4A-化工原理第十一章 液液萃取

第十一章 液液萃取和固液萃取
11.1 液液萃取 11.2 固液萃取（浸取）
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11.1 液液萃取
11.1.1液液萃取概述 萃取是分离液体（或固体）混合物的一种单元操作，其方法是 选择一种溶剂使混合物中于分离的组分溶解与其中，其余组分则不 溶或少溶而获得分离。 萃取的基本过程如图11—1所示。
萃取剂S 原料液 A+B 1 图 11－ 1 萃 取 过 程 示 意 图 1－ 混 合 器 ； 2－ 分 层 器 2 萃余相R
图 11－ 24 多 级 逆 流 萃 取 物 流 示 意 图
逐级作物料衡算得
F－E1=R1－E2=…Ri-Ei+1=RN－S＝D
对其中的溶质作物料衡算得
FxF − E1 y1 = R1 x1 − E2 y2 = L = Ri xi − Ei +1 yi +1 = L = RN xN − SyS = DxD
−
B S
上式即为各级的操作线，其斜率 为第一常数。
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11.1.6多级逆流萃取
E' XF F 1 E1 Y1 E2 Y2 X1 R1 2 E3 Y3 Ei Yi X2 R2 Xi-1 Ri-1 i Ei+1 Yi+1 EN YN Xi Ri X N－ 1 R N－ 1 N S YS XN RN
图１１－１２ 多级逆流萃取流程
萃取设备
典型应用
混合－澄清器 喷淋塔 填料塔 筛板塔 转盘塔 离心萃取器
75％～95％ he=3~6m he=1.5~6m 对HT＝100～300mm时微 30 30％ 3.4～12.5级
润滑油工艺，核燃料加工 用氨水从NaOH中萃取NaC1 回收苯酚 糠醛处理润滑油工艺 废水中脱酚
萃取设备的类型很多。按萃取设备的构造特点大体上可以分 为三类：一是单件组合式；二是塔式；三式离心式。
S FM = F MS
A E'
辅助曲线
F
3、点M利用辅助曲线作联结线。有
R ME = E MR
R B
'
R
M
E S
R ME = M RE
图 11－ 6 单 级 萃 取 的 图 解 计 算
4、连点S、E和点S、R并分别延长交AB于点E‘和R’,则点E’和R’分别 表示萃取液和萃余液得组成
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二、S和B完全不互溶时得图解计算
升液管 轻液向上流
图11－18
若选择重液作为分散相，则需使塔身倒转。
图11－17 筛板萃取塔
20Байду номын сангаас
3、转盘塔
2 重液入
轻液出 3 4 5
对于两液相界面张力 较大的物系，为改善塔内 的传质状况，需要从外界 输入机械能来增大传质面 积和传热系数转盘塔为其 中之一，与1951年由 Reman开发，如图11—19 所示。
重相
1－ 混 合 器 ； 2－ 搅 拌 器 ； 3－ 澄 清 器 ； 4－ 轻 相 溢 出 口 ； 5－ 重 相 液 出 口
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二、塔式萃取设备 1、填料塔 常用的填料由拉西环和弧鞍等，材料由陶瓷、 塑料和金属，以易为连续相湿润而不为分散相 润湿为宜。 2、筛板塔
相界面 重液向下流 挡板 重液 筛板 重相液滴 相界面
同样，对稀释剂B有
kB =
B在E相中得浓度 yB ＝ B在R相中得浓度 yB
β
萃取剂的选择性，用选择性系数
β=
表示
k A y A / x A y A / yB ( A / B ) E = = = k B y B / xB x A / x B ( A / B ) R
要注意以下几方面： 1、 选择性 2、 萃取相与萃余相的分离 3、 萃取剂得回收
''
G'
N
E2
R1 M RN C S(溶 剂 )
固液系的三元相图
二、联结线 连接相互平衡的萃取相与萃余相组成的直线称联结线。
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三、操作线
F1 ,xF 1 E1 ,y1 E2 ,y2 R1 ,x1 2 E3 ,y3 Ei ,yi R2 ,x2 Ri-1 ,xi-1 i Ei+1 ,yi+1 E N ,yN Ri ,xi RN － 1 ,xi－ 1 N S,yS RN ,xN
根据杠杆规则，连接点F与E1--、点R1与E2、…点RN与S的直线即操 作线均交于同一点D。点D称操作点，其位置由总物料衡算确定：
E MR = R ME
A
或
F
E R M S
E MR = M ME
B
点M得位置由杠杆规则确定：
MF S = MS F
图 11－ 4 杠 杆 规 则 的 应 用
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11.1.3选择性系数及萃取剂得选择 在原料液中加入萃取剂后形成平衡得两个液相，溶质A在其中得非配 关系用分配系数kA表示
kA = A在E相中得浓度 y A ＝ A在R相中得浓度 y A
1
溶剂 萃取相
残渣 2
冷凝水 产品 图 11－ 21 单 击 萃 取 装 置 1－ 萃 取 器 ； 2－ 蒸 馏 釜 ； 3－ 冷 凝 器 ； 4－ 溶 剂 槽 ；
图11－22 带螺旋输送的三柱萃取装置
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11.2.2萃取理论级的图解计算 一、滞液量线
E1 F G D B（ 担 体 ） 图 11－ 23 G
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11.1.2 三角形相图 萃取过程设计的组分至少油三个，即溶剂A、稀释剂B和萃取剂S。 最常见到的三角形相图为直角三角形和正三角形，如图11—2所示。
A A
0.5 F E M F E M
B
H 0.5 (a） 直 角 三 角 形
G4
S
B
G 0.5 (b)正 三 角 形
H
S
图11－2 三角形中的相组成
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二、Ｓ和B完全部互溶时的图解计算
此时各级萃取相中的萃取剂量S和萃余相中的稀释剂量B保持 不便，由第1级至第I级的物料衡算式为
Y1－Yi +1 = B (X F − Xi ) S
上式称操作线方程， B S 为操作线的斜率。此直线方程通过 点(XF,Y1)和点（XN,Ys）。
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轻液出口
11.1.7连续接触逆流萃取 连续接触逆流萃取通常在塔设备内 进行，这类塔设备主要有填料塔和板式 塔，现以填料塔为例加以说明。一般适 宜将润湿性较差和黏度较大的液体作为 分散相。 一、等级高度法
A
F R1 M1 R2 M2 M3 R3 RN R4 B
E1
E2
E3
E4
图 11－ 10 多 级 错 流 萃 取 的 图 解 计 算
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二、S和B完全部互溶时的图解计算 此时对各级分别作物料衡算有
B Y1 = − ( X 1 − X F ) S Y = − B ( X − X ) 2 2 1 S L Y = − B ( X − X ) N N −1 N S
Y
当S和B完全不互溶时，则萃 取相含全部溶剂，萃余相含全 部稀释饥，萃取前厚的物料衡 算式为（萃取剂为纯溶剂）：
B XF = S Y + B X
E
相平
E1 Y1 操
衡线
斜 率
作 线
为
或
B Y = − (X − XF ) S
0 X1
−
B S
F XF
X
图 11－ 8 S和 B完 全 不 互 溶 时 的 图 解 计 算
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一、相组成表示方法 三个组分得含量之和应符合
BE + BG + HS = BS
w( A) + w( S ) + w( B ) = 100% 二、溶解度曲线
R4 xA RC R R2 3 R1 B K E4 E C E3 E2 E1 C4 C S 辅助曲线
辅助曲线 K R4 R3 R R1 B E4 C4 M E3 E2 C3 C2 E1 C1 S
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３、对第1级、第2级、…第N级分别作物料衡算
F − E1 = R1 − E2 R − E = R − E 1 2 2 3 L RN −1 − EN = RN－S
整理得
F-E1=R1-E2=…＝RN－S=D
由杠杆规则，点F、R1、…S及D为差点。其中点为公共差点。 点D求法;分别连接点E1、F和点S、RN并延长之，所得交点即 为点D，它位于三角形相图外，称之为操作点。 ４、点E1作联结线得表示第1级萃余相组成得点R1。 ５、连接点D和R1并延长交溶解度曲线于点E2(习惯上称过点D的直 线为操作线)。 ６、重复4和5的方法直至表示萃余相组成的点RN小于规定值。
萃取相E
2
与分离液体混合物的整流方法比较，下列情况采用是可取的： （1）溶质A的浓度很小而稀释剂的浓度B易挥发组分时，直接用蒸 馏的方法能耗是很大，这时可以先萃取 ，使溶质A富集于萃取剂S 中，然后对萃取相进行蒸馏，如以氯仿为萃取剂从咖啡因水溶液中 分离咖啡因。 （2）恒沸物或沸点相近组分的分离，此时普通整流方法不适用， 如催化重整油中芳烃与烷烃的分离因沸点相近 而需要塔板数太多， 工业上常用环丁砜为萃取剂融解苯、甲苯、二甲苯以及其他芳烃衍 生物。 （3）需分离的组分不耐热，蒸馏时易分解、聚合或发生其他变化， 如从发酵液中提取青霉素时采用醋酸丁酯为萃取剂进行萃取。
h0 = N he
轻液入口 重液入口
液－液相界面
填料
二、塔效率（总级效率）法
ET = N Ne
重液出口 图 11－ 15 填 料 萃 取 塔
影响塔效率ET的因素有系统的物性、 操作条件和塔板结构等。
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11.1.8萃取设备
表11－4 萃取设备的工业应用实例 生产能力 /m3/(m2·h) 变动范围大 15～75 6～45 3～6 3 60 3～60 4～95 理论级数或级效率 或理论级当量高度