化工原理课件—萃取

1、化化工工原原理理112.1萃取的基本概念萃取的基本概念一、液液萃取简介一、液液萃取简介 1.萃取原理萃取原理 利利用用液液体体混混合合液液中中各各组组分分在在萃萃取取剂剂中中的的溶溶解解度度差差异异实现分离的一种单元操作。实现分离的一种单元操作。溶质溶质 A：混合液中欲分离的组分混合液中欲分离的组分 混合液中的溶剂混合液中的溶剂 稀释剂（原溶剂）稀释剂（原溶剂）B：化化工工原原理理2萃取剂萃取剂S：所选用的溶剂所选用的溶剂 2.基本过程描述基本过程描述12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理33.分离对象分离对象液液混合物液液混合物1）相对挥发度等于或者接近）相对挥发度等于或者接近1(烷烃烷烃/芳烃芳烃)；2）重组分含量少，轻组分含量多；）重组分含量少，轻组分含量多；3）混合液含热敏性物质（药物）混合液含热敏性物质（药物）12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理4二、二、三角形相图三角形相图 组分的浓度以摩尔分率，质量分率表示均可。组分的浓度以摩尔分率，质量分率表示均可。常用常用 xA、xB、xS分别表示分别表示 A、B、S 的质量分率。的质量分率。1.三元组成

2、的表示法三元组成的表示法等腰直角三角形等腰直角三角形等边三角形等边三角形不等腰直角三角形不等腰直角三角形12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理5ABS0.80.60.40.20.20.40.60.8ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8三个三个顶点顶点分别表示分别表示A、B、S三个三个纯组分纯组分。每条每条边边代表某代表某二元混合物二元混合物的组成，不含第三组分。的组成，不含第三组分。E 点：点：xA=0.4，xB=0.6 三角形内任一点三角形内任一点代表某代表某三元混合物三元混合物的组成。的组成。EEMMFGS%A%B%S%A%B%12.1萃取的基本概念萃取的基本概念FGH化化工工原原理理6杠杆R E REF M 2.三角形相图中的杠杆定律三角形相图中的杠杆定律萃取物料衡算的依据萃取物料衡算的依据三点共线三点共线M点：和点点：和点F、S：差点：差点线段成比例线段成比例12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理7杠杆Note:杠杆原理的杠杆原理的实质即物料衡算实质即物料衡算物料衡算：物料衡算：三角形相图的应用：三角形相图的

3、应用：1.查取浓度；查取浓度；2.表示表示混合、分离混合、分离等过程；等过程；3.定量计算定量计算-杠杆原理。杠杆原理。12.1萃取的基本概念萃取的基本概念G化化工工原原理理8B多多S少少S多多B少少+A+A1.溶解度曲线溶解度曲线三、三、三角形相图中的相平衡关系三角形相图中的相平衡关系MRE思考：思考：若若B B与与S S互溶度变大，互溶度变大，则两相区范围如何变化？则两相区范围如何变化？共轭相：共轭相：互成平衡的两相互成平衡的两相萃取剂的加入量应使萃取剂的加入量应使总总组成点落在两相区内组成点落在两相区内利用辅助曲线可求任一已利用辅助曲线可求任一已知平衡液相的共轭相知平衡液相的共轭相12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理92.分配系数和分配曲线分配系数和分配曲线1）分配系数）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。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。值与联结线的斜率有关。12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理10联结线的斜率联结线的斜率0kA1，yAxA联结线的斜率联结线的斜率=0kA=1，yA

4、=xA联结线的斜率联结线的斜率0kA1，yAxAkA值愈大，萃取分离的效果愈好。值愈大，萃取分离的效果愈好。12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理112）分配曲线）分配曲线12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理124.温度对相平衡关系的影响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，分层区面积缩小温度升高，分层区面积缩小 T1T2T312.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理13四、三角形相图在单级萃取中的应用四、三角形相图在单级萃取中的应用FMRE对应对应最大最大萃取萃取液浓液浓度度12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理14五、萃取剂的选择五、萃取剂的选择 1.萃取剂的选择性和选择性系数萃取剂的选择性和选择性系数 1）萃取剂的选择性）萃取剂的选择性 12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理15=1，A、B两组分不能用萃取分离；两组分不能用萃取分离；1，组分组分A在萃取相中浓集，在萃取相中浓集，越大，组分越大，组分A与与B萃取分离的效果越好。萃取分离的效果越好。2

5、）选择性系数和分配系数的关系）选择性系数和分配系数的关系 kA愈大，愈大，kB愈小，选择性系数愈大愈小，选择性系数愈大选择性系数表示萃取剂对组分选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小溶解能力差别的大小2.萃取剂萃取剂S与稀释剂与稀释剂B的互溶度的互溶度 组分组分B与与S的互溶度影响的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积。溶解度曲线的形状和分层面积。12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理16 B、S互互溶溶度度小小，分分层层区区面面积积大大，可可能能得得到到的的萃萃取取液液的的最最高浓度高浓度ymax较高。较高。B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。互溶度愈小，愈有利于萃取分离。12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理173.萃取剂回收的难易萃取剂回收的难易 被分离体系相对挥发度被分离体系相对挥发度大，用蒸馏方法分离；大，用蒸馏方法分离；如果如果接近接近1，可用反萃取，结晶分离等方法。，可用反萃取，结晶分离等方法。4.萃取剂的其它性质萃取剂的其它性质 1）萃取剂的密度）萃取剂的密度萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差

6、2）界面张力）界面张力首要考虑的还是满足分层的要求。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。一般不选界面张力过小的萃取剂。12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理183）粘度）粘度粘度小对萃取剂有利粘度小对萃取剂有利5.一般工业要求一般工业要求化化学学稳稳定定性性好好、不不易易聚聚合合、分分解解、腐腐蚀蚀性性小小、无无毒毒、来源容易，价格便宜等来源容易，价格便宜等12.1萃取的基本概念萃取的基本概念化化工工原原理理19一、单级萃取的流程与计算一、单级萃取的流程与计算 1.单级萃取的流程单级萃取的流程原料液F萃取剂S萃余相R萃取相E2.单级萃取的计算单级萃取的计算1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系 12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算理论理论萃取萃取级级离开的两相离开的两相Ri、Ei呈相平呈相平衡关系衡关系化化工工原原理理20FREMERDG最小萃取最小萃取剂用量剂用量最大萃取最大萃取剂用量剂用量确定点确定点F、S（或（或S0）、）、点点R，点点E，作联结线，找到点作联结线，找到点M，利用杠杆原理求各量。利用杠杆原理

7、求各量。12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理212）萃取剂与稀释剂不互溶的体系）萃取剂与稀释剂不互溶的体系 萃取相中溶质萃取相中溶质A的浓度的浓度萃余相中溶质萃余相中溶质A的浓度的浓度（质量比）（质量比）（质量比）（质量比）类似于吸收中类似于吸收中由由物料衡算物料衡算12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理22当萃取剂为纯溶剂时，当萃取剂为纯溶剂时，单级萃取的操作线方程单级萃取的操作线方程 XFE1XRYEY0=0 过点（过点（XF，0），），斜率为斜率为12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理23例例1单级萃取单级萃取采采用用纯纯溶溶剂剂进进行行单单级级萃萃取取。已已知知料料液液组组成成xF=0.3(质质量量分分率率，下下同同)，选选择择性性系系数数为为6，在在萃萃余余相相中中，kA1，求：求：（1）萃取液与萃余液的量；）萃取液与萃余液的量；（2）选择性系数）选择性系数；12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理27二、多级错流接触萃取的流程与计算二、多级错流接触萃取的流程与计算 1.多

8、级错流接触萃取的流程多级错流接触萃取的流程 12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理28M1R1E1M2R2E2M3E3R3特点：特点：每一级均用新鲜萃取剂，故传质推动力较大；每一级均用新鲜萃取剂，故传质推动力较大；萃取剂用量大，操作费用高。萃取剂用量大，操作费用高。可以证明，若相平衡关系为可以证明，若相平衡关系为线性，线性，B与与S不互溶，不互溶，则当则当S1=S2=S3=SN时，萃取剂用时，萃取剂用量最少。量最少。2.多级错流萃取的计算多级错流萃取的计算1）S和和B部分互溶的体系部分互溶的体系 如此反复，直至如此反复，直至共轭线的个数即理论级数。共轭线的个数即理论级数。12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理292）萃取剂和稀释剂不互溶的体系）萃取剂和稀释剂不互溶的体系 对第一级对第一级：第第2到到N级级：错流萃取每一级的操作线方程错流萃取每一级的操作线方程 a）直角坐标图解法直角坐标图解法12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理30OEY0XFV-B/S1E1X1Y1U-B/S2E2X2Y2-B/S312.2

9、萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理31b）解析法解析法分配曲线：分配曲线：设：设：萃取因子萃取因子（对应吸收中的脱吸因子）（对应吸收中的脱吸因子）交替应用交替应用和和（类似吸收中（类似吸收中克列姆塞尔方程克列姆塞尔方程的推导）的推导）物料衡算关系物料衡算关系相平衡关系相平衡关系操作线方程操作线方程分配曲线方程分配曲线方程12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理32三、多级逆流萃取的流程与计算三、多级逆流萃取的流程与计算 1.多级逆流萃取的流程多级逆流萃取的流程 特点：特点：传质推动力较为均匀传质推动力较为均匀，分离效率高，分离效率高，溶剂用量少，工业中广泛应用。溶剂用量少，工业中广泛应用。12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理332.多级逆流萃取的计算多级逆流萃取的计算1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系）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一级作总物料衡算 对第二级作总物料衡算对第二级作总物料衡算 依此类推，对第依此类推，对第n级作总物料衡算级作总物料衡算12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和

10、计算化化工工原原理理34FRNME1R1E2R2E3操作点操作点 如此反复，直至（指定）如此反复，直至（指定）为止，为止，共轭线的个数即为共轭线的个数即为理论级数理论级数操作线操作线12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理35Note:点点的位置与的位置与联接线斜率、原料液的流量和组成、联接线斜率、原料液的流量和组成、萃取剂用量和组成、最终萃余相组成萃取剂用量和组成、最终萃余相组成等有关。等有关。其它条件一定时，点其它条件一定时，点的位置由溶剂比决定：的位置由溶剂比决定：S/F较小时，点较小时，点在左侧，在左侧，S用量越小，用量越小，越靠近越靠近S；S/F较大时，点较大时，点在右侧，在右侧，S用量越大，用量越大，越靠近越靠近S；2）萃取剂与稀释剂不互溶的体系）萃取剂与稀释剂不互溶的体系a）直角坐标图解法直角坐标图解法12.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理36XYOEXFY1P1XNSE1P212.2萃取过程的流程和计算萃取过程的流程和计算化化工工原原理理37b）解析法解析法3）多级逆流萃取的最小溶剂用量）多级逆流萃取的最小溶剂用量 XY

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