第12章 萃取 聊城大学化工原理课件

§12.1萃取的基本概念第十二章萃取一、液液萃取简介

1.萃取原理

利用液体混合液中各组分在萃取剂中的溶解度差异实现分离的一种单元操作。

溶质

A：混合液中欲分离的组分

混合液中的溶剂

稀释剂（原溶剂）B：

1萃取剂S：

所选用的溶剂

2.基本过程描述§萃取的基本概念23.分离对象——液液混合物1）相对挥发度等于或者接近1(烷烃/芳烃)；2）重组分含量少，轻组分含量多；3）混合液含热敏性物质（药物）§萃取的基本概念3二、

三角形相图

组分的浓度以摩尔分率，质量分率表示均可。常用xA、xB、xS分别表示A、B、S的质量分率。1.三元组成的表示法等腰直角三角形等边三角形不等腰直角三角形§萃取的基本概念4ABSABS三个顶点分别表示A、B、S三个纯组分。每条边代表某二元混合物的组成，不含第三组分。E点：xA

，xB

=0.6三角形内任一点代表某三元混合物的组成。EEMMFGS%A%B%S%A%B%§萃取的基本概念FGH5杠杆R

E

REF

M

2.三角形相图中的杠杆定律——萃取物料衡算的依据三点共线

M点：和点

F、S：差点线段成比例

§萃取的基本概念6杠杆Note:

杠杆原理的实质即物料衡算物料衡算：三角形相图的应用：1.查取浓度；2.表示混合、分离等过程；3.定量计算----杠杆原理。§萃取的基本概念G7B多S少S多B少+A+A1.溶解度曲线

三、

三角形相图中的相平衡关系MRE思考：若B与S互溶度变大，则两相区范围如何变化？共轭相：互成平衡的两相萃取剂的加入量应使总组成点落在两相区内利用辅助曲线可求任一已知平衡液相的共轭相§萃取的基本概念8

2.分配系数和分配曲线1）分配系数

分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。

kA值与联结线的斜率有关。

§萃取的基本概念9联结线的斜率＞0

kA＞1，yA＞xA

联结线的斜率=0

kA=1，yA=xA

联结线的斜率＜0

kA＜1，yA＜xA

kA值愈大，萃取分离的效果愈好。

§萃取的基本概念102）分配曲线§萃取的基本概念114.温度对相平衡关系的影响

物系的温度升高，组分间的互溶度加大

温度升高，分层区面积缩小

T1＜T2＜T3§萃取的基本概念12四、三角形相图在单级萃取中的应用●FMRE对应最大萃取液浓度§萃取的基本概念13五、萃取剂的选择

1.萃取剂的选择性和选择性系数

1）萃取剂的选择性

§萃取的基本概念14β=1，A、B两组分不能用萃取分离；

β>1，组分A在萃取相中浓集，β越大，组分A与B萃取分离的效果越好。2）选择性系数和分配系数的关系

kA愈大，kB愈小，选择性系数愈大选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小2.萃取剂S与稀释剂B的互溶度

组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积。§萃取的基本概念15

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。

B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。

§萃取的基本概念163.萃取剂回收的难易

被分离体系相对挥发度α大，用蒸馏方法分离；如果α接近1，可用反萃取，结晶分离等方法。4.萃取剂的其它性质

1）萃取剂的密度萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差2）界面张力首要考虑的还是满足分层的要求。一般不选界面张力过小的萃取剂。§萃取的基本概念173）粘度

粘度小对萃取剂有利

5.一般工业要求

化学稳定性好、不易聚合、分解、腐蚀性小、无毒、来源容易，价格便宜等

§萃取的基本概念18一、单级萃取的流程与计算

1.单级萃取的流程

原料液F萃取剂S萃余相R萃取相E2.单级萃取的计算1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系

萃取过程的流程和计算

理论萃取级离开的两相Ri、Ei呈相平衡关系19●F●REME’R’DG最小萃取剂用量最大萃取剂用量

确定点F、S（或S0）、点R，点E，作联结线，找到点M，利用杠杆原理求各量。萃取过程的流程和计算202）萃取剂与稀释剂不互溶的体系

萃取相中溶质A的浓度萃余相中溶质A的浓度

（质量比）（质量比）类似于吸收中由物料衡算萃取过程的流程和计算21当萃取剂为纯溶剂时，——单级萃取的操作线方程

XFE1XRYEY0=0过点（XF，0），斜率为萃取过程的流程和计算22

例1

单级萃取采用纯溶剂进行单级萃取。已知料液组成xF=0.3(质量分率，下同)，选择性系数为6，在萃余相中，kA<1，溶解度曲线如图所示。试求：（1）萃取液量与萃余液量的比值；（2）溶剂比S/F是最小溶剂比（S/F）min多少倍？（用线段表示）萃取过程的流程和计算23解：（1）萃取液量与萃余液量的比值萃取过程的流程和计算24（2）溶剂比S/F是最小溶剂比（S/F）min多少倍？萃取过程的流程和计算25补充作业：用纯溶剂作单级萃取，已知萃取相中浓度比yA/yB=7/3，萃余相中浓度比xA/xB=1/4，原料液浓度xF，原料液量为100kg，操作条件下，分配系数kA>1，求：

（1）萃取液与萃余液的量；

（2）选择性系数；萃取过程的流程和计算26二、多级错流接触萃取的流程与计算

1.多级错流接触萃取的流程

萃取过程的流程和计算27M1R1E1M2R2E2M3E3R3特点：①每一级均用新鲜萃取剂，故传质推动力较大；②萃取剂用量大，操作费用高。可以证明，若相平衡关系为线性，B与S不互溶，则当S1=S2=S3=┈SN时，萃取剂用量最少。2.多级错流萃取的计算1）S和B部分互溶的体系

如此反复，直至共轭线的个数即理论级数。萃取过程的流程和计算282）萃取剂和稀释剂不互溶的体系

对第一级：第2到N级：——错流萃取每一级的操作线方程

a）直角坐标图解法萃取过程的流程和计算29OEY0XFV-B/S1E1X1Y1U-B/S2E2X2Y2-B/S3萃取过程的流程和计算30b）解析法分配曲线：设：——萃取因子（对应吸收中的脱吸因子）交替应用和（类似吸收中克列姆塞尔方程的推导）物料衡算关系相平衡关系操作线方程分配曲线方程萃取过程的流程和计算31三、多级逆流萃取的流程与计算

1.多级逆流萃取的流程

特点：传质推动力较为均匀，分离效率高，溶剂用量少，工业中广泛应用。萃取过程的流程和计算322.多级逆流萃取的计算1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系

对第一级作总物料衡算

对第二级作总物料衡算

依此类推，对第n级作总物料衡算萃取过程的流程和计算33FRNME1△R1E2R2E3——操作点

如此反复，直至（指定）为止，共轭线的个数即为理论级数操作线萃取过程的流程和计算34Note:点△的位置与联接线斜率、原料液的流量和组成、萃取剂用量和组成、最终萃余相组成等有关。其它条件一定时，点△的位置由溶剂比决定：S/F较小时，点△在左侧，S用量越小，△越靠近S；S/F较大时，点△在右侧，S用量越大，△越靠近S；2）萃取剂与稀释剂不互溶的体系a）直角坐标图解法萃取过程的流程和计算35XYOEXFY1P1XNSE1P2萃取过程的流程和计算36b）解析法3）多级逆流萃取的最小溶剂用量

XYOEXNXFk1k2kmin萃取过程的流程和计算37例在多级逆流接触式萃取器中，每小时用40kg纯溶剂S对某A、B两组分混合液进行萃取分离。在操作条件下，B与S完全不互溶，以质量比表示的分配系数为。已知稀释剂B的流量为30kg/h，原料液中A的质量比组成XF，要求最终萃余相质量比XN=0.05kgA/kgB。试求：完成分离任务所需的理论级数。萃取过程的流程和计算38萃取过程的流程和计算39补充作业

拟设计一多级逆流接触萃取塔。在操作范围内所用的纯溶剂S与料液中稀释剂B完全不互溶；以质量比表示的分配系数为2。已知入塔顶F=100kg/h，其中含溶质A为（质量分率），要求出塔底的萃余相中A的浓度降为（质量分率）。试求：（1）最小的萃取剂用量Smin；（2）若实际采用的萃取剂量为60kg/h，则离开第二理论级的萃取相和萃余相的组成。Note：在总溶剂用量相同的条件下，优先采用逆流萃取。当萃取操作中可能有晶体析出时需采用错流流程。萃取过程的流程和计算40液液传质的特点：(1)液液两相密度差异小；

(2)液体表面张力较大，液滴易于合并而难于破裂；常需外界提供能量以分散液滴，如加搅拌、振动脉冲等。

(3)易于产生返混现