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1、第第十十一一章章萃萃取取Extraction第一节 液液萃取11-1液-液萃取的基本原理11.A萃取相平衡1、三角坐标法、三角坐标法三个顶点分别表示三个顶点分别表示A、B、C纯组纯组分。三条边分。三条边AB、AC、BC分别表示分别表示AB、AC、BC二组分混合物。二组分混合物。三角形内任一点表示三组分混合物。三组分相图也三角形内任一点表示三组分混合物。三组分相图也可以用直角三角形表示。可以用直角三角形表示。2三组分相图三组分相图液液液萃取，最常见的三组分相图是其中一液萃取，最常见的三组分相图是其中一对组分间为部分互溶的。曲线对组分间为部分互溶的。曲线DNPLE之外是单液之外是单液相区，在曲线之
2、内，是两不互溶的液相区。曲线相区，在曲线之内，是两不互溶的液相区。曲线DNPLE称为溶解度曲线。如果混合物的物系点位称为溶解度曲线。如果混合物的物系点位于两相区内的点于两相区内的点M,达平衡时将分成达平衡时将分成N和和L两共轭相。两共轭相。组成由两共轭点组成由两共轭点N和和L表示。连接两共轭点表示。连接两共轭点N和和L的的直线段直线段NL称为结线（称为结线（tieline）两相的量与三点位置两相的量与三点位置的关系符合杠杆规则的关系符合杠杆规则。增组分A，结线上移，两共轭点逐渐靠近，终会在点P汇成一点，称为褶点（plaitpoint）11.1B单级平衡萃取1.单级平衡萃取流程溶液L0与萃取剂V
3、0在混合器中充分混合，混合液M通入澄清器中，静止分层,得萃取液（extract）和萃余液（raffinate）。2.单级平衡萃取计算物料衡算根据杠杆规则：几种术语（1）分配比（distributionratio）DA=yA / xA（2）分离因数(separationfactor)（3）萃取率例11-1在AB二元混合物中，溶质A的质量分数为0.40。取该混合物100kg同75kg萃取溶剂C混合，平衡分层，萃取液和萃余液中的质量分数分别为0.28和0.12，求萃取液和萃余液的量、在两相中的分配比以及萃取率。解：L0=100kg , V0=75kg , x0=0.40 , y0=0 ,y1=0.2
4、8 , x1=0.12解得： xM=0.23 两式联立，可解得萃取液120kg,萃余液55kg DA=yA/xA=0.28/0.12=2.311-2液液萃取过程11.2A逐级萃取过程多级错流萃取过程（）部分互溶时的多级错流萃取（）完全不互溶时的多级错流萃取第级溶质的物料衡算：BX0+CY0=BX1+CY1第级萃取的操作线方程式第级萃取的操作线方程式多级逆流萃取过程（）部分互溶时的多级逆流萃取（）完全不互溶时的多级逆流萃取第级和第i级之间作溶质的衡算BX0 + CYi+1 = BXi + CY13.逐级萃取设备（）混合澄清槽（）筛板萃取塔11.2B微分逆流萃取过程微分逆流萃取的传质单元假设-完全
5、不互溶dX=CdY=NAavAdhNA=KL(X-X*)2.微分逆流萃取设备微分逆流萃取设备（）填料萃取塔（）填料萃取塔（）离心萃取器（）离心萃取器第二节 浸取11-3浸取的基本原理11.3A浸取平衡1平衡级单级浸取器的原料F : F=B+L0原料F与送入的溶剂V0接触达一定时间后，由顶部排出的澄清液V1称为溢流（overflow），由底部排出的夹带液体的固体糊状物W，称为底流（underflow),底流W中除惰性固体B外之外，尚包含底流液L1：W=B+L1平衡级：底流液L1中和溢流液V1中溶质浓度相等。2平衡相图平衡相图Ponchon-Savarit相图法，坐标量相图法，坐标量N，x， y溢
6、流：溢流：底流液：底流液：3单级浸取的物料衡算总物料衡算：B+L0+V0=B+L1+V1或L0+V0=L1+V1=M溶质A衡算：L0x0+V0y0=L1x1+V1y1=MxM溶质B衡算：B=N0L0=N1L1=NMM式中M总液流量，kg(A+C)/s，点M坐标为(NM , xM) L0x0+V0y0=MxM=(L0+V0)xM=L0xM+V0xM L0(x0-xM)=V0(xM-y0)例例11-2在单级浸取器中，用在单级浸取器中，用100kg纯已烷对含油纯已烷对含油20%的的100kg大豆豆片进行浸取，浸取为理想级，排大豆豆片进行浸取，浸取为理想级，排出的底流出的底流N1=1.50。计算溢流量
7、及组成以及底流液量。计算溢流量及组成以及底流液量。解：已知解：已知V0=100kg,y0=0;L0=10020%=20kg,B=100-20=80kg,N0=80/20=4.0, x0=1.0;N1=1.50N1=1.50的水平线即为底流线，溢流线即横轴。由的水平线即为底流线，溢流线即横轴。由N0=4.0，x0=1.0，确定点确定点L0。由由y0=0，在横轴上确定在横轴上确定点点V0M=L0+V0=20+100=120kg x1=y1=xM=0.17作作x=0.17的垂直线，交直线的垂直线，交直线L0V0得点得点M，交底流线得点交底流线得点L1，交溢流线得点交溢流线得点V1 L1=N0L0/N
8、1=4.020/1.50=53.5kg V1=M-L1=120-53.3=66.7kg11.3B浸取机理浸取机理分成下列步骤：分成下列步骤：溶剂由体相传递到固体表面；溶剂由体相传递到固体表面；溶剂由固体表面传递到固体中的孔隙内；溶剂由固体表面传递到固体中的孔隙内；固体中的溶质溶解到溶剂中；固体中的溶质溶解到溶剂中；溶质穿过固体中溶剂扩散到固体表面；溶质穿过固体中溶剂扩散到固体表面；溶质由固体表面扩散到溶剂体相中。溶质由固体表面扩散到溶剂体相中。11-4浸取流程和设备浸取流程和设备11.4A浸取流程浸取流程1、多级错流浸取、多级错流浸取2多级逆流浸取多级逆流浸取3微分逆流浸取流程微分逆流浸取流程
9、11.1114B浸取设备1级式固定床浸取装置级式固定床浸取装置（1）单级浸取罐）单级浸取罐（2）多级固定床浸取系统）多级固定床浸取系统2连续移动床浸取装置连续移动床浸取装置（1）U型管式浸取器型管式浸取器（2）板式浸取塔）板式浸取塔（3）篮式浸取器）篮式浸取器（4）平转式浸取器）平转式浸取器11-5多级逆流浸取级数的计算11.5A解析法计算浸取平衡级数11.4B浸取设备浸取设备11.5A解析法计算浸取平衡级数解析法计算浸取平衡级数主要适用于恒底流；主要适用于恒底流；L1=L2=Ln=L第第3级的溶质衡算：级的溶质衡算： Lx2+Vy0=Vy3+Lx3a=V/L 称为溢流底流比。称为溢流底流比。
10、x2+ay0=ay3+x3=(a+1)x3x2=(a+1)x3-ay0第第2级的溶质衡算：级的溶质衡算： Lx1+Vy3=Vy2+Lx2因为是平衡级，因为是平衡级，x2=y2, x1+ay3=ay2+x2=(a+1)x2 x1=(a+1)x2-ay3 x1=(a+1)(a+1)x3-ay0-ay3 y3=x3 x1=(a2+a+1)x3-a(a+1)y0 全系统溶质衡算：V1y1+Lx3=L0x0+Vy0令：a1=V1/La1Ly1+Lx3=L0x0+Vy0由于：x1=y1a1Lx1+Lx3=L0x0+Vy0令：称残留率例11-3多级逆流浸取大豆中的豆油，每小时处理5吨含油量为18%的大豆，最
11、后浸取液含豆油38%。若底流中含溶液为固体量的一半，为使原料中95%的豆油被抽出，平衡级数是多少？对n级逆流浸取如果加入末级的溶剂不含溶质，y0=0解：由豆油质量衡算：50.180.95=0.38V1V1=2.25t/hL0=50.18=0.90t/hB=5-0.90=4.10t/hL=1/2B=1/24.10=2.05t/h由总液体衡算：L0+V=V1+LV=V1+L-L0=2.25+2.05-0.90=3.40t/ha1=V1/L=2.25/2.05=1.10a=V/L=3.40/2.05=1.66R=1-0.95=0.051.66n =12.4平衡级数11.5B图解法求浸取平衡级数L0+
12、V0=Ln+V1=M整个系统溶质A的衡算式：L0x0+V0y0=Lnxn+V1y1=MxM惰性固体B的衡算： B=N0L0=NnLn=NMM第1级L0+V2=L1+V1 L0-V1=L1-V2第1级到第i级L0+Vi+1=Li+V1 L0-V1=Li-Vi+1 L0-V1=L1-V2 = Li-Vi+1=Ln-V0=级间流对底流液和溢流液流量的差值，差点是各线L0V1,L1V2,LnV0的共同交点，可称为操作点。图解法步骤：（1）首先做出底流线。（2）据已知进出料条件数据找出点L0，V0和Ln。（3）通过计算求xM和NM找出点M（4）确定点V1和。（5）依次作各级平衡结线，确定平衡级数n第三节
13、第三节 超临界流体超临界流体萃取萃取超临界流体萃取（超临界流体萃取（supercriticalfluidextraction）简称简称SCFE，是利用超临界状态的是利用超临界状态的流体具有强溶解能力而对物质进行提取分离的流体具有强溶解能力而对物质进行提取分离的技术技术。11-6超临界流体萃取的基本原理11.6A超临界流体1流体的临界点流体的临界点(criticalpoint)单组分相图中，汽液平衡线的右端点，即为其临界单组分相图中，汽液平衡线的右端点，即为其临界点。此点状态对应临界温度点。此点状态对应临界温度Tc、临界压力临界压力pc和临界密和临界密度度rc。临界温度临界温度Tc是通过加压能使
14、气体液化的最高温是通过加压能使气体液化的最高温度。临界压力度。临界压力Pc是在接近临界温度时使气体液化所需是在接近临界温度时使气体液化所需的最小压力。的最小压力。2超临界流体及其特性超临界流体及其特性TTc , ppc状态的流体，称超临界流体。状态的流体，称超临界流体。（1）超临界流体的传递性质表明它更有利于传质。超临界流体的传递性质表明它更有利于传质。流体的类别气体超临界流体液体密度r(kg/m3)黏度m(mPas)扩散系数D(mm2/s)0.6210305200200900201000.011600160010010000.00040.002（2）超临界流体在距临界点较近的范围内，流体的超
15、临界流体在距临界点较近的范围内，流体的密度对温度和压力的变化较为敏感。密度对温度和压力的变化较为敏感。3超临界超临界CO2作作SCF溶剂具有一系列的优溶剂具有一系列的优点点:(1)临界密度大临界密度大,c高达高达468kg/m3；(2)临界温度低临界温度低 , Tc仅为仅为31.1；(3)临界压力不高临界压力不高, pc为为7.37MPa；(4)无毒安全无毒安全;(5)来源广，价格低廉。来源广，价格低廉。11.6B超临界流体的萃取方法超临界流体的萃取方法1超临界流体萃取的基本流程超临界流体萃取的基本流程主要设备为萃取器、分离器和压缩机，其它设主要设备为萃取器、分离器和压缩机，其它设备包括贮罐、
16、辅助泵、换热器、阀门、流量计备包括贮罐、辅助泵、换热器、阀门、流量计以及温度、压力调控系统等。以及温度、压力调控系统等。三种典型流程：三种典型流程：（1）变压分离萃取流程）变压分离萃取流程（2）变温分离萃取流程）变温分离萃取流程（3）吸附分离萃取流程）吸附分离萃取流程2.超临界流体萃取条件的选择超临界流体萃取条件的选择（1）操作条件的选择）操作条件的选择（2）夹带剂的使用）夹带剂的使用11-7超临界流体萃取在食品工业中的应用11.7A超临界流体萃取应用概述1、超临界流体萃取的各种用途、超临界流体萃取的各种用途（1）萃取）萃取（2）除去不良物质）除去不良物质（3）脱除溶剂）脱除溶剂（4）分馏作用
17、）分馏作用（5）保护和促进催化剂的作用）保护和促进催化剂的作用（6）作为微粒和薄膜制造的介质）作为微粒和薄膜制造的介质（7）作为一种分析方法，超临界流体色谱）作为一种分析方法，超临界流体色谱2超临界流体萃取在食品工业中应用现状超临界流体萃取在食品工业中应用现状（1）油脂的萃取）油脂的萃取（2）胆固醇的萃取）胆固醇的萃取（3）油脂的分馏）油脂的分馏（4）油脂的精炼）油脂的精炼（5）风味物质的萃取）风味物质的萃取（6）其它萃取）其它萃取11.7B超临界流体萃取在食品工业中应用超临界流体萃取在食品工业中应用选例选例1、从咖啡豆中脱除咖啡因。、从咖啡豆中脱除咖啡因。2啤酒花的萃取啤酒花的萃取3植物油的萃取植物油的萃取在较高的温度和压力区域进行萃取，采用在较高的温度和压力区域进行萃取，采用变压分离流程变压分离流程。
