化工原理(清华大学)第三章萃取EXT2
化工原理萃取知识2
qmF qmS qmE1 qmR N qmM
M点是F、S的和点，也是E1、RN的和点 确定 E
1
依F，S确定M，依M和
A
RN ，确定
E
1
利用杠杆定律：
qmE 1 MRN E1 RN qmM
F E1
qmR N qmM qmE1
RN M
S
R’N B
qmE1 qmF qmS qmR N qmD
注意: E1和 RN 不是共轭相
2．各级的物料衡算 第一级
qmF qmE 2 qmR1 qmE1 qmE1 qmF qmE 2 qmR1
第二级 第 N级
qmE 2 qmR1 qmE3 qmR2
……………………
qmE N qmR N 1 qmS qmR N
过S点作溶解度曲线的切线得点E，
求得R，得M点，于是得：
E
mS
MF MS
mF
对比：y’A与y’Amax
B S
可见： y’A＜y’Amax
注意： 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m S,min
8.3.2 多级错流萃取 一、流程
D点移到无穷远时D=0，级联线互相平行。 ▴ qmS/qmF 再减小，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。
动画示意
如图， qmS/qmF
操作线斜率趋于联结线 到 ( qmS / qmF ) min 时，P 点
的斜率，当（qmS/qmF）
线重合，说明 E i
（夹紧点）所对应的两相联结线和级联
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 日目录1 生产背景 (3)2 萃取原理 (3)3 萃取操作过程 (3)3.1单级萃取 (3)3.1.1单级萃取的操作过程 (3)3.1.2单级萃取的计算过程 (4)3.2多级错流萃取 (5)3.2.1多级错流萃取的操作过程 (5)3.2.2多级错流萃取的计算过程 (5)3.3多级逆流萃取 (7)3.1.1多级逆流萃取的操作过程 (7)3.1.2多级逆流萃取的计算过程 (7)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)5 总结 (8)6 思考题 (9)参考文献 (10)1生产背景在25℃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2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。
化工原理(清华大学) 第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动1
p
d
3 pi
ni
(
/
xiΒιβλιοθήκη 6)pd3 pi
代入：1/ d pm (xi / d pi )，d pm 1/ (xi / d pi )
非球形：d pi dev
3、分形维
(fractal)--fractional(分数的，碎的)
海岸线、山脉、粗糙断面，极不规则
二维平面
D
N 2
D维客体，N最小数，σ截面积
第三章 流体通过颗粒及颗粒床层的流动
第一节 概述 第二节 流体通过颗粒的流动 第三节 颗粒在流体中的流动 第四节 流体通过颗粒床层流动 第五节 固体流态化
第二节 流体通过颗粒的流动
曳力和曳力系数
曳力：固体颗粒流动方向受到的力
FD = f (L,u,p,)，u相对速度
FD
AW sindA
pcosdA
化工原理（清华大学） 第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动
1
目
录
绪论
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
流体流动 流体输送机械 流体流过颗粒和颗粒层的流动 非均相物系的分离 传热 蒸发 总结
第三章 流体通过颗粒及颗粒床层的流动
第一节 概述 第二节 流体通过颗粒的流动 第三节 颗粒在流体中的流动 第四节 流体通过颗粒床层流动 第五节 固体流态化
A
光滑球体：FD / Ap CD(u2 / 2)
Ap流动方向投影面积
CD f (Rep)，Rep 颗粒Re数 dpu /
二、流体通过球形颗粒
速度很小：爬流 FD=3dpu， 表面曳力占2/3， 形体曳力占1/3。
实验求得：
1、层流区
Re p 2，CD＝24 / Re p FD ,u
清华大学化工原理第三章萃取EXT5
乳化液膜
提取液B
溶 分 离 器 透 液 液A 渗 剂 / NhomakorabeaW
AB 液 AB AB / )
液(
固定液膜
• 膜萃取 • 萃取和反萃在同一个器内实现
小结 萃取过程的开发思路
溶剂的拓展 设备的拓展 过程的集成
与传统工艺的比较
方法:在发酵液中加入大量硫酸铵使酶盐析出 方法 在发酵液中加入大量硫酸铵使酶盐析出. 在发酵液中加入大量硫酸铵使酶盐析出 问题:纯度 连同菌,盐和其它固体杂质一同析出 纯度(连同菌 盐和其它固体杂质一同析出) 问题 纯度 连同菌 盐和其它固体杂质一同析出 过滤速度慢（？） 过滤速度慢（？）
超临界萃取的例子
• 烟草 尼古丁 烟草: • 大豆 豆油 大豆: • 煤: 碳氢化合物
超临界萃取的实现方式
• 等温法 P1>P2 等温法:
膨胀阀 萃 取 槽 分 离 1 槽 2
超临界萃取的实现方式
• 等压法 T1>T2 等压法:
加热器 萃 取 槽 分 离 1 槽 器 2
3. 液膜萃取
• 乳化液膜 • 固定液膜
• 为什么会出现双手相 为什么会出现双手相?
双水相萃取的例子
• 酶的提取和纯化 从枯草杆菌发酵液中萃取 酶的提取和纯化: α-淀粉酶 淀粉酶 • PEG1500(18% wt)/磷酸钾 磷酸钾(10%,wt) 磷酸钾 • 菌体在下相 酶在上相 提取率在 菌体在下相; 酶在上相;提取率在 提取率在95%以上 以上 • 思考 下相中菌体与盐的分离 思考: 下相中菌体与盐的分离? 上相中酶和PEG的分离 的分离? 上相中酶和 的分离
第五节 萃取过程的拓展思路
溶剂的拓展 设备的拓展 过程的集成
1. 双水相萃取
清华化工原理第三章萃取EXT
F+Ei+1=Ri+E1>>>F-E1=Ri-Ei+1
3. 多级逆流萃取
• 操作线
F-E1 = R1-E2 = …= Ri-Ei+1 = …= Rn-S = • 操作点 :
– 物理意义是级间净流量为常数
A
F, S M
Rn, M E1 E1, F &S, Rn
F
E1
M
Rn B
解答
A
E’
F R’ R
E
M
B
S
2. 多级错流萃取
• 将萃取剂分为若干份(量为Si), 分别对原 料和萃余相进行多次萃取.
S1 S2 S3
F
1
R1
2
R2
3
R3
E1
E2
E3
错流萃取
A
F
M1 R1
E1
E2
如何?
A • 与单级萃取相比, 效果如何 ? • 经验 • 实验和计算
已知: 混合液量为F(kg/h, or kg), 其 中A的含量为xF, 萃取剂的量为 S(kg/h, or kg), 为纯溶剂. 试求: 原 料F能够被分离到什么程度?
• • • • • • 单级萃取 多级错流 多级逆流 连续逆流 连续错流? 连续并流?
1. 单级萃取过程
• • • • 混合得M 分相得萃余相R和萃取相E 脱除溶剂得萃余液R’和萃取液E’ 最终效果: F>>>R’和E’
S
级数确定? A
E1 R1
E2 R2 E3…..
E1
F R1 E2 E3
R2
B
Rn
S
化工原理第三章过滤3-2PPT
X—单位质量悬浮液中所含干滤渣质量。
kg干渣/ kg悬浮液
ω—得到1m3滤液所形成的干滤渣质量。 kg(干渣)/m3(滤液)
取1kg悬浮液为基准：
X
1CX/
湿滤渣质量与滤液体积的比值ωC
ωC——kg湿渣/m3滤液
湿滤渣体积与滤液体积的比值ｖ
C c
——m3湿渣/m3滤液
例3-4 已知湿滤渣、干滤渣及滤液的密度分别为ρc=1400 kg/m3 ， ρp=2600kg/m3，ρ=1000kg/m3。 试求湿滤渣与其中所含干渣的质 量比?若1kg悬浮液中含固体颗粒0.04kg，试求与1m3滤液所对应 的干渣质量为多少？
对于指定的悬浮液，获得一定量的滤液必定形成相应量的 滤饼。悬浮液量、滤液量和滤饼量用以下的物料衡算式求出。
C—含1kg干滤渣的湿滤渣质量。即湿滤渣质量与干滤渣质量之比。
而 湿滤渣体积=干滤渣体积+液体体积
取含1kg干滤渣的湿滤渣为基准：
C 1 C1
C P
Ρp:固体的密度 Ρc:湿滤渣的密度 Ρ:液体的密度
助滤剂的组成：不可压缩的粉状或纤维状固体。
常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉等。
（四）悬浮液量、固体量、滤液量与滤渣量的关系
总物料：悬浮液质量=滤渣量+滤液量 固体物料：悬浮液中固体量=滤渣中固体量
悬浮液
滤液，密度ρ ，体积 V
湿滤渣，密度ρc
液体 干渣，密度ρp
滤液量
悬浮液中所含液体量
物料衡算
滤饼体积： 6 .3 1 2 5 0 2 1 .2 6 1 4 m 4 0 3
0.139
《化工原理》课件——第三章 非均相物系的分离
生成的滤液质量为 7913.7-500-1100＝6313.7kg
化工原理萃取
β=f(kA)，kA=f(T，浓度）；一般xB/yB>1。若kA>1， 则一定有β>1； 若kA<1，则β可能大于1或接近1；β↑→效果↑→S用 量↓→能耗↓→产品纯度（yA')↓；
2. 萃取剂S与稀释剂B的互溶度
组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分 层面积。 互溶度↓→分层面积↑→y'max↑。 B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。
§1 三元体系的液—液相平衡
萃取过程仍以相际平衡为传质极限。 一、组成在三角形相图中的表示方法
组分浓度常用质量分率表示，有时也用体积分 率或摩尔分率。
说明：
①各顶点表示纯组分（A、B、S）； ②任一边上的点表示相关二元混合物； ③三角形内的点代表三元混合物。 ④组成的归一性： ⑤等腰直角三角形最方便，其次是正三角形， 不等腰直角三角形可对相图进行放大、展开。
3. 分配系数与分配曲线
① 分配系数：平衡的两相中
即：
② 分配曲线： yA～xA图
4. 温度对相平衡的影响
① T↑→B及S中A溶解↑，分相区缩小； ② T影响曲线形状、联结线斜率及两相区的面积， 从而影响分配曲线形状； ③ 温度↑，Ⅱ类物系→Ⅰ类物系。
5. 杠杆规则
① 杠杆规则： E、R与混合总组成点M共线； 各物相的量符合杠杆规则：
作对边水平线或垂线即可确定组成； 归一性。
二、平衡关系在三角形相图上的表示 按组分互溶度，将三元混合液分为：
① A完全溶于 及S中，而B、S不互溶； 完全溶于B及 中 、 不互溶； 完全溶于 不互溶 完全溶于B及 中 部分互溶； ② A完全溶于 及S中，而B、S部分互溶； 完全溶于 、 部分互溶 ③ A与B互溶，B与S和A与S部分互溶。 互溶， 与 和 与 部分互溶 部分互溶。 与 互溶 第Ⅰ类物系：少于一对部分互溶组分； 第Ⅱ类物系：有两对部分互溶组分；
化工原理下册萃取本科图文PPT学习教案
方法二：
A
分别从E1、E2、E3、E4点 引 AB 平 行 线 ， 与 分 别 从
R1、R2、R3、R4点引出的 AS 平 行 线 相 交 ， 连 结 各
交点即得辅助曲线；
P
E4
E3
辅助曲线延长线与溶解度
R4
E2
曲线的交点即为临界混溶 点P；
R3 R2 R1 B
E1 S
借助辅助曲线可求出任何
一对共轭相的对应点，即
萃取设备的分类萃取设备的分类产生分散相的动力产生分散相的动力微分接触式微分接触式逐级接触式逐级接触式重力差重力差喷啉塔填料塔填料塔筛板塔筛板塔流动混合器流动混合器机械搅拌机械搅拌转盘萃取塔转盘萃取塔搅拌萃搅拌萃取塔振动筛板塔振动筛板塔混合澄清器混合澄清器脉冲脉冲脉冲填料塔脉冲填料塔脉冲筛脉冲筛脉冲混合澄清器脉冲混合澄清器离心力作用离心力作用连续式离心萃取器连续式离心萃取器逐级式离心萃取器逐级式离心萃取器第82页共106页常见工业萃取设备常见工业萃取设备逐级接触式萃取设备
（1）萃取剂的选择
萃取剂应不易水解和热解，耐酸、碱、盐、氧化剂或还原剂，腐 蚀性小。在原子能工业中，还应具有较高的抗辐射能力。
物理性质
(a) 溶解度：萃取剂在料液相中的溶解度要小。 (b) 密度：密度差大，有利于分层，不易产生第三相和乳化现象
，两液相可采用较高的相对速度逆流。
(c) 界面张力：界面张力大，有利于液滴的聚结和两相的分离； 另一方面，两相难以分散混合，需要更多外加能量。由于液 滴的聚结更重要，故一般选用使界面张力较大的萃取剂。
B xSD xSM xSC
S
(2) 分量与合量的质量与直线上相应线段的长度成比例，即：
C DM C DM D CM
化工原理课件12萃取(LiquidExtraction)
05
萃取过程的优化与改进
提高萃取效率的途径
选择合适的萃取剂
根据待分离物质的特点和分离要 求，选择具有高选择性、高溶解
度、低能耗的萃取剂。
优化萃取工艺参数
通过调整温度、压力、浓度等工 艺参数，提高萃取效率和分离效
果。
强化传质过程
采用多级萃取、逆流萃取等工艺， 增加萃取剂与待分离物质接触机
会，提高传质效率。
3
萃取技术的优化
根据不同天然产物的性质和目标成分，选择合适 的萃取剂和工艺条件，提高萃取效率和纯度。
THANKS
感谢观看
它由多个塔板组成，液体在塔 内逐板下降，同时与上升的气 体或液体逆流接触，实现传质 与分离。
塔式萃取器的优点是处理能力 大、分离效果好，但结构复杂、 造价高、操作维护困难。
离心萃取器
离心萃取器利用离心力的作用使两液 相实现分离。
离心萃取器的优点是处理能力大、分 离效果好、结构简单、操作方便，但 制造成本较高。
04
萃取过程的设备
混合-澄清槽
混合-澄清槽是一种简单的萃取 设备，适用于两相接触后能迅速
分离的情况。
它由一个混合室和一个澄清室组 成，混合室用于使不相溶的两液 相混合，澄清室则用于分离两液
相。
混合-澄清槽结构简单，操作方 便，但处理能力较小，且分离效
果不够理想。
塔式萃取器
塔式萃取器是一种常见的萃取 设备，适用于处理大量物料。
双水相萃取技术
利用两种水相间物质分配的差异，实现高效分离和纯化。
06
萃取过程的实例分析
工业废水处理中的萃取应用
工业废水中的有害物质
01
工业废水可能含有重金属、有机污染物等有害物质，对环境和
化工原理 液液萃取PPT教案
第35页/共100页
11.2.2 三角形相图在单级萃取中的应用
萃取相分离设备
原料 F
萃取剂 S 萃取相 E
M
混合器
分层器
萃余相R
S
萃取液 E’
S
萃余相分离设备
萃余液R
单级萃取流程 第36页/共100页
原料 F
萃取剂 S
M
萃取相 E
萃余相R
A
S
萃取液 E’
S
萃余液R’
第13页/共100页
两相接触方式
微 分 接 触
第14页/共100页
级 式 接 触
第15页/共100页
第16页/共100页
第17页/共100页
第18页/共100页
11.2 液-液相平衡关系
11.2.1 三角形坐标及杠杆定律
11.2.1.1 三角形坐标 三元混合液的表示方法：
三角形坐标
等边三角形 直角三角形（等腰直角三角形和不等腰直角三角形）
萃取操作的应用
对于一种液体混合物，究竟是采用蒸馏还是萃取加以 分离，主要取决于技术上的可行性和经济上的合理性。
一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。 （1） 原料液中各组分间的相对挥发度接近于1或形成恒沸物， 若采用蒸馏方法不能分离或很不经济； （2）原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若采 用蒸馏方法须将大量稀释剂汽化，能耗较大； （3） 原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分 解、聚合或发生其它变化。 （4）其它，如多种金属物质的分离，核工业材料的制取，治 理环境污染等。
联结线
Rn
溶解度曲 线
两相
区
0 B
En
化工原理3-2
三、滤饼的压缩性和助滤剂
助滤剂 助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层
的固体颗粒或纤维状物质，将其混入悬浮液或 预涂于过滤介质上，可以改善饼层的性能，使 滤液得以畅流。
35
练习题目
思考题 1.分析影响旋风分离器临界粒径的因素。 2.选择旋风分离器时应该依据哪些性能指标? 3.过滤的方式有哪些？饼层过滤时，真正起过滤作 用的是什么？
Pf L
150
(1 )2u 3(sde )2
1.75
(1 )u2 3(sde )
（3-58）
28
第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.2 过滤分离原理及设备 3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动 3.2.2 过滤操作的原理
29
过滤 过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体
通过多孔介质的孔道，而固体颗粒被截留在介 质上，从而实现固、液分离的操作。
第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.1 沉降分离原理及设备 3.1.1 颗粒相对于流体的运动 3.1.2 重力沉降 3.1.3 离心沉降
1
一、离心沉降速度及分离因数
惯性离心力作用下实现的沉降过程称为离心沉降。
颗粒受到三个力
惯性离心力
＝
6
d 3s
u2 T R
向心力＝ d 3 uT2
6
R
阻力 ＝ d 2 ur2
19
一、固体颗粒群的特性
2. 颗粒群的平均直径 粒群的平均直径计算式为
dp
1 xi
d pi
（3-46）
20
二、固体颗粒床层的特性
1. 床层的空隙率
空隙率以ε表示，即
床层体积-颗粒体积 床层体积
21
萃取原理(图文参照)
第八章萃取§1 概述8-1 萃取概念及应用我们以手工洗衣服为例，打完肥皂、揉搓后，如何将肥皂沫去除呢？用清水多次漂洗，这是人们熟知的过程。
多次漂洗的过程即为化工中的液-固萃取过程。
如图8-1所示，漂洗次数越多，衣服与肥皂沫分离越完全，衣服越干净。
图8-1的衣物漂洗过程为错流萃取过程。
清水称作萃取剂，含沫水为萃取相，衣物和沫为萃余相。
皂沫为溶质A。
经验还告诉我们，每盆水揉搓的时间越长（即萃取越接近平衡），拧得越干（即萃取与萃余相相分离越彻底），所用漂洗次数越少（即错流级数越少）。
图8-1 错流萃取示意图萃取——利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。
例如用醋酸乙酯萃取醋酸水溶液中的醋酸。
如图8-2所示。
图8-2萃取示意图萃取用于沸点非常接近、用一般蒸馏方法分离的液体混合物。
主要用化工厂的废水处理。
如染料厂、焦化厂废水中苯酚的回收。
萃取也用于法冶金中，如从锌冶炼烟尘的酸浸出液中萃取铊、锗等。
制药工业中，许多复杂有机液体混合物的分离都用到萃取。
为使萃取操作得以进行，一方面溶剂S对稀释剂B、溶质A要具有不同的溶解度，另一方面S与B必须具有密度差，便于萃取相与萃余相的分离。
当然，溶剂S具有化学性质稳定，回收容易等特点，则将为萃取操作带来更多的经济效益。
萃取过程计算，习惯上多求取达到指定分离要求所需的理论级数。
若采用板式萃取塔，则用理论级数除以级效率，可得实际所需的萃取级数。
若采用填料萃取塔，则用理论级数乘以等级高度，可得实际所需的萃取填料层高度。
等级高度是指相当于一个理论级分离效果所需的填料层高度，等级高度的数据十分缺乏，多需由实验测得。
萃取理论级数的计算，仍然离不开相平衡关系的物质平衡关系。
§2 萃取溶解度曲线8-2 三角形相图表示法以A、B、S作为三个顶点组成一个三角形。
三角形的三个顶点表示纯物质，一般上顶点表示溶质A，左下顶点表示稀释剂B，右下顶点表示溶剂S。