化工原理讲稿(下册)-应化第十一章萃取讲稿课件1

1、1、吸收的理论依据？2、单组分吸收涉及的组分A、B、S的含义？3、单组分吸收中气相由？组成，液相由？组成？4、x、y、X、Y的含义？为何定义X、Y？5、吸收溶解度曲线？T、p如何影响？6.吸收过程的相平衡关系如何表达？课前思考11、吸收的理论依据？课前思考1第十一章 萃取 Extraction 第一节 概述 第二节 萃取的基本原理 第三节 萃取过程的计算2第十一章 萃取 Extraction2 第一节 概述一、萃取的理论依据二、简单的萃取过程三、萃取过程特点四、应用场合五、萃取剂S的选择3 第一节 概述一、萃取的理论依据3一、萃取的理论依据 依据液体混合物中各组分在所选择的溶剂中溶解度的差异分

2、离液体混合物的单元操作称为液-液萃取，也称溶剂萃取，简称萃取（Extraction） 。 4一、萃取的理论依据 依据液体混合物中各组分在所选择二、简单的萃取过程-工艺流程萃取剂(S)混合槽沉降分离脱除溶剂萃取液E萃余液RS萃取相萃余相-SE -SR ER原料液F(A+B)5二、简单的萃取过程-工艺流程萃取剂混合槽沉降分离脱除溶剂萃取 二、简单的萃取过程-混合 原料液由溶质A+稀释剂B组成;选择的溶剂称为萃取剂（Extractant ），以S表示;溶解度大的组分称为溶质（Solute ），以A表示;不溶解或溶解度小的组分称为稀释剂（Diluter/Diluting agent ），以B表示;原料

3、液F (A+B)萃取剂(S)混合槽6 二、简单的萃取过程-混合 二、简单的萃取过程-沉降分离 含萃取剂S多的一相 （A+SE+B少)称为萃取相 （Extract ），以E表示。 A的含量以yA表示 含稀释剂B多的一相（B+A少+SR）称为萃余相（Raffinate ）,以R表示。 A的含量以xA表示EyARxA萃余相萃取相沉降分离7 二、简单的萃取过程-沉降分离 二、简单的萃取过程-脱除溶剂萃取相和萃余相脱溶剂后分别得萃取液（Solvent-free extract， A+B少）和萃余液（ Solvent-free raffinate ，B+A少），以E和R表示。萃取液E萃余液RS脱除溶剂萃取

4、相萃余相SE SR8二、简单的萃取过程-脱除溶剂萃取相和萃余相脱溶剂后分别得萃取二、简单的萃取过程-总结 工业萃取过程由三个基本过程组成，即 （1）混合 采取措施使萃取剂和原料液充分混合，实现溶质A由原溶液向萃取剂传递。 （2）沉降分离 进行萃取相E和萃余相R的分离。 （3）脱除溶剂 萃取相和萃余相脱溶剂得到萃取液E和萃余液R，萃取剂循环使用。9二、简单的萃取过程-总结 工业萃取过程由三个基本过程组成，即三、萃取过程特点与蒸馏、吸收比较单元操作操作原理扩散方式液-液萃取EXTRACTION 利用组分在萃取剂中溶解度不同分离液体混合物单向扩散蒸馏DISTILLATION 利用组分的挥发度不同分离

5、液体混合物 反向扩散 吸收ABSORPTION 利用组分溶解度不同分离气体混合物 单向扩散 10三、萃取过程特点与蒸馏、吸收比较单元操作操作原理扩散方式液 四、应用场合-之一沸点接近或相对挥发度接近于1的物系分离：环己烷（A)与苯(B)常压沸点为80.73OC、 80.1OC,，加入糠醛后,可达到2.7。 11 四、应用场合-之一沸点接近或相对挥发度接近于1的物系分 四、应用场合-之二恒沸物分离： 乙醇-水恒沸组成：乙醇 0.894（mol%),乙醇/水9，加入苯，形成三元恒沸物，乙醇：0.23；水：0.226，乙醇/水1 。乙醇-水二元混合物相图12 四、应用场合-之二恒沸物分离： 乙醇-水

6、恒沸组成：乙醇 四、应用场合-之三热敏性物质的分离： 在生化制药的过程中，生成复杂的有机液体混合物，这些物质大多为热敏性混合物。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，以醋酸丁脂为溶剂，经过多次萃取得到青霉素的浓溶液。13 四、应用场合-之三热敏性物质的分离： 在生 四、应用场合-之四组分浓度低且为难挥发组分的分离：以乙酸乙酯为萃取剂从稀醋酸水溶液中回收醋酸（90%左右）。14 四、应用场合-之四组分浓度低且为难挥发组分的分离：以乙五、萃取剂S的选择选择性好：15五、萃取剂S的选择选择性好：15五、萃取剂S的选择易回收：1

7、6五、萃取剂S的选择易回收：16五、萃取剂S的选择 为使萃取相E与萃余相R能较快的分层，要求萃取剂S与稀释剂B有较大的密度差。E、R易分相：17五、萃取剂S的选择 为使萃取相E与萃余相R能较快的分层五、萃取剂S的选择 萃取剂应满足一般的工艺要求：稳定性好，腐蚀性小，无毒，不易着火、爆炸，来源容易，价格较低等。 其他：18五、萃取剂S的选择 萃取剂应满足一般的工艺要求：稳定性第二节 萃取的基本原理一、三元组成的表示方法二、物料衡算与杆杠定律三、三元物系的相平衡关系四、分配系数kA与选择性系数五、萃取过程在三角形相图上的表示19第二节 萃取的基本原理一、三元组成的表示方法19一、三元组成的表示方法

8、-问题的提出yA已知，yB=1-yA可知xA已知，xB=1-xA可知;在精馏与吸收中20一、三元组成的表示方法-问题的提出yA已知，yB=1-yA可一、三元组成的表示方法-问题的提出 三元物系平衡关系 如何表示？21一、三元组成的表示方法-问题的提出 三元物系平衡关系 一、三元组成的表示方法-解决方法ABSMABSM利用三角形ABSM22一、三元组成的表示方法-解决方法ABSMABSM利用三角形 一、三元组成的表示方法-顶点ABS纯组分 （A、B、S）的表达点A：xA=100%点B：xB=100%点S：xS=100%23 一、三元组成的表示方法-顶点ABS纯组分 （A、B、S） 一、三元组成的

9、表示方法-三边ABS二元混合物（A+B,A+S,B+S)的表达 三角形任一边上的任一点代表二元混合物，第三组分的组成为0。 边上任一点越靠近某一顶点处，此顶点所代表的组分在溶液中的浓度越大。A%B%S%24 一、三元组成的表示方法-三边ABS二元混合物（A+B,A 一、三元组成的表示方法-内部 M点：xA 0.4 xB 0.3 xS 0.3ABSM三元混合物M（A+B+S)的表达N25 一、三元组成的表示方法-内部 M点：xA 0.4 一、三元组成的表示方法-总结ABSM纯物质 三角形顶点 A、B、S二元混合物三角形的边AB、BS、SA三元混合物三角形内部的点M如何确定点的坐标？26一、三元组

10、成的表示方法-总结ABSM纯物质 三角形顶点 A11.在逆流操作的吸收塔中，于l0l.3kPa(绝)、20下用清水吸收空气-氨混合气中的氨。入塔混合气的流量为l000，其中氨的分压为1.33kPa，操作条件下的平衡关系为Y=0.753X。若吸收剂用量为理论最小用量的1.3倍，要求吸收率为98，试求操作液气比、吸收剂用量及出塔液相组成。若操作压力改为202.6kPa(绝)，而其他条件不变再求操作液气比、吸收剂用量及出塔液相组成。作业2711.在逆流操作的吸收塔中，于l0l.3kPa(绝)、20作业12 在一常压填料吸收塔中，用清水吸收焦炉气中的氨。焦炉气入塔的温度为30，空塔气速为1.1m/s，

11、焦炉气的流量为5000Nm3/h，其中氨的浓度为0.01kg/Nm3，要求氨的回收率不低于99。水的用量为最小用量的1.5倍，操作条件下的平衡关系为Y=1.2X，气相总体积传质系数KYa=200kmol/(m3h)。试求总传质单元数(分别用对数平均推动力法及数学分析法计算)及填料层高度。28作业12 在一常压填料吸收塔中，用清水吸收焦炉气中的氨。焦 两种不同浓度的溶液U和V(均含有A、B和S)混合后形成混合溶液M,则U、V和M的质量及组成关系为:物料衡算:总：U+V=MA： UyA+VxA=MzAS： UyS+VxS=MzS1.物料衡算 material balance二、物料衡算与杠杆定律2

12、9 两种不同浓度的溶液U和V(均含有A、B和S)混合2.杠杆定律的内容二、物料衡算与杠杆定律(1)代表新混合液组成的M点和代表两混合液组成的U点、V点在同一条直线上。(2)溶液U与溶液V的质量之比等于线段MV与线段MU之比。即或302.杠杆定律的内容二、物料衡算与杠杆定律(1)代表新混合液组3.杠杆定律的推导二、物料衡算与杠杆定律物料衡算:总：U+V=MA： UyA+VxA=MzAS： UyS+VxS=MzS313.杠杆定律的推导二、物料衡算与杠杆定律物料衡算:31)U、V 、M 三点共线，M点为U与V点的和点，U（V)点为M点与V（U)点的差点。 b)分量与合量的质量与直线上相应线段的长度成

13、比例。4.杠杆定律的总结二、物料衡算与杠杆定律32)U、V 、M 三点共线，M点为U与V点的和点，U（V)点1.和(差)点的确定 5.杠杆定律的应用二、物料衡算与杠杆定律2.量的确定U,V或M点的确定原料中加入S萃取相中脱除S331.和(差)点的确定5.杠杆定律的应用二、物料衡算与杠杆定律三、三元物系的相平衡关系-B、S完全不互溶34三、三元物系的相平衡关系-B、S完全不互溶34三、三元物系的相平衡关系-B、S部分互溶根据A、B在S中溶解度的不同分为三种情况：AB完全互溶AS完全互溶BS部分互溶AB完全互溶AS部分互溶BS部分互溶AB完全互溶AS部分互溶BS部分互溶ABSABSSAB35三、三

14、元物系的相平衡关系-B、S部分互溶根据A、B在S中溶解 在纯组分B中加S使其溶解（d1），S加到一定数量后，到达R点时，溶液由透明变混浊，即S在B中达到饱和，出现两相，R点称为分层点（混溶点）, 继续加S，则到达E点又重新透明， E点亦称为分层点（混溶点） 。溶解度曲线（以B、S部分互溶）：三、三元物系的相平衡关系-作法P1ABSREd1d236 在纯组分B中加S使其溶解（d1），S加到一定数ABSRdER1E1M1 在二元混合液d中加入A，至M1点，混合后静置分层，得共轭相E1和R1，联结点R1、E1即为平衡联结线。溶解度曲线：三、三元物系的相平衡关系-作法P237ABSRdER1E1M1

15、在二元混合液d中加入A，至M1ABSRdER1E1M1 连接所有的E、R点即得溶解度曲线。溶解度曲线：三、三元物系的相平衡关系-作法P338ABSRdER1E1M1 连接所有的E、R点即得溶解度曲 溶解度曲线将三角形分为两个区域：曲线以内为两相区,曲线以外的为单相区。 共轭相 (Conjugate phase) ：互成平衡的液相。其组成分别由R和E点表示。ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8两相区单相区REM溶解度曲线：三、三元物系的相平衡关系-共轭相 39 溶解度曲线将三角形分为两个区域：曲线以内为两相区,曲线 对B、S两相混合物，当加入A的量使混合

16、液恰好变为均相的点称为混溶点。 两个共轭相组成相同时的混溶点称为临界混溶点，以P表示。注：（1）溶解度曲线上所有的点都是混溶点，既可能代表E相，也可能代表R相。 （2）P点将溶解度曲线分为萃取相区域与萃余相区域。一般临界混溶点并不是溶解度曲线的最高点。dREABSPM1R1E1临界混溶点Plait point：三、三元物系的相平衡关系-临界混溶点40 对B、S两相混合物，当加入A的量使混合液恰好变为均相 方法一： 联结线E1R1、E2R2、E3R3、E4R4，分别从E1、E2、E3、E4点作AB平行线，与由R1、R2、R3、R4点分别作的BS平行线相交，连结各交点得辅助曲线； 辅助曲线与溶解度

17、曲线的交点即为临界混溶点P。 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。辅助曲线 Auxiliary curve三、三元物系的相平衡关系-辅助曲线 ABSPR1R2R3R4E4E3E2E141 方法一： 已知共轭相中任一相的组成，可利用辅助线得 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 Auxiliary curve三、三元物系的相平衡关系-辅助曲线 42 方法二：ABSPR4R3R2R1E1

18、E2E3E4辅助曲线分配曲线表达了萃取操作中互成平衡的两液层E和R中溶质的分配关系，相当于相平衡线。B、S部分互溶：质量分数表示相平衡关系三、三元物系的相平衡关系 -分配曲线43分配曲线表达了萃取操作中互成平衡的两液层E和R中溶质的分配关二苯基己烷廿二烷糠醛0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.845 C80 C115 C140 C 两相区的大小，不仅取决于物系本身的性质，而且与操作温度有关。温度升高，互溶度增加，两相区面积减小。三、三元物系的相平衡关系-温度的影响44二苯基己烷廿二烷糠醛0.80.60.40.20.80.60.分配系数 kA Distribut

19、ive coeffient 四、分配系数kA与选择性系数 当三元混合液的两个液相达到平衡时，溶质在E相和R相中的组成之比称为分配系数，以kA表示，即 同样，对于组分B也可写出相应的表达式，即 式中 yA、yB-分别为组分A、B在萃取相E中的质量分率； xA、xB-分别为组分A、B在萃余相R中的质量分率。 45分配系数 kA Distributive coeffien(1)kA只反映S对A的溶解能力，不反映A、B的分离程度。(2)分配系数的值取决于物系、操作温度和溶液的组成。(3)kA值愈大，萃取分离的效果愈好。 分配系数kA 的说明 四、分配系数kA与选择性系数46(1)kA只反映S对A的溶解

20、能力，不反映A、B的分离程度。分选择性系数 (Selective coeffient)：四、分配系数kA与选择性系数 选择性系数表示两相平衡时，萃取相E中A、B 组成之比与萃余相R中A、B 组成之比的比值。 47选择性系数 (Selective coeffient)：四表示S对A、B组分溶解能力差别，即A、B的分离程度。一般kA大于kB 所以萃取操作中,值均应大于1。 值越大,越有利于组分的分离。若=1,kA=kB ，萃取相和萃余相在脱溶剂S后,将具有相同的组成,故无分离能力 。选择性系数类似于蒸馏中的相对挥发度。 四、分配系数kA与选择性系数选择性系数的说明：48表示S对A、B组分溶解能力差

21、别，即A、B的分离程度。四、 组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层区面积。B、S互溶度小,分层区面积大,可能得到的萃取液的最高浓度ymax较高。所以B、S互溶度愈小,愈有利于萃取分离。ABSymax B、S互溶度愈小,愈有利于萃取分离。四、分配系数kA与选择性系数-互溶度萃取剂与稀释剂的互溶度：49 组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层区面积。B、五、萃取过程在三角形相图上的表示-混合 A、 混合 将S kg的萃取剂加到F kg的料液中并混和均匀，即得到总量为M kg的混合液，其组成由点M的坐标位置读取。 三角形相图 ABSEFRERMS050五、萃取过程在三角形相图上的表示-混合 A、 混合 五、萃取过程在三角形相图上的表示-沉降分离 B、 沉降分离 混合液沉降分离后，得到平衡的两液相E、R，其组成由图上读得，各项的量由杆杠规则及总物料衡算求得，即 三角形相图 ABSEFRERMS051五、萃取过程在三角形相图上的表示-沉降分离 B、 五、萃取过程在三角形相图上的表示-脱除溶剂 三角形相图 ABSEFRERM C、脱除溶剂 若将得到的萃取相及萃余相完全脱除溶剂，则得到萃取液E和萃余液R，其组成由图上读得，其量利用杆杠规则确定，即52五、萃取过程在三角形相图上