化工原理 第十二章 萃取讲课教案
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2020/7/14
萃取在工业中的应用：
(1)液液萃取在石油化工中的应用
eg.用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡
(2)在生物化工和精细化工中的应用
eg.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
(3)湿法冶金中的应用 eg.用螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜
在液体混合物（原料液）中加入一个与 其基本不相混溶的液体作为溶剂，造成第二 相，利用原料液中各组分在两个液相中的溶 解度不同而使原料液混合物得以分离的操作 称为萃取。选用的溶剂称为萃取剂，以S表示； 原料液中易溶于S的组分，称为溶质，以A表 示；难溶于S的组分称为原溶剂（或稀释剂）， 以B表示。
2020/7/14
对于萃取剂S与原溶剂B互不相溶的物系， 溶质在两液相中的分配关系与吸收中的类似。
2020/7/14
联结线的斜率＞0 联结线的斜率为0
kA＞1，yA＞xA
kA =1，yA=xA
kA值愈大，萃取分离的效果愈好。
2020/7/14
联结线的斜率＜0
kA＜1， yA＜xA
2 分配曲线
由相律可知，温度、压力一定时，三组分体系两液相 呈平衡时，自由度为1。故只要已知任一平衡液相中的任 一组分的组成，则其它组分的组成及其共轭相的组成就为 确定值。换言之，温度、压力一定时，溶质在两平衡液相 间的平衡关系可表示为
kg、组成为 z A 、z B 、z S 的新
混合物系M，其在三角形坐 标图中分别以点R、E和M表 示。M点称为R点与E点的和 点，R点与E点称为差点。
2020/7/14
图12-3
和点M与差点E、R之间的关系可用杠杆 规则描述，即
（1）几何关系：和点M与差点E、R共 线。即：和点在两差点的连线上；一个差 点在另一差点与和点连线的延长线上。
2020/7/14
图12-1 萃取操作示意图
根据萃取操作中各组分的互溶性，可将三元物系 分为以下三种情况，即
①溶质A可完全溶于B及S，但B与S不互溶； ②溶质A可完全溶于B及S，但B与S部分互溶； ③溶质A可完全溶于B，但A与S及B与S部分互溶。 习惯上，将①、②两种情况的物系称为第Ⅰ类物 系，而将③情况的物系称为第Ⅱ类物系。工业上常 见的第Ⅰ类物系有丙酮(A)–水(B)–甲基异丁基酮(S)、 醋酸(A)–水(B)–苯(S) 等；第Ⅱ类物系有苯乙烯(A)– 乙苯(B)–二甘醇(S)等。在萃取操作中，第Ⅰ类物系 较为常见，本章主要讨论第Ⅰ类物系物系的相平衡 关系。
化工原理 第十二章 萃取
第一节
萃取的基ຫໍສະໝຸດ Baidu概念
12.1.1 萃取操作过程及应用 12.1.2 三角形相图及杠杆规则 12.1.3 三角形相图中的
相平衡关系 12.1.4 分配系数与分配曲线 12.1.5 温度对相平衡的影响 12.1.6 萃取剂的选择
2020/7/14
12.1 萃取的基本概念
12.1.1 萃取操作过程及应用
（2）数量关系：E相与R相的量与线段 长a、b 之间的关系符合杠杆原理，即，
E xA zA a R zA yA b
根据杠杆规则，若已知两个差点，则可 确定和点；若已知和点和一个差点，则可 确定另一个差点。
2020/7/14
12.1.3三角形相图中的相平衡关系
1 溶解度曲线、联结线、临界混溶点
即溶质A 组分B
式中
kA
yA xA
kB
yB xB
y A 、y B ——萃取相E中组分A、B的质量分数
x A 、x B ——萃余相R中组分A、B的质量分数
2020/7/14
分配系数kA表达了溶质在两个平衡液相中 的分配关系。显然， kA值愈大，萃取分离的 效果愈好。
不同物系具有不同的kA值； 同一物系， 其值随温度和组成而变。如第Ⅰ类物系，一般 kA值随温度的升高或溶质组成的增大而降低。 一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时， kA值才可视为常数。对于S与B部分互溶的物系， kA值随着联结线的斜率而变化。
2020/7/14
一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。 （1） 原料液中各组分间的沸点非常接近，也即组
分间的相对挥发度接近于1，若采用蒸馏方法很 不经济； （2） 料液在蒸馏时形成恒沸物，用普通蒸馏方法 不能达到所需的纯度； （3） 原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发 组分，若采用蒸馏方法须将大量稀释剂汽化， 能耗较大； （4） 原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏 时易于分解、聚合或发生其它变化。
2020/7/14
12.1.2 三角形相图及杠杆规则
1 三角形相图 三角形相图通常有正三角形相图、直角三角形相
图，如图所示。
2020/7/14
图12-2 三角形相图
2 杠杆规则
如图所示，将质量为r kg、 组成为 x A 、xB 、 x S 的混合 物系R与质量为e kg、组成 为 y A 、y B 、y S ，的混合物系E 相混合，得到一个质量为m
2020/7/14
图12-4 溶解度曲线
溶解度曲线将三角形相图分为两个区域： 曲线以内的区域为两相区，以外的区域为 均相区。显然萃取操作只能在两相区内进 行。
位于两相区内的混合物分成两个互相平 衡的液相，称为共轭相，联结两共轭液相 相点的直线称为联结线，
临界混溶点是在一定溶质含量下两共轭 相变为一相的临界点，其位置一般并不在 溶解度曲线的最高点，常偏于曲线的一侧， 将溶解度曲线分为左右两支。
利用辅助曲线可求任何已知平衡液相 的共轭相。设R为已知平衡液相，自点R作 BS边的平行线交辅助曲线于点J，自点J作 AB边的平行线，交溶解度曲线于点E，则 点E即为R的共轭相点。
2020/7/14
12.1.4分配系数和分配曲线
1 分配系数
一定温度下，某组分在互相平衡的E相 与R相中的组成之比称为该组分的分配系数， 以 k 表示，
2020/7/14
2 辅助曲线—平衡联结线的内插
一定温度下，三 元物系的溶解度曲线 和联结线是根据实验 数据而标绘的，使用 时若要求与已知相成 平衡的另一相的数据， 常借助辅助曲线求得。
2020/7/14
图12-5 辅助曲线
辅助曲线的作法：通过已知点R1、 R2、… 分别作BS边的平行线，再通过相应 联结线的另一端点E1、E2分别作AB边的平 行线，各线分别相交于点F、G、… ，联 接这些交点所得的平滑曲线即为辅助曲线。
萃取在工业中的应用：
(1)液液萃取在石油化工中的应用
eg.用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡
(2)在生物化工和精细化工中的应用
eg.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
(3)湿法冶金中的应用 eg.用螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜
在液体混合物（原料液）中加入一个与 其基本不相混溶的液体作为溶剂，造成第二 相，利用原料液中各组分在两个液相中的溶 解度不同而使原料液混合物得以分离的操作 称为萃取。选用的溶剂称为萃取剂，以S表示； 原料液中易溶于S的组分，称为溶质，以A表 示；难溶于S的组分称为原溶剂（或稀释剂）， 以B表示。
2020/7/14
对于萃取剂S与原溶剂B互不相溶的物系， 溶质在两液相中的分配关系与吸收中的类似。
2020/7/14
联结线的斜率＞0 联结线的斜率为0
kA＞1，yA＞xA
kA =1，yA=xA
kA值愈大，萃取分离的效果愈好。
2020/7/14
联结线的斜率＜0
kA＜1， yA＜xA
2 分配曲线
由相律可知，温度、压力一定时，三组分体系两液相 呈平衡时，自由度为1。故只要已知任一平衡液相中的任 一组分的组成，则其它组分的组成及其共轭相的组成就为 确定值。换言之，温度、压力一定时，溶质在两平衡液相 间的平衡关系可表示为
kg、组成为 z A 、z B 、z S 的新
混合物系M，其在三角形坐 标图中分别以点R、E和M表 示。M点称为R点与E点的和 点，R点与E点称为差点。
2020/7/14
图12-3
和点M与差点E、R之间的关系可用杠杆 规则描述，即
（1）几何关系：和点M与差点E、R共 线。即：和点在两差点的连线上；一个差 点在另一差点与和点连线的延长线上。
2020/7/14
图12-1 萃取操作示意图
根据萃取操作中各组分的互溶性，可将三元物系 分为以下三种情况，即
①溶质A可完全溶于B及S，但B与S不互溶； ②溶质A可完全溶于B及S，但B与S部分互溶； ③溶质A可完全溶于B，但A与S及B与S部分互溶。 习惯上，将①、②两种情况的物系称为第Ⅰ类物 系，而将③情况的物系称为第Ⅱ类物系。工业上常 见的第Ⅰ类物系有丙酮(A)–水(B)–甲基异丁基酮(S)、 醋酸(A)–水(B)–苯(S) 等；第Ⅱ类物系有苯乙烯(A)– 乙苯(B)–二甘醇(S)等。在萃取操作中，第Ⅰ类物系 较为常见，本章主要讨论第Ⅰ类物系物系的相平衡 关系。
化工原理 第十二章 萃取
第一节
萃取的基ຫໍສະໝຸດ Baidu概念
12.1.1 萃取操作过程及应用 12.1.2 三角形相图及杠杆规则 12.1.3 三角形相图中的
相平衡关系 12.1.4 分配系数与分配曲线 12.1.5 温度对相平衡的影响 12.1.6 萃取剂的选择
2020/7/14
12.1 萃取的基本概念
12.1.1 萃取操作过程及应用
（2）数量关系：E相与R相的量与线段 长a、b 之间的关系符合杠杆原理，即，
E xA zA a R zA yA b
根据杠杆规则，若已知两个差点，则可 确定和点；若已知和点和一个差点，则可 确定另一个差点。
2020/7/14
12.1.3三角形相图中的相平衡关系
1 溶解度曲线、联结线、临界混溶点
即溶质A 组分B
式中
kA
yA xA
kB
yB xB
y A 、y B ——萃取相E中组分A、B的质量分数
x A 、x B ——萃余相R中组分A、B的质量分数
2020/7/14
分配系数kA表达了溶质在两个平衡液相中 的分配关系。显然， kA值愈大，萃取分离的 效果愈好。
不同物系具有不同的kA值； 同一物系， 其值随温度和组成而变。如第Ⅰ类物系，一般 kA值随温度的升高或溶质组成的增大而降低。 一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时， kA值才可视为常数。对于S与B部分互溶的物系， kA值随着联结线的斜率而变化。
2020/7/14
一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。 （1） 原料液中各组分间的沸点非常接近，也即组
分间的相对挥发度接近于1，若采用蒸馏方法很 不经济； （2） 料液在蒸馏时形成恒沸物，用普通蒸馏方法 不能达到所需的纯度； （3） 原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发 组分，若采用蒸馏方法须将大量稀释剂汽化， 能耗较大； （4） 原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏 时易于分解、聚合或发生其它变化。
2020/7/14
12.1.2 三角形相图及杠杆规则
1 三角形相图 三角形相图通常有正三角形相图、直角三角形相
图，如图所示。
2020/7/14
图12-2 三角形相图
2 杠杆规则
如图所示，将质量为r kg、 组成为 x A 、xB 、 x S 的混合 物系R与质量为e kg、组成 为 y A 、y B 、y S ，的混合物系E 相混合，得到一个质量为m
2020/7/14
图12-4 溶解度曲线
溶解度曲线将三角形相图分为两个区域： 曲线以内的区域为两相区，以外的区域为 均相区。显然萃取操作只能在两相区内进 行。
位于两相区内的混合物分成两个互相平 衡的液相，称为共轭相，联结两共轭液相 相点的直线称为联结线，
临界混溶点是在一定溶质含量下两共轭 相变为一相的临界点，其位置一般并不在 溶解度曲线的最高点，常偏于曲线的一侧， 将溶解度曲线分为左右两支。
利用辅助曲线可求任何已知平衡液相 的共轭相。设R为已知平衡液相，自点R作 BS边的平行线交辅助曲线于点J，自点J作 AB边的平行线，交溶解度曲线于点E，则 点E即为R的共轭相点。
2020/7/14
12.1.4分配系数和分配曲线
1 分配系数
一定温度下，某组分在互相平衡的E相 与R相中的组成之比称为该组分的分配系数， 以 k 表示，
2020/7/14
2 辅助曲线—平衡联结线的内插
一定温度下，三 元物系的溶解度曲线 和联结线是根据实验 数据而标绘的，使用 时若要求与已知相成 平衡的另一相的数据， 常借助辅助曲线求得。
2020/7/14
图12-5 辅助曲线
辅助曲线的作法：通过已知点R1、 R2、… 分别作BS边的平行线，再通过相应 联结线的另一端点E1、E2分别作AB边的平 行线，各线分别相交于点F、G、… ，联 接这些交点所得的平滑曲线即为辅助曲线。