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1、2022-3-261九九萃取萃取Extraction2022-3-262 91 概述概述 液液- -液萃。殖迫芗凛腿。虺戚腿。狠腿。殖迫芗凛腿。虺戚腿。谀吃谀承┬幸担ㄈ缌队凸ひ担┏3莆┬幸担ㄈ缌队凸ひ担┏3莆樘岢樘,是一种应用广,是一种应用广泛、发展迅速的分离液体混合物的单元操作。泛、发展迅速的分离液体混合物的单元操作。一、萃取概念一、萃取概念 萃。狠腿。豪靡禾寤旌衔镏懈髯榉衷谀骋蝗芗林欣靡禾寤旌衔镏懈髯榉衷谀骋蝗芗林腥芙舛鹊牟钜烊芙舛鹊牟钜, , 分离液分离液- -液混合物的单元操作。液混合物的单元操作。 萃取至少涉及三个组分:原料液中的两个组分萃取至少涉及三个组分:

2、原料液中的两个组分及溶剂。本章只讨论三元体系。及溶剂。本章只讨论三元体系。2022-3-263 原料液原料液:被分离的混合液。其中至少含有两个被分离的混合液。其中至少含有两个完全完全互溶互溶的组分。的组分。 萃取剂(萃取剂(S):用于分离原料液所选用的溶剂。用于分离原料液所选用的溶剂。 溶质(溶质(A):):原料液中对原料液中对S S有较大溶解度的组分,是有较大溶解度的组分,是易溶组分。易溶组分。 原溶剂(原溶剂(B):又称又称稀释剂稀释剂,在,在S S中完全不溶或部分中完全不溶或部分溶解的组分,是难溶组分。溶解的组分,是难溶组分。三元体系的习惯表示方法:三元体系的习惯表示方法:A-B-SA-

3、B-S,如:,如: 醋酸水苯,丙酮氯仿水等。醋酸水苯,丙酮氯仿水等。2022-3-264 二、萃取操作的基本过程二、萃取操作的基本过程2022-3-265 如上图所示。萃取操作包括下面三个过程:如上图所示。萃取操作包括下面三个过程: (1 1)混合过程)混合过程: :原料液和萃取剂在混和槽中充分接原料液和萃取剂在混和槽中充分接触,各组分发生了不同程度的相际转移,进行了质量触,各组分发生了不同程度的相际转移,进行了质量传递,如溶质传递,如溶质A A通过相界面向溶剂中扩散。通过相界面向溶剂中扩散。 (2 2)分层过程)分层过程: : 使混合液在分层器中,因密度不同使混合液在分层器中,因密度不同而沉

4、降分为两层,形成两相而沉降分为两层,形成两相萃取相和萃余相。萃取相和萃余相。 萃取相萃取相E E:以萃取剂以萃取剂S S为主,并溶有较多的溶质为主,并溶有较多的溶质A A的的一相;一相;萃取相萃取相E E脱除溶剂后得到萃取液脱除溶剂后得到萃取液E E; 萃余相萃余相R R:以原溶剂以原溶剂B B为主,还含有未被完全萃取的为主,还含有未被完全萃取的部分溶质部分溶质A A的一相。的一相。萃余相萃余相R R脱除溶剂后得到萃余液脱除溶剂后得到萃余液R R。 (3)脱除溶剂过程:)脱除溶剂过程:萃取相脱除溶剂得到萃取液,萃取相脱除溶剂得到萃取液,萃余相脱除溶剂得到萃余相脱除溶剂得到萃余液萃余液。 脱除溶

5、剂操作常采用精脱除溶剂操作常采用精馏操作。馏操作。2022-3-266 三、萃取的应用三、萃取的应用 对于一种液体混合物,是直接采用蒸馏还是采用对于一种液体混合物,是直接采用蒸馏还是采用萃取方法予以分离,萃取方法予以分离,取决于技术上的可行性和经济上取决于技术上的可行性和经济上的合理性的合理性。一般来说,在下述情况下采用萃取操作更。一般来说,在下述情况下采用萃取操作更为经济合理。为经济合理。(1 1) 液体混合物中各组份的挥发能力差异很。匆禾寤旌衔镏懈髯榉莸幕臃⒛芰Σ钜旌苄。雌湎喽曰臃⒍冉咏湎喽曰臃⒍冉咏1,1,采用精馏操作不经济;采用精馏操作不经济;(2 2)液体混合物蒸馏时形成恒沸

6、物;)液体混合物蒸馏时形成恒沸物;(3 3)欲回收的物质为热敏性物料,或蒸馏时易分解、)欲回收的物质为热敏性物料,或蒸馏时易分解、聚合或发生其他变化;聚合或发生其他变化; 2022-3-267 (4 4)液体混合物中溶质浓度很低,且为难挥发组)液体混合物中溶质浓度很低,且为难挥发组份,利用精馏操作必须将大量的原溶剂汽化,能耗份,利用精馏操作必须将大量的原溶剂汽化,能耗很大。如由稀醋酸水溶液制备无水醋酸就是一例很大。如由稀醋酸水溶液制备无水醋酸就是一例(醋酸沸点(醋酸沸点118118,水的沸点,水的沸点100100 )。)。 萃取操作在工业上得到广泛应用,在石油化学萃取操作在工业上得到广泛应用,

7、在石油化学工业尤为突出。在制药工业、食品工业、湿法冶炼工业尤为突出。在制药工业、食品工业、湿法冶炼工业、核工业材料提取和环境保护治理污染中均起工业、核工业材料提取和环境保护治理污染中均起到重要作用。到重要作用。2022-3-268四、萃取的分类四、萃取的分类 1、按组分数目分、按组分数目分: 多元体系:原料液中有两个以上组分或溶剂为两种不互溶多元体系:原料液中有两个以上组分或溶剂为两种不互溶的溶剂的溶剂 三元体系:原料液中含有两个组分,溶剂为单溶剂三元体系:原料液中含有两个组分,溶剂为单溶剂2、按有无化学反应分、按有无化学反应分:物理萃。狠腿」讨,萃取剂与原料液中的有关组物理萃。狠腿」

8、中,萃取剂与原料液中的有关组 分不发生化学反应;分不发生化学反应; 化学萃。狠腿」讨,萃取剂与原料液中的有关化学萃。狠腿」讨,萃取剂与原料液中的有关组分发生化学反应。组分发生化学反应。本章只讨论三元体系的物理萃取本章只讨论三元体系的物理萃取2022-3-269五、萃取操作的特点五、萃取操作的特点萃取剂与原料液只能部分互溶,萃取剂与原料液只能部分互溶,完全不互溶为理想选择完全不互溶为理想选择。萃取是一个过渡性操作。萃取是一个过渡性操作。 常温操作,适合于热敏性物系,节能优势明显。常温操作,适合于热敏性物系,节能优势明显。 三元甚至多元物系的相平衡关系更为复杂,可采用三元甚至多元物系的相平

9、衡关系更为复杂,可采用多种方法描述相平衡关系,多种方法描述相平衡关系,其中三角形相图在萃取中应用比其中三角形相图在萃取中应用比较普遍。较普遍。2022-3-261092 三元体系的液三元体系的液液平衡关系液平衡关系 液液液相平衡关系是萃取过程的热力学基。合嗥胶夤叵凳禽腿」痰娜攘ρЩ。龆ü探械姆较、推动力大小和过程的极限。决定过程进行的方向、推动力大小和过程的极限。同同时,相平衡关系是进行萃取过程计算和分析过程影响时,相平衡关系是进行萃取过程计算和分析过程影响因素的基本依据之一。因素的基本依据之一。2022-3-2611本章以本章以类物系为讨论重点。类物系为讨论重点。2022-

10、3-2612 921 三角形相图三角形相图 三角形坐标可用来描述三元混合物的组成。三角形坐标可用来描述三元混合物的组成。三角形坐标可以是三角形坐标可以是等边三角形,任意三角形,直角等边三角形,任意三角形,直角三角形三角形。等腰直角三角形更为常用。等腰直角三角形更为常用。 溶液的组成通常用溶液的组成通常用质量分率质量分率来表示来表示, ,萃取相的萃取相的组成用组成用y yi i表示,萃余相的组成用表示,萃余相的组成用x xi i来表示。来表示。2022-3-26132022-3-26142022-3-26151、顶点表示纯组分、顶点表示纯组分 AB边上的边上的E点:点: xA=0.4,xB=0.

11、6,xS=0;AS边上的边上的K点:点: xA=0.7,xS=0.3,xB=0;BS边上的边上的G点:点: xA=0,xS=0.7,xB=0.3。A点:纯溶质点:纯溶质A:100A;B点:纯原溶剂点:纯原溶剂B:100B; S点:纯萃取剂点:纯萃取剂S:100S2、 三条边上的各点代表两元三条边上的各点代表两元混合物混合物 2022-3-26163、三角形内的各点代表不同组成的三元混合物、三角形内的各点代表不同组成的三元混合物 如图中的如图中的M M点,组成确定方法:点,组成确定方法: 确定确定B B的浓度:的浓度:过过M M点作点作B B点对边点对边ASAS的平行线,与的平行线,与BSBS边

12、相交于边相交于G G点,则线段点,则线段SGSG就表示就表示B B的含量的含量3030,即:,即: x xB B=0.3 =0.3 ; 确定确定S的浓度:的浓度:过过M M点作点作S S点对边点对边ABAB的平行线,与的平行线,与ASAS边相交于边相交于K K点,则线段点,则线段AKAK就表示就表示S S的含量的含量3030,即:,即: x xS S=0.3 =0.3 。 确定确定A A的浓度:的浓度:过过M M点作点作A A点对边点对边BSBS的平行线,与的平行线,与ABAB边相交于边相交于E E点,则线段点,则线段BEBE就表示溶质就表示溶质A A的含量为的含量为4040,即:即: x x

13、A A 0.40.4;2022-3-2617 三个组分的组成之和为三个组分的组成之和为1 1:x xA A+x+xB B+x+xS S=1=1 反之,已知三个组分的组成,即可在三角形相反之,已知三个组分的组成,即可在三角形相图中确定物系点。图中确定物系点。2022-3-2618 922 三角形相图中的平衡关系三角形相图中的平衡关系 一、溶解度曲线一、溶解度曲线 A-B-S三元体系:三元体系:A与与B完全互溶,完全互溶,A与与S完完全互溶,全互溶, B与与S部分互溶部分互溶类物系类物系。2022-3-2619 如下图所示如下图所示。在三角形相图中,图中的曲线称为在三角形相图中,图中的曲线称为溶解

14、度曲线。溶解度曲线。 溶解度曲线将混合物的整个组成范围(三角形区)溶解度曲线将混合物的整个组成范围(三角形区)划分成两个区域,溶解度曲线以内是两相区,以外是划分成两个区域,溶解度曲线以内是两相区,以外是均相区,均相区,曲线上的任一点对应的物系都是均相物系。曲线上的任一点对应的物系都是均相物系。两相区是萃取过程的操作范围。两相区是萃取过程的操作范围。 2022-3-2620 E E0 0点:为原溶剂点:为原溶剂B B溶入萃取剂溶入萃取剂S S的均相点的均相点(S S量多,量多,B B量少),量少),其中含其中含B B量的多少,由量的多少,由线段线段SESE0 0决定,含决定,含S S量量的多少由

15、的多少由E E0 0B B决定。决定。 R R0 0点:为萃取剂点:为萃取剂S S溶入原溶剂溶入原溶剂B B的均相点的均相点(S S量少,量少,B B量多)量多) ,其中含其中含B B量的多少,由量的多少,由线段线段SRSR0 0决定,含决定,含S S量量的多少由的多少由R R0 0B B决定。决定。B与与S部分互溶的部分互溶的I类物系类物系2022-3-2621 位于两相区内位于两相区内的混合物分成两个的混合物分成两个互相平衡的液相互相平衡的液相R R相和相和E E相,称为共相,称为共轭相。轭相。 联结两共轭相联结两共轭相组成的坐标点组成的坐标点E E点点和和R R点的直线称为点的直线称为联

16、结线。联结线。B与与S部分互溶的部分互溶的I类物系类物系2022-3-2622 通常情况下联结线倾斜方向一致,但不平行通常情况下联结线倾斜方向一致,但不平行。B与与S完全不互溶的完全不互溶的I类物系类物系吡啶吡啶氯仿氯仿水水2022-3-2623 2022-3-2624 二、辅助曲线和临界混溶点二、辅助曲线和临界混溶点 借助辅助曲线,由已知的某一相(借助辅助曲线,由已知的某一相(R R或或E E相),可相),可求取其共轭相的组成。求取其共轭相的组成。1 1、辅助曲线的作法、辅助曲线的作法 过已知的各过已知的各R R相对应的点相对应的点R Ri i作底边作底边BSBS的平行线的平行线R Ri i

17、C Ci i,再过相应的联结线另一端再过相应的联结线另一端E E相对应点相对应点E Ei i作侧边作侧边ABAB的平行的平行线线R Ri iC Ci i,两线相交于,两线相交于C Ci i,连接这些交点构成一条平滑的,连接这些交点构成一条平滑的曲线称为曲线称为辅助线。辅助线。 一定温度下,测定物系的溶解度曲线,实验测出一定温度下,测定物系的溶解度曲线,实验测出的联结线的条数(即共轭相对数)总是有限的,此时的联结线的条数(即共轭相对数)总是有限的,此时为了得到任何已知平衡液相的共轭相的数据,常借助为了得到任何已知平衡液相的共轭相的数据,常借助辅助曲线。辅助曲线。2022-3-2625 2 2、临

18、界混溶点、临界混溶点 各联结线越靠近溶解各联结线越靠近溶解度曲线的顶部就越短,到度曲线的顶部就越短,到最后一条,最后一条,联结线无限短,联结线无限短,成为一点,对应为成为一点,对应为K K点,点,K K点对应的状态相当于这一点对应的状态相当于这一系统的临界状态,称为临系统的临界状态,称为临界混溶点。界混溶点。 K K点将溶解度点将溶解度曲线分为左右两支,左支曲线分为左右两支,左支上的任一点与右支上的某上的任一点与右支上的某一点(通过辅助线作出)一点(通过辅助线作出)成平衡关系,连接成为联成平衡关系,连接成为联结线。结线。2022-3-2626K点为点为辅助曲线与溶解度曲线的交点辅助曲线与溶解度

19、曲线的交点,代表的平衡代表的平衡液相无共轭相,液相无共轭相,相当于该系统的临界状态,故称点相当于该系统的临界状态,故称点K K为为临界混溶点。临界混溶点。K点将溶解度曲线分为两部分即为左右两支:靠原点将溶解度曲线分为两部分即为左右两支:靠原溶剂溶剂B一侧的部分即一侧的部分即左支为萃余相部分左支为萃余相部分,靠溶剂,靠溶剂S一侧一侧的部分即的部分即右支为萃取相部分。右支为萃取相部分。 临界混溶点一般并不在溶解度曲线的顶点。临界混溶点一般并不在溶解度曲线的顶点。临界混溶点由实验测得,但仅当已知的联结线很临界混溶点由实验测得,但仅当已知的联结线很短即共轭相接近临界混溶点时,才可用外延辅助曲线短即共轭

20、相接近临界混溶点时,才可用外延辅助曲线的方法确定临界混溶点。的方法确定临界混溶点。2022-3-2627 通常,一定温度下的三元物系溶解度曲线、联通常,一定温度下的三元物系溶解度曲线、联结线、辅助曲线及临界混溶点的数据结线、辅助曲线及临界混溶点的数据均由实验测得均由实验测得,有时也可从手册或有关专著中查得。有时也可从手册或有关专著中查得。2022-3-2628 三、分配系数三、分配系数 三元混合物系相平衡关系的另一种表示方法,可三元混合物系相平衡关系的另一种表示方法,可用溶质组分在液液两相的分配关系来描述。用溶质组分在液液两相的分配关系来描述。 在一定温度下,当三元混合液的两个液相达到相在一定

21、温度下,当三元混合液的两个液相达到相平衡时,平衡时,溶质溶质A在萃取相在萃取相E E和萃余相和萃余相R R中的浓度的比值称中的浓度的比值称为为溶质溶质A的的分配系数,用分配系数,用k kA A表示。表示。溶质溶质A A的分配系数:的分配系数: AAAxyk相中的浓度在组分相中的浓度在组分RAEA同理,对组分同理,对组分B也可写出相应的表达式:也可写出相应的表达式:BBBxyk 2022-3-2629 物理意义:物理意义:表达了某一组分在两个平衡的液相中表达了某一组分在两个平衡的液相中的分配关系,的分配关系, 分配系数分配系数k kA A 越大,萃取分离效果越好越大,萃取分离效果越好。 分配系数

22、的值与联结线的斜率有关。不同物系的分配系数的值与联结线的斜率有关。不同物系的分配系数不同。分配系数不同。 同一物系,分配系数的值随温度而变,在温度一同一物系,分配系数的值随温度而变,在温度一定的条件下,分配系数的值随定的条件下,分配系数的值随A A的浓度而变化。只有的浓度而变化。只有温度变化不大或恒温的情况下,分配系数的值可近似温度变化不大或恒温的情况下,分配系数的值可近似看作常数。看作常数。2022-3-2630k kA A值愈大,萃取分离的效果愈好。值愈大,萃取分离的效果愈好。 k kA A值与联结线的斜率有关:值与联结线的斜率有关: 联结线的斜率联结线的斜率0 kA1,yAxA 联结线的

23、斜率为联结线的斜率为0 kA =1,yA=xA 联结线的斜率联结线的斜率0 kA1, yAxA AAAxyk 2022-3-2631四、分配曲线四、分配曲线 将三角形相图中溶质将三角形相图中溶质A A在萃余相在萃余相R R中组成中组成x xA A和萃和萃取相取相E E中组成中组成y yA A转换到直角坐标系中,获得一条转换到直角坐标系中,获得一条表表示液液两相平衡时,溶质示液液两相平衡时,溶质A A的分配关系的曲线,的分配关系的曲线,称为分配曲线。称为分配曲线。2022-3-2632 KN K点因为联结线无限短,点因为联结线无限短,R相于相于E相重合,所以相重合,所以yA=xA,则,则K点在对

24、角线上点在对角线上。2022-3-2633分配曲线的分析分配曲线的分析曲线上的曲线上的K K点为点为临界混溶点临界混溶点。分配曲线表达了萃取操作中互成平衡的两个液分配曲线表达了萃取操作中互成平衡的两个液相相E E相和相和R R相中溶质相中溶质A A的分配关系的分配关系。所以可以利用分配。所以可以利用分配曲线求得三角形相图中任一联结线。曲线求得三角形相图中任一联结线。 若在分层区内若在分层区内y yA A均大于均大于x xA A,即分配系数,即分配系数k kA A1 1,则分配曲线位于则分配曲线位于y=xy=x直线的左上方,反之则位于直线的左上方,反之则位于y=xy=x直线的右下方。直线的右下方

25、。如:在如:在A A与与B B及及S S均完全互溶,而均完全互溶,而B B与与S S部分互溶的部分互溶的条件下,在分层区的浓度范围内,条件下,在分层区的浓度范围内,E E相内溶质相内溶质A A的浓的浓度度y yA A都大于都大于R R相内溶质相内溶质A A的浓度的浓度x xA A,即,即 y yA A x xA A,亦即分,亦即分配系数配系数k kA A11,所以分配曲线位于,所以分配曲线位于y=xy=x线的左上方线的左上方。AAAxyk 2022-3-2634 在在A A与与B B及及S S均完全互溶,而均完全互溶,而B B与与S S部分互溶的条件下,部分互溶的条件下,在分层区的浓度范围内,

26、在分层区的浓度范围内,E E相内溶质相内溶质A A的浓度的浓度y yA A都大于都大于R R相内溶质相内溶质A A的浓度的浓度x xA A,即,即 y yA A x xA A,亦即分配系数,亦即分配系数k kA A11,所以分配曲线位于所以分配曲线位于y=xy=x线的左上方。线的左上方。 分配曲线表达了萃取操作中互成平衡的两个液相分配曲线表达了萃取操作中互成平衡的两个液相E E相和相和R R相中溶质相中溶质A A的分配关系。的分配关系。所以可以利用分配曲线求所以可以利用分配曲线求得三角形相图中任一联结线。得三角形相图中任一联结线。 2022-3-2635五、温度对相平衡的影响五、温度对相平衡的

27、影响 1 1、温度升高,一般情况下溶质在溶剂中的溶温度升高,一般情况下溶质在溶剂中的溶解度增大解度增大 ,两相区的面积减。焕谳腿〔僮。,两相区的面积减。焕谳腿〔僮。2022-3-2636 温度升高,溶质温度升高,溶质在溶剂中的溶解度增在溶剂中的溶解度增大大 ,两相区的面积,两相区的面积减小。减小。2022-3-2637 2 2、温度变化还能引起、温度变化还能引起溶溶解度曲线形状的明显变化,解度曲线形状的明显变化,说明温度变化会说明温度变化会物系类型物系类型的改变。的改变。 当温度当温度T T1 1低时,为低时,为类类物系,温度升高到物系,温度升高到T T2 2后变后变为为类物系。类

28、物系。2022-3-2638 所以,所以,温度明显地影响溶解度曲线的形状、温度明显地影响溶解度曲线的形状、联结线的斜率以及两相区的面积,而且,还能引联结线的斜率以及两相区的面积,而且,还能引起物系类型的改变。起物系类型的改变。2022-3-2639六、六、 杠杆规则杠杆规则2022-3-2640 质量分别为质量分别为RkgRkg的的R R相相(其组成分别为其组成分别为xA、 xB、 xS )和)和EkgEkg的的E E相(其组成相(其组成分别为分别为y yA A、y yB B、y yS S )相混)相混合,两者混合后形成新的合,两者混合后形成新的混合液混合液M M。 M M点称为点称为R R、

29、E E点的和点,点的和点,R R点和点和E E点称为差点。点称为差点。混合混合液液M M的量与两液相的量与两液相R R、E E之间之间量的关系由杠杆规则确定。量的关系由杠杆规则确定。混合物混合物M M的量:的量:M=R+EM=R+E混合物混合物E E的量:的量:E= M - E= M - R R 2022-3-2641 (1 1)在三角形坐标)在三角形坐标ABSABS中,代表混合液总组成的中,代表混合液总组成的M M点点与代表两液层组成的与代表两液层组成的R R、E E点处于同一条直线上,点处于同一条直线上,即即M M点点位于位于R R、E E点的连接线上;点的连接线上; (2 2)R R相和

30、相和E E相的量与线段相的量与线段MEME及及MRMR成正比例:成正比例:MEMRRE相质量相质量 若于若于A A、B B二元原料液二元原料液F F中加入纯萃取剂中加入纯萃取剂S S,则混合,则混合液总组成的坐标液总组成的坐标M M点沿点沿FSFS线而变,具体位置有杠杆规则线而变,具体位置有杠杆规则确定:确定:的质量的质量FSMSMF杠杆规则:杠杆规则:2022-3-2642 93 萃取过程在三角形相图上的表示萃取过程在三角形相图上的表示 单级萃取单级萃取操作过程可在三角形相图上清操作过程可在三角形相图上清晰地表示出来。相图中的溶解度曲线、联结线晰地表示出来。相图中的溶解度曲线、联结线(有限的

31、几条)以及辅助线都是已知的(根据(有限的几条)以及辅助线都是已知的(根据文献获得或实验测定)。文献获得或实验测定)。2022-3-2643一、一、AB边上的边上的F点点 F F点代表溶质点代表溶质A A与原溶与原溶剂剂B B构成的原料液。构成的原料液。二、在原料液二、在原料液F中加入纯中加入纯萃取剂萃取剂S 变为三元体系。物变为三元体系。物系点将在直线系点将在直线FSFS上自上自F F点点逐渐向逐渐向S S点趋近。点趋近。 M MR R点及之前和点及之前和M ME E点及之后:均相物系,不能实现分点及之后:均相物系,不能实现分层分离的目的。层分离的目的。 萃取操作加入的萃取操作加入的S S用量

32、使点落在用量使点落在M MR R与与 M ME E之间,才能之间,才能达到分离的目的。达到分离的目的。M2022-3-2644 假定假定S的用量使点落在两相区的的用量使点落在两相区的M点:点: M M点既不在已知的联结线上,又不在已知的辅助线点既不在已知的联结线上,又不在已知的辅助线上。上。将将M M点对应的三元混合物搅拌均匀,静置分层,得点对应的三元混合物搅拌均匀,静置分层,得到两个相,即萃取相到两个相,即萃取相E E和萃余相和萃余相R R,两相组成必须作出,两相组成必须作出过过M M点的联结线才能确定。点的联结线才能确定。 M M点的确定需用试差法:点的确定需用试差法: 溶解度曲线上左侧设

33、一点溶解度曲线上左侧设一点R R,过点,过点R作水平线与辅作水平线与辅助线相交于一点助线相交于一点C C,过,过C C点做垂直线与溶解度曲线右侧点做垂直线与溶解度曲线右侧交于一点交于一点E E,连接,连接RERE,若,若M M点在点在RERE线上,则线上,则RERE线即为过线即为过M M点的联结线,对应的点点的联结线,对应的点R R、E E点即为点即为R R相和相和E E相对应的组相对应的组成。若三点不在一条直线上,则需要重新假设成。若三点不在一条直线上,则需要重新假设R R点重复点重复上述步骤,一直到三点一线为止。上述步骤,一直到三点一线为止。 2022-3-2645K辅助曲线辅助曲线 R

34、R相和相和E E相均含有萃相均含有萃取剂,如果把萃取剂脱取剂,如果把萃取剂脱除掉,将得到含有除掉,将得到含有A A和和B B的两元均相混合物,此的两元均相混合物,此时的物系点必然落在时的物系点必然落在ABAB边上。边上。 方法:分别延长方法:分别延长SRSR及及SESE线,与线,与ABAB边分别相交边分别相交于于RR点及点及EE点,则点,则RR点及点及EE点就是点就是R R相和相和E E相相全部全部脱除萃取剂脱除萃取剂S S后得到的含有后得到的含有A A和和B B的两元均相混合物对的两元均相混合物对应的点。应的点。2022-3-2646 显然,显然, R R对应的两元混合液含溶质对应的两元混合

35、液含溶质A A低,是萃余低,是萃余相相R R脱除脱除S S后所得,称为萃余液;后所得,称为萃余液;E E对应的两元混合液对应的两元混合液含溶质含溶质A A高,是萃取相高,是萃取相E E脱除脱除S S后所得,称为萃取液。后所得,称为萃取液。 二者的数量关系可用杠杆规则来确定:二者的数量关系可用杠杆规则来确定:REFEFR的质量萃余液的质量萃取液单级萃取的效果取决于单级萃取的效果取决于R R及及E E的位置。的位置。2022-3-2647 三、最大萃取液浓度的三、最大萃取液浓度的ymax的确定的确定 若要得到最大浓度的萃取液若要得到最大浓度的萃取液E Emaxmax,则要从顶点,则要从顶点S S作

36、溶作溶解度曲线的切线,并延长与解度曲线的切线,并延长与ABAB边相交于边相交于E Emaxmax点,该点就点,该点就表示在一定条件下,可能得到的最大浓度的萃取液表示在一定条件下,可能得到的最大浓度的萃取液E Emaxmax 。Emax2022-3-2648 y ymaxmax 的大小与的大小与B B与与S S的互溶度有关,互溶度越的互溶度有关,互溶度越。糜谳腿〔僮鞯姆段В较嗲婊┰酱,可。糜谳腿〔僮鞯姆段В较嗲婊┰酱,可得到的得到的E Emaxmax点越靠近点越靠近A A点,则点,则y ymaxmax 的值越大,越有的值越大,越有利于萃取。利于萃取。 由于温度越高,会使两相区

37、的面积越。焕捎谖露仍礁,会使两相区的面积越。焕谳腿。,于萃。,萃取不宜在高温下进行,而温度过萃取不宜在高温下进行,而温度过低,又会使液体粘度过大,界面张力增大,扩散系低,又会使液体粘度过大,界面张力增大,扩散系数减。膊焕诜植惴掷,所以,萃取操作温度数减。膊焕诜植惴掷,所以,萃取操作温度应适当选择。应适当选择。2022-3-2649 2022-3-2650maxE maxE B B、S S互溶度越。植闱婊酱,互溶度越。植闱婊酱,可能得到可能得到的萃取液的最高浓度的萃取液的最高浓度E E maxmax越高。越高。 B B、S S互溶度互溶度愈。

38、有利于萃取分离。愈。欣谳腿》掷。 2022-3-2651 94 萃取剂的选择萃取剂的选择 萃取剂的性质直接影响萃取操作的经济性,萃取剂的性质直接影响萃取操作的经济性,因此选择适宜的萃取剂是萃取操作的关键。通常,因此选择适宜的萃取剂是萃取操作的关键。通常,萃取剂选择需考虑以下几个问题。萃取剂选择需考虑以下几个问题。2022-3-26521 1、萃取剂的选择性、萃取剂的选择性 所选所选萃取剂应具有一定的选择性萃取剂应具有一定的选择性,即萃取剂对,即萃取剂对混合液中各组分的溶解能力具有一定的差异。混合液中各组分的溶解能力具有一定的差异。萃取操萃取操作中萃取剂对溶质作中萃取剂对溶质A A的溶解

39、度要大,对其他组分的溶解的溶解度要大,对其他组分的溶解度要小。度要小。2022-3-2653 1 1、萃取剂的选择性、萃取剂的选择性 所选所选萃取剂应具有一定的选择性,即萃取剂对萃取剂应具有一定的选择性,即萃取剂对混合液中各组分的溶解能力具有一定的差异。萃取操作混合液中各组分的溶解能力具有一定的差异。萃取操作中萃取剂对溶质中萃取剂对溶质A A的溶解度要大,对其他组分的溶解度的溶解度要大,对其他组分的溶解度要小要小。这种选择性的大小或选择性的优劣通常用。这种选择性的大小或选择性的优劣通常用选择性选择性系数系数来衡量。来衡量。BBAABABAxyxyxxyyA在萃余相中的质量分率在萃余相中的质量分

40、率在萃取相中的质量分率在萃取相中的质量分率B/AB分配系数:分配系数:BBBAAAxykxyk,BAkk2022-3-2654 选择性系数选择性系数 和分配系数和分配系数k kA A有关。在部分互溶、互有关。在部分互溶、互成平衡的两相中,萃余相以成平衡的两相中,萃余相以B B组分为主,萃取相以组分为主,萃取相以A A组组分为主,必有分为主,必有y yA AxxA A,x xB ByyB B,即,即k kA A11,k kB B11,选择性系选择性系数数 一定大于一定大于1 1。 选择性系选择性系 数越大,分离效果越好。若数越大,分离效果越好。若 1 1,萃萃取后,溶质取后,溶质A A和原溶剂和

41、原溶剂B B在萃取液和萃余液中的组成之在萃取液和萃余液中的组成之比相等,且和原料液的比值相等,因此比相等,且和原料液的比值相等,因此该萃取剂没有该萃取剂没有分离能力分离能力。如果。如果 接近于接近于1 1,萃取操作的分离能力很差,萃取操作的分离能力很差,此类萃取剂不宜选择用于萃取操作。此类萃取剂不宜选择用于萃取操作。 选择性系数选择性系数 类似于蒸馏过程的相对挥发度类似于蒸馏过程的相对挥发度 ,反,反映了映了A A、B B组分溶解于萃取剂组分溶解于萃取剂S S的能力差异。对于萃取的能力差异。对于萃取操作,操作, 越大,分离效果越好,应选择越大,分离效果越好,应选择 远大于远大于1 1的萃的萃取

42、剂。取剂。2022-3-2655 2 2、萃取剂与原溶剂的互溶度、萃取剂与原溶剂的互溶度 萃取剂与原溶剂的互溶度越。较嗲婊捷腿〖劣朐芗恋幕ト芏仍叫。较嗲婊酱,萃取操作的范围越大,对萃取越有利。大,萃取操作的范围越大,对萃取越有利。对于对于B B、S S完全不溶的物系,选择性最好,对萃取操作最有利。完全不溶的物系,选择性最好,对萃取操作最有利。 2022-3-2656萃取操作都是在两相区内进行的,达平衡后均分成萃取操作都是在两相区内进行的,达平衡后均分成两个平衡的两个平衡的E E相和相和R R相。若将相。若将E E相脱除溶剂,则得到萃取相脱除溶剂,则得到萃取液。根据杠杆规则,萃取

43、液组成点必为液。根据杠杆规则,萃取液组成点必为SESE延长线与延长线与ABAB边的交点,显然溶解度曲线的切线边的交点,显然溶解度曲线的切线SESEmaxmax与与ABAB边的交点边的交点E Emaxmax,为萃取相脱除溶剂后可能得到的,为萃取相脱除溶剂后可能得到的最大浓度的萃最大浓度的萃取液取液,以,以E Emaxmax表示,其溶质组成设为表示,其溶质组成设为y ymaxmax。 y ymaxmax与组分与组分B B、S S的互溶度密切相关,互溶度越。幕ト芏让芮邢喙,互溶度越。赡艿玫降目赡艿玫降膟 ymaxmax便越高,也就越有利于萃取分离,此便越高,也就越有利于萃取分离,此结论与对选

44、择性的分析相一致。由图可知,结论与对选择性的分析相一致。由图可知,选择与组分选择与组分B B具有较小互溶度的萃取剂具有较小互溶度的萃取剂S S1 1比比S S2 2更利于溶质更利于溶质A A的分离。的分离。 2022-3-26573 3、萃取剂的可回收性与经济性、萃取剂的可回收性与经济性 萃取过程中萃取剂的回收费用是整个操作的一项萃取过程中萃取剂的回收费用是整个操作的一项关键经济指标。关键经济指标。因此有些萃取剂尽管其他性能良好,因此有些萃取剂尽管其他性能良好,但由于较难回收而被弃用。但由于较难回收而被弃用。 萃取后的萃取后的E E相和相和R R相,通常以蒸馏的方法进行分离。相,通常以蒸馏的方

45、法进行分离。萃取剂回收的难易直接影响萃取操作的费用,从而在萃取剂回收的难易直接影响萃取操作的费用,从而在很大程度上决定萃取过程的经济性。很大程度上决定萃取过程的经济性。 因此,采用蒸馏的方法回收萃取剂时,因此,采用蒸馏的方法回收萃取剂时,要求萃取要求萃取剂剂S S与原料液中的组分的相对挥发度要大,不应形成与原料液中的组分的相对挥发度要大,不应形成恒沸物,并且最好是组成低的组分为易挥发组分。恒沸物,并且最好是组成低的组分为易挥发组分。 2022-3-2658 若被萃取的溶质不挥发或挥发度很低时,常采用若被萃取的溶质不挥发或挥发度很低时,常采用蒸发、闪蒸等方法蒸发、闪蒸等方法,则要求,则要求S的汽

46、化热要。越谑〉钠纫。越谑∧芎。此外还可采用能耗。此外还可采用结晶结晶等方法脱除萃取剂。等方法脱除萃取剂。 2022-3-2659 4 4、萃取剂的物理性质、萃取剂的物理性质 影响萃取过程的主要物理性质有液影响萃取过程的主要物理性质有液- -液两相的密液两相的密度差、界面张力和液体粘度度差、界面张力和液体粘度等。等。 液液- -液两相的密度差、界面张力和液体粘度等主要液两相的密度差、界面张力和液体粘度等主要物理性质物理性质直接影响过程的接触状态,两相分离的难易程直接影响过程的接触状态,两相分离的难易程度以及两相相对的流动速度,从而限制了过程设备的分度以及两相相对的流动速度,从而限制了

47、过程设备的分离效率和生产能力。离效率和生产能力。 (1 1)液液- -液两相密度差大,有利于两相的分散和凝液两相密度差大,有利于两相的分散和凝聚,促进两相相对运动。聚,促进两相相对运动。 2022-3-2660 (2 2)界面张力较低,有利于分散,不利于凝聚,)界面张力较低,有利于分散,不利于凝聚,但界面张力过小易乳化,不宜两相分离。相反,界面张但界面张力过小易乳化,不宜两相分离。相反,界面张力较高,有利于凝聚,不利于分散,相际接触面减少。力较高,有利于凝聚,不利于分散,相际接触面减少。由于由于萃取过程中的液滴凝聚在生产中更为重要,因此一萃取过程中的液滴凝聚在生产中更为重要,因此一般选择界面张

48、力较大的萃取剂。般选择界面张力较大的萃取剂。 (3 3)粘度大小将影响过程传质。粘度较低时,有粘度大小将影响过程传质。粘度较低时,有利于两相的混合和传质,还能降低能耗。利于两相的混合和传质,还能降低能耗。 2022-3-2661 此外,此外,溶剂应具有良好的稳定性,不宜分解、聚溶剂应具有良好的稳定性,不宜分解、聚合或与其他组分发生化学反应合或与其他组分发生化学反应。同时还要求其腐蚀性。同时还要求其腐蚀性。拘缘,具有较低的凝固点、蒸气压和比热,资。拘缘,具有较低的凝固点、蒸气压和比热,资源充足,价格适宜。源充足,价格适宜。 选用的溶剂一般很难同时满足以上要求,因此选用的溶剂一般很难同时满

49、足以上要求,因此应根据物系特点,结合生产实际,多方案比较,充分应根据物系特点,结合生产实际,多方案比较,充分论证,权衡利弊,选择合适的溶剂。论证,权衡利弊,选择合适的溶剂。2022-3-2662本章小结本章小结1、什么是萃。枯腿》掷氲囊谰菔鞘裁矗渴裁词禽腿。枯腿》掷氲囊谰菔鞘裁矗2、萃取操作分为哪三个基本过程?何谓萃取相、萃取操作分为哪三个基本过程?何谓萃取相与萃余相?与萃余相?3、萃取分离液体混合物主要应用于什么情况下、萃取分离液体混合物主要应用于什么情况下更为经济合理?更为经济合理?4、掌握组成在三角形相图上的表示方法。、掌握组成在三角形相图上的表示方法。5、掌握三角形相图中的液液相平衡(溶解度、掌握三角形相图中的液液相平衡(溶解度曲线、联结线、辅助线及临界混溶点)。曲线、联结线、辅助线及临界混溶点)。2022-3-2663 6、掌握单级萃取在三角形相图上的表示方法。、掌握单级萃取在三角形相图上的表示方法。 7、什么是萃取液及萃余液?如何确定最大萃取液、什么是萃取液及萃余液?如何确定最大萃取液浓度浓度ymax? 8、温度对萃取操作有何影响?、温度对萃取操作有何影响? 9 9、什么是分配系数?熟悉分配曲线的做法。、什么是分配系数?熟悉分配曲线的做法。 1010、怎样选择萃取剂?、怎样选择萃取剂?

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