第八章--液-液萃取.

第八章液－液萃取SolventExtraction第八章液－液萃取第一节概述第二节三元体系的液－液相平衡第三节萃取过程的计算第四节液－液萃取设备第一节概述一、液液萃取简介二、液液萃取在工业上的应用三、液液萃取的基本流程一、液液萃取简介1.萃取原理液-液萃取(抽提)：利用液体混合物中各组分对溶剂溶解度的差异来分离或提纯物质的传质过程。目的:分离液-液混合物。依据:利用混合物中各组分在某一溶剂中的溶解度之间的差异。溶质A：混合液中欲分离的组分稀释剂（原溶剂）B：混合液中的溶剂萃取剂S：所选用的溶剂所处理的混合液原料液F：2.萃取过程的描述混合传质过程：F及S充分接触,组分发生相转移；沉降分相过程：形成两相E、R，由于密度差而分层；脱除溶剂过程单级萃取流程示意图原料溶剂混合器澄清槽轻相重相两相萃取相E,y——溶剂相中出现(S+A+B)萃余相R,x——原溶剂相中出现(B+S+A)萃余相脱除溶剂得萃余液R’,x’脱溶剂后萃取相脱除溶剂得萃取液E’,y’3.萃取后组成之间的变化萃取后:BABAxxyyAAxy使组分A、B得到一定程度的分离。脱出溶剂后：5.萃取分离的适用场合(1)混合物中各组分的相对挥发度接近1或形成恒沸物；(2)混合物中含有较多的轻组分；(3)欲回收的物质为热敏性物料；(4)提取稀溶液中有价值的物质，分离极难分离的金属。4.实现萃取操作的基本要求(1)选择适宜的溶剂。(2)原料液与溶剂充分混合、分相，形成的液-液两相较易分层。(3)溶剂易于回收且价格低廉。二、液液萃取在工业上的应用(1)液液萃取在石油化工中的应用•分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物•用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡•以HF-BF3作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体(2)液液萃取在生物化工和精细化工中的应用•以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液•香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素•食品工业中TBP从发酵液中萃取柠檬酸(3)液液萃取湿法冶金中的应用用溶剂LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜单级萃取装置示意图三、液液萃取的基本流程萃取单组分萃取双组分萃取（回流萃取）单级萃取或并流接触萃取多级错流萃取多级逆流萃取连续逆流萃取第二节三元体系的液－液相平衡一、组成在三角形相图上的表示方法二、液-液平衡关系在三角形相图上的表示法三、萃取过程在三角形相图上的表示四、萃取剂的选择三元物系溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，但萃取剂S与稀释剂B不互溶溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，稀释剂B与萃取剂S也可部分互溶三元混合液中有两对组分可部分互溶，即溶质A与萃取剂S部分互溶，稀释剂B与萃取剂S也部分互溶一、组成在三角形相图上的表示方法1.三元组成在三角形相图中的表示法三个顶点：纯物质三条边上的点：二元混合物·7.0BHxA3.0AHxBABSHMDEGFKH点的组成为：三角形内的任一点：一定组成的三元混合物M点的组成为：3.03.04.0AKxSGxBExSBA0.13.03.04.0SBAxxxABSHMDEGFK直角三角形相图M点的横坐标表示萃取剂S的质量百分数3.0Sx纵坐标表示溶质A的质量百分数4.0Ax3.03.04.011SABxxxABSHMDEGFK2.杠杆法则●•三点共线M点：合点C、E：差点●C●E•线段成比例MDMCCDCDDMMCCDCMMD——萃取物料衡算的依据二、液-液平衡关系在三角形相图上的表示法1.溶解度曲线与联结线（共轭线）(1)溶解度曲线单相区两相区FMRE共轭相：R相和E相联结线（共轭线）：RE(2)溶解度曲线的实验方法R2E2M2R1E1M1R3E3M3J混溶点2.辅助曲线和临界混溶点辅助线的作法C1C2C3P辅助线的作用：求平衡液相的共轭相REP点：临界混熔点或褶点—特征是什么？辅助曲线作法：利用辅助曲线求取共轭相组成3.分配系数和分配曲线(1)分配系数相中的组成在组分相中的组成在组分RAEAkAAAxyBBBxyk分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。kA值与联结线的斜率有关。联结线的斜率＞0kA＞1，yA＞xA联结线的斜率为0kA=1，yA=xA联结线的斜率＜0kA＜1，yA＜xAkA值愈大，萃取分离的效果愈好。(2)分配曲线)(AAxfy——分配曲线的数学表达式4.温度对相平衡关系的影响物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加大温度升高，分层区面积缩小T1＜T2＜T3三、萃取过程在三角形相图上的表示●FMMSMFFSREMEMRREERFREFEFRREmaxE四、萃取剂的选择1.萃取剂的选择性和选择性系数(1)萃取剂的选择性在萃余相中的质量分率在萃余相中的质量分率在萃取相中的质量分率在萃取相中的质量分率BABABABAxxyyBBAAxyxyBAkkβ=1，BABAxxyyA、B两组分用萃取分离不适宜；β1，萃取时组分A可以在萃取相中浓集，β越大，组分A与B萃取分离的效果越好。(2)选择性系数和分配系数的关系kA愈大，kB愈小，选择性系数愈大选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小2.萃取剂S与稀释剂B的互溶度组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积。maxEmaxE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。B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。3.萃取剂回收的难易被分离体系相对挥发度α大，用蒸馏方法分离；如果α接近1，用反萃取，结晶分离等方法。4.萃取剂的其它性质(1)萃取剂的密度萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差(2)界面张力界面张力较大时，有利于分层；界面张力过大，难以使两相混合良好；界面张力较小时，两相难以分离。首要考虑的还是满足分层的要求。一般不选界面张力过小的萃取剂。(3)粘度粘度小对萃取有利5.一般工业要求化学稳定性、不易聚合、分解，有阻垢的热稳定性，抗氧化的稳定性，对设备的腐蚀性小，无毒，来源容易，价格便宜等第三节萃取过程的计算一、单级萃取的流程与计算二、多级错流接触萃取的流程与计算三、多级逆流萃取的流程与计算四、连续逆流萃取的流程与计算一、单级萃取的流程与计算1.单级萃取的流程mF,xF混合器澄清槽mSmM,zmE,ymR,x原料液FFx萃取剂Ssy萃余相RRx萃取相EEy2.单级萃取的计算(1)萃取剂与稀释剂部分互溶的体系●F●REMFMSMFSMRMEERMERSFE’R’''''FEFRREFRE''DDSFDFSminGGSGFFSmax(2)萃取剂与稀释剂不互溶的体系萃取相中溶质A的浓度)()(SkgAkgY萃余相中溶质A的浓度)()(BkgAkgXREFBXSYSYBX0)()(0FREXXBYYS0)(YXXSBYRFE)(0FRXXSBY当萃取剂为纯溶剂时，Y0=0)(FREXXSBY——单级萃取的操作线方程XYXFSBE1X1Y1二、多级错流接触萃取的流程与计算1.多级错流接触萃取的流程2.多级错流萃取的计算(1)萃取剂和稀释剂部分互溶的体系M1010FSMSMFR1E1M2R2E2M3E3R3(2)萃取剂和稀释剂不互溶的体系对第一级：)(1101FXXSBYY第2到N级：..............................................................................)(12202XXSBYY)(1NNNonXXSBYY——错流萃取每一级的操作线方程a）直角坐标图解法OEY0XFV-B/S1E1X1Y1U-B/S2E2X2Y2-B/S3b）解析法KXY分配曲线：设：BKSAm——萃取因子)ln()1ln(1KYXKYXAnSnsFm三、多级逆流萃取的流程与计算1.多级逆流萃取的流程2.多级逆流萃取的计算(1)萃取剂与稀释剂部分互溶的体系FRNME1△R1E2R2E3NREMSF1对第一级作总物料衡算211112EREFEREF或对第二级作总物料衡算32212231ERERREER或依此类推，对第n级作总物料衡算SRERERSRNNNNNN11或NNiiEREREREREF1132211SRN——操作点(2)萃取剂与稀释剂不互溶的体系a）直角坐标图解法在第一级与第N级间作溶质A的物料衡算SYBXSYBXNF0)()(01NFFNXXSBXXSBYY——逆流萃取的操作线方程XYOEXFY1P1XNSE1P2b）解析法]1)11ln[(ln1mSnSFmmAKYXKYXAAn(3)多级逆流萃取的最小溶剂用量XYOEXRXFk1k2kminMminminmin/kBS四、连续逆流萃取的流程与计算1.连续逆流萃取的流程2.连续逆流萃取的计算(1)理论级当量高度法)(HETSnh(2)传质单元法FnXXXXXdXaKBhORORNHh当分配曲线为直线时，萃余相总传质单元数的解析计算式为：mSnsFmmORAKYXKYXAAN1)11(ln111第四节液－液萃取设备一、混合—澄清槽二、塔式萃取设备三、离心萃取塔四、萃取设备的选择要求：提供适宜的传质条件，使两相充分有效地接触并伴有较高程度的湍流，保证两相之间迅速有效地进行传质，并使两相得到及时、完善的分离。分类：(1)按两相接触方式划分逐级接触——浓度呈阶跃式变化，微分接触式——浓度连续变化。（2）按外界是否输入机械能划分重力流动设备、外加能量的设备。（3）按设备结构特点和形状划分组件式——由单级萃取设备组合；塔式——板式塔、喷洒塔、填料塔一、混合—澄清槽1.结构混合－澄清槽轻相重相重相轻相2.优点处理量大，级效率高；结构简单，容易放大和操作；两相流量比范围大，运转稳定可靠，易于开、停工；对物系的适应性好，对含有少量悬浮固体的物料也能处理；易实现多级连续操作，便于调节级数。不需高大的厂房和复杂的辅助设备。3.缺点占地大，溶剂储量大。需要动力搅拌和级间物流输送设备，设备费和操作费较高。4.应用适用于所需级数少、处理量大的场合。Elgin型喷淋萃取塔轻相重相轻相重相Elgin型喷淋萃取塔二、塔式萃取设备1.喷洒塔（喷淋塔）特点：无塔内件，阻力小，结构简单，投资少易维护。但两相很难均匀分布，轴向反混严重，理论级数不超过1~2级，传质系数小。轻相重相轻相重相2.筛板萃取塔筛板塔轻液轻液重液重液筛板轻液分散在重液内的混合液分散相聚集界面溢流管塔板上两相流动情况：为保证筛板塔正常操作，应考虑以下几点：①分散相应均匀地通过全部筛孔，防止连续相短路而降低分离效率；②两相在板间分层明显，要有一定高度的分散相累积层。轻液分散的筛板萃取塔轻液向上流相界面轻液筛板降液管重液向下流挡板分散的轻液轻液向上流相界面重相液滴筛板升液管重液向下流挡板重液重液分散的筛板萃取塔3.填料萃取塔特点：填料萃取塔结构简单，造价低廉，操作方便，级效率较低，在工艺要求的理论级小于3，处理量较小时可考虑采用。填料萃取塔轻液轻液重液重液液－液相界面填料4.转盘萃取塔特点：结构简单，造价低廉，维修方便，操作弹性和通量较大，应用较广。轻液轻液重液重液界面格栅定环转盘转盘萃取塔5.搅拌填料塔重液出轻液出重液入轻液入1.转轴2.搅拌器3.丝网填料123三、离心萃取器优点：处理量大，效率较高，提供较多理论级，结构紧凑，占地面积小，应用广泛。缺点：能耗大，结构复杂，设备及维修费用高。应用：适用于要求接触时间短，物流滞留量低，易乳化，难分相的物系。驱动槽轮轻相进重相出转鼓清洗通道栓塞轻相出重相进机械密封波式离心萃取器示意图四、萃取设备的选择选择原则：（1）稳定性及停留时间稳定性差—停留时间尽可能短—离心萃取器；伴有较慢的化学反应时—停留时间长—混合-澄清槽