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10.1 液 - 液萃取概述

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第十章 液 - 液萃取和液 - 固浸取. 10.1 液 - 液萃取概述. 10.1.1 萃取的原理与流程. 一、 萃取过程 的原理. 液体混合物. 分离物系. 引入一液相(萃取剂). 形成两相体系的方法. 萃取原理. 液相 E( 萃取相 ) (S + A+ 微量 B). 引入另一液相(萃取剂 S ). 液体混合物 (A + B). 液相 R( 萃余 相 ) (B + 微量 A 、 S). 各组分在萃取剂 中溶解度不同. 用苯萃取分离醋酸和水混合物. 示例. 二、萃取操作流程. 萃取操作示意图.

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Presentation Transcript
slide1

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.1液-液萃取概述

10.1.1 萃取的原理与流程

slide2

一、萃取过程的原理

液体混合物

分离物系

引入一液相(萃取剂)

形成两相体系的方法

萃取原理

液相E(萃取相)

(S + A+微量B)

引入另一液相(萃取剂S)

液体混合物

(A + B)

液相R(萃余相)

(B + 微量A、S)

各组分在萃取剂

中溶解度不同

用苯萃取分离醋酸和水混合物

示例

slide3

二、萃取操作流程

萃取操作示意图

slide4

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.1液-液萃取概述

10.1.1 萃取的原理与流程

10.1.2 萃取的分类与应用

slide5

一、萃取过程的分类

按有无化学反应分类

物理萃取

萃取

化学萃取

按萃取级数分类

单级萃取

多级逆流萃取

萃取

多级萃取

多级并流萃取

slide6

一、萃取过程的分类

按萃取技术分类

按萃取组分数目分类

单溶剂萃取

单组分萃取

萃取

双溶剂萃取

多组分萃取

膜萃取

萃取

超临界萃取

凝胶萃取

反向胶团萃取

slide7

相对挥发度 物系的分离

二、萃取操作的应用

萃取操作应用场合

  • 溶质浓度很低,且为难挥发组分物系的分离
  • 热敏性物系的分离
slide8

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.1液-液萃取概述

10.2 液-液相平衡关系

10.2.1液-液平衡相图

slide9

一、组成在三角形相图上的表示方法

溶质 A

萃取为三元物

系的分离过程

原溶剂 B

萃取剂 S

等边三角形坐标图

等腰三角形坐标图

三角形坐标图

非等腰三角形坐标图

slide10

A

D 点

M 点

B

S

组成在三角形坐标图上的表示方法

slide11

二、各组分量之间的关系-杠杆规则

M =

MA+ MB

MA

MB

差点

和点

差点

杠杆规则

slide12

A

液相 R

r kg

xA、xS、xB

液相 M

mkg

zA、zS、zB

液相 E

ekg

yA、yS、yB

B

S

杠杆规则的应用

slide13

三、液-液平衡相图(溶解度曲线)

1. 溶解度曲线的两种形式

根据萃取操作中各组分的互溶性,三元物系分为以下情况,即

① A完全溶于B及S,B与S不互溶

Ⅰ类物系

② A完全溶于B及S,B与S部分互溶

③ A完全溶于B,A与S部分互溶

B与S部分互溶

Ⅱ类物系

slide14

均相区

临界混溶点

溶解度曲线

共轭相

联结线

两相区

溶解度曲线(1)-已知联结线

slide15

溶解度曲线

辅助曲线

溶解度曲线(2)-已知辅助曲线

slide16

由联结线求辅助曲线

两种溶解度曲线的互换

slide17

由辅助曲线求联结线

两种溶解度曲线的互换

slide18

三、液-液平衡相图(溶解度曲线)

2. 温度对溶解度曲线的影响

溶解度

两相区

温度 T

不利于萃取操作

slide19

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.1液-液萃取概述

10.2 液-液相平衡关系

10.2.1液-液平衡相图

10.2.2 液-液平衡方程与分配曲线

slide20

一、以质量分数表示的平衡方程

气液平衡方程

液液平衡方程

分配

系数

萃余相中

溶质分数

萃取相中

溶质分数

slide21

二、以质量比表示的平衡方程

若 S与 B完全不互溶

萃取相中不含 B,S 的量不变

用质量比

计算方便

萃余相中不含 S,B 的量不变

液液平衡方程

分配

系数

萃取相中溶质的质量比

萃余相中溶质的质量比

slide22

三、分配曲线

以xA为横坐标,yA为纵坐标,在直角坐标图上,每一对共轭相可得一个点,将这些点联结起来,得到曲线称为分配曲线。

溶解度曲线

分配曲线

slide24

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.1液-液萃取概述

10.2 液-液相平衡关系

10.2.1液-液平衡相图

10.2.2 液-液平衡方程与分配曲线

10.2.3 萃取剂的选择

slide25

一、萃取剂的选择性与选择性系数

萃取剂的选择性是指萃取剂 S对原料液中两个组分溶解能力的差异。

选择性系数

slide26

一、萃取剂的选择性与选择性系数

因为

所以

萃取操作

β

萃取效果

β=1

不能实现萃取分离

slide27

二、萃取剂的选择

萃取剂选择考虑的主要因素

  • 选择性系数β
  • 原溶剂 B与萃取剂 S的互溶度
  • 萃取剂回收的难易
  • 萃取剂的其他物性
  • 密度
  • 表面张力
  • 黏度
  • 萃取剂的稳定性、安全性、经济性
slide28

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.1 萃取过程概述

10.2 液-液相平衡关系

10.3 液-液萃取过程的计算

10.3.1 单级萃取的计算

slide29

一、B 与 S 部分互溶物系

已知:原料量 F 、原料组成xF

溶剂组成yS

规定:萃余相组成xR

计算:萃取剂量S

萃取相量 E、组成yE

萃余相量 R

萃取液量 、组成

萃余液量 、组成

slide30

yE

F

xF

E

R

纯溶剂

M

xR

单级萃取图解

slide32

练 习 题 目

思考题

1.萃取操作的基本原理是什么?

2.共轭相、联结线、临界混溶点、辅助曲线各表 示何意义?

3.分配系数和选择性系数各表示何意义?

4.溶解度曲线和分配曲线有何联系?

作业题: 1、2

slide33

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.1 萃取过程概述

10.2 液-液相平衡关系

10.3 液-液萃取过程的计算

10.3.1 单级萃取的计算

一、B 与 S 部分互溶物系

slide34

二、B 与 S不互溶物系

若 B与 S 完全不互溶

萃取相中不含 B,S 的量不变

用质量比

计算方便

萃余相中不含 S,B 的量不变

XF

—原料液中组分A的质量比,kgA / kgB

YE

—萃取相中组分A的质量比,kgA / kgS

—萃余相中组分A的质量比,kgA / kgB

XR

—萃取剂中组分A的质量比,kgA / kgS

YS

slide35

二、B 与 S不互溶物系

对溶质 A质量衡算

斜率

操作线

方程

过点

直角坐标图图解法

slide36

斜率 –B/S

单级萃取图解计算

slide37

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.3 液-液萃取过程的计算

10.3.1 单级萃取的计算

10.3.2 多级错流萃取的计算

slide38

一、多级错流萃取的流程

多级错流萃取操作的特点

  • 原料液从第 1 级加入
  • 每一级均加入新鲜萃取剂
  • 前一级的萃余相为后一级的原料液
  • 每级为新萃取剂,传质推动力大,溶剂用量大
  • 一般为间歇操作,生产能力小
slide39

多级错流萃取流程示意图

多级错流萃取的总溶剂用量为各级溶剂用量之和,当各级溶剂用量相等时,达到一定的分离程度所需的总溶剂用量最少。

slide40

二、多级错流萃取的计算

1.B与 S部分互溶物系

已知:

原料量 F

原料组成xF

各级萃取剂用量 Si

最终萃余相组成 xn

规定:

计算:

萃取级数 n

三角形相图图解法

slide41

F

多级错流萃

取三角形相

图图解计算

xF

E1

M1

E2

R1

M2

E3

R2

R3

M3

S1

S2

S3

xn计算 ≤ xn规定

n=3

slide42

二、多级错流萃取的计算

2.B与 S不互溶物系

(1)直角坐标图解法

第1级作溶质 A的质量衡算

整理得

slide43

二、多级错流萃取的计算

第 n级作溶质 A的质量衡算

斜率

操作线方程

过点

直角坐标图图解法

slide44

Y1

斜率 –B/S

Y2

Y3

N

M

L

YS

X3

X2

X1

XF

xn计算 ≤ xn规定

n=3

多级错流萃取直角坐标图图解计算

slide45

二、多级错流萃取的计算

(2)解析法

设平衡关系为

第一级的相平衡关系为

由操作线方程

联立得

slide46

二、多级错流萃取的计算

萃取因子

对第二级

对第 n级

slide47

二、多级错流萃取的计算

整理得

多级错流

萃取级数

计算内容

由 xn

级数 n

由 n

组成 xn

由 n、xn

溶剂用量 S

slide49

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.3 液-液萃取过程的计算

10.3.1 单级萃取的计算

10.3.2 多级错流萃取的计算

10.3.3 多级逆流萃取的计算

slide50

一、多级逆流萃取的流程

多级逆流萃取操作的特点

  • 原料液从第 1 级加入
  • 萃取剂从第 n 级加入
  • 前一级的萃余相为后一级的原料液
  • 后一级的萃取相为前一级的萃取剂
  • 萃取剂循环使用,传质推动力大,溶剂用量小
  • 连续操作,生产能力大
slide52

二、多级逆流萃取的计算

1.B与 S部分互溶物系

已知:

原料量 F

原料组成xF

萃取剂用量 S

萃取剂组成 ys

规定:

最终萃余相组成 xn

计算:

萃取级数 n

三角形相图图解法

slide53

二、多级逆流萃取的计算

物料衡算关系

净流量差

操作点

slide54

n=4

xn计算 ≤ xn规定

xF

xn

多级逆流萃取三角形相图图解计算

slide55

溶剂比的影响

S / F 较小

slide56

溶剂比的影响

S / F 较大

slide57

△ 在无穷远处

溶剂比的影响

S / F 为某数值

slide58

二、多级逆流萃取的计算

2.B与 S不互溶物系的计算

(1) 直角坐标图图解法

在第 1 级至第 i 级之间进行质量衡算

slide59

二、多级逆流萃取的计算

整理得

斜率

操作线方程

过点

slide60

J

Y1

斜率

B/S

YS

D

Xn

XF

xn计算 ≤ xn规定

n=4

多级逆流萃取直角坐标图图解计算

slide61

二、多级逆流萃取的计算

(2) 解析法

设平衡关系为

类似于逆流吸收

萃取因子

slide62

二、多级逆流萃取的计算

(3)适宜溶剂量的确定

处理量F 一定

设备费

S

S/F

n

操作费

根据工程经验

适宜溶剂用量

slide63

Y1

YS

Xn

XF

最小溶剂用量

slide64

练 习 题 目

思考题

1. 单级萃取如何进行计算?

2.多级错流萃取有何特点,其级数如何计算?

3.多级逆流萃取有何特点,其级数如何计算?

作业题: 3、4、5

slide65

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.3 液-液萃取过程的计算

10.3.1 单级萃取的计算

10.3.2 多级错流萃取的计算

10.3.3 多级逆流萃取的计算

10.3.4 微分接触逆流萃取的计算

slide66

一、微分接触逆流萃取的流程

  • 连续相
  • 分散相
  • 重 相
  • 轻 相

微分接触逆流萃取流程

slide67

一、微分接触逆流萃取的流程

分散相选择的原则

  • 两相流量相差较大时,

流量大的作为分散相

  • 用填料塔时,

润湿性能差的作为分散相

  • 两相黏度相差较大时,

黏度大的作为分散相

  • 安全角度考虑,

易燃、易爆的液体作为分散相

slide68

二、萃取塔工艺尺寸的确定

1.萃取塔有效高度的确定

(1)等板高度法

与填料吸收塔类似

萃取级数

等板高度

提示:HETS与HETP不一定相等。

slide69

二、萃取塔工艺尺寸的确定

(2)传质单元数法

与填料吸收塔类似

萃余相总传质单元数

萃余相总传质单元高度

slide70

二、萃取塔工艺尺寸的确定

萃余相总传质单元数的计算

与填料吸收塔类似

slide71

、 连续相和分散相的体积流量,m3/s

二、萃取塔工艺尺寸的确定

2.萃取塔塔径的计算

萃取塔塔径

UC、UD连续相和分散相的表观速度,m/s

slide72

二、萃取塔工艺尺寸的确定

连续相表观速度的计算

UCf连续相的液泛表观速度,m/s

萃取塔液泛

一相的流速过大,将另一相夹带由其自身的入口处流出塔外。

slide73

横坐标

纵坐标

填料萃取塔的液泛速度关联图

slide74

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.1 萃取过程概述

10.2 液-液相平衡关系

10.3 液-液萃取过程的计算

10.4 液-液萃取设备

10.4.1 萃取设备的基本要求与分类

slide75

一、萃取设备的基本要求

萃取设备的基本要求

  • 两相充分的接触并伴有较高程度的湍动
  • 有利于液体的分散与流动
  • 有利于两相液体的分层
slide77

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.4 萃取设备

10.4.1 萃取设备的基本要求与分类

10.4.2 萃取设备的主要类型

slide78

萃取设备的主要类型(自学)

自学要求

① 掌握5种以上主要萃取设备的名称。

② 了解主要萃取设备的结构形式。

③ 了解主要萃取设备的工作原理。

slide79

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.4 萃取设备

10.4.1 萃取设备的基本要求与分类

10.4.2 萃取设备的主要类型

10.4.3 萃取设备的选择

slide80

萃取设备的选择

萃取设备选择考虑的因素

  • 需要的理论级数
  • 生产能力
  • 物系的物性
  • 密度差
  • 界面张力
  • 腐蚀性
  • 物系的稳定性和液体在设备内的停留时间
  • 其他
  • 能源供应
  • 场地条件
slide81

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.1 萃取过程概述

10.2 液-液相平衡关系

10.3 液-液萃取过程的计算

10.4 液-液萃取设备

10.5 其他萃取技术简介

10.5.1 超临界流体萃取

slide82

一、超临界萃取的基本原理

1.超临界流体

如果某种气体处于临界温度之上,则无论压力增至多高,该气体也不能被液化,称此状态的气体为超临界流体。

二氧化碳

乙烯

超临界流体

乙烷

丙烷

slide83

一、超临界萃取的基本原理

2.超临界流体的基本性质

密度

接近于液体。

黏度

超临界流体

的基本性质

接近于气体。

自扩散系数

介于气体和液体之间,比液体大100倍左右。

slide84

一、超临界萃取的基本原理

3.超临界流体的溶解性能

物质在超临界流体中的溶解度C与超临界流体的密度ρ的关系

超临界流体既具有与液体相近的溶解能力,萃取时又具有远大于液态萃取剂的传质速率。

比例系数

常数

ρ

C

slide85

1-甘氨酸;

2-弗朗鼠李甙;

3-大黄素;

4-对羟基苯甲酸;

5-1,8-二羟基蒽醌;

6-水杨酸;

7-苯甲酸

不同物质在二氧化碳中的溶解度

slide86

一、超临界萃取的基本原理

3.超临界萃取的原理

萃 取 剂

在超临界状态下,压力微小变化引起密度变化很大,使溶解度增大。

萃取

组分

萃取剂

回用

压缩到超

临界状态

升温、降压

溶剂与萃取

组分分离

液体(或固

体)混合物

slide87

二、超临界萃取的典型流程

超临界萃取过程分为萃取和分离两个阶段,按分离方法不同分为三种流程。

等温变压流程

超临界萃

取的流程

等压变温流程

等温等压吸附流程

slide88

1-萃取器;

2-膨胀阀;

3-分离槽;

4-压缩机

T1 = T2

p1 > p2

超临界萃取等温变压流程

slide89

1-萃取器;

2-加热器;

3-分离槽;

4-泵;

5-冷却器

T1 < T2

p1 = p2

超临界萃取等压变温流程

slide90

1-萃取器;

2-吸附剂;

3-分离槽;

4-泵

T1 = T2

p1 = p2

超临界萃取等温等压吸附流程

slide91

三、超临界萃取的特点

超临界萃取的特点

  • 超临界流体密度接近于液体,溶解能力与液体 溶剂基本相同
  • 超临界流体具有气体的传递特性,具有更高的 传质速率
  • 适合于热敏性、易氧化物质的分离或提纯
  • 操作压力高,设备投资较大
slide92

四、超临界萃取的应用示例

超临界萃取是具有特殊优势的分离技术。多年来,众多的研究者以炼油、食品、医药等工业中的许多分离体系为对象开展了深入的应用研究。在石油残渣中油品的回收、咖啡豆中脱除咖啡因、啤酒花中有效成分的提取等工业生产领域,超临界萃取技术已获得成功地应用。

slide93

用超临界CO2从咖啡中提取咖啡因的流程

1-萃取塔;2-水洗塔;3-蒸馏塔;4-脱气罐

slide94

活性炭超临界再生流程

1、2-再生器;3-换热器;4-分离器;

5-压缩机;6-冷却器

slide95

第十章 液-液萃取和液-固浸取

10.5 其他萃取技术简介

10.5.1 超临界流体萃取

10.5.2 回流萃取(选读)

10.5.3 化学萃取(选读)

10.6 液-固浸取(选读)

slide96

练 习 题 目

思考题

1.微分逆流接触萃取的计算与逆流吸收有何异同?

2.何为超临界流体,超临界流体有何特性?

3.超临界流体萃取的原理是什么?

作业题: 7、8

slide97

本 章 小 结

本章重点掌握内容

  • 萃取过程的液-液相平衡关系
    • 组成在三角形相图上的表示方法
    • 溶解度曲线
    • 平衡方程与分配系数
    • 选择性系数
  • 萃取过程的计算
    • 单级萃取过程的计算
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