化工原理第十一章 液液萃取和固液萃取

化工原理第十一章液液萃取和固液萃取1第1页，共26页，2023年，2月20日，星期一11.1.1液液萃取概述萃取是分离液体（或固体）混合物的一种单元操作，其方法是选择一种溶剂使混合物中于分离的组分溶解与其中，其余组分则不溶或少溶而获得分离。萃取的基本过程如图11—1所示。11.1液液萃取2第2页，共26页，2023年，2月20日，星期一与分离液体混合物的整流方法比较，下列情况采用是可取的：（1）溶质A的浓度很小而稀释剂的浓度B易挥发组分时，直接用蒸馏的方法能耗是很大，这时可以先萃取，使溶质A富集于萃取剂S中，然后对萃取相进行蒸馏，如以氯仿为萃取剂从咖啡因水溶液中分离咖啡因。（2）恒沸物或沸点相近组分的分离，此时普通整流方法不适用，如催化重整油中芳烃与烷烃的分离因沸点相近而需要塔板数太多，工业上常用环丁砜为萃取剂融解苯、甲苯、二甲苯以及其他芳烃衍生物。（3）需分离的组分不耐热，蒸馏时易分解、聚合或发生其他变化，如从发酵液中提取青霉素时采用醋酸丁酯为萃取剂进行萃取。3第3页，共26页，2023年，2月20日，星期一11.1.2三角形相图萃取过程设计的组分至少油三个，即溶剂A、稀释剂B和萃取剂S。最常见到的三角形相图为直角三角形和正三角形，如图11—2所示。图11－2三角形中的相组成4第4页，共26页，2023年，2月20日，星期一一、相组成表示方法二、溶解度曲线三个组分得含量之和应符合图11－3相平衡图5第5页，共26页，2023年，2月20日，星期一三、杠杆规则如图11－4所示，混合物M分成任意两个相E和R，或由任意两个相E和R混合成一个相M，或任意两个组分E和R混合成一个混合物M（E、、R、M可以为同一相）。则在三角形相图中表示其组成得点M、E和R必在以直线上，且符合以下比例关系或点M得位置由杠杆规则确定：6第6页，共26页，2023年，2月20日，星期一11.1.3选择性系数及萃取剂得选择在原料液中加入萃取剂后形成平衡得两个液相，溶质A在其中得非配关系用分配系数kA表示同样，对稀释剂B有萃取剂的选择性，用选择性系数表示要注意以下几方面：1、

选择性2、

萃取相与萃余相的分离3、

萃取剂得回收除此之外，萃取剂还应满足一般得工业要求。7第7页，共26页，2023年，2月20日，星期一11.1.4单级萃取8第8页，共26页，2023年，2月20日，星期一如图11—6所示，单级萃取得计算步骤如下：1、

根据已知得平衡数据在直角三角形相图中作出溶解度曲线及辅助曲线。2、由已知原料液组成xF在边AB上定点F，连接点S和F。有3、点M利用辅助曲线作联结线。有一、利用三角形相图的图解计算4、连点S、E和点S、R并分别延长交AB于点E‘和R’,则点E’和R’分别表示萃取液和萃余液得组成9第9页，共26页，2023年，2月20日，星期一当S和B完全不互溶时，则萃取相含全部溶剂，萃余相含全部稀释饥，萃取前厚的物料衡算式为（萃取剂为纯溶剂）：或二、S和B完全不互溶时得图解计算10第10页，共26页，2023年，2月20日，星期一11．5多级错流萃取料液在第一级进行萃取后得萃余相R1继续在第二级用新鲜溶剂萃取，一次直到第N级得萃余相RN得浓度符合要求为止。11第11页，共26页，2023年，2月20日，星期一一、利用三角形相图得图解计算（１）按第1级原料液萃取剂得量和组成，确定第1级混合也得量和组成，得点M1（２）过点M1作联结线得经第一级萃取后得萃取相E1和萃余相R;（３）按第2级进了R1及萃取剂得量和组成确定第2级混合液得梁河组成，得点M2；（４）重复2和3得方法的方法，直至第N级萃余相RN浓度符合要求。12第12页，共26页，2023年，2月20日，星期一二、S和B完全部互溶时的图解计算此时对各级分别作物料衡算有上式即为各级的操作线，其斜率

为第一常数。13第13页，共26页，2023年，2月20日，星期一图１１－１２多级逆流萃取流程11.1.6多级逆流萃取一、利用三角形相图得图解计算１、由xF、x‘N得值分别定出点F、R’N，连点S（设萃取剂为纯S）和RN’，交溶解度曲线左侧于点RN,此点代表最终萃余项组成。２、对全级作总物料衡算有连接点F和S，根据杠杆规则得代表混合液量及组成得点M；连接点RN和M并延长交溶解度曲线于E1，则E1和RN得量也可按杠杆规则确定。14第14页，共26页，2023年，2月20日，星期一３、对第1级、第2级、…第N级分别作物料衡算

整理得F-E1=R1-E2=…＝RN－S=D由杠杆规则，点F、R1、…S及D为差点。其中点为公共差点。点D求法;分别连接点E1、F和点S、RN并延长之，所得交点即为点D，它位于三角形相图外，称之为操作点。４、点E1作联结线得表示第1级萃余相组成得点R1。５、连接点D和R1并延长交溶解度曲线于点E2(习惯上称过点D的直线为操作线)。６、重复4和5的方法直至表示萃余相组成的点RN小于规定值。15第15页，共26页，2023年，2月20日，星期一二、Ｓ和B完全部互溶时的图解计算

此时各级萃取相中的萃取剂量S和萃余相中的稀释剂量B保持不便，由第1级至第I级的物料衡算式为上式称操作线方程，

为操作线的斜率。此直线方程通过点(XF,Y1)和点（XN,Ys）。16第16页，共26页，2023年，2月20日，星期一二、塔效率（总级效率）法影响塔效率ET的因素有系统的物性、操作条件和塔板结构等。11.1.7连续接触逆流萃取连续接触逆流萃取通常在塔设备内进行，这类塔设备主要有填料塔和板式塔，现以填料塔为例加以说明。一般适宜将润湿性较差和黏度较大的液体作为分散相。一、等级高度法17第17页，共26页，2023年，2月20日，星期一11.1.8萃取设备

萃取设备

生产能力/m3/(m2·h)理论级数或级效率或理论级当量高度典型应用混合－澄清器喷淋塔填料塔筛板塔转盘塔离心萃取器变动范围大15～756～453～63～604～9575％～95％he=3~6mhe=1.5~6m对HT＝100～300mm时微30％

3.4～12.5级润滑油工艺，核燃料加工用氨水从NaOH中萃取NaC1回收苯酚糠醛处理润滑油工艺废水中脱酚表11－4萃取设备的工业应用实例萃取设备的类型很多。按萃取设备的构造特点大体上可以分为三类：一是单件组合式；二是塔式；三式离心式。18第18页，共26页，2023年，2月20日，星期一一、混合清澄器混合清澄器是一种但见组合式萃取设备，每一级均由一混合器与一澄清器组成，如图11－16所示。该萃取设备的优点使可根据需要灵活增减级数，既可连续操作也可间歇操作，级效率高，操作稳定，弹性打，结构简单；缺点是动力消耗大，占地面积大。19第19页，共26页，2023年，2月20日，星期一二、塔式萃取设备1、填料塔常用的填料由拉西环和弧鞍等，材料由陶瓷、塑料和金属，以易为连续相湿润而不为分散相润湿为宜。图11－17筛板萃取塔2、筛板塔图11－18若选择重液作为分散相，则需使塔身倒转。20第20页，共26页，2023年，2月20日，星期一3、转盘塔

对于两液相界面张力较大的物系，为改善塔内的传质状况，需要从外界输入机械能来增大传质面积和传热系数转盘塔为其中之一，与1951年由Reman开发，如图11—19所示。21第21页，共26页，2023年，2月20日，星期一三、离心式萃取设备离心萃取剂结构紧凑，处理能力打，能有效地强化萃取过程，特别使用与其他萃取设备难以处理的物系。缺点使结构复杂，造价高，能耗大，使其应用受到限制。22第22页，共26页，2023年，2月20日，星期一11.2.1固液萃取概述选择溶剂应考虑以下原则：（1）溶质的溶解度大，以为节省溶剂用量；（2）与溶质之间又足够大的沸点差，以便于回收利用；（3）溶质在溶剂的扩散阻力小，即扩散系数大和黏度小；（4）价廉易得，无毒，腐蚀性小等。11.2固液萃取（浸取）23第23页，共26页，2023年，2月20日，星期一图11－22带螺旋输送的三柱萃取装置24第24页，共26页，2023年，2月20日，星期一11.2.2萃取理论级的图解计算一、滞液量线二、联结线连接相互平衡的萃取相与萃余相组成的直线称联结线。2