第十一章 液液萃取 PPT课件
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A
R3
R2
B R1
Fra Baidu bibliotek
P
• E3
• •E•2E1
S
下面是辅助曲线的另一作法：
三、相平衡关系的数学描述
1、分配系数与分配曲线
分配系数：
在一定温度下，E和R成平衡时，组分A在两相
中的平衡组成分别为yA和xA，则分配系数
kA
萃取相中A的质量分数 萃余相中A的质量分数
yA xA
同样，对组分B也可写出类似的表达式： kB
B
0 x S 0.2 z S 0.4 y S 0.6
S
0.8 1.0
M ER
杠杆规则表明：
（1）和点M必在R、E的联线上 （2）差点R（或E）必在EM（或RM）的延长线上
应用：
P（B+S） +A A↑
P1（A+B+S） P2（靠近A点）
和点
在PA线任一点所代表的溶液中B、S两组分
的相对比值必相同。
11.1 概述
11.1.1 液液萃取过程
一、萃取原理
利用液体混合物各组分在某溶剂中溶解度的差异 而实现的分离。
溶质A 原料 稀释剂B
S+A(B) 萃取相E
溶剂S
萃余相R B+A(S)
溶剂S必须满足两个基本要求：
（1）溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部 分 互溶。
（2）溶剂对A、B两组分有不同的溶解能力，即具 有选择性。
（2）取决于萃取剂的性质
要求萃取剂： ①应有较强的溶解能力：S耗量少，后继精馏能耗低。 ②应有较高的选择性：获高纯产品。 ③αAS高：S为高沸溶剂，后继精馏R较低。 ④S在AB中的溶解度小：减少R相中溶剂回收费用。
11.1.2 两相的接触方式
微分接触：塔式设备 级式接触：槽式设备
单级萃取 本节均指级式萃取过程的计算 多级错流
yA xA yB xB
yA、yB——萃取相中A、B两组分的质量分数 xA、xB——萃余相中A、B两组分的质量分数
萃取与吸收的比较：
相同点： ①添加组分；
②对各组分的溶解度有差异 不同点：
①吸收有惰性组分，而萃取大多数各组分都有一 定的溶解度；
②吸收涉及气—液系统，萃取涉及液液系统。
二、工业萃取过程
（不一定为溶解曲线的最高点）
两相区
均相区
P
B RRR•2•n• ••M
R1
E•nE• E2•
E1
S
溶解度曲线将三角形相图分成两个区
分层区(两相区) 均相区
溶解度曲线以内（或下方）是萃取过程的可操作范围。
平衡联结线的内插——辅助曲线
由实验测得的平衡数据作出部分联结线和溶解度 曲线后，为求出此物系的任一对平衡数据，可利用辅 助线。其作法如图：
SO
xAR xAP
xA
2、溶解度曲线
临界混溶点右方的溶解度曲线表示平衡状态下萃 取相中溶质yA与溶剂yS之间的关系，即
yS ( yA)
类似地，临界混溶点左方的溶解度曲线表示为
xS (xA)
小结：
处于单相区的三组分溶液，其组成包含两个自由度；
处于两相区的三组分溶液，虽有6个含量，却只有1个 自由度。
多级逆流
11.2 液液相平衡
11.2.1 三角形相图
一、液液组成的表示方法
组成：质量分数
S
三组分：
A
B
一个方程： xB 1 xA xS
自由度： 2
三组分溶液的组成用平面坐标上的一点表示
等边三角形
——三角形相图
直角等腰三角形
直角非等腰三角形
直角等腰三角形相图
A
顶点： 纯组分
A%
边： 双组分
A
R1、E1； R2、E2；
…… Rn、En为互成平衡的两 相，称为共轭相。
B
Rn • RR2••
•M•Mn • M2 •
R1
M1
连接R1、E1； R2、E2；
• En •
…… Rn、En的线称为 平衡联结线（或结线）。
E
•
E2
S
E1
和点M必在平衡联结线上。
P——临界混溶点，两共轭相的
组成无限趋近而变为一相。A
11.2.3 液液相平衡与萃取操作的关系
一、级式萃取过程的图示
原溶液F
( yA, yB , yS ) 萃取相E
萃取液Eº
(
y
0 A
,
yB0
)
溶剂回收装( xA置, xB , xS )
溶剂S
萃取器
回收溶剂
萃余相R (xA, xB, xS )
溶剂回收装置
(
x
0 A
,
x
0 B
)
萃余液R0
（1）由xFA
kA一般不是常数，其值随组成和温度而异
yB xB
kA=1，则y=x，联结线与底边平行，其斜率=0
kA>1，则y>x，联结线的斜率>0；
kA<1，则y<x，联结线的斜率<0
kA ↑ ，分离效果越好
分配曲线： y A f (xA )
A
yA
P•
R xAR
E yAE
B
分配曲线
yAP yAE
•N(ER) • P
Ⅱ类：A与B完全互溶，A与S、B与S部分互溶 ——两对部分互溶
第Ⅰ类物系的相图
一、溶解度曲线（双结点曲线）
实验求取： A 条件：恒温 Ⅰ类
溶解度曲线：
相图中若干分层点的联线； 代表了饱和溶液的组成
B HH1R••••R•R1 2R•3
E• S
二、平衡联结线和临界混溶点
实验求取：恒定温度条件下、 Ⅰ类
定F点，连接FS，由
三、萃取过程的经济性：溶剂回收的难易
（1）取决于后继的两个分离过程是否较原溶液的直接 分离更易实现
萃取过程适用场合：
①混合液α小或形成恒沸物，用一般精馏方法不能分 离或很不经济。
②混合液的浓度很稀，采用精馏方法须将大量稀释剂 B汽化，能耗过大。
③混合液含热敏性物质（如药物等），采用萃取方法 精制可避免物料受热破坏。
A
同理：
Q1 S(部分)
Q2 差点 Q•
S(全部)
Q
SQ1线任一点所代表的溶液 中A、B两组分含量的相对 比值均相同。
B
• P2 •
• P1 Q2
•
Q1
•P
S
11.2.2 部分互溶物系的相平衡
萃取操作： B与S部分互溶或完全不互溶 部分互溶物系：
Ⅰ类：A与B、A与S完全互溶，B与S部分互溶 ——一对部分互溶
0.8
图中一点：三组分
0.6
30%A
如M点： 20%S 50%B
0.4
•M
0.2
B 0 0.2 0.4
S
0.6 0.8 1.0
S%
二、物料衡算与杠杆定律
混合物 萃取相 萃余相
量（kg/h） M E R
kgA/kg
zA yA xA
kgB/kg
zB yB xB
物料衡算: M E R
Mz A EyA RxA
Mz S EyS RxS
得: E zA xA zS xS R yA zA yS zS
kgS/kg
zS yS xS
（11-2）
A
杠杆定律：
混合物的质量
线段的长度
0.8
和点
0.6
M=E+R
E RM
yA
0.4
M • E E=M-R
R EM
zA
•
0x.2A
•R
差点
R=M-E
同理:
E RM
R3
R2
B R1
Fra Baidu bibliotek
P
• E3
• •E•2E1
S
下面是辅助曲线的另一作法：
三、相平衡关系的数学描述
1、分配系数与分配曲线
分配系数：
在一定温度下，E和R成平衡时，组分A在两相
中的平衡组成分别为yA和xA，则分配系数
kA
萃取相中A的质量分数 萃余相中A的质量分数
yA xA
同样，对组分B也可写出类似的表达式： kB
B
0 x S 0.2 z S 0.4 y S 0.6
S
0.8 1.0
M ER
杠杆规则表明：
（1）和点M必在R、E的联线上 （2）差点R（或E）必在EM（或RM）的延长线上
应用：
P（B+S） +A A↑
P1（A+B+S） P2（靠近A点）
和点
在PA线任一点所代表的溶液中B、S两组分
的相对比值必相同。
11.1 概述
11.1.1 液液萃取过程
一、萃取原理
利用液体混合物各组分在某溶剂中溶解度的差异 而实现的分离。
溶质A 原料 稀释剂B
S+A(B) 萃取相E
溶剂S
萃余相R B+A(S)
溶剂S必须满足两个基本要求：
（1）溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部 分 互溶。
（2）溶剂对A、B两组分有不同的溶解能力，即具 有选择性。
（2）取决于萃取剂的性质
要求萃取剂： ①应有较强的溶解能力：S耗量少，后继精馏能耗低。 ②应有较高的选择性：获高纯产品。 ③αAS高：S为高沸溶剂，后继精馏R较低。 ④S在AB中的溶解度小：减少R相中溶剂回收费用。
11.1.2 两相的接触方式
微分接触：塔式设备 级式接触：槽式设备
单级萃取 本节均指级式萃取过程的计算 多级错流
yA xA yB xB
yA、yB——萃取相中A、B两组分的质量分数 xA、xB——萃余相中A、B两组分的质量分数
萃取与吸收的比较：
相同点： ①添加组分；
②对各组分的溶解度有差异 不同点：
①吸收有惰性组分，而萃取大多数各组分都有一 定的溶解度；
②吸收涉及气—液系统，萃取涉及液液系统。
二、工业萃取过程
（不一定为溶解曲线的最高点）
两相区
均相区
P
B RRR•2•n• ••M
R1
E•nE• E2•
E1
S
溶解度曲线将三角形相图分成两个区
分层区(两相区) 均相区
溶解度曲线以内（或下方）是萃取过程的可操作范围。
平衡联结线的内插——辅助曲线
由实验测得的平衡数据作出部分联结线和溶解度 曲线后，为求出此物系的任一对平衡数据，可利用辅 助线。其作法如图：
SO
xAR xAP
xA
2、溶解度曲线
临界混溶点右方的溶解度曲线表示平衡状态下萃 取相中溶质yA与溶剂yS之间的关系，即
yS ( yA)
类似地，临界混溶点左方的溶解度曲线表示为
xS (xA)
小结：
处于单相区的三组分溶液，其组成包含两个自由度；
处于两相区的三组分溶液，虽有6个含量，却只有1个 自由度。
多级逆流
11.2 液液相平衡
11.2.1 三角形相图
一、液液组成的表示方法
组成：质量分数
S
三组分：
A
B
一个方程： xB 1 xA xS
自由度： 2
三组分溶液的组成用平面坐标上的一点表示
等边三角形
——三角形相图
直角等腰三角形
直角非等腰三角形
直角等腰三角形相图
A
顶点： 纯组分
A%
边： 双组分
A
R1、E1； R2、E2；
…… Rn、En为互成平衡的两 相，称为共轭相。
B
Rn • RR2••
•M•Mn • M2 •
R1
M1
连接R1、E1； R2、E2；
• En •
…… Rn、En的线称为 平衡联结线（或结线）。
E
•
E2
S
E1
和点M必在平衡联结线上。
P——临界混溶点，两共轭相的
组成无限趋近而变为一相。A
11.2.3 液液相平衡与萃取操作的关系
一、级式萃取过程的图示
原溶液F
( yA, yB , yS ) 萃取相E
萃取液Eº
(
y
0 A
,
yB0
)
溶剂回收装( xA置, xB , xS )
溶剂S
萃取器
回收溶剂
萃余相R (xA, xB, xS )
溶剂回收装置
(
x
0 A
,
x
0 B
)
萃余液R0
（1）由xFA
kA一般不是常数，其值随组成和温度而异
yB xB
kA=1，则y=x，联结线与底边平行，其斜率=0
kA>1，则y>x，联结线的斜率>0；
kA<1，则y<x，联结线的斜率<0
kA ↑ ，分离效果越好
分配曲线： y A f (xA )
A
yA
P•
R xAR
E yAE
B
分配曲线
yAP yAE
•N(ER) • P
Ⅱ类：A与B完全互溶，A与S、B与S部分互溶 ——两对部分互溶
第Ⅰ类物系的相图
一、溶解度曲线（双结点曲线）
实验求取： A 条件：恒温 Ⅰ类
溶解度曲线：
相图中若干分层点的联线； 代表了饱和溶液的组成
B HH1R••••R•R1 2R•3
E• S
二、平衡联结线和临界混溶点
实验求取：恒定温度条件下、 Ⅰ类
定F点，连接FS，由
三、萃取过程的经济性：溶剂回收的难易
（1）取决于后继的两个分离过程是否较原溶液的直接 分离更易实现
萃取过程适用场合：
①混合液α小或形成恒沸物，用一般精馏方法不能分 离或很不经济。
②混合液的浓度很稀，采用精馏方法须将大量稀释剂 B汽化，能耗过大。
③混合液含热敏性物质（如药物等），采用萃取方法 精制可避免物料受热破坏。
A
同理：
Q1 S(部分)
Q2 差点 Q•
S(全部)
Q
SQ1线任一点所代表的溶液 中A、B两组分含量的相对 比值均相同。
B
• P2 •
• P1 Q2
•
Q1
•P
S
11.2.2 部分互溶物系的相平衡
萃取操作： B与S部分互溶或完全不互溶 部分互溶物系：
Ⅰ类：A与B、A与S完全互溶，B与S部分互溶 ——一对部分互溶
0.8
图中一点：三组分
0.6
30%A
如M点： 20%S 50%B
0.4
•M
0.2
B 0 0.2 0.4
S
0.6 0.8 1.0
S%
二、物料衡算与杠杆定律
混合物 萃取相 萃余相
量（kg/h） M E R
kgA/kg
zA yA xA
kgB/kg
zB yB xB
物料衡算: M E R
Mz A EyA RxA
Mz S EyS RxS
得: E zA xA zS xS R yA zA yS zS
kgS/kg
zS yS xS
（11-2）
A
杠杆定律：
混合物的质量
线段的长度
0.8
和点
0.6
M=E+R
E RM
yA
0.4
M • E E=M-R
R EM
zA
•
0x.2A
•R
差点
R=M-E
同理:
E RM