化工原理(下)萃取

若在B、S混合物组成为C的溶液中
逐渐加入组分A，体系成为三元混 合液，但其中B、S质量比为常数， 则三元混合液的组成点将沿AC线 变化。若加入A的量恰好使混合液 由两个液相变为均一相时，相应 组成坐标如C‘ 点所示，点C’ 称为 混溶点或分层点。
再于总组成为D、F、G等二元混合
液中按上述方法做实验可分别得 到混溶点D‘、F’、G‘，连接L、C‘、 D‘、F’、G‘及J诸点的曲线为在实验 温度下该三元物系的溶解度曲线。

认为这样的溶剂选择性好，
引入选择性系数β：
表示溶质A在两相中的浓度差异
类似于精馏中的α
但β关系式中涉及的是三元 混合物的浓度，为了更接近 α，将x、y的关系改成x0、
以R’表示 用精馏等 方法从萃 余相中脱 除萃取剂 后的液体
用溶剂从液体混合物中提取其中某 种组分的操作称为液/液萃取。 萃取是利用溶液中各组分在所选用 的溶剂中溶解度的差异，使溶质进 行液液传质，以达到分离均相液体 混合物的操作。 萃取操作全过程可包括：
1．原料液与萃取剂充分混合接触，

五、两相的接触方式
微分接触：

级式接触：
作业：1、2
第二节、液—液相平衡
与萃取操作原理 组分在液—液相之间的平衡关 系是萃取过程的热力学基础， 它决定过程的方向、推动力和 过程的极限。因此了解混合物 的液液平衡关系,是理解与掌握 萃取过程的最基本条件。

由相律 （F
（2）连接线 溶解度曲线将三角形分为两个区，
曲线以内为两相区，以外为均相 区。两相区内的混合液分为两个 液相，平衡时两液层称为共轭相 （萃取相E和萃余相R，类似于tx-y图中等温线上的组成x，y）， 连接共轭液相组成坐标的直线称 为连接线。
讨论： 1*
萃取操作只能在两相区 内进行。 2* 一定温度下，同一物系的 连接线方向一般是一致的， 但随溶质组成而变， 即各连接线互不平行。
如：制药工业中青霉素等的制备。 4、其他：稀有金属的提炼、环境

污染的治理等。
四、三元液—液萃取分类
（A与B是互溶的均相物系） 第Ⅰ类： A与B、S完全互溶， B、S为一对部分互溶组分： （ 此类物系的萃取相和萃余相 一般均为三组分溶液）

第Ⅱ类：
A、B完全互溶， B、S及A、S为两对部分互溶组分 以下主要讨论第Ⅰ类物系
第十一章 液—液萃取
本章学习安排
1 2
萃取过程的简单介绍 讨论相平衡及基本原理
3 对单级萃取进行简单计算 4 5
介绍萃取设备 介绍超临界萃取
萃取
是利用各种 物质在适当 溶剂中溶解 度的差别来 分离混合物 的单元操作
液液萃取石油化工中广泛应用
液-液萃取:
如用苯分离煤焦油中的酚 稀醋酸水溶液的提浓等

各组分的浓度本章均以质量%表示。
（也可用摩尔%） 三角形的三个顶点分别代表纯组 分A、B、S（100%）； 三角形的三条边分别代表一个二 元物系，每边等分100份；
即：
xA+xB=1 或 xA+xS=1 或 xB+xS=1 三角形内任意一点代表一个三元混 合物 过M点做三条边的平行线

4、分配系数与分配曲线
（1）分配系数：kA(kB)
在一定温度下，当三元混合液 的两个液相达到平衡时，溶质在E相 与R相的组成之比称为分配系数 以kA表示。
类似吸收的相平衡常数：m=yA/xA
精馏的挥发度：VA=PA/xA
当kA＞1时: 连接线方向 当kA＜1时: 连接线方向 当kA
∴
称M为和点，E、R为差 点，M、E、R必在一条直线 上，其数量关系满足杠杆定 律： E（质量）/R（质量） = MR（长度）/ME（长度）
（2）若一三元混合物是由
F（A+B）+ S构成 则M点必在FS连线上，且随S 加量的增加向S点靠拢， 而其余A、B两组成的相对比 值不变，同样有： S / F = FM / MS
固-液萃取:也叫浸取
如用水浸取甜菜中的糖类；用酒精
浸取黄豆中的豆油以提高油产量等
生活中洗衣服
只给一盆水怎样能使衣服洗的 更干净？

单级萃取
多级萃取

第一节、概述
一、定义： 液—液萃取是分离液体混合物的
重要单元操作之一，又称溶剂萃取。 该方法是利用原料液中组分在适当 溶剂中溶解度的差异而实现分离的 单元操作。
三、
萃取操作应用的场合： 1、稀溶液且溶质为难挥发组分： 此时用精馏耗能量大（∵大量溶剂 从塔顶蒸出），用萃取则降低能耗 （尽管萃取后还要分离）。 如：稀醋酸水溶液加醋酸乙酯 制无水醋酸。
2、混合液中各组分的相对挥发度接
近“1”，或形成恒沸物： 此时用精馏难分，即使能分所需NT 也 很大，不经济，用萃取有利。 如：分离石油裂解气 （苯、甲苯、二甲苯等） 3、热敏性物系： 采用精馏要减压操作，不经济，用萃 取可避免物料受热破坏。

2、
结论：
1*
B、S物系一定，两相组成 一定，即：L、J点位置一定； B、S混合物的比例不同， 混溶点位置不同。 2* 若B、S完全不互溶， 则点L、J分别与三角形 的顶点B、S重合。
3*
溶解度曲线的“口”在哪条 边上，哪条边上的两组分 就为部分互溶 或完全不互溶。
2、单级萃取分离效果：
过S点做溶解度曲线的切线， 交AB边得E0max ，是单级萃取可能 得到的最大浓度萃取液，其浓度 为y0max 而萃余相中萃余液的浓度取 决k，k大则x0小。 y0max和x0的数值取决于以下因素：

连接线斜率和分层区范围， 这与操作温度和萃取剂的性质有
完成溶质传质过程； 2．萃取相和萃余相的分离过程； 3．从萃取相和萃余相中回收萃取剂 的过程。通常用蒸馏方法回收。

二、
萃取与精馏比较： 相同：都是分离液态混合物的 单元操作 不同：精馏是利用组分挥发度 的差异完成混合物分离, 萃取是利用溶解度差异 没完成混合物分离， 只是将难分的转为易分的。
以A表示 在萃取剂 中溶解度 大的组分
以B表示 原溶剂， 在萃取剂 中不溶解 。 或部分溶 解的组分
萃取相
萃余相
以E表示 加入萃取剂 后使混合物 混合均匀， 沉降、分层 其中含萃取 剂wk.baidu.comS）多的 一相
以R表示 沉降、 分层后， 含稀释剂 （B） 多的一相
萃取液
萃余液
以E’表示 用精馏等 方法从萃 取相中脱 除萃取剂 后的液体
（少数物系连接线
的倾斜方向也会改变， 如：吡啶—氯苯—水系统）
2、辅助曲线和临界混溶点
（1）辅助曲线：
连接线是有限的（因为要通过实
验），在萃取过程中往往要知道 任意一对共轭相的组成，即已知 一相，求与其平衡的另一相的组 成，这时需借助辅助曲线。
根据已知的萃取相E和萃余相R 的平衡数据，分别做AB边和BS边 的平行线，诸线分别相交，连接 交点的曲线即为辅助曲线。 （如果无辅助曲线只好用内差法求 x，y）
二、三角形相图中的平衡关系： 1、溶解度曲线和连接线： （1）溶解度曲线：
（类似于精馏中的t-x-y图） 在一定温度下由实验测得， 有多种方法。
介绍两种（教材上为另一种）： 1、因为A与B、S完全互溶，
而B、S部分互溶， 所以当B、S以任意比例混合时， 必然得到两个互不相溶的液层， 各层的坐标分别为图中的点L、J。

分配曲线上任意一点的坐标x， y为一对平衡组成，满足某种函数 关系yA=f（xA）。 分配曲线上任意一点切线的 斜率就是y、x浓度下的k值。 若随溶质A浓度的变化，连接 线发生倾斜方向改变，则分配曲 线将与对角线出现交点。这种体 系称为等溶度体系。

相当于精馏的恒沸体系
5、温度对相平衡关系的影响 通常温度降低，S与B的互溶度减 小，对萃取过程有利。 温度变化不仅明显地影响溶解度 曲线的形状、连接线的斜率和两相区 面积和分配曲线的形状，也同时改变 萃取操作的有关其他物理性质，如粘 度、表面张力等。 萃取操作选什么温度应仔细考虑。
而：yB = 1-yA- yS ； xB = 1-xA- xS 在一定温度下，三元物系的溶解 度曲线、连接线、辅助曲线及临 界互溶点的数据可由实验测得， 也可从有关专著中查得。

3、物料衡算与杠杆定律： （1）在两相区内任取一点M



（代表一三元混合液） 必分成平衡的两相E、R 反之，将E、R两相混合， 则总组成必是M点
= C-P+2 = 3-2+2 = 3） 可知：三组分液—液萃取体系 平衡时的自由度数为3。这就是 说，平衡时有三个可以自由变 化的参数。所以相平衡关系只 能用三角形相图来表示。
一、组成在三角形相图上
的表示方法： 三角形相图可用等边、等腰直角 和非等腰直角三角形表示，其中 等腰直角较方便，若线条较密时， 可采用非等腰直角将一边放大。

第二次课提问： 1、溶解度曲线和连接线 2、辅助曲线和临界混溶点P
3、物料衡算和杠杆原理
4、分配系数K和分配曲线
第一次课小结：
1、溶解度曲线——
t-x-y图中的露点线、泡点线 以P点（临界混熔点）将曲线分 成两半： 右 ys=φ(yA) ----萃取相（露点线） 左 xs=φ(xA) ----萃余相（泡点线）
（2）临界混溶点：
将辅助曲线延长外推与溶解 度曲线相交于P点， 则P点为临 界互溶点。（清华大学教材） （在B、S混合物中加入A 至某一 浓度，使共轭两相的组成无限趋 近而变为一相，表示这一组成的 P点为临界混溶点？）

该点一般不在溶解度曲线的最高
点。P点将溶解度曲线分为两半， 右侧代表平衡状态下萃取相组成， yA与yS 满足某种函数关系, 即yS= f（yA）；（E相） 左侧代表平衡状态下萃余相组成 ， xA与xS 也满足某种函数关系，即 xS= f（xA）。（R相）
关
第三节
萃取剂的选择 从以上分析可见，萃取剂的 性质和选择很重要。 对萃取剂要求： 既要分散好，又要分层快；与 B互溶度要小；回收要方便。这些 性质决定了该萃取剂能否工业化。
从以下几方面讨论： 一、选择性系数β：
（萃取剂选择性） 如前述，当kA＞1、＜1、＝1 三种情况下均可萃取，但并没表 明S与B的互溶情况对萃取的影响， 我们希望萃取剂能尽可能多地溶 解A，尽可能少地溶解B，
（或在欲分离的液体混合物中加入 一种与其不溶或部分互溶的溶剂， 形成两相系统，利用混合液中 各组分在两相中分配性的差异， 易溶组分较多地进入溶剂相, 从而实现混合液的分离。）可见， 在液—液萃取中至少涉及三个组分

本章只讨论三元物系的液-液萃取
萃取剂
溶
质
稀释剂
以S表示 所选用的外 加溶剂（或 称之为溶剂） 应对原料液 中一个组分 有较大的溶 解能力
= 1时: 连接线平行于BS边， 表示溶质A在E、R相中浓度相等
（三种情况下均可萃取）
kA与连接线斜率有关
kA越大对萃取越有利
不同物系有不同的kA值，
kA一般不是常数， 其值随温度、组成而异。 ∴影响kA的因素有：
物性、温度、溶质浓度
（2）分配曲线：
(类似于精馏中x-y图） 将三角形相图中各平衡相对 应的溶质浓度x、y转移到直 角坐标上所得到的曲线称分 配曲线。

2、连接线
——t-x-y图中的等温线 连接线端点的组成——yA、 xA 等温线两端点组成——yA、 xA （但连接线不一定平行、水平 等温线水平） 3、辅助曲线：求共轭组成

4、分配系数：
KA=yA/xA 精馏中的挥发度 VA=PA/xA 吸收中的平衡常数 m=yA/xA 反映连接线斜率 5、分配曲线 ——x-y图中的平衡曲线