2010年2月11日第五章液－液萃取1/1205.1概述5.2液-液萃取相平衡5.3液-液萃取过程的计算5.4新型萃取技术5.5液-液萃取设备本章总结－联系图2010年2月11日第五章液－液萃取2/1205.1概述1.萃取原理萃取：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单元操作。亦称溶剂萃取，简称萃取或抽提。分离液体混合物的单元操作。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。2010年2月11日第五章液－液萃取3/1202.萃取的分类按组分数目分：多组元体系：原料液中有两个以上组分或溶剂为两种不互溶的溶剂三元体系：原料液中含有两个组分，溶剂为单溶剂按有无化学反应分：物理萃取：萃取过程中，萃取剂与原料液中的有关组分不发生化学反应化学萃取本章主要讨论三元体系的物理萃取。2010年2月11日第五章液－液萃取4/1203.萃取过程萃取操作的基本过程如图所示。将一定量萃取剂加入原料液中，然后加以搅拌使原料液与萃取剂充分混合，溶质通过相界面由原料液向萃取剂中扩散，所以萃取操作与精馏、吸收等过程一样，也属于两相间的传质过程。搅拌停止后，两液相因密度不同而分层：一层以溶剂S为主，并溶有较多的溶质，称为萃取相，以E表示；另一层以原溶剂（稀释剂）B为主，且含有未被萃取完的溶质，称为萃余相，以R表示。若溶剂S和B为部分互溶，则萃取相中还含有少量的B，萃余相中亦含有少量的S。萃取操作示意图2010年2月11日第五章液－液萃取5/120由上可知，萃取操作并未有得到纯净的组分，而是新的混合液：萃取相E和萃余相R。为了得到产品A，并回收溶剂以供循环使用，尚需对这两相分别进行分离。通常采用蒸馏或蒸发的方法，有时也可采用结晶等其它方法。脱除溶剂后的萃取相和萃余相分别称为萃取液和萃余液，以2010年2月11日第五章液－液萃取6/1204.萃取操作的应用对于一种液体混合物，究竟是采用蒸馏还是萃取加以分离，主要取决于技术上的可行性和经济上的合理性。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相对挥发度接近于1或形成恒沸物，若采用蒸馏方法不能分离或很不经济；（2）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；（3）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。（4）其它，如多种金属物质的分离，核工业材料的制取，治理环境污染等。2010年2月11日第五章液－液萃取7/1205.25.2.1三角形坐标图及杠杆规则1.三角形坐标图三角形坐标图通常有等边三角形坐标图、等腰直角三角形坐标图和非等腰直角三角形坐标图，如图所示，其中以等腰直角三角形坐标图最为常用。图11-1三角形相图混合物的组成用质量分数表示。2010年2月11日第五章液－液萃取8/120在三角形坐标图中，AB边以A的质量分数作为标度，BS边以B的质量分数作为标度，SA边以S的质量分数作为标度。，即顶点A表示纯溶质A，顶点B表示纯原溶剂（稀释剂）B，顶点S表示纯萃取剂S。。例如AB边上的E点，表示由A、B组成的二元混合物系，由图可读得：A的组成为0.40，则B的组成为（1.0–0.40）=0.60，S的组成为零。2010年2月11日第五章液－液萃取9/120。例如M点即表示由A、B、S三个组分组成的混合物系。其组成可按下法确定：过物系点M分别作对边的平行线ED、HG、KF，则由点E、G、K可直接读得A、B、S的组成分别为：=0.3；在诸三角形坐标图中，等腰直角三角形坐标图可直接在普通直角坐标纸上进行标绘，且读数较为方便，故目前多采用等腰直角三角形坐标图。实际应用时，一般首先由两直角边的标度读得A、S的组成，再根据归一化条件求得B的组成。2010年2月11日第五章液－液萃取10/120的混合物系E相混合，得到一个质量为m、组成为z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)数量关系：和点与差点的量之间的关系符合杠杆原理，即，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。REMEREMRMEMR2010年2月11日第五章液－液萃取12/1205.2.2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，溶质A可完全溶于B及S，但B与S不互溶；溶质A可完全溶于B及S，但B与S部分互溶；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、两种情况的物系称为第类物系，而将情况的物系称为第类物系。在萃取操作中，第类物系较为常见，以下主要讨论这类物系的相平衡关系。2010年2月11日第五章液－液萃取13/1205.2.2.1溶解度曲线与联结线设溶质A可完全溶于B及S，但B与S为部分互溶，其平衡相图如图所示。此图是在一定温度下绘制的，图中曲称为溶解度曲线，该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。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，E联结两共轭液相相点的直线称为联结线，如图中的R两相区均相区溶解度曲线溶解度曲线可通过下述实验方法得到：在一定温度下，将组分B与组分S以适当比例相混合，使其总组成位于两相区，设为M，则达平衡后必然得到两个互不相溶的液层，其。在恒温下，向此二元混合液中加入适量的溶质A并充分混合，使之达到新的平衡，静置分层后得到一对共轭相，其，然后继续加入溶质A，重复上述操作，即可以得到n+1对共轭相的相点R(i=0,1,2,……n)，当加入A的量使混合液恰好由两相变为一相时，其组成点用K表示，K点称为混溶点或分层点。联结各共轭相的相点及K点的曲线即为实验温度下该三元物系的溶解度曲线。若组分B与组分S完全不互溶，则点R2010年2月11日第五章液－液萃取15/1202.II类物系一定温度下第类物系的溶解度曲线.联结线的斜率通常联结线的斜率随混合液的组成而变，但同一物系其联结线的倾斜方向一般是一致的，有少数物系，例如吡啶–氯苯–水，当混合液组成变化时，其联结线的斜率会有较大的改变，如下图所示。2010年2月11日第五章液－液萃取16/1205.2.2.2辅助曲线.辅助曲线（共轭曲线） 作用： 已知E(或R)的组成，确定与之平衡 确定临界混溶点作法： 通过已知点R 分别作BS边的平行线，再通过相应联结线的 另一端点E 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。 已知R组成，求E组成： 辅助曲线日 第五章 液－液萃取 17/120 2.临界混溶点 当三元混和液中溶质A的含量逐渐增加时，联 结线长度逐渐缩短， ，相当于该系统 的临界状态，称 作法：延长辅助曲线，与平衡曲线交点P即为临界混 溶点。 由于联结线通常都有一定的斜率，因而临界混溶点一般并不在溶解度曲线的顶点。 P点将溶解度曲线分为两部分：靠原溶剂B一侧为萃余相部分，靠溶剂S一侧为萃取相部分。 临界混溶点由实验测得，但仅当已知的联结线很短即共轭相接近临界混溶点时，才可用外延辅 助曲线的方法确定临界混溶点。 2010年2月11日 第五章 液－液萃取 18/120 5.2.2.3 分配系数和分配曲线.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 表示，即溶质A 原溶剂中的质量分数 在萃取相 原溶剂 中的组成 溶质中的组成 在萃取相 溶质 2010年2月11日 第五章 液－液萃取 19/120 值与物系温度、组成、联结线的斜率有关。对一定物系，在温度变化不大或恒温条件下，且溶质组成变化不大时，k 值才可视为常数。对于萃取剂S与原溶剂B互不相溶的物系，溶质在两液相 中的分配关系还可表示成； KX 溶质中的质量比 在萃取相 溶质 2010年2月11日 第五章 液－液萃取 20/120 2.分配曲线 四个变量中，任意已知3个，物系状态即确定。当温度、压力一定时，三元体系中 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。此时，溶质在两平 衡液相间的平衡关系可表示为 此即分配曲线日 第五章 液－液萃取 21/120 B、S部分互溶 以共轭相的萃余相组成x 直角坐标图上得到表示这一对共轭相组成的点N。每一对共轭相可得一个点，将这些点联结起来即 可得到曲线ONP，称为分配曲线日第五章 液－液萃取 22/120 曲线上的P点为临界混溶点。 分配曲线表达了溶质A在互成平衡的E相与R相中的分配关 系。若已知某液相组成，则可由分配曲线求出其共轭相的 组成。 ＞1，则分配曲线位于y=x直线的上方，反之则位于y=x直线的下方。 若随着溶质A组成的变化，联结线倾斜的方向发生改变， 则分配曲线将与对角线出现交点，这种物系称为等溶度体 2010年2月11日第五章 液－液萃取 23/120 A与S及B、S部分互溶（第II类物系） 有两对组分部分互溶时的分配曲线 采用同样方法可作出有两对组分部分互溶时的分配曲线日 第五章 液－液萃取 24/120 5.2.2.4 温度对相平衡的影响 通常物系的 反之减小。因此，温度明显地影响溶解度曲线的形状、 联结线的斜率和两相区面积， 从而也影响分配曲线的形状。 图示为温度对第I类物系溶 解度曲线和联结线的影响。 显然，温度升高， 温度对互溶度的影响（I类物系） 2010年2月11日 第五章 液－液萃取 25/120 5.2.2.4 温度对相平衡的影响（续） 对于某些物系，温度的 改变不仅可引起分层区 面积和联结线斜率的变 化，甚至可导致物系类 型的转变。如图所示， 当温度为T 图11-10温度对互溶度的影响（II类物系） 2010年2月11日 第五章 液－液萃取 26/120 5.2.3 选择合适的萃取剂是保证萃取操作能够正常进行且经济合理的关键。 萃取剂的选择主要考虑以下因素。 1.萃取剂的选择性及选择性系数 萃取剂的选择性：萃取剂S对原料液中两个组分溶解能力的差