1、1第五章第五章 其他分离技术和分离过程其他分离技术和分离过程5.1概述概述5.3萃取过程的计算萃取过程的计算5.2三元体系液液相平衡三元体系液液相平衡21、萃取原理、萃取原理 在欲分离的液体混合物中加入一种与其不溶或部分互溶的液体溶剂，经过充分混合，利用混合液中各组分在溶剂中各组分在溶剂中溶解度的差异溶解度的差异而实现分离的一种单元操作。溶质溶质 A：混合液中欲分离的组分 稀释剂（原溶剂）稀释剂（原溶剂）B：混合液中的溶剂 萃取剂萃取剂S：所选用的溶剂 32、基本过程描述、基本过程描述混合液混合液A+B萃取剂(溶剂S)萃取相(S+A+B)萃余相萃余相(B+A+S)搅拌加料加料混合混合分相分相排
2、除排除纯化和回收纯化和回收43、分离对象、分离对象液液混合物液液混合物1）相对挥发度等于或者接近1(烷烃/芳烃)2）重组分 含量少，轻组分含量多(水-HAc)(含酚废水处理)3）混合液含热敏性物质（药物）4、萃取操作的特点、萃取操作的特点选择适宜的溶剂是一个关键问题 两个液相应具有一定的密度差 溶质与萃取剂的沸点差大有利 51、液液萃取在石油化工中的应用、液液萃取在石油化工中的应用分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物 用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡以HF-BF3作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体2、在生物化工和精细化工中的应用、在生物化工和精细化工中的应用 以
3、醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素 食品工业中TBP从发酵液中萃取柠檬酸 3、湿法冶金中的应用湿法冶金中的应用用溶剂LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜6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 7三元物系 溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，但萃取剂S与稀释剂B不互溶 溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，稀释剂B与萃取剂S也可部分互溶三元混合液中有两对组分可部分互溶，即溶质A与萃取剂S部分互溶，稀释剂B与萃取剂S也部分互溶81、三元组成在三角形相图中的表示法、三元组成在三角形相图
4、中的表示法 三个顶点：三个顶点：纯物质 三条边上的点三条边上的点：二元混合物的组成ABSH 7.0 BHxA3.0 AHxBMDEGFKH点的组成为：5.2三元体系液液相平衡三元体系液液相平衡9 三角形内的任一点：三角形内的任一点：一定组成的三元混合物M点的组成为：3.0 3.0 4.0AKxSGxBExSBA0.13.03.04.0SBAxxx直角三角形相图 M点的横坐标表示萃取剂S的质量百分数 3.0Sx纵坐标表示溶质A的质量百分数 4.0Ax3.03.04.011SABxxx102、杠杆法则、杠杆法则 三点共线 M点：合点 D、E：差点DE线段成比例 MDMCCD CDDMMCCDCMM
5、D萃取物料衡算的依据萃取物料衡算的依据111、溶解度曲线与联结线（共轭线）、溶解度曲线与联结线（共轭线）1）溶解度曲线）溶解度曲线 单相区两相区FMRE共轭相：共轭相：R相和E相联结线（共轭线）：联结线（共轭线）：RE122）溶解度曲线的实验方法）溶解度曲线的实验方法 R2E2M2R1E1M1R3E3M3J混溶点混溶点132、辅助曲线和临界混溶点、辅助曲线和临界混溶点 辅助线的作法辅助线的作法 C1C2C3P辅助线辅助线 的作用：的作用：求任一平衡液相的共轭相 REP点：点：临界混熔点或褶点 特征是什么？14 3、分配系数和分配曲线、分配系数和分配曲线1）分配系数）分配系数 相中的组成在组分相
6、中的组成在组分RAEAkAAAxyBBBxyk 分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。kA值与联结线的斜率有关。15联结线的斜率0 kA1，yAxA 联结线的斜率为0 kA=1，yA=xA 联结线的斜率0 kA1，yAxA kA值愈大，萃取分离的效果愈好。16 2）分配曲线）分配曲线)(AAxfy分配曲线的数学表达式 174、温度对相平衡关系的影响、温度对相平衡关系的影响 物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加大 温度升高，分层区面积缩小温度升高，分层区面积缩小 T1T2T3 18FMMSMFFSREMEMRREERFRE FEFRREmaxE5.3萃取过程的计算萃取过程的计算19
7、1、萃取剂的选择性和选择性系数、萃取剂的选择性和选择性系数 1）萃取剂的选择性）萃取剂的选择性 在萃余相中的质量分率在萃余相中的质量分率在萃取相中的质量分率在萃取相中的质量分率BABABABAxxyy BBAAxyxyBAkk20=1，BABAxxyyA、B两组分用萃取分离不适宜；1，萃取时组分A可以在萃取相中浓集，越大，组分A与B萃取分离的效果越好。2）选择性系数和分配系数的关系）选择性系数和分配系数的关系 kA愈大，kB愈小，选择性系数愈大 选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小2、萃取剂、萃取剂S与稀释剂与稀释剂B的互溶度的互溶度 组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层
8、面积。21maxEmaxE B、S互溶度小，分层区面积大，可能得到的萃取液的最高浓度ymax较高。B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。223、萃取剂回收的难易、萃取剂回收的难易 被分离体系相对挥发度大，用蒸馏方法分离；如果接近1，可用反萃取，结晶分离等方法。4、萃取剂的其它性质、萃取剂的其它性质 1）萃取剂的密度）萃取剂的密度萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差2）界面张力）界面张力界面张力较大时，有利于分层；界面张力过大，难以使两相混合良好；23界面张力较小时，两相难以分离。首要考虑的还是满足分层的要求。一般不选界面张力过小的萃取剂。3）粘度）粘度 粘度小对萃取剂有利 5、一般工业要求、一般
9、工业要求 化学稳定性、不易聚合、分解，有阻垢的热稳定性，抗氧化的稳定性，对设备的腐蚀性小，无毒，来源容易，价格便宜等 241、单级萃取的流程、单级萃取的流程 原料液FFx萃取剂Ssy萃余相RRx萃取相EEy2、单级萃取的计算、单级萃取的计算1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系 25FREMFMSMFSMRMEERMERSFERFEFRREFRE DDSFDFSminGGSGFFSmax262）萃取剂与稀释剂不互溶的体系）萃取剂与稀释剂不互溶的体系 萃取相中溶质A的浓度)()(SkgAkgY 萃余相中溶质A 的浓度)()(BkgAkgX REFBXSYSYBX0)()(
10、0FREXXBYYS0)(YXXSBYRFE)(0FRXXSBY27当萃取剂为纯溶剂时，Y0=0)(FREXXSBY单级萃取的操作线方程单级萃取的操作线方程 XYXFSBE1X1Y1281、多级错流接触萃取的流程、多级错流接触萃取的流程 292、多级错流萃取的计算、多级错流萃取的计算 1）萃取剂和稀释剂部分互溶的体系）萃取剂和稀释剂部分互溶的体系 M1010FSMSMFR1E1M2R2E2M3E3R3302）萃取剂和稀释剂不互溶的体系）萃取剂和稀释剂不互溶的体系 对第一级：)(1101FXXSBYY第2到N级：.)(12202XXSBYY)(1NNNonXXSBYY错流萃取每一级的操作线方程错
11、流萃取每一级的操作线方程 a）直角坐标图解法31OEY0XFV-B/S1E1X1Y1U-B/S2E2X2Y2-B/S332b）解析法KXY 分配曲线：设：BKSAm萃取因子)ln()1ln(1KYXKYXAnSnsFm331、多级逆流萃取的流程、多级逆流萃取的流程 342、多级逆流萃取的计算、多级逆流萃取的计算1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系 FRNME1R1E2R2E335NREMSF1对第一级作总物料衡算 211112EREFEREF或对第二级作总物料衡算 32212231ERERREER或依此类推，对第n级作总物料衡算 SRERERSRNNNNNN11或36
12、NNiiEREREREREF1132211SRN操作点操作点 2）萃取剂与稀释剂不互溶的体系）萃取剂与稀释剂不互溶的体系a）直角坐标图解法在第一级与第N级间作溶质A的物料衡算 SYBXSYBXNF0)()(01NFFNXXSBXXSBYY逆流萃取的操作线方程逆流萃取的操作线方程 37XYOEXFY1P1XNSE1P238b）解析法1)11ln(ln1mSnSFmmAKYXKYXAAn3）多级逆流萃取的最小溶剂用量多级逆流萃取的最小溶剂用量 XYOEXRXFk1k2kminMminminmin/kBS391、连续逆流萃取的流程、连续逆流萃取的流程 402、连续逆流萃取的计算、连续逆流萃取的计算1）理论级当量高度法）理论级当量高度法 )(HETSnh 2）传质单元法）传质单元法FnXXXXXdXaKBhORORNHh 当分配曲线为直线时，萃余相总传质单元数的解析计算式为：mSnsFmmORAKYXKYXAAN1)11(ln111
