化工原理第十一章 液液萃取和固液萃取

化工原理第十一章液液萃取和固液萃取1第1頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一11.1.1液液萃取概述萃取是分離液體（或固體）混合物的一種單元操作，其方法是選擇一種溶劑使混合物中于分離的組分溶解與其中，其余組分則不溶或少溶而獲得分離。萃取的基本過(guò)程如圖11—1所示。11.1液液萃取2第2頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一與分離液體混合物的整流方法比較，下列情況采用是可取的：（1）溶質(zhì)A的濃度很小而稀釋劑的濃度B易揮發(fā)組分時(shí)，直接用蒸餾的方法能耗是很大，這時(shí)可以先萃取，使溶質(zhì)A富集于萃取劑S中，然后對(duì)萃取相進(jìn)行蒸餾，如以氯仿為萃取劑從咖啡因水溶液中分離咖啡因。（2）恒沸物或沸點(diǎn)相近組分的分離，此時(shí)普通整流方法不適用，如催化重整油中芳烴與烷烴的分離因沸點(diǎn)相近而需要塔板數(shù)太多，工業(yè)上常用環(huán)丁砜為萃取劑融解苯、甲苯、二甲苯以及其他芳烴衍生物。（3）需分離的組分不耐熱，蒸餾時(shí)易分解、聚合或發(fā)生其他變化，如從發(fā)酵液中提取青霉素時(shí)采用醋酸丁酯為萃取劑進(jìn)行萃取。3第3頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一11.1.2三角形相圖萃取過(guò)程設(shè)計(jì)的組分至少油三個(gè)，即溶劑A、稀釋劑B和萃取劑S。最常見(jiàn)到的三角形相圖為直角三角形和正三角形，如圖11—2所示。圖11－2三角形中的相組成4第4頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、相組成表示方法二、溶解度曲線三個(gè)組分得含量之和應(yīng)符合圖11－3相平衡圖5第5頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、杠桿規(guī)則如圖11－4所示，混合物M分成任意兩個(gè)相E和R，或由任意兩個(gè)相E和R混合成一個(gè)相M，或任意兩個(gè)組分E和R混合成一個(gè)混合物M（E、、R、M可以為同一相）。則在三角形相圖中表示其組成得點(diǎn)M、E和R必在以直線上，且符合以下比例關(guān)系或點(diǎn)M得位置由杠桿規(guī)則確定：6第6頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一11.1.3選擇性系數(shù)及萃取劑得選擇在原料液中加入萃取劑后形成平衡得兩個(gè)液相，溶質(zhì)A在其中得非配關(guān)系用分配系數(shù)kA表示同樣，對(duì)稀釋劑B有萃取劑的選擇性，用選擇性系數(shù)表示要注意以下幾方面：1、

選擇性2、

萃取相與萃余相的分離3、

萃取劑得回收除此之外，萃取劑還應(yīng)滿足一般得工業(yè)要求。7第7頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一11.1.4單級(jí)萃取8第8頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一如圖11—6所示，單級(jí)萃取得計(jì)算步驟如下：1、

根據(jù)已知得平衡數(shù)據(jù)在直角三角形相圖中作出溶解度曲線及輔助曲線。2、由已知原料液組成xF在邊AB上定點(diǎn)F，連接點(diǎn)S和F。有3、點(diǎn)M利用輔助曲線作聯(lián)結(jié)線。有一、利用三角形相圖的圖解計(jì)算4、連點(diǎn)S、E和點(diǎn)S、R并分別延長(zhǎng)交AB于點(diǎn)E‘和R’,則點(diǎn)E’和R’分別表示萃取液和萃余液得組成9第9頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一當(dāng)S和B完全不互溶時(shí)，則萃取相含全部溶劑，萃余相含全部稀釋饑，萃取前厚的物料衡算式為（萃取劑為純?nèi)軇夯蚨和B完全不互溶時(shí)得圖解計(jì)算10第10頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一11．5多級(jí)錯(cuò)流萃取料液在第一級(jí)進(jìn)行萃取后得萃余相R1繼續(xù)在第二級(jí)用新鮮溶劑萃取，一次直到第N級(jí)得萃余相RN得濃度符合要求為止。11第11頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、利用三角形相圖得圖解計(jì)算（１）按第1級(jí)原料液萃取劑得量和組成，確定第1級(jí)混合也得量和組成，得點(diǎn)M1（２）過(guò)點(diǎn)M1作聯(lián)結(jié)線得經(jīng)第一級(jí)萃取后得萃取相E1和萃余相R;（３）按第2級(jí)進(jìn)了R1及萃取劑得量和組成確定第2級(jí)混合液得梁河組成，得點(diǎn)M2；（４）重復(fù)2和3得方法的方法，直至第N級(jí)萃余相RN濃度符合要求。12第12頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、S和B完全部互溶時(shí)的圖解計(jì)算此時(shí)對(duì)各級(jí)分別作物料衡算有上式即為各級(jí)的操作線，其斜率

為第一常數(shù)。13第13頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖１１－１２多級(jí)逆流萃取流程11.1.6多級(jí)逆流萃取一、利用三角形相圖得圖解計(jì)算１、由xF、x‘N得值分別定出點(diǎn)F、R’N，連點(diǎn)S（設(shè)萃取劑為純S）和RN’，交溶解度曲線左側(cè)于點(diǎn)RN,此點(diǎn)代表最終萃余項(xiàng)組成。２、對(duì)全級(jí)作總物料衡算有連接點(diǎn)F和S，根據(jù)杠桿規(guī)則得代表混合液量及組成得點(diǎn)M；連接點(diǎn)RN和M并延長(zhǎng)交溶解度曲線于E1，則E1和RN得量也可按杠桿規(guī)則確定。14第14頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一３、對(duì)第1級(jí)、第2級(jí)、…第N級(jí)分別作物料衡算

整理得F-E1=R1-E2=…＝RN－S=D由杠桿規(guī)則，點(diǎn)F、R1、…S及D為差點(diǎn)。其中點(diǎn)為公共差點(diǎn)。點(diǎn)D求法;分別連接點(diǎn)E1、F和點(diǎn)S、RN并延長(zhǎng)之，所得交點(diǎn)即為點(diǎn)D，它位于三角形相圖外，稱之為操作點(diǎn)。４、點(diǎn)E1作聯(lián)結(jié)線得表示第1級(jí)萃余相組成得點(diǎn)R1。５、連接點(diǎn)D和R1并延長(zhǎng)交溶解度曲線于點(diǎn)E2(習(xí)慣上稱過(guò)點(diǎn)D的直線為操作線)。６、重復(fù)4和5的方法直至表示萃余相組成的點(diǎn)RN小于規(guī)定值。15第15頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、Ｓ和B完全部互溶時(shí)的圖解計(jì)算

此時(shí)各級(jí)萃取相中的萃取劑量S和萃余相中的稀釋劑量B保持不便，由第1級(jí)至第I級(jí)的物料衡算式為上式稱操作線方程，

為操作線的斜率。此直線方程通過(guò)點(diǎn)(XF,Y1)和點(diǎn)（XN,Ys）。16第16頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、塔效率（總級(jí)效率）法影響塔效率ET的因素有系統(tǒng)的物性、操作條件和塔板結(jié)構(gòu)等。11.1.7連續(xù)接觸逆流萃取連續(xù)接觸逆流萃取通常在塔設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，這類塔設(shè)備主要有填料塔和板式塔，現(xiàn)以填料塔為例加以說(shuō)明。一般適宜將潤(rùn)濕性較差和黏度較大的液體作為分散相。一、等級(jí)高度法17第17頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一11.1.8萃取設(shè)備

萃取設(shè)備

生產(chǎn)能力/m3/(m2·h)理論級(jí)數(shù)或級(jí)效率或理論級(jí)當(dāng)量高度典型應(yīng)用混合－澄清器噴淋塔填料塔篩板塔轉(zhuǎn)盤塔離心萃取器變動(dòng)范圍大15～756～453～63～604～9575％～95％he=3~6mhe=1.5~6m對(duì)HT＝100～300mm時(shí)微30％

3.4～12.5級(jí)潤(rùn)滑油工藝，核燃料加工用氨水從NaOH中萃取NaC1回收苯酚糠醛處理潤(rùn)滑油工藝廢水中脫酚表11－4萃取設(shè)備的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例萃取設(shè)備的類型很多。按萃取設(shè)備的構(gòu)造特點(diǎn)大體上可以分為三類：一是單件組合式；二是塔式；三式離心式。18第18頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、混合清澄器混合清澄器是一種但見(jiàn)組合式萃取設(shè)備，每一級(jí)均由一混合器與一澄清器組成，如圖11－16所示。該萃取設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)使可根據(jù)需要靈活增減級(jí)數(shù)，既可連續(xù)操作也可間歇操作，級(jí)效率高，操作穩(wěn)定，彈性打，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗大，占地面積大。19第19頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、塔式萃取設(shè)備1、填料塔常用的填料由拉西環(huán)和弧鞍等，材料由陶瓷、塑料和金屬，以易為連續(xù)相濕潤(rùn)而不為分散相潤(rùn)濕為宜。圖11－17篩板萃取塔2、篩板塔圖11－18若選擇重液作為分散相，則需使塔身倒轉(zhuǎn)。20第20頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、轉(zhuǎn)盤塔

對(duì)于兩液相界面張力較大的物系，為改善塔內(nèi)的傳質(zhì)狀況，需要從外界輸入機(jī)械能來(lái)增大傳質(zhì)面積和傳熱系數(shù)轉(zhuǎn)盤塔為其中之一，與1951年由Reman開(kāi)發(fā)，如圖11—19所示。21第21頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、離心式萃取設(shè)備離心萃取劑結(jié)構(gòu)緊湊，處理能力打，能有效地強(qiáng)化萃取過(guò)程，特別使用與其他萃取設(shè)備難以處理的物系。缺點(diǎn)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，能耗大，使其應(yīng)用受到限制。22第22頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一11.2.1固液萃取概述選擇溶劑應(yīng)考慮以下原則：（1）溶質(zhì)的溶解度大，以為節(jié)省溶劑用量；（2）與溶質(zhì)之間又足夠大的沸點(diǎn)差，以便于回收利用；（3）溶質(zhì)在溶劑的擴(kuò)散阻力小，即擴(kuò)散系數(shù)大和黏度?。唬?）價(jià)廉易得，無(wú)毒，腐蝕性小等。11.2固液萃?。ń。?3第23頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖11－22帶螺旋輸送的三柱萃取裝置24第24頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一11.2.2萃取理論級(jí)的圖解計(jì)算一、滯液量線二、聯(lián)結(jié)線連接相互平衡的萃取相與萃余相組成的直線稱聯(lián)結(jié)線。2