化工原理(第四版)谭天恩 第十二章 液液萃取

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《化工原理》电子教案/第十二章
一、 三角形相图及其应用
①顶点代表纯组分 ②每条边代表二元溶液
% A % B 100%
A
溶质
xB
③相图中的点代表三元溶液
% A % B % S 100%
xA xA
原溶剂
B
xS
三角形相图 萃取剂
xB
S
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《化工原理》电子教案/第十二章
一、 三角形相图及其应用



xF
原料液 A+B
yA
萃取相 E S+A+B 萃余相 R B+A+S S
萃取液 E A(大量),B(少量)
y
0 A
xA
萃余液 R B (大量),A(少量)
x0 A
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《化工原理》电子教案/第十二章
二、
萃取过程中的相平衡关系
kA yA xA kB yB xB
A pA x A yA xA 对照： B pB x B yB xB
S S1 F，xF S2 R1 E1 S3 R2 E2
R S
R3 E3
1
2
3
N
RN EN S E
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《化工原理》电子教案/第十二章
二、多级错流萃取
2、 计算 -----求级数N
图解法 解析法
S S1 F，xF S2 R1 E1 S3 R2 E2
R S
R3 E3
1
2
3
N
RN EN S E
二、
萃取过程中的相平衡关系
3、B、S完全不互溶 -----相平衡关系曲线一般用分配曲线表示 y
思考：若B与S完全不互溶，则在三角 形相图中溶解度曲线 如何画？
A
x
萃取相
原料液 A+B 萃取剂 S
二元溶液
S 萃取液 E （纯 A）
萃余相
萃取相 E S+A 萃余相 R（萃余液 R ） B+A
S
B
B、S完全不互溶时
R，xR 6 xA/ xB=0.25
R
B
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kA
<1
S
E，yE
《化工原理》电子教案/第十二章
S
习题课
（2）溶剂比S/F是最小溶剂比（S/F）min多少倍？（用线段表示）
图解法：
S F MF MS S F min M F M S MF M S M F MS
S
A
y x yA xA A A y B x B (1 y 0 A ) xB y0 1 A 6 0 1 y A 0.25 y0 A 0. 6
F， xF=0.3 S，yS＝0

y xF
F 0 A
A
E
F
0.3 0.2 1 0.6 0.3 3
S R，xR E，yE
E3
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《化工原理》电子教案/第十二章
第三节 分级萃取计算
计算前提------理论级假定 离开的两相Ri、Ei呈相平衡关系
Ri-1 i Ei-1 Ei Ri
理论级
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《化工原理》电子教案/第十二章
一、单级萃取的流程及计算
（一）B、S部分互溶时 ---图解法
已知： F、 xF、 yS、 xR （或 x 、 yE、y ） 、 相平衡关系。 求：S0、R、E、另一相浓度
E
F M R
R
B
F， xF=0.3 S，yS＝0
R，xR 6 x A/ xB=0.25
kA
<1
R，xR E，yE
E，yE S
M

E
S
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作业：
《化工原理》电子教案/第十二章
二、多级错流萃取
1、流程及特点 特点：①每一级均用新鲜萃取剂，故传质推动力较大； ②萃取剂用量大，操作费用高。
二、
萃取过程中的相平衡关系
A
相平衡关系曲线-----分配曲线 y
A
对角线
分配曲线
P R B
E xA M yA S xA
P xA
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B、S部分互溶时
《化工原理》电子教案/第十二章
二、
2、B、S部分互溶
萃取过程中的相平衡关系
A、S部分互溶时
A
萃余相
萃取相
B
S
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《化工原理》电子教案/第十二章
(extract phase)
S
精 馏
原溶剂
A B
S
相界面
充分接触
萃取相 E S+A+B 萃余相 R B+A+S
(raffinate phase)
萃取液 E A(大量),B(少量)
S
精 馏
萃余液 R 3/51少量) B(大量),A(
《化工原理》电子教案/第十二章
第一节 概述
思考：精馏和萃取都是用来分离液体均相混合物的，什么场合用 精馏？什么场合用萃取？
精馏----需汽化 萃取----常温操作
稀溶液： 溶质是易挥发组分 -----精馏或萃取 溶质是难挥发组分 -----萃取 ＝1或1的体系： -----萃取或特殊精馏
热敏性溶液：
其他
-----萃取
-----精馏
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《化工原理》电子教案/第十二章
第一节 概述
三、萃取剂的选择 要求： 1、对溶质溶解性大 2、选择性好 3、B与S互溶度越小越好 4、萃取剂易于回收 5、萃取相与萃余相密度差异大
原料液 A+B 萃取剂 S S 萃取液 E A(大量),B(少量) S 萃余液 R B(大量),A(少量)
萃取相 E S+A+B 萃余相 R B+A+S
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《化工原理》电子教案/第十二章
第二节
液液相平衡关系及相图
一、 三角形相图及其应用
液液萃取过程涉及三元体系的相平衡，此时用直角 坐标系就不方便了，因此要用到三角形相图。 常用的三角形相图有如下几种，原理均相同。
第四节 萃取设备
第十二章 小结
2
《化工原理》电子教案/目录
第十二章 液液萃取
第一节 概述
一、什么是（液液）萃取?
与吸收 相似
利用液体混合物中各组分在外加溶剂中溶解度的差异而 分离该混合物的操作，称为~。外加溶剂称为萃取剂。
二、萃取流程
溶质
原料液 A+B
思考：萃取应在高温还是在低温下进行？
萃取剂 S （液相）
假设在 B 、 S 溶液中加入溶 质 A ，且加入 A 的量逐渐增大， 则其过程可以表示如图。
A
B多S少 +A R(B 层) 均相区 S多B少 +A E(S 层) P 临界混溶点(褶点)plait point 两相区
溶解度曲线 辅助线
M
相平衡关系包含： 溶解度曲线 共轭线 或辅助线
联结线（共轭线）B Tie line
萃取要求：
意义相同
1，
kA越大越好，kB越小越好。 返回目录
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《化工原理》电子教案/第十二章
第三节 分级萃取计算
物 理 萃 取 化 学 萃 取
二 元 萃 取 多 元 萃 取
本节要讨论的
原料液 萃取剂 S
微分连续接触式 分级接触式
S
S
R1
R2
R3
E1
微分接触式
E2 分级接触式
萃取相 E S+A+B 萃余相 R B+A+S
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一、 三角形相图及其应用
如何证明上述杠杆原理成立？ ----杠杆原理本质上就是物料衡算关系 物料衡算： F S M Fx F S 0 Mx M
FxF F S xM
原料液 F A+B 萃取剂 S
A
差点
F M
和点
杠 杆
0 R 0 E
S0 F，xF R，xR R，xR E，yE S0，yS E，yE S0
根据已知条件确定点F、S（或S0）、点R 或R，通过相平衡关系作联结线找到点E， 再作图得到和点M。然后，利用杠杆原理求 各量。
S 0 FM F MS
R ME E RM R E F S 0
两相区范围变小 3、温度升高，对两相区范围 有何影响？ 互溶度增大，两相区范围变小
B
R
M B、S部分互溶时
E
S
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《化工原理》电子教案/第十二章
1、B与S部分互溶时
共轭线还有以下两种情形：
A A
xF
P
百度文库
xF
P
R B M
E S B
R M
E S
B、S部分互溶时
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《化工原理》电子教案/第十二章
R
M B、S部分互溶时
E
S
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《化工原理》电子教案/第十二章
1、B与S部分互溶时
思考： 1、加入溶质A后，B、S互溶 度如何变化？ B、S互溶度变大
A
A
B多S少 +A R(B 层)
均相区 S多B少 +A E(S 层) P 临界混溶点(褶点)plait point 两相区
溶解度曲线 辅助线
M
2、B、S互溶度变大，则两相 区范围如何变化？
三角形相图的应用： 查取浓度；
表示混合、分离等过程； 杠杆原理： F MS S FM
R ME E RM
原料液 F A+B 萃取剂 S S
A
E
差点
F
M
R R
B
萃取液 E A(大量),B(少量) S 萃余液 R B(大量),A(少量) 《化工原理》电子教案/第十二章
E
杠杆
和点
差点
S
M
F xM 0 MS S xF x M FM
S
B
萃取液 E A(大量),B(少量)
差点
S
萃取相 E S+A+B 萃余相 R B+A+S
S 萃余液 R B (大量),A(少量)
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《化工原理》电子教案/第十二章
二、
萃取过程中的相平衡关系
A
通常由实验测定。 下面，定性推出相平 衡关系曲线的形状。 1、B与S部分互溶时
目录
第十二章 液液萃取
第一节 概述
一、什么是液液萃取 二、萃取流程 三、萃取剂的选择
第二节 液液相平衡关系及相图
一、 三角形相图及其应用 二、 萃取过程中的相平衡关系
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《化工原理》电子教案/目录
目录
第三节 分级萃取计算
一、单级萃取的流程及计算 习题课 二、多级错流萃取 习题课 三、多级逆流萃取 习题课
P
B
B
S
思考：最大萃取剂用量如何确定？
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《化工原理》电子教案/第十二章
一、单级萃取的流程及计算
（二）B、S完全不互溶时 ---解析法 物料衡算：
原料液 A+B 萃取剂 S S A
萃取相 E BX F SYS BX R SYE S+A B 萃余相 R Y E X R X F Y S ------------操作线 过点（ XF，YS） ， B+A S 解两个未知数 （XR，YE） 相平衡关系： YE f X R
E F
R FE E R F R E F
E R R M S0
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《化工原理》电子教案/第十二章
一、单级萃取的流程及计算
最小溶剂用量和最大萃取液浓度
A A
最小萃取剂用量Smin
yAmax
F
最大萃取液浓度 y 0 A,max
F
M0 M M
S
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《化工原理》电子教案/第十二章
二、多级错流萃取 A
（1）当B、S部分互溶时 ----图解法
作图步骤： ①连点F、S，由F、S大小和杠杆原理定和点M1；
②过M1作共轭线，定点R1、E1及其大小；
F S R1 E 1 R1 M 1 E 1 E 1 R1 M 1
《化工原理》电子教案/第十二章
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二、
萃取过程中的相平衡关系
4、分配系数ki、选择性系数
相平衡关系除用图形表示外，还可以用下式计算： yA yB ------分配系数 kA kB xA xB distribution coefficient
0 0 0 kA yA xA y0 x y x A A A A 0 0 0 kB yB xB yB xB 1 y0 1 x A A ------选择性系数 萃取剂 S S relative selectivity
S S F，xF S R1 E1 S R2 E2 S R3 E3
F R1
M1

E1
S
B
R S
RN EN S E
1
2
3
N
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《化工原理》电子教案/第十二章
A 2； ③连点R1、S，由R1、S大小和杠杆原理定和点M ④过M2作共轭线，定点R2、E2及其大小；
S F， xF=0.3 S，yS =0 R，xR xA/ xB=0.25 E，yE S
《化工原理》电子教案/第十二章
R，xR E，yE
kA < 1
6
B
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S
习题课
【解】（1）萃取液量与萃余液量的比值
图解法： 找到点F、E、R ，然后应用杠杆原理求E、R的大小。 E RF xA x0 0 A 0 . 25 x 0 . 2 A R FE xB 1 x 0 A A x x0 0
Y
B，XF
B ，XR (XR) A，Y E=1
YE 斜率 B
S
S，YS
S，YE S
0 XR
(XF,YS) X
浓度用质量 比更方便 《化工原理》电子教案 /第十二章
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习题课
【例1】 单级萃取 采用纯溶剂进行单级萃取。已知料液组成xF=0.3 （质量分 率，下同），选择性系数为6，在萃余相中xA / xB＝ 0.25 ，kA < 1 ，溶解度曲线如图所示。试求： （1）萃取液量与萃余液量的比值； （2）溶剂比S/F是最小溶剂比(S/F)min多少倍？（用线段表 示） A