化工原理-萃取

化工原理第五章萃取

图连结线斜率的变化
二.相平衡关系在三角形相图上的表示方法
1.溶解度曲线与联接线一定温度下，测定体系的溶解度曲线时，实验测出的联结线的条数（即共轭相的对数）总是有限的，此时为了得到任何已知平衡液相的共轭相的数据，常借助辅助曲线（亦称共轭曲线）。
图辅助曲线
2.辅助曲线和临界混溶点
第二节
液液相平衡
一. 三角形坐标图及杠杆规则 1.三角形坐标图等边三角形等腰直角三角形不等腰直角三角形
一般而言，在萃取过程中很少遇到恒摩尔流的简化情况，故在三角形坐标图中混合物的组成常用质量分数表示。习惯上，在三角形坐标图中，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。三角形坐标图的每个顶点分别代表一个纯组分，即顶点A表示纯溶质A，顶点B表示纯原溶剂（稀释剂）B，顶点S表示纯萃取剂S。三角形坐标图三条边上的任一点代表一个二元混合物系，第三组分的组成为零。例如AB边上的E点，表示由A、 B组成的二元混合物系，由图可读得：A的组成为0.40，则B 的组成为（1.0-0.40）= 0.60，S的组成为零。
3. 分配系数和分配曲线
（1）分配系数一定温度下，某组分在互相平衡的 E 相与 R 相中的组成之比称为该组分的分配系数，以 yA k表示，即溶质A
kA
yB 原溶剂B k B xB
xA
式中 yA、yB ——萃取相E中组分A、B的质量分数； xA、xB——萃余相R中组分A、B的质量分数。
分配系数kA表达了溶质在两个平衡液相中的分
第五章
▲ 第一节概述
萃取
▲ 第二节液液相平衡 ▲ 第三节萃取分离效果及主要影响因数
▲ 第四节萃取过程的计算

化工原理-萃取11

4.4.1 理论级当量高度法
萃取段的有效高度h h=n×(HETS)
n—理论级数;反映萃取的难易或过程要求达到的分离要求。 HETS- 塔内相当于一个理论级分离能力的高度称为理论级当量高度。大小由物系性质、操作条件、设备型式决定，可由实验获得。反映塔的效率。
4.4.1.1传质单元数法：
B与S完全不互溶，溶质组成较稀
HOR——萃余相总传质单元高度 NOR——萃余相总传质单元数。
4.4.2 常用萃取设备简介混台—澄清槽
混合—澄清榴有以下优点
(1)处理量大，传质效率高，一般单级效率在80％以上； (2)结构简单，容易放大和操作；
(3)两相流量比范围大，运转稳定可调，易于开、停工；对物系适应性好，对含有少量悬浮固体的韧料也能处理； (4)易实现多级连续操作，便于调节级数。
轻相从筛板下横向流过，从升液管进入上一层板。而重相在重力作用下分散成细小液滴，在轻相层中沉降，进行传质。穿过轻相层的重相液涡开始合并、凝聚，聚集下层筛板。通过多次分散和凝聚实现两相分离，其过程和轻相是分散相完全类似。
(3)填料萃取塔
填料萃取塔结构简单，造价低廉，操作方便，适合于处理腐蚀性料液，尽管传质效率较低，在工业上仍有一定应用。一般在工艺要求的理论级小于3，处理量较小时、可考虑采用填料萃取塔
4.3.2 Ｂ与Ｓ不溶
对全过程作溶质的物料衡算
4.3.３溶剂比（Ｓ／Ｆ）和萃取剂最小用量
当Ｓ／Ｆ小到Ｓmin时，某一操作线与联接线重合，操作线与分配线相交或相切，所用理论级数为无穷多
4.4 微分接触式逆流萃取的计算

微分接触式逆流萃取操作是萃取相和萃余相逆流微分接触，通常在塔式设备(如喷洒塔、脉冲筛板塔等)中进行，其流程如图所示。重相(如原料液)从塔顶进入塔中，从上向下沉动，与自下向上流动的轻相(如萃取剂)逆流连续接触，进行传质，萃取结束后，两相分别在塔顶、塔底分离，最终的萃取相从塔顶流出，最终的萃余相从塔底流出。

化工原理第四章-萃取

4.1.3 分配系数和分配曲线
（2）分配曲线
由相律可知，温度、压力一定时，三组分体系两液相呈平
衡时，自由度为1。故只要已知任一平衡液相中的任一组分的组
成，则其它组分的组成及其共轭相的组成就为确定值。换言之，
温度、压力一定时，溶质在两平衡液相间的平衡关系可表示为
yA f (xA)
（4-5）
x A ——萃取相E中组分A的质量分数；
y A——萃余相R中组分A的质量分数。
此即分配曲线的数学表达式。
4.1.3 分配系数和分配曲线
图4-7 有一对组分部分互溶时的分配曲线
4.1.3 分配系数和分配曲线
如图4-7所示，若以为 x横A 坐标，以 y为A 纵坐标，则可
在 x ~ y直角坐标图上得到表示这一对共轭相组成的点N。每一对共轭相可得一个点，将这些点联结起来即可得到曲线ONP，称为分配曲线。曲线上的P点即为临界混溶点。分配曲线表达了溶质A 在互成平衡的E相与R相中的分配关系。若已知某液相组成，则可由分配曲线求出其共轭相的组成。若在分层区内y均大于x，即分
图4-6 辅助曲线
4.1.2 三角形相图
辅助曲线与溶解度曲线的交点为P，显然通过P点的联结线无限短，即该点所代表的平衡液相无共轭相，相当于该系统的临界状态，故称点P为临界混溶点。P点将溶解度曲线分为两部分：靠原溶剂B一侧为萃余相部分，靠溶剂S一侧为萃取相部分。由于联结线通常都有一定的斜率，因而临界混溶点一般并不在溶解度曲线的顶点。临界混溶点由实验测得，但仅当已知的联结线很短即共轭相接近临界混溶点时，才可用外延辅助曲线的方法确定临界混溶点。
成的增大而降低。一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时，kA 值才可视为常数。对于萃取剂S与原溶剂B互不相溶的物系，溶质在两液相中

化工原理萃取-总结

4、萃取液的最大浓度
当S=Smin时，E的浓度yA最大，但y’A一般不是最大。
y’A= y’Amax时溶剂用量的求法：
A
过S点作溶解度曲线的切线得点E，
求得R，得M点，于是得：
y’Amax
yA’
F
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
E
MF mS MS mF
RM
对比：y’A与y’Amax
B
S 可见： y’A＜y’Amax
9.5 溶剂的选择及其它萃取方法 9.5.1 溶剂的选择
（1）三角形坐标
（2）杠杆定律
求和点M：
mE RM mR ME
求差点R：
mE MR
mM
ER
（3）三角形相图 ▲ 溶解度曲线、平衡联结线、辅助曲线 ▲ 温度、压力对相平衡的影响
（4）分配曲线
（5）分配系数
溶质：
kA
溶质A在E相中的组成溶质A在R相中的组成
yA xA
原溶剂：
kB
yB xB
（6）脱溶剂基分配曲线
A
K F
M
B
S
b）确定E，R的量及组成采取图解试差法确定E，R的组成。
由杠杆定律确定E和R的量：
A
MR
mE ER mM
K F
ME R
B
S
单级萃取图解法
mR mM mE
c) 确定萃取液与萃余液的组成及量
FR' m'E E' R' mF
A
E’
m'R mF m'E
K
F
R’ R B
ME S
脱除溶剂量为：
mSE mE m'E
单级萃取图解法

化工原理(天大版)---(下册)第四章萃取

选择性系数与kA、kB有关。 kA越大， kB越小，就越大，说明：
A、B的分离也就越容易凡是影响kA、kB的因素都影响（温度、组成）若 =1，则萃取相和萃余相在脱除溶剂S后将具有相同的组成，并且等于原料液的组成，故没有分离能力萃取剂的选择性越高，对A的溶解能力就大，则一定的分离任务，可越少萃取剂用量，降低回收溶剂操作的能耗，并且可获得高纯度的产品A 当组分B、S完全不互溶时，则选择性系数趋于无穷大，这是最理想的情况。
MF FN F ( xF xM ) (4 7) SF F xM y S MS NB
R'
B
（b）
S
EM
M ( xM x R ) 其中yE、xM、xR 由相图读出 y E xR R) 把4-6、4-7代入4-9得： E F ( xF x 其中xF、x' 'R、y''E由相图读出 y E x R R F E
表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系。 A值愈大，萃取分离的效果愈好 A值与联结线的斜率有关不同的物系具有不同的分配系数 A值同一物系， A值随温度和组成而变。一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时， A值才可视为常数 Y KX 式中：Y——萃取相E中溶质A的质量比组成；
X ——萃余相R中溶质A的质量比组成； K——以质量比表示相组成时的分配系数
4.2.2 液-液相平衡关系
3、分配系数和分配曲线
分配曲线：若以xA为横坐标，以yA为纵坐标，则可在x-y直角坐标图上得到
表示互成平衡的一对共轭相组成的点N。将这些点联结起来即可得到曲线 ONP，称为分配曲线
曲线上的P点即为临界混溶点。分配曲线表达了溶质A在互成平衡的E相与R相中的分配关系。若已知某液相组成，则可由分配曲线求出其共轭相的组成。若在分层区内y均大于x，即分配系数 A ＞1，则分配曲线位于y=x直线的上方，反之则位于y=x直线的下方。若随着溶质A组成的变化，联结线倾斜的方向发生改变，则分配曲线将与对角线出现交点，这种物系称为等溶度体系

化工原理第十三章-萃取

恒温条件下，在实验瓶中加入 A
恰当的B与S，使混合物的浓度
位于RE之间（d点），滴加少许
溶质A至 M1 点，充分混合后静置分层，取两相试样分析，得
共轭相 E1 和 R1 的组成，联结
R1E1 线即为平衡联结线。
B R1
M1
E1
S
R
d
E
连接所有的E、R点即得溶解度曲线。
液-液相平衡
溶解度曲线将三角形相图分成两个区域，该曲线与底边所围的区域为分层区域或两相区，曲线以外是均相区。
自由度
f N 2 32 2 3
T、P 一定时，互成平衡的两相组成的自由度为1。
液-液相平衡
溶解度曲线与平衡联结线恒温条件下，在有纯组分B的
实验瓶中逐渐滴加溶剂 S 并不断摇动使其溶解，由于B、 S 仅部分互溶，S 滴加到一定数量后，混合液开始发生混浊，即出现了溶剂相，得到的浓度即 S 在 B 中的饱和溶解度（图中 R 点）。用类似的方法可得 E 点。
Ａ组分在萃取相中的浓度 kA Ａ组分在萃余相中的浓度
yA xA
kB
yB xB
分配系数一般不为常数，其值随浓度而异。在 A 浓度变化不大和恒温条件下，kA 可视为常数（平衡常数 m），其值由实验测得。
注意：kA 只反映 S 对 A 的溶解能力，不反映 A、B 的分离程度。
液-液相平衡
液液平衡给出以下两种关系：
工业萃取过程
需解决的问题：
稀醋酸，A+B S+B
1. 选择一合适的萃取剂；
2. 提供优良的萃取设备；
恒
萃
沸分层器
取
精
塔
萃取相，馏 S+A(B) 塔

《化工原理》第九章萃取.

第一节液-液萃取的基本原理
图9－1 组成在三角形相图上的表示方法
第一节液-液萃取的基本原理
此外，M点的组成也可由ME线段读出萃取剂S的含量， MF线段读出溶质A的含量，原溶剂B的含量不直接从图上读出，而是可方便地计算出，即：B=100-(S+A)。
直角等腰三角形可用普通直角坐标纸绘制。有时，也采用不等腰直角三角形表示相组成，只有在各线密集不便于绘制时，可根据需要将某直角边适当放大，使所标绘的曲线展开，以方便使用。
第一节液-液萃取的基本原理
1．三组分系统组成的表示法
液-液萃取过程也是以相际的平衡为极限。三组分系统的相平衡关系常用三角形坐标图来表示。混合液的组成以在等腰直角三角形坐标图上表示最方便，因此萃取计算中常采用等腰直角三角形坐标图。
在图9-1中，三角形的三个顶点分别表示纯组分。习惯上以顶点A表示溶质，顶点B表示原溶剂，顶点S表示萃取剂。三角形任何一个边上的任一点代表一个二元混合物，如AB边上的H点代表由A和B两组分组成的混合液，其中A的质量分数为0.7，B为0.3。三角形内任一点代表一个三元混合物，如图M中的点，过M点分别作三个边的平行线ED、 HG与KF，其中A的质量分数以线段MF表示, B的以线段MK表示，S的以线段ME表示。由图可读得：WA =0.4，WE=0.3， WS=0.3。可见三个组分的质量分数之和等于1。
（3）萃取剂回收的难易与经济性萃取剂通常需要回收后循环使用，萃取剂回收的难易直接影响萃取的操作费用。回收萃取剂所用的方法主要是蒸馏。若被萃取的溶质是不挥发的，而物系中各组分的热稳定性又较好，可采用蒸发操作回收萃取剂。
在一般萃取操作中，回收萃取剂往往是费用最多的环节，有时某种萃取剂具有许多良好的性能，仅由于回收困难而不能选用。

化工原理实验-萃取

B 借助塔内的填料，如填料塔。
C 借助外加能量，如转盘塔，振动塔，脉动塔，离心萃取器等。
液滴的尺寸除与物性有关外，主要决定于外加能量的大小。
(3)萃取塔的操作
萃取塔在开车时，应首先将连续相注满塔中，然后开启分散相，分散相必须经凝聚后才能自塔内排出。因此当轻相作为分散相时，应使分散相不断在塔顶分层段凝聚，当两相界面维持适当高度后，再开启分散相出口阀门，并依靠重相出口的π形管自动调节界面高度。当重相作为分散相时，则分散相不断在塔底的分层段凝聚，两相界面应维持在塔底分层段的某一位置上。
H 萃取塔的有效接触高度。
已知塔高H和传质单元数，可由上式取得的数值。反映萃取设备传质性能的好坏，越大，设备效率越低。影响萃取设备传质性能的因素很多，主要有设备结构因素，两相物性因素，操作因素以及外加能量的形式和大小。
4．外加能量的问题
液液传质设备引入外界能量促进液体分散，改善两相流动条件，这些均有利于传质，从而提高萃取效率，降低萃取过程的传质单元高度，但应该注意，过度的外加能量将大大增加设备内的轴向混合，减小过程的推动力。此外过度分散的液滴，滴内将消失内循环。这些均是外加能量带来的不利因素。权衡利弊两方面的因素，外界能量应适度，对于某一具体萃取过程，一般应通过实验寻找合适的能量输入量。
振动塔具有以下几个特点：1）传质阻力小，相际接触界面大，萃取效率较高；2）在单位塔截面上通过的物料速度高，生产能力较大；3）应用曲柄连杆机构，筛板固定在刚性轴上，操作方便，结构可靠。
五、实验操作原则及分析方法
1．操作原则
(1)应先在塔中灌满连续相——水，然后开启分散相——煤油，待分散相在塔顶凝聚一定厚度的液层后，通过连续相的出口π形管，调节两相的界面于一定的高度。