第章改2356ppt课件.ppt
11.1 概述 11.1.1 液液萃取过程 11.1.1.1 液液萃取的目的和依据 目的：液体混合物分离。 依据：液体混合物各组分 在某种溶剂中溶解度的差异。,第11章 液液萃取,11.1.1.2 工业萃取过程,须解决的问题： （1）选择一合适的萃取剂; （2）提供优良的萃取设备; （3）完成萃取相、萃余相的脱溶剂。,工业萃取过程（稀醋酸水溶液的分离）,萃取及恒沸精馏提浓醋酸流程,醋酸乙酯,醋酸乙酯+醋酸 +水(少),醋酸乙酯+水-恒,醋酸乙酯（少） +水,醋酸乙酯（少） +水,醋酸乙酯+水-恒沸,酯相,11.1.1.3 萃取过程的经济性 过程的经济性很大程度上取决于萃取剂的 性质。 萃取剂的技术指标： (1) 溶解能力强； (2) 选择性高； (3)与被分离组分A之间的相对挥发度要高； (4) 在混合液中的溶解度要小。,11.1.2 两相的接触方式 11.1.2.1 微分接触,喷洒萃取塔,11.1.2.2 级式接触 单级连续萃取,单级混合沉降槽,多级错流萃取,多级逆流萃取,11.2 液液萃取 11.2.1 三角形相图 11.2.1.1 溶液组成的 表示方法 归一条件： xA+ xB+ xS=1 xi 均为质量分率,溶液组成的表示方法,11.2.1.2 物料衡算与杠杆定律 （不但浓度，而且量也能表示） 设 R (xA, xB, xS)与 E ( yA, yB, yS）混合, 得 M ( zA, zB, zS)。,溶液组成的表示方法,（斜率一样-）,11.2.1.3 混合物的和点和差点 M 为R 与E 的和点 R为 M与E 的差点 E为 M与R 的差点,溶液组成的表示方法,（只出现E、M，却少R，则以R为支点）,AP 线: B、S 的相对比值相同 P1、P2 均为A与P的和点 SQ 线: A、B 的相对比值相同 Q2、Q 均为Q1与S的差点,混合液的和点和差点,11.2.2 部分互溶物系的相平衡 自由度： F = N + 2 = 3 2 + 2 = 3 T、 p 一定，互成平衡的两相组成自由度为1。,溶解度曲线: ys=(yA); xs=(xA) 平衡联结线: yA= f (xA),11.2.2.1 溶解度曲线和平衡联结线,平衡联结线,临界混溶点（P）：两共轭相的组成无限趋近而变为一相，表示这一组成的点。,吡啶 氯苯水系统的平衡联结线,11.2.2.2 平衡联结线的内插,辅助曲线的作法,11.2.2.3 分配曲线与分配系数(似挥发度),萃取相 E 中A 的质量分数,萃余相 R 中A 的质量分数,分配曲线与平衡联结线的关系,11.2.3 液液相平衡与萃取操作的关系 11.2.3.1 级式萃取过程的图示,单级萃取过程,整个过程将组成为F 点的混合物分离成为含A较多的萃取液E0与含A较少的萃余液R0。,单级萃取过程,11.2.3.2 溶剂的选择性系数(似相对挥发度) 选择性系数表示溶质A在两液相中浓度的差异, 1，能萃取分离； = 1，平衡联结线的延长线过S点，不能萃 取分离； ，B与S不互溶。,11.2.3.3 互溶度的影响 互溶度越小，萃取的操作范围越大， 越高。,一般，温度降低，互溶度减小，利于萃取。,互溶度对萃取过程的影响,11.3.萃取过程计算 11.3.1 萃取级内过程的数学描述 11.3.1.1 单一萃取级的物料衡算,总物料衡算式 溶质A衡算式 溶剂S衡算式,萃取级的物料衡算,11.3.1.2 理论级与级效率 理论级：进入m 级的 Rm-1 和 Em+1，不论组成 如何，传质之后，离开 m 级的 Rm与 Em达到平衡状态。 特征方程：ym,S = (ym,A) （溶解度曲线） xm,S = (xm,A) （溶解度曲线） ym,A = f(xm,A) （平衡联结线） 级效率：实际萃取级和理论萃取级分离能力的差异。,11.3.2 单级萃取 11.3.2.1 单级萃取的解析计算 物料衡算 F + S = R + E FxFA + SzA = RxA + EyA SzS = RxS + EyS,单级萃取,假设萃取器相当于一个理论级，则特征方程 yS =(yA) xS =(xA) yA = f (xA),设计型问题 已知：F , xFA ,物系的相平衡关系； 工艺要求规定 xA ;（如：合成酯用水萃取cat） 选择 zA, zS , 求：S, E, yA, yS, R, xS。 操作型问题 已知：F , S , xFA , xFS , zA , zS 。 求： E , R , yA , yS , xA , xS 。,11.3.2.2 单级萃取的图解计算 图解步骤 （1）由 xA 定 R； （2）过 R 由平衡联结线定 E； （3）由 xFA 定 F； （4）联结 （纯溶剂萃取时）， 交 于M点。,单级萃取,11.3.2.3 单级萃取的操作范围 （1）F，x FA 一定，S，M S，以C点为限。,单级萃取操作的分离范围,（2） 从S点作溶解度曲线的切线 ,得,过切点e 作平衡联结线 ,交 于M点,（实现yA，max）,（3）当xFA较低、kA 较小时，单级萃取无法实现E相组成到达切点e, S , yA。,过d 作平衡联结线 , 由 得,单级萃取操作的分离范围,作业：13； （看萃取设备）,11.3.3 多级错流萃取 多级错流萃取的计算是单级萃取的多次重复。,多级错流萃取,11.3.4 多级逆流萃取 11.3.4.1 多级逆流萃取的逐级计算 设计型问题 已知：F, xFA , xFS 及相平衡关系； 工艺要求规定 xNA； 选定 S, zA , zS , 求：N, Ei , Ri , yiA , yiS , xiA , xiS,F + Em+1 = Rm + F1 F·xFA + Em+1·ym+1,A = Rm·xmA + E1·y1,A F·xFS + Em+1·ym+1,S = Rm·xmS + E1·y1,S N已知，为操作型问题。,多级逆流萃取,11.3.4.2 三角形相图上的逐级图解法,操作点为通过每一级的净流量。,图解步骤 （1）将 与 延长相交，得； （2）自 E1 作平衡联结线得R1； （3）作 交溶解度曲线，得E2。 重复以上步骤，至 xmAxNA ，则：N = m,多级逆流萃取理论级的图解法,11.3.4.3 溶剂比的影响,(S/F)较大，M点离F点较远，点在相图右方 且靠近S点； (S/F)减小， 点远离S点甚至移至相图的左方； (S/F)愈小， 点离B点愈近，达到同样的分离 程度所需N越多。 (S/F)1 (S/F)2 (S/F)3,11.3.4.4 最小溶剂比的确定 min为最靠近S点 的。,最小溶剂比的确定,11.3.5 完全不互溶物系萃取过程的计算 11.3.5.1 组成与相平衡的表示方法 以惰性组分为基准表示溶液的浓度。 X R相组成， kgA / kgB Y E 相组成， kgA / kgS 相平衡方程：Y = KX K 随浓度不同而异,11.3.5.2 单级萃取,完全不互溶物系的单级萃取,11.3.5.3 多级错流萃取,为单级萃取的多次重复,完全不互溶物系的多级错流萃取图解,K = 常数，则可解析计算求 N。,萃取因数：,萃取相E中A的量,萃余相R中A的量,多级错流萃取中第m 级的物料衡算,当S1 = S2 = = S m = 时， 常数,逐级递推，,A的萃余百分数：,11.3.5.4 多级逆流萃取,平衡线: Y = KX ; 操作线:,完全不互溶物系的多级逆流萃取,若平衡线为一通过原点的直线，则,精馏、解吸、萃取均可用上式计算 N。 对萃取， 为萃取因数； 对解吸， 为解吸因数。,11.3.6 回流萃取 11.3.6.1 回流萃取过程 回流液必须具备的条件： （1）不能与萃取相完全互 溶 （2）应使 B向R相传递； 而A向E相传递。 回流萃取用于有两对 部分互溶组分的第类物系,回流萃取,11.3.6.2 脱溶剂为基的相平衡图 （y0 x0图） y0 _ E相的脱溶剂基浓度，kgA / kg (A+B) x0 _ R相的脱溶剂基浓度，kgA / kg (A+B),以脱溶剂为基的相平衡曲线,11.3.6.3 物料衡算 全过程物料衡算,回流萃取的总物料衡算,溶剂回收装置物料衡算,回流萃取的总物料衡算,11.3.6.4 理论级数的图解计算 (1) 增浓段的操作线,（操作点）,（2）提浓段操作线,（ 操作点）,提浓段物料衡算及操作点的确定,（3）理论级数的图解计算,操作线ab、cd均非直线，但计算与精馏图解计算相同。,回流萃取理论级数的图解法,11.4 萃取设备 11.4.1 萃取设备的主要类型 11.4.1.1 混合澄清槽 (4min),11.4.1.2 筛板塔 (20s),轻相为分散相的筛板塔,重相为分散相的筛板塔(20s),(3min),11.4.1.3 喷洒萃取塔,11.4.1.4 脉冲筛板塔,在塔内提供外加机械能以造成脉动，使物料处于周期性的变速运动之中，两液相获得较大的相对速度。传质速率很高。,11.4.1.5 振动筛板塔,(4min),11.4.1.6 转盘塔,(2min),11.4.1.7 翻斗式萃取器,(1min),11.4.1.8 静态混合器,(1min),11.4.2 液泛现象,(3min),11.4.3 界面现象,(3min),
