宁夏大学化学化工学院：《化工原理》课程教学资源（电子教案）第五章液——液萃取.doc_大学文库

宁夏大学化学化工学院化工原理电子教案 (始点R终点M:始点E终点M)从两头R、E向中间M EM 从E→M沿逆时针转一圈再到E 数学上合比定理 R+e RM+Em M er 或R R EM M ER 式为物料衡算的简捷图示方法,称为杠杆定理。根据杠杆定理,可较方便地在图上定出M点的位置,从而确定混合液的组成。须指出,即使两溶液不互溶,则M点(Z4、ZB、Zs)可代表该两相混合物总组成。三、混合物的和点与差点上图中点M可表示溶液R与溶液E混合之后的数量与组成,成为R、E两溶液的和点。反之,当从混合物M中移去一定量组成为E的液体,表示余下的溶液组成的点R必在EM联线,其具体位置同样又由杠杆定律确定:E=M、E线段始点M、R终点R,E,从M始点转圈到E或从E始转一圈在回到E,M=E+R称和点。固R点可表示余下溶液的数量和组成,故称为溶液M与溶液E的差点R=M-E差点 522三角形相图萃取操作中的溶剂S必须与原溶液中的组分B不相溶或部分互溶。在全部操作范围内,物系必包含以溶剂S为主的萃取相及组分B为主的萃余相。现讨论溶质A在此两相中的分配,即当两相互成平衡时,溶质A在两相中的浓度关系溶解度曲线在三角形烧瓶中称取一定量的纯组分B,逐渐滴加溶剂S,不断摇动使其溶解。由于B中反能溶解少量溶剂(部分互溶)S,故滴加至一定数量后,混合液开始发生混浊,即出现了溶剂相。记取滴加的溶剂量,即为溶剂S在组分B中的饱和溶解度。此饱和溶解度不用直角形相图中点R表示, 该点称为分层点现在上述溶液中滴加少量溶质A。溶质的增加存在增加B与S的互溶度,使混合液变成透明此时混合液的组成在AR联线上的H点。如在滴加数滴,溶液再次呈现混浊,可算出新的分层点R 的组成,此R1必在SH的联线上。在溶液中交替滴加A与S,重复上述实验,可获得若干分层点R2、 R3…等。将所有分层点联成一条光滑的曲线,成为溶解度曲线。 5/25

宁夏大学化学化工学院化工原理电子教案 5/25 EM RE （始点 R 终点 M ；始点 E 终点 M ）从两头 R 、 E 向中间 M 从 E → M 沿逆时针转一圈再到 E 数学上合比定理 EM RM EM R R E + = + EM ER R M = 或 ER EM M R = (a)式为物料衡算的简捷图示方法，称为杠杆定理。根据杠杆定理，可较方便地在图上定出 M 点的位置，从而确定混合液的组成。须指出，即使两溶液不互溶，则 M 点（ Z A 、 Z B 、ZS ）可代表该两相混合物总组成。三、混合物的和点与差点上图中点 M 可表示溶液 R 与溶液 E 混合之后的数量与组成，成为 R 、 E 两溶液的和点。反之，当从混合物 M 中移去一定量组成为 E 的液体，表示余下的溶液组成的点 R 必在 EM 联线，其具体位置同样又由杠杆定律确定： RE MR M E = MR 、RE 线段始点 M 、R 终点 R ，E ，从 M 始点转圈到 E 或从 E 始转一圈在回到 E ， M = E + R 称和点。固 R 点可表示余下溶液的数量和组成，故称为溶液 M 与溶液 E 的差点 R = M − E 差点。 5.2.2 三角形相图萃取操作中的溶剂 S 必须与原溶液中的组分 B 不相溶或部分互溶。在全部操作范围内，物系必包含以溶剂 S 为主的萃取相及组分 B 为主的萃余相。现讨论溶质 A 在此两相中的分配，即当两相互成平衡时，溶质 A 在两相中的浓度关系。一、溶解度曲线在三角形烧瓶中称取一定量的纯组分 B ，逐渐滴加溶剂 S ，不断摇动使其溶解。由于 B 中反能溶解少量溶剂（部分互溶） S ，故滴加至一定数量后，混合液开始发生混浊，即出现了溶剂相。记取滴加的溶剂量，即为溶剂 S 在组分 B 中的饱和溶解度。此饱和溶解度不用直角形相图中点 R 表示，该点称为分层点。现在上述溶液中滴加少量溶质 A 。溶质的增加存在增加 B 与 S 的互溶度，使混合液变成透明，此时混合液的组成在 AR 联线上的 H 点。如在滴加数滴，溶液再次呈现混浊，可算出新的分层点 R1 的组成，此 R1 必在 SH 的联线上。在溶液中交替滴加 A 与 S ，重复上述实验，可获得若干分层点 R2 、 R3 ……等。将所有分层点联成一条光滑的曲线，成为溶解度曲线

宁夏大学化学化工学院化工原理电子教案溶解度曲线:本质上是A、B、S三元物系刚出现平衡时,两平衡液相均相区萃取相和萃余相)中,各组分点的联结线。参看P215列4-1 溶解度曲线角形相图上的溶解度曲线和联结线因B与S互溶度与温度有关,上述实验须在恒定温度下进行。(也可在另一烧瓶中称取一定量的纯溶剂S,逐步加组分B再交替加A也可得若干分层点。) 、平衡联结线溶解度曲线将三角形分为两个区域,曲线以内的区域为两相区,以外的为均相区(不分层的种均相混合物)。两相区内的混合液分为两个液相(萃取相E、萃余相R),当达到平衡时,两个液层称为共轭相,联结共轭液相组成坐标的直线称为联结线,如图中RE线,萃取操作只能在两相区内进行,既在溶解度曲线以内一定温度下,同一物系的联结线倾斜方向一般是一致的,但随溶质组成而边,既各联结线互不平行三、临界混溶点溶质A可完全溶解于B与S中,而B、S为一对部分互溶的组分,在该类物系中,溶质A的加入使B与S的互溶度加大。当加入的溶质A至某一浓度(图中P点)两共轭相的组成无限趋进而变为一相,表示这一组成的点P称为临界混溶点。临界混溶点的图解求法临界混溶点由实验测得。当已知的联结线很短(即很接近于临界混熔点)时,才可用外延辅助曲线的方法就、求出临界混熔点。四、平衡联结线的内插用实验方法获得平衡联结线,其数目毕竟有限。若须确定与点E成平衡的共轭相R(产见下图) 而点E又不在已知的平衡联结线上,则必须寻找某种内插的方法。常用的图解内插方法有多种,下图为最简便的两种内插方法 (a)从已知的点R1、R2……作三角形AS边的平行线,从相应的共轭相E1、E2……作AB边的平行线,由此获得交点F1、F2…联结这些交点得一条辅助线。此后,只需从指定点E作AB边的平行线与辅助线相交,再从交点F作AS边的平行线与溶解度曲线相交,交点R即为点E的共轭

宁夏大学化学化工学院化工原理电子教案 6/25 B R 联结线 R1 R H R2 R3 P 均相区 A 溶解度曲线 E S 两相区 E 溶解度曲线：本质上是A、B、S三元物系刚出现平衡时，两平衡液相（萃取相和萃余相）中，各组分点的联结线。参看P215列4-1 三角形相图上的溶解度曲线和联结线因 B 与 S 互溶度与温度有关，上述实验须在恒定温度下进行。（也可在另一烧瓶中称取一定量的纯溶剂 S ，逐步加组分 B 再交替加 A 也可得若干分层点。）二、平衡联结线溶解度曲线将三角形分为两个区域，曲线以内的区域为两相区，以外的为均相区（不分层的一种均相混合物）。两相区内的混合液分为两个液相（萃取相 E 、萃余相 R ），当达到平衡时，两个液层称为共轭相，联结共轭液相组成坐标的直线称为联结线，如图中 RE 线，萃取操作只能在两相区内进行，既在溶解度曲线以内。一定温度下，同一物系的联结线倾斜方向一般是一致的，但随溶质组成而边，既各联结线互不平行。三、临界混溶点溶质 A 可完全溶解于 B 与 S 中，而 B 、S 为一对部分互溶的组分，在该类物系中，溶质 A 的加入使 B 与 S 的互溶度加大。当加入的溶质 A 至某一浓度（图中 P 点）两共轭相的组成无限趋进而变为一相，表示这一组成的点 P 称为临界混溶点。临界混溶点的图解求法临界混溶点由实验测得。当已知的联结线很短（即很接近于临界混熔点）时，才可用外延辅助曲线的方法就、求出临界混熔点。四、平衡联结线的内插用实验方法获得平衡联结线，其数目毕竟有限。若须确定与点 E 成平衡的共轭相 R （产见下图），而点 E 又不在已知的平衡联结线上，则必须寻找某种内插的方法。常用的图解内插方法有多种，下图为最简便的两种内插方法。（a）从已知的点 R1、R2 ……作三角形 AS 边的平行线，从相应的共轭相 E1、E2 ……作 AB 边的平行线，由此获得交点 F1、F2 ……联结这些交点得一条辅助线。此后，只需从指定点 E 作 AB 边的平行线与辅助线相交，再从交点 F 作 AS 边的平行线与溶解度曲线相交，交点 R 即为点 E 的共轭

宁夏大学化学化工学院化工原理电子教案无限短意味着变成一个点即P点(褶点),而称点P为临界混溶点或褶点。在一定温度下,三元物系的溶解度曲线、联结线、辅助线及临界混溶点的数据都是由实验测得也可从手册或相关专著中查及。五、分配系数与分配曲线三组分溶液其组成包含两个自由度,因此,互成平衡的两共轭相的组成在三角形相图上只能用联结线的两个端点表示。但是,任何联结线的两个端点皆位于溶解度曲线上,故互成平衡的两相组成必额外地受到该曲线的约束,其组成实际上只有一个自由度。因此,当处于平衡状态的某一相中任一组分的质量分率已知,根据溶解度曲线及平衡联结线可唯一地确定液相及与其共轭的另一相组分配曲线:互成平衡的两相的组成关系可以同吸收、精馏一样在Y4~X4图上用一条曲线来表示、此曲线称为分配曲线。(参图P20) 2、分配系数k:组分A在两相中的平衡浓度也可表示成下式: 萃取相中A的质量分数_y4 萃余相中的质量分数x,同样kn=ya 综上所述,液液相平衡给出了以下两种关系: (1)若将溶解度曲线拟合成数学表达式,则用此表达式可根据处于平衡状态液体中溶质组分的浓度唯一地确定其溶剂组分的浓度: 对萃取相ys=o(y4) 对萃余相xs=0(xA) 临界混溶点右方的溶解度曲线临界混溶点左方的溶解度曲线 (2)若将分配曲线拟合成数学表达式,则用此表达式可根据处于平衡状态某一相的溶质浓度确定与其共轭的另一相溶质浓度,即y4=k 六、温度对相平衡关系的影响温度升高,溶质在溶剂中的溶解度加大、两相区面积减小均相区面积増大,联结线的斜率:也随之而边 523萃取剂的选择、萃取剂的选择性及选择性系数双组分溶液萃取分离时涉及的是两个部分互溶的液相,其组分数为3。根据相率,系统的自由度为3(F=C-φ+2)。当两相处于平衡状态时,组成只占用一个自由度。因此操作压强和操作温度又可以人为选择

宁夏大学化学化工学院化工原理电子教案 8/25 无限短意味着变成一个点即 P 点（褶点），而称点 P 为临界混溶点或褶点。在一定温度下，三元物系的溶解度曲线、联结线、辅助线及临界混溶点的数据都是由实验测得，也可从手册或相关专著中查及。五、分配系数与分配曲线三组分溶液其组成包含两个自由度，因此，互成平衡的两共轭相的组成在三角形相图上只能用联结线的两个端点表示。但是，任何联结线的两个端点皆位于溶解度曲线上，故互成平衡的两相组成必额外地受到该曲线的约束，其组成实际上只有一个自由度。因此，当处于平衡状态的某一相中任一组分的质量分率已知，根据溶解度曲线及平衡联结线可唯一地确定液相及与其共轭的另一相组成。 1、分配曲线：互成平衡的两相的组成关系可以同吸收、精馏一样在 YA ~ X A 图上用一条曲线来表示、，此曲线称为分配曲线。（参图 P209 ） 2、分配系数 k ：组分 A 在两相中的平衡浓度也可表示成下式： A A A x y A A k = = 萃余相中的质量分数萃取相中的质量分数同样 B B B x y k = 综上所述，液液相平衡给出了以下两种关系：（1）若将溶解度曲线拟合成数学表达式，则用此表达式可根据处于平衡状态液体中溶质组分的浓度唯一地确定其溶剂组分的浓度：对萃取相 ( ) S A y =  y 对萃余相 ( ) S A x =  x 临界混溶点右方的溶解度曲线临界混溶点左方的溶解度曲线（2）若将分配曲线拟合成数学表达式，则用此表达式可根据处于平衡状态某一相的溶质浓度确定与其共轭的另一相溶质浓度，即 A A A y = k x 六、温度对相平衡关系的影响温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加大、两相区面积减小均相区面积增大，联结线的斜率；也随之而边。 5.2.3 萃取剂的选择一、萃取剂的选择性及选择性系数双组分溶液萃取分离时涉及的是两个部分互溶的液相，其组分数为 3。根据相率，系统的自由度为 3（ F = C − + 2 ）。当两相处于平衡状态时，组成只占用一个自由度。因此操作压强和操作温度又可以人为选择

宁夏大学化学化工学院化工原理电子教案 9/25 1、单极萃取过程设某 A 、 B 双组分溶液，其组成用上图（b）中 F 点表示，现加入适量纯溶剂 S ，其量应是以使混合液的总组进入两相区的某点 M 。经充分接触两相达到平衡后，静置分层获得萃取相为 E ，萃余相为 R 。现将萃取相与萃余相分别取出，在溶剂回收装置中脱除溶剂。在溶剂被完全脱除的理想情况下，萃取相 E 将成为萃取液 ' E ，萃余相 R 则成为萃余液 ' R ，于是，整个过程是将组成为 F 点的混合物分离成为含 A 较多的萃取液 ' E 与含 A 较少的萃余液 ' R 。（ E 为 ' E 与 S 的和点从 E 中将 S 全部除去则只含 A 、B 及 ' E ； R 为 ' R 与 S 的和点从 R 中将 S 全部除去则只含 A 、B 及 ' R 。）实际萃取过程可由多个萃取级构成，最终所得萃取液与萃余液中溶质的浓度差异可以更大。 2、溶剂的选择性系数选择性是指萃取剂 S 对原料中两个组分溶解能力的差异。萃取剂的选择性可用选择性系数表示，即： B A B B A A B A B A k k x y x y x x y y  = = = B B A y x  = k 式中 y 、x 分别为萃取相、萃余相中组分 A （或 B ）的质量分率，故萃取相中 A 、B 浓度之比（ B A y y ）与萃取液中 A 、B 的浓度比（ B A y y   ）相等，萃余相中（ B A x x ）与萃余液中（ B A x x   ）相等，故有 B A B A x x y y      = 在萃取液及萃余液中 B A y  =1− y  ， B A x  =1− x  代入上式可得 A A A x x y + −  = 1 ( 1)    (蒸馏 x x y 1+ ( −1) =   吸收 m z mz y 1 (1 ) * + − = ) 1-萃取剂；2、3-溶剂回收装置萃余相R (a) 3 萃余液R' B R' R （b) M E 萃取相E 溶剂S 原溶液F=A+B 1 回收溶剂S 2 萃取液E' E' A s 单级萃取 F R、E是平衡状态二相称共存相或共轭相。RE（联结线、平衡线、共轭线）

宁夏大学化学化工学院化工原理电子教案由上式可见,选择性系数β相当于精馏操作中的相对挥发度α,其值与平衡联结线的斜率有关当某一平衡联结线延长恰好通过S点,此时β=1,此时SE线与SR线与平衡联结线三线合一,即即β=1,这一共轭相不能用萃取方法进行分离,此种情况恰好似精馏中的恒沸物因此, 萃取剂的选择应在操作范围内使选择性系数β>1。当组分B不溶解于溶剂时,β为无穷大。、原溶剂B与萃取剂S的互溶度通常的萃取溶剂与组分B之间不可避免地具有或大或小的互溶度,互溶度大则两相区小。互溶度越小萃取的操作范围越大,可能达到的萃取液最大浓度ν越高。所以说B、S互溶度愈小, 愈有利于萃取分离。温度可以影响物系的互溶度,一般来说温度降低(温度量分子平均功能的量温度低、分子平均功能小B与S结合就慢),溶剂S与组分B互溶度减小,对萃取过程成有利。但温度的变化还将改变溶液其它与萃取操作有关的物理性质(如粘度、表面张力等)故萃取操作温度应作适当的选择。表面张力系数还随温度升高而减小,随温度的降低而变大。表面张力:使液面自动收缩的力三、萃取剂回收的难易与经济性萃取后的E相和R相,通常以蒸馏方法进行分离。萃取剂回收的难易直接影响萃取操作的费用在很大程度上决定萃取过程的经济性。四、萃取剂的其他物性为使E相和R相能较快的分层以从速分离,要求萃取剂与被分离混合物有较大的密度差两液相间的界面张力(即表面张力)对分离效果有重要影响。物系界面张力较大,分散相液滴易聚结,有利于分层,但若界面张力不大,液体不易分散,接触不良,降低分离效果。若界面张力过小, 则易产生乳化现象,使两相难以分层。所以界面张力要适中。此外,选择萃取剂时还要考虑其它一些因数:如粘度低,凝固点(物质从液态转变为固态的过程,冷却到一定温度时开始凝固,但温度保持不变,就是有凝固点。)具有化学稳定性和热稳定性对设备腐蚀性要小,来源充分,价格较低廉等。第三节液——液萃取过程的计算萃取操作设备不分为分级接触式和连续接触式两类。本节主要讨论分级式接触式萃取过程的计算。在级式接触萃取过程计算中,无论是单级还是多级萃取操作,均假设各级为理论级,即离开每级的E相和R相互为平衡。与蒸馏中的理论板相当。一个实际萃取级的分离能力达不到一个理论级,两者的差异用级效率校正。级效率通过实验测定 5、3、1单级萃取的计算

宁夏大学化学化工学院化工原理电子教案 10/25 由上式可见，选择性系数  相当于精馏操作中的相对挥发度  ，其值与平衡联结线的斜率有关。当某一平衡联结线延长恰好通过 S 点，此时  = 1 ，此时 SE 线与 SR 线与平衡联结线三线合一，即 B A B A x x y y = 即  = 1 ，这一共轭相不能用萃取方法进行分离，此种情况恰好似精馏中的恒沸物因此，萃取剂的选择应在操作范围内使选择性系数   1。当组分 B 不溶解于溶剂时，  为无穷大。二、原溶剂 B 与萃取剂 S 的互溶度通常的萃取溶剂与组分 B 之间不可避免地具有或大或小的互溶度，互溶度大则两相区小。互溶度越小萃取的操作范围越大，可能达到的萃取液最大浓度  A max y 越高。所以说 B 、 S 互溶度愈小，愈有利于萃取分离。温度可以影响物系的互溶度，一般来说温度降低（温度量分子平均功能的量温度低、分子平均功能小 B 与 S 结合就慢），溶剂 S 与组分 B 互溶度减小，对萃取过程成有利。但温度的变化还将改变溶液其它与萃取操作有关的物理性质（如粘度、表面张力等）故萃取操作温度应作适当的选择。表面张力系数还随温度升高而减小，随温度的降低而变大。表面张力：使液面自动收缩的力。三、萃取剂回收的难易与经济性萃取后的 E 相和 R 相，通常以蒸馏方法进行分离。萃取剂回收的难易直接影响萃取操作的费用在很大程度上决定萃取过程的经济性。四、萃取剂的其他物性为使 E 相和 R 相能较快的分层以从速分离，要求萃取剂与被分离混合物有较大的密度差。两液相间的界面张力（即表面张力）对分离效果有重要影响。物系界面张力较大，分散相液滴易聚结，有利于分层，但若界面张力不大，液体不易分散，接触不良，降低分离效果。若界面张力过小，则易产生乳化现象，使两相难以分层。所以界面张力要适中。此外，选择萃取剂时还要考虑其它一些因数：如粘度低，凝固点（物质从液态转变为固态的过程，冷却到一定温度时开始凝固，但温度保持不变，就是有凝固点。）具有化学稳定性和热稳定性，对设备腐蚀性要小，来源充分，价格较低廉等。第三节液——液萃取过程的计算萃取操作设备不分为分级接触式和连续接触式两类。本节主要讨论分级式接触式萃取过程的计算。在级式接触萃取过程计算中，无论是单级还是多级萃取操作，均假设各级为理论级，即离开每级的 E 相和 R 相互为平衡。与蒸馏中的理论板相当。一个实际萃取级的分离能力达不到一个理论级，两者的差异用级效率校正。级效率通过实验测定。 5、3、1 单级萃取的计算

宁夏大学化学化工学院：《化工原理》课程教学资源（电子教案）第五章 液——液萃取

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