第四章液-液萃取1.

4.1液－液萃取概述4.1.1萃取的原理与流程第四章液－液萃取一、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二、萃取操作流程多级萃取装置示意图实验室萃取操作示意图4.1.1萃取的原理与流程第四章液－液萃取4.1.2萃取的分类与应用4.1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相对挥发度物系的分离1第四章液－液萃取4.2液－液相平衡关系4.2.1液－液平衡相图4.1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40.0Ax30.0Bx30.0SxD点40.0Ax60.0SxABSDM二、各组分量之间的关系－杠杆规则杠杆规则M=BAMMMMAMMBO和点A差点B差点MAMBMMA+MBOAOBABOBABOA杠杆规则的应用ABSMREAxSxBxAyBySyAzSzBz液相RrkgxA、xS、xB液相EekgyA、yS、yB液相MmkgzA、zS、zBermEMRMreAAAAyzzxERRMmeAAAAyxzx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)4.2液－液相平衡关系4.2.1液－液平衡相图4.1液－液萃取概述4.2.2液－液平衡方程与分配曲线第四章液－液萃取一、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AAAxykBBBxyk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。溶解度曲线分配曲线分配曲线的作法PPxyxy4.2液－液相平衡关系4.2.1液－液平衡相图4.1液－液萃取概述4.2.2液－液平衡方程与分配曲线4.2.3萃取剂的选择第四章液－液萃取一、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BBAABABAxyxyxxyyAAAxky因为所以BBAyxkBAkk萃取效果β萃取操作1BByx1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、萃取剂的选择萃取剂选择考虑的主要因素选择性系数β原溶剂B与萃取剂S的互溶度萃取剂回收的难易萃取剂的其他物性密度表面张力黏度萃取剂的稳定性、安全性、经济性4.1萃取过程概述4.2液－液相平衡关系4.3液－液萃取过程的计算4.3.1单级萃取的计算第四章液－液萃取一、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EEyRxR单级萃取图解xF纯溶剂FxRREMyEEyRxERERSFMMSMFFS×=RERMMEEMRERFRFEEFRGSFGFSmin×=HSFHFSmax×=maxminSSS一、B与S部分互溶物系4.1萃取过程概述4.2液－液相平衡关系4.3液－液萃取过程的计算4.3.1单级萃取的计算一、B与S部分互溶物系第四章液－液萃取二、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/kgS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不互溶物系单级萃取图解计算斜率–B/SSYEY)1(RRXBBXBR)1(EEYSSYSEFXRX4.3液－液萃取过程的计算4.3.1单级萃取的计算4.3.2多级错流萃取的计算第四章液－液萃取一、多级错流萃取的流程多级错流萃取操作的特点每一级均加入新鲜萃取剂前一级的萃余相为后一级的原料液原料液从第1级加入每级为新萃取剂，传质推动力大，溶剂用量大一般为间歇操作，生产能力小多级错流萃取流程示意图多级错流萃取的总溶剂用量为各级溶剂用量之和，当各级溶剂用量相等时，达到一定的分离程度所需的总溶剂用量最少。12nFFx1S1R1x1E1y2S2R2x2E2y1nR1nxnSnRnxnEny1.B与S部分互溶物系已知：三角形相图图解法原料量F原料组成xF各级萃取剂用量Si规定：最终萃余相组成xn计算：萃取级数n二、多级错流萃取的计算多级错流萃取三角形相图图解计算xFFS1M1R1E1M2R2E2M3R3E3n=3S2S3xn计算≤xn规定2.B与S不互溶物系(1)直角坐标图解法设第1级作溶质A的质量衡算11SYBXSYBXSF)(11FSXXSBYYnSSSS21整理得二、多级错流萃取的计算第n级作溶质A的质量衡算)(1nnSnXXSBYY操作线方程斜率SB过点),(1SnYX直角坐标图图解法二、多级错流萃取的计算XFYS斜率–B/SML多级错流萃取直角坐标图图解计算Y1X1Y2X2Y3X3xn计算≤xn规定n=3N(2)解析法KXY设平衡关系为第一级的相平衡关系为11KXY由操作线方程)(11FSXXSBYY联立得BKSYBSXXSF11二、多级错流萃取的计算令BKSAmmSFAYBSXX11对第二级mSmSFAYBSAYBSXX1)1()(22对第n级)1()1()1()(1mSnmSnmSFnAYBSAYBSAYBSXX…萃取因子二、多级错流萃取的计算整理得计算内容由xn级数n由n组成xn由n、xn溶剂用量S]/K)(Y-X/K)(Y-X[ln)Aln(11SnSFmn二、多级错流萃取的计算多级错流萃取级数多级错流萃取算图4.3液－液萃取过程的计算4.3.1单级萃取的计算4.3.2多级错流萃取的计算4.3.3多级逆流萃取的计算第四章液－液萃取一、多级逆流萃取的流程多级逆流萃取操作的特点萃取剂从第n级加入前一级的萃余相为后一级的原料液原料液从第1级加入后一级的萃取相为前一级的萃取剂萃取剂循环使用，传质推动力大，溶剂用量小连续操作，生产能力大多级逆流萃取流程示意图12nFFx1R1x1E1y2R2x3E3y1nR1nxnRnxnEnyS2E2ySy1.B与S部分互溶物系三角形相图图解法已知：原料量F原料组成xF萃取剂用量S规定：最终萃余相组成xn计算：萃取级数n萃取剂组成ys二、多级逆流萃取的计算物料衡算关系SREFn1211EREF3221ERERSRERnnn1SREREREFn32211二、多级逆流萃取的计算净流量差操作点多级逆流萃取三角形相图图解计算xFMxnnRMRESFn1F1ESREREREFn322111R2E2R3E3R4Exn计算≤xn规定n=4溶剂比的影响S/F较小FMnR1E△在左侧溶剂比的影响S/F较大FMnR1E△在右侧溶剂比的影响S/F为某数值FMnR1E△在无穷远处二、多级逆流萃取的计算在第1级至第i级之间进行质量衡算11SYBXSYBXiiF2.B与S不互溶物系的计算(1)直角坐标图图解法1iBFXB1XS1YB1iXBiXSiYSS2Y1iY整理得)(11FiiXSBYXSBY操作线方程斜率SB过点),(1YXF),(SnYX二、多级逆流萃取的计算XFJ多级逆流萃取直角坐标图图解计算Xnxn计算≤xn规定n=4YSY1D斜率B/S1234(2)解析法KXY设平衡关系为类似于逆流吸收]1//)11ln[(ln1mSnSFmmAKYXKYXAAn)(S)(SY)(B)(FX)(S)(1Y)(B)(nXV1YS2XS1XV2Y]1)11ln[(ln1*22*21AYYYYAANT二、多级逆流萃取的计算萃取因子(3)适宜溶剂量的确定处理量F一定SS/F操作费n～设备费()min0.2~1.1SS=二、多级逆流萃取的计算～根据工程经验适宜溶剂用量XF最小溶剂用量XnYSY11YSB/)/(SB1YmaxminmaxSBmaxminBSnFSXXYY*1max第四章液－液萃取4.3液－液萃取过程的计算4.3.1单级萃取的计算4.3.2多级错流萃取的计算4.3.3多级逆流萃取的计算4.3.4微分接触逆流萃取的计算一、微分接触逆流萃取的流程连续相分散相重相轻相微分接触逆流萃取流程分散相选择的原则用填料塔时，两相黏度相差较大时，安全角度考虑，一、微分接触逆流萃取的流程两相流量相差较大时，流量大的作为分散相润湿性能差的作为分散相黏度大的作为分散相易燃、易爆的液体作为分散相二、萃取塔工艺尺寸的确定1.萃取塔有效高度的确定(1)等板高度法HETSnH•=提示：HETS与HETP不一定相等。与填料吸收塔类似HETPNZT萃取级数等板高度(2)传质单元数法OGYYYVnNHYYdXaKqZOG12*,与填料吸收塔类似ORORXXXNHXXdXaKBHFn*二、萃取塔工艺尺寸的确定萃余相总传质单元数萃余相总传质单元高度萃余相总传质单元数的计算mnnnFmmORAXXXXAAN1)11(ln111**与填料吸收塔类似SYYYYSSNOG*22*21)1(ln11二、萃取塔工艺尺寸的确定2.萃取塔塔径的计算DDVCCVUqUqD,,44UC、UD连续相和分散相的表观速度，m/s萃取塔塔径二、萃取塔工艺尺寸的确定、连续相和分散相的体积流量，m3/sCVq,DVq,4.1萃取过程概述第四章液－液萃取4.2液－液相平衡关系4.3液－液萃取过程的计算4.4液－液萃取设备4.4.1萃取设备的基本要求与分类一、萃取设备的基本要求萃取设备的基本要求两相充分的接触并伴有较高程度的湍动有利于液体的分散与流动有利于两相液体的分层二、萃取设备的分类液体分散的动力逐级接触式微分接触式重力差筛板塔喷洒塔填料塔外