冶金设备基础第7章-萃取-课件

1FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineeringKunmingUniversityofScienceandTechnology多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院任课教师：徐瑞东1FacultyofMaterialsandMeta第9章萃取

学习目的与要求了解萃取分配比、相比、萃取速率、萃取因子、分离系数等概念。了解萃取剂的分类和选择原则。掌握几种主要萃取方式的流程。掌握错流萃取、逆流萃取的物料衡算，操作线方程以及理论级数的计算(计算法和图解法)。了解箱式混合澄清槽等萃取设备的构造及工作原理。不含固体颗粒的清夜净化方法置换法中和法吸附法萃取法活性炭吸附树脂吸附

反应体系矿石散料浸出剂

能量

固体与液体充分混合反应后的悬浮液液固分离不含固体颗粒的清夜净化方法置换法中和法吸附法萃取法活性炭吸附9.1萃取过程的基本概念(1)萃取的定义(2)萃取的应用用于处理从矿石原料浸出或分解等过程中得到的含杂质溶液。如钒、铟、铊、锗和碲的提取和净化；铜和钨的提取；镍和钴的分离；钽和铌、锆和铪、钼和铼的提取和分离；稀土和铂族元素的提取、分离和净化。有机溶剂(萃取剂S)、被萃取的水溶液、相对密度、澄清分层、有机相(萃取相)，水相(萃余相)、分离、净化或富集。(3)萃取操作过程萃取洗涤：除去萃取相中的杂质反萃取：萃取剂再生利用9.1萃取过程的基本概念(1)萃取的定义(2)萃取的应用单级混合-澄清萃取1-混合室2-澄清室被萃取物或溶质(A)：可溶的组分惰性组分(B)：不溶或难溶的组分萃取溶剂(S)载体：若B和S不互溶，均可称为载体水相(萃余相)组成：B有机相(萃取相)组成：A和S以稀醋酸水溶液的分离为例说明工业萃取过程单级混合-澄清萃取1-混合室2-澄清室被萃取物或溶质(9.1.1基本概念1.分配比2.萃取速率3.基本参数相比R萃取因数e萃取分率q4.分离系数分配比(D)---在萃取平衡时，被萃取物在有机相的总浓度和在水相中的总浓度之比称为分配比。萃取速率---被萃取物在单位时间内由水相转入到有机相的质量。相比R:有机相体积V0与水相体积Vw之比萃取因数e:萃取液中溶液的量与萃余液中溶液的量之比萃取分率q:被萃取物进入到有机相中的量与两相中被萃取物的总量的百分比分离系数:在同一体系中有两种溶质A和B，它们的分配比分别为DA和DB。βA/B表明了两种溶质在有机相的平衡浓度之比与在水相的平衡浓度之比，表明了两种溶质的分离效率。βA/B≈1,两种溶质难于完全不能分离；βA/B》1或βA/B《1,两种溶质容易分离。9.1.1基本概念1.分配比2.萃取速率3.基本参数相比R9.1.2萃取剂的分类及选择原则中性萃取剂酸性萃取剂(阳离子交换剂)螯合萃取剂碱性萃取剂(阴离子交换剂)1.萃取剂的分类

2.萃取剂选择原则(1)对被萃取的金属有较高的选择性(2)有较大的萃取容量(3)相对密度小、粘度低，表面张力大；沸点高，蒸气压小；在水中溶解度小(4)化学稳定性好，不易水解，毒性小，腐蚀性小(5)反萃取(再生)容易，不生产第三相(6)来源丰富，制备、纯化以及价廉9.1.2萃取剂的分类及选择原则中性萃取剂1.萃取剂的分类9.2萃取工艺流程及计算使用两种或两种以上萃取剂的混合物来萃取某一金属离子或其化合物，其萃取性能超过单个萃取剂单独使用时的效果。萃取工艺流程单级萃取多级萃取错流萃取逆流萃取分馏萃取回流萃取水相与有机相流动方式水相和有机相接触的次数协同萃取混合物萃取剂的萃取效果9.2萃取工艺流程及计算使用两种或两种以上萃取剂的混合物来错流萃取：每一级都加入新的萃取剂的萃取。9.2.1错流萃取错流萃取流动方式物料衡算：衡算原则：原液中溶质的量+溶剂中溶质A的量=萃余相中溶质A的量+萃取相中溶质A的量错流萃取：每一级都加入新的萃取剂的萃取。9.2.1错流萃取错流萃取级数错流萃取理论级数图解法计算法理论级数计算方法错流萃取级数错流萃取理论级数图解法理论级数计算方法逆流萃取:有机相和水相逆流通过多级萃取室的萃取。9.2.2逆流萃取物料衡算：逆流萃取流动方式逆流萃取:有机相和水相逆流通过多级萃取室的萃取。9.2.2图解法计算法理论级数计算方法逆流萃取理论级数前提条件：1.分配比D为定值即D=D1=D2····=Dn2.萃取过程两相体积恒定逆流萃取级数图解法理论级数计算方法逆流萃取理论级数前提条件：逆流萃取级数例6-1用5%TBP煤油溶剂，按相比逆流萃取分离钍铀，已知料液成分U3O8为10g/dm3，ThO2170g/dm3，D=3，求欲使残液中U3O8达0.00642g/dm3，需要几级萃取？解：例6-1用5%TBP煤油溶剂，按相比9.2.3分馏萃取12345水相出口料液F萃取段洗涤段有机相出口WERS特点：料液从中间加入，水相和有机相从两端流出，萃取和洗涤同时在一个设备中完成。当βA/B较大时，同时可得到纯A和纯B，收率很高应用最广。分馏萃取示意图9.2.3分馏萃取12345水相出口料液F萃取段洗涤段有机相例：在单级萃取器中用纯溶剂S从A、B两组分混合液中提取溶质组分A。已知：溶剂用量S=100kg，料液处理量F=100kg，其中A的含量为40kg，萃余液中A的质量分数为0.2，选择性系数β=8,试求组分A的萃取率.解：组分A的萃取率为:单级萃取例：在单级萃取器中用纯溶剂S从A、B两组分混合液中提取溶质组对体系物料进行衡算，则有：单级萃取对体系物料进行衡算，则有：单级萃取9.3萃取设备9.3.1萃取设备分类及选型1.萃取设备的分类按液流接触方式划分按相分散动力划分逐级接触式：混合澄清器连续接触式：萃取塔重力式机械搅拌式机械振动式脉冲式离心式9.3萃取设备9.3.1萃取设备分类及选型1.萃取设备的分2.萃取设备的选型萃取设备的选择2.萃取设备的选型萃取设备的选择9.3.2混合澄清器(1)箱式混澄器的结构(2)箱式混澄器的工作原理整体：逆流流动同级内：并流流动简单箱式混澄器321水相进口水相出口有机相进口有机相出口9.3.2混合澄清器(1)箱式混澄器的结构(2)箱式混澄器9.3.3萃取塔脉冲萃取塔往复振动筛板塔(1)萃取塔的工作原理水相和有机相分别萃取塔的顶部和底部加入，两相在塔内筛孔切割作用下进行混合萃取和澄清分离，得到附带有机相和萃余液，也称内脉冲萃取塔。

(2)萃取塔的类型往复振动筛板萃取塔有机相水相附带有机相萃余液9.3.3萃取塔脉冲萃取塔(1)萃取塔的工作原理水相荷兰皇家壳牌公司研制。固定圆环：减小液体轴向流，并使碰在塔壁上的液体返回，促进循环。转盘：借快速旋转的剪切力提高两相的分散能力。格珊：抑制流体湍动，改善澄清效果。9.3.4转盘塔转盘塔有机相水相附带有机相萃余液格珊荷兰皇家壳牌公司研制。9.3.4转盘塔转盘塔有机相9.3.5离心萃取器

水相和有机相分别从离心萃取器的底部进入，在离心萃取器内进行混合萃取，在离心力的作用下进行澄清分离，得到附带有机相和萃余液。(2)离心萃取器的工作原理(1)离心萃取器的结构BXP型离心萃取器有机相入口有机相出口重相入口重相出口9.3.5离心萃取器水相和有机相分别从离心萃取器的底(3)圆筒式离心萃取器的特点1.转鼓直径较小、转速较低、结构简单，便于制造。2.单台单级设备，多级逆流操作可由单级串联而成，级数不受限制，适于多种萃取体系。3.转鼓是上悬式，浸在液体中转动件没有动密封问题。4.液体通道的截面积较大，处理理大，而且适于处理含有一定量固体颗粒的料液。优点设备因是单台单级设备，每台设备都有单独的传动机构，其占地面积，容机滞留量、易损件消耗都相应有所增加；而且由于转鼓直径较小，转速较低，其分离因数均小于500。缺点：(3)圆筒式离心萃取器的特点1.转鼓直径较小、转速较低、结萃取设备特点应用范围逐级接触式混合澄清级效率高，处理能力大，操作弹性好溶剂滞留量大，占地面积大，费用高连续接触式脉冲筛板处理能力大,容积效率高，塔内无运动部件难处理两相密度差小的体系，不能高流比操作，对乳化无法往复振动处理能力大，结构简单，操作弹性好转盘塔处理能力大，效率较高，结构简单离心萃取设备体积小，传质效率高，溶剂滞留量小，适合两相密度差小的体系结构复杂，制造和维修费高几种萃取设备的特点和应用范围萃取设备特点应用范围逐级接触式混合澄清级效率高，处理能力大，本章小结一、萃取过程(1)萃取的定义(2)萃取的应用用于处理从矿石原料浸出或分解等过程中得到的含杂质溶液有机溶剂与被萃取的水溶液混合，经充分搅拌后，根据两者相对密度的不同，经过澄清分层，一层为有机相(萃取相)，另一层为水相(萃余相)。在两相平衡时被萃取物质按一定的浓度比分配于两相中，从而达到分离、净化或富集的目的。(3)萃取操作过程萃取洗涤：除去萃取中的杂质反萃取：萃取剂再生利用1、萃取过程基本知识本章小结一、萃取过程(1)萃取的定义(2)萃取的应用1.分配比2.萃取速率3.基本参数相比R萃取因数e萃取分率q4.分离系数2、萃取的基本概念1.分配比2.萃取速率3.基本参数相比R4.分离系数2、萃3.萃取剂的选择原则中性萃取剂酸性萃取剂(阳离子交换剂)螯合萃取剂碱性萃取剂(阴离子交换剂)1.萃取剂的分类

2.萃取剂选择原则(1)对被萃取的金属有较高的选择性(2)有较大的萃取容量(3)相对密度小、粘度低，表面张力大；沸点高，蒸气压小，闪点高；在水中溶解度小(4)化学稳定性好，不易水解，毒性小，腐蚀性小(5)反萃取容易，不发生乳化，不生产第三相(6)来源丰富，制备、纯化、再生容易以及价廉3.萃取剂的选择原则中性萃取剂1.萃取剂的分类2.萃取剂选二、萃取工艺流程及计算萃取工艺流程单级萃取串级萃取错流萃取逆流萃取分馏萃取回流萃取水相与有机相流动方式水相和有机相仅接触的次数协同萃取协同效应反协同效应混合物萃取剂的萃取效果二、萃取工艺流程及计算萃取工艺流程单级萃取错流萃取水相与有机特点：每一级都加入新的萃取剂的萃取。物料衡算：1.错流萃取理论级数2.逆流萃取特点：有机相和水相逆流通过多级萃取室的萃取。物料衡算：理论级数图解法计算法图解法计算法料液从中间加入，水相和有机相从两端流出，萃取和洗涤同时在一个设备中完成。3.分馏萃取特点：每一级都加入新的萃取剂的萃取。物料衡算：1.错三、萃取设备1.萃取设备的分类按液流接触方式划分按相分散动力划分逐级接触式：混合澄清器连续接触式：萃取塔重力式机械搅拌式机械振动式脉冲式离心式2.萃取设备的选型混合澄清器萃取塔转盘塔离心萃取器3.常用的萃取设备三、萃取设备1.萃取设备的分类按液流接触方式划分按相分散动力思考题1.阐述错流萃取、逆流萃取和分馏萃取工艺的特点。2.用5%TBP煤油溶剂，按相比2：1进行逆流萃取分离钍铀，已知料液成分U3O8为10g/dm3，ThO2170g/dm3，D=3，求欲使残液中U3O8达0.005g/dm3，需要几级萃取？思考题1.阐述错流萃取、逆流萃取和分馏萃取工艺的特点。1FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineeringKunmingUniversityofScienceandTechnology多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院任课教师：徐瑞东1FacultyofMaterialsandMeta第9章萃取

学习目的与要求了解萃取分配比、相比、萃取速率、萃取因子、分离系数等概念。了解萃取剂的分类和选择原则。掌握几种主要萃取方式的流程。掌握错流萃取、逆流萃取的物料衡算，操作线方程以及理论级数的计算(计算法和图解法)。了解箱式混合澄清槽等萃取设备的构造及工作原理。不含固体颗粒的清夜净化方法置换法中和法吸附法萃取法活性炭吸附树脂吸附

反应体系矿石散料浸出剂

能量

固体与液体充分混合反应后的悬浮液液固分离不含固体颗粒的清夜净化方法置换法中和法吸附法萃取法活性炭吸附9.1萃取过程的基本概念(1)萃取的定义(2)萃取的应用用于处理从矿石原料浸出或分解等过程中得到的含杂质溶液。如钒、铟、铊、锗和碲的提取和净化；铜和钨的提取；镍和钴的分离；钽和铌、锆和铪、钼和铼的提取和分离；稀土和铂族元素的提取、分离和净化。有机溶剂(萃取剂S)、被萃取的水溶液、相对密度、澄清分层、有机相(萃取相)，水相(萃余相)、分离、净化或富集。(3)萃取操作过程萃取洗涤：除去萃取相中的杂质反萃取：萃取剂再生利用9.1萃取过程的基本概念(1)萃取的定义(2)萃取的应用单级混合-澄清萃取1-混合室2-澄清室被萃取物或溶质(A)：可溶的组分惰性组分(B)：不溶或难溶的组分萃取溶剂(S)载体：若B和S不互溶，均可称为载体水相(萃余相)组成：B有机相(萃取相)组成：A和S以稀醋酸水溶液的分离为例说明工业萃取过程单级混合-澄清萃取1-混合室2-澄清室被萃取物或溶质(9.1.1基本概念1.分配比2.萃取速率3.基本参数相比R萃取因数e萃取分率q4.分离系数分配比(D)---在萃取平衡时，被萃取物在有机相的总浓度和在水相中的总浓度之比称为分配比。萃取速率---被萃取物在单位时间内由水相转入到有机相的质量。相比R:有机相体积V0与水相体积Vw之比萃取因数e:萃取液中溶液的量与萃余液中溶液的量之比萃取分率q:被萃取物进入到有机相中的量与两相中被萃取物的总量的百分比分离系数:在同一体系中有两种溶质A和B，它们的分配比分别为DA和DB。βA/B表明了两种溶质在有机相的平衡浓度之比与在水相的平衡浓度之比，表明了两种溶质的分离效率。βA/B≈1,两种溶质难于完全不能分离；βA/B》1或βA/B《1,两种溶质容易分离。9.1.1基本概念1.分配比2.萃取速率3.基本参数相比R9.1.2萃取剂的分类及选择原则中性萃取剂酸性萃取剂(阳离子交换剂)螯合萃取剂碱性萃取剂(阴离子交换剂)1.萃取剂的分类

2.萃取剂选择原则(1)对被萃取的金属有较高的选择性(2)有较大的萃取容量(3)相对密度小、粘度低，表面张力大；沸点高，蒸气压小；在水中溶解度小(4)化学稳定性好，不易水解，毒性小，腐蚀性小(5)反萃取(再生)容易，不生产第三相(6)来源丰富，制备、纯化以及价廉9.1.2萃取剂的分类及选择原则中性萃取剂1.萃取剂的分类9.2萃取工艺流程及计算使用两种或两种以上萃取剂的混合物来萃取某一金属离子或其化合物，其萃取性能超过单个萃取剂单独使用时的效果。萃取工艺流程单级萃取多级萃取错流萃取逆流萃取分馏萃取回流萃取水相与有机相流动方式水相和有机相接触的次数协同萃取混合物萃取剂的萃取效果9.2萃取工艺流程及计算使用两种或两种以上萃取剂的混合物来错流萃取：每一级都加入新的萃取剂的萃取。9.2.1错流萃取错流萃取流动方式物料衡算：衡算原则：原液中溶质的量+溶剂中溶质A的量=萃余相中溶质A的量+萃取相中溶质A的量错流萃取：每一级都加入新的萃取剂的萃取。9.2.1错流萃取错流萃取级数错流萃取理论级数图解法计算法理论级数计算方法错流萃取级数错流萃取理论级数图解法理论级数计算方法逆流萃取:有机相和水相逆流通过多级萃取室的萃取。9.2.2逆流萃取物料衡算：逆流萃取流动方式逆流萃取:有机相和水相逆流通过多级萃取室的萃取。9.2.2图解法计算法理论级数计算方法逆流萃取理论级数前提条件：1.分配比D为定值即D=D1=D2····=Dn2.萃取过程两相体积恒定逆流萃取级数图解法理论级数计算方法逆流萃取理论级数前提条件：逆流萃取级数例6-1用5%TBP煤油溶剂，按相比逆流萃取分离钍铀，已知料液成分U3O8为10g/dm3，ThO2170g/dm3，D=3，求欲使残液中U3O8达0.00642g/dm3，需要几级萃取？解：例6-1用5%TBP煤油溶剂，按相比9.2.3分馏萃取12345水相出口料液F萃取段洗涤段有机相出口WERS特点：料液从中间加入，水相和有机相从两端流出，萃取和洗涤同时在一个设备中完成。当βA/B较大时，同时可得到纯A和纯B，收率很高应用最广。分馏萃取示意图9.2.3分馏萃取12345水相出口料液F萃取段洗涤段有机相例：在单级萃取器中用纯溶剂S从A、B两组分混合液中提取溶质组分A。已知：溶剂用量S=100kg，料液处理量F=100kg，其中A的含量为40kg，萃余液中A的质量分数为0.2，选择性系数β=8,试求组分A的萃取率.解：组分A的萃取率为:单级萃取例：在单级萃取器中用纯溶剂S从A、B两组分混合液中提取溶质组对体系物料进行衡算，则有：单级萃取对体系物料进行衡算，则有：单级萃取9.3萃取设备9.3.1萃取设备分类及选型1.萃取设备的分类按液流接触方式划分按相分散动力划分逐级接触式：混合澄清器连续接触式：萃取塔重力式机械搅拌式机械振动式脉冲式离心式9.3萃取设备9.3.1萃取设备分类及选型1.萃取设备的分2.萃取设备的选型萃取设备的选择2.萃取设备的选型萃取设备的选择9.3.2混合澄清器(1)箱式混澄器的结构(2)箱式混澄器的工作原理整体：逆流流动同级内：并流流动简单箱式混澄器321水相进口水相出口有机相进口有机相出口9.3.2混合澄清器(1)箱式混澄器的结构(2)箱式混澄器9.3.3萃取塔脉冲萃取塔往复振动筛板塔(1)萃取塔的工作原理水相和有机相分别萃取塔的顶部和底部加入，两相在塔内筛孔切割作用下进行混合萃取和澄清分离，得到附带有机相和萃余液，也称内脉冲萃取塔。

(2)萃取塔的类型往复振动筛板萃取塔有机相水相附带有机相萃余液9.3.3萃取塔脉冲萃取塔(1)萃取塔的工作原理水相荷兰皇家壳牌公司研制。固定圆环：减小液体轴向流，并使碰在塔壁上的液体返回，促进循环。转盘：借快速旋转的剪切力提高两相的分散能力。格珊：抑制流体湍动，改善澄清效果。9.3.4转盘塔转盘塔有机相水相附带有机相萃余液格珊荷兰皇家壳牌公司研制。9.3.4转盘塔转盘塔有机相9.3.5离心萃取器

水相和有机相分别从离心萃取器的底部进入，在离心萃取器内进行混合萃取，在离心力的作用下进行澄清分离，得到附带有机相和萃余液。(2)离心萃取器的工作原理(1)离心萃取器的结构BXP型离心萃取器有机相入口有机相出口重相入口重相出口9.3.5离心萃取器水相和有机相分别从离心萃取器的底(3)圆筒式离心萃取器的特点1.转鼓直径较小、转速较低、结构简单，便于制造。2.单台单级设备，多级逆流操作可由单级串联而成，级数不受限制，适于多种萃取体系。3.转鼓是上悬式，浸在液体中转动件没有动密封问题。4.液体通道的截面积较大，处理理大，而且适于处理含有一定量固体颗粒的料液。优点设备因是单台单级设备，每台设备都有单独的传动机构，其占地面积，容机滞留量、易损件消耗都相应有所增加；而且由于转鼓直径较小，转速较低，其分离因数均小于500。缺点：(3)圆筒式离心萃取器的特点1.转鼓直径较小、转速较低、结萃取设备特点应用范围逐级接触式混合澄清级效率高，处理能力大，操作弹性好溶剂滞留量大，占地面积大，费用高连续接触式脉冲筛板处理能力大,容积效率高，塔内无运动部件难处理两相密度差小的体系，不能高流比操作，对乳化无法往复振动处理能力大，结构简单，操作弹性好转盘塔处理能力大，效率较高，结构简单离心萃取设备体积小，传质效率高，溶剂滞留量小，适合两相密度差小的体系结构复杂，制造和维修费高几种萃取设备的特点和应用范围萃取设备特点应用范围逐级接触式混合澄清级效率高，处理能力大，本章小结一、萃取过程(1)萃取的定义(2)萃取的应用用于处理从矿石原料浸出或分解等过程中得到的含杂质溶液有机溶剂与被萃取的水溶液混合，经充分搅拌后，根据两者相对密度的不同，经过澄清分层，一层为有机相(萃取相)，另一层为水相(萃余相)。在两相平衡时被萃取物质按一定的浓度比分配于两相中，从而达到分离、净化或富集的目的。(3)萃取操作过程萃取洗涤：除去萃取中的杂质反萃取：萃取剂