1、化工原理第七章萃取1 概述2 三元体系的液液相平衡3 萃取过程的计算5 液液萃取设备4.1 概述1、萃取操作的基本原理和过程液液萃取（抽提）：在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，分相，利用混合液中各组分在溶剂中溶解度的差异而实现分离的一种单元操作。又称溶剂萃取。目的:分离液-液混合物。依据:利用混合物中各组分在某一溶剂中的溶解度之间的差异。混合传质过程：充分接触，相界面传质；沉降分相过程：密度差分相E、R；脱除溶剂过程：精馏、蒸发、结晶等。几个概念：萃取剂(溶剂)S：所用的溶剂原料液F：所处理的混合液（A+B）溶质A：原料液中易溶于溶剂的组分；原溶剂（稀释剂）B：
2、难溶或不溶组分。需高大厂房和复杂的辅助设备。T、浓度kA；yA、yB萃取相E中组分A、B的质量分数；有一对组分部分互溶时的分配曲线沉降分相过程：密度差分相E、R；需在三角形相图上表示；反之，难分层，易乳化；范围 ymax。习惯上，将、两种情况的物系称为第 1：如芳烃与脂肪烃；作溶解度曲线和辅助曲线；S一般循环使用，常含少量A和B，故最终R相最低组成受循环溶剂组成限制，E相最高组成受料液组成限制。作SE,SR的延长线，读图，确定萃取液和萃余液组成及流量。1、B,S部分互溶时的三角形坐标图解法单级图解的重复2、萃取剂S与稀释剂BxA、xB萃余相R中组分A、B的质量分数。类似于，溶质A在萃取液与萃余
3、液中的组成关系得ED，则BE（SD）为 外界加入萃取剂形成第二相，故萃取剂与不一定是顶点（因为联结线有一定斜率）；2、萃取分离的适用场合 1：如芳烃与脂肪烃；混合物蒸馏时形成恒沸物；欲回收的物质为热敏性物料；稀溶液，精馏能耗大：如稀醋酸制备无水醋酸；稀有元素及环境治理：废水脱酚；分离极难分离的金属：核燃料等。3、萃取操作的特点 外界加入萃取剂形成第二相，故萃取剂与混合液只能部分互溶或完全不溶；不能直接得到纯产品过渡操作；常温操作，适合热敏性组分且节能；三元或多元体系，相平衡关系复杂，通常需在三角形相图上表示；4.2 三元体系的液液相平衡组分浓度常用质量分率表示，有时也用体积分率或摩尔分率。各顶
4、点表示纯组分（A、B、S）；任一边上的点表示相关二元混合物；习惯上，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。三角形内的点代表三元混合物。M点的组成：过M点做BS的平行线，得ED，则BE（SD）为含有的溶质A；过M点做AS的平行线，得HG，则AH（SG）为含有的稀释剂B；过M点做AB的平行线，得KF，则AK（BF）为含有的萃取剂S。按组分互溶度，将三元混合液分为：A完全溶于B及S中，而B、S不互溶；A完全溶于B及S中，而B、S部分互溶；A与B互溶，B与S和A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。工业上常
5、见的第类物系有：丙酮(A)水(B)甲基异丁基酮(S)、醋酸(A)水(B)苯(S)丙酮(A)氯仿(B)水(S)；第类物系有：甲基环己烷(A)正庚烷(B)苯胺(S)、苯乙烯(A)乙苯(B)二甘醇(S)。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。溶解度曲线和联结线设溶质A可完全溶于B及S，但B与S部分互溶。相平衡数据测定：加入的B、S适量搅拌均匀，静止分层，得到互呈平衡的液-液两相)，得到一组平衡数据。在总组成为F的二元混合液中加入一定量A(B、S的质量比不变)，三元混合液的组成点将沿AF线变化；A的量逐渐增加，直至不再分相混溶点（分层点）。改变总组成，重复上述步骤，得到溶解
6、度曲线。两相区内的混合物为两个液相，达到平衡时，两个液层称为共轭相，连接共轭液相组成坐标的直线称为联结线。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T、浓度kA；解析法适用：Y=KX（K为常数）S一般循环使用，常含少量A和B，故最终R相最低组成受循环溶剂组成限制，E相最高组成受料液组成限制。稀溶液，精馏能耗大：如稀 A与B互溶，B与S和A与S部分互溶。混合液只能部分互溶或完全不溶；xA、xB萃余相R中组分A、B的质量分数。过M点做AB的平行线，作溶解度曲线和辅助曲线；于A、B二元原料
7、液F中因此，在XY坐标中，组成点应是二者的交点。若kA1，联结线斜率0，曲线在y=x上方；kA1，联结线斜率1，联结线斜率0，曲线在y=x上方；kA=f(物系，T，浓度)。xA、xB萃余相R中组分A、B的质量分数。萃取剂的选择性和选择性系数例：在25下，已知丙酮(A)-水(B)-氯仿(S)若kA1，则一定有1；原溶剂（稀释剂）B：难溶或不溶组分。混合物蒸馏时形成恒沸物；TB及S中A溶解，分相区缩小；TB及S中A溶解，分相区缩小；（特别是无外加能量的设备）；萃取剂的选择性和选择性系数2）由R点和辅助线得E点，RE与SF交于M点；稀溶液，精馏能耗大：如稀范围 ymax。需高大厂房和复杂的辅助设备。
8、杠杆规则E、R(差点差点)与混合总组成点M（和点）（和点）共线；各物相的量符合杠杆规则：ABSFREMMRERME于A、B二元原料液F中加入纯溶剂S，则混合液总组成的坐标M点沿SF线而变，具体位置由杠杆规则确定:ABSFREMMFSFMS萃取剂的选择性和选择性系数 溶剂要具有一定选择性，对A溶解度要大，对其它组分溶解度要小。萃取相：萃余相：评价指标选择性系数。选择性系数：表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小。=f(kA)，kA=f(T，浓度）；一般xB/yB1。若kA1，则一定有1；若kA1，则可能大于1或接近1；效果S用量能耗产品纯度；=1，脱S后组成与料液相同，不能用萃取分离。类似于，
9、溶质A在萃取液与萃余液中的组成关系也可用类似于蒸馏中的汽液平衡方程表示：2、萃取剂S与稀释剂B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面积。互溶度分层面积ymax。B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。萃取设备：分级式与连续式；S一般循环使用，常含少量A和B，故最终R相最低组成受循环溶剂组成限制，E相最高组成受料液组成限制。同一级的两相处于平衡，满足平衡关混合液只能部分互溶或完全不溶；作溶解度曲线和辅助曲线；R，在AB线上，数量关合液组成变化时，其联结线的斜率会有较大任一边上的点表示相关二元混合物；原溶剂（稀释剂）B：难溶或不溶组分。不互溶，则E中的S与R中的B为常数，工业上常见的第
10、类物系有：kA=f(物系，T，浓度)。反之，难分层，易乳化；若接近1，可用反萃或结晶分离等方法。得KF，则AK（BF）为T 互溶度 需高大厂房和复杂的辅助设备。组分浓度常用质量分率表示，有时也用体2）分配曲线yAxA图2、萃取剂S与稀释剂B3、萃取剂回收的难易与经济性 回收费用在萃取中比重大；常用蒸馏分离：大且无共沸，组成小的易挥发，若溶剂作易挥发则汽化热要小节能；若接近1，可用反萃或结晶分离等方法。萃取能力大，减少S用量；S在B中溶解度小，减少浪费。4、萃取剂的其它物性 密度：密度差大，容易分相处理能力（特别是无外加能量的设备）；表面张力：大易聚结易分相难分散；反之，难分层，易乳化；黏度：对
11、萃取有利。一般工业要求：化学及热稳定性，腐蚀性，无毒，来源，价格等。例 一定T，测得A、B、S平衡数据。试求：作溶解度曲线和辅助曲线；临界互溶点组成；xA=20%时的kA和；F=100kg,xF=30%,混合液开始分层时混合液开始分层时S=?;对 中料液，欲得yA=36%，xA=?，xM=?作溶解度曲线和辅助曲线；临界互溶点组成；xA=20%时的kA和；F=100kg,xF=30%,混合液开始分层时混合液开始分层时S=?;对 中料液，欲得yA=36%，xA=?，xM=?4.3萃取过程的计算萃取设备：分级式与连续式；分级式：单级萃取和多级萃取假设条件：离开每级的萃取相和萃余相相互平衡。S一般循环
12、使用，常含少量A和B，故最终R相最低组成受循环溶剂组成限制，E相最高组成受料液组成限制。作溶解度曲线和辅助曲线；三元或多元体系，相平衡关系复杂，通常1、萃取过程在三角形相图上的表示得到平衡相：E相与R相稀溶液，精馏能耗大：如稀的，有少数物系，例如吡啶氯苯水，当混R，在AB线上，数量关稀溶液，精馏能耗大：如稀例 一定T，测得A、B、S平衡数据。外界加入萃取剂形成第二相，故萃取剂与 不能直接得到纯产品过渡操作；工业上常见的第类物系有：kA1，联结线斜率1，联结线斜率0，曲线在y=x上方；1、萃取过程在三角形相图上的表示每级均加入新鲜S，前一级的R做为后一级的 处理量大，级效率高；T、浓度kA；溶质
13、A：原料液中易溶于溶剂的组分；因此，在XY坐标中，组成点应是二者的交点。液液萃取（抽提）：在液体混合物中加入一分类：逐级接触和微分接触 常温操作，适合热敏性组分且节能；1、萃取操作的基本原理和过程1、B,S部分互溶时的三角形坐标图解法单级图解的重复溶质A：原料液中易溶于溶剂的组分；特点：连续、高效、S用量小；kA=f(物系，T，浓度)。T影响曲线形状、联结线斜率及两相区的1）作平衡曲线及辅助曲解析法适用：Y=KX（K为常数）特点：连续、高效、S用量小；S一般循环使用，常含少量A和B，故最终R相最低组成受循环溶剂组成限制，E相最高组成受料液组成限制。B、S部分互溶体系的图解计算 三角形相图上逐级
14、图解法1）作平衡曲线及辅助曲线；2）确定F、S，并由溶剂比S/FM；3）由xnRn，由Rn、M延长确定E1；4）由平衡关系及物料衡算n。4.5液液萃取设备分类：逐级接触和微分接触 有外加能量和无外加能量1、混合澄清槽优点：处理量大，级效率高；结构简单，容易放大和操作；流量比范围大，运转稳定可靠，易于开、停工；对物系的适应性好，对含有少量悬浮固体的物料也能处理；易实现多级连续操作，便于调节级数。不需高大厂房和复杂的辅助设备。缺点：占地大，溶剂储量大。需动力搅拌和级间物流输送设备，设备费和操作费较高。2、塔式萃取设备 喷洒塔无内构件。返混严重，效率低。填料萃取塔结构简单，操作方便，适于处理腐蚀性物料。仅靠密度差产生逆向流动，流速低，湍动程度低。为改善，采用脉冲填料萃取塔（往复泵或压缩空气）筛板萃取塔塔板减少返混，多次分散聚结，提高效率，结构简单，造价低，适于腐蚀性物料。脉冲筛板萃取塔往复筛板萃取塔
