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1、 第十二章 萃取第一节概述12-1萃取原理和过程B+A(少)ERS+A(多)A+BS混合器分层器图12-1 萃取过程原理图一.液液萃取原理据图12-1进行介绍。二工业萃取过程萃取塔萃取相A+S无水醋酸A恒沸精馏塔提馏塔稀醋酸A+B醋酸乙酯（S）萃余相废水萃取部分分离部分图12-2稀醋酸的工业萃取过程三萃取的工业应用1).溶质A的浓度很稀，特别是原溶剂B是易挥发组分时，利用精馏分离能耗太大；2).混合物相对挥发度小，或形成恒沸物，用一般精馏方法难以分离；3).混合物中含有热敏性物质。四萃取剂的选择1）选择性；2）溶解性能；3）影响分层的因素：a.两者有较大的密度差。b.两者有适宜的表面张力；4）
2、萃取剂与溶质A容易分离；5）其它的一般工业要求。12-2 两相接触方式一. 连续接触方式（微分接触）两相以这种方式接触的萃取设备有：喷洒萃取塔、转盘萃取塔、脉冲萃取塔等等。二. 离散接触方式（级式接触）两相以这种方式接触的萃取设备有：混合沉降槽、筛板萃取塔等等。第二节液-液相平衡液-液相平衡是萃取研究和计算的基础。假如所选用的萃取剂与原料液完全不互溶，所得的萃取相和萃余相均为二组分混合物，则萃取操作原理和计算与吸收相似。但一般情况下，萃取剂与原料液为部分互溶，所得的萃取相和萃余相均为三组分混合物，在讨论液-液相平衡时，为方便表示三组分物系的组成，适宜采用三角形相图。12-3三角形相图一.三元物
3、系组成表示方法正三角形相图 图12-3 正三角形相图 图12-4直三角形相图如图12-3所示。意义： 三个顶点：三个纯组分三条边：连结顶点的二组分物系三角形区域：三组分物系某点组成：过组成点作某个顶点对应底边的平行线，两者的距离代表着该顶点组分的含量。 直三角形相图如图12-4所示。其意义与正三角形相图相似。二.杠杆定律SPBAFCD图12-5杠杆定律用于萃取图解设在某原料料液中加入某种萃取剂，所得的混合物组成点为Z， 经过充分搅拌地萃取传质后，混合液引入分层器静置分层， 得到萃取相U和萃余相V，则萃取相U和萃余相V的组成和数量满足下列关系 (12-3-1)上述关系相似于杠杆关系，故称为杠杆定
4、律，其图解表示见图12-3和12-4。根据杠杆定律，Z、U、V三个组成点落在同一条直线上。通常将Z点称为U和V的“和点”，点U称为Z和V的“差点”，同理，将点V称为Z和U的“差点”。杠杆定律的应用举例：萃取过程组成的变化及相应的图解说明，如图12-5所示。原料液量为F，萃取剂量为S，和点为P，则据杠杆定律有12-4部分互溶物系的相平衡一.第 I 类物系第 I 类物系指B与S部分互溶，而B与A、S与A可完全互溶的物系，参见图12-6。1.溶解度曲线将一定量的B和S混合在一起，设混合物和点为图12-6中的M。充分搅拌，然后静置分层，因两者部分互溶，经混合分离后，B中含有部分S，而S中含有部分B，两
5、者部分达成平衡，其组成点为图12-6中的P和Q。在上述混合物中加入一定量的A，则和点的组成将沿着图12-6中的AM线变化，设加入的A的量使得和点移动到M1，再次充分搅拌后静置分层，分离的两部分再次达成平衡，其组成点为图中的R1和E1点；再次加入A进行类似操作分别得到达成平衡的点R2，E2； R3，E3；。当加入的A的量达到J点时， 图12-6三角形相图的溶解度曲线和联结线混合物不再分离成两个相，而是混合成一个相。将R1R2R3JE1E2E3 联结成一条光滑的曲线，称为溶解度曲线。2.平衡联结线互成平衡的两液相组成点的联线称为平衡联结线，如图12-6中的 ， ，等等。两互成平衡的组成点与它们的和
6、点满足杠杆定律，这是杠杆定律在萃取操作中的重要应用。例如，E1、M1、R1三点满足 3.临界混溶点当B和S以合适的初始比例混合（如图12-6中M点所代表的比例），再从小到大逐步加入A进行充分搅拌混和，然后静置分层，形成达成平衡的两相，两相的组成的差别随着A的加入量的增大而缩小（在相图中表现为联结线逐步缩短）。当A的加入量达到图12-6中J点所代表的量时，分离的两相同时消失，合并为单相，J被称为混溶点。注意，当B和S的初始组成不是M点，则A的加入组成的变化线不经过混溶点。例如，若初始组成在N点，A的加入到达E3点时，萃余相（R3）消失；同理，若初始组成在O点，A的加入到达R4点时，萃取相（E4）
7、消失。4.平衡联结线的内插当知道平衡的两相的某一相组成，要求另一相的组成，且平衡的两相介于两联结线之间时，需要用内插的方法作出联结线。可通过绘制辅助线作出联结线，绘制辅助线有下述两种方法：a.当已知联结线斜度较大时，辅助线的绘制如图12-7所示。b.当联结线的斜率较小时，如图12-8所示。图12-7辅助线的作法及应用(a) 图12- 8辅助线的作法及应用(b)5. 分配系数与分配曲线分配系数k：对A有 kA= （12-4-1）分析kA数值大小对萃取的影响及对联结线走势的影响。同理，对B有kB= （12-4-2）分析kB数值大小对萃取的影响。注意k一般非常数，而和浓度有关。分配曲线 将各组达成平
8、衡萃取相和萃余相的yA -xA 描绘在x-y图上，再联结成光滑曲线，既称为分配曲线。分配曲线可直接利用平衡数据绘制，也可借助三角形相图中的联结线进行绘制，如图12-9所示。 图12-9 分配曲线6.选择性系数选择性系数定义为 (12-4-3)相当于精馏中的相对挥发度，当其值等于1时，不能通过萃取的方法进行分离。二.第二类物系第二类物系为A和B完全互溶，而B和S、A和S为部分互溶，如图12-10所示。 图12-10 第二类物系相图12-5影响萃取效果的若干因素一.互溶度对萃取操作的影响及影响互溶度的因素1.互溶度对萃取操作的影响互溶度越小，溶解度曲线所包围的区域越大，Emax越大，意味着选择性系
9、数越大，分离效果越好。2.影响互溶度的因素 a.物系性质：对一定的A+B，互溶度取决于S的性质，从取得好的分离效果考虑，所选择的S与A+B的互溶度越小越好。 b.操作温度 图12-11温度对互溶度的影响物系的互溶度与温度有关，在某些情况下不同的温度可以使物系由第一类物系转变为第二类物系，如图12-11所示。注意，从互溶角度考虑，温度越低越好。但是，从传质角度考虑，温度低则液体粘度大，扩散系数小，传质阻力大，故温度也不能太低。 二.选择性系数对分离效果的影响越大，分离效果越好，反之越差。 大小在三角形相图表现为联结线斜率的大小， 越小则斜率越小。当小到等于1时，就无法分离，分析如下(参见图12-
10、12)： 1 kA=kB 图12-12 选择性系数对萃取的影响而上列二全等式的几何意义分别为E点组成沿着SEE线变化到E和R点组成沿着SRR线变化到R。于是得上式表明经萃取后萃取液和萃余液中A和B的组成比相同，换句话说，没有分离效果。1在三角形相图中的几何表现为过M点的RE联结线和FS线重合。第三节萃取操作的流程和计算12-6单级萃取的流程和计算一.单级萃取流程如图12-13所示。图12-13单级萃取流程 图12-14单级萃取的正三角形相图图解二.单级萃取流程的三角形相图图解如图12-14所示，与图12-13相对照。说明图解试差得到RE联结线的方法，指出萃取液能达到的最大浓度。三.单级萃取的计
11、算1.S与B部分互溶如图12-14所示MF+SR+E （12-6-1） （12-6-2） FE+R （12-6-3） （12-6-4）2. S与B不互溶如图12-15所示，其物料衡算式（操作线方程）如下：BXF=SY+BX (12-6-5a)Y-（B/S）(X-XF) (12-6-5b)XF：kgA/kgB 图12-15S与B不互溶时的单级萃取图解Y：kgA/kgSX：kgA/kgB用图解方法得到（X1，Y1）。 12-7多级错流萃取流程与计算一.流程如图12-16所示。 图12-16多级错流萃取流程二.计算1.S与B不互溶当萃取剂总量一定时，以加入各级的萃取剂量相等时萃取效果最好，设此量为S1，则将单级萃取的物料衡算式应用于多级错流萃取的各级得到Y1-（B/S1）(X1-XF)
