第十一章液液萃取 11.1教学基本要求：(4学时) 概述液液萃取的工业实例：萃取的目的、原理和实施方法。 相平衡三角形相图：部分互溶物系的相平衡：分配系数与选择性系数。 萃取过程的计算物料衡算与杠杆定律：单级萃取。 11.2基本概念： 萃取的目的及原理目的是分离液液混合物。原理是混合物各组分溶解度的不同。 溶剂的必要条件①与物料中的B组份不完全互溶，②对A组份具有选择性的溶解度。 临界混溶点相平衡的两相无限趋近变成一相时的组成所对应的点。 和点两股流量的平均浓度在相图所对应的点。 差点和点的流量减去一股流量后剩余的浓度在相图所对应的点。 分配曲线相平衡的yA~XA曲线 最小溶剂比当萃取相达到指定浓度所需理论级为无穷多时，相应的$F为最小溶剂 比。 选邦性系数B=(YNYBM(XAXE)。 操作温度对萃取的影响温度低，B、S互溶度小，相平衡有利些，但粘度大等对操作 不利，所以要适当选择 11.3基本内容： 一、概述 1.过程目的 液液混合物的分离 2.基本依据 液液混合物各组分在溶剂中溶解度的差异（选择性的溶解度）。 溶剂S的必要条件：()与稀释剂B相不完全互溶：（②）对溶质A有选择性的溶解度。 3.主要操作费 溶剂再生费用。 萃取适用情况 :1)恒沸物（或a<1.06):(2轻组分浓度很低：3）热敏性物料。 4.萃取剂的选择（过程优劣的主要因素） A (1)溶解度大(A在S中)： ②选择性高： (3A与S之间的相对挥发度高： S在B中的溶解度小： 5.流程的组织 单级、错流多级、逆流多级。 1 M 二、液液相平衡 1. 物料衡算 萃取物系三组分，用平面两个坐标表示两个浓度， 图11.1物料衡 另一个用x=1计算。浓度都用质量分率表示。纵坐标表示A的浓度，横坐标表示S的浓 11
111 第十一章 液液萃取 11.1 教学基本要求：(4 学时) 概述 液液萃取的工业实例；萃取的目的、原理和实施方法。 相平衡 三角形相图；部分互溶物系的相平衡；分配系数与选择性系数。 萃取过程的计算 物料衡算与杠杆定律；单级萃取。 11.2 基本概念： 萃取的目的及原理 目的是分离液液混合物。原理是混合物各组分溶解度的不同。 溶剂的必要条件 ①与物料中的Ｂ组份不完全互溶，②对Ａ组份具有选择性的溶解度。 临界混溶点 相平衡的两相无限趋近变成一相时的组成所对应的点。 和点 两股流量的平均浓度在相图所对应的点。 差点 和点的流量减去一股流量后剩余的浓度在相图所对应的点。 分配曲线 相平衡的 yA~xA曲线。 最小溶剂比 当萃取相达到指定浓度所需理论级为无穷多时，相应的 S/F 为最小溶剂 比。 选择性系数 β=(yA/yB)/(xA/xB)。 操作温度对萃取的影响 温度低，B、S 互溶度小，相平衡有利些，但粘度大等对操作 不利，所以要适当选择。 11.3 基本内容： 一、概述 1．过程目的 液液混合物的分离。 2．基本依据 液液混合物各组分在溶剂中溶解度的差异(选择性的溶解度)。 溶剂 S 的必要条件：⑴与稀释剂 B 相不完全互溶；⑵对溶质 A 有选择性的溶解度。 3．主要操作费 溶剂再生费用。 萃取适用情况：⑴恒沸物(或α <1.06 )；⑵轻组分浓度很低；⑶热敏性物料。 4．萃取剂的选择(过程优劣的主要因素) ⑴溶解度大(A 在 S 中)； ⑵选择性高； ⑶A 与 S 之间的相对挥发度高； ⑷S 在 B 中的溶解度小； 5．流程的组织 单级、错流多级、逆流多级。 二、液液相平衡 1．物料衡算 萃取物系三组分，用平面两个坐标表示两个浓度， 图 11.1 物料衡算 另一个用Σxi =1计算。浓度都用质量分率表示。纵坐标表示 A 的浓度，横坐标表示 S 的浓
度。 两股料液混合时，如图1山.1所示。物料衡算为 M=R+E 11-1 MEs Rxs +Eys 11-2 M.=Rx,+Ev 11-3 得杠杆定律 g-4=- 11-4 R y-xA ys-xs 点M称为E、R的和点，和点总是在两者的连线上。点E称为M与R的差点，差点总是 在两者的延长线上。 2.溶解度曲线 1)平衡联结线和共轭相 相平衡的两相可以在相图上用两点表示，如图11.2所示，E相（富溶剂相）称为萃取相， R相（富稀释剂相）称为萃余相。相平衡的两相相互称为共轭相，共轭两相的联线称为平衡联 结线。 A 临界混溶点 相 S B 第一类物系 第二类物系 图11.2相平衡 2)临界混溶点 共轭两相趋近变为一相时的状态称为临界混溶点，临界混溶点不一定在最高处 由于实测数据是有限的，萃取计算时需要对数据进行内插。平衡联结线的内插可以用辅 助曲线，如图11.3所示，由平行于两三角形边的直线相交所得点的连线就是辅助曲线。利 用辅助曲线可以由某E点找到平衡的R点。 辅助曲线 \辅助曲线 图11.3辅助曲线 13
112 度。 两股料液混合时，如图 11.1 所示。物料衡算为 M = R + E 11-1 MzS = RxS + EyS 11-2 MzA = RxA + EyA 11-3 得杠杆定律 S S S S A A A A y x z x y x z x R E − − = − − = 11-4 点 M 称为 E、R 的和点，和点总是在两者的连线上。点 E 称为 M 与 R 的差点，差点总是 在两者的延长线上。 2．溶解度曲线 1）平衡联结线和共轭相 相平衡的两相可以在相图上用两点表示，如图 11.2 所示，E 相(富溶剂相)称为萃取相， R 相(富稀释剂相)称为萃余相。相平衡的两相相互称为共轭相，共轭两相的联线称为平衡联 结线。 图 11.2 相平衡 2）临界混溶点 共轭两相趋近变为一相时的状态称为临界混溶点，临界混溶点不一定在最高处。 由于实测数据是有限的，萃取计算时需要对数据进行内插。平衡联结线的内插可以用辅 助曲线，如图 11.3 所示，由平行于两三角形边的直线相交所得点的连线就是辅助曲线。利 用辅助曲线可以由某 E 点找到平衡的 R 点。 图 11.3 辅助曲线
3.分配曲线与分配系数 将共轭两相的A浓度yA(E相)XA(R相)关系表示在纵坐标、横坐标上，得到分配曲线。 分配系数为：k,= XA 11-5 k与兴 11-6 4.选择性系数B 选择性系数定义为B=出。← k 11-7 萃取相脱除溶剂后称为萃取液，萃余相脱除溶剂后称为萃余液。如图11.4所示。 可符B=-21-” x9/x9x911-x) 2=1+B-网 11-8 上式只能在脱溶条件下使用。 图11.4 脱溶剂 5.温度对相平衡的影响 温度上升，B与S互溶度上升，萃取操作范围变小，B下降，不利于分离。 三、单级萃取 1,萃取过程计第 ①物料衡算 F XEAXEs-0 R Xxs F+S=R+E FXE+S=Rx+Ey E,因S,s 0+SEs=Rxs+Eys 图11.5单级茶取 ②相平衡 y=f(x) ys =0(y) x3=(4) 6个方程，解6个未知数。计算方法1)6个方程联立：(2)图解法。 113
113 3．分配曲线与分配系数 将共轭两相的 A 浓度 yA(E 相)~xA( R 相)关系表示在纵坐标、横坐标上，得到分配曲线。 分配系数为： A A A x y k = 11-5 B B B x y k = 11-6 4．选择性系数 β 选择性系数定义为 A B A B x x y y / / β = B A k k = 11-7 萃取相脱除溶剂后称为萃取液，萃余相脱除溶剂后称为萃余液。如图 11.4 所示。 可得 /(1 ) /(1 ) / / 0 0 0 0 0 0 0 0 A A A A A B A B x x y y x x y y − − β = = 或 0 0 0 1 ( 1) A A A x x y + − = β β 11-8 上式只能在脱溶条件下使用。 图 11.4 脱溶剂 5．温度对相平衡的影响 温度上升，B 与 S 互溶度上升，萃取操作范围变小， β 下降，不利于分离。 三、单级萃取 1．萃取过程计算 ①物料衡算 F + S = R + E FA A RxA EyA Fx + Sz = + 0 + SzS = RxS + EyS 图 11.5 单级萃取 ②相平衡 ( ) A A y = f x ( ) S A y =ϕ y ( ) S A x =ψ x 6 个方程，解 6 个未知数。计算方法⑴6 个方程联立；⑵图解法
例1在B-S部分互溶的单级萃取中，料液量为100kg,含溶质A为40kg,其余为稀释剂B。 用纯溶剂苯取，溶剂比()为1。脱溶剂后，萃余液浓度=03（倾量分率），选择性系数 B=8。试求：萃取液量E为多少g2 A 解：x4=0.40,xg=0,F=100kg 8×0.3 1+B-z1+8-9k0074 F 如图11.6所示，对其作杠杆定律计算。 E°=FA -r 4=100× yi-x 774-03=21g 0.4-0.3 1.0A 图11.6例1附图 例2某三元物系的溶解度曲线与平衡联结线如图11.7所 0.8 示。用纯溶剂对100kg进料进行单级萃取，xE4=0.3(质量 0.6 0.4 分率)，x=0,试求 (茶取液可达到的最大浓度为多少？ 、S(2)为使萃取液浓度达到最大，溶剂用量应为多少？ 80020.40.60.81.0 (3)萃余百分数0= 心L为多少？ 图11.7例2题图 解：()作图11.8画切线，得y=0.91 1.0A -0.91 (②)划R线和FS线，作图得M点 0.8 点震祭01 0.6 S=0.31F=0.31×100=31kg 0.4 ③M=F+S=131kg 03 0.2R/ R=v-BI图-90e 0.16 0 0.20.40.60.810 图11.8中读得x4=0.16 萃余百分数 图11.8例2题解 114
114 例 1 在 B-S 部分互溶的单级萃取中，料液量为 100kg,含溶质 A 为 40kg，其余为稀释剂 B。 用纯溶剂萃取，溶剂比( F S )为 1。脱溶剂后，萃余液浓度 0.3 0 xA = (质量分率),选择性系数 β = 8 。试求：萃取液量 0 E 为多少 kg? 解： xFA = 0.40， xFS = 0 ， F =100kg ， 0 0 0 1 ( 1) A A A x x y + − = β β 0.774 1 (8 1) 0.3 8 0.3 = + − × × = 如图 11.6 所示，对其作杠杆定律计算。 0 0 0 0 A A FA A y x x x E F − − = 21 0.774 0.3 0.4 0.3 100 = − − = × kg 图 11.6 例 1 附图 例 2 某三元物系的溶解度曲线与平衡联结线如图 11.7 所 示。用纯溶剂对 100kg 进料进行单级萃取， = 0.3 FA x (质量 分率)， xFS = 0 ，试求： ⑴萃取液可达到的最大浓度为多少？ ⑵为使萃取液浓度达到最大，溶剂用量应为多少？ ⑶萃余百分数 FA A Fx Rx ϕ = 为多少？ 图 11.7 例 2 题图 解：⑴作图 11.8 画切线，得 = 0 Amax y 0.91 ⑵划 ER 线和 FS 线，作图得 M 点 0.31 278 86 = = = MS FM F S S = 0.31F = 0.31×100 = 31kg ⑶ M = F + S =131kg 182 125 = =131× RE ME R M = 90kg 图 11.8 中读得 = 0.16 A x 萃余百分数 图 11.8 例 2 题解 0.48 100 0.3 90 0.16 = × × = = FA A Fx Rx ϕ
11.4教材习题答案： 240gR25w8x06)y0042k0767.B4S 922kgR=878kgyA0.18XA-0.15 (2)E°=21.31kg,R°=78.69kgyA°=0.77xA°=0.16 3(1)R=88.6kg:E=130.5kgyA=0.0854,ys=0.862yg-0.0526,xs0.0746,xg0.825(2)S=119.1kg 4×,=022 5E,=125kgR=75kg A1=0.148ys1=0.763ya1=0.089,xsN-0.0672x=0.913 6(sB=249,2sB 5.13 7(1)Smm=36.47kg/h(2)N=5.1 11.5教材思考题解： 1,分离液液混合物 各组分溶解度的不同 2.①与物料中的B组份不完全互溶，②对A组份具有选择性的溶解度 3.①萃取中稀释剂B组分往往部分互溶，平衡线为曲线，使过程变得复杂： ②萃取△p,。较小，使不易分相，设备变得复杂。 4.①出现共沸，或a0时，d一c(分散相向连续相传质)有利于液滴分散 当do/dx<0时，c一d(连续相向分散相传质)有利于液滴分散。 14.应考虑：do/的正负，两相流量比，粘度大小，润湿性，安全性等。 15.用超临界流体作溶剂进行萃取。 16.在液膜的两边同时进行萃取和反萃取 乳状液膜、支撑液膜。 115
115 11.4 教材习题答案： 1 (1)E=64.1kg;R=25.9kg;x=0.06;y=0.046 (2)kA=0.767;β=14.6 2 (1)E=92.2kg;R=87.8kg;yA=0.18; xA=0.15 (2)E°=21.31kg;R°=78.69kg;yA°=0.77;xA°=0.16 3 (1)R=88.6kg;E=130.5kg;yA=0.0854;yS=0.862;yB=0.0526;xS=0.0746;xB=0.825 (2)S=119.1kg 4 xA2=0.22 5 E1=125kg;RN=75kg;yA1=0.148;yS1=0.763;yB1=0.089;xSN=0.0672;xBN=0.913 6 (1)S/B=24.9;(2)S/B=5.13 7 (1)Smin=36.47kg/h (2)N=5.1 11.5 教材思考题解： 1．分离液液混合物。 各组分溶解度的不同。 2．①与物料中的Ｂ组份不完全互溶，②对Ａ组份具有选择性的溶解度。 3．①萃取中稀释剂 B 组分往往部分互溶，平衡线为曲线，使过程变得复杂； ②萃取Δρ，σ较小，使不易分相，设备变得复杂。 4．①出现共沸，或α0 时，ｄ→ｃ（分散相向连续相传质）有利于液滴分散； 当 dσ/dx<0 时，ｃ→ｄ（连续相向分散相传质）有利于液滴分散。 14．应考虑：dσ/dx 的正负，两相流量比，粘度大小，润湿性，安全性等。 15．用超临界流体作溶剂进行萃取。 等温变压，等压变温。 16．在液膜的两边同时进行萃取和反萃取。 乳状液膜、支撑液膜