化工原理(第四版)谭天恩-第十二章-液液萃取.ppt

《化工原理(第四版)谭天恩-第十二章-液液萃取.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理(第四版)谭天恩-第十二章-液液萃取.ppt（51页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、目录目录 第十二章第十二章 液液萃取液液萃取 第一节第一节 概述概述一、什么是液液萃取二、萃取流程三、萃取剂的选择第二节第二节 液液相平衡关系及相图液液相平衡关系及相图一、三角形相图及其应用二、萃取过程中的相平衡关系1化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录第三节第三节 分级萃取计算分级萃取计算一、单级萃取的流程及计算习题课二、多级错流萃取习题课三、多级逆流萃取习题课第四节第四节 萃取设备萃取设备目录目录第十二章第十二章 小结小结2化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章第十二章第十二章 液液萃取液液萃取第一节第一节 概述概述一、什么是（液

2、液）萃取一、什么是（液液）萃取?利利用用液液体体混混合合物物中中各各组组分分在在外外加加溶溶剂剂中中溶溶解解度度的的差差异异而而分离该混合物的操作，称为分离该混合物的操作，称为。外加溶剂称为。外加溶剂称为萃取剂萃取剂。（液相）（液相）充分接触充分接触相界面相界面(extractphase)(raffinatephase)与与吸吸收收相似相似思考：思考：萃取应在高温还是在低温下进行？萃取应在高温还是在低温下进行？二、萃取流程二、萃取流程S SA AB B精精馏馏精精馏馏3化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章第一节第一节 概述概述u稀溶液：稀溶液：溶质是易挥发组分溶质是易挥发组分溶质

3、是难挥发组分溶质是难挥发组分u 1或或1的体系：的体系：u热敏性溶液：热敏性溶液：u其他其他-精馏或萃取精馏或萃取-萃取萃取-萃取或特殊精馏萃取或特殊精馏-萃取萃取-精馏精馏思考：思考：精馏和萃取都是用来分离液体均相混合物的，什么场合用精馏和萃取都是用来分离液体均相混合物的，什么场合用 精馏？什么场合用萃取？精馏？什么场合用萃取？精馏精馏-需汽化需汽化萃取萃取-常温操作常温操作4化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章第一节第一节 概述概述三、萃取剂的选择三、萃取剂的选择要求：要求：1、对溶质、对溶质溶解性溶解性大大2、选择性选择性好好3、B与与S互溶度互溶度越小越好越小越好4、萃取

4、剂、萃取剂易于回收易于回收5、萃取相与萃余相、萃取相与萃余相密度差异大密度差异大返回目录返回目录5化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章第二节第二节液液相平衡关系及相图液液相平衡关系及相图一、一、三角形相图及其应用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。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。常用的三角形相图有如下几种，原理均相同。6化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章一、一、三角形相图及其应用三角形相图及其应用溶质溶质原

5、溶剂原溶剂萃取剂萃取剂每条边代表二元溶液每条边代表二元溶液 顶点代表纯组分顶点代表纯组分相图中的点代表三元溶液相图中的点代表三元溶液7化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章一、一、三角形相图及其应用三角形相图及其应用杠杆三角形相图的应用：三角形相图的应用：R E REF M 杠杆原理：杠杆原理：Mu表示混合、分离等过程；表示混合、分离等过程；u查取浓度；查取浓度；8化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章一、一、三角形相图及其应用三角形相图及其应用杠杆如何证明上述杠杆原理成立？如何证明上述杠杆原理成立？物料衡算：物料衡算：-杠杆原理本质上就是物料衡算关系杠杆原理本质上就是

6、物料衡算关系差点差点和点和点差点差点9化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章二、二、萃取过程中的相平衡关系萃取过程中的相平衡关系B多多S少少S多多B少少+A+A1、B与与S部分互溶时部分互溶时相平衡关系包含：相平衡关系包含：溶解度曲线溶解度曲线共轭线共轭线MREM临界混溶点临界混溶点(褶点褶点)plaitpoint或辅助线或辅助线B、S部分互溶时部分互溶时联结线（共轭线）联结线（共轭线）Tieline通常由实验测定。通常由实验测定。下下面面，定定性性推推出出相相平平衡关系曲线的形状。衡关系曲线的形状。假假设设在在B、S溶溶液液中中加加入入溶溶质质A，且且加加入入A的的量量逐逐渐渐增

7、增大大，则其过程可以表示如图。则其过程可以表示如图。两相区两相区均相区均相区P10化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章1 1、B B与与S S部分互溶时部分互溶时思考：思考：1、加入溶质、加入溶质A后，后，B、S互溶互溶度如何变化？度如何变化？2、B、S互溶度变大，则两相互溶度变大，则两相区范围如何变化？区范围如何变化？3、温度升高，对两相区范围、温度升高，对两相区范围有何影响？有何影响？B、S互溶度变大互溶度变大B多多S少少S多多B少少+A+AMREM临界混溶点临界混溶点(褶点褶点)plaitpointB、S部分互溶时部分互溶时两相区两相区均相区均相区P两相区范围变小两相区范围

8、变小互溶度增大，两相区范围变小互溶度增大，两相区范围变小11化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章1 1、B B与与S S部分互溶时部分互溶时共轭线还有以下两种情形：共轭线还有以下两种情形：B B、S S部分互溶时部分互溶时12化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章二、二、萃取过程中的相平衡关系萃取过程中的相平衡关系分配曲线分配曲线相平衡关系曲线相平衡关系曲线-分配曲线分配曲线B B、S S部分互溶时部分互溶时对角线对角线13化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章二、二、萃取过程中的相平衡关系萃取过程中的相平衡关系2、B、S部分互溶部分互溶A、S部分互溶时部

9、分互溶时14化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章二、二、萃取过程中的相平衡关系萃取过程中的相平衡关系思考：思考：若若B B与与S S完全不互溶，则在三角完全不互溶，则在三角形相图中溶解度曲线形相图中溶解度曲线 如何画？如何画？3、B、S完全不完全不互溶互溶B B、S S完全不互溶时完全不互溶时二元溶液二元溶液-相平衡关系曲线一般用分配曲线表示相平衡关系曲线一般用分配曲线表示xy萃余相萃取相15化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章二、二、萃取过程中的相平衡关系萃取过程中的相平衡关系4、分配系数、分配系数ki、选择性系数选择性系数-分配系数分配系数distributio

10、ncoefficient-选择性系数选择性系数relativeselectivity相平衡关系除用图形表示外，还可以用下式计算：相平衡关系除用图形表示外，还可以用下式计算：16化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章二、二、萃取过程中的相平衡关系萃取过程中的相平衡关系萃取要求：萃取要求：1，kA越大越好，越大越好，kB越小越好。越小越好。对照：对照：意义相同意义相同返回目录返回目录17化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章第三节第三节 分级萃取计算分级萃取计算本节要讨论的本节要讨论的18化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章第三节第三节 分级萃取计算分级萃取计

11、算计算前提计算前提-理论级假定理论级假定离开的两相离开的两相Ri、Ei呈相平衡关系呈相平衡关系19化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章一、单级萃取的流程及计算一、单级萃取的流程及计算根据已知条件确定点根据已知条件确定点F、S（或（或S0）、点）、点R或或R，通过相平衡关系作联结线找到点，通过相平衡关系作联结线找到点E，再作图得到和点再作图得到和点M。然后，利用杠杆原理求。然后，利用杠杆原理求各量。各量。（一）（一）B、S部分互溶时部分互溶时E MER FS0R-图解法图解法 20化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章一、单级萃取的流程及计算一、单级萃取的流程及计算最小

12、溶剂用量和最大萃取液浓度最小溶剂用量和最大萃取液浓度最小萃取剂用量最小萃取剂用量SminMM M0y Amax最大萃取液浓度最大萃取液浓度思考：思考：最大萃取剂用量如何确定？最大萃取剂用量如何确定？21化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章一、单级萃取的流程及计算一、单级萃取的流程及计算（二）（二）B、S完全不互溶时完全不互溶时-解析法解析法 物料衡算：物料衡算：相平衡关系：相平衡关系：解两个未知数解两个未知数浓度用质量浓度用质量比更方便比更方便22化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章习题课习题课kA1=0【例例1】单级萃取单级萃取采用纯溶剂进行单级萃取。已知料液组成

13、采用纯溶剂进行单级萃取。已知料液组成xF=0.3（质量分（质量分率，下同），选择性系数为率，下同），选择性系数为6，在萃余相中，在萃余相中xA/xB0.25，kA1，溶解度曲线如图所示。试求：，溶解度曲线如图所示。试求：（1）萃取液量与萃余液量的比值；）萃取液量与萃余液量的比值；（2）溶剂比）溶剂比S/F是最小溶剂比是最小溶剂比(S/F)min多少倍？（用线段表多少倍？（用线段表示）示）23化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章习题课习题课【解解】（1）萃取液量与萃余液量的比值）萃取液量与萃余液量的比值找到点找到点F、E、R，然后应用杠杆原理求然后应用杠杆原理求E、R 的的大小。大

14、小。E R kA1图解法：图解法：24化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章习题课习题课kA1（2）溶剂比）溶剂比S/F是最小溶剂比（是最小溶剂比（S/F）min多少倍？（用线段表示）多少倍？（用线段表示）图解法：图解法：作业：作业：25化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章二、多级错流萃取二、多级错流萃取1 1、流程及特点、流程及特点 特点：特点：每一级均用新鲜萃取剂，故传质推动力较大；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。萃取剂用量大，操作费用高。26化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章二、多级错流萃取二、多级错流萃取2、计

15、算计算-求级数求级数N27化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章二、多级错流萃取二、多级错流萃取（1）当）当B、S部分互溶时部分互溶时FM1R1E1-图解法图解法作作图图步步骤骤：连连点点F、S，由，由F、S大小和杠杆原理定和点大小和杠杆原理定和点M1；过过M1作共作共轭线轭线，定点，定点R1、E1及其大小；及其大小；28化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章FM1R1E1M2R2E2连连点点R1、S，由，由R1、S大小和杠杆原理定和点大小和杠杆原理定和点M2；过过M2作共作共轭线轭线，定点，定点R2、E2及其大小；及其大小；如此反复，直至如此反复，直至xN xR（指定

16、）为止，共（指定）为止，共轭线的个数即为理论级数。轭线的个数即为理论级数。29化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章二、多级错流萃取二、多级错流萃取过点过点(Xi-1，0)，(Xi，Yi)过点过点(XF,0)，(X1,Y1)（2）当）当B、S完全不互溶时完全不互溶时-图解法图解法-操作操作线线方程：方程：30化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章习题课习题课【例例2】多多级错级错流萃取流萃取三三级错级错流萃取如流萃取如图图所示。已知所示。已知xF，各，各级级分配系数分配系数kA为为1，各，各级级的溶的溶剂剂比：比：使用使用纯纯溶溶剂剂，溶解度曲，溶解度曲线线如如图图所示

17、。所示。试试在相在相图图中表示三中表示三级错级错流流过过程。程。作业：作业：31化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章三、多级逆流萃取三、多级逆流萃取特点：传质推动力较为均匀特点：传质推动力较为均匀1流程及特点流程及特点32化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章三、多级逆流萃取三、多级逆流萃取总物料衡算：总物料衡算：2、计算级数、计算级数（1 1）当）当B、S部分互溶时部分互溶时 第第1级：级：第第2级：级：第第N级：级：xN-净流量净流量 33化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章2、计算级数、计算级数（1 1）当）当B、S部分互溶时部分互溶时 S E2E

18、3R2R1E1FRN操作线操作线xN-操作线方程操作线方程 -净流量净流量 和点和点 差点差点差点差点图解法求级数图解法求级数N的作图步骤：的作图步骤：已知已知F、xF、xN、S、yS。34化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章2、计算级数、计算级数图解法求级数图解法求级数N的作图步骤：的作图步骤：E1RNFM确定点确定点F、S、RN；由由F、S量的大小确定和点量的大小确定和点M，连结连结RN、M，并延长得点并延长得点E1；S连点连点F、E1，RN、S，并延长得点并延长得点；注意，；注意，可能在图的右侧，也可能可能在图的右侧，也可能在左侧，这与在左侧，这与y1与与xF的大小有关。的

19、大小有关。R1E2过过E1作共轭线作共轭线E1R1，连结连结R1，交溶解度曲线于点交溶解度曲线于点E2；过过E2作作共共轭轭线线E2R2，连连结结R2，交交溶溶解解度度曲线于点曲线于点E3；如如此此反反复复，直直至至（指指定定）为为止止，共共轭轭线线的的个数即为理论级数。个数即为理论级数。R2-操作线方程操作线方程 35化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章2、计算级数、计算级数若若操作线形式为操作线形式为 和点和点 差点差点差点差点36化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章2、计算级数、计算级数v对指定的分离要求对指定的分离要求xN，S/F大小直接影响到大小直接影响到

20、 的位置。的位置。溶剂比溶剂比S/FS/F对多级逆流萃取的影响：对多级逆流萃取的影响：u当当 在右侧时，在右侧时，S S用量越小，用量越小，越远离越远离S S；u当当 在左侧时，在左侧时，S S用量越小，用量越小，越靠近越靠近S S。37化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章2、计算级数、计算级数溶剂比溶剂比S/FS/F对多级逆流萃取的影响：对多级逆流萃取的影响：vS用量越小，操作线斜率与联结线斜率越接近，每个理论级用量越小，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）的分离程度越小。（与精馏、吸收相似）38化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章

21、第十二章2、计算级数、计算级数当当 在在左左侧侧时时，延延长长所所有有的的联联结结线线与与RNS相相交交，得得 1、2、3.，取最远离，取最远离S点的点的 为为 min。当当 在右侧时，延长所有的联结线与在右侧时，延长所有的联结线与SRN相交，得相交，得 1、2、3.，取最靠近，取最靠近S点的点的 为为 min。作作图图法求法求39化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章2、计算级数、计算级数解析法（逐级法）解析法（逐级法）（2）当）当B、S完全不互溶时完全不互溶时对第对第i级级N级作物料衡算：级作物料衡算：-操作线方程操作线方程过点（过点（XN，YS）（）（XF，Y1）40化工原理

22、化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章解析法（逐级法）解析法（逐级法）-操作线方程操作线方程-萃取因数萃取因数对照：对照：式（式（9-76），形式相同），形式相同N特特别别地，当平衡地，当平衡线为线为Y=kAX时，且为纯溶剂萃取，可证明：时，且为纯溶剂萃取，可证明：41化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章（2）当）当B、S完全不互溶时完全不互溶时42化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章作图法求级数作图法求级数N：（2）当）当B、S完全不互溶时完全不互溶时2 2、计算级数、计算级数1 12 23 34 443化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章习题课

23、习题课【例例3】在在多多级级逆逆流流接接触触式式萃萃取取器器中中，每每小小时时用用40kg纯纯溶溶剂剂S对对某某A、B两两组组分分混混合合液液进进行行萃萃取取分分离离。在在操操作作条条件件下下，B与与S完完全全不不互互溶溶，以以质质量量比比表表示示的的分分配配系系数数为为1.5。已已知知稀稀释释剂剂B的的流流量量为为30kg/h，原原料料液液中中A的的质质量量比比组组成成XF=0.3kgA/kgB，要要求求最最终终萃萃余余相相质质量量比比XN=0.05kgA/kgB。试试求求：完完成成分分离任务所需的理论级数。离任务所需的理论级数。44化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章【解一解

24、一】逐级计算逐级计算【解二解二】45化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章作业：作业：返回目录返回目录46化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章第四节第四节 萃取设备萃取设备液液传质的特点：液液传质的特点：(1)液液两相密度差异小；液液两相密度差异小；(2)液液体体表表面面张张力力较较大大，液液滴滴易易于于合合并并而而难难于于破破裂裂；靠靠自自身身的的重重力力来来分分散散液液滴滴往往往往不不够够，还还常常需需外外界界提提供供能能量量以以分分散散液液滴，如加搅拌、振动脉冲等。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。易于产生返混现象，而使传质推

25、动力下降。液液传质设备：液液传质设备：47化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章第四节第四节 萃取设备萃取设备48化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章第四节第四节 萃取设备萃取设备有外加能量的萃取设备：有外加能量的萃取设备：混合澄清器、转盘塔、脉冲塔、离心萃取机等混合澄清器、转盘塔、脉冲塔、离心萃取机等思考：思考：在萃取设备中，分散相的形成在萃取设备中，分散相的形成可借助哪些作用来达到？可借助哪些作用来达到？重力、离心力、搅动或脉冲的作用重力、离心力、搅动或脉冲的作用返回目录返回目录49化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章小结小结1、三角形相、三角形相图图的的结结构、用途：构、用途：顶顶点、点、边边、相点的意、相点的意义义、杠杆原理、和点、差点、杠杆原理、和点、差点3、多、多级级萃取：萃取：流程、特点、求流程、特点、求级级数数N4 4、萃取设备：、萃取设备：特点、用途特点、用途2、单级单级萃取：萃取：流程、流程、计计算算当平衡当平衡线为线为直直线时线时50化工原理化工原理电子教案电子教案/第十二章第十二章小结小结51