§12.1萃取的基本概念第十二章萃取一、液液萃取簡介

1.萃取原理

利用液體混合液中各組分在萃取劑中的溶解度差異實(shí)現(xiàn)分離的一種單元操作。

溶質(zhì)

A：混合液中欲分離的組分

混合液中的溶劑

稀釋劑（原溶劑）B：

1萃取劑S：

所選用的溶劑

2.基本過程描述§萃取的基本概念23.分離對(duì)象——液液混合物1）相對(duì)揮發(fā)度等于或者接近1(烷烴/芳烴)；2）重組分含量少，輕組分含量多；3）混合液含熱敏性物質(zhì)（藥物）§萃取的基本概念3二、

三角形相圖

組分的濃度以摩爾分率，質(zhì)量分率表示均可。常用xA、xB、xS分別表示A、B、S的質(zhì)量分率。1.三元組成的表示法等腰直角三角形等邊三角形不等腰直角三角形§萃取的基本概念4ABSABS三個(gè)頂點(diǎn)分別表示A、B、S三個(gè)純組分。每條邊代表某二元混合物的組成，不含第三組分。E點(diǎn)：xA

，xB

=0.6三角形內(nèi)任一點(diǎn)代表某三元混合物的組成。EEMMFGS%A%B%S%A%B%§萃取的基本概念FGH5杠桿R

E

REF

M

2.三角形相圖中的杠桿定律——萃取物料衡算的依據(jù)三點(diǎn)共線

M點(diǎn)：和點(diǎn)

F、S：差點(diǎn)線段成比例

§萃取的基本概念6杠桿Note:

杠桿原理的實(shí)質(zhì)即物料衡算物料衡算：三角形相圖的應(yīng)用：1.查取濃度；2.表示混合、分離等過程；3.定量計(jì)算----杠桿原理?！燧腿〉幕靖拍頖7B多S少S多B少+A+A1.溶解度曲線

三、

三角形相圖中的相平衡關(guān)系MRE思考：若B與S互溶度變大，則兩相區(qū)范圍如何變化？共軛相：互成平衡的兩相萃取劑的加入量應(yīng)使總組成點(diǎn)落在兩相區(qū)內(nèi)利用輔助曲線可求任一已知平衡液相的共軛相§萃取的基本概念8

2.分配系數(shù)和分配曲線1）分配系數(shù)

分配系數(shù)表達(dá)了某一組分在兩個(gè)平衡液相中的分配關(guān)系。

kA值與聯(lián)結(jié)線的斜率有關(guān)。

§萃取的基本概念9聯(lián)結(jié)線的斜率＞0

kA＞1，yA＞xA

聯(lián)結(jié)線的斜率=0

kA=1，yA=xA

聯(lián)結(jié)線的斜率＜0

kA＜1，yA＜xA

kA值愈大，萃取分離的效果愈好。

§萃取的基本概念102）分配曲線§萃取的基本概念114.溫度對(duì)相平衡關(guān)系的影響

物系的溫度升高，組分間的互溶度加大

溫度升高，分層區(qū)面積縮小

T1＜T2＜T3§萃取的基本概念12四、三角形相圖在單級(jí)萃取中的應(yīng)用●FMRE對(duì)應(yīng)最大萃取液濃度§萃取的基本概念13五、萃取劑的選擇

1.萃取劑的選擇性和選擇性系數(shù)

1）萃取劑的選擇性

§萃取的基本概念14β=1，A、B兩組分不能用萃取分離；

β>1，組分A在萃取相中濃集，β越大，組分A與B萃取分離的效果越好。2）選擇性系數(shù)和分配系數(shù)的關(guān)系

kA愈大，kB愈小，選擇性系數(shù)愈大選擇性系數(shù)表示萃取劑對(duì)組分A，B溶解能力差別的大小2.萃取劑S與稀釋劑B的互溶度

組分B與S的互溶度影響溶解度曲線的形狀和分層面積?！燧腿〉幕靖拍?5

B、S互溶度小，分層區(qū)面積大，可能得到的萃取液的最高濃度ymax’較高。

B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分離。

§萃取的基本概念163.萃取劑回收的難易

被分離體系相對(duì)揮發(fā)度α大，用蒸餾方法分離；如果α接近1，可用反萃取，結(jié)晶分離等方法。4.萃取劑的其它性質(zhì)

1）萃取劑的密度萃取劑與被分離混合物應(yīng)有較大的密度差2）界面張力首要考慮的還是滿足分層的要求。一般不選界面張力過小的萃取劑?！燧腿〉幕靖拍?73）粘度

粘度小對(duì)萃取劑有利

5.一般工業(yè)要求

化學(xué)穩(wěn)定性好、不易聚合、分解、腐蝕性小、無毒、來源容易，價(jià)格便宜等

§萃取的基本概念18一、單級(jí)萃取的流程與計(jì)算

1.單級(jí)萃取的流程

原料液F萃取劑S萃余相R萃取相E2.單級(jí)萃取的計(jì)算1）萃取劑與稀釋劑部分互溶的體系

萃取過程的流程和計(jì)算

理論萃取級(jí)離開的兩相Ri、Ei呈相平衡關(guān)系19●F●REME’R’DG最小萃取劑用量最大萃取劑用量

確定點(diǎn)F、S（或S0）、點(diǎn)R，點(diǎn)E，作聯(lián)結(jié)線，找到點(diǎn)M，利用杠桿原理求各量。萃取過程的流程和計(jì)算202）萃取劑與稀釋劑不互溶的體系

萃取相中溶質(zhì)A的濃度萃余相中溶質(zhì)A的濃度

（質(zhì)量比）（質(zhì)量比）類似于吸收中由物料衡算萃取過程的流程和計(jì)算21當(dāng)萃取劑為純?nèi)軇r(shí)，——單級(jí)萃取的操作線方程

XFE1XRYEY0=0過點(diǎn)（XF，0），斜率為萃取過程的流程和計(jì)算22

例1

單級(jí)萃取采用純?nèi)軇┻M(jìn)行單級(jí)萃取。已知料液組成xF=0.3(質(zhì)量分率，下同)，選擇性系數(shù)為6，在萃余相中，kA<1，溶解度曲線如圖所示。試求：（1）萃取液量與萃余液量的比值；（2）溶劑比S/F是最小溶劑比（S/F）min多少倍？（用線段表示）萃取過程的流程和計(jì)算23解：（1）萃取液量與萃余液量的比值萃取過程的流程和計(jì)算24（2）溶劑比S/F是最小溶劑比（S/F）min多少倍？萃取過程的流程和計(jì)算25補(bǔ)充作業(yè)：用純?nèi)軇┳鲉渭?jí)萃取，已知萃取相中濃度比yA/yB=7/3，萃余相中濃度比xA/xB=1/4，原料液濃度xF，原料液量為100kg，操作條件下，分配系數(shù)kA>1，求：

（1）萃取液與萃余液的量；

（2）選擇性系數(shù)；萃取過程的流程和計(jì)算26二、多級(jí)錯(cuò)流接觸萃取的流程與計(jì)算

1.多級(jí)錯(cuò)流接觸萃取的流程

萃取過程的流程和計(jì)算27M1R1E1M2R2E2M3E3R3特點(diǎn)：①每一級(jí)均用新鮮萃取劑，故傳質(zhì)推動(dòng)力較大；②萃取劑用量大，操作費(fèi)用高?？梢宰C明，若相平衡關(guān)系為線性，B與S不互溶，則當(dāng)S1=S2=S3=┈SN時(shí)，萃取劑用量最少。2.多級(jí)錯(cuò)流萃取的計(jì)算1）S和B部分互溶的體系

如此反復(fù)，直至共軛線的個(gè)數(shù)即理論級(jí)數(shù)。萃取過程的流程和計(jì)算282）萃取劑和稀釋劑不互溶的體系

對(duì)第一級(jí)：第2到N級(jí)：——錯(cuò)流萃取每一級(jí)的操作線方程

a）直角坐標(biāo)圖解法萃取過程的流程和計(jì)算29OEY0XFV-B/S1E1X1Y1U-B/S2E2X2Y2-B/S3萃取過程的流程和計(jì)算30b）解析法分配曲線：設(shè)：——萃取因子（對(duì)應(yīng)吸收中的脫吸因子）交替應(yīng)用和（類似吸收中克列姆塞爾方程的推導(dǎo)）物料衡算關(guān)系相平衡關(guān)系操作線方程分配曲線方程萃取過程的流程和計(jì)算31三、多級(jí)逆流萃取的流程與計(jì)算

1.多級(jí)逆流萃取的流程

特點(diǎn)：傳質(zhì)推動(dòng)力較為均勻，分離效率高，溶劑用量少，工業(yè)中廣泛應(yīng)用。萃取過程的流程和計(jì)算322.多級(jí)逆流萃取的計(jì)算1）萃取劑與稀釋劑部分互溶的體系

對(duì)第一級(jí)作總物料衡算

對(duì)第二級(jí)作總物料衡算

依此類推，對(duì)第n級(jí)作總物料衡算萃取過程的流程和計(jì)算33FRNME1△R1E2R2E3——操作點(diǎn)

如此反復(fù)，直至（指定）為止，共軛線的個(gè)數(shù)即為理論級(jí)數(shù)操作線萃取過程的流程和計(jì)算34Note:點(diǎn)△的位置與聯(lián)接線斜率、原料液的流量和組成、萃取劑用量和組成、最終萃余相組成等有關(guān)。其它條件一定時(shí)，點(diǎn)△的位置由溶劑比決定：S/F較小時(shí)，點(diǎn)△在左側(cè)，S用量越小，△越靠近S；S/F較大時(shí)，點(diǎn)△在右側(cè)，S用量越大，△越靠近S；2）萃取劑與稀釋劑不互溶的體系a）直角坐標(biāo)圖解法萃取過程的流程和計(jì)算35XYOEXFY1P1XNSE1P2萃取過程的流程和計(jì)算36b）解析法3）多級(jí)逆流萃取的最小溶劑用量

XYOEXNXFk1k2kmin萃取過程的流程和計(jì)算37例在多級(jí)逆流接觸式萃取器中，每小時(shí)用40kg純?nèi)軇㏒對(duì)某A、B兩組分混合液進(jìn)行萃取分離。在操作條件下，B與S完全不互溶，以質(zhì)量比表示的分配系數(shù)為。已知稀釋劑B的流量為30kg/h，原料液中A的質(zhì)量比組成XF，要求最終萃余相質(zhì)量比XN=0.05kgA/kgB。試求：完成分離任務(wù)所需的理論級(jí)數(shù)。萃取過程的流程和計(jì)算38萃取過程的流程和計(jì)算39補(bǔ)充作業(yè)

擬設(shè)計(jì)一多級(jí)逆流接觸萃取塔。在操作范圍內(nèi)所用的純?nèi)軇㏒與料液中稀釋劑B完全不互溶；以質(zhì)量比表示的分配系數(shù)為2。已知入塔頂F=100kg/h，其中含溶質(zhì)A為（質(zhì)量分率），要求出塔底的萃余相中A的濃度降為（質(zhì)量分率）。試求：（1）最小的萃取劑用量Smin；（2）若實(shí)際采用的萃取劑量為60kg/h，則離開第二理論級(jí)的萃取相和萃余相的組成。Note：在總?cè)軇┯昧肯嗤臈l件下，優(yōu)先采用逆流萃取。當(dāng)萃取操作中可能有晶體析出時(shí)需采用錯(cuò)流流程。萃取過程的流程和計(jì)算40液液傳質(zhì)的特點(diǎn)：(1)液液兩相密度差異??；

(2)液體表面張力較大，液滴易于合并而難于破裂；常需外界提供能量以分散液滴，如加攪拌、振動(dòng)脈沖等。

(3)易于產(chǎn)生返混現(xiàn)