1、11.1 概述 11.1.1 液液萃取过程 11.1.1.1 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,11.1.1.2 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,11.1.1.3 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。,11.1.2 两
2、相的接触方式 11.1.2.1 微分接触,喷洒萃取塔,11.1.2.2 级式接触单级连续萃取,单级混合沉降槽,多级错流萃取,多级逆流萃取,11.2 液液萃取 11.2.1 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=1xi 均为质量分率,溶液组成的表示方法,11.2.1.2 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,11.2.1.3 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
3、 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 + 2 = 3 2 + 2 = 3T、 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,11.2.2.2 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
4、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。,11.2.3.3 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
5、.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,11.3.1.2 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 + EFxFA + SzA = RxA + EyASzS = RxS + EyS,单级萃取,假设萃
6、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 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,11.3.2.3 单级萃取的操作范围F，
7、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,11.3.3 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,11.3.4 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, xFA , 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 ,
8、xiS,F + Em+1 = Rm + F1 FxFA + Em+1ym+1,A = RmxmA + E1y1,A FxFS + Em+1ym+1,S = RmxmS + E1y1,S N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,11.3.4.3 溶剂比的影响,(S/F)较大，M点离F点较远，点在相图右方 且靠近S点；(S/F)减小， 点远离
9、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)3,11.3.4.4 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 / kgBY E 相组成， kgA / kgS相平衡方程：Y = KXK 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,11.3.5.3 多级错流萃取,为单级萃取的多次
10、重复,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 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
11、。回流萃取用于有两对 部分互溶组分的第类物系,回流萃取,11.3.6.2 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,11.3.6.3 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
12、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,11.4.1.2 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,11.4.1.4 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
13、，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。,
