10.3 液液萃取过程的计算
10.3 液-液萃取过程的计算
Y1
1 2
J
3
YS
4
斜率
D Xn X n计算 ≤ X n规定 n=4
B/S XF
多级逆流萃取直角坐标图图解计算
10.3.3 多级逆流萃取的计算
二、多级逆流萃取的计算
(2) 解析法 设平衡关系为 Y 类似于逆流吸收
= KX
(B) V S (S ) ( Xn )Y2 X2(YS )
* 1 1 Y1 −Y 2 1 NT = ln[( 1 − ) + ] * ln A A Y2 − Y2 A
B 由操作线方程 Y1 − YS = − ( X1 − XF ) S
10.3.2 多级错流萃取的计算
二、多级错流萃取的计算
S XF + YS Am = KS B B X1 = 萃取 1 + Am 因子 S S ( XF + YS ) YS B 第二级： 第二级： X2 = + B (1 + Am )2 1 + Am
F MS = S MF
F R M
E
单级萃取图解
10.3.1 单极萃取的计算
二、B 与 S不互溶物系 不互溶物系
若 B与 S 完全不互溶 萃取相中不含 B，S 的量不变 萃余相中不含 S ，B 的量不变 用质量比 计算方便
XF —原料液中组分A的质量比，kgA / kgB YE —萃取相中组分A的质量比，kgA / kgS XR —萃余相中组分A的质量比，kgA / kgB YS —萃取剂中组分A的质量比，kgA / kgS
10.3.2 多级错流萃取的计算
二、多级错流萃取的计算
1. B与 S部分互溶物系 与 部分互溶物系 已知： 原料量 F 原料组成 xF 各级萃取剂用量 Si 规定： 最终萃余相组成 xn 计算：萃取级数 n 萃取级数 三角形相图 图解法
化工原理下册课件液液萃取和液固浸取
第十章 液－液萃取和液－固浸取
10.4 萃取设备 10.4.1 萃取设备的基本要求与分类 10.4.2 萃取设备的主要类型 10.4.3 萃取设备的选择
萃取设备的选择
萃取设备选择考虑的因素
❖ 需要的理论级数 ❖ 生产能力 ❖ 物系的物性
密度差 界面张力 腐蚀性 ❖ 物系的稳定性和液体在设备内的停留时间 ❖ 其他
一、超临界萃取的基本原理
3.超临界萃取的原理
萃取剂
在超临界状 态下, 压力 微小变化引 起密度变化 很大, 使溶 解度增大。
压缩到超 临界状态
液体(或固 升温、降压 体)混合物
萃取 组分
溶剂与萃取 组分分离
二、超临界萃取的典型流程
超临界萃取过程分为萃取和分离两个阶段, 按 分离方法不同分为三种流程。
超临界萃取是具有特殊优势的分离技术。多年 来, 众多的研究者以炼油、食品、医药等工业中的 许多分离体系为对象开展了深入的应用研究。在石 油残渣中油品的回收、咖啡豆中脱除咖啡因、啤酒 花中有效成分的提取等工业生产领域, 超临界萃取 技术已获得成功地应用。
用超临界CO2从咖啡中提取咖啡因的流程
1－萃取塔；2－水洗塔；3－蒸馏塔；4－脱气罐
一、萃取设备的基本要求
萃取设备的基本要求
❖ 两相充分的接触并伴有较高程度的湍动 ❖ 有利于液体的分散与流动 ❖ 有利于两相液体的分层
二、萃取设备的分类
液体分散的动力 重力差
脉冲
外加能量
旋转搅拌
往复搅拌 离心力
逐级接触式 筛板塔
脉冲混合－澄清器 混合澄清器 夏贝尔塔
卢威离心萃取机
微分接触式 喷洒塔 填料塔
作业题: 7、8
本章小结
本章重点掌握内容
萃取过程的计算
萃取过程的计算
2. 解析法
对于原溶剂B与萃取剂S不互溶的物系，若在操作范围内，以质
量比表示的分配系数K 为常数，则平衡关系可表示为
Y=KX
（8－16
式中 Y——萃取相E中溶质A的质量比分数；
X——萃余相R中溶质A的质量比分数；
K——相组成以质量比分数表示时的分配系数。
即分配曲线为通过原点的直线。在此情况下，当错流萃取的各
萃取过程的计算
图8－14 三级错流萃取三角形坐标图解
萃取过程的计算
（3）以R1为原料液，加入纯的萃取剂S，依杠杆规则找出 两者混合点M2，按与(2)类似的方法可以得到E2和R2，此即第二 个理论级分离的结果。
（4）以此类推，直至某级萃余相中溶质的组成等于或小于规 定的组成xR为止，重复作出的联结线数目即为所需的理论级数。
(1)由已知的相平衡数据在等腰直角三角形坐标图中绘出溶解度曲线 和辅助线，如图8－11所示。
(2)在三角形坐标的AB边上根据原料液的组成确定点F，根据萃取剂 的组成确定点S（若为纯溶剂，则为顶点S），联结点F、S，则原料液与 萃取剂的混合物系点M必落在FS连线上。
萃取过程的计算
(3)由已知的萃余相组成xR，在图上确定点R，再由点R利用辅助曲 线求出点E，作R与E的联结线，显然RE线与FS线的交点即为混合液的组 成点M。
（8－12）
联立求解式（8－6）和式（8－12） 得
萃取过程的计算
同理，可得萃取液和萃余液的量E′、R′，即 上述诸式中各股物流的组成可由三角形相图直接读出。
萃取过程的计算
二、 多级错流萃取的计算
单级萃取所得的萃余相中往往还含有较多的溶质，为进一步降低萃 余相中溶质的含量，可采用多级错流萃取。其流程如图8－13所示。
化工原理液液萃取和液固浸取概述
30
E?
yE?
xF
F
x?R
R? R
xR
E M
单级萃取图解
yE
纯溶剂
31
一、B 与 S 部分互溶物系
M ? F ? S ? R? E
S = F ×MF MS
R? M? E
E ? M ? RM RE
E ?? F ? R?F R?? F ? E ?
20
一、以质量分数表示的平衡方程
气液平衡方程 液液平衡方程
yA ? kAxA
yA ? kAxA
萃取相
中
溶质分
数
kA ?
yA xA
分
配
系
数
kB ?
yB xB
萃余相 中 溶质分 数
21
二、以质量比表示的平衡方程
若 S与 B完全不互溶 萃取相中不含 B，S 的量不变 萃余相中不含 S ，B 的量不变
液液平衡方程 YA ? KAXA
xA 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15.0 17.5 20 25 30 35 40 41.6
R 相
xS 5 5.05 5.1 5.2 5.4 5.6 5.9 6.2 6.6 7.5 8.9 10.5 13.5 15
37
解：
（1）溶解度曲线和辅助曲线 由题给数 据，可绘出溶解度曲线LPJ，由相应 的联结线数据，可作出辅助曲线JCP， 如本题附图所示。
11
二、各组分量之间的关系－杠杆规则
M = MA + MB
M A ? OB M B OA M A ? OB M AB MB ? OA M AB
MA A 差点
液液萃取原理
kA >对角线 y = x 的 P
上方； kA <1的 体系在下方；
kA =1时，分配曲线与 y = x 线相重合。
分配曲线
x
五、杠杆规则
当两个混合物C，D 形成一 A
个新混合物 M ，或由 M 分离成
C，D时，可以用杠杆规则推出
它们质量与组成(质量分率)之间
MC
的关系。
☆ 温度对萃取剂性能的影响
当T↓→↑ →流动性↓ ↑
扩散系数↓
传质速率↓
所以有必要选择适宜的操作 T。
若S为易挥发组分，则其气化热要小。若S萃取 能力大，则循环量小，E相中S的回收费用低；或S在 B中的溶解度小，也可减小R相中S的回收费用。
若 1，可以考虑用反萃取和结晶的方法分离。
四、萃取剂的其它物性
1. LL↑→液-液分层速度↑→设备生产能力↑ 2. 界面张力 LL LL↑，分散相中的细小液滴易于 聚结，有利于分层；但 LL↑↑，则液体不易分散，
1、分配系数
分配系数kA 指某种物系在一定的 温度下萃取，共轭相中A在E相中的 xA
yA
组成yA与在R相中的组成xA之比。
xB
yB
kAyA/xA kByB/xB
kA值越大，表明A组分更多地进入 kA >1 E相，萃取分离的效果越好。 kA >,=,<1， kA <1 表现在联结线的走向如图示。
kA=1
一、溶解度曲线和联结线 ②
☆溶解度曲线的做法
① 均相区
两相区 加A由浊至清
R1
M1
E1
LM
Q
将B、S按一定比例混合为M 点组成，静置得L、Q两液相； 加一定量的A成M1点，静置得 R1、E1； 再加A，…，至某量时 出现清液，止。
萃取过程的计算
在 FE1 及 RnS0 两线间，过 点作任意操作线与 溶解度曲线相交于 Rm-1 与 Em ，得操作线上一点 （xm-1、ym），重复上述步骤可得操作线。
GLL
多级逆流萃取：萃取剂与稀释剂不互溶
B,XF X1
X2
X3
Xn-1
B,Xn
B XF
S Y1 1
1
2
Y3
S,Y1
Y2
3
n
Y4 Yn S,YS
R2 E3
R3
Rn-1 En
Rn Mn
萃取剂 S, yS
E
1
M3
E4
最终萃取相
物料衡算
每一级的 i = 1 F + E2 = R1 + E1 或 F - E1 = R1 - E2 “净流量” i = 2 F + E3 = R2 + E1 或 F - E1 = R2 - E3 i = n F + S = Rn + E1 或 F - E1 = Rn - S F - E1 = R1 - E2 = R2 - E3 = ．．．= Rn-1 - En = Rn - S = Δ
HF S max F HS 0
E H S0 S
在极限情况下，混合液只有一个 相，起不到分离作用。 萃取操作S应满足下列条件
Smin S0 Smax
GLL
例10-1：以水为溶剂萃取丙酮—醋酸乙酯中的丙酮，三元物系在30℃ 下的相平衡数据如表10-1所示。试求： ① 在直角三角形相图中，作出溶解度曲线和六条联结线； ② 各对相平衡数据相应的分配系数和选择性系数； ③ 当酯相中丙酮为30%时的相平衡数据； ④ 当原料液中丙酮含量为30%，水与原料液的质量相等，每kg原料 液进行单级萃取后的结果。
液液萃取(溶剂萃取).
11 液液萃取（溶剂萃取）Liquid-liquid extraction(Solventextraction)11.1 概述一、液液萃取过程：1、液液萃取原理：根据液体混合物中各组分在某溶剂中溶解度的差异，而对液体混合物实施分离的方法，也是重要的单元操作之一。
溶质 A + 萃取剂 S——————〉S+A (B) 萃取相 Extract分层稀释剂 B B + A (S…少量) 萃余相 Raffinate（残液）一般伴随搅拌过程 => 形成两相系统，并造成溶质在两相间的不平衡则萃取的本质：液液两相间的传质过程，即萃取过程是溶质在两个液相之间重新分配的过程，即通过相际传质来达到分离和提纯。
溶剂 extractant（solvent)S 的基本条件：a、S 不能与被分离混合物完全互溶，只能部分互溶；b、溶剂具有选择性，即溶剂对A、B两组分具有不同溶解能力。
即（萃取相内）（萃余相内）最理想情况： B 与 S 完全不互溶 => 如同吸收过程： B 为惰性组分相同：数学描述和计算实际情况：三组分分别出现于两液相内，情况变复杂2 、工业萃取过程：萃取不能完全分离液体混合物，往往须精馏或反萃取对萃取相和萃余相进行分离，而溶剂可循环使用。
实质：将一个难于分离的混合物转变为两个易于分离的混合物举例：稀醋酸水溶液的分离：萃取剂：醋酸乙酯3 、萃取过程的经济性：取决于后继的两个分离过程是否较原液体混合物的直接分离更容易实现（ 1 ）萃取过程的优势：（与精馏的关系）ａ、可分离相对挥发度小或形成恒沸物的液体混合物；ｂ、无相变：液体混合物的浓度很低时，精馏过于耗能（须将大量 B 汽化）；ｃ、常温操作：当液体混合物中含有热敏性物质时，萃取可避免受热；ｄ、两相流体：与吸附离子交换相比，操作方便。
（ 2 ）萃取剂的选择——萃取过程的经济性a、分子中至少有一个功能基，可以与被萃取物质结合成萃合物；b、分子中必须有相当长的烃链或芳香环，可使萃取剂和萃合物容易溶解于有机相，一般认为萃取剂的分子量在350－500之间较为合适。
[精华]液液萃取例
![[精华]液液萃取例](https://img.taocdn.com/s3/m/0256fe16a7c30c22590102020740be1e650ecc31.png)
液-液萃取实验(1)设备参数萃取塔塔径D=37mm；塔高=1000mmm；塔的有效高度H=750mm(2)实验数据及处理记录频率为10/次时，T煤=27℃，T水=26℃；频率为20/次时，T煤=30℃，T水=28℃；相关物性参数：水的密度1000kg/m3；煤油密度800kg/m3；流量计转子密度7900kg/m3 ；苯甲酸相对分子质量M=122012g/mol.1）转子流量计校正：q==6.805 L/h2）原料煤油浓度的计算：(对频率为10/次时原料举例)苯甲酸浓度C1 X V1=C（NaOH）x V(NaOH) =0.0134X14.35X10-3mol/l煤油的质量=800x10x10-6=8.00g煤油的浓度X1=C1xV1x122.12/8.00kgA/kgB=2.94×10-3 kgA/kgB; y2=0.同理可得其他成分的浓度，结果见上表。
Y与1/(Y E-Y)的数据关系℃计算示例原料煤油浓度C1 =14.80×0.0134/10=0.019832 mol/l煤油密度：0.8000g/cm3 苯甲酸摩尔质量：M=122g/mol 水的密度：1g/ cm310ml煤油质量:m=0.8000×10=8.0000g 25ml水质量：m=1.0000×25=25.0000g原料煤油浓度X1 =0.019832×0.01×122/8.0000=3.024×10-3 kgA/kgB同理可得到其他的浓度。
Y2=0做操作线描点（X1,Y1）,(X2,Y2)，连接两点即可得到操作线。
在塔底和塔顶浓度范围内，取一系列的Y值，由10次/分操作线方程y=1.046x+0.0019可得一系列对应的X值。
20次/分操作线方程为y=1.0305x+0.0019。
再由10次/分，按25℃平衡方程y=76143x3-476.58x2+1.2614x+3E-06的相应X对应的Y E 值。