化工原理萃取

《化工原理》设计说明书课题：比较各种萃取的优势作者：专业班级：指导教师：20xx年xx月xx日TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1生产背景3\o"CurrentDocument"2萃取原理3\o"CurrentDocument"3萃取操作过程33.1单级萃取33.1.1单级萃取的操作过程33.1.2单级萃取的计算过程43.2多级错流萃取53.2.1多级错流萃取的操作过程53.2.2多级错流萃取的计算过程53.3多级逆流萃取73.1.1多级逆流萃取的操作过程73.1.2多级逆流萃取的计算过程7\o"CurrentDocument"4比较单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取的萃取效果8\o"CurrentDocument"5总结8\o"CurrentDocument"6思考题9参考文献101生产背景在25°C下以水（S）为萃取剂从醋酸（A）与氯仿（B）的混合液中提取醋酸。已知：原料液流量为1000kg/h，其中醋酸的质量分数为35%，其余为氯仿；用水量为800kg/h。操作温度下，E相和R相以质量分数表示的平均数据列于下表。表1E相和R相以质量分数表示的平均数据表氯仿层（R相）水层（E相）醋酸水醋酸水0.000.990.0099.166.771.3825.1073.6917.722.2844.1248.5825.724.1550.1834.7127.655.2050.5631.1132.087.9349.4125.3934.1610.0347.8723.2842.5016.5042.5016.502萃取原理萃取操作是向欲分离的液体混合物（原料液）中加入一种与其不互溶或部分互溶的液体溶剂（萃取剂），形成两相体系。利用原料液中各组分在萃取剂中溶解度的差异，实现原料液中各组分一定程度的分离。3萃取操作过程3.1单级萃取3.1.1单级萃取的操作过程将一定的溶剂（萃取剂）加到被分离的液体混合物（原料液）中，采取措施（搅拌）使原料液和萃取剂充分混合，萃取剂通过相界面由原料液向萃取剂中扩散。萃取操作完成后使两液相进行沉降分层，其中含萃取剂S多的一相为萃取相，以E表示；含稀释剂B多的一相为萃余相，以R表示。萃取

相、萃余相经脱除溶剂后得到萃取液、萃余液，以E'和R’表示。混合（传质）分离（沉降分相）匚＞纯化（脱溶剂）

图1单级萃取操作基本过程示意图3.1.1单级萃取的计算过程图2生产背景下的单级萃取三角形相图经单级萃取后E相和R相的组成及流量如图9根据醋酸在原料液中的质量分数为35%,在AB边上确定F点，连接点F,S。按F,S的流量用杠杆规则在FS线上确定和点M。因为E相和R相的组成均未给出，需借辅助线用试差作图法确定通过M点

的联结线ER。由图读得两相的组成为E相：y=27%,y—72%,y—1%R相：七=7%,七=1.5%,Xb=91.5%依总物料衡算得M=F+S=1000+800=1800kg/h由图量的RM=45mm,RE=73mm求得：E=Mx曾=1800x竺=1109.59kg/hRE73R=M-E=690.41kg/h回收率:=Fx「-兽=1000x0.35-690.41x0.072=8579%中FFxfR1000x0.35.°回收率:3.2多级错流萃取3.2.1多级错流萃取的操作过程图3多级错流接触萃取流程示意图多级错流接触萃取操作中，每级都加入新鲜溶剂，前级的萃余相为后级的原料，这种操作方式的传质推动力大，只要级数足够多，最终可得到溶质组成很低的萃余相，但溶剂的用量较多。3.2.2多级错流萃取计算过程用水作萃取剂在二级错流萃取装置中萃取醋酸氯仿水溶液中的醋酸，第一级溶剂用量与原料液流量之比为0.4,各级溶剂用量相等。其余条件与生产背景相同。（1）由原料液流量F和第一级的溶剂用量S1确定第一级混合液的组成点M1，用试差法通过虬作联结线E1R1，由第一级物料衡算求得R1

（2）由R与S的量确定混合液的组成点M，过M作联结线ER112222（3）重复以上操作，直至x达到或低于指定值时为止。图4生产背景下的多级错流萃取三角形相图图4生产背景下的多级错流萃取三角形相图第一级物料衡算：第一级加入的溶剂的量：S=0.4F=0.4x1000=400kg/hM1=F+S=1000+400=1400kg/h由原料液流量F和第一级的溶剂用量S1确定第一级混合液的组成点M1,试差法通过M作联结线ER，根据杠杆规则求得111R=Mx^^=1400x325=739.84kg/h11ER6.1511第二级物料衡算：M2=R]+S=739.84+400=1139.84kg/hR=MxE2M^=1139.84x49=664.91kg/h22ER8.4经过二级萃取r=3%2

回收率:_F\-R、_1000x0.35-664.91x0.03_9430%中FFxfR1000x0.35.°3.3多级逆流萃取3.3.1多级逆流萃取的操作过程回收率:3.3.1多级逆流萃取的操作过程图5多级逆流接触萃取流程示意图多级逆流接触萃取操作一般是连续的，其传质平均推动力大、分离效率高，溶剂用量较少。萃取剂一般是循环使用的，其中常含有少量的组分A和B,故最终萃余相中可达到的溶质最低组成受溶剂中溶质组成限制，最终萃取相中溶质的最高组成受原料液中溶质组成和相平衡关系制约。3.3.2多级逆流萃取计算过程在多级逆流萃取操作装置中，要求最终萃余相中质量分数不超过7%，其余条件与生产背景相同。（1）已知原料液组成Xf确定F，连FS，由溶剂比S/F确定和点M。（2）由最终萃余相组成x确定R点，连RM并延长交溶解度曲线于E点，nnn1即为离开第一级的萃取相组成点。图6生产背景下的多级逆流萃取三角形相图图6生产背景下的多级逆流萃取三角形相图由醋酸的质量分数为35%确定F点，连接FS。确定溶剂比，由溶剂比确定和点M的位置。由x广3%在相图上确定勺点，延长勺和肱的连线交溶解度曲线于气点。连接点E1、F与点S、、，并延长两连线交于点△，此点即为操作点。过E作联结线ER。连接点△、R并延长，交溶解度曲线于E。TOC\o"1-5"\h\z1112过E作联结线ER，此时x=0.5%<3%,所以两个理论级即可满足萃取分离要222求。M=F+S=1000+800=1800kg/hE=Mx^^=1800x竺=1150kg/h1ER7.21n总衡算：F+S=E1+Rn回收率:_Fx-Rx

中fFX—RFR=M-q=1800-回收率:_Fx-Rx

中fFX—RF1000x0.35-650x0.005=99.07%1000x0.35单级萃取:_Fx-Rx

中ffx—RF4比较单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取的萃取效果1000x0.35-690.41x0.072=8579%1000x0.35.°单级萃取:_Fx-Rx

中ffx—RF多级错流萃取:=Fx「-RXr=1000x0.35-664.91x0.03=9430%1000x0.35-650x0.005_99.0/%1000多级错流萃取:1000x0.35-650x0.005_99.0/%1000x0.35F（kg/h）S（kg/h）xF中单级萃取100080035%85.79%多级错流萃取800800（总）35%94.30%多级逆流萃取80080035%99.07%多级逆流萃取:F\-R\中ffx—RF在同等条件下，通过各萃取的萃取率可以看出，多级逆流接触萃取萃取率>多级错流萃取>单级萃取。由于多级逆流萃取传质平均推动力大，分离效率高溶剂用量较少，所以在工业中应用较为广泛。5总结多级错流接触萃取:单级萃取的多次重复;溶剂用量为各级溶剂用量之和（在各级溶剂用量相等时，达到一定的分离程度，溶剂的总用量最少）。多级逆流接触萃取：A点为各条操作线上的共有点，称为操作点（通常由FE1与SRn的延长线交点确定A点的位置）。A的位置与物系联结线的斜率、原料液的流量F和组成xF、萃取剂用量S及组成ys、最终萃余相组成xn有关。6思考题若B-S是完全不互溶的体系，多级错流萃取的作图法应如何在相图表现？分配曲线XnX7XF图7B-S是完全不互溶的体系多级错流萃取的作图法（1）当各级萃取剂用量相等时操作线斜率相等（2）在此，萃取剂浓度不为零（3）当采用纯溶剂萃取时,Ys=0对第一级：第2到n级:通常S1=S2==Sn；则以上直线均平行一直到XnWXR。若