液液萃取课件

第十一章液液萃取(Liquidextraction)第十一章液液萃取(Liquidextracti1 利用液体混合物各组分在某溶剂中溶解度的差异而实现的分离。11.1概述11.1.1液液萃取过程一、萃取原理溶质A稀释剂B原料溶剂S萃取相E萃余相RS+A(B)B+A(S) 利用液体混合物各组分在某溶剂中溶解度的差异而实现的分离。2（1）溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分 互溶。溶剂S必须满足两个基本要求：（2）溶剂对A、B两组分有不同的溶解能力，即具 有选择性。yA、yB——萃取相中A、B两组分的质量分数xA、xB——萃余相中A、B两组分的质量分数（1）溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分 互溶。溶剂S3

②吸收涉及气—液系统，萃取涉及液液系统。萃取与吸收的比较：相同点：①添加组分；②对各组分的溶解度有差异不同点：

①吸收有惰性组分，而萃取大多数各组分都有一 定的溶解度；

②吸收涉及气—液系统，萃取涉及液液系统。萃取与吸收的比较：4二、工业萃取过程二、工业萃取过程5③混合液含热敏性物质（如药物等），采用萃取方法精制可避免物料受热破坏。三、萃取过程的经济性：溶剂回收的难易（1）取决于后继的两个分离过程是否较原溶液的直接 分离更易实现萃取过程适用场合：①混合液α小或形成恒沸物，用一般精馏方法不能分离或很不经济。②混合液的浓度很稀，采用精馏方法须将大量稀释剂B汽化，能耗过大。③混合液含热敏性物质（如药物等），采用萃取方法精制可避免物料6（2）取决于萃取剂的性质要求萃取剂：①应有较强的溶解能力：S耗量少，后继精馏能耗低。②应有较高的选择性：获高纯产品。③αAS高：S为高沸溶剂，后继精馏R较低。④S在AB中的溶解度小：减少R相中溶剂回收费用。（2）取决于萃取剂的性质要求萃取剂：①应有较强的溶解能力：S711.1.2两相的接触方式微分接触：塔式设备级式接触：槽式设备11.1.2两相的接触方式微分接触：塔式设备级式接8本节均指级式萃取过程的计算单级萃取多级逆流多级错流本节均指级式萃取过程的计算单级萃取多级逆流多级错流9等边三角形直角等腰三角形直角非等腰三角形11.2液液相平衡11.2.1三角形相图一、液液组成的表示方法组成：质量分数三组分：ABS一个方程：自由度：2三组分溶液的组成用平面坐标上的一点表示——三角形相图等边三角形11.2液液相平衡11.2.1三角形相10第十一章-液液萃取-课件1130%A直角等腰三角形相图顶点：纯组分边：双组分图中一点：三组分如M点：•MABS00.20.40.60.81.00.20.40.60.8A%A%S%S%20%S50%B30%A直角等腰三角形相图顶点：纯组分边：双组分图中一点：三12二、物料衡算与杠杆定律量（kg/h）kgA/kgkgB/kgkgS/kg混合物MzAzBzS萃取相EyAyByS萃余相RxAxBxS物料衡算:（11-2）得:二、物料衡算与杠杆定律量（kg/h）kgA/kgkgB/kg13杠杆定律：同理:ABS00.20.40.60.81.00.20.40.60.8E•R••M混合物的质量线段的长度和点M=E+R差点E=M-RR=M-E杠杆规则表明：（1）和点M必在R、E的联线上（2）差点R（或E）必在EM（或RM）的延长线上杠杆定律：同理:ABS00.20.40.60.81.00.214

SQ1线任一点所代表的溶液中A、B两组分含量的相对比值均相同。

ABS•P1•P2•Q1•Q2 在PA线任一点所代表的溶液中B、S两组分的相对比值必相同。P（B+S）+AP1（A+B+S）A↑P2（靠近A点）和点同理：Q1S(部分)Q2S(全部)Q差点应用：•PQ• SQ1线任一点所代表的溶液中A、B两组分含量的相对比值均相15Ⅱ类：A与B完全互溶，A与S、B与S部分互溶 ——两对部分互溶第Ⅰ类物系的相图11.2.2部分互溶物系的相平衡萃取操作：B与S部分互溶或完全不互溶部分互溶物系：Ⅰ类：A与B、A与S完全互溶，B与S部分互溶 ——一对部分互溶

Ⅱ类：A与B完全互溶，A与S、B与S部分互溶第Ⅰ类物系的相图16第十一章-液液萃取-课件17实验求取：一、溶解度曲线（双结点曲线）BSA条件：恒温Ⅰ类溶解度曲线：代表了饱和溶液的组成相图中若干分层点的联线；R•H•R1•R2•R3•H1••E实验求取：一、溶解度曲线（双结点曲线）BSA条件：恒温Ⅰ类溶18二、平衡联结线和临界混溶点实验求取：恒定温度条件下、Ⅰ类

R1、E1；R2、E2；……Rn、En为互成平衡的两相，称为共轭相。连接R1、E1；R2、E2；……Rn、En的线称为平衡联结线（或结线）。BSAM1•R1E1M2•E•R•Rn•R2•En•E2••Mn•M二、平衡联结线和临界混溶点实验求取：恒定温度条件下、Ⅰ类 19溶解度曲线将三角形相图分成两个区分层区(两相区)R1和点M必在平衡联结线上。P——临界混溶点，两共轭相的 组成无限趋近而变为一相。（不一定为溶解曲线的最高点）溶解度曲线以内（或下方）是萃取过程的可操作范围。SE1E•Rn•R2•En•E2•ABR••P均相区均相区两相区•M溶解度曲线将三角形相图分成两个区分层区(两相区)R1和点M20由实验测得的平衡数据作出部分联结线和溶解度曲线后，为求出此物系的任一对平衡数据，可利用辅助线。其作法如图：平衡联结线的内插——辅助曲线•••SE2R3R2E3E1ABR1•P由实验测得的平衡数据作出部分联结线和溶解度曲线21下面是辅助曲线的另一作法：下面是辅助曲线的另一作法：22

在一定温度下，E和R成平衡时，组分A在两相中的平衡组成分别为yA和xA，则分配系数三、相平衡关系的数学描述1、分配系数与分配曲线分配系数：萃取相中A的质量分数萃余相中A的质量分数 kA一般不是常数，其值随组成和温度而异同样，对组分B也可写出类似的表达式：kA

↑，分离效果越好kA=1，则y=x，联结线与底边平行，其斜率=0kA>1，则y>x，联结线的斜率>0；

kA<1，则y<x，联结线的斜率<0 在一定温度下，E和R成平衡时，组分A在两相中的平衡组成分23分配曲线：OxAyAy=xP•N(ER)ABSP•REyAPxARyAEyAExARxAP•分配曲线分配曲线：OxAyAy=xP•N(ER)ABSP•REyAP24处于两相区的三组分溶液，虽有6个含量，却只有1个自由度。2、溶解度曲线 临界混溶点右方的溶解度曲线表示平衡状态下萃取相中溶质yA与溶剂yS之间的关系，即类似地，临界混溶点左方的溶解度曲线表示为小结：处于单相区的三组分溶液，其组成包含两个自由度；处于两相区的三组分溶液，虽有6个含量，却只有1个自由度。2、25一、级式萃取过程的图示原溶液F溶剂S萃取器萃取相E萃余相R溶剂回收装置溶剂回收装置萃取液Eº回收溶剂萃余液R011.2.3液液相平衡与萃取操作的关系一、级式萃取过程的图示原溶液F溶剂S萃取器萃取相E萃余相R溶26（1）由xFA 定F点，连接FS，由定点M；（3）过M点作平衡联结线RE；F•M•BSAER（2）分层后得萃取相E和萃余相R，两相成平衡；（4）两相的组成由图中E点和 R点读出；（5）两相的量：（1）由xFA 定F点，连接FS，由27（9）过S作溶解度曲线的切线，切点e，延长Se与AB交于Eºmax，即为一定（T、P）下可获得的最大含量。（7）联结SE并延长与AB交于Eº，联结SR并延长与AB交于Rº；（8）差点Eº=E-S为萃取液，Rº=R-S为萃余液；和点F=Eº+RºF•M•BSAERE0R0e•Eºmax（9）过S作溶解度曲线的切线，切点e，延长Se与AB交于Eº28二、溶剂的选择性系数故定义：二、溶剂的选择性系数故定义：29（2）β=1，即某一平衡联结线延长恰好通过S点，不 能用于萃取分离。（恰似精馏恒沸物） 故选取萃取剂，应使β>1β相当于精馏中的α，其值与平衡联结线的斜率有关。讨论：（1）一般来说，yA>xA，故β>1（3）B不能溶解于S时，β=（yAº=1，yBº=0）（2）β=1，即某一平衡联结线延长恰好通过S点，不 能用于萃30 已知某三组分混合液的两条平衡联结线如图中ab、cd所示，试比较两者的选择性系数。例11-1选择性系数的比较abcdSBA 已知某三组分混合液的两条平衡联结线如图中ab、cd所示，31解：（1）对平衡联结线ab，可作直线Sa、Sb并延长到AB边，读得y1Aº=0.77，x1Aº=0.24。于是，该线的选择性系数为 （2）对平衡联结线cd，按同法可得选择性系数为可见β2>β1解：（1）对平衡联结线ab，可作直线Sa、Sb并延长到AB边32互溶度越小，萃取的操作范围越大，yAº,max↑三、互溶度的影响（S与B）互溶度越小，β↑，分离效果好。互溶度越小，萃取的操作范围越大，yAº,max↑三、互溶度的33 t↓，互溶度，两相区，操作范围，yAº,max

。但t↓过多，原来SA完全互溶部分互溶，故t↓要适当温度对互溶度的影响：↓↑↑↑温度对互溶度的影响：↓↑↑↑34试求：（1）溶解度曲线和辅助曲线；例：在一定温度下测得A、B、S三元物系两平衡液相的平衡数据如附表所示：表中的数据为质量百分率。（5）对上一问的原料液，欲得到含36%A的萃取相E，试确定萃余相的组成及混合液的总组成。 （2）临界混溶点的组成； （3）当萃余相中xA=20%时的分配系数kA和选择性系数β；

（4）在100kg含30%A的原料液中加入多少kgS才能使混合液开始分层？试求：（1）溶解度曲线和辅助曲线；例：在一定温度下测得A、B35解：（1）依题给数据，作出溶解度曲线LPJ，并根据联结线数据作出辅助曲线JCP。1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8PLJC溶解度曲线辅助曲线（2）辅助曲线和溶解度曲线的交点P即为临界混溶点，由图读出该点处的组成： xB=1-0.415-0.15=43.5%xA=41.5% xS=15%

解：（1）依题给数据，作出溶解度曲线LPJ，并根据联结线数据36 根据萃余相中xA=20%，在图中定出R1点，利用辅助曲线求出与之平衡的萃取相E1点，从图读得两相的组成为：A1.00.200.40.6BS0.80.20.40.60.8LPJC萃余相：xA=20%xS=6.6%（3）分配系数和选择性系数：R1E1萃取相：yA=39%yS=41.4%yB=19.6%分配系数kA：选择性系数:1.00.200.40.6BS0.80.20.40.60.8LPJCxB=73.4%1.00.200.40.6BS0.80.20.40.60.8LPJC 根据萃余相中xA=20%，在图中定出R1点，利用辅助曲37

在AB边上确定点F，连点F、S。混合液沿直线FS变化。当S的加入量恰好到使混合液组成落在溶解度曲线的H点时，混合液便开始分层。分层时溶剂的用量用杠杆规则求得（4）使混合液开始分层的溶剂用量：所以S=0.0833F=0.0833×100=8.33kg1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8LPJCFH• 在AB边上确定点F，连点F、S。混合液沿直线FS变化。当38zA=23.5%，zS=22.5%，（5）萃余相的组成和混合液的总组成： 根据yA=36%在溶解度曲线上确定E2点，借助辅助曲线作联结线获得与E2平衡的点R2。由图读得:xA=17%，xS=6%，xB=77%

R2E2线与FS线的交点M为混合液的总组成点：由图读得:zB=54%.1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8LPJCE2•R2•M•FzA=23.5%，zS=22.5%，（5）萃余相的组成和混合39溶剂S衡算式

一、单一萃取级的物料衡算第m级m、、，，、，，、，、，、、、，，总物料衡算式溶质A衡算式11.3萃取过程计算11.3.1萃取级内过程的数学描述溶剂S衡算式一、单一萃取级的物料衡算第m级m、、，，、，40二、萃取级内传质过程的简化——理论级与级效率溶解度曲线理论级 ——进入一个理论级的两股物流Rm-1和Em+1， 无论其组成如何，经过传质之后离开该级 的两股物流Rm和Em达成平衡。特征方程简化为：分配曲线实际萃取级=×100%级效率理论级

NA=（物性，操作条件，设备结构等）二、萃取级内传质过程的简化——理论级与级效率溶解度曲线理论级4111.3.2单级萃取一、解析计算物料衡算：F+S=R+EFxFA+SzA=RxA+EyAF•0+SzS=RxS+EyS设为理论级，特征方程：11.3.2单级萃取一、解析计算物料衡算：F+S=R42R=M–E二、图解计算（方便）xA→R→联结线RE→E确定原料F与溶剂S两点总物料的组成点M——FS和RE两联线之交点。溶剂比：萃取器内总流量：M=F+S萃取相流量：萃余相流量：E•R•M•1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8xAFR=M–E二、图解计算（方便）xA→R→联结线RE→E43例：以水为溶剂，对xF=30%的丙酮—醋酸乙酯溶液进行单级（一个理论级）间歇萃取，为使萃余液的溶质浓度x0降至15%，每kg原料液需加多少水？能得到多少萃取液？其浓度为多大？若需使x0降至5%，结果又如何？附：丙酮(A)—醋酸乙酯(B)—水(S)在30℃下的相平衡数据（质量百分率）例：以水为溶剂，对xF=30%的丙酮—醋酸乙酯溶液进行单级（44解：按表给出的平衡数据，标绘出溶解度曲线和联结线（图中略）。1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8水量S：[式中40及60是按底边上标尺（与MS及MF成比例）读出]F•R0•REM•在边BA上标明点F及R0。 点R0与点S相连的直线交溶解度曲线的左支于点R， 作通过点R的联结线RE，与连线FS的交点M代表原料液加入适量的水后应达到的总组成。解：按表给出的平衡数据，标绘出溶解度曲线和联结线（图中略）。45萃取液的浓度：连线SE的延长线交边BA于E0，得知萃取液的量E0：y0=60%。EF•R0•1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8RM•E0萃取液的浓度：连线SE的延长线交边BA于E0，得知萃取液的量46 用同样的方法，在边BA上定出萃余液浓度x0´=5%的点R0´，1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8F•R0' 则所作联结线与FS的交点已落在两相区之外（即在均相区），说明单级萃取不能使萃余液中A的浓度降到5%，对此，需用多级萃取。 用同样的方法，在边BA上定出萃余液浓度x0´=5%的点R47 此时，S´>S，yºA↓；S´<S，yºA↓ 三、溶剂比的选择与分离范围（1） ↑，M靠近S，C点，此时xA,min，脱除S，得xºA,min。（2）当kA较大时，

过S作溶解度曲线的切线，切点e，连接Se并延长交AB得yºA,max， 过e点内插平衡联结线re交FS于M点，得SBAFre•M•c• 此时，S´>S，yºA↓；S´<S，yºA↓ 三、溶剂48（3）当xFA、kA较小时，单级萃取不可能达到切点e，↓，M靠近F，yºA

↑。d点时，此时yºA,max

SBAFd（3）当xFA、kA较小时，单级萃取不可能达到切点e，49111.3.4多级逆流萃取2N……当料液中两个组分均为过程的产物而需要较完全地加以分离时，一般均用多级逆流萃取。多级逆流萃取可将萃余相中溶质含量降至很低，萃取相中溶质含量较高。操作可在溶剂用量较少的情况下获得较大的分离程度。111.3.4多级逆流萃取2N……当料50逐级接触式11.4萃取设备11.4.1萃取设备的主要类型无外加能量：筛板塔有外加能量：混合—澄清槽等微分接触式无外加能量：喷洒塔及填料萃取塔有外加能量：转盘塔等逐级接触式11.4萃取设备11.4.151（1）多级混合—澄清槽

11.4.1.1逐级接触式萃取设备（1）多级混合—澄清槽11.4.1.1逐级接触52ⅰ.轻相为分散相（2）筛板塔ⅱ重相为分散相ⅰ.轻相为分散相（2）筛板塔ⅱ重相为分散相5311.4.1.2微分接触式液液传质设备（1）喷洒塔（2）填料塔11.4.1.2微分接触式液液传质设备（1）喷洒塔（54（3）脉冲填料塔和脉冲筛板塔（4）振动筛板塔（3）脉冲填料塔和脉冲筛板塔（4）振动筛板塔55（5）转盘塔（5）转盘塔56

设备选型应同时考虑系统性质和设备特性两方面的因素，一般的选择原则如表11-3所示。如系统性质未知，必要时应通过小型试验作出判断。11.4.4液液传质设备的选择 设备选型应同时考虑系统性质和设备特性两方面的因素，一般的57（7）用什么办法在不影响萃取液中A的含量的条件下，减少萃余液中A的含量？习题课一、某混合物含溶质A20%，稀释剂B80%，拟用纯溶剂S进行单级萃取，要求萃余液中A的含量为10%，溶解度曲线如图示。在操作范围内溶质A的分配系数kA=1，试求：（1）当处理100kg原混合液时，需溶剂用量多少kg？（2）所得萃取相、萃余相的质量和组成。（3）所得萃取液中A的浓度为多少？（4）萃取相中A、B组分的浓度比。（5）过程的选择性系数为多少？（6）采用单级萃取，萃取液可能达到的最大浓度。（7）用什么办法在不影响萃取液习题课一、某混合物含溶质A2058 在相图上由xAº=10%找到R°点，联结R°S，交平衡线左支于R点，读得xA=9%。在图中找到E点。FR0REM解：（1）由xF=20%找到F点，联结FS。

联结RE与FS交于M点，则 在相图上由xAº=10%找到R°点，联结R°S，交平衡线59（2）总物料流量：M=F+S=100+125=225kgREM萃余相：萃取相：（2）总物料流量：M=F+S=100+125=225kgRE60（4）萃取相中A、B组分的浓度比：REM（3）萃取液中A的浓度： 联结SE并延长交AB边于点Eº，（5）过程的选择性系数：yA0读得yAº=30%.（4）萃取相中A、B组分的浓度比：REM（3）萃取液中A的浓61 联结S与溶解度曲线的切点e，并延长交AB边于E´点，读得yAº,max=60%。（7）若要在不影响萃取液中A的含量的条件下，减少萃余液中A的含量，可用多级逆流萃取。e（6）单级萃取，萃取液可能达到的最大浓度： 联结S与溶解度曲线的切点e，并延长交AB边于E´点，读得62二、含40%丙酮的水溶液，用甲基异丁基酮进行单级萃取。欲使萃余相中丙酮的含量不超过10%，求：（1）处理每吨料液所需的溶剂量；（2）萃取相与萃余相的量；（3）萃取液的量。二、含40%丙酮的水溶液，用甲基异丁基酮进行单级萃取。欲使萃63解得：Eº=0.4吨Rº=0.6吨吨吨ERME0R0（1）F（2）解得：E=1.75吨R=0.65吨（3）解得：Eº=0.4吨Rº=0.6吨吨吨ERME064小结：1、直角等腰三角形相图中液液组成的表示方法（顶点、边、图中一点）2、杠杆定律：3、混合物的和点与差点在相图中的表示方法：（1）和点M必在R、E的联线上（2）差点R（或E）必在EM（或RM）的延长线上5、临界混溶点4、溶解度曲线、平衡联结线及辅助曲线的画法小结：5、临界混溶点4、溶解度曲线、平衡联结线及辅助曲线的画656、分配曲线：选择性系数：7、分配曲线：溶解度曲线：8、在相图中的求法9、互溶度对萃取操作的影响10、单级萃取的图解计算6、分配曲线：66第十一章液液萃取(Liquidextraction)第十一章液液萃取(Liquidextracti67 利用液体混合物各组分在某溶剂中溶解度的差异而实现的分离。11.1概述11.1.1液液萃取过程一、萃取原理溶质A稀释剂B原料溶剂S萃取相E萃余相RS+A(B)B+A(S) 利用液体混合物各组分在某溶剂中溶解度的差异而实现的分离。68（1）溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分 互溶。溶剂S必须满足两个基本要求：（2）溶剂对A、B两组分有不同的溶解能力，即具 有选择性。yA、yB——萃取相中A、B两组分的质量分数xA、xB——萃余相中A、B两组分的质量分数（1）溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分 互溶。溶剂S69

②吸收涉及气—液系统，萃取涉及液液系统。萃取与吸收的比较：相同点：①添加组分；②对各组分的溶解度有差异不同点：

①吸收有惰性组分，而萃取大多数各组分都有一 定的溶解度；

②吸收涉及气—液系统，萃取涉及液液系统。萃取与吸收的比较：70二、工业萃取过程二、工业萃取过程71③混合液含热敏性物质（如药物等），采用萃取方法精制可避免物料受热破坏。三、萃取过程的经济性：溶剂回收的难易（1）取决于后继的两个分离过程是否较原溶液的直接 分离更易实现萃取过程适用场合：①混合液α小或形成恒沸物，用一般精馏方法不能分离或很不经济。②混合液的浓度很稀，采用精馏方法须将大量稀释剂B汽化，能耗过大。③混合液含热敏性物质（如药物等），采用萃取方法精制可避免物料72（2）取决于萃取剂的性质要求萃取剂：①应有较强的溶解能力：S耗量少，后继精馏能耗低。②应有较高的选择性：获高纯产品。③αAS高：S为高沸溶剂，后继精馏R较低。④S在AB中的溶解度小：减少R相中溶剂回收费用。（2）取决于萃取剂的性质要求萃取剂：①应有较强的溶解能力：S7311.1.2两相的接触方式微分接触：塔式设备级式接触：槽式设备11.1.2两相的接触方式微分接触：塔式设备级式接74本节均指级式萃取过程的计算单级萃取多级逆流多级错流本节均指级式萃取过程的计算单级萃取多级逆流多级错流75等边三角形直角等腰三角形直角非等腰三角形11.2液液相平衡11.2.1三角形相图一、液液组成的表示方法组成：质量分数三组分：ABS一个方程：自由度：2三组分溶液的组成用平面坐标上的一点表示——三角形相图等边三角形11.2液液相平衡11.2.1三角形相76第十一章-液液萃取-课件7730%A直角等腰三角形相图顶点：纯组分边：双组分图中一点：三组分如M点：•MABS00.20.40.60.81.00.20.40.60.8A%A%S%S%20%S50%B30%A直角等腰三角形相图顶点：纯组分边：双组分图中一点：三78二、物料衡算与杠杆定律量（kg/h）kgA/kgkgB/kgkgS/kg混合物MzAzBzS萃取相EyAyByS萃余相RxAxBxS物料衡算:（11-2）得:二、物料衡算与杠杆定律量（kg/h）kgA/kgkgB/kg79杠杆定律：同理:ABS00.20.40.60.81.00.20.40.60.8E•R••M混合物的质量线段的长度和点M=E+R差点E=M-RR=M-E杠杆规则表明：（1）和点M必在R、E的联线上（2）差点R（或E）必在EM（或RM）的延长线上杠杆定律：同理:ABS00.20.40.60.81.00.280

SQ1线任一点所代表的溶液中A、B两组分含量的相对比值均相同。

ABS•P1•P2•Q1•Q2 在PA线任一点所代表的溶液中B、S两组分的相对比值必相同。P（B+S）+AP1（A+B+S）A↑P2（靠近A点）和点同理：Q1S(部分)Q2S(全部)Q差点应用：•PQ• SQ1线任一点所代表的溶液中A、B两组分含量的相对比值均相81Ⅱ类：A与B完全互溶，A与S、B与S部分互溶 ——两对部分互溶第Ⅰ类物系的相图11.2.2部分互溶物系的相平衡萃取操作：B与S部分互溶或完全不互溶部分互溶物系：Ⅰ类：A与B、A与S完全互溶，B与S部分互溶 ——一对部分互溶

Ⅱ类：A与B完全互溶，A与S、B与S部分互溶第Ⅰ类物系的相图82第十一章-液液萃取-课件83实验求取：一、溶解度曲线（双结点曲线）BSA条件：恒温Ⅰ类溶解度曲线：代表了饱和溶液的组成相图中若干分层点的联线；R•H•R1•R2•R3•H1••E实验求取：一、溶解度曲线（双结点曲线）BSA条件：恒温Ⅰ类溶84二、平衡联结线和临界混溶点实验求取：恒定温度条件下、Ⅰ类

R1、E1；R2、E2；……Rn、En为互成平衡的两相，称为共轭相。连接R1、E1；R2、E2；……Rn、En的线称为平衡联结线（或结线）。BSAM1•R1E1M2•E•R•Rn•R2•En•E2••Mn•M二、平衡联结线和临界混溶点实验求取：恒定温度条件下、Ⅰ类 85溶解度曲线将三角形相图分成两个区分层区(两相区)R1和点M必在平衡联结线上。P——临界混溶点，两共轭相的 组成无限趋近而变为一相。（不一定为溶解曲线的最高点）溶解度曲线以内（或下方）是萃取过程的可操作范围。SE1E•Rn•R2•En•E2•ABR••P均相区均相区两相区•M溶解度曲线将三角形相图分成两个区分层区(两相区)R1和点M86由实验测得的平衡数据作出部分联结线和溶解度曲线后，为求出此物系的任一对平衡数据，可利用辅助线。其作法如图：平衡联结线的内插——辅助曲线•••SE2R3R2E3E1ABR1•P由实验测得的平衡数据作出部分联结线和溶解度曲线87下面是辅助曲线的另一作法：下面是辅助曲线的另一作法：88

在一定温度下，E和R成平衡时，组分A在两相中的平衡组成分别为yA和xA，则分配系数三、相平衡关系的数学描述1、分配系数与分配曲线分配系数：萃取相中A的质量分数萃余相中A的质量分数 kA一般不是常数，其值随组成和温度而异同样，对组分B也可写出类似的表达式：kA

↑，分离效果越好kA=1，则y=x，联结线与底边平行，其斜率=0kA>1，则y>x，联结线的斜率>0；

kA<1，则y<x，联结线的斜率<0 在一定温度下，E和R成平衡时，组分A在两相中的平衡组成分89分配曲线：OxAyAy=xP•N(ER)ABSP•REyAPxARyAEyAExARxAP•分配曲线分配曲线：OxAyAy=xP•N(ER)ABSP•REyAP90处于两相区的三组分溶液，虽有6个含量，却只有1个自由度。2、溶解度曲线 临界混溶点右方的溶解度曲线表示平衡状态下萃取相中溶质yA与溶剂yS之间的关系，即类似地，临界混溶点左方的溶解度曲线表示为小结：处于单相区的三组分溶液，其组成包含两个自由度；处于两相区的三组分溶液，虽有6个含量，却只有1个自由度。2、91一、级式萃取过程的图示原溶液F溶剂S萃取器萃取相E萃余相R溶剂回收装置溶剂回收装置萃取液Eº回收溶剂萃余液R011.2.3液液相平衡与萃取操作的关系一、级式萃取过程的图示原溶液F溶剂S萃取器萃取相E萃余相R溶92（1）由xFA 定F点，连接FS，由定点M；（3）过M点作平衡联结线RE；F•M•BSAER（2）分层后得萃取相E和萃余相R，两相成平衡；（4）两相的组成由图中E点和 R点读出；（5）两相的量：（1）由xFA 定F点，连接FS，由93（9）过S作溶解度曲线的切线，切点e，延长Se与AB交于Eºmax，即为一定（T、P）下可获得的最大含量。（7）联结SE并延长与AB交于Eº，联结SR并延长与AB交于Rº；（8）差点Eº=E-S为萃取液，Rº=R-S为萃余液；和点F=Eº+RºF•M•BSAERE0R0e•Eºmax（9）过S作溶解度曲线的切线，切点e，延长Se与AB交于Eº94二、溶剂的选择性系数故定义：二、溶剂的选择性系数故定义：95（2）β=1，即某一平衡联结线延长恰好通过S点，不 能用于萃取分离。（恰似精馏恒沸物） 故选取萃取剂，应使β>1β相当于精馏中的α，其值与平衡联结线的斜率有关。讨论：（1）一般来说，yA>xA，故β>1（3）B不能溶解于S时，β=（yAº=1，yBº=0）（2）β=1，即某一平衡联结线延长恰好通过S点，不 能用于萃96 已知某三组分混合液的两条平衡联结线如图中ab、cd所示，试比较两者的选择性系数。例11-1选择性系数的比较abcdSBA 已知某三组分混合液的两条平衡联结线如图中ab、cd所示，97解：（1）对平衡联结线ab，可作直线Sa、Sb并延长到AB边，读得y1Aº=0.77，x1Aº=0.24。于是，该线的选择性系数为 （2）对平衡联结线cd，按同法可得选择性系数为可见β2>β1解：（1）对平衡联结线ab，可作直线Sa、Sb并延长到AB边98互溶度越小，萃取的操作范围越大，yAº,max↑三、互溶度的影响（S与B）互溶度越小，β↑，分离效果好。互溶度越小，萃取的操作范围越大，yAº,max↑三、互溶度的99 t↓，互溶度，两相区，操作范围，yAº,max

。但t↓过多，原来SA完全互溶部分互溶，故t↓要适当温度对互溶度的影响：↓↑↑↑温度对互溶度的影响：↓↑↑↑100试求：（1）溶解度曲线和辅助曲线；例：在一定温度下测得A、B、S三元物系两平衡液相的平衡数据如附表所示：表中的数据为质量百分率。（5）对上一问的原料液，欲得到含36%A的萃取相E，试确定萃余相的组成及混合液的总组成。 （2）临界混溶点的组成； （3）当萃余相中xA=20%时的分配系数kA和选择性系数β；

（4）在100kg含30%A的原料液中加入多少kgS才能使混合液开始分层？试求：（1）溶解度曲线和辅助曲线；例：在一定温度下测得A、B101解：（1）依题给数据，作出溶解度曲线LPJ，并根据联结线数据作出辅助曲线JCP。1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8PLJC溶解度曲线辅助曲线（2）辅助曲线和溶解度曲线的交点P即为临界混溶点，由图读出该点处的组成： xB=1-0.415-0.15=43.5%xA=41.5% xS=15%

解：（1）依题给数据，作出溶解度曲线LPJ，并根据联结线数据102 根据萃余相中xA=20%，在图中定出R1点，利用辅助曲线求出与之平衡的萃取相E1点，从图读得两相的组成为：A1.00.200.40.6BS0.80.20.40.60.8LPJC萃余相：xA=20%xS=6.6%（3）分配系数和选择性系数：R1E1萃取相：yA=39%yS=41.4%yB=19.6%分配系数kA：选择性系数:1.00.200.40.6BS0.80.20.40.60.8LPJCxB=73.4%1.00.200.40.6BS0.80.20.40.60.8LPJC 根据萃余相中xA=20%，在图中定出R1点，利用辅助曲103

在AB边上确定点F，连点F、S。混合液沿直线FS变化。当S的加入量恰好到使混合液组成落在溶解度曲线的H点时，混合液便开始分层。分层时溶剂的用量用杠杆规则求得（4）使混合液开始分层的溶剂用量：所以S=0.0833F=0.0833×100=8.33kg1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8LPJCFH• 在AB边上确定点F，连点F、S。混合液沿直线FS变化。当104zA=23.5%，zS=22.5%，（5）萃余相的组成和混合液的总组成： 根据yA=36%在溶解度曲线上确定E2点，借助辅助曲线作联结线获得与E2平衡的点R2。由图读得:xA=17%，xS=6%，xB=77%

R2E2线与FS线的交点M为混合液的总组成点：由图读得:zB=54%.1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8LPJCE2•R2•M•FzA=23.5%，zS=22.5%，（5）萃余相的组成和混合105溶剂S衡算式

一、单一萃取级的物料衡算第m级m、、，，、，，、，、，、、、，，总物料衡算式溶质A衡算式11.3萃取过程计算11.3.1萃取级内过程的数学描述溶剂S衡算式一、单一萃取级的物料衡算第m级m、、，，、，106二、萃取级内传质过程的简化——理论级与级效率溶解度曲线理论级 ——进入一个理论级的两股物流Rm-1和Em+1， 无论其组成如何，经过传质之后离开该级 的两股物流Rm和Em达成平衡。特征方程简化为：分配曲线实际萃取级=×100%级效率理论级

NA=（物性，操作条件，设备结构等）二、萃取级内传质过程的简化——理论级与级效率溶解度曲线理论级10711.3.2单级萃取一、解析计算物料衡算：F+S=R+EFxFA+SzA=RxA+EyAF•0+SzS=RxS+EyS设为理论级，特征方程：11.3.2单级萃取一、解析计算物料衡算：F+S=R108R=M–E二、图解计算（方便）xA→R→联结线RE→E确定原料F与溶剂S两点总物料的组成点M——FS和RE两联线之交点。溶剂比：萃取器内总流量：M=F+S萃取相流量：萃余相流量：E•R•M•1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8xAFR=M–E二、图解计算（方便）xA→R→联结线RE→E109例：以水为溶剂，对xF=30%的丙酮—醋酸乙酯溶液进行单级（一个理论级）间歇萃取，为使萃余液的溶质浓度x0降至15%，每kg原料液需加多少水？能得到多少萃取液？其浓度为多大？若需使x0降至5%，结果又如何？附：丙酮(A)—醋酸乙酯(B)—水(S)在30℃下的相平衡数据（质量百分率）例：以水为溶剂，对xF=30%的丙酮—醋酸乙酯溶液进行单级（110解：按表给出的平衡数据，标绘出溶解度曲线和联结线（图中略）。1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8水量S：[式中40及60是按底边上标尺（与MS及MF成比例）读出]F•R0•REM•在边BA上标明点F及R0。 点R0与点S相连的直线交溶解度曲线的左支于点R， 作通过点R的联结线RE，与连线FS的交点M代表原料液加入适量的水后应达到的总组成。解：按表给出的平衡数据，标绘出溶解度曲线和联结线（图中略）。111萃取液的浓度：连线SE的延长线交边BA于E0，得知萃取液的量E0：y0=60%。EF•R0•1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8RM•E0萃取液的浓度：连线SE的延长线交边BA于E0，得知萃取液的量112 用同样的方法，在边BA上定出萃余液浓度x0´=5%的点R0´，1.000.20.40.6ABS0.80.20.40.60.8F•R0' 则所作联结线与FS的交点已落在两相区之外（即在均相区），说明单级萃取不能使萃余液中A的浓度降到5%，对此，需用多级萃取。 用同样的方法，在边BA上定出萃余液浓度x0´=5%的点R113 此时，S´>S，yºA↓；S´<S，yºA↓ 三、溶剂比的选择与分离范围（1） ↑，M靠近S，C点，此时xA,min，脱除S，得xºA,min。（2）当kA较大时，

过S作溶解度曲线的切线，切点e，连接Se并延长交AB得yºA,max， 过e点内插平衡联结线re交FS于M点，得SBAFre•M•c• 此时，S´>S，yºA↓；S´<S，yºA↓ 三、溶剂114（3）当xFA、kA较小时，单级萃取不可能达到切点e，↓，M靠近F，yºA

↑。d点时，此时yºA,max

SBAFd（3）当xFA、kA较小时，单级萃取不可能达到切点e，115111.3.4多级逆流萃取2N……