萃取第四章4.3萃取过程的计算
1 第四章 萃 取 4.3 萃取过程的计算
回顾1.萃取剂的选择性与选择性系数β（Selectivitycoefficient）两相平衡时，萃取相E中A、B组成之比与萃余相R中A、B组组成之比的比值。β=/Bk3XA/XBkB可增加分离效果。选择与稀释剂互溶度小的溶剂x<x<xAR'AFAE2部分互溶物系的萃取计算EmaxE混合，分层，脱溶剂HDrFMRE'MAXRBS2
2 1.萃取剂的选择性与选择性系数 β （Selectivity coefficient） 两相平衡时，萃取相 E 中 A、B 组成之比与萃余相 R 中 A、 B 组组成之比的比值。 A B A B / / x x y y β = B A k k β = 选择与稀释剂互溶度小的溶剂，可增加分离效果。 2 部分互溶物系的萃取计算 A B S R E M E’ R’ F E’max Emax AR' AF AE' x < x < x 回 顾 混合，分层，脱溶剂 E’MAX
3、单级萃取的计算A、单级萃取的计算：萃取剂与稀释剂部分互溶已知萃取剂的用量S及进料的量F和组成Xe，确定和点M：a已知X在AB边上定出F点，由萃取剂组成确定S点。联结FS，代表原料液与萃取剂的混合液M点必在FS线上。单级萃取图解法根据杠杆法则SFMFSMFMSB3
3 3、单级萃取的计算 A、单级萃取的计算：萃取剂与稀释剂部分互溶 a）已知萃取剂的用量 S 及 进料的量 F 和组成 xF ，确定和点M： 已知 xF, 在 AB 边上定出 F 点，由萃取剂组成确定 S 点。 联结 FS，代表原料液与萃取剂的混合液 M 点必在 FS线上。 A B S F M 单级萃取图解法 S 根据杠杆法则 SM FM F S =
b）确定E，R的量及组成DMRM(x -Xr)单级萃取图解法E=MxREYE-XRMFF(xe -X)S=F-MSXM-ysFM(yE-xM)R:MS.RYE-XRBS总物料衡算：F+S=R+E=MFxF+Sy,=RxR+EyE=MxM溶质衡算：MRR=M-EEMERJE、XM、XR、X'R、'E可由相图读出。4
4 yE、xM、xR、x’R、y’E可由相图读出。 F + S = R + E = M F s RxR EyE MxM Fx + Sy = + = A B S R E F M 单级萃取图解法 S0 b）确定E，R的量及组成 E mM ER MR m = ⋅ M S F M x y F x x MS MF S F − − = × = ( ) E R M R y x M x x RE MR E M − − = × = ( ) E R E M y x M y x R − − = ( ) E M 总物料衡算： 溶质衡算： R=M-E
c)确定萃取液与萃余液的组成及量A单级萃取图解法F=R'+E'Fx,= Rx+Ey'R'FE'F(xe -xR)E'=FxR'Ey'e -xrFF(y-xr)RRSRy -xrBS5
5 F = R′ + E′ F R E Fx = R′ x ′ + E′ y ′ E R F R y x F x x R E R F E F ′ − ′ − ′ ′ = × = ( ) ' ' ' E R E F y x F y x R ′ − ′ ′ − ′ = ( ) c) 确定萃取液与萃余液的组成及量 A B S R E E’ R’ F M 单级萃取图解法 S
B、最小溶剂用量和最大溶剂用量萃取只能在分层区内进行对单级萃取，原料量F及组成一定：单级萃取图解法D点:最小溶剂用量，SminFDS=FminDS.DFG点：最大溶剂用量，SmaxMSaRGFS=FBmaxGS.萃取操作S应满足下列条件：S<S。<Smaxmin6
6 D点：最小溶剂用量，Smin G点：最大溶剂用量，Smax Smin < S0 < Smax 0 max GS GF S = F 0 min DS FD S = F 萃取只能在分层区内进行。 对单级萃取，原料量 F 及组成一定： 萃取操作S应满足下列条件： A B S R E F M 单级萃取图解法 S0 D G B、最小溶剂用量和最大溶剂用量
注意：如果M点在两相区外相交，说明超出萃取范围，不能进行萃取操作，E由R,点确定的溶剂用量为该操作条件下的最小溶剂用量Smin°ERM'ERB
7 注意：如果M点在两相区外相交，说明超出萃取范围，不 能进行萃取操作，由R1点确定的溶剂用量为该操作条件下的最 小溶剂用量Smin。 A B S E1 F E R R1 M’ y’A
C、萃取液的最大浓度当S=S..时，E的浓度y最大，但y’一般不是最大。当yA=y'Amax时，溶剂用量的确定：过S点作溶解度曲线的切线得点E，1.0求得R，得M点，于是得：E'maxE'2MFSMSFERMR,可见，yA<y'AmaxSB1.0图解萃取液的最大组成8
8 C、萃取液的最大浓度 当S=Smin时，E的浓度yA最大，但y’A一般不是最大。 过S点作溶解度曲线的切线得点E， 求得R，得M点，于是得： S mF MS MF m = ⋅ 当y ′ A = y ′ Amax时，溶剂用量的确定： A Amax 可见，y ′ < y ′ A B E2 S F R2 M E’ 2 E’ y’ max y’ 2 图解萃取液的最大组成 E1 R1 1.0 1.0 0 S F
4、单级萃取的计算：萃取剂与稀释剂完全不互溶体系适用于萃取剂与稀释剂互溶度很小，且在操作范围内溶质组分对B、S的互溶度又无明显影响的体系。计算与吸收相似。分配曲线质量比Y（kgA/kgS）和X(kgA/kgB)表示的平衡关系为：Y-B/SY = f(X)单级系统的物料衡算：YS(Y-Ys)= B(X -X)XFXiBBYX +X,+Yss一单级萃取操作的操作线方程S演示：完全不互溶体系单级萃取计算9
9 计算与吸收相似。 质量比Y (kgA/kgS) 和 X (kgA/kgB)表示的平衡关系为： Y = f (X ) ( ) ( ) S Y −YS = B XF − X X YS S B X S B Y = − + F + 单级系统的物料衡算： 4、单级萃取的计算：萃取剂与稀释剂完全不互溶体系 适用于萃取剂与稀释剂互溶度很小，且在操作范围内溶质 组分对 B、S 的互溶度又无明显影响的体系。 —— 单级萃取操作的操作线方程 Y1 0 分配曲线 YS X1 XF -B/S 演示：完全不互溶体系单级萃取计算
5、多级错流萃取的计算：萃取剂与稀释剂部分互溶多级错流的计算只是单级的多次多级错流萃取图解法重复。三角形坐标图图解法F / M, = SM, /FSM(FS上)FR, / M,=SM, /RSM(R,S上)RR2R, / M, =SM, / R,SM,(R,S上)R3B6、多级错流萃取的计算：萃取剂与稀释剂完全不互溶体系由平衡数据绘出X~Y平衡曲线，由每一级物料衡算得出操作线，直到第n级萃余相中的浓度X，满足要求为止。10
10 5、多级错流萃取的计算：萃取剂与稀释剂部分互溶 多级错流的计算只是单级的多次 重复。 M1( F S上) M2(R1S上) M3(R2S上) F / M SM / FS 1 = 1 R M SM R S 1 2 2 1 / = / R M SM R S 2 3 3 2 / = / 三角形坐标图图解法 A B S R1 E1 F M1 多级错流萃取图解法 E2 R2 M3 M2 E3 R3 6、多级错流萃取的计算：萃取剂与稀释剂完全不互溶体系 由平衡数据绘出 X~Y 平衡曲线，由每一级物料衡算得出 操作线，直到第 n 级萃余相中的浓度 XR满足要求为止