化工原理讲稿-应化萃取讲稿2ppt课件

1、 1、A、B、S、E、R、E、R、F、xF、 xA、 yA、 X、Y、kA、的含义？的含义？ 2、溶解度曲线？结合线共轭线？临界混溶点？、溶解度曲线？结合线共轭线？临界混溶点？ 辅助线？辅助线？ 3、完全不互溶物系？部分互溶物系？、完全不互溶物系？部分互溶物系？课前思索课前思索例题1 用水作萃取剂用水作萃取剂(S)(S)，对醋酸，对醋酸(A)(A)苯苯(B)(B)混合液进展萃取分别。在混合液进展萃取分别。在2525下醋酸下醋酸苯苯水溶液的液水溶液的液液相平衡数据如表液相平衡数据如表11l11l所示，依此所示，依此数据：数据：(1)(1)在直角三角形坐标图上标绘溶解度曲线；作出序号为在直角三角形

2、坐标图上标绘溶解度曲线；作出序号为2 2、3 3、4 4、6 6、8 8组数据的平衡结合线；绘出辅助曲线并标出临界混溶点。组数据的平衡结合线；绘出辅助曲线并标出临界混溶点。(2)(2)试求与组成为试求与组成为2525醋酸、醋酸、1 1水、其他为苯的液相呈平衡的另一液水、其他为苯的液相呈平衡的另一液相的组成，并求出醋酸在两平衡液相中的分配系数相的组成，并求出醋酸在两平衡液相中的分配系数KAKA的数值。的数值。ABS第三节 萃取过程的计算 一、计算义务一、计算义务二、单级萃取过程二、单级萃取过程三、多级错流萃取过程三、多级错流萃取过程四、多级逆流萃取过程四、多级逆流萃取过程一、计算义务一、计算义务

3、1 1级式接触式：单级，多级错流，多级逆流级式接触式：单级，多级错流，多级逆流2 2延续微分接触式延续微分接触式 分类接触方式：分类接触方式：1 1给定实际级数及分别要求，求溶剂用量给定实际级数及分别要求，求溶剂用量S S 2 2给定溶剂用量及分别要求，求实际级数给定溶剂用量及分别要求，求实际级数NT NT 3 3给定实际级数及溶剂用量，求给定实际级数及溶剂用量，求E E及及R R组成组成 计算义务平衡关系知：二、单级萃取过程二、单级萃取过程萃取剂萃取剂S, y0S, y0原料液原料液F, F, xFxF萃取相萃取相E, yAE, yA萃余相萃余相R, xAR, xA脱除脱除 SE SE脱除脱

4、除 SR SR萃取液萃取液E E, y, yA A萃余液萃余液R R, x, xA A流程：流程： 知知xFxF及及F F，规定萃余液组成，规定萃余液组成x x，求，求S S用量包括用量包括E E与与R R量及组成。量及组成。 知知xFxF及及F F、 S S用量，求萃余液组成用量，求萃余液组成x x 包括包括E E与与R R量及组成量及组成二、单级萃取过程计算义务二、单级萃取过程计算义务平衡关系知：平衡关系知：ABSRREEFM作溶解度曲线及辅助线作溶解度曲线及辅助线确定确定R R点点衔接衔接R RS S交溶解度曲线于点交溶解度曲线于点R R 由由R R及辅助线确定及辅助线确定E E衔接衔接

5、RE,FSRE,FS，两线相交于点，两线相交于点M M由杠杆定律确定由杠杆定律确定S S二、单级萃取过程二、单级萃取过程- - 部分互溶物系部分互溶物系图解法图解法 知知 xF xF、F F、 x x求求S S ABSRREEFM作溶解度曲线及辅助线作溶解度曲线及辅助线确定确定F F、S S点点由杠杆定律确定由杠杆定律确定M M 由由M M及辅助线试差法确定及辅助线试差法确定R R、E E由由R R、E E及及SESE、SRSR定定R R、E E 由确定由确定x x二、单级萃取过程二、单级萃取过程- - 部分互溶物系部分互溶物系图解法图解法 知知 xF xF、F F、S S求求x x 原料量原

6、料量F F及组成一定，增大及组成一定，增大S S，M M向向S S点接近。点接近。 G G点：最大溶剂用量，点：最大溶剂用量，SmaxSmaxD D点：最小溶剂用量，点：最小溶剂用量，SminSmin萃取操作萃取操作S S应满足以下条件：应满足以下条件：maxminSSSABSFS0RDMEG萃取剂极限用量萃取剂极限用量 ：二、单级萃取过程二、单级萃取过程- - 部分互溶物系部分互溶物系衔接线如何影响ABSE maxFRminRCME maxECy y如何得到如何得到max,xmax,x如何得到如何得到minmin二、单级萃取过程二、单级萃取过程- - 部分互溶物系部分互溶物系二、单级萃取过程

7、二、单级萃取过程- - 完全不互溶物系完全不互溶物系 知知F F ，xFxF及及Y0Y0，规定萃余液组成，规定萃余液组成x x，求，求S S用量。用量。 知知F ,xFF ,xF，Y0Y0及及S S用量，求萃余液组成用量，求萃余液组成x x二、单级萃取过程二、单级萃取过程- - 完全不互溶物系完全不互溶物系物料衡算：物料衡算：)()(F0XXBYYS0FYXXSBY操作线方程操作线方程SYBXSYBXF0二、单级萃取过程二、单级萃取过程- - 完全不互溶物系完全不互溶物系物料衡算：物料衡算：)()(F0XXBYYS0FYXXSBY操作线方程操作线方程SYBXSYBXF0YXXF0Y0操作线方程

8、在操作线方程在Y-XY-X坐标图上为过点坐标图上为过点XF,Y0XF,Y0, ,斜率为斜率为-B/S-B/S的直线的直线二、单级萃取过程二、单级萃取过程- - 完全不互溶物系完全不互溶物系图解法知图解法知xFxF、F F、Y0,Y0,分别要求分别要求x x，求，求S S 作分配曲线作分配曲线由由X X确定点确定点b b，由，由(XF,Y0)(XF,Y0)确定点确定点a a衔接衔接ab,ab,该线斜率为该线斜率为-B/S -B/S 由斜率由斜率-B/S-B/S确定确定S S二、单级萃取过程二、单级萃取过程- - 完全不互溶物系完全不互溶物系图解法知图解法知xFxF、F F、Y0,Y0,萃取剂用量

9、萃取剂用量S,S,求求x)x)作分配曲线作分配曲线由由(XF,Y0)(XF,Y0)确定点确定点a a由点由点a a及斜率及斜率-B/S-B/S作操作线作操作线ab,ab,交分配曲线于点交分配曲线于点b b 由点由点b b坐标确定坐标确定X X 操作线：操作线： 交点：交点：二、单级萃取过程二、单级萃取过程- - 完全不互溶物系完全不互溶物系解析法平衡线为直线解析法平衡线为直线Y=KX0FY)XX(SBYKXY0FY)XX(SBYKBSYBSXXF10KBS令令表示达平衡后的萃取相中溶质的量与萃表示达平衡后的萃取相中溶质的量与萃余相中溶质的量之比，称为萃取因数。余相中溶质的量之比，称为萃取因数。

10、0Y0二、单级萃取过程二、单级萃取过程- - 完全不互溶物系完全不互溶物系KBSYBSXXF10当当10YBSXXF1FXX11FBXBX1111)(FFBXXXB那么萃余率那么萃余率萃取率萃取率例题例题2 2例：例：2525下以水为萃取剂从醋酸质量分数为下以水为萃取剂从醋酸质量分数为35%35%的醋酸的醋酸(A)(A)与氯仿与氯仿(B)(B)混合液混合液中提取醋酸。知原料液处置量为中提取醋酸。知原料液处置量为2000kg/h2000kg/h，用水量为，用水量为1600kg/h1600kg/h。操作温。操作温度下，度下，E E相和相和R R相以质量分数表示的平衡数据如下页附表所示。试求：相以质

11、量分数表示的平衡数据如下页附表所示。试求：(1)(1)单级萃取后单级萃取后E E相和相和R R相的组成和流量；相的组成和流量；(2)(2)将将E E相和相和R R相中的萃取剂完全脱除后的萃取液和萃余液的组成和流量？相中的萃取剂完全脱除后的萃取液和萃余液的组成和流量？(3)(3)操作条件下的选择性系数；操作条件下的选择性系数；(4)(4)假设组分假设组分B B、S S可视为完全不互溶，且操作条件下以质量比表示相组成的可视为完全不互溶，且操作条件下以质量比表示相组成的分配系数分配系数K=3.4K=3.4，要求原料液中的溶质，要求原料液中的溶质A A有有80%80%进入萃取相，那么每千克原进入萃取相

12、，那么每千克原溶剂溶剂B B需求耗费多少千克的萃取剂需求耗费多少千克的萃取剂S S。相平衡数据表氯仿层氯仿层(R(R相相) ) (wt%)(wt%)水层水层(E(E相相) ) (wt%)(wt%)氯仿层氯仿层(R(R相相) ) (wt%)(wt%)水层水层(E(E相相) ) (wt%)(wt%)醋酸醋酸 水水醋醋酸酸 水水醋酸醋酸 水水醋酸醋酸 水水0.000.000.990.990.00.00 099.99.1 16 627.627.65 55.25.250.550.56 631.31.1 11 16.776.771.381.3825.25.1 10 073.73.6 69 932.032.

13、08 87.937.9349.449.41 125.25.3 39 917.717.72 22.282.2844.44.1 12 248.48.5 58 834.134.16 610.010.03 347.847.87 723.23.2 28 825.725.72 24.154.1550.50.1 18 834.34.7 71 142.542.516.516.542.542.516.16.5 50 0F三、多级错流萃取过程三、多级错流萃取过程流程与符号：流程与符号：三、多级错流萃取过程三、多级错流萃取过程- - 计算义务计算义务实际上实际上, ,每级每级S S用量相等时总用量最小用量相等时总用

14、量最小给定实际级数及分别要求，求溶剂用量给定实际级数及分别要求，求溶剂用量S S 给定溶剂用量及分别要求，求实际级数给定溶剂用量及分别要求，求实际级数NT NT 给定实际级数及溶剂用量，求给定实际级数及溶剂用量，求E E及及R R组成组成ABSFR3R2R1E1E2E3M1M2M3三、多级错流萃取过程三、多级错流萃取过程- - 部分互溶物系部分互溶物系图解法图解法 以以为例：为例： 知知 xF xF、F F、 S S， NT NT 求求x x 作溶解度曲线辅助线！作溶解度曲线辅助线！ 确定确定F F、S S点点由杠杆定律确定由杠杆定律确定M1M1由由M1M1及辅助线定及辅助线定R1R1、E1E

15、1由由R1R1、S S定定M2M2由xnx给定求定NT 由由M2M2及辅助线定及辅助线定R2R2、E2E2，由由RNRN及及S S定定x x三、多级错流萃取过程三、多级错流萃取过程 完全不互溶物系完全不互溶物系操作线方程推导操作线方程推导M1F+S=E1+R1110SYBXSYBXF0F11YXXSBYM2R1 + S E2+R22201SYBXSYBX0122YXXSBYMiRi-1 + S Ei+Riii01 - iSYBXSYBX01 - iiiYXXSBY给定给定S,NTS,NT求求X X三、多级错流萃取过程三、多级错流萃取过程- - 完全不互溶物系完全不互溶物系( (平衡平衡线为曲线

16、线为曲线01- iiiYXXSBY 作分配曲线作分配曲线 作操作线作操作线 定定abx1abx1 定定cdx2cdx2 定定efx3efx3给定给定S,NTS,NT求求X(Y0=0)X(Y0=0)1 - iiiXXSBY分配线：分配线：Y=KX Y=KX 操作线操作线定定x1x1定定x2x2三、多级错流萃取过程三、多级错流萃取过程- - 完全不互溶物系完全不互溶物系( (平衡平衡线为直线线为直线令令iiSYSKBBX-萃取因数萃取因数iiSYSKBBX1NNFXX 萃余分数萃余分数11NNFBXBX萃取因数萃取因数萃取率为萃取率为1111N 总结：总结：三、多级错流萃取过程三、多级错流萃取过程

17、- - 完全不互溶物系完全不互溶物系( (平衡平衡线为直线线为直线例题例题3 3 在在2525下用异丙醚为萃取剂分别含醋酸下用异丙醚为萃取剂分别含醋酸3535( (质量质量) )的醋酸的醋酸水溶液，萃取物系的溶解度曲线及辅助曲线如图水溶液，萃取物系的溶解度曲线及辅助曲线如图11-2411-24所示，所示，原料液的处置量为原料液的处置量为100kg/h100kg/h，试求：，试求： (1) (1)用用100kg/h100kg/h的纯萃取剂进展单级萃取时所得的萃取相和的纯萃取剂进展单级萃取时所得的萃取相和萃余相的流量及其中的醋酸组成；萃余相的流量及其中的醋酸组成； (2) (2)每次用每次用50k

18、g/h50kg/h纯萃取剂进展两级错流萃取时所得的最纯萃取剂进展两级错流萃取时所得的最终萃余相的流量及其中醋酸的组成；终萃余相的流量及其中醋酸的组成； (3) (3)上述两种萃取操作的萃余率。上述两种萃取操作的萃余率。例题例题4 4 原料液为含丙酮原料液为含丙酮2020( (质量，下同质量，下同) )的水溶液，其的水溶液，其流量为流量为800kg/h800kg/h。现以纯三氯乙烷为萃取剂，在。现以纯三氯乙烷为萃取剂，在2525下采用多级错流萃取过程从原料液中萃取丙酮，每一下采用多级错流萃取过程从原料液中萃取丙酮，每一级的三氯乙烷用量为级的三氯乙烷用量为320kg/h320kg/h。要求最终萃余

19、相中丙。要求最终萃余相中丙酮的含量降到酮的含量降到5 5，求所需求的实际级数和萃余相、，求所需求的实际级数和萃余相、萃取相的流量。在萃取相的流量。在2525下的平衡数据列于表下的平衡数据列于表11-211-2中。中。1.521.591.621.631.59K366. 275. 4)05. 01/(05. 0)2 . 01/(2 . 0)795. 01 (795. 059. 1640320)1 (NXXKBSXXFNNF四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取流程与符号：流程与符号：四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- -计算义务计算义务给定实际级数及分别要求，求溶剂用量给定实际级数及分别要求，求溶剂用量

20、S S 给定溶剂用量及分别要求，求实际级数给定溶剂用量及分别要求，求实际级数NT NT 给定实际级数及溶剂用量，求给定实际级数及溶剂用量，求E E及及R R组成组成四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- - 部分互溶物系部分互溶物系 第第i i级级第第N N级级 物料平衡及操作点：物料平衡及操作点：第第1 1级级第第2 2级级2231ERER112EREF1i1 - iiiERERnnERSR1 -n211EREF3221ERERiiiERER11 - iSEn1 -nnRRSREREREFni1 - i2111ERSFnSREFn1总物平总物平ABSE1E2E3E4R1R2R3RnFM作溶解度曲

21、线及辅助线作溶解度曲线及辅助线由知确定由知确定F F、S S，RNRN点点由杠杆定律确定由杠杆定律确定M M由由M M定定E1E1定操作点定操作点由由E1E1定定R1R1由由R1R1定定E2 E2 .得得NT NT 四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- - 部分互溶物系部分互溶物系坐标求解坐标求解以义务以义务为例：为例： 知知 xF xF、F F、 S S， x xN N 求求NT NT 四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- -阐明阐明操作点位于左侧还是右侧：操作点位于左侧还是右侧： S S量小时能够在左侧量小时能够在左侧, S, S量大时能够在右侧量大时能够在右侧! !四、多级逆流萃取四、多级逆

22、流萃取- -阐明阐明操作点操作点1 1、2 2 哪个代表的哪个代表的S S大：大：操作点在左侧时，操作点在左侧时，S S越小，离越小，离B B点越近点越近四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- -阐明阐明操作点在右侧时，操作点在右侧时，S S越大，离越大，离S S点越近点越近操作点操作点1 1、2 2 哪个代表的哪个代表的S S大：大： 在三角形相图和在三角形相图和y - xy - x直角坐标图上作出溶解度曲线及分直角坐标图上作出溶解度曲线及分配曲线。配曲线。 根据原料液组成根据原料液组成xFxF、溶剂组成、溶剂组成y0y0，规定的最终萃余相组成，规定的最终萃余相组成x x及溶剂比及溶剂比S/FS

23、/F，在三角形相图上定出操作点。，在三角形相图上定出操作点。 自操作点引出假设干条操作线，与溶解度曲线交于点自操作点引出假设干条操作线，与溶解度曲线交于点Ri-1Ri-1、EiEi，其组成分别为，其组成分别为xi-1 xi-1 、yiyi，相应的可以在直角坐标图上定，相应的可以在直角坐标图上定出操作点出操作点xi-1xi-1，yi)yi)，将假设干个操作点相连，即可得到操，将假设干个操作点相连，即可得到操作线。作线。 从点从点xF xF ，y1)y1)出发，在操作线与分配曲线依次作梯级直出发，在操作线与分配曲线依次作梯级直至到达某一梯级所对应的萃余相组成等于或小于规定的萃余至到达某一梯级所对应

24、的萃余相组成等于或小于规定的萃余相组成为止，所得梯级数即为所需求的实际级数。相组成为止，所得梯级数即为所需求的实际级数。 四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- - 部分互溶物系直角部分互溶物系直角坐标求解坐标求解三、多级逆流萃取过程 ABS E1E2E3E4R1R2R3RnF四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- -部分互溶物系部分互溶物系Smin=?Smin=?S=Smin时，使第i (1,N,i)级到达平衡min 作过进料点作过进料点F F的平衡结合线，与的平衡结合线，与RN SRN S的延伸线的延伸线的交点作为最小萃取剂比下的操作点的交点作为最小萃取剂比下的操作点minmin，与溶解度曲线的两

25、个交点分别为与溶解度曲线的两个交点分别为RminRmin和和EminEmin。 结合直线结合直线RN EminRN Emin和直线和直线FS,FS,其交点其交点MminMmin为最为最小萃取剂用量小萃取剂用量SminSmin与原料液与原料液F F的和点，那么的和点，那么最小萃取剂比为最小萃取剂比为minminmin)(SMFMFS四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- -部分互溶物系部分互溶物系SminSmin的求算的求算ABSminRNFEminRminMminFSMFMSminminmin四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- - 完全不互溶物系完全不互溶物系( (图解法图解法01iiNSYBXS

26、YBX10iiNBYXXYS210NBYXXYS012NSYBXSYBX操作线方程推导操作线方程推导01FNSYBXSYBX10FNBYXXYS操作线在操作线在Y-XY-X坐标图坐标图中为过点中为过点(XN,Y0)(XN,Y0)斜斜率为率为B/SB/S的直线。的直线。四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- - 完全不互溶物系完全不互溶物系( (图解法图解法YXXNY00多级逆流的操作线四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- - 完全不互溶物系完全不互溶物系( (图解法图解法义务义务:给定给定F,XF,S, XN F,XF,S, XN 求求NTNT 作分配曲线作分配曲线 作操作线由作操作线由XN,YoX

27、N,Yo定定b b 由由b,b,斜率斜率,XF,XF定定a)a)从点从点a a开场作梯级，直至开场作梯级，直至XNXN确定梯级数确定梯级数梯级实际级可否有小数梯级实际级可否有小数? ?X2Y3 如如XFXF、YoYo给定，规定了最终萃余相给定，规定了最终萃余相组成组成XNXN，那么操作线上的点，那么操作线上的点(XN(XN，Yo)Yo)点点就确定了。此时，如减小萃取剂比就确定了。此时，如减小萃取剂比S/FS/F，那么操作线斜率增大，操作线接近分配那么操作线斜率增大，操作线接近分配曲线，所需求的实际级数增多。当萃取曲线，所需求的实际级数增多。当萃取剂比减小到使操作线上的进料点剂比减小到使操作线上

28、的进料点F F或其或其他某一点与分配曲线相交时，所需求的他某一点与分配曲线相交时，所需求的实际级数为无穷多，这时操作线的斜率实际级数为无穷多，这时操作线的斜率为最大，而萃取剂比那么为最小萃取剂为最大，而萃取剂比那么为最小萃取剂比比(S/F)min(S/F)min。最小萃取剂比最小萃取剂比XNY0XY0XFY1Ym1NFFXXYYSB0*maxNFFXXYYBS0*minNFFXXYYFBFS0*min图解例如如下： 1.1.分配系数分配系数K K逐级变化时的计算法逐级变化时的计算法四、多级逆流萃取四、多级逆流萃取- - 完全不互溶物系完全不互溶物系( (解析法解析法112SYBXSYBXF)(

29、1121XKYBSXXF第第1 1级溶质级溶质A A的物料平衡为的物料平衡为 将第一级的平衡关系将第一级的平衡关系 代入上式得代入上式得111XKY 将第一级的萃取因数将第一级的萃取因数 和和 代入上式，得代入上式，得11KBSBS1211YXXF第第2 2级溶质级溶质A A的物料平衡为的物料平衡为或或2231SYBXSYBX)(2312YYXX将将 ， 和和 代入上式，得代入上式，得1211YXXF22K222XKY 2111321)1 (YXXF经类似的推导可得第经类似的推导可得第3 3级的萃余相组成级的萃余相组成X3X3为为321211211431)1 (YXXF依次类推，直至第依次类推

30、，直至第N N级级( (最末一级最末一级) )的萃余相组成的萃余相组成XNXN为为 NNFNYXX2121112121101)1 (令令 和和 ，那么，那么Ne21211N21eeYXXFN1)1 (0由整个萃取过程溶质由整个萃取过程溶质A A的物料衡算的物料衡算 将将 代入上式并整理得代入上式并整理得10SYBXSYBXNFeeYXXFN1)1 (0eYeXYF1/01 如为纯萃取剂如为纯萃取剂( (即即Y0Y00)0)时，那么计算最时，那么计算最终萃余相和萃取相中溶质组成为终萃余相和萃取相中溶质组成为: :eXXFN1)1 (1eeXYF萃取率萃取率eeeeXBXSBXSYFFF1)1 (

31、1e111萃余率萃余率2 2各级分配系数各级分配系数K K为常数时的计算法为常数时的计算法此时此时KiKiK K，, ,那么那么i)11(111)1 (1012120NNNFNNFNYXYXX假设为纯萃取剂，即假设为纯萃取剂，即Y0Y00 0，那么计算最终萃余相组成的公式分，那么计算最终萃余相组成的公式分别为别为111NFNXX111NFNFNXXBXBX11111111NNN1lg)1lg(N萃余率萃余率萃取率萃取率实际级数实际级数用用2525的纯水为萃取剂，从丙酮的纯水为萃取剂，从丙酮氯仿溶液中氯仿溶液中萃取丙酮。原料液中丙酮的组成为萃取丙酮。原料液中丙酮的组成为0.4(0.4(质量分质量分率，下同率，下同) )，操作时的萃取剂比为最小萃取剂比，操作时的萃取剂比为最小萃取剂比的的2 2倍。今采用多级逆流萃取操作以使最终萃余倍。今采用多级逆流萃取操作以使最终萃余相中丙酮的组成不大于相中丙酮的组成不大