第九章萃取课件.ppt

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1、2023/1/6第九章第九章 液液萃取液液萃取第一节第一节第一节第一节 液液萃取的基本原理液液萃取的基本原理第二节第二节 萃取操作流程与萃取过程的计算萃取操作流程与萃取过程的计算第三节第三节 液液-液萃取设备液萃取设备2023/1/6第一节第一节 液液萃取的基本原理液液萃取的基本原理一、一、液液萃取简介液液萃取简介 1 1.萃萃萃萃取取取取原原原原理理理理:利利用用液液体体混混合合物物中中各各组组分分在在溶溶剂剂中中溶溶解解度的差异度的差异而实现分离。而实现分离。液液-液萃取是分离液萃取是分离均相液体混合物均相液体混合物均相液体混合物均相液体混合物的单元操作之一。的单元操作之一。溶质溶质 A：

2、混合液中欲分离的组分 稀释剂（原溶剂）稀释剂（原溶剂）B：混合液中的溶剂 萃取剂萃取剂S：所选用的溶剂 2023/1/62 2.基本过程描述基本过程描述基本过程描述基本过程描述混合液混合液混合液混合液A+BA+B萃取剂萃取剂萃取剂萃取剂(溶剂溶剂溶剂溶剂S)S)萃取相萃取相萃取相萃取相(S+A+S+A+B B)萃余相萃余相萃余相萃余相(B+B+A+SA+S)搅拌搅拌搅拌搅拌1.加料混合加料混合2.静置分相静置分相3.两相分离两相分离4.分分别别回回收收萃萃取取剂后得产品。剂后得产品。2023/1/63 3.分离对象分离对象分离对象分离对象均相液均相液均相液均相液-液混合物液混合物液混合物液混合

3、物1）相对挥发度等于或者接近）相对挥发度等于或者接近1(如：烷烃如：烷烃/芳烃芳烃)2）重组分含量少，轻组分含量多）重组分含量少，轻组分含量多(水水-HAc)(含酚废水处理含酚废水处理)3）混合液含热敏性物质（药物）混合液含热敏性物质（药物）4 4.萃取操作的特点萃取操作的特点萃取操作的特点萃取操作的特点选择适宜的溶剂是一个关键问题选择适宜的溶剂是一个关键问题 两个液相应具有一定的密度差两个液相应具有一定的密度差 溶质与萃取剂的沸点差大有利溶质与萃取剂的沸点差大有利 2023/1/6二、二、液液萃取在工业上的应用液液萃取在工业上的应用 1 1.液液萃取在石油化工中的应用液液萃取在石油化工中的应

4、用液液萃取在石油化工中的应用液液萃取在石油化工中的应用 分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物 用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡 以以以以HF-BF3HF-BF3作萃取剂，从作萃取剂，从作萃取剂，从作萃取剂，从C8C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体馏分中分离二甲苯及其同分异构体馏分中分离二甲苯及其同分异构体馏分中分离

5、二甲苯及其同分异构体2 2.在生物化工和精细化工中的应用在生物化工和精细化工中的应用在生物化工和精细化工中的应用在生物化工和精细化工中的应用 以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液 香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素 食品工业中食品工业中食品工业中食品工业中TBPTBP从发酵液中萃取柠檬酸从发酵液中萃取柠檬酸从发酵液中萃取柠檬酸从发酵液中萃取

6、柠檬酸 3 3.湿法冶金中的应用湿法冶金中的应用湿法冶金中的应用湿法冶金中的应用用溶剂用溶剂用溶剂用溶剂LIX63-65LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜2023/1/6三、三元体系液三、三元体系液-液相平衡液相平衡三元物系三元物系 溶溶质质A完完全全溶溶于于原原溶溶剂剂B及及萃萃取取剂剂S中中，萃萃取取剂剂S与与原溶剂原溶剂B完全完全不互溶不互溶 形成完全不互溶的混合液。形成完全不互溶的混合液。溶溶溶溶质质质质A A完完完完全全全全溶溶溶溶于于于于原原原原溶溶溶溶剂剂剂剂B B及及及

7、及萃萃萃萃取取取取剂剂剂剂S S中中中中，萃萃萃萃取取取取剂剂剂剂S S与与与与原溶剂原溶剂原溶剂原溶剂B B部分部分部分部分互溶互溶互溶互溶 形成部分互溶的混合液。形成部分互溶的混合液。形成部分互溶的混合液。形成部分互溶的混合液。萃萃取取剂剂S与与原原溶溶剂剂B部部分分互互溶溶，与与溶溶质质A部部分分互溶互溶形成两对部分互溶的混合液。形成两对部分互溶的混合液。第一种情况很少，第三种情况尽量避免，本章讨论第二种情况。1.1.三元组成在三角形相图中的表示方法三元组成在三角形相图中的表示方法三元组成在三角形相图中的表示方法三元组成在三角形相图中的表示方法 三个顶点：三个顶点：三个顶点：三个顶点：纯

8、物质纯物质纯物质纯物质 三条边上的点三条边上的点三条边上的点三条边上的点：二元混合物的组成：二元混合物的组成：二元混合物的组成：二元混合物的组成ABSHMDEGFKHH点的组成为：点的组成为：点的组成为：点的组成为：三角形内的任一点：三角形内的任一点：三角形内的任一点：三角形内的任一点：一定组成的三元混合物一定组成的三元混合物一定组成的三元混合物一定组成的三元混合物MM点的组成为：点的组成为：点的组成为：点的组成为：MM点：点：点：点：横坐标横坐标横坐标横坐标表示萃取剂表示萃取剂表示萃取剂表示萃取剂S S的质量百分数的质量百分数的质量百分数的质量百分数 纵坐标纵坐标纵坐标纵坐标表示溶质表示溶质

9、表示溶质表示溶质A A的质量百分数的质量百分数的质量百分数的质量百分数 2.液液-液平衡关系在三角形相图上的表示法液平衡关系在三角形相图上的表示法（1 1）溶解度曲线与联结线（共轭线）溶解度曲线与联结线（共轭线）溶解度曲线与联结线（共轭线）溶解度曲线与联结线（共轭线）溶解度曲线由若干组共轭相的组成点连接而成的曲线。溶解度曲线由若干组共轭相的组成点连接而成的曲线。R2E2M2R1E1M1R3E3M3PP点点：临临界界混混溶溶点点,又又叫叫褶褶点点。该点该点R、E两相组成完全相同。两相组成完全相同。ASB混合液混合液混合液混合液A+BA+B萃取剂萃取剂萃取剂萃取剂S S萃取相萃取相萃取相萃取相E

10、E(S+A+S+A+B B)萃余相萃余相萃余相萃余相R R(B+B+A+SA+S)搅搅搅搅拌拌拌拌溶解度曲线与联结线溶解度曲线与联结线溶解度曲线与联结线溶解度曲线与联结线单相区单相区单相区单相区两相区两相区两相区两相区MRE平衡时的两液层平衡时的两液层平衡时的两液层平衡时的两液层R R相和相和相和相和E E相相相相叫叫叫叫共轭相，共轭相，共轭相，共轭相，两共轭相组成点的连线两共轭相组成点的连线两共轭相组成点的连线两共轭相组成点的连线叫叫叫叫联结线。联结线。联结线。联结线。溶解度曲线溶解度曲线溶解度曲线溶解度曲线 将代表各平衡液层组成的坐标点连接起来的将代表各平衡液层组成的坐标点连接起来的曲线叫

11、溶解度曲线。曲线叫溶解度曲线。混合液混合液混合液混合液A+BA+B萃取剂萃取剂萃取剂萃取剂S S萃取相萃取相萃取相萃取相E E(S+A+S+A+B B)萃余相萃余相萃余相萃余相R R(B+B+A+SA+S)搅搅搅搅拌拌拌拌2023/1/63.3.辅助曲线（又称共轭曲线）辅助曲线（又称共轭曲线）辅助曲线（又称共轭曲线）辅助曲线（又称共轭曲线）辅助线的作法辅助线的作法 C1C2C3P辅助线辅助线 的作用：的作用：求任一平衡液相的共轭相求任一平衡液相的共轭相 RE 一定温度下，任何物系的一定温度下，任何物系的连结线连结线有无有无穷穷多条，多条，R、E两相两相组组成有成有实验测实验测定。因此常用一定。

12、因此常用一条条辅辅助曲助曲线间线间接表示互成平衡接表示互成平衡的两液的两液层组层组成之成之间间的关系。的关系。2023/1/64.4.杠杆规则杠杆规则杠杆规则杠杆规则 两两两两相相相相区区区区内内内内任任任任一一一一点点点点MM代代代代表表表表的的的的混混混混合合合合液液液液分分分分为为为为两两两两个个个个液液液液层层层层，即即即即互互互互成成成成平平平平衡衡衡衡的的的的R R相相相相和和和和E E相相相相.M点：合点；R、E：差点。它们之间的量关系符合杠杆规则。萃取物料衡算的依据萃取物料衡算的依据萃取物料衡算的依据萃取物料衡算的依据单相区单相区单相区单相区两相区两相区两相区两相区FMRE同理

13、：若同理：若M由由F和和S混合而成，混合而成，M为为合点，合点，F点和点和S点为差点，它们之间点为差点，它们之间的量关系符合杠杆规则。的量关系符合杠杆规则。在三角型相图中，如果由两相混合成一个体系（或由一个体系在三角型相图中，如果由两相混合成一个体系（或由一个体系分成两相），原来两相的组成点和混合后体系的组成点一定在分成两相），原来两相的组成点和混合后体系的组成点一定在一条直线上，并且两相质量的比与线段距离成反比。一条直线上，并且两相质量的比与线段距离成反比。2023/1/6 5.5.分配系数和分配曲线分配系数和分配曲线分配系数和分配曲线分配系数和分配曲线1）分配系数）分配系数 分配系数表达了

14、某一组分在两个平衡液相中的分配关系。分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。kA值与联结线的斜率有关。值与联结线的斜率有关。式中：式中：yA、yB组组分分A、B在萃取相在萃取相E中的中的质质量分数；量分数；xA、xB 组组分分A、B在萃余相在萃余相R中的中的质质量分数。量分数。2023/1/6联结线的斜率0 kA1，yAxA 联结线的斜率为0 kA=1，yA=xA 联结线的斜率0 kA1，yAxA kA值愈大，萃取分离的效果愈好。2023/1/6四、萃取过程在三角形相图上的表示四、萃取过程在三角形相图上的表示 FMRE2023/1/6【例题例题9-1】R2E2M2R1E1M1R3E3

15、M3PP(乙酸乙酸52.3，苯，苯40.5，水，水7.2)：单相体系，临界混溶点单相体系，临界混溶点乙酸乙酸乙酸乙酸水水苯苯根据乙酸根据乙酸-苯苯-水三元体系液水三元体系液-液平衡数据在等腰直液平衡数据在等腰直角三角形坐标上画出角三角形坐标上画出溶解度曲线；溶解度曲线；联接线；联接线；临界混溶点及辅助线。临界混溶点及辅助线。2023/1/6【例题例题9-2】REQP乙酸乙酸乙酸乙酸水水苯苯(1)在图中画出R点：乙酸0.15、水0.005、苯0.845(2)过R点作水平线与辅助线交点Q(3)过Q点作垂线与溶解度曲线交点E(4)连接RE即为所求联结线(5)由E点读出乙酸0.59、水0.37、苯0.

16、04解：解：1.图解求萃取相图解求萃取相E的组成的组成2.求乙酸在两液相中的分配系数求乙酸在两液相中的分配系数kA2023/1/6五、影响萃取操作的主要因素五、影响萃取操作的主要因素（1 1）萃取剂的选择性和选择性系数）萃取剂的选择性和选择性系数）萃取剂的选择性和选择性系数）萃取剂的选择性和选择性系数 1.1.萃取剂的选择萃取剂的选择萃取剂的选择萃取剂的选择 主要有三个方面：主要有三个方面：主要有三个方面：主要有三个方面：萃取剂的选择；物系的性质；操作温度和设备。萃取剂的选择；物系的性质；操作温度和设备。萃取剂的选择；物系的性质；操作温度和设备。萃取剂的选择；物系的性质；操作温度和设备。分配系

17、数分配系数kA愈大，愈大，kB愈小，选择性系数愈小，选择性系数愈大愈大 选择性系数选择性系数表示萃取剂表示萃取剂S对组分对组分A、B溶解能力差别的大小溶解能力差别的大小2023/1/6=1，A、B两组分不适宜用萃取分离；1，萃取时组分A可以在萃取相中浓集，越大，组分A与B萃取分离的效果越好。2023/1/6 B、S互互溶溶度度越越小小，分分层层区区面面积积越越大大，可可能能得得到到的的萃萃取取液液的最高浓度的最高浓度ymax较高，愈有利于萃取分离。较高，愈有利于萃取分离。（2 2）萃取剂）萃取剂）萃取剂）萃取剂S S与稀释剂与稀释剂与稀释剂与稀释剂B B的互溶度的互溶度的互溶度的互溶度 组分B

18、与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积。2023/1/6（3）萃取剂回收的难易与经济性）萃取剂回收的难易与经济性 萃取剂需要回收循环使用，萃取剂回收的难易直接影响萃取的操作费用。回收萃取剂通常用蒸馏或蒸发。（4）萃取剂的物理性质）萃取剂的物理性质 萃取剂的密度萃取剂的密度 萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差。界界面面张张力力 界面张力较大时，有利于分层；界面张力过大，难以使两相混合良好；界面张力较小时，两相难以分离。首要考虑的还是满足分层的要求。一般不选界面张力过小的萃取剂。一一般般工工业业要要求求 为了便于操作、输送及储存，萃取剂的粘度小、凝固点低、不易燃、毒性小、化学稳定、热稳定、抗

19、氧化、对设备腐蚀性小，来源容易，价格便宜等。2023/1/62.2.操作温度对相平衡关系的影响操作温度对相平衡关系的影响操作温度对相平衡关系的影响操作温度对相平衡关系的影响 温度温度互溶度互溶度两相区面积两相区面积对萃取有利；对萃取有利；但但温度温度流体粘度流体粘度不利于两相间的分散、混合和分离。不利于两相间的分散、混合和分离。所以温度的选择应综合考虑。所以温度的选择应综合考虑。T1T2T3 2023/1/6第二节第二节 萃取操作流程与萃取过程的计算萃取操作流程与萃取过程的计算一、一、单级萃取的流程与计算单级萃取的流程与计算 二、二、多级错流接触萃取的流程与计算多级错流接触萃取的流程与计算 三

20、、多级逆流萃取的流程与计算多级逆流萃取的流程与计算 四、连续逆流萃取的流程与计算连续逆流萃取的流程与计算 2023/1/6液液萃取的基本流程液液萃取的基本流程 萃取单组分萃取 双组分萃取（回流萃取）单级萃取或并流接触萃取多级错流萃取 多级逆流萃取 连续逆流萃取 2023/1/6一、单级萃取的流程与计算一、单级萃取的流程与计算 原料液F萃取剂S萃余相R萃取相E萃取剂与稀释剂部分互溶萃取剂与稀释剂部分互溶回收溶剂回收溶剂S后后得萃余液得萃余液R 回收溶剂回收溶剂S后后得萃取液得萃取液E 原料液处理量原料液处理量F和原料液组成和原料液组成XF一定，萃余相一定，萃余相R(或萃余液或萃余液R)的的组成为

21、生产中所要控制的指标。通过计算求组成为生产中所要控制的指标。通过计算求萃取剂萃取剂萃取剂萃取剂S S的用量的用量的用量的用量、萃取相萃取相E和萃余相和萃余相R的的量量量量及及组成组成组成组成。FREMER作图：a.在ABS三元相图上连接纯溶剂组成点S和原料液组成点F，原料液和萃取剂混合液组成点M一定在直线SF上；c.画出已知萃余相组成点R，连接S和R与溶解度曲线的交点R为萃余相组成点，由R点利用辅助线求出萃取相组成点E，连接RE与SF的交点M为混合液组成点。b.b.根据液根据液根据液根据液-液平衡数据画出溶解度曲线和辅助曲线；液平衡数据画出溶解度曲线和辅助曲线；液平衡数据画出溶解度曲线和辅助曲

22、线；液平衡数据画出溶解度曲线和辅助曲线；求萃取剂用量S:求R、E及R、E的量：2023/1/6【例题例题9-3】【例题9-3】用三氯乙烷萃取丙酮-水体系中的丙酮，原料液质量F=120kg,含丙酮54kg，萃取后萃余相中丙酮含量10%（质量分数），求：所需萃取剂三氯乙烷的量S；所得萃取相的量及其丙酮的质量分数；将萃取相中的丙酮全部回收后所得萃取液的量。解：根据三组分体系的液解：根据三组分体系的液解：根据三组分体系的液解：根据三组分体系的液-液平衡数据绘出溶解度曲线和辅助曲线液平衡数据绘出溶解度曲线和辅助曲线液平衡数据绘出溶解度曲线和辅助曲线液平衡数据绘出溶解度曲线和辅助曲线REHA(A(丙酮丙酮

23、丙酮丙酮)S(三氯乙烷）三氯乙烷）B(水水)所需萃取剂三氯乙烷的量所需萃取剂三氯乙烷的量所需萃取剂三氯乙烷的量所需萃取剂三氯乙烷的量S Sa.原料液中丙酮质量分数为：54/120=0.45，在AB边上找到F点，连接SF。F Fb.b.已知萃余相中丙酮含量已知萃余相中丙酮含量已知萃余相中丙酮含量已知萃余相中丙酮含量10%10%在与溶解度曲线上在与溶解度曲线上在与溶解度曲线上在与溶解度曲线上标出标出标出标出R R点点点点(R(R、RR重合重合重合重合)c.过R点作水平线交辅助线与H点，过H作垂线交溶解度曲线于E点，连接RE交SF于M点。M2023/1/6所得萃取相E的量及其丙酮的质量分数图中E点所

24、对应的纵坐标即为萃取相中丙酮质量分数0.15 将萃取相中的丙酮全部回收后所得萃取液的量及组成连接SE并延长与AB线交于E 点，从图中读出萃取液中丙酮质量分数为0.952023/1/6二、多级萃取流程二、多级萃取流程1.多级错流萃取流程多级错流萃取流程 将多个单级萃取设备串联使用，并在每将多个单级萃取设备串联使用，并在每一级中加入新鲜萃取剂。如图一级中加入新鲜萃取剂。如图 从第一级开始分出的萃余相逐级引入下一级，最后进入萃取剂从第一级开始分出的萃余相逐级引入下一级，最后进入萃取剂回收装置，得萃余液回收装置，得萃余液R。各级分出的萃取相。各级分出的萃取相E1、E2、E3.汇集后送汇集后送到萃取剂回

25、收设备，得到萃取液到萃取剂回收设备，得到萃取液E。流程流程特点：特点：每一级都加入新鲜萃取剂，推动力增加有利于萃每一级都加入新鲜萃取剂，推动力增加有利于萃取传质，但萃取剂用量大，回收和输送能耗增加。取传质，但萃取剂用量大，回收和输送能耗增加。2023/1/62.多级逆流萃取流程多级逆流萃取流程 原料液从第一级加入依次通过各级从最后一级排出，分出萃余相原料液从第一级加入依次通过各级从最后一级排出，分出萃余相RN中的萃取剂后得萃余液中的萃取剂后得萃余液R。萃取剂萃取剂S从最后一级加入与原料液相反方向依次通过各级从第一级从最后一级加入与原料液相反方向依次通过各级从第一级排出，分出萃取排出，分出萃取E1中的萃取剂剂后得萃取液中的萃取剂剂后得萃取液E。多级逆流与多级错流相比萃取剂消耗量大为减少，流程简单，多级逆流与多级错流相比萃取剂消耗量大为减少，流程简单，能耗降低。工业上应用广泛。能耗降低。工业上应用广泛。2023/1/63.连续逆流萃取的流程连续逆流萃取的流程 2023/1/6第三节第三节 液液-液萃取设备液萃取设备2023/1/6P233习题习题9-12023/1/6P233习题习题9-2