液-液萃取

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液-液萃取原理，计算及设备

概述

* 原理—处理液体均相混合物,根据各组分在特定溶剂中的溶解度差异而实现分离.

* 基本流程:混合,澄清.

* 基本概念:

⑴溶质A:原料液中的易溶组分.

⑵稀释剂B:原料液中的难溶组分.

⑶萃取剂S:溶剂.

萃取实质

* 萃取相E:萃取产品中,含溶质A较多的一相.

* 萃余相R:萃取产品中,含稀释剂B较多的一相.

* E,R都是混合液,并非纯组分,所以萃取只是将难分离物料转化为易分离的物料.

萃取与精馏相比的适用性

* 两组分相对挥发度接近1,适用萃取;

* 易挥发组分含量极高,采用精馏操作,需将大量该组分气化,耗能高.

* 物系中有热敏性组分,不宜高温操作.

三角形相图表示物系组成

* 物系组成全部用质量分率.

* 顶点:表示纯组分.

* 边:表示两元物系.某一组分含量值以该点为浓度1,另一点为浓度0.

* 三角形内各点:表示三元物系.某组分含量值可由该点对边平行线交两边的交点数值而得来.

三元体系相平衡关系1

* 溶解度曲线--由两相区转为均相区的一系列混溶点而形成的曲线.

* 联接线—两相区内,三元物系不稳定,最终将被分解成平衡两相.连接两平衡相组成点

的一段线段.

* 辅助曲线—由各联接线两端点分别做两直角边平行线,得到的所有交点的连线.

* 临界混溶点—辅助曲线和溶解度曲线的交点.此时联接线为无限短,E和R组成相同.

相平衡关系2—分配曲线和分配系数

* 以每一联接线两端点E,R的溶质A含量分别作为直角坐标系上的纵坐标y和横坐标x,得出一个点,所有各点的连线.

* 分配系数:k=y/x,反映了溶质在两相的分配差异.

杠杆规则

* 液-液萃取计算的重要依据.

* 规则内容:总混点M和两分解相点1,2满足

⑴总混点M位于两分解相点1,2连线之间.

⑵总混点具体位置为M1与M2线段长度比和1相与2相质量成反比.

相平衡关系中的问题

* 为何向总混点为C的B,S总混物中加A,三元物系组成点沿AC线而变化?

* 操作温度对两相区和萃取操作有何影响?

* 如何推论杠杆规则?

萃取剂的选择考虑因素

* 选择性系数β—A的分配系数和B的分配系数之比. Β>1,数值越大,效果越好.

* B,S的互溶度关系

* 密度

* 与A,B之间的相对挥发度

* 界面张力

例题

* 在一定的温度下，测得A,B,S三元物系两平衡液相的平衡数据如本题附表所示。表中数据为质量百分率。试计算：⑴作出溶解度曲线和辅助曲线；⑵临界混溶点的组成；⑶当萃余相中xA =20%的分配系数kA和选择性系数β ；⑷于100kg含30%A的原料液中加入若干kg S才能使混合液开始分层；⑸对第4项的原料液，欲得到含36% A的萃取相E，试确定萃余相的组成及混合液的总组成。

单级萃取

* 流程描述(见下页图)

* 图解关键—试差作图法:在溶解度曲线和辅助曲线已有情况下,由总混点M求算共额平衡相E,R的组成点.

* 计算依据:杠杆规则.

单级萃取例题1

* 在25℃下以水（S）为萃取剂从醋酸（A）与氯仿（B）的混合液中提取醋酸。已知原料液流量为2000kg/h，其中醋酸的质量百分率为35%，其余为氯仿。用水量为1600kg/h。操作温度下，E相和R相以质量百分率表示的平衡数据列于本例附表中。

质量比及分配曲线

* 在B,S完全不互溶时,E,R的浓度用质量比X,Y表示更简便.

X=R相中A的质量/ R相中B的质量

Y=E相中A的质量/ E相中S的质量

* 分配曲线为:Y=KX.

单级萃取例题2

* 对前述例题，若在操作条件下，组分B、S可视为完全不互溶，且以质量比表示组成

的分配系数K值为3.4，经单级萃取后，要求组分A的萃取率达80%，试求纯溶剂的用量。

多级错流接触萃取

* 流程描述:每一级均加入新鲜萃取剂,各级萃余相流入下一级作为原料,各级萃取相汇集成为最终萃取相,最末一级萃余相为最终萃余相.

* 特点:各级新鲜萃取剂用量相同,传质推动力大.

* 实际为单级萃取的多次重复.

多级错流接触萃取例题1

* 25℃时丙酮（A）-水（B）-三氯乙烷 （S）系统以质量百分率表示的溶解度和联结线数据如本题附表所示。用三氯乙烷为萃取剂在三级错流萃取装置中萃取丙酮水溶液中的丙酮。原料液的处理量为600kg/h，其中丙酮的质量百分率为40%，各级溶剂用量相等，第一级溶剂用量与原料液流量之比为0.5。试求丙酮的回收率。

多级错流接触萃取例题2

* 丙酮（A）-水（B）-三氯乙烷（S）体系中，水和三氯乙烷可视为完全不互溶。操作条件下，丙酮的分配系数K可视为常数1.71。原料液中丙酮的质量分数为25%，其余为水，处理量为1000kg/h。萃取剂中丙酮的质量百分数为1%，其余为三氯乙烷。采用五级错流萃取，每级加入的萃取剂量都相同，要求最终萃余相中丙酮的含量不大于1%。试求萃取剂的用量及萃取相中丙酮的平均组成。

多级逆流接触萃取流程描述

* 第一级加入原料液,最末一级加入新鲜萃取剂.

* 中间各级内:前一级的萃余相送入下一级,后一级的萃取相流入前一级.两者逆流运动.

* 第一级的萃取相为最终萃取相,最末级的萃余相为最终萃余相.

理论级数计算方法

* 三角形相图法:每一级的物料衡算中,流出的萃余相和流入的萃取相质量差为常数△,据此用杠杆规则图解计算.

* 直角坐标法:在B,S完全不互溶时,用质量比计算而得出的方法,方式与精馏的理论塔板数相同.

多级逆流萃取例题1

* 在多级逆流萃取装置中，用纯溶剂S处理含A,B两组分的原料液。原料液流量F=1000kg/h，其中溶质的质量百分率为30%，要求最终萃余相中溶质组成不超过7%。溶剂用量=350kg/h。试求：⑴所需的理论级数；⑵若将最终萃取相中的溶剂全部脱除，求最终萃取相的流量E’1和组成y’1 。

* 操作条件下的溶解度曲线和辅助曲线如本题附图所示。

多级逆流萃取例题2

* 以纯二异丙醚为溶剂从醋酸水溶液中提取醋酸。二异丙醚的用量为700kg/h。原料液的处理量为2000kg/h，其中醋酸的组成为32%（质量百分率，下同）。要求最终萃余相中醋酸组成不大于7%。试在x-y直角坐标上求解多级逆流萃取所需理论级数。操作条件下的溶解度曲线数据和联结线数据如本题附表所示。

萃取剂的最小用量

* 萃取剂用量越少,达到相同分离程度所需的理论级数越多.当萃取剂用量少到某一临界值时,将使操作级数为无穷.据此而由图解方法所得到的萃取剂用量.

* 实际萃取剂用量应高于该值.

多级逆流接触萃取例3

在多级逆流接触萃取装置中,用三氯乙烷从含丙酮35%(质量分率,下同)的丙酮水溶液中萃取丙酮.原料液的流量为1000kg/h,要求最终萃余相中丙酮的组成不大于5%,萃取剂用量为最小用量的1.3倍。水和三氯乙烷可视为完全不互溶，试在坐标上求解所需的理论级数。

操作条件下的平衡数据见本题附表。

若分配系数为常数1.71，求理论级数。

萃取设备类型

* 根据两相接触方式:级式接触萃取和连续接触萃取.

* 根据有无外加能量:有外加能量型和无外加能量.

⑴无外加能量型:重力驱动.

⑵有外加能量:搅拌(旋转搅拌或往复搅拌),脉冲,离心力.

混合-澄清器

* 使用历史最悠久.

* 级式操作:可单级操作,也可多级操作.

* 混合器--两相传质场所.有时加搅拌.

* 澄清器--两相达平衡后而分离的场所.有时重力沉降,有时离心沉降.

萃取塔设备

* 喷洒塔—结构最简单,萃取效果教差.

* 填料塔—塔的中段设置填料层,避免轴向返混,增大相际接触面积.增设脉冲可提高传质效果.

* 筛板塔—塔内设置一定间距的开孔塔板,避免轴向返混,且分散相液滴的多次分散和重新聚结,可更新液滴表面组成,提高传质效果.也有时加设脉冲.

离心萃取机

* 利用离心力使两相快速混合,快速分离的萃取设备.

* 波德式离心萃取机:连续接触式.

* 卢威式离心萃取机:级式接触.