化工原理(天大版)---(下册)第四章 萃取

选择性系数与kA、kB有关。 kA越大， kB越小，就越大， 说明：
A、B的分离也就越容易 凡是影响kA、kB的因素都影响（温度、组成） 若 =1，则萃取相和萃余相在脱除溶剂S后将具有相同的 组成，并且等于原料液的组成，故没有分离能力 萃取剂的选择性越高，对A的溶解能力就大，则一定的分离 任务，可越少萃取剂用量，降低回收溶剂操作的能耗，并且 可获得高纯度的产品A 当组分B、S完全不互溶时，则选择性系数趋于无穷大，这 是最理想的情况。
MF FN F ( xF xM ) (4 7) SF F xM y S MS NB
R'
B
（b）
S
EM
M ( xM x R ) 其中yE、xM、xR 由相图读出 y E xR R) 把4-6、4-7代入4-9得： E F ( xF x 其中xF、x' 'R、y''E由相图读出 y E x R R F E
表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系。 A值愈大，萃取分离的效果 愈好 A值与联结线的斜率有关 不同的物系具有不同的分配系数 A值 同一物系， A值随温度和组成而变。 一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时， A值才可视为常数 Y KX 式中：Y——萃取相E中溶质A的质量比组成；
X ——萃余相R中溶质A的质量比组成； K——以质量比表示相组成时的分配系数
4.2.2 液-液相平衡关系
3、分配系数和分配曲线
分配曲线：若以xA为横坐标，以yA为纵坐标，则可在x-y直角坐标图上得到
表示互成平衡的一对共轭相组成的点N。将这些点联结起来即可得到曲线 ONP，称为分配曲线
曲线上的P点即为临界混溶点。 分配曲线表达了溶质A在互成平衡的E相与R相中的分配关系。若已知某液相组成， 则可由分配曲线求出其共轭相的组成。 若在分层区内y均大于x，即分配系数 A ＞1，则分配曲线位于y=x直线的上方，反 之则位于y=x直线的下方。 若随着溶质A组成的变化，联结线倾斜的方向发生改变，则分配曲线将与对角线出 现交点，这种物系称为等溶度体系
（1）M点与R、E点处于同一直线上 （2） E相与R相的量和线段MR与ME成比例
E MR 式中：E、R——E相和R相的质量，kg或kg/s A R ME MR，ME——线段的长度
（3）若与A、B二元原料液F中加入纯溶剂，则混合液 总组成的坐标M点沿SF线而变，具体位置由杠杆 规则确定 MF S F MS F
BXF SYS
原料液F xF 萃取剂S yS （a）
萃余相R BX1 xR 萃取相E SY1 yE
4.3.2多级错流接触萃取的流程和计算

多级错流接触萃取的流程
S1 F, xF 1 R1 x1 S2 2 R2 x2 E2，y2
S3
3 R3 x3 E3，y3 Rn-1 xn-1
Sn n Rn xn
Sn
F S R E M (4 6) 对（a）作总物料衡算： 对（a）作溶质A的物料衡算：
F N M R A
萃余相R xR 萃取相E yE
E'
E
根据杠杆法则 ：
MR (4 8) RE RF E F (4 9) RE
FxF Sys RxR EyE MxM (4 10)
把4-6、4-10代入4-8得：E
4.3.1单级萃取的计算
2、单级萃取的计算
当B、S完全不互溶时，则对溶质A作总物料衡算可写成： B( X F X1 ) S (Y1 Ys )
式中：B—原料液中稀释剂的量，kg或kg/h； S—萃取剂的量， kg或kg/h； XF—原料液中A的质量比组成， kgA/kgB X1—单级萃取后萃余相中A的质量比组成， kgA/kgB Y1—单级萃取后萃取相中A的质量比组成， kgA/kgS YS—萃取剂中A的质量比组成， kgA/kgS
4.2.2 液-液相平衡关系
2、辅助曲线和临界混溶点 辅助曲线的做法

利用辅助曲线便可从已知某相R（或E）组成确定与之平衡的另一 相E（或R）的组成

临界混溶点：辅助曲线与溶解度曲线的交点为P，显然通过P点
的联结线无限短，即该点所代表的平衡液相无共轭相，相当于该 系统的临界状态，故称点P为临界混溶点。
4.3萃取过程的计算

萃取操作的分类
分级接触式 连续接触式

理论级：离开萃取器每一级的萃取相与萃余相互成平衡 级效率
4.3.1单级萃取的计算
1、萃取过程在三角形相图上的表示
o 说明： a. 间歇操作时各股物料均以kg表示，连续操作时以kg/h表示 b. 萃取相组成y及萃余相组成x的下标只标注了相应的流股符号， 不标注组分符号，如没特别指出，均指溶质A （1）混合 S的量应使M在MR和ME之间 （2）分层
4.2.4萃取剂的选择
2、原溶剂B与萃取剂S的互溶度 组分B与S的互溶度影响曲线的形状和分层区的面积 组分B与S1互溶度小，分层区面积大，可能得到的萃取液 的最高组成y'max较高，所以，B、S互溶度越小，越有利 于萃取分离
y'max
y'max
（a）组分B与S1互溶度小；（b）组分B与S2互溶度大
SE
对图中第n级作A的衡算：
Yn
——操作线方程
( X n1, YS )
4.3.2多级错流接触萃取的流程和计算
在X-Y坐标图上图解理论级的步骤： （1）在坐标图上绘出 X~Y 分配曲线 （2）由每一级物料衡算得出操作线，直到第 n 级萃余相中 的浓度 Xn满足要求为止 说明

若各级萃取剂用量不等，则诸操作线不相平行 如果溶剂中不含溶质，YS =0，YSL和X轴重合
4.2三元体系的液-液相平衡

混合液的分类
I类物系：组分A、B及A、S分别完全互溶，组分B、S部分互 溶或完全不互溶 II类物系：组分A、S及B、S分别形成部分互溶体系，组分B、 S部分互溶或完全不互溶 本章重点研究I类物系
4.2.1 组成在三角形相图上的表示方法

三角形坐标图中混合物的组成常用质量分数表示 三角形坐标图的每个顶点分别代表一个纯组分。 在三角形坐标图中，AB边以A的质量分率作为标度，BS边以B的质量 分率作为标度，SA边以S的质量分率作为标度。（逆时针） 三角形坐标图三条边上的任一点代表一个二元混合物系，第三组分 的组成为零 三角形坐标图内任一点代表一个三元混合物系 过物系点M分别作对边的平行线ED、HG、KF，则由点A、B、S的组成 分别为： xA=BE=0.4 xB=SG=0.3 xS=AK=0.3
4.2.2 液-液相平衡关系
1、溶解度曲线和联结线
设溶质A可完全溶于B及S，但B与S为部分互溶，在一定温度下做 溶解度曲线 均相区：曲线以外的区域为均相区 两相区：曲线称为共轭相 联结线：联结两共轭液相相点的直线称为联结线 一定温度下，同一物系的联结线的倾斜方向 一般是一致的，但随溶质组成而变，即各联 L J 结线互不平行，少数物系联结线的倾斜方向 会有改变
M R E
4.2.4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：指萃取剂S对原料液中两个组分溶解能力的差异 萃取剂选择性系数
A在萃取相中的质量分数 A在萃余相中的质量分数 y A x A y A yB / / / y x x B在萃取相中的质量分数 B在萃余相中的质量分数 B B A xB k A kB
S1 1 S2 2 S3 Sn
F, xF
R1 x1
R2 x2 E2，y2
3
R3 x3 E3，y3
Rn-1 xn-1
n
Rn xn
Sn
N R' E'
E1，y1
En，yn N
BX F SYs BX1 SY1
Y1 B B X 1 ( X F YS ) S S
B B X n ( X n 1 YS ) S S
第四章 液—液萃取
4.1 概述
1、液-液萃取的基本原理
萃取：在液体混合物中加入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，称为萃取。 溶质：选用的溶剂对原料液一个组分有较大溶解力，该易溶组分为 溶质，以A表示； 稀释剂（原溶剂）：溶剂对另一组分完全不溶解或部分溶解，该难 溶组分称为稀释剂，以B表示； 萃取剂：萃取过程中加入的溶剂，以S表示。 萃取操作基本过程：
N R' E'
E1，y1
En，yn N
SE
4.3.2多级错流接触萃取的流程和计算
1、组分B、S部分互溶时的三角形坐标图图解法
A
F
E1 R1 R2 R3 B M1 M2 M3 S
E2
E3
多级错流的计算只是单级的多次重复
4.3.2多级错流接触萃取的流程和计算
2、组分B、S不互溶时理论级数的计算
1）直角坐标图图解法 设每一级加入的溶剂量相等，则溶质在萃取相和萃余相中的组 分分别用质量比Y（A/S）、X（ A/B）表示 对图中第一级作A的衡算：
E FR （3）脱溶剂 R FE
A
或
E FR F RE
E'max E'
Emax F R' B ME MR M R S E
o 讨论：
E'max点代表在一定条件下可能得到 的最高组成的萃取液
4.3.1单级萃取的计算
2、单级萃取的计算
原料液F xF 萃取剂S yS （a）
4.2.4萃取剂的选择
3、萃取剂回收的难易与经济性

要求萃取剂S与原料液中的组分的相对挥发度要大，不 应形成恒沸物，并且最好是组成低的组分为易挥发组分 若被萃取的溶质不挥发或挥发度很低时，则要求S的汽 化热要小，以节省能耗