化工原理液液萃取

《化工原理》电子教案/目录1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《化工原理》电子教案/目录2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第四节萃取设备目录第十二章小结《化工原理》电子教案/第十二章3/53第十二章液液萃取第一节概述一、什么是液液萃取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。原料液萃取剂SSA+B萃取液E萃取相EA(大量),B(少量)S+A+BS萃余相RB+A+S萃余液RB(大量),A(少量)溶质原溶剂（液相）充分接触相界面(extractphase)(raffinatephase)与吸收相似《化工原理》电子教案/第十二章4/53第十二章液液萃取第一节概述二、萃取流程《化工原理》电子教案/第十二章5/53第一节概述稀溶液：溶质是易挥发组分溶质是难挥发组分＝1或1的体系：热敏性溶液：其他-----精馏或萃取-----萃取-----萃取或特殊精馏-----萃取-----精馏思考：精馏和萃取都是用来分离液相均相混合物的，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《化工原理》电子教案/第十二章6/53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萃取剂SSA+B萃取液E萃取相EA(大量),B(少量)S+A+BS萃余相RB+A+S萃余液RB(大量),A(少量)返回目录《化工原理》电子教案/第十二章7/53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。《化工原理》电子教案/第十二章8/53一、三角形相图及其应用ABS三角形相图溶质原溶剂萃取剂%100%%%SBA②每条边代表二元溶液①顶点代表纯组分③相图中的点代表三元溶液%100%%BAAxAxSxBxBx《化工原理》电子教案/第十二章9/53一、三角形相图及其应用ABS和点差点差点杠杆三角形相图的应用：原料液F萃取剂SSA+B萃取液E萃取相EA(大量),B(少量)S+A+BS萃余相RB+A+S萃余液RB(大量),A(少量)REREFMRMMEER杠杆原理：FMMSSFM表示混合、分离等过程；查取浓度；《化工原理》电子教案/第十二章10/53一、三角形相图及其应用原料液F萃取剂SSA+B萃取液E萃取相EA(大量),B(少量)S+A+BS萃余相RB+A+S萃余液RB(大量),A(少量)AFMBS杠杆如何证明上述杠杆原理成立？物料衡算：MFMxSFxMSF0MFxSFFxFMMSxxxSFMFM0----杠杆原理本质上就是物料衡算关系差点和点差点《化工原理》电子教案/第十二章11/53ABS二、萃取过程中的相平衡关系AR(B层)E(S层)B多S少S多B少+A+A1、B与S部分互溶时溶解度曲线相平衡关系包含：溶解度曲线共轭线MRE辅助线M临界混溶点(褶点)plaitpoint辅助线B、S部分互溶时共轭线（联结线）Tieline通常由实验测定。下面，定性推出相平衡关系曲线的形状。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。两相区均相区P《化工原理》电子教案/第十二章12/531、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？2、B、S互溶度变大，则两相区范围如何变化？3、温度升高，对两相区范围有何影响？B、S互溶度变大ABSAR(B层)E(S层)B多S少S多B少+A+A溶解度曲线MRE辅助线M临界混溶点(褶点)plaitpointB、S部分互溶时两相区均相区P两相区范围变小互溶度增大，两相区范围变小《化工原理》电子教案/第十二章13/531、B与S部分互溶时AxFPREBMSAxFPREBMS共轭线还有以下两种情形：B、S部分互溶时《化工原理》电子教案/第十二章14/53二、萃取过程中的相平衡关系yAABMSxAPERPxAxAyA分配曲线相平衡关系曲线-----分配曲线B、S部分互溶时对角线《化工原理》电子教案/第十二章15/53二、萃取过程中的相平衡关系ABS萃余相萃取相2、B、S部分互溶A、S部分互溶时《化工原理》电子教案/第十二章16/53二、萃取过程中的相平衡关系ABS萃余相萃取相思考：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？3、B、S完全不互溶原料液萃取剂SSA+B萃取液E萃取相E（纯A）S+A萃余相R（萃余液R）B+AB、S完全不互溶时二元溶液-----相平衡关系曲线一般用分配曲线表示xy《化工原理》电子教案/第十二章17/53二、萃取过程中的相平衡关系AAAxykBBBxyk原料液萃取剂SSA+B萃取液E萃取相EA(大量),B(少量)S+A+BS萃余相RB+A+S萃余液RB(大量),A(少量)AyAx0Ay0AxFx4、分配系数ki、选择性系数------分配系数distributioncoefficient------选择性系数relativeselectivity相平衡关系除用图形表示外，还可以用下式计算：BBAABAxyxykk0000000011AAAABBAAxyxyxyxy《化工原理》电子教案/第十二章18/53二、萃取过程中的相平衡关系萃取要求：1，kA越大越好，kB越小越好。对照：BABBAAxpxpBBAAxyxyBBAABAxyxykk意义相同返回目录《化工原理》电子教案/第十二章19/53第三节分级萃取计算化学萃取物理萃取多元萃取二元萃取分级接触式微分连续接触式微分接触式原料液萃取剂SSSR1R2R3E1E2E3分级接触式本节要讨论的《化工原理》电子教案/第十二章20/53第三节分级萃取计算Ri-1RiiEi-1Ei理论级计算前提------理论级假定离开的两相Ri、Ei呈相平衡关系《化工原理》电子教案/第十二章21/53一、单级萃取的流程及计算S0F，xFR，xRR，xRE，yES0，ySE，yES0已知：F、xF、yS、xR（或0Rx、yE、0Ey）、相平衡关系。求：S0、R、E、另一相浓度MSFMFS00SFERRMMEERFERFREFER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。（一）B、S部分互溶时EMERFS0R---图解法《化工原理》电子教案/第十二章22/53一、单级萃取的流程及计算AFBSAFPBS最小溶剂用量和最大萃取液浓度最小萃取剂用量SminMMM0yAmax最大萃取液浓度0max,Ay思考：最大萃取剂用量如何确定？《化工原理》电子教案/第十二章23/53一、单级萃取的流程及计算B，XFB，XR(XR)A，YE=1S，YSS，YESERSFSYBXSYBXSFREYXXSBYYYE斜率SB(XF,YS)0XRX（二）B、S完全不互溶时原料液萃取剂SSA+BA萃取相ES+A萃余相RB+A---解析法物料衡算：相平衡关系：REXfY解两个未知数浓度用质量比更方便------------操作线过点（XF，YS），（XR，YE）《化工原理》电子教案/第十二章24/53习题课ABSSF，R，xRxF=0.3xA/xB=0.25R，xRE，yES，ySE，yESkA16=0【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，kA1，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）《化工原理》电子教案/第十二章25/53习题课ABS2.025.01000AAABAxxxxx6.0625.011)1(00000AAABAAABBAAyyyxyxyxyxy【解】（1）萃取液量与萃余液量的比值找到点F、E、R，然后应用杠杆原理求E、R的大小。EREFFRREF313.06.02.03.000FAAFxyxxSF，R，xRxF=0.3xA/xB=0.25R，xRE，yES，yS＝0E，yESkA16图解法：《化工原理》电子教案/第十二章26/53习题课SF，R，xRxF=0.3xA/xB=0.25R，xRE，yES，yS＝0E，yESkA16ABSERMSSMFMMFSMFMMSMFFSFSminMM（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：ERF作业：《化工原理》电子教案/第十二章27/53二、多级错流萃取SRS1S2S3SF，xFR1R2R3RNE1E2E3ENSE123N1、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。《化工原理》电子教案/第十二章28/53二、多级错流萃取解析法图解法SRS1S2S3SF，xFR1R2R3RNE1E2E3ENSE123N2、计算-----求级数N《化工原理》电子教案/第十二章29/53二、多级错流萃取SRSSSSSF，xFR1R2R3RNE1E2E3ENSE123N（1）当B、S部分互溶时ABSFM1R1E1----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；11111111MREMERERSF②过M1作共轭线，定点R1、E1及其大小；《化工原理》电子教案/第十二章30/53ABSFM1R1E1SRSSSSSF，xFR1R2R3RNE1E2E3ENSE123NM2R2E2222222221MREMERERSR③连点R1、S，由R1、S大小和杠杆原理定和点M2；④过M2作共轭线，定点R2、E2及其大小；⑤如此反复，直至xNxR（指定）为止，共轭线的个数即为理论级数。《化工原理》电子教案/第十二章31/53二、多级错流萃取YE1E2E31432XNX2X1XFX例如第一级：FXXSBY11SSSS[SB，XFBBBBX1X2Xi-1XXiXNY1Y2YiYNSE（纯A）12iN过点(Xi-1，0)，(Xi，Yi)过点(XF,0)，(X1,Y1)（2）当B、S完全不互溶时----图解法-----操作线方程：1iiiXXSBY《化工原理》电子教案/第十二章32/53习题课SS1S2S3F，xFR1R2R3E1E2E3AxFBS【例2】多级错流萃取三级错流萃取如图所示。已知xF，各级分配系数kA为1，各级的溶剂比：123121RSRSFS使用纯溶剂，溶解度曲线如图所示。试在相图中表示三级错流过程。作业：《化工原理》电子教案/第十二章33/53三、多级逆流萃取R′E′F,xFR1R2RN-1RN12NE1E2E3ENS，ySSS特点：传质推动力较为均匀1．流程及特点《化工原理》电子教案/第十二章34/53三、多级逆流萃取R′E′F,xFR1R2RN-1RN12NE1E2E3ENS，ySSS1ERSFNFERSN1112EREF121REFE2312RERENNNRSRE1总物料衡算：2、计算级数（1）当B、S部分互溶时第1级：第2级：第N级：解析法图解法xN----净流量《化工原理》电子教案/第十二章35/532、计