《化工单元过程及设备的选择与操作》-项目5：蒸馏分离技术

学习情境四萃取过程及设备的选择与操作引 言氧气2-乙基蒽醌氢气

氢

化

氧化

分

离后处理双氧水如何分离？蒽醌法生产双氧水的工程过程

如何从蒽醌氧化液中分离出双氧水？工程任务过氧化氢2-乙基蒽醌四氢-2-乙基蒽醌磷酸三辛酯及芳烃等溶剂2-乙基蒽醌2-乙基氢蒽醌四氢-2-乙基蒽醌四氢-2-乙基氢蒽醌氢化反应氧化反应2-乙基氢蒽醌2-乙基蒽醌双氧水四氢-2-乙基氢蒽醌四氢-2-乙基蒽醌双氧水项目任务某化工厂用蒽醌法生产双氧水，年产100kt（要求H2O2质量分数为27.5%）。已知该厂从氧化塔出来的氧化液的流量为470m3/h，其中H2O2浓度为7.3g/L，现在要求将H2O2从氧化液中的分离出来，得到浓度大于350g/L以上的双氧水水溶液，通过净化处理获得含H2O2

27.5%以上的双氧水成品。请拟定从氧化液中分离出双氧水的方案。任务分析由于在氧化塔内生成的H2O2是溶解在2-乙基蒽醌、四氢-2-乙基蒽醌、芳烃和磷酸三辛脂的工作液中的，因此氧化液是一个均相液体混合物。现在任务要求从（氧化液）中分离出双氧水。显然，

这是一个典型的均相液体混合物的分离任务。均相液体混合物的分离方法一、蒸发二、蒸馏三、萃取分离方法一、蒸 发应用场合不挥发的溶质与挥发性的溶剂的分离！工作过程蒸发是将含有不挥发溶质的溶液加热，在沸腾状态下，让其中的溶剂汽化，使溶液不断浓缩。蒸发的主要用途①浓缩稀溶液直接制取产品如电解烧碱液的浓缩、果汁的浓缩②浓缩溶液和回收溶剂。中药生产中浸出液的浓缩。③为了获得纯净的溶剂。如海水的淡化。二、

蒸馏蒸馏是利用均相液体混合物中各组分的挥发性的不同，也可以说是沸点的不同，采用汽化和冷凝的方法使均相液体混合物得到分离的单元操作。蒸馏的应用场合液体混合物中各组分之间挥发性相差较大，分离任务量又很大，且不需要很高的温度就能使各组分汽化时，这类均相液体混合物的分离一般均采用蒸馏的方法。三、

萃取萃取是利用均相液体混合物中各组分在萃取剂中溶解度的差异来实现传质分离的，是分离均相液体混合物的单元操作之一。萃取的应用溶液中要分离的组分是热敏性物质，受热易于分解、聚合或发生其它化学变化。混合液中各组分之间的挥发性相近，沸点相近，相对挥发度接近于1，甚至形成恒沸物时，用一般的蒸馏方法难以达到或达不到分离要求的纯度。需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高，用蒸馏方法需蒸出大量稀释剂，消耗能量很多。萃取属于低温分离方法，在石油化工、精细化工、湿法冶金、原子能化工和环境保护等方面被广泛的应用。均相液体混合物的分离方法蒸发蒸馏萃取形成溶液的各组分中，至少有一种组分是不挥发的，要求将不挥发性的溶质分与挥发性的溶剂分离。溶液中各组分的均具挥发性，且各组分之间挥发性相差较大，

分离任务量大，各组分的沸点不是很高，不需要很高的温度就能使各组分汽化总 结萃取是低温分离方法。一般不能用蒸发与蒸馏方法分离的液体混合物，考虑用萃取方法分离。如含有热敏性组分的液体混合物。用蒸发与蒸馏能耗太大的混合物。任务解决--蒽醌氧化液分离方法的选择蒽醌氧化液氧化液的特点：氧化液中各个组分均具挥发性，过氧化氢的沸点为158℃、乙基蒽醌、芳烃和磷酸三辛脂均为沸点较高的有机物，工作液的沸点在185℃左右，工作液与过氧化氢的沸点相差不大。过氧化氢为热敏性物质，加热易分解。氧化液中过氧化氢的浓度本身也较稀。显然蒸发和蒸馏这两种方法是不合适的！实际生产中一般采用萃取的方法来分离思 考萃取是如何操作的？在萃取过程要解决哪些基本问题？怎样解决这些问题？学习情境四萃取工作过程及设备的选择与操作任务一 萃取工作过程的认识任务一、萃取工作过程的认识

一、萃取的原理

二、萃取工作过程及基本术语

三、工业上的萃取案例一、液液萃取的基本原理液液萃取就是在欲分离的液体混合物(原料液)中加入一种与原溶剂不溶或部分互溶的液体溶剂

(称为萃取剂)，形成两相系统，利用原料液中各组分在两相中溶解度的差异(分配差异)，易溶组分较多地进入萃取剂相从而实现混合液分离的操作称为液液萃取。

二、萃取工作过程及基本术语

工作过程思考题：在动画中能得到纯组分A吗？工作过程基本术语原料液F萃取相E萃余相R由溶质A和稀释剂(原溶剂)B组成。以

萃取剂S为主，并溶有较多的溶质。以原溶剂(稀释剂)B为主，且含有未被萃取的溶质。当萃取剂S与原溶剂B为部分互溶，则萃取相中还含有少量的稀释剂B，萃余相中也含有少量的萃取剂S。萃取液E′

是萃取相E脱除萃取剂后剩下的部分。萃余液R′

是萃余相R脱除萃取剂后剩下的部分。回忆中学化学实验—用四氯化碳萃取水中的少量碘。原料F： （碘水溶液 ）溶质： （ 碘稀释剂：

（ 水））萃取剂：

（

四氯化碳 ）萃取相组成：

（四氯化碳+碘）萃余相组成：

（

水+少量碘

）术语填空四氯化碳萃取水中的少量碘萃取前 萃取后变化：碘从水中转移到四氯化碳中，并增浓变化根本原因：碘在水与四氯化碳中溶解度不同萃取概念：萃取是利用系统中组分在溶剂中有不同的溶解度来分离混合物的单元操作。利用物质在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使溶质物质从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中的方法。四氯化碳萃取水中的少量碘实验室萃取步骤⚫分液漏斗的选择和检验⚫振荡萃取⚫静置分层⚫分液萃取操作并没有得到纯净的组分少量多次萃取（一般三次）效果较好R′

:E′

:R:E:M:F:练一练：当B和S部分互溶时在下图中标出各部分组分含量的相对大小？E:

A+S+少量BF: A+BM: A+B+SR: B+少量S+少量AE′

:

A

+B

(少量)R′

:

B+A

(少量)

三、工业案例

萃取的发展 1883年，用乙酸乙酯之类的溶剂由醋酸的稀溶液制取浓醋酸。20世纪40年代末，采用磷酸三丁酯作为核燃料的萃取剂以后，萃取过程得到了日益广泛应用和发展。新型萃取分离技术被应用于工业：如：超临界萃取、双溶剂萃取、化学萃取、分馏萃取。无机化工中的液液萃取过程－－湿法冶金中：由锆英石生产二氧化锆和二氧化铪萃取剂N235---三烷基叔胺的混合物P204---磷酸二异辛酯三、工业案例行业原料萃取剂萃取物石油化工催化重整产物、直馏汽油或煤油二甲基亚砜芳香烃含重渣油的石蜡丙烷石蜡及沥青C4碳氢化合物二甲基甲酰胺丁二烯石脑油糠醛、糠醇、水重芳香族化合物石化企业中的液-液萃取过程有机化工中液 的液萃取过程三、工业案例其他行业中的液-液萃取过程油脂工业植物油和动物脂丙烷不饱和甘油酯和维生素植物油糠醛不饱和甘油酯医药工业植物浸渍液苯、二甲苯提取物含青霉素发酵液醋酸丁酯青霉素其他醋酸稀溶液乙酸乙酯醋酸石油化工厂催化裂化废水轻催化油酚三、工业案例萃取过程工作任务分析从上面的萃取案例中，我们已经看出，在不同的行业，处理的对象不同，分离的目的不同，所用萃取剂也不相同，萃取过程所采用的工艺条件更是千变万化。但作为萃取过程本身，其实质都是一样的。无论是哪种分离体系，哪一种流程，它们均需要解决如下共性问题，完成以下几个任务：萃取需要解决的问题萃取体系的选择萃取剂的选择工艺和操作条件的确定萃取操作方式的确定萃取流程的建立萃取剂用量的确定萃取设备的选型和设计思考江苏高校品牌专业——石油化工技术情境四：萃取过程及设备的选择与操作任务三 萃取设备的确定课程：化工单元过程及设备的选择与操作知识点：萃取设备的认识工程任务引入在双氧水生产的工程项目选择分离方法——萃取萃取剂选择——水操作方式选择——连续逆流接触式萃取萃取剂用量确定——10m3/h如何实现设备确定萃取设备的分类按有无外加能量分类有外加能量无外加能量密度差较大，仅依靠液体进入设备时的压力差及密度差即可使液体有较好分散和流动两相密度差较小，界面张力较大，液滴易聚合不易分散，此时常采用从外界输入能量的方法来改善两相的相对运动及分散状况，如施加搅拌、振动、离心等萃取设备的分类按接触方式分类逐级接触式微分接触式每一级均进行两相的混合与分离，故两液相的组成在级间发生阶跃式变化，可用于间歇操作，又可用于连续操作两相逆流连续接触传质，两液相的组成则发生连续变化，一般为连续操作萃取设备的分类按结构特点分类组件式塔式一般为逐级式，可以根据需要灵活地增减级数；可以是逐级式的，如筛板塔，也可以是连续接触式，如填料塔。

典型萃取设备——混合-澄清器 混合-澄清器是级式萃取设备由混合室与澄清室组成混合-澄清器1-搅拌器；2-两液相的混合物；3-轻液相；4-轻液溢流口；5-重液层；6-重液出口

典型萃取设备——混合-澄清器 混合-澄清器是级式萃取设备由混合室与澄清室组成混合-澄清器1-搅拌器；2-两液相的混合物；3-轻液相；4-轻液溢流口；5-重液层；6-重液出口混合室

典型萃取设备——混合-澄清器 混合-澄清器是级式萃取设备由混合室与澄清室组成混合-澄清器1-搅拌器；2-两液相的混合物；3-轻液相；4-轻液溢流口；5-重液层；6-重液出口澄清室

典型萃取设备——混合-澄清器 混合室大多应用机械搅拌，有时也可将压缩气体通入室底进行气流式搅拌在混合室内停留一定时间，经充分传质后再流入澄清室2混合室1-搅拌器；2-两液相的混合物原料液和萃取剂进入混合室后，在搅拌装置的作用下，其中一相破碎成液滴而分散于另一相中，从而加大相际接触面积并提高传质速率

典型萃取设备——混合-澄清器 澄清室3-轻液相；4-轻液溢流口；5-重液层；6-重液出口在澄清室中，轻、重两相依靠密度差进行重力沉降（或升浮），并在界面张力的作用下凝聚分层，形成萃取相和萃余相。根据生产需要，可以将多个混合-澄清级串连起来组成多级逆流或错流的流程。混合澄清器特点：结构简单，级效率高，放大效应小，易实现多级连续操作，能够适应各种生产规模，但设备占地面积大，多级操作时每级内都设有搅拌装置，投资和运转费用较大。典型萃取设备——萃取塔通常将高径比较大的萃取装置统称为塔式萃取设备，简称萃取塔。萃取塔应具有分散装置，以提供两相间良好的接触条件塔顶、塔底均应有足够的分离空间，以便两相的分层萃取塔——转盘塔转盘塔是装有回旋搅抖圆盘的萃取设备塔体呈圆筒形，其内壁上装有固定环，将塔分隔成许多小室，塔的中心从塔顶插入一根转轴，转盘即装在其上。转轴由塔顶的电动机带动塔的顶部和底部是澄清区，它们同塔中段的萃取区有的用格栅相隔。转盘塔结构简单，造价低廉，维修方便，操作弹性大，通量大，应用比较广泛。萃取塔——筛板塔轻液由底部进入，经孔板分散成液滴，在塔板上与连续相密切接触后，分层凝聚，并积聚在上一层筛板的下面，然后借助压力的推动，再经孔板分散，最后由塔顶排出。重液连续相由上部进入，经降液管至筛板后，经溢流堰流入降液管进入下面一块筛板。依次反复，最后由塔底排出。在筛板萃取塔内分散相的多次分散和聚集，液滴表面不断更新使其具有较高的传质效率，同时塔板的限制也减小了轴向返混现象的发生，加之筛板塔结构简单，造价低廉，可处理腐蚀性料液，因而得到相当广泛的应用。

萃取塔——筛板塔改进（脉冲塔）脉冲萃取塔是指在外力作用下，液体在塔内产生脉冲运动的筛板塔在塔的下澄清段装有脉冲管，萃取操作时，由脉冲发生器提供的脉冲使塔内液体作上下往复运动，迫使液体经过筛板上的小孔，使分散相破