宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 第五章液-——液萃取 第一节概述 分离气体混合物-—吸收;分离液体混合物——蒸馏与萃取 、取适用范围 相对挥发度α=1的液体混合物(或两相沸点接近)另外还适用于蒸馏的热稳定性很差的物质 分解或聚合、用萃取分离。如:从发酵液中提取青酶素、咖啡因 如组分浓度很稀,且沸点较高,用液液萃取较为合适。 如从醋酸水溶液中分离醋酸;从稀醋酸水溶液制备无水醋酸。(因为醋酸浓度很低,用水蒸气蒸 馏、需能量很高,经济上不合理,用萃取合适。如:多种金属物质的分离、钴--镍分离等。 萃取与萃取原理 吸收:利用气体混合物各组分在溶剂中溶解度不同进行分离 萃取:利用液体混合物各组分在选定溶剂中溶解度不同进行分离的单元操作 萃取也称提取如:用酒精萃取大豆中豆油或用水熬中药 萃取剂 相界面 原料液 萃取相 萃取操作示意图 原料液(溶质A;稀释剂B)萃取剂S萃取相E萃余相R 如图(5-1)将一定量溶剂加入被分离混合物中使其形成两个液相:然后加以搅拌将一个液相以 小液滴的形式分散于另一液相中,造成很大的相际接触表面,搅拌停止后两相间密度差自行沉降分 层结果溶剂中出现了A和B称为萃取相;被分离混合物中出现了溶剂称为萃余相。 搅拌的作用: 1、造成温度扩散。 2、造成很大的相剂接触面积。 如果被分离的混合物是固体称固-液萃取(也称浸取) 如果被分离的混合物是液体称液-液萃取(也称溶剂萃取,简称萃取)
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 1/25 第五章 液-----液 萃取 第一节 概述 分离气体混合物-----吸收； 分离液体混合物----蒸馏与萃取 一、取适用范围 相对挥发度 = 1 的液体混合物（或两相沸点接近）另外还适用于蒸馏的热稳定性很差的物质、 分解或聚合、用萃取分离。如：从发酵液中提取青酶素、咖啡因。 如组分浓度很稀，且沸点较高，用液液萃取较为合适。 如从醋酸水溶液中分离醋酸；从稀醋酸水溶液制备无水醋酸。(因为醋酸浓度很低，用水蒸气蒸 馏、需能量很高，经济上不合理，用萃取合适。如：多种金属物质的分离、钴--镍分离等。 二、萃取与萃取原理 吸收：利用气体混合物各组分在溶剂中溶解度不同进行分离。 萃取：利用液体混合物各组分在选定溶剂中溶解度不同进行分离的单元操作。 萃取也称提取 如：用酒精萃取大豆中豆油或用水熬中药。 原料液 萃取剂 相界面 萃余相 萃取相 萃取操作示意图 原料液（溶质 A ；稀释剂 B ） 萃取剂 S 萃取相 E 萃余相 R 如图（5-1）将一定量溶剂加入被分离混合物中使其形成两个液相；然后加以搅拌将一个液相以 小液滴的形式分散于另一液相中，造成很大的相际接触表面，搅拌停止后两相间密度差自行沉降分 层结果溶剂中出现了 A 和 B 称为萃取相；被分离混合物中出现了溶剂称为萃余相。 搅拌的作用： 1、 造成温度扩散。 2、 造成很大的相剂接触面积。 如果被分离的混合物是固体 称固--液萃取（也称浸取） 如果被分离的混合物是液体 称液--液萃取（也称溶剂萃取，简称萃取）
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 如:化工厂排出污水含水量苯酚,为了回收苯酚用萃取方法,加入选定好溶剂苯。因为苯酚在 萃取中溶解度大于它在水中的溶解度,因此混合以后大量苯酚转入苯中 萃余相 E萃取相(以S+A为主) 水B (B+A为主还有S) (稀释剂或原溶剂), 苯S 混合 苯S 水B(S) 分离 苯酚 (或萃取剂) A(溶质) 苯酚A(B) 苯酚A(极少量) 苯 E(S+A) 水 溶剂回收溶剂苯及苯酚三个步骤 回收 R(S+B+A 苯酚 苯酚(少量) +(A) 加入溶剂后因溶剂对组分有较大溶解能力而使被分离组分转入溶剂中去-称物理萃取 加入溶剂后,若溶剂对被分离组分有化合或络合作用而达到分离之目的的称-化学萃取 三、溶剂的选择条件 1.溶剂对溶质有较大溶解能力对原溶剂(水)最好不互溶 溶质A S+A(完全互溶) 原料液 最理想的情况 原溶剂B S+B(S与B完全不互溶) S+A(完全互溶) 最常见讨论的重点 S+B(部分互溶) S+A(部分互溶) 不讨论 S+B(部分互溶) 萃取是传质过程即物质从一相转入到另外一相的扩散过程。 吸收是溶质从气相转入液相的过程 蒸馏是溶质从液相转入气相过程。 萃取是溶质从液转转入液相过程。 第二节液-—液萃取相平衡 溶质 萃取相E 原料液(A+B) 在一定条件下,该二相达到 溶剂S 平衡,是传质的限度 萃余相R (平衡时在一定温度、压强条件下,各组分量不随时间变化而变化A在S中是最大溶解度)
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 2/25 如：化工厂排出污水含水量苯酚，为了回收苯酚用萃取方法，加入选定好溶剂苯。因为苯酚在 萃取中溶解度大于它在水中的溶解度，因此混合以后大量苯酚转入苯中。 加入溶剂后因溶剂对组分有较大溶解能力而使被分离组分转入溶剂中去--称物理萃取。 加入溶剂后，若溶剂对被分离组分有化合或络合作用而达到分离之目的的称--化学萃取。 三、溶剂的选择条件 1.溶剂对溶质有较大溶解能力 对原溶剂（水）最好不互溶 原料液 萃取是传质过程 即物质从一相转入到另外一相的扩散过程。 吸收是溶质从气相转入液相的过程。 蒸馏是溶质从液相转入气相过程。 萃取是溶质从液转转入液相过程。 第二节 液----液萃取相平衡 原料液（A+B） （平衡时在一定温度、压强条件下，各组分量不随时间变化而变化 A 在 S 中是最大溶解度） 水 B (稀释剂或原溶剂) 苯酚 A(溶质) 苯 S （或萃取剂） 混合 苯 S 苯酚 A(B) E 萃取相（以 S+A 为主） 水 B(S) 苯酚 A(极少量) R 萃余相 （B+A 为主还有 S） 分离 苯 苯酚 与 水 苯酚（少量） 溶剂回收溶剂 苯及苯酚 三个步骤 E(S+A) R(S+B+A) 回收 A B+(A) S S 溶质 A 原溶剂 B S ① S+A(完全互溶) S+B（S 与 B 完全不互溶） ② ② ③ 最理想的情况 S+A（完全互溶） S+B（部分互溶） 最常见讨论的重点 S+A（部分互溶） S+B（部分互溶） 不讨论 溶质 A 溶剂 S 萃取相 E 萃余相 R 在一定条件下，该二相达到 平衡，是传质的限度
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 52.1三角形坐标图及杠杆规则 、溶解组分的表示方法:在双组分溶液的萃取分离中,萃取相及萃余相一般均为三组分溶液。如 各组分的浓度以质量分率表示,为确定某溶液的组分必须规定其中两个组分的质量分率,而第 三组分的质量分率可由归一条件决定。溶质A及溶剂S的质量分率X,、X、规定后,组分B 的质量分率为 可见三组分溶液的组分包含两个自由度。 萃取与吸收、蒸馏一样,其基础是相平衡关系。萃取过程中至少要涉及到三个组分,即溶质 原溶液B和萃取剂S。对于这种简单的三元物系,若所选择S和B的相互溶解度在操作范围内小到 可以忽略,则萃取相E和萃余相R都只含有两个组分,其平衡关系类似于吸收中的溶解度曲线,可 在直角坐标上标绘。但这种较为理想的溶剂并不常见,常见的情况S和B部分互溶,于是E和R都 含有三个组分,其平衡关系通常用三角形相图表示。 有等边三角形等腰三角形等腰直角三角形三种 因三个组分的质量分率之和为1,故在三角形范围内可表示任何三元溶液的组分。三角形的三 个顶点分别表示三个纯组分,而三边条上的任何一点则表示相中的双组分溶液 、物料衡算与杠杆定律 1.0 溶质A在E相的组成-yA 溶质A在R相的组成-xA X 杠杆定律 没有组成XA、X2、X3(R点)的溶液Rg]及组成为yA、YB、Y3的溶液E[g 若将两溶液相混,混合物的重量为Mg]M=R+E混合物的重量为M,其组分为Z4、 3/25
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 3/25 5.2.1 三角形坐标图及杠杆规则 一、溶解组分的表示方法：在双组分溶液的萃取分离中，萃取相及萃余相一般均为三组分溶液。如 各组分的浓度以质量分率表示，为确定某溶液的组分必须规定其中两个组分的质量分率，而第 三组分的质量分率可由归一条件决定。溶质 A 及溶剂 S 的质量分率 X A 、 X S 规定后，组分 B 的质量分率为 X B = − X A − X S 1 可见三组分溶液的组分包含两个自由度。 萃取与吸收、蒸馏一样，其基础是相平衡关系。萃取过程中至少要涉及到三个组分，即溶质 A、 原溶液 B 和萃取剂 S。对于这种简单的三元物系，若所选择 S 和 B 的相互溶解度在操作范围内小到 可以忽略，则萃取相 E 和萃余相 R 都只含有两个组分，其平衡关系类似于吸收中的溶解度曲线，可 在直角坐标上标绘。但这种较为理想的溶剂并不常见，常见的情况 S 和 B 部分互溶，于是 E 和 R 都 含有三个组分，其平衡关系通常用三角形相图表示。 有等边三角形 等腰三角形 等腰直角三角形 三种。 因三个组分的质量分率之和为 1，故在三角形范围内可表示任何三元溶液的组分。三角形的三 个顶点分别表示三个纯组分，而三边条上的任何一点则表示相中的双组分溶液。 二、物料衡算与杠杆定律 M R 0 B XS ZS YS f e d 1.0 A E 1.0 S 杠杆定律 yA zA xA 溶质A在E相的组成-yA 溶质A在R相的组成-xA 没有组成 X A、 X B 、 X S （R 点）的溶液 R kg 及组成为 A Y 、 B Y 、 S Y 的溶液 Ekg 若将两溶液相混，混合物的重量为 M kg ， M =R+E 混合物的重量为 M ，其组分为 ZA
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 Z、Zs其图中的M点表示 参图(列5-1)吉林大学《物理化学》79年版上册P93。若有两个三组分体系P与O,由P、 Q混合而成的新的三组分体系,O必位于PQ的连线上。设O点所表示的体系之重为W,PQ二体 系之重各为W,、W,则W=W+W(1),就体系中A的含量而言,O体系中A的重量之和,即: w(Ce)=W(Cd)+W( (2) C M (+ExCe)=w(Ca)+W(G) (3) (1)代入(2) 将(3)展开得:W×(d-(Ce)=W2(Ce-O)(4) △平行线g:de=O:PO m2=go 上述关系表明:由P、Q二体系所组成的新体系O的位置可由杠杆规则来确定。 即O必位于PO连线上。 W2 de de po象会 M PO 由(4)及 W=E W=R 写成E=RE(a)从R开始注意线段的始终点 R EM
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 4/25 ZB 、 S Z 其图中的 M 点表示。 参图（列 5-1）吉林大学《物理化学》79 年版上册 P193 。若有两个三组分体系 P 与 Q ，由 P 、 Q 混合而成的新的三组分体系， O 必位于 PQ 的连线上。设 O 点所表示的体系之重为 W ,PQ 二体 系之重各为 W1、W2 ，则 W =W1 +W2 （1），就体系中 A 的含量而言， O 体系中 A 的重量之和，即： ( ) ( ) ( ) W Ce =W1 Cd +W2 Cf （2） A R P M O e d f C B Q E ( )( ) ( ) ( ) W1 +W2 Ce =W1 Cd +W2 Cf （3） （1）代入（2） 将（3）展开得： ( ) ( ) W1 Cd −Ce =W2 Ce−Cf （4） 平行线 ef :de=OQ:PO W1 :W2 =QO:OP 上述关系表明：由 P 、Q 二体系所组成的新体系 O 的位置可由杠杆规则来确定。 即 O 必位于 PQ 连线上。 由（4）及 d e ef W W = 2 1 而 PO OQ d e ef = 则 OQ PO W W = 1 2 W2 = E W1 = R 写成 EM RE R E = （a） 从 R 开始注意线段的始终点
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 RE (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 EM R EM R EM 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(ZA、Z、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 MR MR、RE线段始点M、R终点R,E,从M始点转圈 M RE 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。 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（ ZA 、ZB 、 S Z ）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 M R 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 、 R 3 ……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 联结线 两相区 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。) 、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F、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 E 1、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 相 平衡联结线(a) (b)通过已知点R1、R2…等分别作就、底边BS的平行线,再通过相应联结线另一端点E1、 E,……等分别作与侧直角边AB的平行线,将所有交点相联便可得另一辅助曲线 辅助线 辅助线 平衡联结线(b) 将两种方法作出的辅助曲线延长,其交点应位于溶解度曲线的P点,该点即为作图法所获得的 临界混溶点。(也称褶点) 注:辅助线中任一线与溶解度曲线的交点P都称为褶点,因为通过P点联结线为无限短(线段
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 7/25 相。 R1 B R2 R R3 A E1 F2 F F3 S E2 E E3 平衡联结线（a) F1 (b)通过已知点 R1、 R2 ……等分别作就、底边 BS 的平行线，再通过相应联结线另一端点 E 1、 E2 ……等分别作与侧直角边 AB 的平行线，将所有交点相联便可得另一辅助曲线。 E1 辅助线 E3 R1 B R2 R3 辅助线 E2 A P S 平衡联结线(b) 将两种方法作出的辅助曲线延长，其交点应位于溶解度曲线的 P 点，该点即为作图法所获得的 临界混溶点。（也称褶点） 注：辅助线中任一线与溶解度曲线的交点 P 都称为褶点，因为通过 P 点联结线为无限短（线段
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Y~X图上用一条曲线 来表示、,此曲线称为分配曲线。(参图P09) 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: k=冬取相中A的质量分数=y同样kn=2 萃余相中A的质量分数x 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=(A) 对萃余相 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=kx4 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-小+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 ~ XA 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 1、单极萃取过程 萃取液E R、E是平衡状态二相称共 原溶液F=A+B 回收溶剂S 1-萃取剂:2、3-溶剂回收装置 萃余液R 单级萃取 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 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 y,)与萃取液中A、B的浓度比(%,)相等,萃余相中(x,)与萃余液中( 相等,故有B= 在萃取液及萃余液中v=1-y4,x=1-x4代入上式可得 Bx 蒸馏y 1+(B-1) a吸收y 1+(a-1)x
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B=1,此时SE线与SR线与平衡联结线三线合一,即 .=即B=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B>1 当组分B不溶解于溶剂时,B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υm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、分孑平均 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 m a x 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
