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1、11.1 概述11.1.1 液液萃取过程 液液萃取的目的和依据 目的：液体混合物分离。依据：液体混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。,第11章 液液萃取,工业萃取过程,须解决的问题：（1）选择一合适的萃取剂;（2）提供优良的萃取设备;（3）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）,萃取及恒沸精馏提浓醋酸流程,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性质。萃取剂的技术指标：(1)溶解能力强；(2)选择性高；(3)与被分离组分A之间的相对挥发度要高；(4)在混合液中的溶解度要小。,两相的接触方式 微分接触,喷洒萃取塔,级式接触 单级连续萃取,单级混合沉降槽,
2、多级错流萃取,多级逆流萃取,11.2 液液萃取 三角形相图11.2.1.1 溶液组成的表示方法 归一条件：xA+xB+xS=1 xi 均为质量分率,溶液组成的表示方法,物料衡算与杠杆定律设 R(xA,xB,xS)与 E(yA,yB,yS）混合,得 M(zA,zB,zS)。,溶液组成的表示方法,混合物的和点和差点 M 为R 与E 的和点 R为 M与E 的差点 E为 M与R 的差点,溶液组成的表示方法,AP 线:B、S 的相对比值相同 P1、P2 均为A与P的和点SQ 线:A、B 的相对比值相同 Q2、Q 均为Q1与S的差点,混合液的和点和差点,11.2.2 部分互溶物系的相平衡 自由度：F=N+
3、2=3 2+2=3 T、p 一定，互成平衡的两相组成自由度为1。,平衡联结线,11.2.2.1 溶解度曲线和平衡联结线 溶解度曲线:ys=(yA);xs=(xA)平衡联结线:yA=f(xA),临界混溶点（P）：两共轭相的组成无限趋近而变为一相，表示这一组成的点。,吡啶 氯苯水系统的平衡联结线,平衡联结线的内插,辅助曲线的作法,11.2.2.3 分配曲线与分配系数,萃取相 E 中A 的质量分数,萃余相 R 中A 的质量分数,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11.2.3.1 级式萃取过程的图示,单级萃取过程,整个过程将组成为F 点的混合物分离成为含A较多的萃取液
4、E0与含A较少的萃余液R0。,单级萃取过程,11.2.3.2 溶剂的选择性系数 选择性系数表示溶质A在两液相中浓度的差异,1，能萃取分离；=1，平衡联结线的延长线过S点，不能萃 取分离；，B与S不互溶。,互溶度的影响 互溶度越小，萃取的操作范围越大，越高。,互溶度对萃取过程的影响,一般，温度降低，互溶度减小，利于萃取。,11.3.萃取过程计算11.3.1 萃取级内过程的数学描述11.3.1.1 单一萃取级的物料衡算,总物料衡算式溶质A衡算式溶剂S衡算式,萃取级的物料衡算,理论级与级效率 理论级：进入m 级的 Rm-1 和 Em+1，不论组成 如何，传质之后，离开 m 级的 Rm与 Em达到平衡
5、状态。特征方程：ym,S=(ym,A)xm,S=(xm,A)ym,A=f(xm,A)级效率：实际萃取级和理论萃取级分离能力的差异。,11.3.2 单级萃取11.3.2.1 单级萃取的解析计算 物料衡算 F+S=R+E FxFA+SzA=RxA+EyA SzS=RxS+EyS,单级萃取,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 已知：F,xFA 物系的相平衡关系；工艺要求规定 xA;选择 zA,zS,求：S,E,yA,yS,R,xS。操作型问题 已知：F,S,xFA,xFS,zA,zS。求：E,R,yA,yS,xA,xS。,11.3.2.2
6、单级萃取的图解计算 图解步骤（1）由 xA 定 R；（2）过 R 由平衡联结线定 E；（3）由 xFA 定 F；（4）联结（纯溶剂萃取时），交 于M点。,单级萃取,单级萃取的操作范围 F，x FA 一定，S，M S，以C点为限。,单级萃取操作的分离范围,从S点作溶解度曲线的切线,得,过切点e 作平衡联结线,交 于M点,当x FA较低、kA 较小时，单级萃取无法实现E相组成到达切点e,S,yA。,过d 作平衡联结线,由 得,单级萃取操作的分离范围,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,多级逆流萃取11.3.4.1 多级逆流萃取的逐级计算 设计型问题 已知：F,xF
7、A,xFS 及相平衡关系；工艺要求规定 xNA；选定 S,zA,zS,求：N,Ei,Ri,yiA,yiS,xiA,xiS,F+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。,多级逆流萃取,11.3.4.2 三角形相图上的逐级图解法,操作点为通过每一级的净流量。,图解步骤（1）将 与 延长相交，得；（2）自 E1 作平衡联结线得R1；（3）作 交溶解度曲线，得E2。重复以上步骤，至xmAxNA，则：N=m,多级逆流萃取理论级的图解法,溶剂比的影响,(S/F)较大，M点离F点较远，点在相图右
8、方且靠近S点；(S/F)减小，点远离S点甚至移至相图的左方；(S/F)愈小，点离B点愈近，达到同样的分离程度所需N越多。(S/F)1(S/F)2(S/F)3,最小溶剂比的确定 当S/F减小，可发现所需理论级增多，在理论级无穷多时的S/F为最小溶剂比。该值可以通过逐次逼近得到。,11.3.5 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 以惰性组分为基准表示溶液的浓度。X R相组成，kgA/kgB Y E 相组成，kgA/kgS 相平衡方程：Y=KX K 随浓度不同而异,11.3.5.2 单级萃取,完全不互溶物系的单级萃取,多级错流萃取,为单级萃取的多次重复,完全不互溶物
9、系的多级错流萃取图解,K=常数，则可解析计算求 N。,萃取因数：,萃取相E中A的量,萃余相R中A的量,多级错流萃取中第m 级的物料衡算,当S1=S2=S m=时，常数,逐级递推，,A的萃余百分数：,11.3.5.4 多级逆流萃取,平衡线:Y=KX;操作线:,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,精馏、解吸、萃取均可用上式计算 N。对萃取，为萃取因数；对解吸，为解吸因数。,11.3.6 回流萃取11.3.6.1 回流萃取过程 回流液必须具备的条件：（1）不能与萃取相完全互 溶（2）应使 B向R相传递；而A向E相传递。回流萃取用于有两对 部分互溶组分的第类物系,回流萃取,1
10、1.3.6.2 脱溶剂为基的相平衡图（y0 x0图）y0 _ E相的脱溶剂基浓度，kgA/kg(A+B)x0 _ R相的脱溶剂基浓度，kgA/kg(A+B),以脱溶剂为基的相平衡曲线,物料衡算 全过程物料衡算,回流萃取的总物料衡算,溶剂回收装置物料衡算,回流萃取的总物料衡算,11.3.6.4 理论级数的图解计算(1)增浓段的操作线,（操作点）,（2）提浓段操作线,（操作点）,提浓段物料衡算及操作点的确定,（3）理论级数的图解计算,操作线ab、cd均非直线，但计算与精馏图解计算相同。,回流萃取理论级数的图解法,11.4 萃取设备11.4.1 萃取设备的主要类型11.4.1.1 混合澄清槽,11.
11、4.1.2 筛板塔,轻相为分散相的筛板塔,重相为分散相的筛板塔,11.4.1.3 喷洒萃取塔,脉冲筛板塔,在塔内提供外加机械能以造成脉动，使物料处于周期性的变速运动之中，两液相获得较大的相对速度。传质速率很高。,11.4.1.5 振动筛板塔,11.4.1.6 转盘塔,11.4.1.7 翻斗式萃取器,11.4.1.8 静态混合器,11.4.2 液泛现象,设备主要性能1）设备的允许通过能力，即两相极限通过能力；2）设备的传质速率。设备的特性速度 分散相空塔气速uD，连续相空塔气速uC，分散相在塔内液相所占比例即分散相滞液率D。则塔内两相的实际速率为uD/D和uC/(1-D)，两相相对速度：,相对速
12、度不是自由的，必等于液滴沉降速度。可表达为：uK为特性速度，由物性和液滴尺寸决定。临界滞液率和两相极限速度 增大分散相流速uD，滞液量上升至某个临界值DF，设备内液滴合并，特性速度增大，部分分散相被连续相带走，这情况称为液泛。液泛时的两相速度为两相极限速度。,11.4.3 界面现象,分散相液滴尺寸 液滴内的环流 界面骚动现象液滴的凝聚和再分散 轴向混合,11.4.4 液液传质设备的选择选择的折衷1）通过能力与传质速率的矛盾；2）传质与凝聚的矛盾。设备的选择 见表13分散相的选择 六条原则,11.5 超临界萃取和液膜萃取11.5.1 超临界萃取基本原理：用超过临界温度、临界压力状态的气 体作为溶剂，萃取混合物中的溶质，然后等温变压或等压变温的方法，将溶剂和溶质分离的单元操作。超临界萃取的流程超临界萃取的工业应用11.5.2 液膜萃取基本原理：液膜萃取是萃取和反萃取同时进行的 过程。实施过程：水包油包水；支撑体型液膜。,
