第 四 章 液液萃取原理与特点 一个萃取级 图示 液液萃取在工业上的应用 三、在湿法冶金中的应用 4.1 三元体系的液-液相平衡与萃取操作原理 一、组成表示 直角三角形相图 一、溶解度曲线和联结线 二、辅助曲线和临界混溶点 三、物系种类 四、分配系数和分配曲线 同一物系，同 T 下，kA 随组成而变； 2、分配曲线——液液相平衡在直角坐标上的表示 五、杠杆规则 总物料衡算： 在两相区内，任一点M所代表的混合液可以分为 4-1-4 萃取剂的选择 只要 ，就可使 ? 1。 二、萃取剂S与稀释剂B的互溶度 三、S 回收的难易与经济性 四、萃取剂的其它物性 ☆ 温度对萃取剂性能的影响 强调此处是质量分数 E、R共轭相，联结线：联结共轭液相组成坐标的直线 可以借助辅助线求取另外一相的组成。 R+E = M M/E = (R+E)/E = R/E+1 = ME/MR+1 = (ME+MR)/MR = ER/MR = 远侧杠杆长/总杠杆长 参答：利用杠杆长度比例和M的量。 * 中国矿业大学化工学院化工系 处理对象 均相混合液 造成两相 利用溶解度差异, 加入第三种组分--萃取剂 两相状态 液-液 F:A+B S E:A+S R:B+(A,S) 混合器 分层器 A—溶质 B—原溶剂 S—萃取剂 E—萃取相， yA R—萃余相 xA E’—萃取液 R’—萃余液 M 对该级做总物衡 F+S=M=E+R F:A+B S E:A+S R:B+(A,S) M 为采用单一萃取剂萃取一种溶质的系统中有 三个组分； 若采用两种互不相溶的“双溶剂”做萃取剂，或萃取两个或两个以上的溶质组分，则系统将涉及更多的组分——多组元体系。本章只讨论前者。 某些情况下萃取比精馏更经济，如： ⑴物系的? ?1，或为恒沸物； ⑵溶质浓度很低，且为难挥发组分； ⑶当A不耐热时，采用通常是在常温下进行的萃取操作更为有利，避免受热分解、聚合或发生其它化学反应。 一、在石油化工中的应用 广泛应用于各种有机物的分离和提纯。如分离由 轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物；分离 乙苯-二甲苯体系；从C8中分离二甲苯及其同分异构体。(? ≈1) 二、在生物化工和精细化工中的应用 如：生化药剂大多为热敏性物质。用醋酸乙酯多 次萃取含青霉素的玉米发酵液→青霉素浓溶液。用正 丙醇提取亚硫酸纸浆液中的香兰素。用TBP从发酵液提取柠檬酸。 萃取在冶金工业、核工业中都有广泛的应用。目前认为，只要价格相当或超过铜的有色金属如钴、镍、锆、铪等，都应优先考虑用溶剂萃取法进行提取。 用溶剂LIX63-65 等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜。 P Y X 4-1-1 三角相图 三元体系的液-液相平衡关系常用“三角相图”表示。 脱溶剂基(除去S的影响)的平衡关系可以在“直角坐标”上表示出来。这里只介绍前者。 ☆ 三角相图使用的三角形可以是：正 / 直角 / 等腰直角三角形或为了使某个组分的坐标放大而采用的增大边长的三角形。 点: A B S 已知：CS/BS=60%，问C点处B、S的量及组成； E F B A B S 例： 线: 面: 单组分 双组分 三组分 M 若向C中加A，则P点处各值。 P xB xA C C xA M A B S xA xS xB xA+ xS+ xB=1 ☆溶解度曲线的做法 加A由浊至清 ① ② M1 E1 M R1 Q L 将B、S按一定比例混合为M点组成，静置得L、Q两液相； 加一定量的A成M1点，静置得R1、E1； 至某量时出现清液，止。 再加A，…， 4-1-2 液-液相平衡关系在三角相图上的表示 两相区 均相区 ☆辅助曲线 表示任意达平衡的两液相关系。其做法： P P P ☆临界混溶点P 两个共轭组成在溶解度曲线上合二为一的点。 A、B完全互溶，B与S、A与S为两对部分互溶组分。 A完全溶解于B、S中，B与S不互溶。 单相区 两相区 A完全溶解于B、S中，但B与S为一对部分互溶组分。 联结线 (共轭组成) 溶解度曲线 Ⅱ类物质 Ⅰ类物质 1、分配系数 分配系数kA 指某种物系在一定的 温度下萃取，共轭相中A在E相中的 组成yA与在R相中的组成xA之比。 kA值越大，表明A组分更多地进入 E相，萃取分离的效果越好。 kA ,=,1，表现在联结线的走向如图示。 kA 1 kA=1 kA 1 xA yA xB yB 同一物系，kA随 T 而变，可能从Ⅰ类转为Ⅱ类物系；另外，T↑→两相区↓ (B与S的互溶度↑)。 *kA的大小并不决定溶液是否可以采用萃取分离。 T 在x-y图上表示相平衡关系，相当于精馏和吸收的 相平衡曲线。y—E质分，x—R质分，分配系数 k = y / x y x 分配曲线的体系， 其分配曲线位于 对角线 y = x 的 上方； kA 1的 体系在下方； kA =1时，分配曲线与 y = x 线相重合。 P 杠杆规则是物料衡算的图解方法，可由物衡导出，每种混合物的组成用x组分混合物表示。 D C M S A B 当两个混合物C，D 形成一个新混合物 M ，或由 M 分离成C，D时，可以用杠杆规则推出它们质量与组成(质量分率)之间的关系。 D C M S A B xAC xAD xSD xAM xSC xSM 联立(1)(2) ： D(xAD -xAM) = C(xAM - xAC) M = C + D (1) A组分物料衡算： M xAM = C xAC + D xAD (2) D / C = (xAM -xAC) / (xAD - xAM) x组分混合物 R、E两个液层。M—和点，R, E—差点。 M R E ⑵ 三点间的杠杆规则： ⑴ R+E=M (量) , 且三点一线。 或 F M N Q S 料液 F 由A+B 组成，A量= F 向 F中加入一定量的 S，得 M 点， 问:如何确定Q及N量? 或 (4-3) S量= M xA yA xB yB kA值越大，表明A组分更多地进入 E相，萃取分离的效果越好。 kA ,=,1，表现在联结线的走向如图示。 kA 1 kA=1 kA 1 选择萃取剂主要考虑以下性能： 一、分配系数和选择性系数 分配系数kA 指某种物系在一定的 温度下萃取，共轭相中A在E相中的 组成yA与在R相中的组成xA之比。 上式与精馏的相对挥发度 ? 的定义式相同。 (4-4b) 选择性系数 ? 选择性指 S 对 A 和 B 溶解能力的差异，若S 对 A 的溶解能力比对B 的大得多，则 E 中A 组分的浓度 yAB组分的 yB，使R中xBxA—萃取剂的选择性好。 更多的 A 进入 E 相，更多的 B 留在 R 相。 显然，? 与 ? 一样能用于判断过程是否能正常进行，且其值愈大于1，分离愈易进行。 ? 1并不排除 kA1的情况。只要 kA1的程度不太过分，就能维持? 1，萃取操作就有效。如图： F S yA=0.078,xA=0.302,kA=0.26 ? =2.48 yB=0.062,xB=0.602,kB=0.10 yA=0.21 yB=0.19 xA=0.06 xB=0.81 E R 变小。虽然 kA1 且 ? =14.6， 但是萃取的效果还是 不太好。 当B、S互溶度较大时，两相区 互溶度小些为好。 因常用精馏回收S。所以由S 萃取 A 形成的E (S多A少)，最好使A 成为易挥发组分。分离R时，则因S少B多，使S 为易挥发组分。且?AS和?SB愈大愈好。 若S为易挥发组分，则其气化热要小。若S萃取 能力大，则循环量小，E相中S的回收费用低；或S在B中的溶解度小，也可减小R相中S的回收费用。 若 ? ?1，可以考虑用反萃取和结晶的方法分离。 1. ? ??LL↑→液-液分层速度↑→设备生产能力↑ 2. 界面张力? LL ? LL↑，分散相中的细小液滴易于聚结，有利于分层；但? LL↑↑，则液体不易分散， 传质接触面积↓→分离效果↓，此时需要较多的外加能量用于分散相的建立。 若? LL过小，液体易分散甚至产生乳化现象，难以分层。 3. ?L,S S 的?L,S↓→利于两相的混合与分层、流动与传质。若S 的粘度太大，可以用其它溶剂调节。 萃取剂要有良好的化学稳定性，不分解不聚合，要有足够的热稳定性和抗氧化稳定性，对设备的腐蚀性要小；应具有较低的凝固点；毒性小、不易燃、来源充足、价格低廉等。 ☆当没有一种溶剂能满足上述要求时，可以采用几种溶剂组成的混合萃取剂，以获得较好的性能。 当T↓→?↑ →流动性↓ ?↑ 传质速率↓ 扩散系数↓ 所以有必要选择适宜的操作 T。 M混合相地流量 * 中国矿业大学化工学院化工系

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