第十章
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10.1 液 - 液萃取概述 PowerPoint PPT Presentation


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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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10.1 液 - 液萃取概述

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Presentation Transcript


10 1

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

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


10 1

二、萃取操作流程

萃取操作示意图


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

  • 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


10 1

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 1

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


10 1

A

D 点

M 点

B

S

组成在三角形坐标图上的表示方法


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

溶解度曲线

辅助曲线

溶解度曲线(2)-已知辅助曲线


10 1

由联结线求辅助曲线

两种溶解度曲线的互换


10 1

由辅助曲线求联结线

两种溶解度曲线的互换


10 1

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


10 1

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 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

分配曲线的作法


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

yE

F

xF

E

R

纯溶剂

M

xR

单级萃取图解


10 1

一、B 与 S 部分互溶物系


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

斜率 –B/S

单级萃取图解计算


10 1

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 1

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


10 1

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。


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

二、多级错流萃取的计算

萃取因子

对第二级

对第 n级


10 1

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


10 1

多级错流萃取算图


10 1

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 1

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


10 1

多级逆流萃取流程示意图


10 1

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


10 1

二、多级逆流萃取的计算

物料衡算关系

净流量差

操作点


10 1

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


10 1

溶剂比的影响

S / F 较小


10 1

溶剂比的影响

S / F 较大


10 1

△ 在无穷远处

溶剂比的影响

S / F 为某数值


10 1

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


10 1

二、多级逆流萃取的计算

整理得

斜率

操作线方程

过点


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

Y1

YS

Xn

XF

最小溶剂用量


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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。


10 1

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


10 1

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


10 1

、 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


10 1

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。


10 1

横坐标

纵坐标

填料萃取塔的液泛速度关联图


10 1

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


10 1

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


10 1

二、萃取设备的分类


10 1

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 1

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。


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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。


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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


10 1

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。


10 1

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


10 1

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


10 1

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)


10 1

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


10 1

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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