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1、11.1 概述概述11.1.1 液液萃取过程液液萃取过程11.1.1.1 液液萃取的目的和依据液液萃取的目的和依据 目的：液体混合物分离。目的：液体混合物分离。 依据：液体混合物各组分依据：液体混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。在某种溶剂中溶解度的差异。第第11章章 液液萃取液液萃取11.1.1.2 工业萃取过程工业萃取过程须解决的问题：须解决的问题： （1）选择一合适的萃取剂）选择一合适的萃取剂; （2）提供优良的萃取设备）提供优良的萃取设备; （3）完成萃取相、萃余相的脱溶剂。完成萃取相、萃余相的脱溶剂。工业萃取过程（稀醋酸水溶液的分离）工业萃取过程（稀醋酸水溶液的分离）萃取及恒沸精馏
2、提浓醋酸流程萃取及恒沸精馏提浓醋酸流程醋酸乙酯醋酸乙酯+醋酸+水(少)醋酸乙酯+水-恒醋酸乙酯（少） +水醋酸乙酯（少） +水醋酸乙酯+水-恒沸酯相 11.1.1.3 萃取过程的经济性萃取过程的经济性 过程的经济性很大程度上取决于萃取剂的过程的经济性很大程度上取决于萃取剂的性质。性质。 萃取剂的技术指标：萃取剂的技术指标： (1) 溶解能力强；溶解能力强； (2) 选择性高；选择性高； (3)与被分离组分与被分离组分A之间的相对挥发度要高；之间的相对挥发度要高； (4) 在混合液中的溶解度要小。在混合液中的溶解度要小。11.1.2 两相的接触方式两相的接触方式11.1.2.1 微分接触微分接触
3、喷洒萃取塔喷洒萃取塔11.1.2.2 级式接触级式接触单级连续萃取单级连续萃取单级混合沉降槽单级混合沉降槽多级错流萃取多级错流萃取多级逆流萃取多级逆流萃取 11.2 液液萃取液液萃取11.2.1 三角形相图三角形相图11.2.1.1 溶液组成的溶液组成的 表示方法表示方法 归一条件：归一条件： xA+ xB+ xS=1 xi 均为质量分率均为质量分率溶液组成的表示方法溶液组成的表示方法11.2.1.2 物料衡算与杠杆定律物料衡算与杠杆定律 （不但浓度，而且量也能表示）（不但浓度，而且量也能表示）设设 R (xA, xB, xS)与与 E ( yA, yB, yS）混合混合, 得得 M ( zA
4、, zB, zS)。溶液组成的表示方法溶液组成的表示方法（斜率一样（斜率一样-）11.2.1.3 混合物的和点和差点混合物的和点和差点 M 为为R 与与E 的和点的和点 R为为 M与与E 的差点的差点 E为为 M与与R 的差点的差点溶液组成的表示方法溶液组成的表示方法（只出现（只出现E、M，却少，却少R，则以，则以R为支点）为支点）AP 线线: B、S 的相对比值相同的相对比值相同 P1、P2 均为均为A与与P的和点的和点SQ 线线: A、B 的相对比值相同的相对比值相同 Q2、Q 均为均为Q1与与S的差点的差点混合液的和点和差点混合液的和点和差点11.2.2 部分互溶物系的相平衡部分互溶物系
5、的相平衡 自由度：自由度： F = N + 2 = 3 2 + 2 = 3 T、 p 一定，互成平衡的两相组成自由度为一定，互成平衡的两相组成自由度为1。溶解度曲线溶解度曲线: ys=(yA); xs=(xA)平衡联结线平衡联结线: yA= f (xA)11.2.2.1 溶解度曲线和平衡联结线溶解度曲线和平衡联结线平衡联结线平衡联结线 临界混溶点（临界混溶点（P）：两共轭相的组成无限趋）：两共轭相的组成无限趋近而变为一相，表示这一组成的点。近而变为一相，表示这一组成的点。吡啶吡啶 氯苯氯苯水系统的平衡联结线水系统的平衡联结线11.2.2.2 平衡联结线的内插平衡联结线的内插辅助曲线的作法辅助曲
6、线的作法11.2.2.3 分配曲线与分配系数分配曲线与分配系数(似挥发度似挥发度)萃取相萃取相 E 中中A 的质量分数的质量分数萃余相萃余相 R 中中A 的质量分数的质量分数分配曲线与平衡联结线的关系分配曲线与平衡联结线的关系11.2.3 液液相平衡与萃取操作的关系液液相平衡与萃取操作的关系11.2.3.1 级式萃取过程的图示级式萃取过程的图示单级萃取过程单级萃取过程 整个过程将组成为整个过程将组成为F 点点的混合物分离的混合物分离成为含成为含A较多的萃较多的萃取液取液E0与含与含A较少较少的萃余液的萃余液R0。 单级萃取过程单级萃取过程11.2.3.2 溶剂的选择性系数溶剂的选择性系数(似相
7、对挥发度似相对挥发度) 选择性系数选择性系数表示溶质表示溶质A在两液相中浓度的差异在两液相中浓度的差异 1，能萃取分离；，能萃取分离； = 1，平衡联结线的延长线过，平衡联结线的延长线过S点，不能萃点，不能萃 取分离；取分离； ，B与与S不互溶。不互溶。11.2.3.3 互溶度的影响互溶度的影响 互溶度越小，萃取的操作范围越大，互溶度越小，萃取的操作范围越大， 越高。越高。一般，温度降低，互溶度减小，利于萃取。一般，温度降低，互溶度减小，利于萃取。互溶度对萃取过程的影响互溶度对萃取过程的影响11.3.萃取过程计算萃取过程计算11.3.1 萃取级内过程的数学描述萃取级内过程的数学描述11.3.1
8、.1 单一萃取级的物料衡算单一萃取级的物料衡算总物料衡算式总物料衡算式溶质溶质A衡算式衡算式溶剂溶剂S衡算式衡算式萃取级的物料衡算萃取级的物料衡算11.3.1.2 理论级与理论级与级效率级效率 理论级：理论级：进入进入m 级的级的 Rm-1 和和 Em+1，不论，不论组成组成 如何，传质之后，离开如何，传质之后，离开 m 级的级的 Rm与与 Em达到平衡状态。达到平衡状态。 特征方程：特征方程：ym,S = (ym,A) （溶解度曲线）（溶解度曲线） xm,S = (xm,A) （溶解度曲线）（溶解度曲线） ym,A = f(xm,A) （平衡联结线）（平衡联结线） 级效率：级效率：实际萃取级
9、和理论萃取级分离能实际萃取级和理论萃取级分离能力的差异。力的差异。11.3.2 单级萃取单级萃取11.3.2.1 单级萃取的解析计算单级萃取的解析计算 物料衡算物料衡算 F + S = R + E FxFA + SzA = RxA + EyA SzS = RxS + EyS 单级萃取单级萃取 假设萃取器相当于一个理论级，则特征方程假设萃取器相当于一个理论级，则特征方程yS =(yA)xS =(xA)yA = f (xA)设计型问题设计型问题 已知：已知：F , xFA ,物系的相平衡关系；物系的相平衡关系； 工艺要求规定工艺要求规定 xA ;（如：合成酯用水萃取（如：合成酯用水萃取cat） 选
10、择选择 zA, zS , 求：求：S, E, yA, yS, R, xS。 操作型问题操作型问题 已知：已知：F , S , xFA , xFS , zA , zS 。 求：求： E , R , yA , yS , xA , xS 。11.3.2.2 单级萃取的图解计算单级萃取的图解计算 图解步骤图解步骤（1）由）由 xA 定定 R；（2）过）过 R 由平衡联结线定由平衡联结线定 E；（3）由）由 xFA 定定 F；（4）联结）联结 （纯溶剂萃取时），（纯溶剂萃取时）， 交交 于于M点。点。 单级萃取单级萃取11.3.2.3 单级萃取的操作范围单级萃取的操作范围 （1）F，x FA 一定，一定
11、，S，M S，以以C点为限。点为限。单级萃取操作的分离范围单级萃取操作的分离范围（2） 从从S点作溶解度曲线的点作溶解度曲线的切线切线 ,得得 过切点过切点e 作平衡联结作平衡联结线线 ,交交 于于M点点（实现（实现yA，max） （3）当当xFA较低、较低、kA 较小时，较小时，单级萃取无法实现单级萃取无法实现E相组成相组成到达切点到达切点e, S , yA。 过过d 作平衡联结线作平衡联结线 ,由由 得得单级萃取操作的分离范围单级萃取操作的分离范围作业作业：13；（看萃取设备）（看萃取设备）11.3.3 多级错流萃取多级错流萃取 多级错流萃取的计算是单级萃取的多次重复。多级错流萃取的计算是
12、单级萃取的多次重复。 多级错流萃取多级错流萃取11.3.4 多级逆流萃取多级逆流萃取11.3.4.1 多级逆流萃取的逐多级逆流萃取的逐级级计算计算 设计型问题设计型问题 已知：已知：F, xFA , xFS 及相平衡关系；及相平衡关系； 工艺要求规定工艺要求规定 xNA； 选定选定 S, zA , zS , 求：求：N, Ei , Ri , yiA , yiS , xiA , xiSF + Em+1 = Rm + F1FxFA + Em+1ym+1,A = RmxmA + E1y1,AFxFS + Em+1ym+1,S = RmxmS + E1y1,SN已知，为操作型问题。已知，为操作型问题。
13、多级逆流萃取多级逆流萃取11.3.4.2 三角形相图上的逐级图解法三角形相图上的逐级图解法操作点操作点为通过每一级的为通过每一级的净流量。净流量。 图解步骤图解步骤（1）将）将 与与 延长相延长相交，得交，得；（2）自）自 E1 作平衡联结线作平衡联结线得得R1；（3）作）作 交溶解度曲线，交溶解度曲线，得得E2。 重复以上步骤，至重复以上步骤，至xmAxNA ，则：，则：N = m 多级逆流萃取理论级的图解法多级逆流萃取理论级的图解法11.3.4.3 溶剂比的影响溶剂比的影响 (S/F)较大，较大，M点离点离F点较远，点较远，点在相图右方点在相图右方且靠近且靠近S点；点； (S/F)减小，减
14、小， 点远离点远离S点甚至移至相图的左方；点甚至移至相图的左方； (S/F)愈小，愈小， 点离点离B点愈近，达到同样的分离点愈近，达到同样的分离程度所需程度所需N越多。越多。 (S/F)1 (S/F)2 (S/F)311.3.4.4 最小溶剂比的确定最小溶剂比的确定 min为最靠近为最靠近S点点的的。最小溶剂比的确定最小溶剂比的确定11.3.5 完全不互溶物系萃取过程的计算完全不互溶物系萃取过程的计算11.3.5.1 组成与相平衡的表示方法组成与相平衡的表示方法 以惰性组分为基准表示溶液的浓度。以惰性组分为基准表示溶液的浓度。 X R相组成，相组成， kgA / kgB Y E 相组成，相组成
15、， kgA / kgS 相平衡方程：相平衡方程：Y = KX K 随浓度不同而异随浓度不同而异11.3.5.2 单级萃取单级萃取完全不互溶物系的单级萃取完全不互溶物系的单级萃取11.3.5.3 多级错流萃取多级错流萃取为单级萃取的多次重复为单级萃取的多次重复完全不互溶物系的多级错流萃取图解完全不互溶物系的多级错流萃取图解 K = 常数，则可解析计算求常数，则可解析计算求 N。萃取因数：萃取因数：萃取相萃取相E中中A的量的量萃余相萃余相R中中A的的量量多级错流萃取中第多级错流萃取中第m 级的物料衡算级的物料衡算当当S1 = S2 = = S m = 时，时， 常数常数逐级递推，逐级递推，A的萃余
16、百分数：的萃余百分数：11.3.5.4 多级逆流萃取多级逆流萃取平衡线平衡线: Y = KX ; 操作操作线线:完全不互溶物系的多级逆流萃取完全不互溶物系的多级逆流萃取若平衡线为一通过原点的直线，则若平衡线为一通过原点的直线，则精馏、解吸、萃取均可用上式计算精馏、解吸、萃取均可用上式计算 N。对萃取，对萃取， 为萃取因数；为萃取因数；对解吸，对解吸， 为解吸因数。为解吸因数。11.3.6 回流萃取回流萃取11.3.6.1 回流萃取过程回流萃取过程 回流液必须具备的条件：回流液必须具备的条件： （1）不能与萃取相完全互）不能与萃取相完全互 溶溶 （2）应使）应使 B向向R相传递；相传递； 而而A
17、向向E相传递。相传递。 回流萃取用于有两对回流萃取用于有两对 部分互溶组分的第部分互溶组分的第类物系类物系 回流萃取回流萃取11.3.6.2 脱溶剂为基的相平衡图脱溶剂为基的相平衡图（y0 x0图）图） y0 _ E相的脱溶剂基浓度，相的脱溶剂基浓度，kgA / kg (A+B) x0 _ R相的脱溶剂基浓度，相的脱溶剂基浓度，kgA / kg (A+B) 以脱溶剂为基的相平衡曲线以脱溶剂为基的相平衡曲线11.3.6.3 物料衡算物料衡算 全过程物料衡算全过程物料衡算回流萃取的总物料衡算回流萃取的总物料衡算溶剂回收装置物料衡算溶剂回收装置物料衡算回流萃取的总物料衡算回流萃取的总物料衡算11.3
18、.6.4 理论级数的图解计算理论级数的图解计算 (1) 增浓段的操作线增浓段的操作线（操作点）（操作点）（2）提浓段操作线）提浓段操作线（ 操作点）操作点）提浓段物料衡算及操作点的确定提浓段物料衡算及操作点的确定（3）理论级数的图解计算）理论级数的图解计算 操作线操作线ab、cd均非直线，但计算与精均非直线，但计算与精馏图解计算相同。馏图解计算相同。回流萃取理论级数的图解法回流萃取理论级数的图解法11.4 萃取设备萃取设备11.4.1 萃取设备的主要类型萃取设备的主要类型11.4.1.1 混合澄清槽混合澄清槽 (4min)11.4.1.2 筛板塔筛板塔 (20s) 轻相为分散相的筛板塔轻相为分
19、散相的筛板塔 重相为分散相的筛板塔重相为分散相的筛板塔(20s)(20s)(3min)11.4.1.3 喷洒萃取塔喷洒萃取塔11.4.1.4 脉冲筛板塔脉冲筛板塔 在在塔塔内内提提供供外外加加机机械械能能以以造造成成脉脉动动，使使物物料料处处于于周周期期性性的的变变速速运运动动之之中中，两两液液相相获获得得较较大大的的相相对对速速度度。传传质质速速率率很很高高。11.4.1.5 振动筛板塔振动筛板塔(4min)11.4.1.6 转盘塔转盘塔(2min)11.4.1.7 翻斗式萃取器翻斗式萃取器(1min)11.4.1.8 静态混合器静态混合器(1min)11.4.2 液泛现象液泛现象(3min)11.4.3 界面现象界面现象(3min)
