第12章 萃取
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Y
31
化 工 原 理
E
Y1
E1
P1
P2 OX S N XF X
§12.2 萃取过程的流程和计算
b）解析法 分配曲线： Y KX 设： A KS ——萃取因子 m B
化 工 原 理
32
（对应吸收中的脱吸因子）
交替应用 物料衡算关系 分配曲线方程 操作线方程 和 相平衡关系
B Yi X i 1 X N Y S S
被分离体系相对挥发度α大，用蒸馏方法分离； 如果α接近1，可用反萃取，结晶分离等方法。 化 工 原 理
17
4. 萃取剂的其它性质
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 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。
§12.1 萃取的基本概念
3）粘度 粘度小对萃取剂有利
22
B YE ( X R X F ) S ——单级萃取的操作线方程
化 工
过点（XF，0），
Y
YE
相平衡关系： YE f X R
简化： YE KX R
B 斜率为 原 S
理
E1
B S
XR XF X
§12.2 萃取过程的流程和计算
23
例1 单级萃取 采用纯溶剂进行单级萃取。已知料液组成 xF=0.3 (质量 分率，下同)，选择性系数为6，在萃余相中 ，kA x A x B 0.25 < 1 ，溶解度曲线如图所示。试求： （1）萃取液量与萃余液量的比值； （2）溶剂比S/F是最小溶剂比（S/F）min多少倍？（用线段 化 A 表示） 工 原 理
化 工 原 理
14
A在萃取相中的质量分率 B在萃取相中的质量分率
A在萃余相中的质量分率 B在萃余相中的质量分率
yA yB
kA kB
xA yA xB x A
yB xB
§12.1 萃取的基本概念
β=1 ，
15
y A yB xA xB A、B两组分不能用萃取分离；
β>1，组分A在萃取相中浓集； β越大，组分A与B萃取分离的效果越好。 化 工 原 理 2）选择性系数和分配系数的关系 kA愈大，kB愈小，选择性系数愈大 选择性系数表示萃取剂对组分A、B溶解能力差别的大小
2
工 原 理
萃取相 E S+A+B 萃余相 R B+A+S
萃取液 E A(大量),B(少量) S 萃余液 R B(大量),A(少量)
§12.1 萃取的基本概念
3. 分离对象 ——液液混合物
1）相对挥发度等于或者接近1 (烷烃/芳烃)；
化 工 原 理
3
2）重组分含量少，轻组分含量多； 3）混合液含热敏性物质（药物）
§12.1 萃取的基本概念
四、三角形相图在单级萃取中的应用
对应 最大 E max 萃取 E 液浓 度 F
●
13
E R F R E F
化 工 原 理
E R F
E MR R ME
S MF F MS
E R M
R
Байду номын сангаас §12.1 萃取的基本概念
五、萃取剂的选择 1. 萃取剂的选择性和选择性系数 1）萃取剂的选择性
21
化 工 原 理
BX F SY0 SYE BX R
S (Y0 YE ) B( X R X F ) B YE Y0 ( X R X F ) S 类似于吸收中 Ya Yb LS ( X b X a ) GB
§12.2 萃取过程的流程和计算
当萃取剂为纯溶剂时， Y0=0
' B
24
xA x 1 xS
' A
xB x 1 xS
——脱溶剂浓度
' xA xA 0.25 ' xB 1 xA
' xA 0.2
' ' y A xA yA xA yA 1 6 ' ' yB xB (1 y A ) xB 1 y A 0.25
18
5. 一般工业要求
化 化学稳定性好、不易聚合、分解、腐蚀性小、无毒、 工 来源容易，价格便宜等 原 理
§12.2 萃取过程的流程和计算
一、单级萃取的流程与计算 1. 单级萃取的流程
原料液F 化 工 原 理
19
萃余相R
理论 萃取级
xF
萃取剂S
xR
萃取相E
离开的两相 Ri、Ei呈相平 衡关系
ys
yE
' yA 0.6
§12.2 萃取过程的流程和计算
E 0.3 0.2 1 R 0.6 0.3 3
（2）溶剂比S/F是最小溶剂比（S/F）min多少倍？ 化 工 原 理
A
25
S F MF MS S F min M F M S MF M S M F MS
E2
止，共轭线的个数即为
E3 理论级数
§12.2 萃取过程的流程和计算
萃取剂用量和组成、最终萃余相组成等有关。 其它条件一定时，点△的位置由溶剂比决定：
S/F较小时，点△在左侧，S用量越小， △越靠近S；
化 工
30
Note: 点△的位置与联接线斜率、原料液的流量和组成、
S/F较大时，点△在右侧，S用量越大， △越靠近S。
§12.2 萃取过程的流程和计算
RN S
化 工 原 理 △ 操作线 E1 F R1 R2 M RN
29
F E1 R1 E2 R2 E3 .... Ri Ei 1 .... RN 1 EN
——操作点
如此反复，直至萃余相 组成小于等于指定值为
（类似吸收中克列姆塞尔方程的推导）
YS X 1 1 F K 1 n ln 1 Y ln Am Am X S Am n K
Y KX
§12.2 萃取过程的流程和计算
3）多级逆流萃取的最小溶剂用量
Y E
33
化 工 原 理
S XF XN Y B min F YS S XF XN XF XN K 若为纯溶剂 Y KX F F B min
1
§12.1 萃取的基本概念
化 工 原 理
一、液液萃取简介 1. 萃取原理 利用液体混合液中各组分在萃取剂中的溶解度差异
实现分离的单元操作。
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
§12.1 萃取的基本概念
萃取剂S： 所选用的溶剂 2. 基本过程描述
原料液 化 A+B 萃取剂 S S
化 工 原 理
28
F S M E1 RN
对第二级作总物料衡算
F E2 R1 E1或F E1 R1 E2
R1 E3 E2 R2或R1 E2 R2 E3
依此类推，对第n级作总物料衡算
RN 1 S RN E N 或RN 1 E N RN S
§12.1 萃取的基本概念
•三点共线 M点：和点 化 工 原 理
A
6
2. 三角形相图中的杠杆定律 ——萃取物料衡算的依据
F、S：差点
•线段成比例
E
差点
F
F MS S FM E MR R ME
M R R
B
E
杠杆
和点
差点
S
§12.1 萃取的基本概念
Note: 杠杆原理的实质即物料衡算 物料衡算：F S M Fx F S 0 MxM 化 工 原 理
工 原 理
8
A
A
B多S少 +A R(B 层)
均相区
S多B少 +A E(S 层)
Note:若B与S互溶度变 大，则两相区范围变小
等边三角形辅助线做法见 P161 R B 利用辅助曲线可求任一 已知平衡液相的共轭相
共轭线（联结线）
P
临界混溶点（褶点）
溶解度曲线
两相区
辅助线
B、S 部分互溶时
M
E
S
§12.1 萃取的基本概念
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。
§12.1 萃取的基本概念
16
Emax
化 工 原 理
Emax
分层区面积大， B、S互溶度小， 可能得到的萃取液的最高浓度y’max较高。
B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。
§12.1 萃取的基本概念
3. 萃取剂回收的难易
5
0.6
0.8 G 0.2 B% S
化 工 原 理
0.2 B
B
0.8 0.4 0.6 S% H A%
三个顶点分别表示A、B、S三个纯组分。 每条边代表某二元混合物的组成，不含第三组分。 E 点： xA =0.4， xB =0.6 三角形内任一点代表某三元混合物的组成。
% A %B % S 100 %
（2）选择性系数；
§12.2 萃取过程的流程和计算
二、多级逆流萃取的流程与计算 1. 多级逆流萃取的流程
27
化 工 原 理
特点：传质推动力较为均匀，分离效率高， 溶剂用量少，工业中广泛应用。
§12.2 萃取过程的流程和计算
2. 多级逆流萃取的计算
1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系
对第一级作总物料衡算
S，yS E，yE S
B S
S F，xF R，xR R，x’R E，y’E
§12.2 萃取过程的流程和计算
解：（1）萃取液量与萃余液量的比值
R E F ' ' R x E y A A FxF
化 工 原 理
' E xF xA ' R yA xF
2. 分配系数和分配曲线
1）分配系数
9
化 工 原 理
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
yB kB xB
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。
§12.1 萃取的基本概念
10
化 工 原 理 联结线的斜率＞0 kA＞1，yA＞xA
FxF F S xM
A
7
F
差点 G
M
和点
杠 杆
xM 0 F MS S xF xM FM 三角形相图的应用：
1. 查取浓度； 2. 表示混合、分离等过程； 3. 定量计算----杠杆原理。
B
差点
S
§12.1 萃取的基本概念
三、 三角形相图中的相平衡关系
1. 溶解度曲线 共轭相： 互成平衡的两相 化 萃取剂的加入量应使总 组成点落在两相区内
2）萃取剂与稀释剂不互溶的体系
对第 i 级~N 级作物料衡算：
B X i 1 X N S Yi YS
原 a）直角坐标图解法 理
B -----操作线方程 Yi X i 1 X N Y S S 过点（XN，YS） （XF，Y1）
§12.2 萃取过程的流程和计算
E’
R’
F M
R
M
E
S
B
§12.2 萃取过程的流程和计算
补充作业： 用纯溶剂作单级萃取，已知萃取相中浓度比 yA/yB=7/3 ，萃余相中浓度比 xA/xB=1/4 ，原料液浓度 xF=0.4 ，原料液量为 100kg ，操作条件下，分配系数 kA>1，求： （1）萃取液与萃余液的量；
26
化 工 原 理
MF S F MS
R ME E MR
E ' R' F
FD F D F DS R’ R
● ●
F S RE M
GF S max F GS
G
理 S min
M
E
最小萃取 剂用量
最大萃取 剂用量
§12.2 萃取过程的流程和计算
2）萃取剂与稀释剂不互溶的体系
kg ( A) 萃取相中溶质A的浓度（质量比） Y kg ( S ) 萃余相中溶质A 的浓度（质量比） X kg( A) kg( B) 由物料衡算
§12.1 萃取的基本概念
二、 三角形相图 1. 三元组成的表示法
4
化 工 原 理 等腰直角三角形 等边三角形 不等腰直角三角形
组分的浓度以摩尔分率，质量分率表示均可。 常用 xA、xB、xS分别表示 A、B、S 的质量分率。
§12.1 萃取的基本概念
A 0.8 0.6 E 0.4 M 0.2 0.6 0.8 0.2 0.4 G B% S% F A% S E 0.4 0.6 M 0.8 A 0.2 F 0.4
2. 单级萃取的计算 1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系
已知：F、xF、yS、xR（或 yE） 、 相平衡关系 求：S、R、E、另一相浓度
§12.2 萃取过程的流程和计算
20
确定点F、S（或S0）、点R，点E，作联结线，找到点M， 利用杠杆原理求各量。
化 工 原
E ' FR' R' FE '
E’
联结线的斜率=0
kA =1，yA=xA
联结线的斜率＜0
kA< 1， yA＜xA
§12.1 萃取的基本概念
2）分配曲线
11
y A f (xA )
化 工 原 理
§12.1 萃取的基本概念
4. 温度对相平衡关系的影响
12
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
化 工 原 理 T1＜T2＜T3
31
化 工 原 理
E
Y1
E1
P1
P2 OX S N XF X
§12.2 萃取过程的流程和计算
b）解析法 分配曲线： Y KX 设： A KS ——萃取因子 m B
化 工 原 理
32
（对应吸收中的脱吸因子）
交替应用 物料衡算关系 分配曲线方程 操作线方程 和 相平衡关系
B Yi X i 1 X N Y S S
被分离体系相对挥发度α大，用蒸馏方法分离； 如果α接近1，可用反萃取，结晶分离等方法。 化 工 原 理
17
4. 萃取剂的其它性质
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 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。
§12.1 萃取的基本概念
3）粘度 粘度小对萃取剂有利
22
B YE ( X R X F ) S ——单级萃取的操作线方程
化 工
过点（XF，0），
Y
YE
相平衡关系： YE f X R
简化： YE KX R
B 斜率为 原 S
理
E1
B S
XR XF X
§12.2 萃取过程的流程和计算
23
例1 单级萃取 采用纯溶剂进行单级萃取。已知料液组成 xF=0.3 (质量 分率，下同)，选择性系数为6，在萃余相中 ，kA x A x B 0.25 < 1 ，溶解度曲线如图所示。试求： （1）萃取液量与萃余液量的比值； （2）溶剂比S/F是最小溶剂比（S/F）min多少倍？（用线段 化 A 表示） 工 原 理
化 工 原 理
14
A在萃取相中的质量分率 B在萃取相中的质量分率
A在萃余相中的质量分率 B在萃余相中的质量分率
yA yB
kA kB
xA yA xB x A
yB xB
§12.1 萃取的基本概念
β=1 ，
15
y A yB xA xB A、B两组分不能用萃取分离；
β>1，组分A在萃取相中浓集； β越大，组分A与B萃取分离的效果越好。 化 工 原 理 2）选择性系数和分配系数的关系 kA愈大，kB愈小，选择性系数愈大 选择性系数表示萃取剂对组分A、B溶解能力差别的大小
2
工 原 理
萃取相 E S+A+B 萃余相 R B+A+S
萃取液 E A(大量),B(少量) S 萃余液 R B(大量),A(少量)
§12.1 萃取的基本概念
3. 分离对象 ——液液混合物
1）相对挥发度等于或者接近1 (烷烃/芳烃)；
化 工 原 理
3
2）重组分含量少，轻组分含量多； 3）混合液含热敏性物质（药物）
§12.1 萃取的基本概念
四、三角形相图在单级萃取中的应用
对应 最大 E max 萃取 E 液浓 度 F
●
13
E R F R E F
化 工 原 理
E R F
E MR R ME
S MF F MS
E R M
R
Байду номын сангаас §12.1 萃取的基本概念
五、萃取剂的选择 1. 萃取剂的选择性和选择性系数 1）萃取剂的选择性
21
化 工 原 理
BX F SY0 SYE BX R
S (Y0 YE ) B( X R X F ) B YE Y0 ( X R X F ) S 类似于吸收中 Ya Yb LS ( X b X a ) GB
§12.2 萃取过程的流程和计算
当萃取剂为纯溶剂时， Y0=0
' B
24
xA x 1 xS
' A
xB x 1 xS
——脱溶剂浓度
' xA xA 0.25 ' xB 1 xA
' xA 0.2
' ' y A xA yA xA yA 1 6 ' ' yB xB (1 y A ) xB 1 y A 0.25
18
5. 一般工业要求
化 化学稳定性好、不易聚合、分解、腐蚀性小、无毒、 工 来源容易，价格便宜等 原 理
§12.2 萃取过程的流程和计算
一、单级萃取的流程与计算 1. 单级萃取的流程
原料液F 化 工 原 理
19
萃余相R
理论 萃取级
xF
萃取剂S
xR
萃取相E
离开的两相 Ri、Ei呈相平 衡关系
ys
yE
' yA 0.6
§12.2 萃取过程的流程和计算
E 0.3 0.2 1 R 0.6 0.3 3
（2）溶剂比S/F是最小溶剂比（S/F）min多少倍？ 化 工 原 理
A
25
S F MF MS S F min M F M S MF M S M F MS
E2
止，共轭线的个数即为
E3 理论级数
§12.2 萃取过程的流程和计算
萃取剂用量和组成、最终萃余相组成等有关。 其它条件一定时，点△的位置由溶剂比决定：
S/F较小时，点△在左侧，S用量越小， △越靠近S；
化 工
30
Note: 点△的位置与联接线斜率、原料液的流量和组成、
S/F较大时，点△在右侧，S用量越大， △越靠近S。
§12.2 萃取过程的流程和计算
RN S
化 工 原 理 △ 操作线 E1 F R1 R2 M RN
29
F E1 R1 E2 R2 E3 .... Ri Ei 1 .... RN 1 EN
——操作点
如此反复，直至萃余相 组成小于等于指定值为
（类似吸收中克列姆塞尔方程的推导）
YS X 1 1 F K 1 n ln 1 Y ln Am Am X S Am n K
Y KX
§12.2 萃取过程的流程和计算
3）多级逆流萃取的最小溶剂用量
Y E
33
化 工 原 理
S XF XN Y B min F YS S XF XN XF XN K 若为纯溶剂 Y KX F F B min
1
§12.1 萃取的基本概念
化 工 原 理
一、液液萃取简介 1. 萃取原理 利用液体混合液中各组分在萃取剂中的溶解度差异
实现分离的单元操作。
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
§12.1 萃取的基本概念
萃取剂S： 所选用的溶剂 2. 基本过程描述
原料液 化 A+B 萃取剂 S S
化 工 原 理
28
F S M E1 RN
对第二级作总物料衡算
F E2 R1 E1或F E1 R1 E2
R1 E3 E2 R2或R1 E2 R2 E3
依此类推，对第n级作总物料衡算
RN 1 S RN E N 或RN 1 E N RN S
§12.1 萃取的基本概念
•三点共线 M点：和点 化 工 原 理
A
6
2. 三角形相图中的杠杆定律 ——萃取物料衡算的依据
F、S：差点
•线段成比例
E
差点
F
F MS S FM E MR R ME
M R R
B
E
杠杆
和点
差点
S
§12.1 萃取的基本概念
Note: 杠杆原理的实质即物料衡算 物料衡算：F S M Fx F S 0 MxM 化 工 原 理
工 原 理
8
A
A
B多S少 +A R(B 层)
均相区
S多B少 +A E(S 层)
Note:若B与S互溶度变 大，则两相区范围变小
等边三角形辅助线做法见 P161 R B 利用辅助曲线可求任一 已知平衡液相的共轭相
共轭线（联结线）
P
临界混溶点（褶点）
溶解度曲线
两相区
辅助线
B、S 部分互溶时
M
E
S
§12.1 萃取的基本概念
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。
§12.1 萃取的基本概念
16
Emax
化 工 原 理
Emax
分层区面积大， B、S互溶度小， 可能得到的萃取液的最高浓度y’max较高。
B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。
§12.1 萃取的基本概念
3. 萃取剂回收的难易
5
0.6
0.8 G 0.2 B% S
化 工 原 理
0.2 B
B
0.8 0.4 0.6 S% H A%
三个顶点分别表示A、B、S三个纯组分。 每条边代表某二元混合物的组成，不含第三组分。 E 点： xA =0.4， xB =0.6 三角形内任一点代表某三元混合物的组成。
% A %B % S 100 %
（2）选择性系数；
§12.2 萃取过程的流程和计算
二、多级逆流萃取的流程与计算 1. 多级逆流萃取的流程
27
化 工 原 理
特点：传质推动力较为均匀，分离效率高， 溶剂用量少，工业中广泛应用。
§12.2 萃取过程的流程和计算
2. 多级逆流萃取的计算
1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系
对第一级作总物料衡算
S，yS E，yE S
B S
S F，xF R，xR R，x’R E，y’E
§12.2 萃取过程的流程和计算
解：（1）萃取液量与萃余液量的比值
R E F ' ' R x E y A A FxF
化 工 原 理
' E xF xA ' R yA xF
2. 分配系数和分配曲线
1）分配系数
9
化 工 原 理
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
yB kB xB
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。
§12.1 萃取的基本概念
10
化 工 原 理 联结线的斜率＞0 kA＞1，yA＞xA
FxF F S xM
A
7
F
差点 G
M
和点
杠 杆
xM 0 F MS S xF xM FM 三角形相图的应用：
1. 查取浓度； 2. 表示混合、分离等过程； 3. 定量计算----杠杆原理。
B
差点
S
§12.1 萃取的基本概念
三、 三角形相图中的相平衡关系
1. 溶解度曲线 共轭相： 互成平衡的两相 化 萃取剂的加入量应使总 组成点落在两相区内
2）萃取剂与稀释剂不互溶的体系
对第 i 级~N 级作物料衡算：
B X i 1 X N S Yi YS
原 a）直角坐标图解法 理
B -----操作线方程 Yi X i 1 X N Y S S 过点（XN，YS） （XF，Y1）
§12.2 萃取过程的流程和计算
E’
R’
F M
R
M
E
S
B
§12.2 萃取过程的流程和计算
补充作业： 用纯溶剂作单级萃取，已知萃取相中浓度比 yA/yB=7/3 ，萃余相中浓度比 xA/xB=1/4 ，原料液浓度 xF=0.4 ，原料液量为 100kg ，操作条件下，分配系数 kA>1，求： （1）萃取液与萃余液的量；
26
化 工 原 理
MF S F MS
R ME E MR
E ' R' F
FD F D F DS R’ R
● ●
F S RE M
GF S max F GS
G
理 S min
M
E
最小萃取 剂用量
最大萃取 剂用量
§12.2 萃取过程的流程和计算
2）萃取剂与稀释剂不互溶的体系
kg ( A) 萃取相中溶质A的浓度（质量比） Y kg ( S ) 萃余相中溶质A 的浓度（质量比） X kg( A) kg( B) 由物料衡算
§12.1 萃取的基本概念
二、 三角形相图 1. 三元组成的表示法
4
化 工 原 理 等腰直角三角形 等边三角形 不等腰直角三角形
组分的浓度以摩尔分率，质量分率表示均可。 常用 xA、xB、xS分别表示 A、B、S 的质量分率。
§12.1 萃取的基本概念
A 0.8 0.6 E 0.4 M 0.2 0.6 0.8 0.2 0.4 G B% S% F A% S E 0.4 0.6 M 0.8 A 0.2 F 0.4
2. 单级萃取的计算 1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系
已知：F、xF、yS、xR（或 yE） 、 相平衡关系 求：S、R、E、另一相浓度
§12.2 萃取过程的流程和计算
20
确定点F、S（或S0）、点R，点E，作联结线，找到点M， 利用杠杆原理求各量。
化 工 原
E ' FR' R' FE '
E’
联结线的斜率=0
kA =1，yA=xA
联结线的斜率＜0
kA< 1， yA＜xA
§12.1 萃取的基本概念
2）分配曲线
11
y A f (xA )
化 工 原 理
§12.1 萃取的基本概念
4. 温度对相平衡关系的影响
12
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
化 工 原 理 T1＜T2＜T3