2019-2-21李梅11111111主讲：李梅主讲：李梅2019-2-21李梅11.1概述利用原料液中各组分在适当溶剂中溶解度的差异而实现混合液中组分分离的过程称为液－液萃取，又称溶剂萃取。2019-2-21李梅萃取是向液体混合物中加入某种适当溶剂，利用组分溶解度的差异使溶质A由原溶液转移到萃取剂的过程。在萃取过程所用的溶剂称为萃取剂。混合液中欲分离的组分称为溶质。混合液中的溶剂称稀释剂，萃取剂应对溶质具有较大的溶解能力，与稀释剂应不互溶或部分互溶。2019-2-21李梅下图是萃取操作的基本流程图。将一定的溶剂加到被分离的混合物中，采取措施（如搅拌）使原料液和萃取剂充分混合混合，因溶质在两相间不呈平衡，溶质在萃取相中的平衡浓度高于实际浓度，溶质乃从混合液相萃取集中扩散，使溶质与混合中的其它组分分离，所以萃取是液、液相间的传质过程。2019-2-21李梅原料液2019-2-21李梅2019-2-21李梅2019-2-21李梅脱除溶剂过程：精馏、蒸发、结晶等。2019-2-21李梅当用于分离挥发性混合物时，与精馏比较，整个萃取过程比较复杂，譬如萃取相中萃取剂的回收往往还要应用精馏操作。但萃取过程本身具有常温操作，无相变以及选择适当溶剂可以获得较高分离系数等优点，在很多的情况下，仍显示出技术经济上的优势。一般来说，在以下几种情况下采取萃取过程较为有利：溶液中各组分的沸点非常接近，或者说组分之间的相对挥发度接近于一。混合液中的组成能形成恒沸物酸，用一般的精馏不能得到所需的纯度。混合液重要回收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。需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高，用精馏方法需蒸馏出大量稀释剂，耗能量很多。2019-2-21李梅1011.2液液相平衡(a）直角三角形0.52019-2-21李梅11取剂S。三角形的三条边分别表示相应的二个组分，即边AB表示组分A和B，如点F表示组分A的含量为40％和组分B的含量为60％。其他二个边类推之。2019-2-21李梅12三角形内的任意一点M表示三组分混合物，过点M作边AB和BS的平行线截得得线段表示。显见，三个组分得含量之和应符合BGHSBS2019-2-21李梅13二、物料衡算和杠杆定律混合物M分成任意两个相E和R，或由任意两个相E和R混合成一个相M，或任意两个组分E和R混合成一个混合物M（E、R、M可以为同一相）。则在三角形相图中表示其组成得点M、E和R必在以直线上，且符合以下比例关系：MRME2019-2-21李梅14图11－4杠杆规则的应用R点是溶液M与溶液E的差点两溶液的和点。2019-2-21李梅1511.2.2部分互溶物系的相平衡萃取操作常按混合液中的A、B、S各组分互溶度的不同而将混合液分成两类：第类物系：溶质A可完全溶解于B及S中，而B、S为一对部分互溶的组分；第类物系：组分A、B可完全互溶，而B、S及A、S为两对部分互溶的组分。2019-2-21李梅16一、溶解度曲线若以字母E和R分别表示平衡得两个相，则在一定温度下改变混合物得组成可以由试验测得一组平衡数据，在图中分别以点E1和R1、E2和R2、…等表示，连接这些点成一平滑曲线，称溶解度曲线。再加入一定量A(B、S的质量比不变)，搅拌均匀,静止分层,得到互呈平衡的液-液两相(共轭相)，得到另一组平衡数据……...，直至不再分相—混溶点（分层点）。2019-2-21李梅17该曲线所围成得区域为两相区，以外称均相区。线段等称联结线；在溶解度曲线上得点P，联结线变成一个点，即E相和R相合为一个相，称此点P为临界混溶点。溶解度曲线随温度不同而变化，一般随温度升高，两相区相应缩小。2019-2-21李梅182019-2-21李梅19二、相平衡关系的数学描述平衡联结线的两个端点表示液液平衡两相之间的组成关系。萃取相中组分的质量分数萃余相中组分的质量分数2019-2-21李梅20类似与汽液相平衡，可将组分A在液液平衡两相中的组成y之间的关系在直角坐标中表示，该曲线.溶解度曲线临界混溶点右方的溶解度曲线表示平衡状态下萃取相中溶质y之间的关系。即:2019-2-21李梅2211.2.3液液相平衡与萃取操作的关系式萃取过程的图示2019-2-21李梅232019-2-21李梅24二、溶剂的选择性系数溶剂要具有一定选择性，对A溶解度要大，对其它组分溶解度要小。表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小。2019-2-21李梅25β效果S用量能耗产品纯度（y2019-2-21李梅26β类似于α，溶质A在萃取液与萃余液中的组成关系也可用类似于蒸馏中的汽—液平衡方程表示：2019-2-21李梅27三、互溶度的影响通常的萃取溶剂与组分B之间不可避免的或大或小的互溶度，互溶度大则两相区萃取液的最大含量与组分B、S之间的互溶度密切相关，互溶度越小萃取的操作范围越大，可能达到的萃取液最大含量越高。而且互溶度小的物系，选择性系数较大，分离效果好。见图11-15（B）。2019-2-21李梅2811.3萃取过程计算二、萃取级内传质过程的简化——理论级与级效率理论级：假定进入一个理论级的两股物流，不论组成如何，经过传质之后的最终结果可使离开该级的两股物流达到平衡。2019-2-21李梅29一、单级萃取的解析计算2019-2-21李梅30A组分衡算：FxFA+Sz2019-2-21李梅31已知：F,xFA已知：F,xFA2019-2-21李梅32二、单级萃取的图解计算2019-2-21李梅33FMFMMSMSMRMRRERE2019-2-21李梅342019-2-21李梅35MRMRRERE2019-2-21李梅36三、单级萃取的分离范围A.,min2019-2-21李梅3711.3.3多级错流萃取分别对原料和萃余相进行多次萃取.2019-2-21李梅38R1E1M1M2R2E22019-2-21李梅3911.3.4多级逆流萃取多级逆流接触萃取操作一般是连续的,其分离效率高,溶剂用量少,故在工业中得到广泛的应用。下图为多级逆流萃取操作流程示意图。萃取剂一般是循环使用的,其中常含有少量的组分A和B,故最终萃余相中可达到的溶质最低组成受溶剂中溶质组成限制,最终萃取相中溶质的最高组成受原料液中溶质组成的制约。2019-2-21李梅402019-2-21李梅4111.3.5完全不互溶物系萃取过程的计用X与Y分别表示溶质在萃余项中的质量分数比及溶质在萃取相中的质量分数比。相应地，溶质在两相中的平衡关系可用Y~X直角坐标图中的分配曲线表示，即：K——分配系数。2019-2-21李梅42二、单级萃取假设物料在萃取器内充分接触，离开时两相已达平衡状态，则： 、Z一般为已知量，或选择萃取级量计算萃取相与萃余相的 溶质含量Y、X；或规定萃余相含量X,计 算萃取相含量Y与萃取剂用量S。 2019-2-21 李梅 43 的直线HD与平衡线相交，交点D的坐标即为所求的萃取相与萃余相含量Y、X。 2019-2-21李梅 44 三、多级错流萃取 同理,对第n级作溶质A的衡算得: 图解法2019-2-21 李梅 45 上式表示了离开任意级的萃取相组成Yn与萃余相组成Xn之间的关系, 称作操作相方程, 斜率-B/S为常数, 故上式为通过点(Xn-1, )的直线方程式。根据理论级的假设，离开任一级的Yn与Xn处于平衡状态，故 （Xn-1，Y ）点比位于分配曲线上，即操作相与分配 曲线的交点。其步骤如下： 确定L点，以-B/S为斜率通过L点作操作相与分配曲线交于E 。此点坐标即表示离开第一级的萃取相E ，Ys），因各级萃取剂用量相等，通过V点作LE 以此类推，直至萃余相组成Xn等于或低于指定值为止。重复做操作线的数目即为所需的理论级数n。 若各级萃取剂用量不相等,则诸操作线不相平行。如 果溶剂中不含溶质，Y