化工原理_37液液萃取和液固浸取概述

1、1第十章 液液萃取和液固浸取 通过本章学习，应掌握液液相平衡在三角形相图上的表示方法，能用三角形相图对单级萃取过程进行分析和计算。了解多级萃取过程的流程与计算方法；萃取设备的类型及结构特点。学习目的与要求210.1液液萃取概述 10.1.1 萃取的原理与流程第十章 液液萃取和液固浸取3一、萃取过程的原理形成两相体系的方法引入一液相（萃取剂）分离物系液体混合物萃取原理液体混合物 (A + B)引入另一液相（萃取剂S）各组分在萃取剂中溶解度不同液相E(萃取相)(S + A+微量B) 液相R(萃余相) (B + 微量A、S)示例用苯萃取分离醋酸和水混合物4二、萃取操作流程萃取操作示意图510.1.1

2、 萃取的原理与流程第十章 液液萃取和液固浸取10.1.2 萃取的分类与应用10.1液液萃取概述 6一、萃取过程的分类按有无化学反应分类萃取化学萃取物理萃取 按萃取级数分类多级逆流萃取 萃取多级萃取单级萃取 多级并流萃取 7按萃取技术分类双溶剂萃取单溶剂萃取 膜萃取凝胶萃取超临界萃取一、萃取过程的分类萃取反向胶团萃取按萃取组分数目分类萃取多组分萃取单组分萃取 8二、萃取操作的应用萃取操作应用场合v 溶质浓度很低 ,且为难挥发组分物系的分离v 热敏性物系的分离v 相对挥发度 物系的分离19第十章 液液萃取和液固浸取10.2 液液相平衡关系10.2.1液液平衡相图10.1液液萃取概述 10一、组成在

3、三角形相图上的表示方法萃取为三元物系的分离过程溶质 A原溶剂 B萃取剂 S三角形坐标图等边三角形坐标图等腰三角形坐标图非等腰三角形坐标图组成在三角形坐标图上的表示方法 M 点40. 0Ax30. 0Bx30. 0Sx D 点40. 0Ax60. 0SxABSDM12二、各组分量之间的关系杠杆规则杠杆规则M =BAMMMMAMMBO和点A差点B差点MAMBMMA + MBOAOBABOBABOA杠杆规则的应用 ABSMREAxSxBxAyBySyAzSzBz液相 R r kgxA、xS、xB 液相 E e kgyA、yS、yB液相 M m kgzA、zS、zBermEMRMreAAAAyzzxE

4、RRMmeAAAAyxzx14三、液液平衡相图(溶解度曲线) 根据萃取操作中各组分的互溶性，三元物系分为以下情况，即类物系 类物系 1. 溶解度曲线的两种形式 A完全溶于B及S，B与S不互溶 A完全溶于B及S，B与S部分互溶 A完全溶于B，A与S部分互溶 B与S部分互溶溶解度曲线 (1)已知联结线共轭相均相区两相区溶解度曲线临界混溶点联结线溶解度曲线 (2)已知辅助曲线辅助曲线溶解度曲线两种溶解度曲线的互换由联结线求辅助曲线两种溶解度曲线的互换1E2E1R2R由辅助曲线求联结线192. 温度对溶解度曲线的影响温度 T溶解度两相区不利于萃取操作三、液液平衡相图(溶解度曲线)20第十章 液液萃取和

5、液固浸取10.2 液液相平衡关系10.2.1液液平衡相图10.1液液萃取概述 10.2.2 液液平衡方程与分配曲线21一、以质量分数表示的平衡方程气液平衡方程AAAxky 液液平衡方程AAAxky萃取相中溶质分数萃余相中溶质分数分配系数AAAxykBBBxyk22若 S与 B完全不互溶萃取相中不含 B，S 的量不变萃余相中不含 S ，B 的量不变用质量比计算方便液液平衡方程AAAXKY 二、以质量比表示的平衡方程萃取相中溶质的质量比分配系数萃余相中溶质的质量比23三、分配曲线 以xA为横坐标，yA为纵坐标，在直角坐标图上，每一对共轭相可得一个点，将这些点联结起来，得到曲线称为分配曲线。溶解度曲

6、线分配曲线24分配曲线的作法PPxy xy25第十章 液液萃取和液固浸取10.2 液液相平衡关系10.2.1液液平衡相图10.1液液萃取概述 10.2.2 液液平衡方程与分配曲线10.2.3 萃取剂的选择26一、萃取剂的选择性与选择性系数 萃取剂的选择性是指萃取剂 S对原料液中两个组分溶解能力的差异。 选择性系数萃余相中B的质量分数萃余相中A的质量分数萃取相中B的质量分数萃取相中A的质量分数BBAABABAxyxyxxyy27AAAxky因为所以BBAyxkBAkk萃取效果 萃取操作1BByx1 1 不能实现萃取分离一、萃取剂的选择性与选择性系数28二、萃取剂的选择萃取剂选择考虑的主要因素v

7、选择性系数v 原溶剂 B与萃取剂 S的互溶度 v 萃取剂回收的难易v 萃取剂的其他物性 密度 表面张力 黏度v 萃取剂的稳定性、安全性、经济性2910.1 萃取过程概述 第十章 液液萃取和液固浸取10.2 液液相平衡关系10.3 液液萃取过程的计算10.3.1 单级萃取的计算30一、B 与 S 部分互溶物系已知：原料量 F 、原料组成 xF 溶剂组成 yS规定：萃余相组成 xR计算：萃取剂量 S 萃取相量 E 、组成 yE 萃余相量 R 萃取液量 、组成 萃余液量 、组成 EEyRxR单级萃取图解xF纯溶剂FxRREMyEEyRxER32ERSFMMSMFFS=RERMMEEMRERFRFEE

8、FRGSFGFSmin=HSFHFSmax=maxminSSS一、B 与 S 部分互溶物系33二、B 与 S不互溶物系若 B与 S 完全不互溶萃取相中不含 B，S 的量不变萃余相中不含 S ，B 的量不变用质量比计算方便XFYEXRYS原料液中组分A的质量比，kgA / kgB萃取相中组分A的质量比，kgA / kgS萃余相中组分A的质量比，kgA / kgB萃取剂中组分A的质量比，kgA / kgS34对溶质 A质量衡算RESFBXSYSYBX+=+)XX(SBYYFRSE=操作线方程斜率SB过点),(SFYX直角坐标图图解法BFXSSYBRXRESEY二、B 与 S不互溶物系35单级萃取图

9、解计算斜率 B/SSYEY)1 (RRXBBXBR)1 (EEYSSYSEFXRX【例10-1】一定温度下测得的A、B、S三元物系的平衡数据如本题附表所示。 （1）绘出溶解度曲线和辅助曲线；（2）查出临界混溶点的组成；（3）求当萃余相中 xA=20%时的分配系数kA 和选择性系数 ；（4）在1000kg含30%A的原料液中加入多少kg S才能使混合液开始分层？（5）对于第（4）项的原料液，欲得到含36%A的萃取相E，试确定萃余相的组成及混合液的总组成。编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 E相 yA 0 7.9 15 21 26.2 30 33.8 36.5

10、39 42.5 44.5 45 43 41.6 yS 90 82 74.2 67.5 61.1 55.8 50.3 45.7 41.4 33.9 27.5 21.7 16.5 15 R相 xA 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15.0 17.5 20 25 30 35 40 41.6 xS 5 5.05 5.1 5.2 5.4 5.6 5.9 6.2 6.6 7.5 8.9 10.5 13.5 15 例4-1 附表 A、B、S三元物系平衡数据（质量分数）三元物系平衡数据（质量分数） 解：（1）溶解度曲线和辅助曲线 由题给数据，可绘出溶解度曲线LPJ，由相应的联结线数据，可作出辅助曲线J

11、CP，如本题附图所示。(2) 临界混溶点的组成 辅助曲线与溶解度曲线的交点P即为临界混溶点，由附图可读出该点处的组成为 xA=41.6%,xB=43.4%,xS=15.0%(3)分配系数kA 和选择性系数 根据萃余相中xA =20%，在图中定出R1点，利用辅助曲线定出与之平衡的萃取相E1点，由附图读出两相的组成为 E相 yA=39.0%,yB=19.6% R相 xA=20.0%,xB=73.4%由式10-4计算分配系数，即 及 由式4-6计算选择性系数，即 （4）使混合液开始分层的溶剂用量 根据原料液的组成在AB边上确定点F，联结点F、S，则当向原料液加入S时，混合液的组成点必位于直线FS上。当S的加入量恰好使混合液的组成落于溶解度曲线的H点时，混合液即开始分层。分层时溶剂的用量可由杠杆规则求得，即 所以 40(5) 两相的组成及混合液的总组成 根据萃取相中 yA=36%，在图中定出E2点，由辅助曲线定出与之相平衡的R2点。由图读得x