第八章液液萃取

三角形的三条边，按顺时针方向， 三角形的三条边，按顺时针方向， 分别标上刻度，一般取5等分， 分别标上刻度，一般取5等分，标号
0.2 F 0.4 0.6 0.8 S
B
分别从0.0 0.2、0.4、0.6、0.8、 0.0、 三角形相图的组成表示 分别从0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、 方法 1.0。单位为质量分率。 1.0。单位为质量分率。
二、基本过程
1.过程简图 参见图8 所示。 参见图8-1所示。
四个要素
主要设备 物流方向 组分名称 表示符号
萃取分离醋酸-水的 图8-1 萃取分离醋酸 水的 工艺流程
应用场合
• 分离沸点相近或有恒沸物的混合液 • 混合液中含有热敏物质，采用萃取方法可避免 混合液中含有热敏物质， 物料受热破坏 • 萃取-脱溶剂联合 萃取-
● 萃取剂与原溶剂互不相溶时
直角坐标系中图解计算
Y A － / S)( X A −X A)＋S Y E ＝ (B R F
8-3-2 多级错流过程
●
流程
●
计算
一般已知: 一般已知: 操作条件下的相平衡数据， 操作条件下的相平衡数据， 原料液量F及组成w 原料液量F及组成wFA， 溶剂的量S和组成y 和萃余相的组成w 溶剂的量S和组成yS和萃余相的组成wRA
（3）粘度大的液体宜作为分散相；对填料、筛板润湿性 粘度大的液体宜作为分散相；对填料、 较差的液体宜作为分散相；成本高、易燃易爆的液 较差的液体宜作为分散相；成本高、 体宜作为分散相。 体宜作为分散相。
8-5 过程和设备的强化与展望
●
萃取过程的强化
●
其它单元操作的耦合
●
超临界萃取
●
固相微萃取
●
液膜萃取
●
计算
一般已知： 一般已知： 原料液的流量F和溶质A的质量分数w 原料液的流量F和溶质A的质量分数wFA， 萃取剂中A的质量分数w 萃取剂中A的质量分数wSA， 体系的相平衡数据和分离要求（萃余相的质量分数wRA） 体系的相平衡数据和分离要求（萃余相的质量分数w
要计算： 要计算： 所需的萃取剂用量S 所需的萃取剂用量S， 萃取相的量E 萃取相的量E， 萃余相的量R和萃取相组成w 萃余相的量R和萃取相组成wEA
B
混合物，如图中M。 混合物，如图中M
0.2 F
0.4
0.6
0.8
S
三角形相图的组成表示 方法
3、物料衡算和杠杆定律
A
● 组成不同的两种溶液混合 时，各溶液间量于组成的图 解关系
R
wRA
wMA wEA
M
E⋅ E =R⋅ R M M
E w A −wA w S −wS R R = M = M R wA −w A wS −w S E M E M
（1）处理量大，传质效率高 处理量大，
（2）两液相流量比范围大
（3）设备结构简单，易于放大，操作方便，运转稳定可靠，适应性强 设备结构简单，易于放大，操作方便，运转稳定可靠， （4）易实现多级连续操作，便于调节级数 易实现多级连续操作，
（二）填料萃取塔
●
结 构
●
优 点
●
缺 点
不能处理含固体的悬浮液！ 不能处理含固体的悬浮液！
求: 所需理论级数N; 所需理论级数N; 离开各级的萃余相和萃取相的量和组成
●
求解方法
（一） 三角形坐标图解法
（二）直角坐标图解法
1．B与S部分互溶
多级逆流萃取的直角坐标图解法
2．B与S不互溶
8-4 萃取设备
一、 要求
●
提供较大的相界接触面积
●
较强的流体湍动程度
●
能使两相在接触后分离完全
（一） 混合澄清器
2.相图的标绘与组成读取 2.相图的标绘与组成读取
A
(1)三角形的任何一个边上的任一点， (1)三角形的任何一个边上的任一点， 三角形的任何一个边上的任一点 均代表一 个二元混合物,如图中E，F 个二元混合物,如图中E
0.8
0.6
0.4
E
M
0.2
(2)三角形内的任一点， (2)三角形内的任一点，均代表一个三元 三角形内的任一点
● 辅助曲线
A
●
画法 用途
P R4 R3 R2
K
●
E4
N
E3
H
E2 E1
J
● 临界混溶点
R1 B G L S
辅助曲线的做法和应用
二、分配系数与分配曲线
y kA = x
●
选择萃取剂的一个重要参数 KA值愈大,萃取分离的效果愈好 值愈大, KA=f (种类、操作温度和溶质组成 ) 种类、 能斯特（Nernst）定律 能斯特（Nernst）
E
B
wRS
wMS
wES
S
图 8-3 物料衡算与杠杆定律
8.2 部分互溶体系的平衡相图
一、溶解度曲线、联结线及临界混溶点 溶解度曲线、
溶解度曲线用来表示三元部分互溶体系 的A、B和S的相平衡关系
单相区 混溶点 ●
实验测定
联结线 两相区 溶解度曲线
M
● 联结线
●
两相区是萃取操作能够进行的范围
溶解度曲线和联结线
●
萃取结晶
●
求解方法
( F M F wA −w A) S= (w A −wA) M S
( M R Mw A −wA) E= (wA −wA) E R
●
杠杆定律
( E MwA −w A) M R= (wA −wA) E R
●
最小溶剂用量和最大溶剂用量
F G S in =F H S
8.1
一、基本概念
概
述
液-液萃取：用溶剂分离液体混合物中的组分， 液萃取：用溶剂分离液体混合物中的组分， 又称溶剂萃取。 又称溶剂萃取。
依据: 依据: 待分离溶液中各组分在萃取剂中溶解度的差异 来实现传质分离的
2.体系 体系
三元体系（三个组分，即：A、B、S） A—溶质 三元体系 B—稀释剂(原溶剂) S—萃取剂(新溶剂) R—萃余相 相 E—萃取相
纯溶剂
X AN R, ＝ (m / B+1 ) S
X AN 1 R, －
令 b=m / B S
XA N 1 XA N ＝ R ，－ R， b+ 1
X AN R, ＝ （+） b 1N
X F
Y AN m R ,N = E , ＝X A （+） b 1N
mF X
8-3-3 多级逆流过程
●
流程
●
计算
一般已知: 一般已知: 操作条件下的相平衡数据， 操作条件下的相平衡数据， 原料液量F及组成w 原料液量F及组成wFA， 溶剂的量S和组成w 和萃余相的组成w 溶剂的量S和组成wSA和萃余相的组成wRA
求: 所需理论级数N; 所需理论级数N; 离开各级的萃余相和萃取相的量和组成
●
求解方法
● 萃取剂与原溶剂互不相溶时
（1）直角坐标系中图解计算
Y A,N＝ (B S)(X A N −X A N 1)＋S －/ Y E R， R ，－
（2）解析法
平衡关系
Y m ＝X
Y A,N＝ (B/ S)(X A,N −X A,N1) － E R R -
●
●
●
三、萃取剂的选择
●
选择性
● 萃取剂与原溶剂的互溶度
● 萃取剂回收的难易与经济性
● 萃取剂的其它物性
8-3 萃取过程计算
8-3-1 单级萃取过程
E, wEA F ,wFA M, wMA
澄清器 混合器
●
流程
S, wSA R, wRA
●
基本计算式
单级萃取流程示意图
F+S=E+R=M
F F +SwA =E E +R R =M M wA wA wA wA S
（三）转盘萃取塔
●
结 构
转 盘
固定环
●
优 点
●
缺 点
转盘萃取塔
萃取设备的选用
通常应考虑以下因素
1．物系的物性
2．需要的理论级数
3. 处理量的大小
4．液体在设备内的停留时间
5．其它
分散相的选择
参考以下原则
（1）为增大相际接触面积，一般将流量大者作为分散相 为增大相际接触面积，
（2）当两相流量比相差很大时，为减小轴向返混，宜将 当两相流量比相差很大时，为减小轴向返混， 流量小者作为分散相； 流量小者作为分散相；
8.1 液液相平衡 一、三角形相图
A
三角形的三个顶点A 三角形的三个顶点A、B、S各代表一 种纯组分， 惯上以顶点A 种纯组分，习 惯上以顶点A表示纯溶 质，顶点B表示纯稀释剂，顶点S表示 顶点B表示纯稀释剂，顶点S
0.8
纯萃取剂，三者的位置是上A、下B、 纯萃取剂，三者的位置是上A
0.6
右S。
0.4 E M 0.2
过程特点
• 与吸收相仿，操作工序、分离装置必须联合 与吸收相仿，操作工序、分离装置必须联合。 • 吸收-解吸联合分离装置 吸收-
• 萃取-脱溶剂联合 萃取-
萃取本身并未能直接完成分离任务，只是将 萃取本身并未能直接完成分离任务， 一个难分离的原料液转化为两个易分离的混合液， 一个难分离的原料液转化为两个易分离的混合液， 萃取相和萃余相。要想彻底分离，过程必须是萃 萃取相和萃余相。要想彻底分离， 取与脱溶剂联合。 取与脱溶剂联合。类似于吸收操作中的吸收与解 吸联合。 吸联合。