萃取讲稿稿件

1、 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理 第三节第三节 萃取过程的计算萃取过程的计算第十一章第十一章 萃取萃取 ExtractionExtraction 第一节第一节 概述概述一、萃取的理论依据一、萃取的理论依据二、简单的萃取过程二、简单的萃取过程三、萃取过程特点三、萃取过程特点四、应用场合四、应用场合五、萃取剂五、萃取剂S S的选择的选择第一节第一节 概述概述一、萃取的一、萃取的理论依据理论依据 依据液体混合物中各组分在所选择的溶剂依据液体混合物中各组分在所选择的溶剂中中溶解度溶解度的差异分离的差异分离液体混合物液体混合物的单元操作称的单元操作称为为液液- -液萃

2、取液萃取, ,也称也称溶剂萃取溶剂萃取, ,简称简称萃取萃取（Extraction） 。 第一节第一节 概述概述二、简单的萃取过程二、简单的萃取过程-工艺流程工艺流程萃取剂萃取剂(S)混合槽混合槽沉降分离沉降分离脱除溶剂脱除溶剂萃取液萃取液E萃余液萃余液RS S萃取相萃取相萃余相萃余相-SE -SR ER原料液原料液F(A+B)第一节第一节 概述概述 工业萃取过程由工业萃取过程由三个基本过程三个基本过程组成组成, ,即即 （1 1）混合混合 采取措施使萃取剂和原料液充分混合采取措施使萃取剂和原料液充分混合, ,实现实现溶质溶质A由原溶液向萃取剂传递。由原溶液向萃取剂传递。 （2 2）沉降分离沉

3、降分离 进行萃取相进行萃取相E和萃余相和萃余相R的分离。的分离。 （3 3）脱除溶剂脱除溶剂 萃取相和萃余相脱溶剂得到萃取液萃取相和萃余相脱溶剂得到萃取液E和和萃余液萃余液R, ,萃取剂循环使用。萃取剂循环使用。第一节第一节 概述概述三、萃取过程特点三、萃取过程特点与蒸馏、吸收比较与蒸馏、吸收比较单元操作单元操作操作原理操作原理扩散方式扩散方式液液- -液萃取液萃取EXTRACTIONEXTRACTION 利用组分在萃取剂中利用组分在萃取剂中溶解度溶解度不不同分离同分离液体液体混合物混合物单向单向扩散扩散蒸馏蒸馏DISTILLATIONDISTILLATION 利用组分的利用组分的挥发度挥发度

4、不同分离不同分离液液体体混合物混合物 反向反向扩散扩散 吸收吸收ABSORPTION ABSORPTION 利用组分利用组分溶解度溶解度不同分离不同分离气体气体混合物混合物 单向单向扩散扩散 第一节第一节 概述概述 四、应用场合四、应用场合1.1.沸点接近或相对挥发度接近于沸点接近或相对挥发度接近于1 1的物系分离的物系分离环己烷环己烷（A)与苯与苯(B)常压沸点为常压沸点为80.73OC、 80.1OC,，加入糠醛后，加入糠醛后,可达到可达到2.7。 1第一节第一节 概述概述2.2.恒沸物分离恒沸物分离乙醇乙醇- -水恒沸组成：乙醇水恒沸组成：乙醇 0.894（mol%), ,乙醇乙醇/ /

5、水水9，加入苯，加入苯，形成三元恒沸物，乙醇：形成三元恒沸物，乙醇：0.23；水：水：0.226，乙醇乙醇/ /水水1 。第一节第一节 概述概述 四、应用场合四、应用场合3.3.热敏性物质的分离热敏性物质的分离 在生化制药的过程中在生化制药的过程中,生成复杂的生成复杂的有机液体混合物有机液体混合物,这些物质大多为热敏这些物质大多为热敏性混合物。选择适当的溶剂进行萃取性混合物。选择适当的溶剂进行萃取,可避免受热损坏，提高有效物质的收可避免受热损坏，提高有效物质的收率。例如青霉素的生产，用玉米发酵率。例如青霉素的生产，用玉米发酵得到的含青霉素的发酵液，以醋酸丁得到的含青霉素的发酵液，以醋酸丁脂为溶

6、剂，经过多次萃取得到青霉素脂为溶剂，经过多次萃取得到青霉素的浓溶液。的浓溶液。第一节第一节 概述概述 四、应用场合四、应用场合4.4.组分浓度低且为难挥发组分的分离组分浓度低且为难挥发组分的分离 以乙酸乙酯为萃取以乙酸乙酯为萃取剂从稀醋酸水溶液中回剂从稀醋酸水溶液中回收醋酸（收醋酸（90%左右）左右）。第一节第一节 概述概述 四、应用场合四、应用场合五、萃取剂五、萃取剂S S的选择的选择1.选择性好选择性好:第一节第一节 概述概述2.易回收易回收:第一节第一节 概述概述 为使萃取相为使萃取相E与萃余相与萃余相R能较快的分层能较快的分层, ,要求萃取剂要求萃取剂S与与稀释剂稀释剂B有较大的密度差

7、。有较大的密度差。3.E、R易分相易分相:第一节第一节 概述概述 萃取剂应满足一般的工艺萃取剂应满足一般的工艺要求要求: :稳定性好稳定性好, ,腐蚀性小腐蚀性小, ,无毒无毒, ,不易着火、爆炸，来源容易，不易着火、爆炸，来源容易，价格较低等。价格较低等。 4.其他其他第一节第一节 概述概述第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理一、三元组成的表示方法一、三元组成的表示方法二、物料衡算与杆杠定律二、物料衡算与杆杠定律三、三元物系的相平衡关系三、三元物系的相平衡关系四、分配系数四、分配系数k kA A与选择性系数与选择性系数 五、五、萃取过程在三角形相图上的表示萃取过程在三角形相图上的表示一

8、、一、三元组成的表示方法三元组成的表示方法- -问题的提出问题的提出yA已知已知,yB=1-yA可知可知1AByy1ABxx1ABSxxx1AByy1ASxx1sBAyyyx xA A已知已知, ,x xB B=1-x=1-xA A可知可知; ;在精馏与吸收中在精馏与吸收中,第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理可以用直角坐标系表示二元物系的相平衡关系与物料衡算的关系可以用直角坐标系表示二元物系的相平衡关系与物料衡算的关系第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理一、一、三元组成的表示方法三元组成的表示方法- -解决方法解决方法ABSMABSM利用三角形利用三角形ABSM第二节第二节 萃取

9、的基本原理萃取的基本原理 一、三元组成的表示方法-顶点ABS纯纯组分组分 （A、B、S）的表达）的表达点点A:xA=100%点点B:xB=100%点点S:xS=100%第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理 一、三元组成的表示方法-三边ABS二元混合物（二元混合物（A+B,A+S,B+S) )的表达的表达 三角形任一边上的任一三角形任一边上的任一点代表二元混合物点代表二元混合物, ,第三组第三组分的组成为分的组成为0 0。 边上任一点越靠近某一边上任一点越靠近某一顶点处顶点处, ,此顶点所代表的组此顶点所代表的组分在溶液中的浓度越大。分在溶液中的浓度越大。A%B%S%第二节第二节 萃取的基

10、本原理萃取的基本原理 一、三元组成的表示方法-内部ABSM三元混合物三元混合物M M（A+B+S) )的表达的表达N第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理一、三元组成的表示方法-总结ABSM纯物质纯物质 三角形顶点三角形顶点 A、B、S二元混合物二元混合物三角形的边三角形的边AB、BS、SA三元混合物三元混合物三角形内部的点三角形内部的点M如何确定点的坐标如何确定点的坐标? ?第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理 两种不同浓度的溶液两种不同浓度的溶液U和和V( (均含有均含有A、B和和S) )混合后混合后形成混合溶液形成混合溶液M, ,则则U、V和和M的质量及组成关系为的质量及组成关

11、系为: :物料衡算物料衡算: :总总: :U+V=MA A: : UyA+VxA=MzAS S: : UyS+VxS=MzS1.1.物料衡算物料衡算 material balance二、物料衡算与杠杆定律二、物料衡算与杠杆定律第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理2.2.杠杆定律的内容杠杆定律的内容二、物料衡算与杠杆定律二、物料衡算与杠杆定律U MUV MV(1)(1)代表新混合液组成的代表新混合液组成的M M点和点和代表两混合液组成的代表两混合液组成的U U点、点、V V点点在同一条直线上。在同一条直线上。(2)(2)溶液溶液U U与溶液与溶液V V的质量之比的质量之比等于线段等于线段M

12、VMV与线段与线段MUMU之比。即之比。即MUMVVU或或第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理AAAASSSSyzzxzyxz3.3.杠杆定律的推导杠杆定律的推导二、物料衡算与杠杆定律二、物料衡算与杠杆定律物料衡算物料衡算: :总总: :U+V=MA A: : UyA+VxA=MzAS S: : UyS+VxS=MzSSSSSAAAAyzzxzyxzVUUMUVMV第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理) )U、V 、M 三点三点共线共线, ,M点点为为U与与V点的点的和点和点, ,U（V)点点为为M点与点与V（U)点的点的差点差点。 b)b)分量与合量的质量与直线上相分量与合量的质

13、量与直线上相应线段的长度应线段的长度成比例成比例。4.4.杠杆定律的总结杠杆定律的总结二、物料衡算与杠杆定律二、物料衡算与杠杆定律第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理1.1.和和( (差差) )点的确定点的确定 5.5.杠杆定律的应用杠杆定律的应用二、物料衡算与杠杆定律二、物料衡算与杠杆定律2.2.量的确定量的确定U,VU,V或或M M点的确定点的确定原料中加入原料中加入S S萃取相中脱除萃取相中脱除S S第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理 1、A、B、S、E、R、E、R、F、xF、 xA、 yA、的含义的含义? 2、物料衡算和杠杆定律的内容、物料衡算和杠杆定律的内容?课前思考课

14、前思考三、三元物系的相平衡关系-B、S完全不互溶第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理三、三、三元物系的相平衡关系三元物系的相平衡关系-B-B、S S部分互溶部分互溶根据根据A、B在在S中溶解度的不同分为三种情况中溶解度的不同分为三种情况: :AB完全互溶完全互溶AS完全互溶完全互溶BS部分互溶部分互溶AB完全互溶完全互溶AS部分互溶部分互溶BS部分互溶部分互溶AB完全互溶完全互溶AS部分互溶部分互溶BS部分互溶部分互溶ABSABSSAB第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理 在纯组分在纯组分B中加中加S使其溶解使其溶解（d1）, ,S加到一定数量后加到一定数量后, ,到达到达R R点

15、时点时, ,溶液由透明变混浊，即溶液由透明变混浊，即S S在在B B中达到饱和，出现两相，中达到饱和，出现两相，R R点称为点称为分层点分层点（混溶点）（混溶点）, , 继续加继续加S，则则到达到达E E点又重新透明，点又重新透明， E E点亦称为点亦称为分层点（混溶点）分层点（混溶点） 。溶解度曲线（以溶解度曲线（以B、S部分互溶）部分互溶）: :三、三、三元物系的相平衡关系三元物系的相平衡关系- -作法作法P1P1ABSREd1d2第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理ABSRdER1E1M1 在二元混合液在二元混合液d中加入中加入A,至至M1点点, ,混合后静置分层混合后静置分层,

16、,得得共共轭相轭相E1和和R1，联结点，联结点R1、E1即即为为平衡联结线平衡联结线。溶解度曲线溶解度曲线: :三、三、三元物系的相平衡关系三元物系的相平衡关系- -作法作法P2P2第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理ABSRdER1E1M1 连接所有的连接所有的E、R点点即得溶解度曲线。即得溶解度曲线。溶解度曲线溶解度曲线: :三、三、三元物系的相平衡关系三元物系的相平衡关系- -作法作法P3P3第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理 溶解度曲线溶解度曲线将三角形分为两将三角形分为两个区域个区域:曲线以内为两相区曲线以内为两相区,曲曲线以外的为单相区。线以外的为单相区。 共轭相共轭

17、相 (Conjugate phase) :互成平衡的液相。其组成分别互成平衡的液相。其组成分别由由R和和E点表示。点表示。ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8两相区两相区单相区单相区REM溶解度曲线溶解度曲线:三、三、三元物系的相平衡关系三元物系的相平衡关系-共轭相共轭相 第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理 对对B B、S S两相混合物两相混合物, ,当加入当加入A A的量使混合的量使混合液恰好变为均相的点称为混溶点。液恰好变为均相的点称为混溶点。 两个两个共轭相组成相同共轭相组成相同时的混溶点称为临时的混溶点称为临界混溶点界混溶点, ,以以P

18、 P表示。表示。注注:（1 1）溶解度曲线上所有的点都是混溶点）溶解度曲线上所有的点都是混溶点, ,既可能是既可能是E相相, ,也可能是也可能是R相。相。 （2 2）P点将溶解度曲线分为萃取相区域与萃余相区域。一般临界混溶点将溶解度曲线分为萃取相区域与萃余相区域。一般临界混溶点并不是溶解度曲线的最高点。点并不是溶解度曲线的最高点。dREABSPM1R1E1临界混溶点临界混溶点Plait point:三、三、三元物系的相平衡关系三元物系的相平衡关系- -临界混溶点临界混溶点第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理 方法一方法一: : 联结线联结线E E1 1R R1 1、E E2 2R R2

19、2、E E3 3R R3 3、E E4 4R R4 4, ,分别分别从从E E1 1、E E2 2、E E3 3、E E4 4点作点作ABAB平行线平行线, ,与由与由R R1 1、R R2 2、R R3 3、R R4 4点分别作的点分别作的BSBS平行线相交平行线相交, ,连连结各交点得辅助曲线结各交点得辅助曲线; ; 辅助曲线与溶解度曲线的交点即为辅助曲线与溶解度曲线的交点即为临界混溶点临界混溶点P P。 已知共轭相中任一相的组成已知共轭相中任一相的组成,可利用辅助线得出另一相的组成可利用辅助线得出另一相的组成。辅助曲线辅助曲线 Auxiliary curveAuxiliary curve

20、三、三、三元物系的相平衡关系三元物系的相平衡关系- -辅助曲线辅助曲线 ABSPR1R2R3R4E4E3E2E1第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理方法二: 分别从E1、E2、E3、E4点引AB平行线,与分别从R1、R2、R3、R4点引出的AS平行线相交,连结各交点得辅助曲线。 辅助曲线延长线与溶解度曲线的交点即为临界混溶点P。ABSPR4R3R2R1E1E2E3E4辅助曲线辅助曲线 Auxiliary curveAuxiliary curve三、三、三元物系的相平衡关系三元物系的相平衡关系- -辅助曲线辅助曲线 第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理分配曲线表达了萃取操作中互成平衡

21、的两液层分配曲线表达了萃取操作中互成平衡的两液层E和和R中溶中溶质的分配关系质的分配关系, ,相当于相平衡线。相当于相平衡线。B、S部分互溶部分互溶: :质量质量分数分数表示表示相平相平衡关衡关系系三、三、三元物系的相平衡关系三元物系的相平衡关系 - -分配曲线分配曲线第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理二苯基己烷二苯基己烷廿二烷廿二烷糠醛糠醛0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.845 C80 C115 C140 C 两相区的大小两相区的大小, ,不仅取决于物系本身的性质不仅取决于物系本身的性质, ,而而且与操作温度有关。且与操作温度有关。温度降低温度降

22、低, ,互溶度减小互溶度减小, ,两相区面积增大。两相区面积增大。三、三、三元物系的相平衡关系三元物系的相平衡关系- -温度的影响温度的影响第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理AAAykxBBBykx分配系数分配系数 kA Distributive coeffient 四、四、分配系数分配系数kA与选择性系数与选择性系数 第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理 当三元混合液的两个液相达到平衡时当三元混合液的两个液相达到平衡时, ,溶质在溶质在E E相和相和R R相中相中的组成之比称为分配系数的组成之比称为分配系数, ,以以k kA A表示表示, ,即即同样同样, ,对于组分对于组分B

23、 B也可写出相应的表达式也可写出相应的表达式, ,即即式中式中 y yA A、y yB B-分别为组分分别为组分A A、B B在萃取相在萃取相E E中的质量分率中的质量分率; ; x xA A、x xB B-分别为组分分别为组分A A、B B在萃余相在萃余相R R中的质量分率。中的质量分率。 (1)(1)k kA A只反映只反映S S对对A A的溶解能力的溶解能力, ,不反映不反映A A、B B的分离程度。的分离程度。(2)(2)分配系数的值取决于物系、操作温度和溶液的组成。分配系数的值取决于物系、操作温度和溶液的组成。(3)k(3)kA A值愈大值愈大, ,萃取分离的效果愈好。萃取分离的效果

24、愈好。 分配系数分配系数kA 的说明的说明 四、四、分配系数分配系数kA与选择性系数与选择性系数第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理BABA/xxyy AAAxyk BBBxyk BAkk 选择性系数选择性系数 ( (Selective coeffient): :四、四、分配系数分配系数kA与选择性系数与选择性系数 选择性系数选择性系数 表示表示两相平衡时两相平衡时, ,萃取相萃取相E E中中A A、B B 组成之比组成之比与萃余相与萃余相R R中中A A、B B 组成之比的比值。组成之比的比值。 第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理 表示表示S S对对A A、B B组分溶解能力差

25、别组分溶解能力差别, ,即即A A、B B的分离程度。的分离程度。一般一般k kA A大于大于k kB B 所以萃取操作中所以萃取操作中,值均应大于值均应大于1 1。 值越大值越大, ,越有利于组分的分离。越有利于组分的分离。若若=1,=1,k kA A= =k kB B , ,萃取相和萃余相在脱溶剂萃取相和萃余相在脱溶剂S S后后, ,将具有相同的组将具有相同的组成成, ,故无分离能力故无分离能力 。选择性系数选择性系数类似于蒸馏中的相对挥发度类似于蒸馏中的相对挥发度。 四、四、分配系数分配系数kA与选择性系数与选择性系数选择性系数选择性系数 的的说明说明: :第二节第二节 萃取的基本原理萃

26、取的基本原理 组分组分B B与与S S的互溶度影响溶的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层区面解度曲线的形状和分层区面积。积。B B、S S互溶度小互溶度小, ,分层区面分层区面积大积大, ,可能得到的萃取液的最可能得到的萃取液的最高浓度高浓度yymaxmax较高。所以较高。所以B B、S S互溶度愈小互溶度愈小, ,愈有利于萃取分愈有利于萃取分离。离。ABSymax B、S互溶度愈小互溶度愈小, ,愈有利于萃取分离。愈有利于萃取分离。四、四、分配系数分配系数kA与选择性系数与选择性系数- -互溶度互溶度萃取剂与稀释剂的互溶度萃取剂与稀释剂的互溶度:第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理五、萃取过程在三角形相图上的表示-混合混合 A、 混合混合 将将S kg的萃取剂加到的萃取剂加到F kg的料液的料液中并混和均匀中并混和均匀, ,即得到总量为即得到总量为M kg的混合液的混合液, ,其组成由点其组成由点M的坐标位置的坐标位置读取。读取。 三角形相图 FSMFxSyMxFSMABSFMS0第二节第二节 萃取的基本原理萃取的基本原理五、萃取过程在三角形相图上的表示-沉降分离沉降分离 B、 沉降分离沉降分离 混合液沉降分离后混合液沉降分离后, ,得