化工原理-第十章液-萃取3536学时

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10.1

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二、萃取操作流程萃取操作示意图10.1.1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

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

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

√二、萃取操作的应用萃取操作应用场合溶质浓度很低

,且为难挥发组分物系的分离热敏性物系的分离（从发酵液中对青霉素及咖啡因的提取）相对挥发度物系的分离第十章

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

一、组成在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D点ABS二、各组分量之间的关系－杠杆规则杠杆规则M=和点差点差点MAMBMA+MB杠杆规则的应用

ABS液相Rr

kgxA、xS、xB

液相E

e

kgyA、yS、yB液相M

m

kgzA、zS、zB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Ⅰ类物系

Ⅱ类物系

√1.溶解度曲线的两种形式①A完全溶于B及S，B与S不互溶②A完全溶于B及S，B与S部分互溶③A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联结线☆溶解度曲线的做法加A由浊至清②M1E1MR1QL将B、S按一定比例混合为M点组成，静置得L、Q两液相；加一定量的A成M1点，静置得R1、E1；至某量时出现清液，止。再加A，…，ABS溶解度曲线

(2)－已知辅助曲线辅助曲线溶解度曲线临界混溶点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由辅助曲线求联结线2.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)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分配系数分配系数kA

指某种物系在一定的温度下萃取，共轭相中A在E相中的组成yA与在R相中的组成xA之比。

kA值越大，表明A组分更多地进入E相，萃取分离的效果越好。kA>,=,<1，表现在联结线的走向如图示。kA>1kA=1kA<1xAyAxByB一、以质量分数表示的平衡方程气液平衡方程液液平衡方程萃取相中溶质分数萃余相中溶质分数分配系数若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三、分配曲线在x-y图上表示液液相平衡关系，相当于精馏和吸收的相平衡曲线。y—E质分，x—R质分，分配系数k=y/xyx分配曲线

kA>1的体系，其分配曲线位于对角线y=x

的上方；

kA<1的体系在下方；kA=1时，分配曲线与y=x

线相重合。P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。

选择性系数因为所以萃取效果β

萃取操作β

＝1

不能实现萃取分离一、萃取剂的选择性与选择性系数～二、萃取剂S与稀释剂B的互溶度yA=0.21yB=0.19xA=0.06xB=0.81E'R'变小。虽然kA>1且=14.6，但是萃取的效果还是不太好。当B、S互溶度较大时，两相区互溶度小些为好。三、S回收的难易与经济性因常用精馏回收S。所以由S萃取A形成的E(S多A少)，最好使A成为易挥发组分。分离R时，则因S少B多，使S为易挥发组分。且AS和SB愈大愈好。若S为易挥发组分，则其气化热要小。若S萃取能力大，则循环量小，E相中S的回收费用低；或S在B中的溶解度小，也可减小R相中S的回收费用。若

1，可以考虑用反萃取和结晶的方法分离。四、萃取剂的其它物性

1.

LL↑→液-液分层速度↑→设备生产能力↑

2.界面张力

LL

LL↑，分散相中的细小液滴易于聚结，有利于分层；但

LL↑↑，则液体不易分散，传质接触面积↓→分离效果↓，此时需要较多的外加能量用于分散相的建立。若

LL过小，液体易分散甚至产生乳化现象，难以分层。

3.L,SS的L,S↓→利于两相的混合与分层、流动与传质。若S的粘度太大，可以用其它溶剂调节。萃取剂要有良好的化学稳定性，不分解不聚合，要有足够的热稳定性和抗氧化稳定性，对设备的腐蚀性要小；应具有较低的凝固点；毒性小、不易燃、来源充足、价格低廉等。

☆当没有一种溶剂能满足上述要求时，可以采用几种溶剂组成的混合萃取剂，以获得较好的性能。☆温度对萃取剂性能的影响当T↓→↑→流动性↓

↑传质速率↓扩散系数↓所以有必要选择适宜的操作T。10.1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单级萃取的计算萃取设备可以分为“级式”和“连续式”两类。对于前者，既可以进行间歇操作也可以进行连续操作，其主要计算是求所需的理论级数(相当于NT)；后者计算传质单元数(NOE)。因为一个实际萃取级达不到一个理论级的分离能力，所以要用“级效率”予以校正。级效率通常是由实验测得。

10.3液－液萃取过程的计算1.

单级萃取的计算指原料液F和溶剂S只进行一次混合、传质，具有一个理论级的萃取分离过程。一般只适用于A在S中的溶解度很大或A的萃取率要求不高的场合。A+BSER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

单级萃取图解xF纯溶剂FxRREMyE一、B与S部分互溶物系二、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，