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1、1,Faculty of Materials and Metallurgical EngineeringKunming University of Science and Technology,多媒体教学课程：冶金设备基础,昆明理工大学材料与冶金工程学院,任课教师：徐瑞东,第9章 萃取 学习目的与要求了解萃取分配比、相比、萃取速率、萃取因子、分离系数等概念。了解萃取剂的分类和选择原则。掌握几种主要萃取方式的流程。掌握错流萃取、逆流萃取的物料衡算，操作线方程以及理论级数的计算(计算法和图解法)。了解箱式混合澄清槽等萃取设备的构造及工作原理。,9.1萃取过程的基本概念,(1)萃取的定义,(2)萃取
2、的应用,用于处理从矿石原料浸出或分解等过程中得到的含杂质溶液。如钒、铟、铊、锗和碲的提取和净化；铜和钨的提取；镍和钴的分离；钽和铌、锆和铪、钼和铼的提取和分离；稀土和铂族元素的提取、分离和净化。,有机溶剂(萃取剂S)、被萃取的水溶液、相对密度、澄清分层、有机相(萃取相)，水相(萃余相)、分离、净化或富集。,(3)萃取操作过程,萃取洗涤：除去萃取相中的杂质反萃取：萃取剂再生利用,单级混合-澄清萃取 1-混合室 2-澄清室,被萃取物或溶质(A)：可溶的组分惰性组分(B)：不溶或难溶的组分萃取溶剂(S)载体：若B和S不互溶，均可称为载体水相(萃余相)组成：B有机相(萃取相)组成：A和S,以稀醋酸水溶
3、液的分离为例说明工业萃取过程,基本概念,1.分配比,2.萃取速率,3.基本参数,相比R萃取因数e萃取分率q,4.分离系数,分配比(D)-在萃取平衡时，被萃取物在有机相的总浓度和在水相中的总浓度之比称为分配比。,萃取速率-被萃取物在单位时间内由水相转入到有机相的质量。,相比R:有机相体积V0与水相体积Vw 之比,萃取因数e:萃取液中溶液的量与萃余液中溶液的量之比,萃取分率q:被萃取物进入到有机相中的量与两相中被萃取物的总量的百分比,分离系数:在同一体系中有两种溶质A和B，它们的分配比分别为DA和DB。A/B表明了两种溶质在有机相的平衡浓度之比与在水相的平衡浓度之比，表明了两种溶质的分离效率。A/
4、B 1,两种溶质难于完全不能分离；A/B1或A/B1,两种溶质容易分离。,萃取剂的分类及选择原则,中性萃取剂酸性萃取剂(阳离子交换剂)螯合萃取剂碱性萃取剂(阴离子交换剂),1.萃取剂的分类,2.萃取剂选择原则,9.2 萃取工艺流程及计算,使用两种或两种以上萃取剂的混合物来萃取某一金属离子或其化合物，其萃取性能超过单个萃取剂单独使用时的效果。,萃取工艺流程,单级萃取多级萃取,错流萃取逆流萃取分馏萃取回流萃取,水相与有机相流动方式,水相和有机相接触的次数,协同萃取,混合物萃取剂的萃取效果,错流萃取：每一级都加入新的萃取剂的萃取。,9.2.1 错流萃取,错流萃取流动方式,物料衡算：,衡算原则：原液中
5、溶质的量+溶剂中溶质A的量=萃余相中溶质A的量+萃取相中溶质A的量,错流萃取级数,错流萃取理论级数,图解法计算法,理论级数计算方法,逆流萃取:有机相和水相逆流通过多级萃取室的萃取。,9.2.2 逆流萃取,物料衡算：,逆流萃取流动方式,逆流萃取理论级数,前提条件：1.分配比D为定值即D=D1=D2=Dn2.萃取过程两相体积恒定,逆流萃取级数,例6-1 用5%TBP煤油溶剂，按相比 逆流萃取分离钍铀，已知料液成分U3O8为10g/dm3，ThO2170g/dm3，D=3，求欲使残液中U3O8达0.00642g/dm3，需要几级萃取？,解：,分馏萃取,1,2,3,4,5,水相出口,料液F,萃取段,洗
6、涤段,有机相出口,W E,R S,特点：料液从中间加入，水相和有机相从两端流出，萃取和洗涤同时在一个设备中完成。当A/B较大时，同时可得到纯A和纯B，收率很高应用最广。,分馏萃取示意图,例：在单级萃取器中用纯溶剂S从A、B两组分混合液中提取溶质组分A。已知：溶剂用量S=100kg，料液处理量F=100kg，其中A的含量为40kg，萃余液中A的质量分数为0.2，选择性系数=8,试求组分A的萃取率.,解：组分A的萃取率为:,对体系物料进行衡算，则有：,9.3 萃取设备,萃取设备分类及选型,1.萃取设备的分类,2.萃取设备的选型,萃取设备的选择,混合澄清器,(1)箱式混澄器的结构,(2)箱式混澄器的
7、工作原理,整体：逆流流动同级内：并流流动,简单箱式混澄器,3,2,1,水相进口,水相出口,有机相进口,有机相出口,萃取塔,脉冲萃取塔往复振动筛板塔,(1)萃取塔的工作原理,水相和有机相分别萃取塔的顶部和底部加入，两相在塔内筛孔切割作用下进行混合萃取和澄清分离，得到附带有机相和萃余液，也称内脉冲萃取塔。,(2)萃取塔的类型,往复振动筛板萃取塔,有机相,水相,附带有机相,萃余液,荷兰皇家壳牌公司研制。固定圆环：减小液体轴向流，并使碰在塔壁上的液体返回，促进循环。转盘：借快速旋转的剪切力提高两相的分散能力。格珊：抑制流体湍动，改善澄清效果。,9.3.4 转盘塔,转盘塔,有机相,水相,附带有机相,萃余
8、液,格珊,离心萃取器,水相和有机相分别从离心萃取器的底部进入，在离心萃取器内进行混合萃取，在离心力的作用下进行澄清分离，得到附带有机相和萃余液。,(2)离心萃取器的工作原理,(1)离心萃取器的结构,BXP型离心萃取器,有机相入口,有机相出口,重相入口,重相出口,(3)圆筒式离心萃取器的特点,几种萃取设备的特点和应用范围,本章小结,一、萃取过程,(1)萃取的定义,(2)萃取的应用,用于处理从矿石原料浸出或分解等过程中得到的含杂质溶液,有机溶剂与被萃取的水溶液混合，经充分搅拌后，根据两者相对密度的不同，经过澄清分层，一层为有机相(萃取相)，另一层为水相(萃余相)。在两相平衡时被萃取物质按一定的浓度
9、比分配于两相中，从而达到分离、净化或富集的目的。,(3)萃取操作过程,萃取洗涤：除去萃取中的杂质反萃取：萃取剂再生利用,1、萃取过程基本知识,1.分配比,2.萃取速率,3.基本参数,相比R萃取因数e萃取分率q,4.分离系数,2、萃取的基本概念,3.萃取剂的选择原则,二、萃取工艺流程及计算,特 点：每一级都加入新的萃取剂的萃取。,物料衡算：,1.错流萃取,理论级数,2.逆流萃取,特 点：有机相和水相逆流通过多级萃取室的萃取。,物料衡算：,理论级数,图解法计算法,图解法计算法,料液从中间加入，水相和有机相从两端流出，萃取和洗涤同时在一个设备中完成。,3.分馏萃取,三、萃取设备,1.萃取设备的分类,2.萃取设备的选型,混合澄清器萃取塔转盘塔离心萃取器,3.常用的萃取设备,思考题,1.阐述错流萃取、逆流萃取和分馏萃取工艺的特点。2.用5%TBP煤油溶剂，按相比2：1进行 逆流萃取分离钍铀，已知料液成分U3O8为10g/dm3，ThO2170g/dm3，D=3，求欲使残液中U3O8达0.005g/dm3，需要几级萃取？,
