化工原理_37液液萃取和液固浸取概述

1第十章液－液萃取和液－固浸取通过本章学习，应掌握液－液相平衡在三角形相图上的表示方法，能用三角形相图对单级萃取过程进行分析和计算。了解多级萃取过程的流程与计算方法；萃取设备的类型及结构特点。学习目的与要求210.1液－液萃取概述10.1.1萃取的原理与流程第十章液－液萃取和液－固浸取3一、萃取过程的原理形成两相体系的方法引入一液相（萃取剂）分离物系液体混合物萃取原理液体混合物(A+B)引入另一液相（萃取剂S）各组分在萃取剂中溶解度不同液相E(萃取相)(S+A+微量B)液相R(萃余相)(B+微量A、S)示例用苯萃取分离醋酸和水混合物4二、萃取操作流程萃取操作示意图510.1.1萃取的原理与流程第十章液－液萃取和液－固浸取10.1.2萃取的分类与应用10.1液－液萃取概述6一、萃取过程的分类按有无化学反应分类萃取化学萃取物理萃取√按萃取级数分类多级逆流萃取萃取多级萃取单级萃取√多级并流萃取7按萃取技术分类双溶剂萃取单溶剂萃取√膜萃取凝胶萃取超临界萃取一、萃取过程的分类萃取反向胶团萃取按萃取组分数目分类萃取多组分萃取单组分萃取√8二、萃取操作的应用萃取操作应用场合溶质浓度很低,且为难挥发组分物系的分离热敏性物系的分离相对挥发度物系的分离19第十章液－液萃取和液－固浸取10.2液－液相平衡关系10.2.1液－液平衡相图10.1液－液萃取概述10一、组成在三角形相图上的表示方法萃取为三元物系的分离过程溶质A原溶剂B萃取剂S三角形坐标图等边三角形坐标图等腰三角形坐标图非等腰三角形坐标图√组成在三角形坐标图上的表示方法M点40.0Ax30.0Bx30.0SxD点40.0Ax60.0SxABSDM12二、各组分量之间的关系－杠杆规则杠杆规则M=BAMMMMAMMBO和点A差点B差点MAMBMMA+MBOAOBABOBABOA杠杆规则的应用ABSMREAxSxBxAyBySyAzSzBz液相RrkgxA、xS、xB液相EekgyA、yS、yB液相MmkgzA、zS、zBermEMRMreAAAAyzzxERRMmeAAAAyxzx14三、液－液平衡相图(溶解度曲线)根据萃取操作中各组分的互溶性，三元物系分为以下情况，即Ⅰ类物系Ⅱ类物系√1.溶解度曲线的两种形式①A完全溶于B及S，B与S不互溶②A完全溶于B及S，B与S部分互溶③A完全溶于B，A与S部分互溶B与S部分互溶溶解度曲线(1)－已知联结线共轭相均相区两相区溶解度曲线临界混溶点联结线溶解度曲线(2)－已知辅助曲线辅助曲线溶解度曲线两种溶解度曲线的互换由联结线求辅助曲线两种溶解度曲线的互换1E2E1R2R由辅助曲线求联结线192.温度对溶解度曲线的影响温度T溶解度两相区～～不利于萃取操作三、液－液平衡相图(溶解度曲线)20第十章液－液萃取和液－固浸取10.2液－液相平衡关系10.2.1液－液平衡相图10.1液－液萃取概述10.2.2液－液平衡方程与分配曲线21一、以质量分数表示的平衡方程气液平衡方程AAAxky液液平衡方程AAAxky萃取相中溶质分数萃余相中溶质分数分配系数AAAxykBBBxyk22若S与B完全不互溶萃取相中不含B，S的量不变萃余相中不含S，B的量不变用质量比计算方便液液平衡方程AAAXKY二、以质量比表示的平衡方程萃取相中溶质的质量比分配系数萃余相中溶质的质量比23三、分配曲线以xA为横坐标，yA为纵坐标，在直角坐标图上，每一对共轭相可得一个点，将这些点联结起来，得到曲线称为分配曲线。溶解度曲线分配曲线24分配曲线的作法PPxyxy25第十章液－液萃取和液－固浸取10.2液－液相平衡关系10.2.1液－液平衡相图10.1液－液萃取概述10.2.2液－液平衡方程与分配曲线10.2.3萃取剂的选择26一、萃取剂的选择性与选择性系数萃取剂的选择性是指萃取剂S对原料液中两个组分溶解能力的差异。选择性系数萃余相中B的质量分数萃余相中A的质量分数萃取相中B的质量分数萃取相中A的质量分数BBAABABAxyxyxxyy27AAAxky因为所以BBAyxkBAkk萃取效果β萃取操作1BByx1β＝1不能实现萃取分离一、萃取剂的选择性与选择性系数～28二、萃取剂的选择萃取剂选择考虑的主要因素选择性系数β原溶剂B与萃取剂S的互溶度萃取剂回收的难易萃取剂的其他物性密度表面张力黏度萃取剂的稳定性、安全性、经济性2910.1萃取过程概述第十章液－液萃取和液－固浸取10.2液－液相平衡关系10.3液－液萃取过程的计算10.3.1单级萃取的计算30一、B与S部分互溶物系已知：原料量F、原料组成xF溶剂组成yS规定：萃余相组成xR计算：萃取剂量S萃取相量E、组成yE萃余相量R萃取液量、组成萃余液量、组成EEyRxR单级萃取图解xF纯溶剂FxRREMyEEyRxER32ERSFMMSMFFS×=RERMMEEMRERFRFEEFRGSFGFSmin×=HSFHFSmax×=maxminSSS一、B与S部分互溶物系33二、B与S不互溶物系若B与S完全不互溶萃取相中不含B，S的量不变萃余相中不含S，B的量不变用质量比计算方便XFYEXRYS—原料液中组分A的质量比，kgA/kgB—萃取相中组分A的质量比，kgA/kgS—萃余相中组分A的质量比，kgA/kgB—萃取剂中组分A的质量比，kgA/kgS34对溶质A质量衡算RESFBXSYSYBX+=+)XX(SBYYFRSE－－－=操作线方程斜率SB过点),(SFYX直角坐标图图解法BFXSSYBRXRESEY二、B与S不互溶物系35单级萃取图解计算斜率–B/SSYEY)1(RRXBBXBR)1(EEYSSYSEFXRX【例10-1】一定温度下测得的A、B、S三元物系的平衡数据如本题附表所示。（1）绘出溶解度曲线和辅助曲线；（2）查出临界混溶点的组成；（3）求当萃余相中xA=20%时的分配系数kA和选择性系数β；（4）在1000kg含30%A的原料液中加入多少kgS才能使混合液开始分层？（5）对于第（4）项的原料液，欲得到含36%A的萃取相E，试确定萃余相的组成及混合液的总组成。编号1234567891011121314E相yA07.9152126.23033.836.53942.544.5454341.6yS908274.267.561.155.850.345.741.433.927.521.716.515R相xA02.557.51012.515.017.5202530354041.6xS55.055.15.25.45.65.96.26.67.58.910.513.515例4-1附表A、B、S三元物系平衡数据（质量分数）解：（1）溶解度曲线和辅助曲线由题给数据，可绘出溶解度曲线LPJ，由相应的联结线数据，可作出辅助曲线JCP，如本题附图所示。(2)临界混溶点的组成辅助曲线与溶解度曲线的交点P即为临界混溶点，由附图可读出该点处的组成为xA=41.6%,xB=43.4%,xS=15.0%(3)分配系数kA和选择性系数β根据萃余相中xA=20%，在图中定出R1点，利用辅助曲线定出与之平衡的萃取相E1点，由附图读出两相的组成为E相yA=39.0%,yB=19.6%R相xA=20.0%,xB=73.4%由式10-4计算分配系数，即及由式4-6计算选择性系数，即（4）使混合液开始分层的溶剂用量根据原料液的组成在AB边上确定点F，联结点F、S，则当向原料液加入S时，混合液的组成点必位于直线FS上。当S的加入量恰好使混合液的组成落于溶解度曲线的H点时，混合液即开始分层。分层时溶剂的用量可由杠杆规则求得，即所以40(5)两相的组成及混合液的总组成根据萃取相中yA=36%，在图中定出E2点，由辅助曲线定出与之相平衡的R2点。由图读得xA=17.0%,xB=77.0%,xS=6.0%R2E2线与FS线的交点M即为混合液的总组成点，由图读得xA=23.5%,xB=55.5%,xS=21.0%41练习题目思考题作业题:1、21.萃取操作的基本原理是什么？2.共轭相、联结线、临界混溶点、辅助曲线各表示何意义？3.分配系数和选择性系数各表示何意义？4.溶解度曲线和分配曲线有何联系？