第九章 萃取

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角三角形坐标上画出①溶解度曲线;②联接线; ③ 临界混溶点及辅助线。
乙酸
P(乙酸52.3,苯40.5,水7.2): 单相体系,临界混溶点
P R3 R2 苯 R1
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E3
M3 M2 M1
E2
E1

【例题9-2】 解:1.图解求萃取相E的组成 (1)在图中画出R点:乙酸0.15、水0.005、苯0.845 (2)过R点作水平线与辅助线交点Q
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E FR FR 7 E F 120 49.4kg F E R 17 E R
二、多级萃取流程
1. 多级错流萃取流程 将多个单级萃取设备串联使用,并在每
一级中加入新鲜萃取剂。如图
流程特点: 每一级都加入新鲜萃取剂,推动力增加有利于萃 取传质,但萃取剂用量大,回收和输送能耗增加。 从第一级开始分出的萃余相逐级引入下一级,最后进入萃取剂 回收装置,得萃余液R′。各级分出的萃取相E1、E2、E3….汇集后送 2014-6-10 到萃取剂回收设备,得到萃取液E′。
F

MS
S
MS
F
③ 求R、E及R′、E′的量:
E MR MR E M M ER ER
F
F S RE M R M E
● ●
R’
R
M
E
E FR FR E F F E R E R
E R F R F E
【例题9-3】用三氯乙烷萃取丙酮-水体系中的丙酮,原料液质量 F=120kg,含丙酮54kg,萃取后萃余相中丙酮含量10%(质量分数), 【例题9-3】 求:①所需萃取剂三氯乙烷的量 S;②所得萃取相的量及其丙酮的 质量分数;③ 将萃取相中的丙酮全部回收后所得萃取液的量。
1.萃取剂的选择
(1)萃取剂的选择性和选择性系数β
A在萃取相中的质量分率 A在萃余相中的质量分率 B在萃取相中的质量分率 B在萃余相中的质量分率 kA y A x A y A yB kB y B xB x A xB
分配系数kA愈大,kB愈小,选择性系数β愈大 选择性系数β表示萃取剂S对组分A、B溶解能力差别的大小
量关系符合杠杆规则。 E MR R ME
同理:若M由F和S混合而成,M为 合点,F点和S点为差点,它们之间 的量关系符合杠杆规则。
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单相区 F R E M 两相区
S MF F MS
5.分配系数和分配曲线
1)分配系数
组分A在E相中的组成 y A k A 组分A在R相中的组成 x A
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2.操作温度对相平衡关系的影响
温度↓→互溶度↓→两相区面积↑→对萃取有利;
但温度↓→流体粘度↑→不利于两相间的分散、混合和分离。
所以温度的选择应综合考虑。
T1<T2<T3
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第二节
萃取操作流程与萃取过程的计算
一、单级萃取的流程与计算
二、多级错流接触萃取的流程与计算
第九章 液液萃取
第一节 液液萃取的基本原理
第二节 萃取操作流程与萃取过程的计算
第三节 液-液萃取设备
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第一节 液液萃取的基本原理
一、液液萃取简介
1.萃取原理 : 利用液体混合物中各组分在溶剂中溶解
度的差异而实现分离。
液-液萃取是分离均相液体混合物的单元操作之一。
溶质 A : 混合液中欲分离的组分 稀释剂(原溶剂)B: 混合液中的溶剂 萃取剂S: 所选用的溶剂
kA<1, yA<xA
kA值愈大,萃取分离的效果愈好。
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四、萃取过程在三角形相图上的表示
E RF R E F
Emax
E
F
E R F

S MF F MS
R
R
· M
E
E MR R ME
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【例题9-1】 根据乙酸-苯-水三元体系液-液平衡数据在等腰直
P E C3 C2 C1
4.杠杆规则
——萃取物料衡算的依据
在三角型相图中,如果由两相混合成一个体系(或由一个体系 分成两相),原来两相的组成点和混合后体系的组成点一定在 一条直线上,并且两相质量的比与线段距离成反比。 •两相区内任一点 M 代表的混合液分为两个液层,即互成平 衡的R相和E相. M点:合点; R、E:差点。它们之间的
ys
yE
萃取剂与稀释剂部分互溶
原料液处理量F和原料液组成XF一定,萃余相R(或萃余液R′)的 组成为生产中所要控制的指标。通过计算求萃取剂S的用量、 萃取相E和萃余相R的量及组成。
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①作图:a.在ABS三元相图上连接纯溶剂组成点S和原料液组 成点F,原料液和萃取剂混合液组成点M一定在直线SF上; b.根据液-液平衡数据画出溶解度曲线和辅助曲线; c.画出已知萃余相组成点R′,连接S和R′与溶解度曲线的 交点R为萃余相组成点,由R点利用辅助线求出萃取相组 成点E,连接RE与SF的交点M为混合液组成点。 ②求萃取剂用量S: S MF MF E’
乙酸
(3)过Q点作垂线与溶解度曲线交点E (4)连接RE即为所求联结线 (5)由E点读出乙酸0.59、水0.37、苯0.04 2.求乙酸在两液相中的分配系数kA E
P R

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Q

y A 0.59 kA 3.93 x A 0.15
五、影响萃取操作的主要因素
主要有三个方面: 萃取剂的选择;物系的性质;操作温度和设备。
式中:
yB kB xB
yA、yB—组分A、B在萃取相E中的质量分数;
xA、xB —组分A、B在萃余相R中的质量分数。 分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。 kA值与联结线的斜率有关。
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联结线的斜率>0 kA>1,yA>xA
联结线的斜率为0
kA =1,yA=xA
联结线的斜率<0
M
H
S(三氯乙烷)
S MF MF S F 266kg F MS MS
②所得萃取相E的量及其丙酮的质量分数
E MR MR 13.6 E (M S ) 386 310kg M ER 16.9 ER
图中E点所对应的纵坐标即为萃取相中丙酮质量分数0.15 ③ 将萃取相中的丙酮全部回收后所得萃取液的量及组成 连接SE并延长与AB线交于E‘ 点,从图中读出萃取液中丙酮质 量分数为0.95
3. 连续逆流萃取的流程
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第三节 液-液萃取设备
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P233习题9-1
乙酸-水-异丙醚体系 100 90 80 70 60
乙酸
50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 异丙醚 60 70 80 90 100
单相区 E
萃取相 E(S+A+B)
萃余相 R(B+A+S)
R
· M 两相区
3.辅助曲线(wk.baidu.com称共轭曲线)
一定温度下,任何物系的
连结线有无穷多条,R、E两相
组成有实验测定。因此常用一 条辅助曲线间接表示互成平衡 的两液层组成之间的关系。 R 辅助线 的作用: 求任一平衡液相的共轭相
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辅助线的作法
2.在生物化工和精细化工中的应用
•以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液
•香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素
•食品工业中TBP从发酵液中萃取柠檬酸
3.湿法冶金中的应用
用溶剂LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜
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三、三元体系液-液相平衡
①溶质A完全溶于原溶剂B及萃取剂S中,萃取剂S与 原溶剂B完全不互溶 ——形成完全不互溶的混合液。 ②溶质 A 完全溶于原溶剂 B 及萃取剂 S 中,萃取剂 S 与 原溶剂B部分互溶 ——形成部分互溶的混合液。 ③萃取剂 S与原溶剂 B部分互溶,与溶质 A部分 互溶——形成两对部分互溶的混合液。 第一种情况很少,第三种情况尽量避免,本章讨论第二种情况。
混合液 A+B
萃取剂S
萃取相 E(S+A+B)
萃余相 R(B+A+S)
B
R3 R2 R1
· M
P
E3
3
M2 M1
E2
E1 S
溶解度曲线与联结线
溶解度曲线 将代表各平衡液层组成的坐标点连接起来的 曲线叫溶解度曲线。
平衡时的两液层R相和E相叫共轭相,两共轭相组成点的连线叫联结线。
搅 拌
混合液 A+B 萃取剂S
三、多级逆流萃取的流程与计算
四、连续逆流萃取的流程与计算
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液液萃取的基本流程
单级萃取或并流接触萃取 多级错流萃取 单组分萃取
多级逆流萃取 萃取
连续逆流萃取
双组分萃取(回流萃取)
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一、单级萃取的流程与计算
原料液F
萃余相R
xF
萃取剂S
xR
萃取相E
回收溶剂S后 得萃余液R′ 回收溶剂S后 得萃取液E′
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2.基本过程描述
搅拌 •1.加料混合 •2.静置分相 •3.两相分离 •4. 分 别 回 收 萃 取剂后得产品。 萃取相 (S+A+B) 混合液 A+B 萃取剂 (溶剂S)
萃余相 (B+A+S)
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3.分离对象
——均相液-液混合物 1)相对挥发度等于或者接近1 (如:烷烃/芳烃) 2)重组分含量少,轻组分含量多(水-HAc)(含酚废水处理)
解:根据三组分体系的液-液平衡数据绘出溶解度曲线和辅助曲线 ①所需萃取剂三氯乙烷的量S A(丙酮) a. 原料液中丙酮质量分数为:54/120=0.45,在AB边上 找到F点,连接SF。 b. 已知萃余相中丙酮含量10%在与溶解度曲线上 标出R点(R、R'重合)
F
E R
B(水)
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c. 过R点作水平线交辅助线与H点,过H作垂 线交溶解度曲线于E点,连接RE交SF于M点。
2. 多级逆流萃取流程
原料液从第一级加入依次通过各级从最后一级排出,分出萃余相 RN中的萃取剂后得萃余液R′。 萃取剂S从最后一级加入与原料液相反方向依次通过各级从第一级 排出,分出萃取E1中的萃取剂剂后得萃取液E′。 多级逆流与多级错流相比萃取剂消耗量大为减少,流程简单, 2014-6-10 能耗降低。工业上应用广泛。
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(3)萃取剂回收的难易与经济性
萃取剂需要回收循环使用,,萃取剂回收的难易直接影
响萃取的操作费用。回收萃取剂通常用蒸馏或蒸发。
(4)萃取剂的物理性质
①萃取剂的密度 萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差。
②界面张力 界面张力较大时,有利于分层;界面张力过大,难 以使两相混合良好;界面张力较小时,两相难以分离。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 。 ③一般工业要求 为了便于操作、输送及储存,萃取剂的粘度小、 凝固点低、不易燃、毒性小、化学稳定、热稳定、抗氧化、对设备 腐蚀性小,来源容易,价格便宜等 。
M点:横坐标表示萃取剂 S的质量百分数 0.3
S
F
G
S
纵坐标表示溶质A的质量百分数
B 1 A S 1 0.4 0.3 0.3
A 0.4
2.液-液平衡关系在三角形相图上的表示法
(1)溶解度曲线与联结线(共轭线)
溶解度曲线由若干组共轭相的组成点连接而成的曲线。 P 点:临界混溶点 , 又叫褶点。 该点R、E两相组成完全相同。 A 搅 拌
3)混合液含热敏性物质(药物)
4.萃取操作的特点
•选择适宜的溶剂是一个关键问题 •两个液相应具有一定的密度差 •溶质与萃取剂的沸点差大有利
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二、液液萃取在工业上的应用
1.液液萃取在石油化工中的应用
•分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物
•用酯类溶剂萃取乙酸,用丙烷萃取润滑油中的石蜡 •以HF-BF3作萃取剂,从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体
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β=1 ,
y A y B x A xB
A、B两组分不适宜用萃取分离;
β>1,萃取时组分A可以在萃取相中浓集,β越大,组分A与 B萃取分离的效果越好。
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(2)萃取剂S与稀释剂B的互溶度
Emax
Emax
组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积。 B、S 互溶度越小,分层区面积越大,可能得到的萃取液 的最高浓度ymax’较高,愈有利于萃取分离。
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三元物系
1.三元组成在三角形相图中的表示方法
三个顶点:纯物质 三条边上的点:二元混合物的组成
三角形内的任一点:一定组成的三元混合物 A H点的组成为: A BH 0.7
M点的组成为:
B AH 0.3
H · E M B
K D
A BE 0.4 ;B SG 0.3 S AK 0.3
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