化工原理-37液液萃取和液固浸取概述

1,第十章液液萃取和液固浸取,通过本章学习，应掌握液液相平衡在三角形相图上的表示方法，能用三角形相图对单级萃取过程进行分析和计算。了解多级萃取过程的流程与计算方法；萃取设备的类型及结构特点。,学习目的与要求,2,10.1液液萃取概述,10.1.1萃取的原理与流程,第十章液液萃取和液固浸取,3,一、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,4,二、萃取操作流程,萃取操作示意图,5,10.1.1萃取的原理与流程,第十章液液萃取和液固浸取,10.1.2萃取的分类与应用,10.1液液萃取概述,6,一、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,7,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,8,二、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,9,第十章液液萃取和液固浸取,10.2液液相平衡关系,10.2.1液液平衡相图,10.1液液萃取概述,10,一、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,D点,A,B,S,12,二、各组分量之间的关系杠杆规则,杠杆规则,M=,和点,差点,差点,MA,MB,MA+MB,杠杆规则的应用,A,B,S,液相RrkgxA、xS、xB,液相EekgyA、yS、yB,液相MmkgzA、zS、zB,14,三、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,类物系,类物系,1.溶解度曲线的两种形式,A完全溶于B及S，B与S不互溶,A完全溶于B及S，B与S部分互溶,A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,由辅助曲线求联结线,19,2.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),20,第十章液液萃取和液固浸取,10.2液液相平衡关系,10.2.1液液平衡相图,10.1液液萃取概述,10.2.2液液平衡方程与分配曲线,21,一、以质量分数表示的平衡方程,气液平衡方程,液液平衡方程,萃取相中溶质分数,萃余相中溶质分数,分配系数,22,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,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,23,三、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,24,分配曲线的作法,25,第十章液液萃取和液固浸取,10.2液液相平衡关系,10.2.1液液平衡相图,10.1液液萃取概述,10.2.2液液平衡方程与分配曲线,10.2.3萃取剂的选择,26,一、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,27,因为,所以,萃取效果,萃取操作,1,不能实现萃取分离,一、萃取剂的选择性与选择性系数,28,二、萃取剂的选择,萃取剂选择考虑的主要因素,选择性系数,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,29,10.1萃取过程概述,第十章液液萃取和液固浸取,10.2液液相平衡关系,10.3液液萃取过程的计算,10.3.1单级萃取的计算,30,一、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,单级萃取图解,xF,纯溶剂,F,xR,R,E,M,yE,32,一、B与S部分互溶物系,33,二、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,XF,YE,XR,YS,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,34,对溶质A质量衡算,操作线方程,斜率,过点,直角坐标图图解法,二、B与S不互溶物系,35,单级萃取图解计算,斜率B/S,【例10-1】一定温度下测得的A、B、S三元物系的平衡数据如本题附表所示。（1）绘出溶解度曲线和辅助曲线；（2）查出临界混溶点的组成；（3）求当萃余相中xA=20%时的分配系数kA和选择性系数；（4）在1000kg含30%A的原料液中加入多少kgS才能使混合液开始分层？（5）对于第（4）项的原料液，欲得到含36%A的萃取相E，试确定萃余相的组成及混合液的总组成。,例4-1附表,A、B、S三元物系平衡数据（质量分数）,解：（1）溶解度曲线和辅助曲线由题给数据，可绘出溶解度曲线LPJ，由相应的联结线数据，可作出辅助曲线JCP，如本题附图所示。(2)临界混溶点的组成辅助曲线与溶解度曲线的交点P即为临界混溶点，由附图可读出该点处的组成为xA=41.6%,xB=43.4%,xS=15.0%(3)分配系数kA和选择性系数根据萃余相中xA=20%，在图中定出R1点，利用辅助曲线定出与之平衡的萃取相E1点，由附图读出两相的组成为E相yA=39.0%,yB=19.6%R相xA=20.0%,xB=73.4%,由式10-4计算分配系数，即及由式4-6计算选择性系数，即,（4）使混合液开始分层的溶剂用量根据原料液的组成在AB边上确定点F，联结点F、S，则当向原料液加入S时，混合液的组成点必位于直线FS上。当S的加入量恰好使混合液的组成落于溶解度曲线的H点时，混合液即开始分层。分层时溶剂的用量可由杠杆规则求得，,即所以,40,(5)两相的组成及混合液的总组成根据萃取相中yA=36%，在图中定出E2点，由辅助曲线定出与之相平衡的R2点。由图读得xA=17.0%,xB=77.0%,xS=6.0%R2E2线与