第五章 其他分离技术和分离过程

Smin = B / kmin
四、连续逆流萃取的流程与计算 连续逆流萃取的流程与计算
1、连续逆流萃取的流程 、
2、连续逆流萃取的计算 、
1）理论级当量高度法 ）
h = n(HETS)
2）传质单元法 ）
B XF dX h= ∫Xn KX a X X
h = HORNOR
当分配曲线为直线时，萃余相总传质单元数的解析计算式为：
E'+R' = F
F
●
R ME = E MR
F + S = R+ E = M
D E
●
FD Smin = F DS R’
R
M
G
GF Smax = F GS
2）萃取剂与稀释剂不互溶的体系 ） 萃取相中溶质A的浓度
kg( A) Y= kg(S)
萃余相中溶质A 的浓度
kg( A) X= kg(B)
BX F + SY0 = SYE + BX R
....................................... .......................................
Yn Yo = B SN ( X N X N1)
——错流萃取每一级的操作线方程 错流萃取每一级的操作线方程
E
Y1 Y2 Y0 O
E1 E2 -B/S2 -B/S3 X2 U X1 -B/S1 V XF
2）溶解度曲线的实验方法 ）
混溶点
R2 R1
R3
J E3 M3 E2 M2 E1 M1
2、辅助曲线和临界混溶点 、
辅助线的作法 的作用： 辅助线 的作用： 求任一平衡液相的共轭相 P点： 点 临界混熔点或褶点 —特征是什么？ R P E C3 C2 C1
3、分配系数和分配曲线 、
1）分配系数 ）
S(Y0 YE ) = B( X R X F )
B B YE = ( X F X R ) +Y0 = Y0 ( X R X F ) S S
当萃取剂为纯溶剂时，Y0=0
B YE = ( X R X F ) S
——单级萃取的操作线方程 单级萃取的操作线方程
Y
Y1 E1
B S
X1 XF X
F E1 = R E2 = R2 E3 == Ri Ei+1 == RN1 EN 1
= RN S =
——操作点 操作点 2）萃取剂与稀释剂不互溶的体系 ） a）直角坐标图解法 在第一级与第N级间作溶质A的物料衡算
BX F + SY0 = BX N + SY
Y Y0 = B S ( X N XF ) = B S ( X F X N ) 1
A、B两组分用萃取分离不适宜；
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。 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、萃取剂S与稀释剂 的互溶度 、萃取剂 与稀释剂 与稀释剂B的互溶度
S MF = F MS
R′
四、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 ）
A在萃取相中的质量分率 A在萃余相中的质量分率 β= B在萃取相中的质量分率 B在萃余相中的质量分率
yA = yB
kA = kB
xA yA = xB xA
yB xB
β=1 ，
yA yB = xA xB
2、基本过程描述 、
搅拌 混合液 A+B 萃取剂 (溶纯化和回收 萃取相 (S+A+B)
萃余相 (B+A+S)
3、分离对象 、
——液液混合物 液液混合物 1）相对挥发度等于或者接近1 (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) 3）混合液含热敏性物质（药物）
三点共线 M点：合点 D、E：差点 线段成比例
● ●
E
D MC = C MD
C DM = M CD
●
D
D CM = M CD
二、液-液平衡关系在三角形相图上的表示法 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） 、溶解度曲线与联结线（共轭线）
1）溶解度曲线 ） 共轭相： 共轭相： R相和E相 联结线（共轭线）：RE 联结线（共轭线） F R 单相区 E M 两相区
化学稳定性、不易聚合、分解，有阻垢的热稳定性， 抗氧化的稳定性，对设备的腐蚀性小，无毒，来源容易， 价格便宜等
一、单级萃取的流程与计算
1、单级萃取的流程 、 2、单级萃取的计算 、
1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系 ）
原料液F
萃余相R
xF
萃取剂S
xR
萃取相E
ys
yE
MF S= F MS
E' FR' = E’ R' FE'
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 ） 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）粘度 ） 粘度小对萃取剂有利
5、一般工业要求 、
——逆流萃取的操作线方程 逆流萃取的操作线方程
Y
E Y1 E1 P1
P2 OX S N XF X
b）解析法
YS XF 1 1 K+ 1] n= ln[(1 ) ln Am Am X YS Am n K
3）多级逆流萃取的最小溶剂用量 多级逆流萃取的最小溶剂用量 Y Mmin E kmin k2 k1 O XR XF X
三个顶点： 三个顶点：纯物质 三条边上的点：二元 三条边上的点 混合物的组成 H点的组成为： H E M S
D
xA = BH = 0.7
xB = AH = 0.3
B
F
G
三角形内的任一点： 三角形内的任一点：一定组成的三元混合物 M点的组成为：
xA = BE = 0.4 xB = SG = 0.3 xS = AK = 0.3
二、多级错流接触萃取的流程与计算
1、多级错流接触萃取的流程 、
2、多级错流萃取的计算 、
1）萃取剂和稀释剂部分互溶的体系 ）
F M = S0M1 FS0
E1 R1 R2 R3 M1 M2 M3 E2 E3
2）萃取剂和稀释剂不互溶的体系 ） a）直角坐标图解法 对第一级 ： Y Y0 = B S1 ( X1 X F ) 1 第2到N级 ： Y Y = B S ( X X ) 2 0 2 2 1
Y XF s 1 1 K+ 1 NOR = ln (1 ) 1 Am X YS Am 1 n Am K
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
三、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）
2）分配曲线 ）
yA = f (xA) ——分配曲线的数学表达式
4、温度对相平衡关系的影响 、
物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加大
T1＜T2＜T3
温度升高， 温度升高，分层区面积缩小
5.3 萃取过程的计算
E′ R′F = R′ E′F
′ Emax
E′
F
E′ + R′ = F
●
E R M
E MR = R ME
第五章
其他分离技术和分离过程
5.1 概述 5.2 三元体系液液相平衡 5.3 萃取过程的计算
一、液液萃取简介
1、萃取原理 、
在欲分离的液体混合物中加入一种与其不溶或部分互溶 的液体溶剂，经过充分混合，利用混合液中各组分在溶剂中 各组分在溶剂中 溶解度的差异而实现分离的一种单元操作。 溶解度的差异 溶质 A ： 混合液中欲分离的组分 混合液中的溶剂 稀释剂（原溶剂） ： 稀释剂（原溶剂）B： 萃取剂S： 所选用的溶剂 萃取剂 ：
组分A在E相中的组成 yA k A= = 组分A在R相中的组成 xA
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。
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 kA＜1， yA＜xA
kA值愈大，萃取分离的效果愈好。
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
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
溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，但萃取剂 S与稀释剂B不互溶
三元物系
溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，稀释剂B 与萃取剂S也可部分互溶 三元混合液中有两对组分可部分互溶，即溶质 A与萃取剂S部分互溶，稀释剂B与萃取剂S也部 分互溶
5.2
三元体系液液相平衡
A K
1、三元组成在三角形相图中的表示法 、
xA + xB + xS = 0.4 + 0.3+ 0.3 =1.0
直角三角形相图 M点的横坐标表示萃取剂S的质量百分数 纵坐标表示溶质A的质量百分数