----液萃取简介液萃取简介 液----液萃取又称溶剂萃取，是利用原料液中各组 分在溶剂中的溶解度不同而分离的一种单元操作。 回收溶剂S原料液A+B 萃取剂S 混合器 澄清器 萃取相E 萃取液E′11.1概述 11.1概述二、萃取的应用 二、萃取的应用 1、混合液中各组分的沸点接近，或各组分的相对挥发 度接近于1，采用精馏操作所需的理论塔板数很多， 或回流比很大，设备费和操作费用大，不经济，可采 用萃取。如苯（沸点353.25K）环己烷（沸点为 354.15K），加入萃取剂糠醛 即可分离。 2、混合液中欲回收的组分是热敏性物质，受热分解， 聚合或发生其它反应。在生化和制药工业中广泛应用， 如：从发酵液中提取青酶素，咖啡因的提取都应用萃 11.1概述3、稀溶液，溶质在混合液中浓度很低且为难挥发组分， 采用精馏将大量稀释剂气化，热能消耗很大，从稀醋 酸水溶液中制备无水醋酸。 4、混合液中组分蒸馏时形成恒沸物，采用普通的精馏 方法，得不到所需的纯度。 5、其它，如多种金属物质的分离（稀有元素的提取， 铜----铁，铀----钒、锯----钽），工业材料的制取，废 水治理等广泛地采用萃取。 11.1概述三、萃取剂的选择 三、萃取剂的选择 在萃取操作过程，选择合适的萃取剂，对萃取效率和经 济效果均有较大影响，选取萃取剂时，可以从以下几个方面 考虑： （1）萃取剂的选择性：选择的萃取剂对溶质A有较大的溶解能 力。而与稀释剂B的互溶度较小。 （2）选择的萃取剂应使萃取相和萃余相之间有一定的密度差， 易于分层。 （3）萃取剂具有化学稳定性、热稳定性，对设备腐蚀性较小。 （4）萃取剂应无毒，不易燃烧，便于操作，输运及贮存来源充 分，价格低廉。 （5）要求萃取剂易于回收，且回收操作费用低。 11.1概述四、萃取基本流程 四、萃取基本流程 萃取 单组分萃取 双组分萃取（回流萃取） 单级萃取或并流接触萃取 多级错流萃取 多级逆流萃取 连续逆流萃取 11.1概述11、单级萃取 、单级萃取 22、多级错流萃取 、多级错流萃取 溶剂Ｓ 原料液Ｆ 萃取相Ｅ 萃取器原料液F 回收溶剂S 萃取液E′ 萃取相萃取剂S 11.1概述33、多级逆流萃取 、多级逆流萃取 1011.2 液液相平衡 11.2.1 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11-1所 示，其中以等腰直角三角形坐标图最为常用。 11 11.2 液液相平衡 图11-1 三角形相图 12 11.2 液液相平衡 一般而言，在萃取过程中很少遇到恒摩尔流的简化 情况，故在三角形坐标图中混合物的组成常用质量分数 表示。 习惯上，在三角形坐标图中，AB边以A的质量 分率作为标度，BS边以B的质量分率作为标度，SA边 以S的质量分率作为标度。 三角形坐标图的每个顶点分 别代表一个纯组分，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。 三角形 坐标图三条边上的任一点代表一个二元混合物系，第三 组分的组成为零。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。 13 11.2 液液相平衡 三角形坐标图内任一点代表一个三元混合物系。 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： A=0.4、B=0.3、S=0.3；也可由点D、 H、F读得A、B、S的组成。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。在实际应用时，一般首先由两直 角边的标度读得A、S的组成及，再根据归一化条件 求得。 14 11.2 液液相平衡 （2）杠杆规则 如图11-2所示，将质量为 kg、 组成为 的混合物系R与质量为 kg、组成为 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 如图11-215 11.2 液液相平衡 和点M与差点E、R之间的关系可用杠杆规则描述， 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。 （I）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。 （ii）数量关系：和点与差点的量m、r、e与线段长 之间的关系符合杠杆原理，即：16 11.2 液液相平衡 以R为支点可得m、e之间的关系 以M为支点可得 之间的关系以E为支点可得 raeb 1711.2 液液相平衡 11.2.2 三角形相图 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 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。 18 11.2 液液相平衡 一、溶解度曲线 液液相平衡 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11-3所示。此图是在一定温度下绘制 的，图中曲线R 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，联结两共轭液相相点的直线中的R 线,……n)。显然萃取操作只能在两相区内进行。 20 11.2 液液相平衡 二、辅助曲线和临界混溶点 一定温度下，测定体系的溶 解度曲线时，实验测出的联 结线的条数（即共轭相的对 数）总是有限的，此时为了 得到任何已知平衡液相的共 轭相的数据，常借助辅助曲 线 液液相平衡 辅助曲线与溶解度曲线的交点为P，显然通过P点的 联结线无限短，即该点所代表的平衡液相无共轭相，相 当于该系统的临界状态，故称点P为临界混溶点。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。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。 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。 通常，一定温度下的三元物系溶解度曲线、联结线、 辅助曲线及临界混溶点的数据均由实验测得，有时也可 从手册或有关专著中查得。 22 11.2 液液相平衡 三、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， ——萃余相R中组分A、B的质量分数。23 11.2 液液相平衡 （2）分配曲线 相平衡关系如图所示，现将50kg的S和50kg的B相 （1）、该混合物是否分成两相？两相的组成及数 量各多少？ （2）、在混合物中至少 加入多少A，才能使混合 物变为均相？ （3）、从此均相混和物 中除去30kg的S，剩余液 体的数量与组成各为多少？ 0.20.2 0.4 0.4 0.6 0.6 0.8 0.8 SD1.0 1.0 25 11.3 萃取计算 在萃取过程的计算中，无论采用单级或多级萃 取操作，均假定每一级为一个理论级，即离开萃 取操作中的理论级概念和蒸馏中的理论相当。一个实际萃取级的分离能力达不到一个理论级。实 际的级数 ，总的级效率η可通过 实验确定，理论级数 2611.3.1单级萃取的计算 单级萃取的计算 单级萃取分两种：1、间歇操作：物料的重量用kg表示 2、连续操作：每股物料流量用kg/h表示 萃取剂 萃取器萃取液Ｅ′，y′ 2711.3.1单级萃取的计算 单级萃取的计算 工程上常遇到的问题是： 已知：原料液组成x 系的相平衡数据（或曲线）萃余相组成x 萃取剂用量S萃取相E的量 2811.3.1单级萃取的计算 单级萃取的计算 2911.3.1单级萃取的计算 单级萃取的计算 此类问题可以利用三角形相图，图解计算法来求解： （1）根据体系的相平衡数据，作出溶解度曲线）加入萃取剂 纯萃取剂 =0，S点落在三角形右顶点上。回收萃取剂y 点落在三角形内，在S点的左上方。 又已知x 么代表原料液与萃取剂的混合液组成点M必在SF线）已知x ′在AB上定出R′，连接R′S交溶解度曲线于R点），再由R点利用辅助曲线求得E点 连接ER，与SF交于M点，利用杠杆规则可求出萃取剂S的 用量。 30 11.3.1单级萃取的计算 单级萃取的计算 31EM MR MSMF MSMF MxEy Rx Sy Fx 溶质总物料衡算： 由于E′、F、R′在同一直线AB上，由杠杆规则得： 3211.3.2 多级错流萃取的计算 多级错流萃取的计算 原料液F 回收溶剂S 萃取液E′

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