化工原理-萃取2014-mass

一、萃取剂与稀释剂部分互溶物系原料液FFAx

萃取剂S

zA

,

zS萃余相RxA

,

xS萃取相EyA

,

yS1.单级萃取脱除S萃余液R0Axo萃取液E0Ayo计算任务：给定

F、xFA、zS、xA（或xA

o）等条件，根据相平衡数据和物料求出S，E、yA、E0、yAo1)解析法根据物料 式：yS

(

yA

)xS

(xA

)分配曲线：yA

f

(xA

)溶解度曲线：对于一个理论级，R和E为互相平衡的共轭相：F

S

R

EFxFA

SzA

RxA

EyASzS

RxS

EyS根据平衡数据作出溶解度曲线及辅助线。已知

xFA,

在

AB

边上定出

F点，由萃取剂组成确定S

点。0联结FS0，代表原料液与萃取0剂的混合液

M

点必在

FS

线上。2)图解法ABSREE0R0F由

xA（或

xAo）定出

R

点（若知

R0点，连

SR0线与溶解度曲线的交点即为

R

点）。再由

R

点利用辅助曲线求出

E

点，则

RE

与

F

S0

线的交点即为混合液的组成点

M。M单级萃取图解法S0根据杠杆规则：——溶剂比

FMS0

MFS0ABSREE0R0FM单级萃取图解法S0根据溶剂比可由料液流量F计算溶剂流量S。M

F

S0：RE萃取相流量

E

M

MR：萃余相流量R

M

E从萃取相E

中除去萃取剂S

后得萃取液E0；从萃余相R

中除去萃取剂S

后得萃余液R0；F

E0

R0FR00萃取液流量：EE0

R0

F：萃余液流量R0

F

E0ABSREE0R0FM单级萃取图解法S0D点：最小溶剂用量，SminG点：最大溶剂用量，SmaxA,minx

和x0A,min0Smax

F

GFGS0minDS

F

FDS最小溶剂用量和最大溶剂用量萃取只能在分层区内进行。对单级萃取，原料量F

及组成一定：与G点成平衡时，有单级萃取可能达到的的ABSREFM单级萃取图解法S0DG

S0

SmaxSmin萃取操作S应满足下列条件：ABSREFMS0yoA,max从S点作平衡溶解度曲线的切线并延长至AB边，交点组成是单级萃取所能获得的最高含量。过E点的联结线与FS交于M点，应用杠杆定律可求得该操作条件下的溶剂用量。当料液组成较低且分配系数较小时，不可能用单级萃取使萃取相达到切点e。此时溶剂用量越少，萃取液的溶质含量就越高。ABSREFS0yoA,max例11-1：某混合物含溶质A为30％、稀释剂为70%，拟用纯溶剂单级萃取分离，要求萃余相中的含量不超过10%。在操作条件下，物系的溶解度曲线

，试求：当溶质A的分配系数为1时，所需溶剂比为多少？所得萃取液的含量为多少？过程的选择性系数为多少？当溶质A的分配系数为2时，所需溶剂比、所得萃取液的含量、过程的选择性系数各为多少？例11-1解：根据已知条件，在相图上确定点F(xFA=0.3)和R(xA=0.1)；连接SF，和点M应在SF连线上。（1）

kA

1过R做水平线与溶解度曲线相交得E点RE与SF的交点为M

点，S

FM

=

0.67-0

2.03F

.67A连接SE并延长后交AB于Eo

,

yo

0.48A连接SR并延长后交AB于Ro

,

xo

0.11ooAAAAy

/(1y

)0.48

/(1

0.48)0.11/(1

0.11)

7.5xo

/(1

xo

)

例11-1解：F

1-0.47SM（2）

kA

2

y

=k

x

=0.2在溶解度曲线上确定E点A

A

ARE与SF的交点为M点，S

FM

=

0.47-0

0.887A连接SE并延长后交AB于Eo

,

yo

0.63A连接SR并延长后交AB于Ro

,

xo

0.11ooAAAAy

/(1

y

)0.63

/(1

0.63)0.11/(1

0.11)

13.8xo

/(1

xo

)

第一级：F+S

M1，M1

E1+R1（平衡相）第二级：R1+S

M2，M2

E2+R2（平衡相）第三级：R2+S

M3，M3

E3+R3（平衡相）依次计算，直到萃余相中溶质的浓度等于或小于所要求的浓度为止，标绘的联结线数目即为理论级数。萃取剂料液F,

xF萃取相萃余相M1M2M3E1R1E2E3MnEnR2R3Rn-1Rn设各级萃取剂用量均为S2．多级错流萃取连接点F、S得FS线，根据杠杆规则确定点M1。ABSR1E1FM1多级错流萃取图解法E2R2M3M2E3R3利用辅助曲线通过试差法作出过点M1的联结线E1R1。以R1

为原料液，加入新鲜

的萃取剂S，两者混合得点M

2。通过类似的方法可以得到E2和R2。依次类推，直至某级萃余相中溶质的组成等于或小于要求的组成xA为止。例11-2（p162)：含醋酸质量分数30％的醋酸—水溶液，在25℃下用异丙醚为溶剂进行萃取，料液的处理量为

100kg/h，试求：用100kg/h纯溶剂作单级萃取，所得的萃余相和萃取相的流量与醋酸质量分数；每次用50kg/h纯溶剂作两级错流萃取，萃余相的最终流量和醋酸质量分数；比较两种操作所得的萃余相中醋酸的残余量与原料中醋酸量之比(萃余百分数)。单级萃取：找F点；由杠杆规则定M点；由内插法做过M点的联结线并由此确定E和R点组成，xA=0.25,yA=0.11；由杠杆规则计算出E=88.1kg/h，R=111.9kg/h。两级萃取：找F点；由杠杆规则定M1点；由内插法做过M1点的联结线并由此确定E1和R1点；由杠杆规则计算出R1=90.4kg/h；M2=R1+S2=140kg/h，确定M2点；由内插法做过M2点的联结线并由此确定E2和R2点，x2A=0.22，R2=80.2kg/h。12（3）

A2

2

AFAFx

100

0.35Rx

88.1

0.25

0.629

R

x

80.2

0.22

0.504

FxFA

100

0.35例11-3：原料中溶质含量0.35（质量百分数），处理量100kg/h，用纯溶剂萃取，要求最终萃余相中醋酸的含量不大于0.05。若采用多级错流萃取，每级溶剂用量与进入该级的料液量相同，则所需的理论级数、每小时溶剂消耗量及萃取的溶质量各为多少？例11-3解：

S1F11SM

FM1

=1，故M

应在SF中点根据已知条件，在相图上确定点F(xFA=0.35)，连接SF，溶剂添加量与料液量相同用辅助曲线由试差法找到过M1的联结线E1R11

11

1ER

0.76

0.03由杠杆规则：R

=M

E1M1

200

0.760.5

71.2kg

/h连R1S,在第2级加入与R1等量的S，故M2

应在SR1中点用辅助曲线由试差法找到过M2的联结线E2R2在图上读x2

=0.035<0.05，故需两级理论版萃取剂总量:S

S1

S2

100

71.2

171.2kg

/

h2

2E2

M

20.9

0.49

2

71.2

66.3kg

/

hR2

=M

2E

R0.9

0.02经两级错流萃取后，得到的溶质总量：mA

=FxF

R2

x2100

0.35

66.3

0.035

32.7kg3.多级逆流萃取物料萃取剂S,

zA料液F,

xFA萃取相萃余相M1M2M3MnE1R1E2E3EnR2R3Rn-1RnE4i

=1

F

+E2

=

R1

+

E1i

=

2

F

+

E3

=

R2

+

E1或

F

-

E1

=

R1

-

E2或

F

-

E1

=

R2

-

E3i

=n F

+

S

=

Rn

+E1

或

F

-

E1

=

Rn

-

SF

-

E1=

R1

-

E2

=

R2

-

E3

=．．．=

Rn-1

-

En=

Rn

-

S

=

Δ离开每级的R

与进入该级的E

流量之差为一常数

。>0

，流动方向与R

相同，<0，流动方向与E

相同。每一级的“净流量”F

-

E1

=

R1

-

E2

=

R2

-

E3

=

．．．=Rn-1

-

En

=Rn

-

S

=

ΔΔ为一虚拟量，可视为通过每一级的“净流量”，其组成也可在三角形相图上用某点（

Δ点）表示。Δ

点分别为F

与E1

、R1与E2、R2与E3

、．．．、Rn-1

与En

、Rn

与S

的差点。在三角形相图上，连接Ri

与Ei+1

两点的直线均通过Δ

点，通常称Ri

Ei+1

Δ的连线为操作线，Δ为操作点。根据理论级的假设，离开每一级的萃取相Ei和萃余相Ri

应位

于联结线的两端。因此可以根据联结线和操作线之间的关系，方便地进行逐级计算以确定理论级数。三角形相图上的图解方法ABSE1F多级逆流萃取图解法E2E3E4R1R

M2R3Rn

R4F

+S

=M=E1

+Rn

由给定的F、S

和Rn

可得出E1作F

E1

和RnS的连线，并延长使其相交，交点即为Δ点。由E1通过联结线得出R1。连接Δ

R1并延长，其与溶解度曲线的交点即为E2。交替应用操作线和联结线，直至萃余相组成小于或等于所要求的值为止，联结线的数目即为所求的理论级数。适用于萃取剂与稀释剂互溶度很小，且在操作范围内溶质组分对B、S

的互溶度又无明显影响的体系。溶质在两相中的平衡关系符合分配曲线：Y

f

(

X

)二、萃取剂与稀释剂不互溶的体系萃取相中溶质A的浓度kg(S

)X

kg(

A)Y

kg(

A)萃余相中溶质A

的浓度kg(B)料液B,XF1.单级萃取溶剂S,

Z萃余相B,

X萃取相S,

YFS(Y

Z

)

B(X

X

)单级系统的物料

：F

B

Z

YS

XF

XY

B

(

X

X

)

ZSY0分配曲线ZXXF-B/SHD上述计算也可以用图解法代替。2.多级错流萃取1）直角坐标图解法平衡关系：

Y

f

(

X

)任一级系统的物料

：Sn

(Yn

Z

)

B(Xn

1

Xn

)——操作线方程nSn

n

n1Y

B

(

X

X

)

ZY1Y20Y=

f

(X)Y3ZX3

X2

X1

XF-B/S1-B/S2-B/S3由平衡数据绘出X~Y平衡曲线，由每一级物料

得出操作线，直到第

n

级萃余相中的浓度XA

满足要求为止。若萃取剂中不含溶质A（Z＝0）对任意第n级进行物料

：SnYn

B(Xn1

Xn

)Yn

KXnB,Xn-1Sn,

YnnB,

Xn2）解析法若在操作范围内，平衡线为通过原点的直线，即分配系数K为一常数，则多级错流萃取的理论级数可通过解析计算。SnnXn1X

Xn1

1

An1S

nBK

11

KAn

B

/

Sn,称为萃取因数1

SnK＝

SnYnAnBBXn

萃取相中组分A的量萃余相中组分A的量SnYn

B(Xn1

Xn

)Sn

KXn

B(

Xn1

Xn

)当各级萃取因数为一常数时，从n=1（X0=XF

）至最后一级n=N，逐级递推可得最终萃余相含量XN为：Nlog

XFX

NN

log

11

A

经过N级后，溶质A在最终萃余相中的萃余百分数为：11

N

BX

NFBX1A

X1

A

AX2FXN

F21

1

1

11

1

1

1

A

A

3.多级逆流萃取物料BXF

SYn1

BXn

SY

1SSY

B

X

Y

B

Xn1n

1F

S,

Yn+11nS

,

Y1SB

,

XFBBB

,

XnS——操作线方程式中：XF

——料液中溶质A

的浓度，kgA/kgB