部分相溶的系统中，kA值随连接线的倾斜度而变化。 在萃取剂s和原溶剂b互不相溶的物质体系中，溶质向两液相的分配关系与吸收类似。 2020/5/24.连接线的倾斜度0kA1，yAxA，连接线的倾斜度为0kA=1，yA=xA，连接线的倾斜度0kA1，yAxA，kA的值越大，提取分离效果越好。 根据相律，当温度、压力一定时、三液相系统平衡时，2020/5/24.二分配曲线的自由度为1。 因此，如果知道任一平衡液相中任一成分的组成，其他成分的组成及其共轭相的组成就成为确定值。 换言之，在温度、压力一定的情况下，溶质的两平衡液相间的平衡关系为提取相e中的成分a的质量分率所表示的3354提取相r中的成分a的质量分率。 的双曲馀弦值。 另外，对于2020/5/24、b、s部分相容时分配曲线、2020/5/24、同一物质系统，温度下降时，s和b的相容度减少，即两相区增加，有利于提取，另外一方面，温度下降时，溶液的粘度增加，不利于两相间的分散混合和分离，因此提取操作温度适当12.1.5温度对相对平衡的影响，2020/5/24，12.1.6萃取剂的选择，适当萃取剂的选择是确保萃取操作正常，经济合理的关键。 萃取剂的选择主要考虑了以下因素。 1萃取剂的选择性和选择性系数、萃取剂的选择性是萃取剂s对原料液中两种成分溶解能力的差异。 s对溶质a的溶解能力比原溶剂b的溶解能力大得多，即提取比较多，提取比较多时，该提取剂的选择性良好。 萃取剂的选择性可以用选择性系数表示，其定义方程式为2020/5/24，影响两层的因素或两相在萃取器中分层较早，与萃取剂分离的混合物存在较大的密度差，特别是对于未加能量的设备，较大的密度差或分层，提高设备的生产能力两液相之间的界面张力对萃取操作有重要影响。萃取物系的界面张力大时，分散相的液滴容易凝集，有利于分层，但界面张力过大时，液体难以分散，难以充分混合两相，反而会降低萃取效果。 界面张力过小，液体容易分散，但容易发生乳化现象，因此两者难以分离，界面张力适度。 2020/5/24、3萃取剂回收容易萃取后的e相和r相以通常蒸馏的方法分离。 萃取剂回收的简便性直接影响萃取作业的费用，决定了萃取过程的经济性。 因此，提取剂s和原料液中的成分的相对挥发度大，不能形成一定的沸点物，优选将组成低的成分分为容易挥发的成分。 当提取的溶质不挥发或挥发度低时，要求减小s的气化热，节约能源。 4萃取剂其他物性萃取剂应具有的一般工业要求：化学稳定性和热稳定性，对设备的腐蚀性小，粘度小，蒸汽压低，无毒，难燃，来源充足，价格便宜等。 通常，很难找到同时满足上述所有要求的萃取剂，为了满足主要要求，必须根据情况进行权衡。 2020/5/24，第二节提取过程的流程和计算，12.2.1单段提取12.2.3多段反流提取12.2.4连续接触反流提取，2020/5/24，提取理论级：原料液和提取剂在混合器中得到足够的液相间接触传质，在清洗器中得到相互平衡的提取相e和提取相r的过程。 【相似理论板】应用理论层面的概念是为了便于过程的分析。 设计时，首先求出必要的理论段数，根据经验得出的等级效率求出实际的提取段数。2020/5/24、12.2.1单极提取、一、单极提取流程二、单级提取计算1、提取剂与原溶剂部分相容的系统、e、m、d、g、(1)图解计算法、2020/5/24、(2)解析计算法、2020/5/24、2， 萃取剂与原溶剂不相溶的系统萃取相中溶质a的浓度、萃取相中溶质a的浓度、2020/5/24、萃取剂为纯溶剂时，Y0=0、单阶段萃取的操作线方程式、XF、e1、2020/5/24、12.2.2多阶段错流提取、1、多阶段错流接触提取的流程、2020/5/24、图中的各圆表示理论级，主要包括以下两部分： (1)原料液和提取剂充分接触传递的混合器； (2)机械分离混合液的分层器。 多级错误流提取过程可用于间歇操作和连续操作。 2020/5/24，多级络合流萃取的特征：萃取操作中，每级加入新鲜萃取剂，前级萃取相为后级原料液，该方式可获得遗传推动力大、溶质组成低的萃取相，但溶剂用量大。 适用于分配系数大的情况和萃取剂不需要用水回收的情况等。 实验表明，相同总量的提取剂在每级添加量相等时提取效果最好。 后续的进料方式都是等量的。 2020/5/24，二，多级络合萃取的计算1，萃取剂与原溶剂部分相互溶解的系统用三角相图求出，根据2020/5/24，(1)伯原料液萃取剂的量和组成，决定伯混合量和组成，得分M1(2) 以通过点M1为连接线进行第1级萃取后得到萃取相E1和萃取相r (3)在第2级根据R1及萃取剂的量和组成决定第2级混合液的梁河组成，得到点m2(4)重复2和3的方法，直至n级萃取相RN浓度满足要求。2020/5/24，2，萃取剂与原料溶剂不相互溶解的系统，从第1级：第2级到第n级：(1)直角坐标图式解法(分配曲线为曲线的情况)，按萃取级将溶质材料平衡计算，2020/5/24，2020/5/24，第1级平衡Y1=mX1代入操作线， (2)解析法分配曲线超过原点的直线：提取系数、2020/5/24、12.2.3多级逆流提取、一、多级逆流提取的流程、2020/5/24、二、多级逆流提取的计算1、提取剂和稀释剂的部分相互溶解的系统、f、RN、m、E1、R1、 R2， 2020/5/24，对一级计算总资料平衡，对二级计算总资料平衡，以下同样对第n级计算总资料平衡，对一级和第n级之间计算总资料平衡，2020/5/24，操作点，2，萃取剂与稀释剂不相容计算直角坐标图解法的任一级与第n级之间溶质a的资料平衡，计算反流提取的操作线方程式，2020/5/24，2020/5/24，(2)解析法，3，多级反流提取的最小溶剂使用量，XR，XF，2020/5/24，12.2.4连续接触反流提取，1， 连续逆流提取的流程为2020/5/24，2，连续逆流提取的计算1 )理论级当量高度法，2 )当质构法、分配曲线为直线时，总质构单元数的解析计算式为：2020/5/24，例如每小时45kg的纯溶剂s稀释剂b的流量为30kg/h，原料液中溶质a的质量比组成为0.3， 可以认为在操作条件下成分b、s不相溶，且相平衡关系为Y=1.5X。 比较了以下3种提取操作溶质a的回收率A。 将单级平衡萃取45kg/h的萃取剂平分，进行2级错流萃取二级逆流萃取。 2020/5/24，解：在操作条件下，可以认为成分b、s互不相溶，分配系数k为常数1.5，因此可以用解析法求出最终的提取液组成Xn，溶质回收率可以用下式计算：2020/5/24，对单级平衡萃取溶质a进行材料平衡计算： b (xf-x1)=s (y1- ys )30 (0.3- x1)=45 y 1除此之外，若解Y1=mX1=1.5X1的式子，则x1=0.0923， 由于可以获得2020/5/24，因此对于通过将45kg/h的提取剂均分为2份而每次两段偏移来提取的每段提取剂添加量为2020/5/24。当用以下公式代入关系数据时，可以获得x 2，2020/5/24.当用以下公式代入关系数据时，可以获得2级逆流提取.2020/5/24，第三节提取设备，12.3.1常见的液体提取设备12.3.2影响提取操作的因素，2020/5/24，1，常见的液体-液体提取设备1 .混合-澄清槽(1)的优点处理量大，水平效率高。 结构简单，放大和操作方便。 二相流量比大于范围，运转稳定可靠，运转停止容易。 对物系的适应性强，也能对应含有少量浮游固体的资料。 易于实现多段连续操作，便于调节级数。 装置不需要大的现场或复杂的辅助设备。 (2)缺点：动力搅拌装置与班级之间需要物流运输设备，设备费用和操作费用高。 2020/5/24，2 .散布塔(1)的优点：什么都没有，阻力小，结构简单，投资费用少，维护方便。 (2)缺点：两相难以均匀分布，轴向返回剧烈。 分散相在塔内仅分散一次，提供的理论级数在12