化工原理-萃取

例
乙醚与甲苯混合液的流量为500kg/h，其中乙醚的组成 为0.25（质量分数，下同）。用纯水为萃取剂，经多级 错流萃取后，最终萃余相中乙醚的组成为0.01。水与甲
苯可视为完全不互溶体系，操作条件下的平衡关系为 Y=2.2X。每级均加入300kg/h萃取剂，试求所需理论级 数及萃取剂的总用量。
例如二氧化碳，它具有无毒、无臭、不燃和价廉等优点， 临界温度31．04℃，临界压力7．38MPa，只需改变压 力，就能在近常温的条件下分离萃取物和溶剂二氧化碳。
5 .1 超临界流体萃取原理
任何一种物质都存在三种相态，即气相、液相和固相， 在不同的温度和压力条件下，物质呈现不同的相态。
12 固 体
超临界流体性质:介于液 体和气体之间,具有接近 液体的密度，即具有类 似液体的溶解能力，而 粘度和扩散系数接近气 体。这就意味着萃取过 程将有很高的传质速率 和很快达到平衡的能力。
原理:利用超临界流体对 物料有较好的渗透性和 较强的溶解能力-萃取。 其密度对温度和压力变 化十分敏感，且与溶解 能力在一定压力范围内 成比例-分离。
即是多级错流萃取的操作线方程，表示了什么关系?
在X-Y直角坐标系中，操作线是:
一组直线，每一级都对应一条直线，直线斜率为B/Sm，过点（Xm-1，YS）。由理论级的假设，点 （Xm，Ym）同时符合平衡关系，位于分配曲线上， 即操作线与分配曲线的交点。于是，可在X-Y直角坐 标系中图解理论级数.步骤
解： 对完全不互溶体系，由已知条件，将质量分数转
变为质量比
XF
xF 1 xF
0.25 1 0.25
0.333
XN
xN 1 xN
0.01 0.01 1 0.01
例
又 S=300kg/h；YS=0
且
B=F(1- xF)=500×(1-0.25)=375kg/h
1 S K 300 2.2 1.76 A B 375
N
ln( X F ) XN
ln( 0.333 ) 0.01
3.45
ln(1 1 ) ln(11.76)
A
所需理论级数为N=4 溶剂总用量S总=NS=4×300=1200 kg/h
3.5.4 多级逆流萃取
操作线的斜率为B／S，
当逐步增加萃取剂用量时，斜率逐渐变小，操作线与分 配曲线距离变大，两相间的传质推动力增加，相应地理 论级数减少。
解：依题意YS=0; 对完全不互溶体系，由已知条件，
得
XF
xF 1 xF
0.35 1 0.35
0.538
XN
xN 1 xN
0.02 1 0.02
0.02
Y1
y1 1 y1
0.45 1 0.45
0.818
例
B=F(1- xF)=1500×(1-0.35)=975kg/h 对丙酮做全塔物料衡算得
4.1.6 翻斗式萃取器
4.1.7静态混合器
4.2 液泛现象
4.3界面现象
5 超临界流体萃取
超临界流体萃取利用超临界流体，即温度和压力略超过 或靠近临界温度和临界压力、介于气体和液体之间的流 体，对固体和液体的萃取能力和选择性，在超临界状态 下较之在常温常压条件下可获得极大的提高，而能从固 体或液体中萃取出某种高沸点或热敏性成分，以达到分 离和纯化的目的。
10
8
6
熔融线 液体
超临界流体
B 临界点
4
2
三相点
A
升华线
沸腾线 气体
-60 -40 -20 0 20 40 60
温度 / OC
图 8-20 CO2的相态与温度、压力的关系
5 .1 超临界流体萃取原理
任何一种物质都存在三 种相态.相态与温度和压 力关系.
当物质的温度和压力分 别高于临界点时，为超 临界流体。
3.4 多级逆流萃取
3.4.2三角形相图上的逐级图解法
3.4.4最小溶剂比的确定
3.5 完全不互溶物系萃取过程的计算
3.5.2 单级萃取
3.5.3 多级错流萃取
对任意m级作溶质A的物料衡算得
BXm-1+SmYS=BXm+SmYm
上式整理后为
Ym
B Sm
Xm
B Sm
X m1
YS
萃取剂 惰性气体
原料
8
3
M
1
2
9
萃取剂
萃余相
（c）
M
3
萃余相
溶质
（d）
图 8-22 超临界流体萃取典型流程
1-萃取器； 2-分离器； 3-压缩机； 4-节流阀； 5-加热器；6-冷却 器； 7-吸附塔； 8-气体混合器； 9-气体分离器；
（a）等温变压法；（b）等压变温法；（c）吸附吸收法；（d）添加惰性气体法
B（XF-XN）=S(Y1-YS)
即萃取剂用量为
S B XF X N 9750.538 0.02 617.4kg / h
则
Y1 YS
0.818
所需理论级数为
1 S K 617.4 1.64 1.0385 A B 975
N
1 ln( 1
)
ln
1
A
A
XF XN
YS K
YS K
5 .3超临界流体萃取的特点
反之，减少萃取剂用量，斜率逐渐变大，操作线向分配 曲线靠近，两相间的传质推动力减小，所需理论级数增 加。
当操作线斜率增大到使操作线与分配曲线相交时，则需 要无限多个理论级才能完成指定的分离任务，此时对应 最少萃取剂用量。
例
以纯三氯乙烷为萃取剂，从丙酮水溶液中多级连续逆流 萃取丙酮，原料液处理量为1500kg/h，其中丙酮的质量 分率数0.35，要求最终萃余相及萃取相中丙酮的质量分 数分别为0.02及0.45。水和三氯乙烷可视为完全不互溶 体系，操作条件下的平衡关系为Y=1.64X，试求萃取剂 用量及所需理论级数。
12 固 体
10
8
6
熔融线 液体
超临界流体
B 临界点
4
2
三相点
A
升华线
沸腾线 气体
-60 -40 -20 0 20 40 60
温度 / OC
图 8-20 CO2的相态与温度、压力的关系
5 .2超临界流体萃取的典型流程
4
原料
萃取剂
5
原料
6 萃取剂
3
3
M
M
1
2
1
2
萃余相 原料
1
（a）
溶质
7
萃余相
溶质
（b）
A
1 ln1.0385
ln
1
1 1.0385
0.538 0.02
1 1.0385
17.8
3.6 回流萃取
3.6.2 脱溶剂为基的相平衡
பைடு நூலகம்
3.6.3物料衡算
3.6.4 理论级的图解计算
4 萃取设备
4.1.2筛板塔
4.1.3 脉冲筛板塔
4.1.4振动筛板塔
4.1.5转盘塔