化工原理课件

1、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210.1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510.1.1

2、 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v 溶质浓度很低 ,且为难挥发组分物系的分离v 热敏性物系的分离v 相对挥发度 物系的分离19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

3、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11组成在三角形坐标图上的表示方法 M 点40. 0Ax30. 0Bx30. 0Sx D 点40. 0Ax60. 0SxABSDM12二、各组分量之间的关系杠杆规则杠杆规则M =BAMMMMAMMBO和点A差点B差点MAMBMMA + MBOAOBABOBABOA13杠杆规则的应用 ABSMREAxSxBxAyBySyAzSzBz液相 R r kgxA、xS、xB 液相 E e kgyA、yS、yB液相 M m kgzA、zS、zBermEMRMreAAAAy

4、zzxERRMmeAAAAyxzx14三、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15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16溶解度曲线 (2)已知辅助曲线辅助曲线溶解度曲线17两种溶解度曲线的互换由联结线求辅助曲线18两种溶解度曲线的互换1E2E1R2R由辅助曲线求联结线192. 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

5、)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AAAxky 液液平衡方程AAAxky萃取相中溶质分数萃余相中溶质分数分配系数AAAxykBBBxyk22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AAAXKY 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

6、线称为分配曲线。溶解度曲线分配曲线24分配曲线的作法PPxy xy25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。 选择性系数萃余相中B的质量分数萃余相中A的质量分数萃取相中B的质量分数萃取相中A的质量分数BBAABABAxyxyxxyy27AAAxky因为所以BBAyxkBAkk萃取效果 萃取操作1BByx1 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

7、剂选择考虑的主要因素v 选择性系数v 原溶剂 B与萃取剂 S的互溶度 v 萃取剂回收的难易v 萃取剂的其他物性 密度 表面张力 黏度v 萃取剂的稳定性、安全性、经济性2910.1 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 EEyRxR31单级萃取图解xF纯溶剂FxRREMyEEyRxER32ERSFMMSMFFS=RE

8、RMMEEMRERFRFEEFRGSFGFSmin=HSFHFSmax=maxminSSS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XFYEXRYS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 / kgS34对溶质 A质量衡算RESFBXSYSYBX+=+)XX(SBYYFRSE=操作线方程斜率SB过点),(SFYX直角坐标图图解法BFXSSYBRXRESEY二、B 与

9、 S不互溶物系35单级萃取图解计算斜率 B/SSYEY)1 (RRXBBXBR)1 (EEYSSYSEFXRX36第十章 液液萃取和液固浸取10.3 液液萃取过程的计算10.3.1 单级萃取的计算10.3.2 多级错流萃取的计算37一、多级错流萃取的流程多级错流萃取操作的特点v 每一级均加入新鲜萃取剂v 前一级的萃余相为后一级的原料液v 原料液从第 1 级加入v 每级为新萃取剂，传质推动力大，溶剂用量大v 一般为间歇操作，生产能力小38多级错流萃取流程示意图 多级错流萃取的总溶剂用量为各级溶剂用量之和，当各级溶剂用量相等时，达到一定的分离程度所需的总溶剂用量最少。 12nFFx1S1R1x1E

10、1y2S2R2x2E2y1nR1nxnSnRnxnEny391. B与 S部分互溶物系已知：三角形相图图解法原料量 F原料组成 xF各级萃取剂用量 Si规定：最终萃余相组成 xn计算： 萃取级数 n 二、多级错流萃取的计算40多级错流萃取三角形相图图解计算xFFS1M1R1E1M2R2E2M3R3E3n=3S2S3x n计算 x n规定 412. B与 S不互溶物系(1) 直角坐标图解法设第 1 级作溶质 A的质量衡算11SYBXSYBXSF)(11FSXXSBYYnSSSS21整理得二、多级错流萃取的计算42第 n 级作溶质 A的质量衡算)(1nnSnXXSBYY操作线方程斜率SB过点),(

11、1SnYX直角坐标图图解法二、多级错流萃取的计算43XFYS斜率 B/SML多级错流萃取直角坐标图图解计算Y1X1Y2X2Y3X3x n计算 x n规定 n=3N44(2) 解析法KXY 设平衡关系为第一级的相平衡关系为 11KXY 由操作线方程 )(11FSXXSBYY联立得 BKSYBSXXSF11二、多级错流萃取的计算45令BKSAmmSFAYBSXX11对第二级mSmSFAYBSAYBSXX1)1 ()(22对第 n 级)1 ()1 ()1 ()(1mSnmSnmSFnAYBSAYBSAYBSXX 萃取因子二、多级错流萃取的计算46整理得计算内容由 xn级数 n由 n组成 xn由 n、

12、xn溶剂用量 S/K)(Y-X/K)(Y-Xln)Aln(11SnSFmn二、多级错流萃取的计算多级错流萃取级数47多级错流萃取算图48第十章 液液萃取和液固浸取10.3 液液萃取过程的计算10.3.1 单级萃取的计算10.3.2 多级错流萃取的计算10.3.3 多级逆流萃取的计算49一、多级逆流萃取的流程多级逆流萃取操作的特点v 萃取剂从第 n 级加入v 前一级的萃余相为后一级的原料液v 原料液从第 1 级加入v 后一级的萃取相为前一级的萃取剂v 萃取剂循环使用，传质推动力大，溶剂用量小v 连续操作，生产能力大50多级逆流萃取流程示意图12nFFx1R1x1E1y2R2x3E3y1nR1nx

13、nRnxnEnyS2E2ySy511. B与 S部分互溶物系三角形相图图解法已知： 原料量 F原料组成 xF萃取剂用量 S规定：最终萃余相组成 xn计算： 萃取级数 n 萃取剂组成 ys二、多级逆流萃取的计算52物料衡算关系SREFn1211EREF3221ERERSRERnnn1SREREREFn32211二、多级逆流萃取的计算净流量差操作点53多级逆流萃取三角形相图图解计算xFMxnnRMRESFn1F1ESREREREFn322111R2E2R3E3R4Ex n计算 x n规定 n=454溶剂比的影响S / F 较小FMnR1E在左侧55溶剂比的影响S / F 较大FMnR1E 在右侧5

14、6溶剂比的影响S / F 为某数值FMnR1E 在无穷远处57二、多级逆流萃取的计算在第 1 级至第 i 级之间进行质量衡算 11SYBXSYBXiiF2. B与 S不互溶物系的计算(1) 直角坐标图图解法1iBFXB1XS1YB1iXBiXSiYSS2Y1iY58整理得 )(11FiiXSBYXSBY操作线方程斜率SB过点),(1YXF),(SnYX二、多级逆流萃取的计算59XFJ多级逆流萃取直角坐标图图解计算Xnx n计算 x n规定 n=4YSY1D斜率 B/S123460(2) 解析法KXY 设平衡关系为类似于逆流吸收mSnSFmmAKYXKYXAAn1/11lnln1)(S)(SY)(B)(FX)(S)(1Y)(B)(nXV1YS2XS1XV2YAYYYYAANT111lnln1*22*21二、多级逆流萃取的计算萃取因子61(3)适宜溶剂量的确定 处理量F 一定SS/F操作费n设备费()min0 . 21 . 1SS =二、多级逆流萃取的计算根据工程经验适