第11章-液液萃取.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,化工原理,电子教案,/,目录,1,目录,第十一章 液液萃取,第一节 概述,一、什么是液,-,液萃取,二、萃取流程,三、萃取剂的选择,第二节液,-,液相平衡关系及相图,一、,相组成的表示方法,二、,萃取过程中的相平衡关系,化工原理,电子教案,/,目录,2,第三节 萃取过程计算,一、单级萃取的流程及计算,二、多级错流萃取,三、多级逆流萃取,第四节,萃取设备,目录,第十二章 小结,3,/53,第十一章 液液萃取,第一节 概述,一、什么是液液萃取,利用,液体混合物,中各组分在,外加溶剂,中,溶解度的差异,而分离该混合物的操作，称为,。外加溶剂称为,萃取剂,。,（液相）,充分接触,相界面,(extract phase),(,raffinate,phase),与吸收相似,4,/53,第十一章 液液萃取,第一节 概述,二、萃取流程,5,/53,第一节 概述,稀溶液：,溶质是易挥发组分,溶质是难挥发组分,1,或,1,的体系：,热敏性溶液：,其他,-,精馏或萃取,-,萃取,-,萃取或特殊精馏,-,萃取,-,精馏,思考：,精馏和萃取都是用来分离液相均相混合物的，什么场合用 精馏？什么场合用萃取？,精馏,-,需汽化,萃取,-,常温操作,6,/53,第一节 概述,三、萃取剂的选择,要求：,1,、对溶质,溶解性,大,2,、,选择性,好,3,、,B,与,S,互溶度,越小越好,4,、萃取剂,易于回收,5,、萃取相与萃余相,密度差异大,返回目录,7,/53,第二节液液相平衡关系及相图,一、,三角形相图及其应用,液液萃取过程涉及三元体系的相平衡，此时用直角坐标系就不方便了，因此要用到三角形相图。,常用的三角形相图有如下几种，原理均相同。,8,/53,一、,三角形相图及其应用,溶质,原溶剂,萃取剂,每条边代表二元溶液,顶点代表纯组分,相图中的点代表三元溶液,9,/53,一、,三角形相图及其应用,杠杆,三角形相图的应用：,R,E,R,E,F,M,杠杆原理：,M,表示混合、分离等过程；,查取浓度；,10,/53,一、,三角形相图及其应用,杠杆,如何证明上述杠杆原理成立？,物料衡算：,-,杠杆原理本质上就是物料衡算关系,差点,和点,差点,11,/53,二、萃取过程中的相平衡关系,B,多,S,少,S,多,B,少,+A,+A,1,、,B,与,S,部分互溶时,相平衡关系包含：,溶解度曲线,共轭线,M,R,E,M,临界混溶点,(,褶点,)plait point,辅助线,B,、,S,部分互溶时,共轭线（联结线）,Tie line,通常由实验测定。,下面，定性推出相平衡关系曲线的形状。,假设在,B,、,S,溶液中加入溶质,A,，且加入,A,的量逐渐增大，则其过程可以表示如图。,两相区,均相区,P,12,/53,1,、,B,与,S,部分互溶时,思考：,1,、加入溶质,A,后，,B,、,S,互溶度如何变化？,2,、,B,、,S,互溶度变大，则两相区范围如何变化？,3,、温度升高，对两相区范围有何影响？,B,、,S,互溶度变大,B,多,S,少,S,多,B,少,+A,+A,M,R,E,M,临界混溶点,(,褶点,)plait point,B,、,S,部分互溶时,两相区,均相区,P,两相区范围变小,互溶度增大，两相区范围变小,13,/53,1,、,B,与,S,部分互溶时,共轭线还有以下两种情形：,B,、,S,部分互溶时,14,/53,二、萃取过程中的相平衡关系,分配曲线,相平衡关系曲线,-,分配曲线,B,、,S,部分互溶时,对角线,15,/53,二、萃取过程中的相平衡关系,2,、,B,、,S,部分互溶,A,、,S,部分互溶时,16,/53,二、萃取过程中的相平衡关系,思考：,若,B,与,S,完全不互溶，则在三角形相图中溶解度曲线 如何画？,3,、,B,、,S,完全不互溶,B,、,S,完全不互溶时,二元溶液,-,相平衡关系曲线一般用分配曲线表示,x,y,17,/53,二、萃取过程中的相平衡关系,4,、分配系数,k,i,、选择性系数,-,分配系数,distribution coefficient,-,选择性系数,relative selectivity,相平衡关系除用图形表示外，还可以用下式计算：,18,/53,二、萃取过程中的相平衡关系,萃取要求：,1,，,k,A,越大越好，,k,B,越小越好。,对照：,意义相同,返回目录,19,/53,第三节 分级萃取计算,本节要讨论的,20,/53,第三节 分级萃取计算,计算前提,-,理论级假定,离开的两相,R,i,、,E,i,呈相平衡关系,21,/53,一、单级萃取的流程及计算,根据已知条件确定点,F,、,S,（或,S,0,）、点,R,或,R,，通过相平衡关系作联结线找到点,E,，再作图得到和点,M,。然后，利用杠杆原理求各量。,（一）,B,、,S,部分互溶时,E,M,E,R,F,S,0,R,-,图解法,22,/53,一、单级萃取的流程及计算,最小溶剂用量和最大萃取液浓度,最小萃取剂用量,S,min,M,M,M,0,y,Amax,最大萃取液浓度,思考：,最大萃取剂用量如何确定？,23,/53,一、单级萃取的流程及计算,（二）,B,、,S,完全不互溶时,-,解析法,物料衡算：,相平衡关系：,解两个未知数,浓度用质量比更方便,24,/53,习题课,k,A,1,=0,【,例,1】,单级萃取,采用纯溶剂进行单级萃取。已知料液组成,x,F,=0.3,（质量分率，下同），选择性系数为,6,，在萃余相中,x,A,/,x,B,0.25,，,k,A,1,，溶解度曲线如图所示。试求：,（,1,）萃取液量与萃余液量的比值；,（,2,）溶剂比,S/F,是最小溶剂比,(S/,F),min,多少倍？（用线段表 示）,25,/53,习题课,【,解,】,（,1,）萃取液量与萃余液量的比值,找到点,F,、,E,、,R,，然后应用杠杆原理求,E,、,R,的大小。,E,R,k,A,1,图解法：,26,/53,习题课,k,A,1,（,2,）溶剂比,S/F,是最小溶剂比（,S/F,）,min,多少倍？（用线段表示）,图解法：,作业：,27,/53,二、多级错流萃取,1,、流程及特点,特点：每一级均用新鲜萃取剂，故传质推动力较大；,萃取剂用量大，操作费用高。,28,/53,二、多级错流萃取,2,、计算,-,求级数,N,29,/53,二、多级错流萃取,（,1,）当,B,、,S,部分互溶时,F,M,1,R,1,E,1,-,图解法,作图步骤：,连点,F,、,S,，由,F,、,S,大小和杠杆原理定和点,M,1,；,过,M,1,作共轭线，定点,R,1,、,E,1,及其大小；,30,/53,F,M,1,R,1,E,1,M,2,R,2,E,2,连点,R,1,、,S,，由,R,1,、,S,大小和杠杆原理定和点,M,2,；,过,M,2,作共轭线，定点,R,2,、,E,2,及其大小；,如此反复，直至,x,N,x,R,（指定）为止，共轭线的个数即为理论级数。,31,/53,二、多级错流萃取,过点,(X,i-1,，,0),，,(X,i,，,Y,i,),过点,(X,F,0),，,(X,1,Y,1,),（,2,）当,B,、,S,完全不互溶时,-,图解法,-,操作线方程：,32,/53,习题课,【,例,2】,多级错流萃取,三级错流萃取如图所示。已知,x,F,，各级分配系数,k,A,为,1,，各级的溶剂比：,使用纯溶剂，溶解度曲线如图所示。试在相图中表示三级错流过程。,作业：,33,/53,三、多级逆流萃取,特点：传质推动力较为均匀,1,流程及特点,34,/53,三、多级逆流萃取,总物料衡算：,2,、计算级数,（,1,）当,B,、,S,部分互溶时,第,1,级：,第,2,级：,第,N,级：,x,N,-,净流量,35,/53,2,、计算级数,（,1,）当,B,、,S,部分互溶时,S,E,2,E,3,R,2,R,1,E,1,F,R,N,操作线,x,N,-,操作线方程,-,净流量,和点,差点,差点,图解法求级数,N,的作图步骤：,已知,F,、,x,F,、,x,N,、,S,、,y,S,。,36,/53,2,、计算级数,图解法求级数,N,的作图步骤：,E,1,R,N,F,M,确定点,F,、,S,、,R,N,；,由,F,、,S,量的大小确定和点,M,，连结,R,N,、,M,，并延长得点,E,1,；,S,连点,F,、,E,1,，,R,N,、,S,，并延长得点,；注意，,可能在图的右侧，也可能 在左侧，这与,y,1,与,x,F,的大小有关。,R,1,E,2,过,E,1,作共轭线,E,1,R,1,，连结,R,1,，交溶解度曲线于点,E,2,；,过,E,2,作共轭线,E,2,R,2,，连结,R,2,，交溶解度曲线于点,E,3,；,如此反复，直至（指定）为止，共轭线的个数即为理论级数。,R,2,-,操作线方程,37,/53,2,、计算级数,若操作线形式为,和点,差点,差点,38,/53,2,、计算级数,对指定的分离要求,x,N,，,S/F,大小直接影响到,的位置。,溶剂比,S/F,对多级逆流萃取的影响：,当,在右侧时，,S,用量越小，,越远离,S,；,当,在左侧时，,S,用量越小，,越靠近,S,。,39,/53,2,、计算级数,溶剂比,S/F,对多级逆流萃取的影响：,S,用量越小，操作线斜率与联结线斜率越接近，每个理论级的分离程度越小。（与精馏、吸收相似）,40,/53,2,、计算级数,当,在左侧时，延长所有的联结线与,R,N,S,相交，得,1,、,2,、,3,.,，取最远离,S,点的为,min,。,当,在右侧时，延长所有的联结线与,SR,N,相交，得,1,、,2,、,3,.,，取最靠近,S,点的为,min,。,作图法求,41,/53,2,、计算级数,解析法（逐级法）,（,2,）当,B,、,S,完全不互溶时,对第,i,级,N,级作物料衡算：,-,操作线方程,过点（,X,N,，,Y,S,）（,X,F,，,Y,1,）,42,/53,解析法（逐级法）,-,操作线方程,当平衡线为,时，纯溶剂萃取，可证明：,-,萃取因数,对照：,式（,9-76,），形式相同,N,43,/53,（,2,）当,B,、,S,完全不互溶时,44,/53,作图法求级数,N,：,（,2,）当,B,、,S,完全不互溶时,2,、计算级数,1,2,3,4,45,/53,习题课,【,例,3】,在,多级逆流,接触式萃取器中，每小时用,40kg,纯溶剂,S,对某,A,、,B,两组分混合液进行萃取分离。在操作条件下，,B,与,S,完全不互溶，以质量比表示的分配系数为,1.5,。已知稀释剂,B,的流量为,30kg/h,，原料液中,A,的质量比组成,X,F,=0.3kgA/kgB,，要求最终萃余相质量比,X,N,=0.05,kgA/kgB,。试求：完成分离任务所需的理论级数。,46,/53,【,解一,】,逐级计算,【,解二,】,47,/53,第二节 超临界萃取,一、超临界萃取原理,48,/53,二、超临界萃取流程,（,a,）等温流程,（,b,）等压流程,（,c,）吸附流程,49,/53,第三节 萃取设备,液液传质的特点：,(1),液液两相密度差异小；,(2),液体表面张力较大，液滴易于合并而难于破裂；靠自身的重力来分散液滴往往不够，还常需外界提供能量以分散液滴，如加搅拌、振动脉冲等。,(3),易于产生返混现象，而使传质推动力下降。,液液传质设备：,50,/53,第三节 萃取设备,51,/53,第三节 萃取设备,有外加能量的萃取设备：,混合澄清器、转盘塔、脉冲塔、离心萃取机等,思考：,在萃取设备中，分散相的形成可借助哪些作用来达到？,重力、离心力、搅动或脉冲的作用,返回目录,52,/53,第三节 萃取设备,先使两相溶液均匀混合,再净置分层,一、混合沉清槽,53,/53,第三节 萃取设备,二、脉冲填料塔,54,/53,第三节 萃取设备,三、筛板塔,55,/53,小结,1,、三角形相图的结构、用途：,顶点、边、相点的意义、杠杆原理、和点、差点,3,、多级萃取：,流程、特点、求级数,N,4,、萃取设备：,特点、用途,2,、单级萃取：,流程、计算,当平衡线为直线时,56,/53,小结,