《化工原理下册课件教学课件 ppt 作者 钟理 伍钦 曾朝霞 主编 下册4,5章课件第4章萃取》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理下册课件教学课件 ppt 作者 钟理 伍钦 曾朝霞 主编 下册4,5章课件第4章萃取（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 液液萃取,概述,萃取与蒸馏比较：,三元体系是最简单的体系 溶质，A；原溶剂，B；萃取剂，S,同是分离液体混合物 萃取可常温操作 流程比蒸馏复杂，且不能得到纯的组分,萃取是分离液体混合物的一种单元操作,第4章 液液萃取,利用液体混合物中各组分在溶剂中有不同溶解度的特性实现组分分离。,萃取剂的选择是萃取操作的关键,萃取原理:,第4章 液液萃取,萃取的基本流程,第4章 液液萃取,下列情况下采用萃取比蒸馏更经济合理,1、组分间相对挥发度接近“1“或者形成恒沸物的混合液,3、有热敏性组分的混合液,2、溶质在混合液中的含量很低且为难挥发组分 。,第4章 液液萃取,萃取相 萃余相,1、萃取相（E）含
2、萃取剂（S）多；萃余相（R）含原溶剂（B）多。,3、萃取相和萃余相都是均相混合物,2、 A组分与B组分之比，E相的大于R相的,第4章 液液萃取,4.1 相平衡与物料衡算的图解规则,4.1.1液液相平衡,4.1.3萃取过程在三角形相图上的表示,4.1.2温度对相平衡关系的影响,第4章 液液萃取,4.1 相平衡与物料衡算的图解规则,4.1.1液液相平衡,4.1.1.1三角形相图表示法,三角形相图、分配曲线、分配系数是表示液液相平衡的常用方法,三角形相图、分配曲线、分配系数是表示液液相平衡的常用方法,采用三角形坐标系,反映在操作温度和操作压力下,萃取系统中各组分在两平衡相中的分配关系。,第4章 液液
3、萃取,三角形相图上的顶点、边线、内域面,顶点：一元物,边线：二元物,内域面：三元物,第4章 液液萃取,混合物各组分组成在三角形相图上的确定方法,以图中的M点为例，确定该点A组分的组成：,过M点作A顶点对边的平行线ED交于两邻边,由交点E读取A组分的组成,第4章 液液萃取,三元系统组分互溶性的三种情况,I类物系:,I类:A与B、A与S互溶，B与S部分溶（两对全溶，一对部分溶） II类:A与B互溶，A与S、B与S部分溶（一对全溶，两对部分溶） III类:A与B、A与S互溶， B与S不溶（两对全溶，一对不溶）,II类物系,第4章 液液萃取,三角形相图上的相平衡关系,1、溶解度曲线和联结线,实验获取溶
4、解度曲线,联结线的意义,第4章 液液萃取,三角形相图上的相平衡关系,2、临界混溶点和辅助曲线,临界混溶点,临界混溶点是萃取相与萃余相的分界点。,第4章 液液萃取,三角形相图上的相平衡关系,2、临界混溶点和辅助曲线,辅助曲线的作用和作法,直角三角形法,平行线法,第4章 液液萃取,三角形相图的特点,1、反映三组分相溶状态,2、反映两两组分间相溶状态,3、反映平衡两相组成及两相数量比,第4章 液液萃取,4.1.1液液相平衡,4.1.1.1三角形相图表示法,4.1.1.2直角坐标系上的分配曲线,分配曲线上的坐标点代表每一对平衡相（R相和E相）中的组成（xA，yA）； 分配曲线不反映B与S的互溶状态；
5、分配曲线也不体现两相的数量关系。 由分配曲线可直接求得联结线,第4章 液液萃取,4.1.1液液相平衡,4.1.1.1三角形相图表示法,4.1.1.2直角坐标系上的分配曲线,分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。,4.1.1.3分配系数,kA值愈大，表明萃取所能得到的分离效果愈好。,分配系数一般不是常数,第4章 液液萃取,4.1.2温度对相平衡的影响,温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加大，S与B的互溶度也增大，使萃取的分离程度降低,溶解度曲线形状、联结线斜率和两相区面积、分配曲线形状和分配系数值均受温度影响。还可能引起物系类型的改变。,温度降低会导致传质速率减慢 。,第4章 液液萃取,
6、4.1.3萃取过程在三角形相图上的表示,杠杆规则可确定萃取操作在混合、分离前后各个液层的量。,杠杆规则是物料衡算的图解表示方法,4.1.3.1杠杆规则,第4章 液液萃取,4.1.3萃取过程在三角形相图上的表示,4.1.3.2单级萃取过程在三角形相图上的表示,初始状态点,混合状态点,平衡状态点,脱S后状态点,第4章 液液萃取,4.1.3萃取过程在三角形相图上的表示,4.1.3.2单级萃取过程在三角形相图上的表示,萃取液的最高浓度,单级萃取的效果，与溶解度曲线形状及所包围的面积有关、与S添加量有关。,并不是S用量越多，萃取液浓度越高 ！,萃取液浓度高，不等于萃取液量大 ！,第4章 液液萃取,4.1
7、.3萃取过程在三角形相图上的表示,4.1.3.2单级萃取过程在三角形相图上的表示,萃取液的最高浓度,互溶度越小，萃取操作的范围越大，可得到的 便越高,即温度越低，萃取液浓度越高,第4章 液液萃取,4.1.4萃取剂的选择,选择萃取剂的一些原则：,萃取剂的选择直接影响到分离效果和经济成本,分配系数kA值愈大，值也愈大。=1，说明该萃取剂没有分离能力。,1、萃取剂的选择性要大,第4章 液液萃取,4.1.4萃取剂的选择,选择萃取剂的一些原则：,要获得浓度高的萃取液,S与B的互溶度要小。,2、萃取剂S与稀释剂B的互溶度要小,第4章 液液萃取,4.1.4萃取剂的选择,选择萃取剂的一些原则：,溶剂的萃取能力
8、大（则用量少） 、与原料液中的组分的相对挥发度大或不会形成恒沸物（易回收） 、组成低的组分最好是易挥发组分（耗能少）,3、萃取剂的用量少和易回收可降低成本,第4章 液液萃取,4.1.4萃取剂的选择,选择萃取剂的一些原则：,萃取剂与稀释剂的密度差尽量大，界面张力要适中。,4、萃取剂的物性影响到过程的传质速率和传质效果。,兼顾粘度和凝固点、化学稳定性和热稳定性、腐蚀性、价格等。,第4章 液液萃取,例5-1,解：（1）将对应的R相与E相的组成点标绘，联结各点得出溶解度曲线LPJ，并根据联结线数据作出辅助曲线（共轭曲线）JCP。,（2）辅助曲线和溶解度曲线的交点P即为临界混溶点,第4章 液液萃取,（3
9、）分配系数kA和选择性系数。根据萃余相中xA=20%，在图中定出R1点，利用辅助曲线求出与之平衡的萃取相E1点，从图读得两相的组成,计算分配系数,计算选择性系数,第4章 液液萃取,（4）使混合液开始分层的溶剂用量。 确定点F并连点F、S，直线FS与溶解度曲线的交点H点便是混合液开始分层的点 。,分层时溶剂的用量,第4章 液液萃取,例5-1,（5）两相的组成和混合液的总组成,确定E2点，借助辅助曲线作联结线获得与E2平衡的点R2,R2E2线与FS线的交点M为混合液的总组成点。,第4章 液液萃取,4.2萃取过程的计算,4.2.1单级萃取的计算,4.2.3多级逆流接触萃取的计算,4.2.2多级错流接
10、触萃取的计算,第4章 液液萃取,4.2.1单级萃取的计算,已知条件:相平衡数据、原料液F的量及其组成xF，同时规定萃余相要达到的组成为xR,要求计算:溶剂用量、萃余相及萃取相的量以及萃取相组成,第4章 液液萃取,4.2.1.1图解法确定各相组成并求各流股的质量,在三角形相图上作溶解度曲线,将混合前后、分离前后的组成标示在三角形相图上,第4章 液液萃取,依照杠杆规则 求各流股的质量：,第4章 液液萃取,4.2.1.2物料衡算法确定各流股的质量,对总物料衡算得,对溶质A的物料衡算得,联立上两式并整理得,第4章 液液萃取,4.2.1.3萃取剂的最大用量与最小用量,原料一定，萃取剂S用量越大，混合点M
11、越靠近S点，但不能超过溶解度线上的EC点,对应EC点的萃取剂用量为其最大用量Smax,EC,最大用量,当萃取剂采用最大用量时，萃余相及萃余液的浓度达到最低（单级萃取）,第4章 液液萃取,4.2.1.3萃取剂的最大用量与最小用量,原料一定，萃取剂S用量越小，混合点M越靠近F点，但不能超过溶解度线上的RC点,对应RC点的萃取剂用量为其最小用量Smin,RC,最小用量,第4章 液液萃取,4.2.1.4单级萃取的最大萃取液组成及相应的萃取剂用量,从S点作溶解度曲线的切线与AB边相交，交点是单级萃取所能得到的最大萃取液组成。,ymax,M1,作平衡联结线R1Emax ，运用杠杆规则可求得此时所需的萃取剂
12、用量。,R1,Emax,第4章 液液萃取,4.2.1.4单级萃取的最大萃取液组成及相应的萃取剂用量,ymax,M1,作平衡联结线R1Emax ，运用杠杆规则可求得此时所需的萃取剂用量。,R1,Emax,第4章 液液萃取,4.2.2多级错流接触萃取的计算,若单级萃取所得的萃余相溶质含量较高，未低于规定值，则需采用多级萃取。,多级错流接触萃取流程,（1）每级都加入新鲜溶剂 （2）前级的萃余相为后级的原料,第4章 液液萃取,4.2.2多级错流接触萃取的计算,已知条件:相平衡数据、原料液F的量、组成xF及其各级S的用量，同时规定最终萃余相要达到的组成为xn,要求计算:理论级数,第4章 液液萃取,4.2
13、.2.1 B、S部分互溶时的三角形图图解法,多级错流萃取的三角形图图解法，是单级萃取图解法的多次运用。,前一级的萃余相作为后一级的原料液。,各级溶剂用量相等时，溶剂的总用量为最少。,第4章 液液萃取,4.2.2.2 B、S不互溶时理论级数的计算,1、直角坐标图图解法,B、S不互溶，采用直角坐标图进行计算更为方便。,萃取相中只有A、S两组分，萃余相中只有A、B两组分。,采用质量比Y（kgA/kgS）和X(kgA/kgB)表示。,第4章 液液萃取,对第一级萃取作溶质A的衡算,第4章 液液萃取,对第n级萃取作溶质A的衡算,第4章 液液萃取,上式为错流萃取的操作线方程 ,表示了任一级的萃取相组成Yn与
14、萃余相组成Xn之间的关系是直线关系。,对于理论级，离开任一级的Y n与X n处于平衡状态，故点（X n，Y n）也位于分配曲线上，为操作线与分配曲线的交点。,第4章 液液萃取,若每级加入的萃取剂的量相等，则每级操作线斜率相等。,第4章 液液萃取,在直角坐标系图解求理论级数,第4章 液液萃取,4.2.2.2 B、S不互溶时理论级数的计算,2、解析法,若分配系数为常数，则分配曲线为直线,其表达式如下:,第一级的相平衡关系为:,错流萃取第一级的操作线方程:,联解上两方程,得:,第4章 液液萃取,则:,令:,是分配曲线斜率与操作线斜率之比,称为萃取因子,第4章 液液萃取,对第n级,有:,运用上式求错流
15、萃取理论级数时的注意事项: (1)每级加入的萃取剂S的量和浓度Ys相等 (2)分配系数K为常数,第4章 液液萃取,4.2.3多级逆流接触萃取的计算,多级逆流萃取操作流程:,多级逆流萃取，就是将若干个单级萃取串联起来。萃取相与萃余相呈逆流操作。,第4章 液液萃取,在第1级萃取相获得最高含量的溶质，在第N级萃余相获得最高含量的原溶剂。,多级逆流萃取操作可在溶剂用量较少的情况下获得较高的分离效率。,第4章 液液萃取,4.2.3.1 B、S部分互溶时的图解计算,1、三角形相图图解法,确定状态点 求各股物流的量 算出所需的理论分离级数,第4章 液液萃取,1、三角形相图图解法,绘出溶解度曲线和辅助曲线,在
16、图上定出F和S两点位置，再由溶剂比S/F在FS连线上定出和点M的位置,第4章 液液萃取,由最终萃余相组成xR在相图上确定Rn点，连点Rn、M并延RnM与溶解度曲线交于E1点，此点即为最终的萃取相状态点,第4章 液液萃取,根据杠杆规则，计算最终萃取相及萃余相的流量,第4章 液液萃取,以平衡关系和物料衡算，图解求理论级数,第一级与第n级之间作总物料衡算,对第一级作总物料衡算,对第二级作总物料衡算,第4章 液液萃取,以此类推，得多级逆流操作线方程：,方程表明：离开任意级的萃余相与进入该级的萃取相的流量差为常数，以表示,通常由FE1与SRn的延长线交点来确定点的位置。,第4章 液液萃取,点的位置确定后，交替运用平衡
