《化工单元操作》萃取与萃取设备课件

化工单元操作化工单元操作萃取与萃取设备萃取与萃取设备8.1概述:目的:分离液-液混合物依据:利用混合物中各组分在某一溶剂中的溶解度之间的差异使之分离。1．几个基本概念:(1)萃取剂(溶剂)：所用的溶剂。(2)溶质：原料液中易溶于溶剂的组分。(3)原溶剂：原料液中较难溶于溶剂的组分。8.1概述:萃取过程的简单流程:萃取过程的简单流程:萃取过程的简单流程:混合过程:F（A+B）及S充分接触,组分转移；澄清过程:形成两相,由于密度差而分层。萃取相E,y——溶剂相中出现(S+A+B)萃余相R,x——原料液中出现溶剂(B+S+A)

萃取相脱除溶剂得萃取液E′,y′

萃余相脱除溶剂得萃余液R′,x′

脱除溶剂:在两分离塔中,脱除溶剂萃取过程的简单流程:萃取相E,y——溶剂相中出现(S+A3.萃取后组成之间的变化:结果,使组分得到一定程度的分离。3.萃取后组成之间的变化:结果,使组分得到一定程度的分离。4．对萃取剂的基本要求:(1)能选择性地溶解各组分,即对各组分具有不同的溶解度；(2)该溶剂与原溶剂能部分互溶或完全不溶,

且混凝后部分互溶的液-液两相较易分层。4．对萃取剂的基本要求:5.应用范围:（1）液体混合物中各组分的相对挥发度接近1,采用精馏的办法不经济；（2）混合物蒸馏时形成恒沸物；（3）欲回收的物质为热敏性物料；（4）混合物中含有较多的轻组分,利用精馏的方法能耗较大；例:青霉素的生产；（5）提取稀溶液中有价值的物质。5.应用范围:

8.2液-液相平衡关系8.2.1三角形坐标及杠杆定律三元混合液的表示方法一、三角形坐标三组分用三角形坐标表示:

等边三角形；直角三角形等；等腰直角三角形（常用）。8.2习惯表示法：（1）各顶点表示纯组分（2）每条边上的点为两组分混合物（3）三角形内各点代表不同组成的三元混合物

注意组成的归一性åix=1K点：

xA=0.6xB=0.4P点：

xA=0.3xB=0.2xS=0.5B1、表示方法习惯表示法：注意组成的归一性åix=1K点：B1、表示组成的单位原则上可用任意单位

常用质量分率表示

组成的单位原则上可用任意单位二、杠杆定律

质量分别为mR和mE的两种三元混合物,其组成分别为xA,xB,xs和yA,yB,ys,两者混合物M的质量为mM,其总组成如何?(zA,zB,zs)。物料衡算:mM=mR+mE二、杠杆定律将方程整理成如下形式：此式说明,三个组成点在一条直线上,即M点位于RE点的连接线上,且称为杠杆定律。将方程整理成如下形式：此式说明,三个组成点在一条直线上,即M在工程上常用图解法,即杠杆定律:在工程上常用图解法,即杠杆定律:ABSREMR点、E点的和点M对应组成为总组成。ABSREMR点、E点的和点M对应组成为总组成。相反的问题,求差点,即从其混合液M中分出组分(xA,xB,xS)质量为mR的三元混合物,求剩余的组成yA,yB,yS,及质量mE。

mE=mM-mR相反的问题,求差点,即从其混合液M中分出组分(xA,xB,8.2.2三角形相图

萃取相、萃余相的相平衡关系是萃取的基本问题。相平衡数据来自实验。讨论的前提:A在B和S中可全溶；B与S部分互溶或完全不溶(第一类物系)；各组分不发生化学反应。8.2.2三角形相图讨论的前提:一、溶解度曲线及平衡联结线

1、相平衡数据的测定:加入的B、S适量,搅拌均匀,静止分层,得到互呈平衡的液-液两相(共轭相)，得到一组平衡数据。再加入一定量A，搅拌均匀,静止分层,得到互呈平衡的液-液两相(共轭相)，得到另一组平衡数据……...

(1)总组成点在两相区内；

(2)能得到完整的平衡数据。一、溶解度曲线及平衡联结线加入的B、S适量,搅拌均匀,静止ABSR0E0MR1E1R2E2EnRnKABSR0E0MR1E1R2E2EnRnK《化工单元操作》萃取与萃取设备课件2、数据标绘及各区的状态（1）溶解度曲线:各平衡组成点连成一条曲线；（2）联结线:各对共轭相组成点之间的联线；（3）混溶点:

曲线内为两相区,曲线外为单相区,曲线上的点称为混溶点；（4）临界混溶点(褶点):共轭相的组成相同,其位置和物系有关；（5）萃取相和萃余相:

以原溶剂为主的相称为萃余相,

以溶剂为主的相称为萃取相。2、数据标绘及各区的状态3、几类物系的相图（1）部分互溶物系A、B，A、S完全互溶，而B、S部分互溶；

3、几类物系的相图《化工单元操作》萃取与萃取设备课件《化工单元操作》萃取与萃取设备课件（2）完全不互溶物系,A、B,A、S完全互溶,而B、S完全不互溶,共轭相中,一相S=0另一相B=0；（2）完全不互溶物系,A、B,A、S完全互溶,而B、S完（3）第二类物系(具有两对部分互溶物的物系，A、B完全互溶,A、S,B、S部分互溶)。（3）第二类物系(具有两对部分互溶物的物系，A、B完全互4、温度、压力对相平衡的影响相律

:

（1）压力的影响压力的影响较小,可忽略；（2）温度的影响温度的影响敏感,温度升高，溶解度增大,两相区小,不利于萃取操作。4、温度、压力对相平衡的影响（1）压力的影响压力的影《化工单元操作》萃取与萃取设备课件《化工单元操作》萃取与萃取设备课件二、辅助曲线问题：已知一相的组成，如何求取其它共轭相的组成？解决问题的办法：辅助曲线。

使用辅助曲线，已知一相的组成可求得另一相的组成。二、辅助曲线《化工单元操作》萃取与萃取设备课件《化工单元操作》萃取与萃取设备课件《化工单元操作》萃取与萃取设备课件8.2.3分配曲线及分配系数三元混合物系相平衡关系的另一种表示方法。

1、分配曲线横座标：萃余相中溶质的组成纵坐标：萃取相中溶质的组成共轭相中的组成标绘如图共轭相组成转换到直角坐标中得到的曲线称为分配曲线（可由三角形相图转换）。

8.2.3分配曲线及分配系数共轭相中的组成标绘如图《化工单元操作》萃取与萃取设备课件xAyAy=xABSK第一类物系：xAyAy=xABSK第一类物系：平衡联结线倾斜方向不一致：平衡联结线倾斜方向不一致：第二类物系：REy=x第二类物系：REy=x2、分配系数

A组分在两相中的分配系数

yA=kAxAkA和温度有关，温度升高，kA下降；与浓度有关，溶质浓度升高，kA下降浓度较低时,kA可视为常数。

原溶剂的分配系数2、分配系数REABSkA>1REABSkA=1REABSkA<1联结线斜率对分配系数的影响REABSkA>1REABSkA=1REABSkA<1联结线对于完全不互溶物系,浓度常用比质量分数XY表示对于完全不互溶物系,浓度常用比质量分数XY表示3、脱溶剂基分配曲线将R，E两相脱去溶剂S，得萃余液及萃取液。y'Ax'Ay'A=x'AABSK3、脱溶剂基分配曲线y'Ax'Ay'A=x'AABSK8.3部分互溶物系的萃取计算8.3.1单级萃取一、流程8.3部分互溶物系的萃取计算8.3二、特点：原料液与溶剂一次性接触。萃取相与萃余相达到平衡。三、计算：已知原料液的处理量及组成（生产工艺给定）,计算：

1.给定溶剂S的用量mS及组成，求萃取相E与萃余相R的量mE和mR及组成y、x。二、特点：方法：（1）依S的用量mS及F的量mF和组成xF确定和点M。ABSFM.方法：ABSFM.(2）确定E，R的量及组成。采取图解试差法确定E，R的组成。试差过程ABSFMER由杠杆定律确定E和R的量。.(2）确定E，R的量及组成。ABSFMER由杠杆定律确

(3)

确定萃取液与萃余液的组成及量ABSFMERE'R'脱除溶剂量为：(3)确定萃取液与萃余液的组成及量ABSFMERE《化工单元操作》萃取与萃取设备课件2、根据给定的原料液F及规定的分离要求，求溶剂S用量一般规定萃余相R的x或萃余液R'的x'.

解法：由R得到E，连接F、Ｓ得交点Ｍ；ABR'REFMS溶剂用量：

进而，得到萃取液、萃余液的量和组成。2、根据给定的原料液F及规定的分离要求，求溶剂S用量ABR3、最大溶剂用量及最小溶剂用量ABFSME1R1

减小S，当Ｍ达到R2时，混溶，故Ｍ位于R2时的溶剂用量为SminR2E2当S=Smax时：当S=Smin时：单级萃取的溶剂范围：Smin<S<Smax3、最大溶剂用量及最小溶剂用量ABFSME1R1减4、萃取液的最大浓度当S=Smin时，E的浓度yA最大，但y'A一般不是最大。y'A=y'Amax时溶剂用量的求法：ABS

过S点作溶解度曲线的切线得点E，求得R，得M点，于是得：y'AmaxERFM对比：y'A与y'AmaxyA'可见：y'A〈y'Amax4、萃取液的最大浓度当S=Smin时，E的浓度yA最大，但y

如果M点在两相区外相交，说明超出萃取范围，不能进行萃取操作，由R1点确定的溶剂用量为该操作条件下的最小溶剂用量mS,min如果M点在两相区外相交，说明超出萃取范围，不能进8.3.2多级错流萃取

一、流程

8.3.2多级错流萃取二、特点萃取相溶质的回收率较高，溶剂耗量较大，溶剂回收负荷增加,

设备投资大。

三、计算（１）设计型计算已知qmＦ、xF，在规定各级qmＳ量后，求达到一定的分离要求所需的理论级数Ｎ。（２）操作型问题已知理论级数，估计其分离能力。方法基本相同。二、特点ABSFM1R1E1M2R2E2M3R3E3R'3ABSFM1R1E1M2R2E2M3R3E3R'38.3.3多级逆流萃取一．流程：8.3.3多级逆流萃取二．特点连续逆流操作，分离程度较高三．计算

设计型问题：已知S的组成，qmF、xF,

规定qmS/qmF

（溶剂比）和分离要求，求N。解法：每级内平衡

iRi-1Ei+1RiEi即Ei和Ri平衡，若能确定Ri组成xi和Ei+1组成yi+1之间的关系，即可求得理论级数（逐级计算)

iRi-1Ei+1RiEi即Ei和Ri平衡，若能确定Ri1．物料衡算：M点是F、S的和点，也是E1、RN的和点ABSFMRNR'NE1利用杠杆定律：注意E1和RN不是共轭相1．物料衡算：M点是F、S的和点，也是E1、RN的和点ABS2．各级的物料衡算第一级第二级……第N级此式说明各级间的物流之差为一常数，且D为各级物流的公共差点（极点）。2．各级的物料衡算第二级……第N级此式说明各级3．逐级图解（1）相图：Ri

和Ei互成平衡已知F、S可确定M，由M、RN可确定E1AFMRNR'NE1DBS3．逐级图解AFMRNR'NE1DBSAFMRNR'NE1DR1E2FSRNE1

DFSMRNE1(差点

)→R1

E2……AFMRNR'NE1DR1E2FSRNE1《化工单元操作》萃取与萃取设备课件（2）利用分配曲线

N较多,三角形相图内作图不准确。

画分配曲线；

画操作线:

过D点画级联线，求得画梯级得理论级数

示意图（2）利用分配曲线画梯级得理论级数图8-31在直角坐标中图解下场论基数NABFRn'RnE1yi+1xiM12iDS(a)xfxiyi+1y1xn操作线y分配曲线x123456iCi(b)0图8-31在直角坐标中图解下场论基数NABFRn'RnE四、溶剂比对操作的影响1．溶剂比和最小溶剂比

定义：溶剂比=qmS/qmF

溶剂比的变化，引起差点D的变化，导致理论级数的变化。示意图四、溶剂比对操作的影响溶剂比的变化，引起差点D的变化，导致《化工单元操作》萃取与萃取设备课件pp2、最小溶剂比的求法

的位置，既和平衡关系有关，又和分离要求有关。2、最小溶剂比的求法的位置，既和平衡关系有关，又和分最小溶剂比的确定：所有的联结线延长，与级联RNS相交，D点在右侧，则取离S最近的点；反之，D点在左侧，则取离S最远的点。RN最小溶剂比的确定：所有的联结线延长，与级联RNS相交，D点在RN连接F、Dmin点，与溶解度曲线相交于E1点，FE1则RNE1与FS的交点为和点M。M最小溶剂比：RN连接F、Dmin点，与溶解度曲线相交于E1点，FE1则R实际溶剂比取最小实际溶剂比的倍数。分离要求、溶剂一定时：多级逆流萃取比多级错流萃取板数少。板数一定时：多级逆流萃取比多级错流萃取溶剂用量少。实际溶剂比取最小实际溶剂比的倍数。分离要求、溶剂一定时：多级作业：P2655、6作业：P2655、6作业：P2651、4作业：P2651、4复习:部分互溶物系的萃取计算1.单级萃取复习:部分互溶物系的萃取计算已知S用量,求分离程度(需试差***)ABSFMER.已知S用量,求分离程度(需试差***)ABSFMER.已知分离要求,求S用量(不必试差)ABR'REFMS已知分离要求,求S用量(不必试差)ABR'REFMSABSFMERE'R'确定萃取液与萃余液的组成及量ABSFMERE'R'确定萃取液与萃余液的组成及量最大溶剂用量及最小溶剂用量ABFSME1R1R2E2最大溶剂用量及最小溶剂用量ABFSME1R1R2E2萃取液的最大浓度ABSy'AmaxERFMyA'萃取液的最大浓度ABSy'AmaxERFMyA'

如果M点在两相区外相交，说明超出萃取范围，不能进行萃取操作，由R1点确定的溶剂用量为该操作条件下的最小溶剂用量mS,min如果M点在两相区外相交，说明超出萃取范围，不能进2.多级错流萃取设计型计算:已知分离要求、各级S用量，求N操作型计算：已知N

、各级S用量，求分离要求2.多级错流萃取ABSFM1R1E1M2R2E2M3R3E3R'3ABSFM1R1E1M2R2E2M3R3E3R'38.3.3多级逆流萃取一．流程：8.3.3多级逆流萃取二．特点

连续逆流操作，分离程度较高三．计算

设计型问题：已知S的组成，qmF、xF,

规定qmS/qmF

（溶剂比）和分离要求RN'，求N。解法：每级内平衡

iRi-1Ei+1RiEiEi和Ri平衡，若能确定Ri组成xi和Ei+1组成yi+1之间的关系，即可求得理论级数（逐级计算)

。二．特点iRi-1Ei+1RiEiEi和Ri平衡，若1．物料衡算：M点是F、S的和点，也是E1、RN的和点ABSFMRNR'NE1利用杠杆定律：注意E1和RN不是共轭相由F，S确定M，由M和RN，确定E11．物料衡算：M点是F、S的和点，也是E1、RN的和点ABSAFMRNR'NE1DBSD为差点AFMRNR'NE1DBSD为差点2．各级的物料衡算第二级……第N级

第一级2．各级的物料衡算第二级……第N级第一级各级间的物流之差为一常数，D为各级物流的公共差点（极点）。直线DEi+1Ri--级联线。各级间的物流之差为一常数，D为各级物流的公共差点（极点）。3．逐级图解（1）相图：Ri

和Ei互成平衡已知F、S可确定M，由M、RN可确定E1AFMRNR'NE1DBS3．逐级图解AFMRNR'NE1DBSAFMRNR'NE1DR1E2FSRNE1

DFSMRNE1(差点

)→R1

E2……由E1通过平衡关系确定R1，R1和D连线确定E2,如此交替直至xi<xN,则N为理论级数。AFMRNR'NE1DR1E2FSRNE1《化工单元操作》萃取与萃取设备课件（2）利用分配曲线

N较多,三角形相图内作图不准确。

画分配曲线画操作线:过D点画级联线，得

画梯级得理论级数

示意图（2）利用分配曲线画梯级得理论级数图8-31在直角坐标中图解下场论基数NABFRn'RnE1yi+1xiM12iDS(a)xfxiyi+1y1xn操作线y分配曲线x123456iCi(b)0图8-31在直角坐标中图解下场论基数NABFRn'RnE4.溶剂比对操作的影响(1)溶剂比和最小溶剂比

定义：溶剂比=qmS/qmF

溶剂比的变化，引起差点D的变化，导致理论级数的变化。示意图4.溶剂比对操作的影响溶剂比的变化，引起差点D的变化，导D''qmS/qmF

较大MS,D是E1和F的差点,净物流向左流动，D点必在三角形相图右侧。qms/qmFMF,E1升高，D点远离S点。qms/qmF

qmD=0,D点移到无穷远时,级联线互相平行。

qms/qmF

F为E1和D的和点,D点落在三角形相图左侧,

净物流向右流动。D''qmS/qmF较大MS,(qms/qmF)操作线斜率,趋于分配曲线的斜率(qmS/qmF)(qms/qmF)min--最小溶剂比

P点（夹紧点）所对应的两相联结线和级联线重合,

yi=yi+1

夹紧点附近各级无分离能力，Np(qms/qmF)操作线斜率(2)最小溶剂比的求法的位置，既和平衡关系有关，又和分离要求有关。(2)最小溶剂比的求法的位置，既和平衡关系有关，又Dmin的确定：所有的联结线延长，与级联线RNS相交:D点在右侧，取离S最近的点；

D点在左侧，取离S最远的点。Dmin的确定：RN连接F、Dmin点，与溶解度曲线相交于E1点，FE1RNE1与FS的交点为和点M。M最小溶剂比：RN连接F、Dmin点，与溶解度曲线相交于E1点，FE1RN实际溶剂比取最小实际溶剂比的倍数。分离要求、溶剂一定时：多级逆流萃取比多级错流萃取级数少。级数一定时：多级逆流萃取比多级错流萃取溶剂用量少。实际溶剂比取最小实际溶剂比的倍数。分离要求、溶剂一定时：级数8.4完全不互溶物系的萃取计算

B和S完全不互溶，S和B在两相中的流率不变。以S为基准的比质量分数以B为基准的比质量分数定义：8.4完全不互溶物系的萃取计算以S为操作线方程

实质问题，是利用操作关系和平衡关系确定X、Y8.4.1单级萃取

mmmm操作线方程实质问题，是利用操作关系和平衡关系确定（1）给S量，求E、R的浓度YX0分配曲线XFY0C斜率为（-mB/mS）操作线DXY

由C（ＸＦ，Ｙ０），斜率（-mB/mS）作直线，与分配曲线的交点即为共轭相组成。（1）给S量，求E、R的浓度YX0分配曲线XFY0C斜率为（（2）给定分离要求X，求S用量依操作线的斜率求溶剂用量mS。斜率=(-mB/ms)YX0分配曲线XFY0CXYD-mB/mS（2）给定分离要求X，求S用量YX0分配曲线XFY0CXYD8.4.2多级错流萃取mmmmmmmmmmmmmm8.4.2多级错流萃取mmmmmmmmmmmmmmimSi,Y0mB,Xi-1mS,YimB,Xi1、操作线方程imSi,Y0mB,Xi-1mS,YimB,Xi1、操作线方2．计算1级(XF,Y0),(X1,Y1)2级(X1,Y0),(X2,Y2)．．．．．．

n级(XN-1,Y0),(XN,YN)操作型问题已知S用量，及理论级数N，求分离结果。试差计算。

直至Ｘｎ＜ＸＮ，则N为理论级数。2．计算1级(XF,Y0),(X1,YXY0XFY0-mB/mSX1X2X4X3Y1Y2Y3Y4XY0XFY0-mB/mSX1X2X4X3Y1Y2Y3Y4-mB/mS-mB/mS8.4.3多级逆流萃取mmmSmYi+1mB、mS

流率恒定8.4.3多级逆流萃取mmmSmYi+1mB、mS流１．物料衡算：mB/mS１．物料衡算：mB/mS2．理论级数的确定