第四节 固液浸提与浸提设备.ppt
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1、第四节第四节 固液浸提与浸提设备固液浸提与浸提设备一、固液浸提原理一、固液浸提原理二、单级浸提与多级浸提二、单级浸提与多级浸提三、浸提设备三、浸提设备The solid liquid of The solid liquid of immerses to lift and immerse to lift the equipmentsimmerses to lift and immerse to lift the equipments一、固液浸提原理一、固液浸提原理1.1.浸提过程浸提过程在生物化工的分离提取过程中,许多目的成分存在于固体材料中,可在生物化工的分离提取过程中,许多目的成分存在于固体
2、材料中,可采用无机溶剂或有机溶剂将其溶解转入溶液,从而使目的成分与固体材料采用无机溶剂或有机溶剂将其溶解转入溶液,从而使目的成分与固体材料分离,此操作常称为固液浸提,简称浸提或浸取。分离,此操作常称为固液浸提,简称浸提或浸取。例如例如,迷迭香抗氧化剂的提取,迷迭香抗氧化剂的提取迷迭香迷迭香(枝叶枝叶)水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏馏分馏分油水分离油水分离粗油粗油精制精制精油精油迷迭香精油迷迭香精油预处理预处理(晾干、粉碎晾干、粉碎)浸提浸提渣渣浸提液浸提液9595C C2 2H H5 5OHOH浸提浸提固液浸提是液相固液浸提是液相(溶剂溶剂)与固相与固相(材料材料)通通过接触而进行的传质过程,一般认为可
3、包含以过接触而进行的传质过程,一般认为可包含以下五个步骤。下五个步骤。浸提过程浸提过程界面界面液相主体液相主体固相主体固相主体液膜液膜溶解溶解固相内部的溶质固相内部的溶质(目的成分目的成分)在与溶剂的相互作用下,进入溶剂在与溶剂的相互作用下,进入溶剂(溶解溶解)形成溶液。形成溶液。溶液溶液溶剂扩散到固体内部溶剂扩散到固体内部到达固相表面的溶剂微粒,进一步通过扩散进入到固相内部,并与固到达固相表面的溶剂微粒,进一步通过扩散进入到固相内部,并与固体相内部的溶质体相内部的溶质(目的成分目的成分)作用。作用。溶质溶质溶剂穿过液膜到达固相表面溶剂穿过液膜到达固相表面液相主体的溶剂微粒液相主体的溶剂微粒(
4、分子团分子团),通过扩散,通过扩散穿过液膜到达固相表面。穿过液膜到达固相表面。溶剂溶剂界面界面液相主体液相主体固相主体固相主体液膜液膜溶液溶液溶质溶质溶液扩散到固相表面溶液扩散到固相表面固相内部的溶质与溶剂形成的溶液,通过固相内部的溶质与溶剂形成的溶液,通过固体空隙以扩散的形式到达固相表面固体空隙以扩散的形式到达固相表面。溶剂溶剂溶液进入液相主体溶液进入液相主体通过固扩散到达固相表面的溶液,再以扩通过固扩散到达固相表面的溶液,再以扩散的形式穿过液膜进入液相主体散的形式穿过液膜进入液相主体。在生物化工生产中,固相物质在生物化工生产中,固相物质(材料材料)通常是粉碎成颗粒以后再进行浸通常是粉碎成颗
5、粒以后再进行浸提。提。这样,我们可以此可认为,上述五个步骤中,溶液中的溶质通过固相这样,我们可以此可认为,上述五个步骤中,溶液中的溶质通过固相空隙以扩散的形式到达固相表面是传质阻力的控制步骤空隙以扩散的形式到达固相表面是传质阻力的控制步骤。实验告诉我们,实验告诉我们,在浸提操作中,通常随着在浸提操作中,通常随着浸提过程的进行,浸提速度将越来越慢。浸提过程的进行,浸提速度将越来越慢。Why?2.2.浸提过程中的平衡关系浸提过程中的平衡关系 从浸提过程可知,浸提速度主要与固体颗粒内部的溶质与溶剂形成的从浸提过程可知,浸提速度主要与固体颗粒内部的溶质与溶剂形成的溶液向固相表面扩散,并穿过液膜进入液相
6、主体的速度有关,这里面就涉溶液向固相表面扩散,并穿过液膜进入液相主体的速度有关,这里面就涉及到两股流体间的平衡关系:及到两股流体间的平衡关系:假设:固体载体假设:固体载体(B)(B)不溶于溶剂,并且在浸提过程中固体颗粒不吸附不溶于溶剂,并且在浸提过程中固体颗粒不吸附其内部的溶质。其内部的溶质。这样,离开某一级的液相溶液(称为溢流这样,离开某一级的液相溶液(称为溢流液)与离开该级的沉降浆液(称为底流或浆液液)与离开该级的沉降浆液(称为底流或浆液流)中的残留溶液是相同的。即:流)中的残留溶液是相同的。即:溢流液中溶质的浓度与底流溶液中溶质的溢流液中溶质的浓度与底流溶液中溶质的浓度相等。浓度相等。溢
7、流液溢流液浆液浆液(底流底流)浸浸提提 若固体材料中可溶组分为溶质若固体材料中可溶组分为溶质 A A,溶解溶,溶解溶质的溶剂为浸提剂质的溶剂为浸提剂C C,载体,载体 B B 在浆液中的浓度在浆液中的浓度为为N N;溶质;溶质 A A 在溢流液中的质量分数为在溢流液中的质量分数为x xA A,在,在底流液中的质量分数为底流液中的质量分数为y yA A。若溶质若溶质 A A 在浸提剂在浸提剂 C C中的溶解度为无穷中的溶解度为无穷大,根据实际浸提操作可绘制出大,根据实际浸提操作可绘制出 N N 与与y yA A 的关的关系曲线系曲线(上图上图);N=0N=0的坐标轴表示固体完全的坐标轴表示固体完
8、全除尽时,溢流液的组成。除尽时,溢流液的组成。由于由于x xA A =y yA A ,故在,故在x xy y相图上,平衡线相图上,平衡线是是4545线线(下图下图)。底流曲线与平衡线的关系,由连接线连接底流曲线与平衡线的关系,由连接线连接(垂直垂直N=0N=0的坐标轴的坐标轴)。x xA Ay yA A平衡线平衡线底流底流(N(N与与y yA A)溢流溢流(N(N与与x xA A)连接线连接线x xA A、y yA A浸提平衡相图浸提平衡相图 二、单级浸提与多级浸提二、单级浸提与多级浸提1.1.单级浸提单级浸提 所谓单级浸提,是指浸提剂所谓单级浸提,是指浸提剂 C C 和溶和溶质质 A A 只
9、进行一次溶解、传质的浸提分离只进行一次溶解、传质的浸提分离过程,其流程如右图所示。过程,其流程如右图所示。单级浸提流程单级浸提流程L L0 0,N,N0 0,y,y0 0,B,B浆液浆液浆液浆液L L1 1,N,N1 1,y,y1 1,B,BV V2 2,x x2 2溢流液溢流液V V1 1,x x1 1溢流液溢流液 流程图中:流程图中:V V、L L 分别表示组成分别表示组成为为 x xA A 的溢流液量和组成为的溢流液量和组成为 y yA A 底流底流液液(浆液浆液)量,量,V V、L L 不包括固体;不包括固体;B B 为固体载体的量,为固体载体的量,N N 为载体为载体 B B 在浆在
10、浆液中的浓度。液中的浓度。若若 M M 为溶质和溶剂的总质量流量,则为溶质和溶剂的总质量流量,则单级浸提的物料衡算式为:单级浸提的物料衡算式为:单级浸提物料衡算单级浸提物料衡算L L0 0,N,N0 0,y,y0 0,B,B浆液浆液浆液浆液L L1 1,N,N1 1,y,y1 1,B,BV V2 2,x x2 2溢流液溢流液V V1 1,x x1 1溢流液溢流液总质量流量总质量流量 M=LM=L0 0+V+V2 2=L=L1 1+V+V1 1溶质溶质 A A 的质量的质量 M M x xAMAM =L L0 0 y yA0 A0+V+V2 2 x xA2 A2=L=L1 1 y yA1 A1+
11、V+V1 1 x xA1A1溶质溶质 B B 的质量的质量 B=NB=N0 0 L L0 0+0=N+0=N1 1 L L1 1+0=N+0=NM M M M底流底流(N(N与与y yA A)L L1 1L L0 0M MN NN NM MV V2 2V V1 1x xM Mx xA A、y yA A单级浸提物料衡算单级浸提物料衡算例例1 1 某厂以己烷为浸提剂,从大豆片中(单级)浸某厂以己烷为浸提剂,从大豆片中(单级)浸提豆油。用提豆油。用100kg100kg己烷浸提含油己烷浸提含油2020(质量分数)的大豆(质量分数)的大豆100kg100kg。已知,底。已知,底流流 N=1.5(kgN=
12、1.5(kg不溶固体不溶固体/kg/kg底流液底流液)为常量。求溢流液量为常量。求溢流液量 V V1 1 及其组成,确及其组成,确定离开该级的底流液量定离开该级的底流液量 L L1 1。解:解:已知:已知:进入系统的溶剂进入系统的溶剂 V V2 2=100kg=100kg,x xA2 A2=0=0,x xC2 C2=1.0=1.0L L0 0,N,N0 0,y,y0 0,B,B浆液浆液浆液浆液L L1 1,N,N1 1,y,y1 1,B,BV V2 2,x x2 2溢流液溢流液V V1 1,x x1 1溢流液溢流液 进入系统的浆液进入系统的浆液 B B=100(1.0-0.2)=100(1.0
13、-0.2)=80(kg)=80(kg)L L0 0=1000.2=1000.2=20 =20 kg(Akg(A)N N0 0=B/A=B/A=80/20(kg=80/20(kg固体固体/kg/kg溶液溶液)=4(kg=4(kg固体固体/kg/kg溶液溶液)y yA0 A0=1.0=1.0 浸提剂质浸提剂质量分数量分数载体质量载体质量根据单级浸提的物料衡算式有:根据单级浸提的物料衡算式有:M=LM=L0 0+V+V2 2=20+100=20+100=120(kg)=120(kg)(总质量流量)(总质量流量)L L0 0 y yA0 A0+V+V2 2 x xA2 A2=20=201.0+1001
14、.0+1000 0=120=120 x xAM AM (溶质(溶质A A的质量)的质量)M M点的位置点的位置 则:则:x xAMAM =20/120=0.167=20/120=0.167y yA1 A1 点的位置点的位置 由于:由于:B=NB=N0 0 L L0 0=40=402020=120N=120NM M (溶质溶质 B B 的质量的质量)则:则:N NM M=80/120=80/120=0.667=0.667根据杠杆原理,作物料衡算图根据杠杆原理,作物料衡算图 以以N(N(载体载体B B的浓度的浓度)为纵坐标,以为纵坐标,以x xA A(y(yA A)为为横坐标,作横坐标,作V V2
15、 2L L0 0 直线。纯溶剂进料:直线。纯溶剂进料:V V2 2 点点(x(xA2 A2=0=0,N N2 2=0)=0)L L0 0 点点(y(yA0 A0=1.0=1.0,N N0 0=4)=4)0 01 12 23 34 40.50.51 1y yA A,x xA AN NL L0 0V V2 2N N1 1=1.5=1.50.1670.167 根据根据 N N1 1=1.5(=1.5(纵坐标纵坐标)、x xAMAM =0.167(=0.167(横横坐标坐标)作垂直连接线,该线与作垂直连接线,该线与 V V2 2L L0 0 直线的交点直线的交点就是就是M M点。点。M MN N与与y
16、 yA AN N与与x xA A溢流液量溢流液量V V1 1 由于:由于:L L1 1+V+V1 1=M=120(kg)=M=120(kg)则:则:V V1 1=M-L=M-L1 1=120-53.36=120-53.36 =66.64(kg)=66.64(kg)底流液量底流液量L L1 1 由于:由于:N N1 1 L L1 1+0=N+0=NM M M M =0.667=0.667120120=80.04=80.04 则:则:L L1 1=80.04/N=80.04/N1 1=80.04/1.5=80.04/1.5 =53.36(kg)=53.36(kg)0 01 12 23 34 40.
17、50.51 1y yA A,x xA AN NL L0 0V V2 2N N1 1=1.5=1.50.1670.167M ML L0 0,N,N0 0,y,y0 0,B,B浆液浆液浆液浆液L L1 1,N,N1 1,y,y1 1,B,BV V2 2,x x2 2溢流液溢流液V V1 1,x x1 1溢流液溢流液N NM M=0.667=0.667L L1 1V V1 1x xAMAM问题讨论与练习问题讨论与练习3 39 9 液固浸提的传质过程一般可分为哪几个步骤液固浸提的传质过程一般可分为哪几个步骤?3 310 10 某厂从某植物种子片中进行单级浸提油。用某厂从某植物种子片中进行单级浸提油。用
18、1000kg 1000kg 浸提剂浸提含浸提剂浸提含油油2020(质量分数)的植物种子(质量分数)的植物种子1000kg1000kg,底流,底流N=1.5(kgN=1.5(kg不溶固体不溶固体/kg/kg底底流液流液)为常量。求溢流液量为常量。求溢流液量V V1 1及其组成,确定离开该级的底流液量及其组成,确定离开该级的底流液量L L1 1。2.2.多级浸提多级浸提 所谓所谓“多级浸提多级浸提”是指,浸提剂是指,浸提剂C C 和溶质和溶质A A 进行多次溶解、传质的浸进行多次溶解、传质的浸提分离过程,提分离过程,其流程可表示如下其流程可表示如下。多级浸提流程多级浸提流程V V2 2L L1 1
19、V V1 1,x x1 1y y0 0,N N0 0L L0 0,B BV V3 3L L2 2V Vn nL Ln-1n-1V Vn+1n+1L Ln nV VN NL LN-1N-1V VN+1N+1,x xN+1N+1y yN N,N NN NL LN N,B B多级逆流连续浸提流程示意图多级逆流连续浸提流程示意图 多级浸提物料衡算多级浸提物料衡算 对于多级逆流连续浸对于多级逆流连续浸提,其物料衡算式为:提,其物料衡算式为:V V2 2L L1 1V V1 1,x x1 1y y0 0,N N0 0L L0 0,B BV VN NL LN-1N-1V VN+1N+1,x xN+1N+1y
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