化工原理7章液液萃取;第七章 液液萃取;第一节 概述 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。 （1）几个基本概念 ① 萃取剂(溶剂)S：所用的溶剂； ② 原料液F：所处理的混合液； ③ 溶质A：原料液中易溶于溶剂的组分； ④ 原溶剂B：原料液中较难溶于溶剂的组分。;（2） 萃取过程的简单流程;两相 ;(4) 萃取后组成之间的变化 萃取后: ;萃取操作在化学和石油化学工业上得到广泛发展;19世纪，用于无机物和有机物的分离，如1842年用二萃取硝酸铀酰，用乙酸乙脂类的物质分离水溶液中的乙酸等。 石油化工：链烷烃与芳香烃共沸物的分离。例如用二甘醇从石脑油裂解副产汽油中或重整油中萃取芳烃, 如苯、甲苯和二甲苯（尤狄克斯法）。 工业废水处理：用二烷基乙酰胺脱除染料厂、炼油厂、焦化厂废水中的苯酚。 有色金属冶炼：萃取是湿法冶金中溶液分离、浓缩和净化的有效方法。例如铌-钽、镍-钴、铀-钒体系的分离，以及核燃料的制备。 制药工业：从复杂的有机液体混合物中分离青霉素、链霉素以及维生素等。;第二节 液液萃取相平衡 7.2.1 三角形坐标图及杠杆定律 （1）三角形坐标 三元混合液的表示方法：;A点 ： xA=0.6 K点 ： xA=0.6 xB=0.4 P点 ： xA =0.3 xB =0.3 xS=0.4 ;② 组成的单位 常用质量分率表示(原则上可用任意单位)。;（2）杠杆定律 三元混合物 mR（xA, xB, xs）和mE（yA, yB, ys ）混合 形成新的混合物mM, ( zA, zB, zs) ：;—— 称为杠杆定律;第14页/共96页;② 求差点 即从其混合液M中分出组成为(xA, xB, xS)， 质量为mR的三元混合物,求剩余的组成及质量。;7.2.2 三角形相图 萃取相、萃余相的相平衡关系是萃取设计、计算的基本条件，相平衡数据来自实验或由热力学关系推算。 讨论的前提: 各组分不发生化学反应。 （1）溶解度曲线及平衡联结线 ① 相平衡数???的测定：; 混合－澄清器;;（2）数据标绘及各区的状态 ① 溶解度曲线:各平衡组成点连成一条曲线，称为溶解度曲线； ② 联结线:各对共轭相组成点之间的联线，称为联结线； ③ 混溶点: 曲线内为两相区，曲线外为单相区，曲线上的点称 为混溶点； ④ 临界混溶点(褶点) :共轭相的组成相同，其位置和物系有关； ⑤ 萃取相和萃余相: 以原溶剂为主的相称为萃余相，以溶剂为 主的相称为萃取相。;（3）几类物系的相图 ① 部分互溶物系，A、B，A、S 完全互溶，而B、S部分互 溶； ;② 完全不互溶物系， A、B，A、S 完全互溶，而B、S完全不互溶。 共轭相中，一相 S=0 另一相 B=0；;③ 第二类物系 (具有两对部分互溶物的物系，A、 B 完全互溶， A、S，B、S部分互溶);;（4）温度、压力对相平衡的影响;;辅助曲线作法：;利用辅助曲线求取共轭相组成;辅助线在三角形相图外：; 要求溶剂具有一定的选择性，即对A的溶解度要大，对其它组分的溶解度要小。 评价指标——选择性系数：;（2）溶剂萃取容量 定义：部分互溶物系的褶点处或第二类物系溶解度最大时， 萃取相中单位溶剂可能达到的最大溶质负荷。;（3）溶剂与原溶剂的互溶度;（4）溶剂的可回收性 回收采用的方法是：蒸馏，蒸发，结晶等方法。;计算任务：确定各种萃取过程中分离程度，以及为达到分离要求所需要的萃取剂用量和萃取理论级数。;7.3.1 单级萃取计算 (1) 流程 ;（2）特点 ◇ 原料液与溶剂一次性接触。 ◇ 萃取相与萃余相达到平衡。 （3）计算 已知原料液的处理量及组成（生产工艺给定），计算： 操作型：给定S 的用量mS 及组成，求萃取相E与萃余 相R的量mE 和mR 及组成 y、x。 设计型：根据给定的原料液F及规定的分离要求， 求溶剂S用量。;; b）确定E，R的量及组成 采取图解试差法确定E，R的组成。;第38页/共96页; c) 确定萃取液与萃余液的组成及量; ② 设计型计算求解方法 一般规定萃余相R的x或萃余液R’的x’. 解法：由R得到E，连接F、Ｓ得交点Ｍ；;第41页/共96页; （3） 最大溶剂用量及最小溶剂用量;第43页/共96页;第44页/共96页;（4）萃取液的最大浓度;萃取液的最大浓度确定:; 注意： 如果M点在两相区外相交，说明超出萃取范围，不能进行萃取操作，由R1点确定的溶剂用量为该操作条件下的最小溶剂用量m S,min。;7.3.2 多级错流萃取的计算 （1）流程 ;（2）特点 △溶剂耗量较大，溶剂回收负荷增加, △设备投资大。 （3）计算 ① 设计型计算 已知： qmＦ、xF， 规定各级qmＳ量， 求：达到一定的分离要求所需的理论级数Ｎ。 ② 操作型问题 已知：理论级数 估计：分离能力。 说明：解决方法基本相同。;多级错流萃取图解计算：;第51页/共96页;7.3.3 多级逆流萃取的计算 （1）流程;（2）特点 连续逆流操作，分离程度较高。 （3）计算 设计型问题：已知S的组成，qmF、xF, 规定 qmS/qmF （溶剂比）和分离要求，求 N 。 解决方法：每级内平衡。 ;a）总物料衡算; b）各级的物料衡算 第一级 ;c）逐级图解过程 已知F、S可确定M，由M、RN可确定E1。;由E1通过平衡关系确定R1，R1和D连线 , ; 多级逆流萃取图解法 ;第59页/共96页;;第61页/共96页;（4）溶剂比对操作的影响 ① 溶剂比和最小溶剂比 定义：溶剂比=qmS/qmF; ◆ qmS/qmF 较大， M→S， E1为F和D的和点，D点在 三角形相图右侧，净物流向左流动。 ◆ qmS/qmF减小，M→F ，E1升高，D点远离S。 D点移到无穷远时D=0，级联线互相平行。 ◆ qmS/qmF 再减小，F为E1和D的和点，D点落在 三角形相图左侧，净物流向右流动。;第64页/共96页;;② 最小溶剂比的求法 ;最小溶剂比的确定： 操作范围内的联结线延长，与RNS相交， D点在右侧，则取离S最近的点； D点在左侧，则取离S最远的点。;RN;第69页/共96页;实际溶剂比的确定： 实际溶剂比取最小实际溶剂比的倍数。;指：萃取相和萃余相逆流微分接触，使两相中的溶质浓度沿流 动方向发生连续的变化。;（1）理论级当量高度法;第73页/共96页;7.3.5 回流萃取 逆流萃取上部增加增浓段，塔顶有萃取液回流。 ;;超临界状态下体系的特点：既非气体，亦非液体，却既具有近似气体的粘度和渗透能力，又具有接近液体的密度和溶解能力。;（2）超临界萃取的原则流程;采用吸附分离的超临界萃取流程：;超临界萃取的特点： ① 操作温度一般较低，接近室温； ② 过程易于调节； ③ 分离工艺流程简单； ④ 萃取效率一般高于液体萃取，不会引起被萃取物质的污染且不进行溶剂蒸馏； ⑤ 体系的沸点和溶解度与溶剂和溶质的种类有关； ⑥ 萃取过程在高压下进行，设备及工艺技术要求较高，投资大. ⑦ 间歇操作，无法连续操作。;第五节 液液萃取设备 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;（2）优点 ① 处理量大，级效率高； ② 结构简单，容易放大和操作； ③ 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； ④ 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。;;（2）筛板萃取塔 ;筛板塔;塔板上两相流动情况：;（3）填料萃取塔;（4）转盘萃取塔;（5）搅拌填料塔;三、 离心萃取器;离心萃取器;离心萃取器;离心萃取器;7.5.3 萃取设备的选择 ;（4）生产能力 生产处理量小 — 填料塔或脉冲塔； 生产处理量大 — 筛板塔，转盘塔，混合-澄清槽等。 （5）防腐蚀及防污染要求 具有腐蚀性 — 结构简单的填料塔； 具有污染性 — 屏蔽性能良好的脉冲塔。 （6）建筑物场地要求 空间高度有限 — 混合-澄清槽； 占地面积有限 — 塔式萃取设备。;谢谢观看！化工原理7章液液萃取;第七章 液液萃取;第一节 概述 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。 （1）几个基本概念 ① 萃取剂(溶剂)S：所用的溶剂； ② 原料液F：所处理的混合液； ③ 溶质A：原料液中易溶于溶剂的组分； ④ 原溶剂B：原料液中较难溶于溶剂的组分。;（2） 萃取过程的简单流程;两相 ;(4) 萃取后组成之间的变化 萃取后: ;萃取操作在化学和石油化学工业上得到广泛发展;19世纪，用于无机物和有机物的分离，如1842年用二萃取硝酸铀酰，用乙酸乙脂类的物质分离水溶液中的乙酸等。 石油化工：链烷烃与芳香烃共沸物的分离。例如用二甘醇从石脑油裂解副产汽油中或重整油中萃取芳烃, 如苯、甲苯和二甲苯（尤狄克斯法）。 工业废水处理：用二烷基乙酰胺脱除染料厂、炼油厂、焦化厂废水中的苯酚。 有色金属冶炼：萃取是湿法冶金中溶液分离、浓缩和净化的有效方法。例如铌-钽、镍-钴、铀-钒体系的分离，以及核燃料的制备。 制药工业：从复杂的有机液体混合物中分离青霉素、链霉素以及维生素等。;第二节 液液萃取相平衡 7.2.1 三角形坐标图及杠杆定律 （1）三角形坐标 三元混合液的表示方法：;A点 ： xA=0.6 K点 ： xA=0.6 xB=0.4 P点 ： xA =0.3 xB =0.3 xS=0.4 ;② 组成的单位 常用质量分率表示(原则上可用任意单位)。;（2）杠杆定律 三元混合物 mR（xA, xB, xs）和mE（yA, yB, ys ）混合 形成新的混合物mM, ( zA, zB, zs) ：;—— 称为杠杆定律;第14页/共96页;② 求差点 即从其混合液M中分出组成为(xA, xB, xS)， 质量为mR的三元混合物,求剩余的组成及质量。;7.2.2 三角形相图 萃取相、萃余相的相平衡关系是萃取设计、计算的基本条件，相平衡数据来自实验或由热力学关系推算。 讨论的前提: 各组分不发生化学反应。 （1）溶解度曲线及平衡联结线 ① 相平衡数???的测定：; 混合－澄清器;;（2）数据标绘及各区的状态 ① 溶解度曲线:各平衡组成点连成一条曲线，称为溶解度曲线； ② 联结线:各对共轭相组成点之间的联线，称为联结线； ③ 混溶点: 曲线内为两相区，曲线外为单相区，曲线上的点称 为混溶点； ④ 临界混溶点(褶点) :共轭相的组成相同，其位置和物系有关； ⑤ 萃取相和萃余相: 以原溶剂为主的相称为萃余相，以溶剂为 主的相称为萃取相。;（3）几类物系的相图 ① 部分互溶物系，A、B，A、S 完全互溶，而B、S部分互 溶； ;② 完全不互溶物系， A、B，A、S 完全互溶，而B、S完全不互溶。 共轭相中，一相 S=0 另一相 B=0；;③ 第二类物系 (具有两对部分互溶物的物系，A、 B 完全互溶， A、S，B、S部分互溶);;（4）温度、压力对相平衡的影响;;辅助曲线作法：;利用辅助曲线求取共轭相组成;辅助线在三角形相图外：; 要求溶剂具有一定的选择性，即对A的溶解度要大，对其它组分的溶解度要小。 评价指标——选择性系数：;（2）溶剂萃取容量 定义：部分互溶物系的褶点处或第二类物系溶解度最大时， 萃取相中单位溶剂可能达到的最大溶质负荷。;（3）溶剂与原溶剂的互溶度;（4）溶剂的可回收性 回收采用的方法是：蒸馏，蒸发，结晶等方法。;计算任务：确定各种萃取过程中分离程度，以及为达到分离要求所需要的萃取剂用量和萃取理论级数。;7.3.1 单级萃取计算 (1) 流程 ;（2）特点 ◇ 原料液与溶剂一次性接触。 ◇ 萃取相与萃余相达到平衡。 （3）计算 已知原料液的处理量及组成（生产工艺给定），计算： 操作型：给定S 的用量mS 及组成，求萃取相E与萃余 相R的量mE 和mR 及组成 y、x。 设计型：根据给定的原料液F及规定的分离要求， 求溶剂S用量。;; b）确定E，R的量及组成 采取图解试差法确定E，R的组成。;第38页/共96页; c) 确定萃取液与萃余液的组成及量; ② 设计型计算求解方法 一般规定萃余相R的x或萃余液R’的x’. 解法：由R得到E，连接F、Ｓ得交点Ｍ；;第41页/共96页; （3） 最大溶剂用量及最小溶剂用量;第43页/共96页;第44页/共96页;（4）萃取液的最大浓度;萃取液的最大浓度确定:; 注意： 如果M点在两相区外相交，说明超出萃取范围，不能进行萃取操作，由R1点确定的溶剂用量为该操作条件下的最小溶剂用量m S,min。;7.3.2 多级错流萃取的计算 （1）流程 ;（2）特点 △溶剂耗量较大，溶剂回收负荷增加, △设备投资大。 （3）计算 ① 设计型计算 已知： qmＦ、xF， 规定各级qmＳ量， 求：达到一定的分离要求所需的理论级数Ｎ。 ② 操作型问题 已知：理论级数 估计：分离能力。 说明：解决方法基本相同。;多级错流萃取图解计算：;第51页/共96页;7.3.3 多级逆流萃取的计算 （1）流程;（2）特点 连续逆流操作，分离程度较高。 （3）计算 设计型问题：已知S的组成，qmF、xF, 规定 qmS/qmF （溶剂比）和分离要求，求 N 。 解决方法：每级内平衡。 ;a）总物料衡算; b）各级的物料衡算 第一级 ;c）逐级图解过程 已知F、S可确定M，由M、RN可确定E1。;由E1通过平衡关系确定R1，R1和D连线 , ; 多级逆流萃取图解法 ;第59页/共96页;;第61页/共96页;（4）溶剂比对操作的影响 ① 溶剂比和最小溶剂比 定义：溶剂比=qmS/qmF; ◆ qmS/qmF 较大， M→S， E1为F和D的和点，D点在 三角形相图右侧，净物流向左流动。 ◆ qmS/qmF减小，M→F ，E1升高，D点远离S。 D点移到无穷远时D=0，级联线互相平行。 ◆ qmS/qmF 再减小，F为E1和D的和点，D点落在 三角形相图左侧，净物流向右流动。;第64页/共96页;;② 最小溶剂比的求法 ;最小溶剂比的确定： 操作范围内的联结线延长，与RNS相交， D点在右侧，则取离S最近的点； D点在左侧，则取离S最远的点。;RN;第69页/共96页;实际溶剂比的确定： 实际溶剂比取最小实际溶剂比的倍数。;指：萃取相和萃余相逆流微分接触，使两相中的溶质浓度沿流 动方向发生连续的变化。;（1）理论级当量高度法;第73页/共96页;7.3.5 回流萃取 逆流萃取上部增加增浓段，塔顶有萃取液回流。 ;;超临界状态下体系的特点：既非气体，亦非液体，却既具有近似气体的粘度和渗透能力，又具有接近液体的密度和溶解能力。;（2）超临界萃取的原则流程;采用吸附分离的超临界萃取流程：;超临界萃取的特点： ① 操作温度一般较低，接近室温； ② 过程易于调节； ③ 分离工艺流程简单； ④ 萃取效率一般高于液体萃取，不会引起被萃取物质的污染且不进行溶剂蒸馏； ⑤ 体系的沸点和溶解度与溶剂和溶质的种类有关； ⑥ 萃取过程在高压下进行，设备及工艺技术要求较高，投资大. ⑦ 间歇操作，无法连续操作。;第五节 液液萃取设备 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;（2）优点 ① 处理量大，级效率高； ② 结构简单，容易放大和操作； ③ 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； ④ 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。;;（2）筛板萃取塔 ;筛板塔;塔板上两相流动情况：;（3）填料萃取塔;（4）转盘萃取塔;（5）搅拌填料塔;三、 离心萃取器;离心萃取器;离心萃取器;离心萃取器;7.5.3 萃取设备的选择 ;（4）生产能力 生产处理量小 — 填料塔或脉冲塔； 生产处理量大 — 筛板塔，转盘塔，混合-澄清槽等。 （5）防腐蚀及防污染要求 具有腐蚀性 — 结构简单的填料塔； 具有污染性 — 屏蔽性能良好的脉冲塔。 （6）建筑物场地要求 空间高度有限 — 混合-澄清槽； 占地面积有限 — 塔式萃取设备。;谢谢观看！

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