（中职）化工单元过程及操作第9章 萃取教学课件 .ppt

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1、（中职）化工单元过程及操作第9章 萃取ppt教材课件汇总完整版电子教案第九章第九章 萃取萃取化学工业出版社2023/5/15主要内容主要内容概述概述液液相平衡液液相平衡 萃取设备萃取设备2023/5/15第一节第一节 概述概述一、一、概述概述 1.定义定义v萃取又称溶剂萃取或液液萃取，是一种用萃取又称溶剂萃取或液液萃取，是一种用液态的萃取剂处理与之不互溶的双组分或液态的萃取剂处理与之不互溶的双组分或多组分溶液，实现组分分离的传质分离过多组分溶液，实现组分分离的传质分离过程，是一种广泛应用的单元操作。程，是一种广泛应用的单元操作。v用选定的溶剂分离液体混合物中某种组分，用选定的溶剂分离液体混合物

2、中某种组分，溶剂必须与被萃取的混合物液体不相溶，溶剂必须与被萃取的混合物液体不相溶，具有选择性的溶解能力，而且必须有好的具有选择性的溶解能力，而且必须有好的热稳定性和化学稳定性，并有小的毒性和热稳定性和化学稳定性，并有小的毒性和腐蚀性。腐蚀性。2023/5/152.应用应用u在石油化工、精细化工、湿法冶金(如稀有元素的提炼)、原子能化工和环境保护等方面己被广泛地应用。u如用苯分离煤焦油中的酚；用有机溶剂分离石油馏分中的烯烃；用CCl4萃取水中的Br2。u萃取不是最终分离手段，需要与其它分离方法一起用，比如精馏。2023/5/153.流程说明萃取相废水稀醋酸新鲜萃取剂分层器无水醋酸回收萃取剂恒沸

3、精馏塔萃 取 塔提 馏 塔冷凝器图101 萃取恒沸精馏提浓醋酸流程萃余相2023/5/153.流程说明图10-2 单级萃取操作流程2023/5/154.萃取剂的选择萃取剂的选择u萃取剂的选择性萃取剂的选择性u萃取剂回收的难易与经济性萃取剂回收的难易与经济性u萃取剂的物理性质与化学性质萃取剂的物理性质与化学性质 u其其它它因因素素，如无毒或毒性小、无刺激性，难挥发，对设备的腐蚀性小，不易燃、易爆等。来源丰富，价格便宜，循环使用中损耗小。u工工业业生生产产中中常常用用的的萃萃取取剂剂可可分分为为三三大大类类：有机酸或它们的盐，如脂肪族的一元羧酸、磺酸、苯酚等；有机碱的盐，如伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐、

4、季胺盐等；中性溶剂，如水、醇类、酯、醛、酮等。2023/5/15适用范围适用范围5.萃取操作的选用萃取操作的选用一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。u原料液中各组分间的沸点非常接近，也即组分间原料液中各组分间的沸点非常接近，也即组分间的相对挥发度接近于的相对挥发度接近于1，若采用蒸馏方法很不经济；，若采用蒸馏方法很不经济；u料液在蒸馏时形成恒沸物，用普通蒸馏方法不能料液在蒸馏时形成恒沸物，用普通蒸馏方法不能达到所需的达到所需的 纯度；纯度；u原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若采用蒸若采用蒸

5、馏方法须将大量稀释剂汽化，能耗较大；馏方法须将大量稀释剂汽化，能耗较大；u原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分解、聚于分解、聚 合或发生其它变化。合或发生其它变化。2023/5/15二、二、萃取剂的选择萃取剂的选择二、液液相平衡二、液液相平衡 1.定义定义v萃取过程是液液两相间的溶质传递过程，两相萃取过程是液液两相间的溶质传递过程，两相间的平衡关系可以指明过程能否进行、进行的方间的平衡关系可以指明过程能否进行、进行的方向以及过程的热力学极限等。由相律知，温度、向以及过程的热力学极限等。由相律知，温度、压力会影响到平衡状态和平衡组成。压力会影响

6、到平衡状态和平衡组成。v液液液相平衡液相平衡是指在确定的萃取体系内和是指在确定的萃取体系内和一定的条件下，被萃取组分在两相之间所一定的条件下，被萃取组分在两相之间所具有的平衡分配关系具有的平衡分配关系。在达到萃取平衡之。在达到萃取平衡之后，这一分配关系并不随两相接触时间的后，这一分配关系并不随两相接触时间的加长而变化，即萃取过程是以此平衡分配加长而变化，即萃取过程是以此平衡分配关系作为过程的极限。关系作为过程的极限。2023/5/15v萃取过程中争少要涉及到萃取过程中争少要涉及到三个组分三个组分，即即溶质溶质A A、稀释剂、稀释剂B B和萃取剂和萃取剂S S。对于这。对于这种较为简单的种较为简

7、单的三元物系三元物系，若所选择的，若所选择的萃取剂和稀释剂两相不互溶或基本上萃取剂和稀释剂两相不互溶或基本上不互溶不互溶，则萃取相和萃余相中都只含，则萃取相和萃余相中都只含有两个组分，其平衡关系就类似于有两个组分，其平衡关系就类似于吸吸收操作中的溶解度曲线，可在直角坐收操作中的溶解度曲线，可在直角坐标上标绘。标上标绘。2023/5/15v若是萃取剂与稀释剂部分互溶，于是若是萃取剂与稀释剂部分互溶，于是在萃取相和萃余相中都含有三个组分在萃取相和萃余相中都含有三个组分。此时为了既可以表示出被萃取组分在此时为了既可以表示出被萃取组分在两相间的平衡分配关系，又可以表示两相间的平衡分配关系，又可以表示出

8、萃取剂和稀释剂两相的相对数量关出萃取剂和稀释剂两相的相对数量关系和互溶状况，通常则系和互溶状况，通常则采用在三角形采用在三角形坐标图中表示其平衡关系，即三角形坐标图中表示其平衡关系，即三角形相图。相图。下面介绍这种相图。下面介绍这种相图。2023/5/15三角形相图可分为正三角形和直角三角形两种、如下图三角形相图可分为正三角形和直角三角形两种、如下图（a a）和（）和（b b）所示，溶液组成通常采用质量百分率或质量）所示，溶液组成通常采用质量百分率或质量分率表示。分率表示。2.三角形相图及杠杆规则三角形相图及杠杆规则2023/5/15v图图中中，三三角角形形的的三三个个顶顶点点A A、B B、

9、S S各各代代表表一一种种纯纯组组分分。习习惯惯上上以以上上方方顶顶点点表表示示纯纯溶溶质质A A、左左下下方方顶顶点点表表示示纯纯稀稀释释剂剂B B、右右下下方方顶顶点点表表示示纯纯萃萃取取剂剂S S。三三角角形形各各边边上上的的任任一一点点均均代代表表一一个个二二元元混混合合物物系系的的组组成成，如如组组分分A A和和B B的的混混合合物物可可用用ABAB线线上上的的各各点点表表示示。三三角角形形内内任任一点则代表一点则代表个三元混合物系的组成个三元混合物系的组成。2023/5/15v例例如如图图中中点点M M，其其中中含含有有A A、B B、S S三三组组分分的的质质量量分分率率分分别别

10、以以x xw w,A A、x xW W,B B、x xw w,S S表表示示。现现过过M M点点分分别别做做三三个个边边的的平平行行线线DEDE、FKFK和和GHGH，因因为为在在与与BSBS边边平平行行的的DEDE线线上上，所所有有组组成成均均含含有有4040的的组组分分A A，同同理理在在FKFK线线上上均均含含有有20%20%的的组组分分S S，在在GHGH线线上上均均含含有有4040的的B B，而而DEDE、FKFK、GHGH三直线相交于一点三直线相交于一点M M，故，故M M点的组成为点的组成为2023/5/15x xw w,A A=BE=40%=BE=40%x xW W,B B=S

11、G=40%=SG=40%x xw w,S S=AK=20%=AK=20%x xw w,A A+x+xW W,B B+x+xw w，s s=0.4+0.4+0.2=1=0.4+0.4+0.2=1在上述等边三角形坐标图的情况下，也可以自在上述等边三角形坐标图的情况下，也可以自M M点向点向三个边做垂线，则由三条对应的垂线长度可以更三个边做垂线，则由三条对应的垂线长度可以更直观地读出此三元体系的组成关系，即由点直观地读出此三元体系的组成关系，即由点M M至至ABAB边的垂直距离代表组分边的垂直距离代表组分S S在在M M中的质量分率中的质量分率x xw w,S S由点由点M M至至BSBS边的垂直距

12、离代表组分边的垂直距离代表组分A A在在M M中的质量分率中的质量分率x xw w,A A ，由点，由点M M至至ASAS边的垂直距离代表组分边的垂直距离代表组分B B在在M M中的中的质量分率质量分率x xW W,B B 。2023/5/15v比较上述两种形式的三角形相图，虽然等比较上述两种形式的三角形相图，虽然等边三角形看起来较为直观，且较易了将基边三角形看起来较为直观，且较易了将基本原理表达清楚，但是使用起来需要专门本原理表达清楚，但是使用起来需要专门的坐标纸，因此不如直角三角形相图方便，的坐标纸，因此不如直角三角形相图方便，后者可采用普通坐标纸绘制，故目前多采后者可采用普通坐标纸绘制，

13、故目前多采用直角三角形坐标图。用直角三角形坐标图。(b)(b)所示为所示为等腰直等腰直角三角形，也可采用不等腰直角三角形，角三角形，也可采用不等腰直角三角形，但以等腰直角三角形作图较为方便。下面但以等腰直角三角形作图较为方便。下面主要用前者来阐述问题，而通过例题表明主要用前者来阐述问题，而通过例题表明后者的使用方法。后者的使用方法。2023/5/15三角形相图中的杠杆规则三角形相图中的杠杆规则(混合规则混合规则)下图为一浓度三角形图。下图为一浓度三角形图。2023/5/15若图中若图中R R、E E两点分别代表组成为两点分别代表组成为x xw w,ARAR、x xW W,BRBR、x xw w

14、,SRSR和和x xw w,AEAE、x xW W,BEBE、x xw w,SESE的两种的两种不同组成的三元混合液。现将不同组成的三元混合液。现将R R点的三点的三元混合液元混合液RkgRkg与与E E点的三元混合液点的三元混合液EkgEkg相相混合混合，混合后的总量为混合后的总量为MkgMkg，其组成为，其组成为 x xw w,AMAM、x xW W,BMBM、x xw w,SMSM，此组成可用图中，此组成可用图中的的M M点表示。点表示。2023/5/15依总物料衡算得依总物料衡算得 R+E=M R+E=M依溶质依溶质A A的衡算得的衡算得 R x R xw w,ARAR+E x+E x

15、w w,AEAE=M x=M xw w,AMAM式中式中 RR RR点组成的质量，点组成的质量，kg;kg;EE EE点组成的质量，点组成的质量，kg;kg;M M混合后混合后M M点组成的质量，点组成的质量，kg;kg;x xw w,ARAR溶质溶质A A在点在点R R处三元混合液中的质量分率处三元混合液中的质量分率x xw w,AEAE溶质溶质A A在点在点E E处三元混合液中的质量分率处三元混合液中的质量分率x xw w,AMAM溶质溶质A A在点在点M M处三元混合液中的质量分率处三元混合液中的质量分率2023/5/152023/5/15v由上可知，表示混合液组成的M点的位置必在R点与

16、E点的连线上，且线段RM与ME之比与混合前两个三元混合液的质量成反比，即为杠杆定律。v依此关系可以较方便的在浓度三角形图上定出M点的位置以确定混合后三元混合液的组成。2023/5/15上述三元混合液的组成M点称为组成R和E两溶液相混合时的和点。反之也可以说，当从三元混合液M中移除组成为E的液体，余下的溶液其组成必在EM联线的延长线上某一点R，此R点称为三元混合液M与移出溶液E的差点。其间的数量与组成的关系也同样可以证明服从杠杆定律，即2023/5/15v同理图中点E也称为三元混合液M与移出溶液R的差点。v杠杆规则的应用举例：某A、B二元溶液的组成以图下图上的点F代表。将吸收剂S加入其中，所得三

17、元混合液的总组成将以连线FS上的一点P代表，而点P的位置符合以下的比例关系2023/5/15当逐渐增加吸收剂的量S，点P将按此一比例关系沿FS线朝向顶点S移动。至于混合液中A与B的比例则不变，即与原二元溶液相同。2023/5/153三角形相图中的分配平衡关系三角形相图中的分配平衡关系v在萃取操作中常按由溶质A、稀释剂B、萃取剂S组成的三元混合液中各组分互溶度的不同，而将三元混合液分成下述几种类型：(1)组分A可完全溶解于B和S中，但B与S不互溶；(2)组分A可完全溶解于B及S中，而B与S为一对部分互溶的组分；(3)组分A与B可完全互溶，而B与S及A与S5为两对部分互溶的组分。v以第（2)类型的

18、三元混合液平衡相图为例说明在相平衡时溶质A在两相中的浓度关系。2023/5/15v如图曲线RDPGE称为溶解度曲线，曲线上每一点都是匀相点，是A、B、S三组分组成的三元混合液的分层点(或称混溶点)。溶解度曲线将三角形相图分成两个区。该曲线与底边R、E所围的区域为分层区或两相区，即三元混合液的组成落在此区内可分为两个液层。而在曲线上方的区域称为单相区，即三元混合液的组成落在曲线以上，则各组分完全互溶而形成均的液相。两相区是萃取过程的可操作范围。溶解度曲线与连接线2023/5/15v溶解度曲线数据可以通过实验测得。溶解度曲线数据可以通过实验测得。在三角瓶中称取在三角瓶中称取定量纯组分定量纯组分B

19、B，逐渐，逐渐滴加萃取剂滴加萃取剂S S，不断摇匀使其溶解，不断摇匀使其溶解。由。由于于B B中仅能溶解少量中仅能溶解少量S S，故，故滴加到一定滴加到一定数量后混合液开始发生混浊数量后混合液开始发生混浊，即，即出现出现了萃取剂了萃取剂S S相相。记录滴加的溶剂量，即。记录滴加的溶剂量，即为组分为组分B B中溶解萃取剂中溶解萃取剂S S的饱和溶解度。的饱和溶解度。此饱和溶解度可用直角三角形相图中此饱和溶解度可用直角三角形相图中的点的点R R表示，该点即分层点。表示，该点即分层点。2023/5/152023/5/15v在上述溶液中滴加少量溶质在上述溶液中滴加少量溶质A A，因溶质，因溶质A A的

20、的存在增加了存在增加了B B与与S S的互溶度。使混合液又呈的互溶度。使混合液又呈透明，此时混合液的组成在透明，此时混合液的组成在ARAR连线上的连线上的H H1 1点。点。再向此溶液中滴加再向此溶液中滴加S S，溶液再次呈现混浊，溶液再次呈现混浊，从而可算得新的分层点从而可算得新的分层点R R1 1的组成，此的组成，此R R1 1 必必须在须在SHSH1 1的连线上。在上述溶液中交替滴加的连线上。在上述溶液中交替滴加A A与与S S、重复上述实验，即可获得若干分层点、重复上述实验，即可获得若干分层点R R2 2、R R3 3等。等。今在另一三角瓶中称取一定量纯萃取剂今在另一三角瓶中称取一定量

21、纯萃取剂S S，逐，逐渐滴加组分渐滴加组分B B，则可得分层点，则可得分层点E E。再交替滴。再交替滴加溶质加溶质A A与与B B，同样可得若干分层点。，同样可得若干分层点。2023/5/15v将将上上述述实实验验所所得得分分层层点点连连成成一一条条光光滑滑的的曲曲线线，即即为为溶溶解解度度曲曲线线。整整个个实验均须在恒定温度下进行。实验均须在恒定温度下进行。v现现取取由由稀稀释释剂剂B B与与萃萃取取剂剂S S组组成成的的双双组组分分溶溶液液，其其组组成成以以图图中中的的M M点点表表示示。该该溶溶液液必必分分成成两两层层，其其组组成成分分别别为为点点R R和和E E表示。表示。2023/5

22、/15在此在此M M混合液中滴加少量溶质混合液中滴加少量溶质A A，混合液，混合液的组成移到的组成移到MAMA的连线上的连线上M M1 1点。充分摇匀，点。充分摇匀，使溶质使溶质A A在两相中的浓度达到平衡。静置在两相中的浓度达到平衡。静置分层后，取两相试样进行分析，它们的分层后，取两相试样进行分析，它们的组成分别在点组成分别在点R R1 1、E E1 1。此互成平衡的两。此互成平衡的两相称为共轭相相称为共轭相(或平衡液或平衡液)，R R1 1、E E1 1 的的联线称为平衡连接线联线称为平衡连接线(或称连接线或称连接线)。2023/5/15在上述两相混合液中逐次加入溶质在上述两相混合液中逐次

23、加入溶质A A，重，重复上述实验，则可在溶解度曲线下方得复上述实验，则可在溶解度曲线下方得若干条连接线，每一条连接线的两端皆若干条连接线，每一条连接线的两端皆为互成平衡的共轭相。这些线段长度是为互成平衡的共轭相。这些线段长度是随着组分随着组分A A含量的增加而逐渐变短，当含量的增加而逐渐变短，当A A的加入量增加到某一程度，混合液的组的加入量增加到某一程度，混合液的组成抵达图中点成抵达图中点N N处，分层现象就完全消失。处，分层现象就完全消失。继续加入止混合液将一直保持均相状态。继续加入止混合液将一直保持均相状态。2023/5/15v第第(2)(2)类型三元混合液的典型例子有丙酮类型三元混合液

24、的典型例子有丙酮(A)(A)水水(B)(B)甲基异丁基甲酮甲基异丁基甲酮(S)(S)，醋酸，醋酸(A)(A)水水(B)(B)苯苯(S)(S)、丙酮丙酮(A)(A)氯仿氯仿(B)(B)水水(S)(S)等。等。在相图上二两相区面积的大小，不仅取决于三组分在相图上二两相区面积的大小，不仅取决于三组分体系本身的性质，而且与操作温度有关。如图体系本身的性质，而且与操作温度有关。如图8-98-9所所示为二十二烷示为二十二烷(A)(A)二苯基乙烷二苯基乙烷(B)(B)糠醛糠醛(S)(S)三元混三元混合液的相图，当温室依次由合液的相图，当温室依次由4545升高到升高到8080、115 115 、140 140

25、 时，两相区随温度升高而逐渐缩小。时，两相区随温度升高而逐渐缩小。若温度再继续上升，则两相区完全消失，而成为一若温度再继续上升，则两相区完全消失，而成为一个完全互溶的均相三元混合液，这时萃取操作将无个完全互溶的均相三元混合液，这时萃取操作将无法进行。法进行。2023/5/15 图图中中PLPL曲曲线线称称为为辅辅助助曲曲线线，此此曲曲线线间间接接地地表表达达三三元元混混合合液液中中相相互互平平衡衡的的两两液液层层间间的的组组成成关关系系。可可借借此此辅辅助助曲曲线线确确定定平平衡衡分分配配关关系系。辅辅助助曲曲线线可可按按如如下下步步骤骤绘绘出出：参参照照下下图图a a，假假设设已已知知连连接

26、接线线R R1 1、E E1 1,，R R2 2、E E2 2,R R3 3、E E3 3做做BSBS边边的的平平行行线线，又又从从E E1 1、E E2 2、E E3 3 做做BSBS边边的的垂垂线线，则则可可得得三三个个对对对对应应的的交交点点H H、K K、J J，连连接接诸诸交交点点的的曲曲线线LJKHPLJKHP即即为为辅辅助助线线，又又称称共共轭曲线。轭曲线。临界混溶点和辅助曲线2023/5/15也可参照图也可参照图b的方法绘制，即是从的方法绘制，即是从E1、E2、E3、E4和和R1、R2、R3、R4、各点分别做各点分别做AB边和边和AS边边的平行线而得四个相应的交点的平行线而得四

27、个相应的交点H、I、L、N，连结诸交连结诸交点也可得辅助曲线。点也可得辅助曲线。2023/5/15v因此，可依辅助曲线，而从指定点因此，可依辅助曲线，而从指定点E E做做BSBS边垂线，边垂线，与辅助线交于一点与辅助线交于一点M M再从再从M M点做点做BSBS边的平行线交溶边的平行线交溶解度曲线于点解度曲线于点R R，则，则R R点即为点即为E E相的共轭相。同理亦相的共轭相。同理亦可由确定点可由确定点R R利用辅助曲线找出对应的点利用辅助曲线找出对应的点E E，该，该E E点点即为即为R R相的共轭相。相的共轭相。2023/5/15 辅助线终止于溶解曲线辅助线终止于溶解曲线上的点上的点P

28、P，通过点通过点P P的连接线为无限短，相当于这一的连接线为无限短，相当于这一混合液的临界状况，而称点混合液的临界状况，而称点P P为临界混溶为临界混溶点。它将溶解度曲线分为左右两支，左点。它将溶解度曲线分为左右两支，左支上的任一点与右支上某支上的任一点与右支上某点点(通过辅助通过辅助线做出线做出)成平衡关系，可连成连接线。由成平衡关系，可连成连接线。由于连接线通常都定的斜率，故临界混溶于连接线通常都定的斜率，故临界混溶点一般并不在溶解度曲线的最高点，其点一般并不在溶解度曲线的最高点，其位置可由实验求得。位置可由实验求得。2023/5/15将三角形相图上各组相对应的平衡液层中溶质将三角形相图上

29、各组相对应的平衡液层中溶质A A的浓的浓度若转移到度若转移到xyxy直角坐标上，即可得到直角坐标上，即可得到分配曲线分配曲线。如图曲线如图曲线ONPONP即为有一对组分部分互溶时的分配曲线。即为有一对组分部分互溶时的分配曲线。图中图中x xw w,ARAR组分组分A A在在R R相中的质量分率相中的质量分率 y yw w,AE AE 组分组分A A在在E E相中的质量分率相中的质量分率x xw w,APAP、y yw w,AP AP 组分组分A A在临界混合点在临界混合点P P处的质量分率处的质量分率分分配配曲曲线线表表达达了了溶溶质质A A在在相相互互平平衡衡的的R R与与E E相相中中的的

30、分分配配关关系系。若若已已知知某某液液相相组组成成，可可用用分分配配曲曲线线查查出出与与此此液液相相平平衡衡的的另另一一液液相相组组成成，在在这这一一点点上上分分配配曲曲线线与与辅助线的作用是一样的辅助线的作用是一样的 分配曲线与分配系数分配曲线与分配系数2023/5/15不同物系的分配曲线形状不同，同一物系的分配曲线随温度而变。不同物系的分配曲线形状不同，同一物系的分配曲线随温度而变。2023/5/15常用常用分配系数分配系数表达组分表达组分A A在平衡共存的两液相中的分在平衡共存的两液相中的分配关系，即配关系，即式中式中yw,AB yw,AB 组分组分A A在在E E相中的浓度，质量分率；

31、相中的浓度，质量分率；v xw,AR xw,AR组分组分A A在在R R相中的浓度，质量分率；相中的浓度，质量分率；v分配系数为在一定温度下，当原料液与加入的萃分配系数为在一定温度下，当原料液与加入的萃取剂达到平衡时，组分取剂达到平衡时，组分A A在两个液层中的浓度之比。在两个液层中的浓度之比。v显然显然KAKA的数值与取哪相的浓度值作为分子有关。的数值与取哪相的浓度值作为分子有关。在萃取操作中，一般以富萃取剂相的浓度做分子，在萃取操作中，一般以富萃取剂相的浓度做分子，以富稀释剂相的浓度做分母以富稀释剂相的浓度做分母2023/5/15v由于分配曲线不是直线，故在一定温度下，由于分配曲线不是直线

32、，故在一定温度下，同一物系的同一物系的K KA A 值随溶质值随溶质A A的浓度而变。当溶的浓度而变。当溶质质A A的浓度变化不大时，的浓度变化不大时，K KA A 在恒温在恒温 下可视为下可视为常数，其值可由实验确定。常数，其值可由实验确定。v对对S S与与B B部分互溶的物系，部分互溶的物系，K KA A与连接线的斜率与连接线的斜率有关。显然，连接线的斜率愈大，有关。显然，连接线的斜率愈大，K KA A 也愈大，也愈大，愈有利于萃取的分离。愈有利于萃取的分离。2023/5/15例题例题1 1 醋酸醋酸苯苯水三元混合液，在水三元混合液，在2525的液的液液平衡数据如本例附表所示。液平衡数据如

33、本例附表所示。表中所列出的数据均为苯相与水相互成表中所列出的数据均为苯相与水相互成平衡的两液层的组成。依此数据，在直平衡的两液层的组成。依此数据，在直角三角形坐标上标绘（角三角形坐标上标绘（1)1)溶解度曲线；溶解度曲线；(2)(2)绘出与本例附表中实验序号第绘出与本例附表中实验序号第2 2、3 3、4 4、6 6、8 8组数据相对应的连接线；组数据相对应的连接线；(3)(3)绘绘出辅助曲线并标出临界混溶点。出辅助曲线并标出临界混溶点。2023/5/152023/5/15解：解：1 1）根据本题附表所给出的数据，首先在直角三根据本题附表所给出的数据，首先在直角三角形坐标上标出此混合液的各组成点

34、，连接各点角形坐标上标出此混合液的各组成点，连接各点即可得如附图所示的溶解度曲线。即可得如附图所示的溶解度曲线。2)2)根据附表中第根据附表中第2 2、3 3、4 4、6 6、3 3各组数据，在本例各组数据，在本例附图上先标绘出附图上先标绘出R R1 1、E E1 1、R R2 2、E E2 2各点，连接各各点，连接各对应点所得的直线对应点所得的直线R R1 1E E1 1、R R2 2E E2 2 即为所求的连即为所求的连接线。接线。3)3)附表中最末一组数据附表中最末一组数据E E与与R R点的组成相同，即表明点的组成相同，即表明互成平衡的两液相组成重合于一点，此点即为临互成平衡的两液相组

35、成重合于一点，此点即为临界混溶点，即本题附图中的界混溶点，即本题附图中的P P点。点。从从E E1 1点点做做垂垂直直线线，从从R R1 1点点做做水水平平线线，两两线线相相交交于于G G点点;同同样样从从E E2 2 、E E3 3 E E4 4、E E5 5做做垂垂线线，再再从从R R2 2、R R3 3、R R4 4、R R5 5做做水水平平线线，得得出出交交点点H H、I I、J J、L L，连连接接PLJIHGSPLJIHGS诸诸点，即得所欲求的辅助曲线。点，即得所欲求的辅助曲线。2023/5/15例例2 2 在例在例1 1的系统中，若已知在的系统中，若已知在2525时，此时，此三元

36、混合液充分流合后，静置分为两个液层。三元混合液充分流合后，静置分为两个液层。其一液层的组成为其一液层的组成为1515醋酸、醋酸、0 05 5水、其水、其余为苯余为苯(均为质量均为质量)。现利用例。现利用例1 1已绘出的辅已绘出的辅助曲线，图解求出与其相平衡的另一液相组助曲线，图解求出与其相平衡的另一液相组成，绘出其连接线，并求出在本例题条件下成，绘出其连接线，并求出在本例题条件下醋酸在两液相中的分配系数醋酸在两液相中的分配系数K KA A的数值。的数值。2023/5/152023/5/15解：解：(1(1）在例）在例1 1附图中液解度曲线是已知的，按题意附图中液解度曲线是已知的，按题意看先标出

37、组成为看先标出组成为1515醋酸、醋酸、0.50.5水的组成点，此水的组成点，此点在临界混溶点点在临界混溶点P P的左侧，即的左侧，即R R点。由点。由R R点仿水平线点仿水平线与辅助线相交于点与辅助线相交于点Q Q，再由点，再由点Q Q做垂直线与溶解度做垂直线与溶解度曲线相交于点曲线相交于点E E，连，连RERE即为所求之连接线。由图上即为所求之连接线。由图上点点E E可以读出与含有醋酸可以读出与含有醋酸1515、水、水0.5%0.5%，其余为苯，其余为苯的的R R相组成相平衡的相组成相平衡的E E相组成为相组成为5959醋酸、醋酸、3737水、水、4 4苯苯。2 2）醋酸在）醋酸在R R相

38、中的含量为相中的含量为1515，在，在E E相中的含量为相中的含量为5959。所以其分配系数，。所以其分配系数，KA=yw,AB/xw,AR=0.59/0.15=3.932023/5/15三、萃取设备三、萃取设备u液液液萃取设备的种类很多，但目前尚不存在各液萃取设备的种类很多，但目前尚不存在各种性能都比较完美的设备，萃取设备的研究还不够种性能都比较完美的设备，萃取设备的研究还不够成熟，尚待进一步开发与改善。成熟，尚待进一步开发与改善。u萃取设备萃取设备应有的应有的主要性能主要性能是能为两液相提供充分是能为两液相提供充分混合与充分分离的条件，使两液体相之间具有很大混合与充分分离的条件，使两液体相

39、之间具有很大的接触面积的接触面积，这种界面通常是将一种液相分散在另，这种界面通常是将一种液相分散在另一种液相中所形成。分散成滴状的液相称为一种液相中所形成。分散成滴状的液相称为分散相分散相，另一个呈连续的液体相称为另一个呈连续的液体相称为连续相连续相。显然，。显然，分散的分散的液滴越小，两相的接触面积越大，传质越快。液滴越小，两相的接触面积越大，传质越快。为此，为此，在萃取设备内装有喷嘴、筛孔板、填料或机械搅拌在萃取设备内装有喷嘴、筛孔板、填料或机械搅拌装置等。装置等。为使萃取过程获得较大的传质推动力，两为使萃取过程获得较大的传质推动力，两相流体在萃取设备内以逆流流动方式进行操作。相流体在萃取

40、设备内以逆流流动方式进行操作。2023/5/15在工业生产中由于塔式萃取设备有较大的生在工业生产中由于塔式萃取设备有较大的生产能力，设备投资不大，萃取分离效果较好，产能力，设备投资不大，萃取分离效果较好，两相可实现连续逆流操作，所以生产上大多两相可实现连续逆流操作，所以生产上大多采用各种类型的萃取塔进行萃取操作。本节采用各种类型的萃取塔进行萃取操作。本节重点介绍几种常用萃取塔。重点介绍几种常用萃取塔。2023/5/151.1.填料萃取塔填料萃取塔 填料萃取塔的结构与吸收和精馏使用的填料萃取塔的结构与吸收和精馏使用的填料塔基本相同。在塔内装填充物，连续相填料塔基本相同。在塔内装填充物，连续相充满

41、整个塔中，分散相以滴状通过连续相。充满整个塔中，分散相以滴状通过连续相。填料可以是拉西环、鲍尔环、鞍形填料、丝填料可以是拉西环、鲍尔环、鞍形填料、丝网填料等，材料有陶瓷、金属或塑料。网填料等，材料有陶瓷、金属或塑料。2023/5/15为了有利于液滴的形成和液滴的稳定性，所为了有利于液滴的形成和液滴的稳定性，所用的填料材料应被连续相优先润湿。用的填料材料应被连续相优先润湿。一般瓷一般瓷质填料易被水优先润湿，石墨和塑料填料则质填料易被水优先润湿，石墨和塑料填料则易被大部分有机液优先润湿，对于金属填料易被大部分有机液优先润湿，对于金属填料易被水溶液优先润湿，这均应由试验决定。易被水溶液优先润湿，这均

42、应由试验决定。在应用丝网填料时，为了防止转相，应被分在应用丝网填料时，为了防止转相，应被分散相所润湿。散相所润湿。2023/5/15为了减少壁流，填料尺寸应小于塔径的为了减少壁流，填料尺寸应小于塔径的1 181811010。由于塔径增大后轴向混合增加，。由于塔径增大后轴向混合增加，填料塔很高时液体易发生沟流，因此填料塔很高时液体易发生沟流，因此为减少为减少液体的轴向混合与沟流，通常在塔高液体的轴向混合与沟流，通常在塔高35m35m的的间距设置液体再分布装置。间距设置液体再分布装置。为防止过早的液为防止过早的液泛，喷料嘴必须穿过填料支持器泛，喷料嘴必须穿过填料支持器2550mm2550mm，而填

43、料支持器必须具有尽可能大的自由截面，而填料支持器必须具有尽可能大的自由截面，以尽量减少压力降及沟流以尽量减少压力降及沟流。2023/5/15填料塔结构简单，造价低廉，操作方便，故在工业中仍有一定的应用。虽然填料塔不宜处理含固体的流体，但适用于处理腐蚀性流体。在处理量比较小的物系中，应用仍较广泛。与喷淋塔相比，由于填料增进了相际间的接触，减少了轴向混合，因而提高了传质速率，但是效率仍较小。工业填料萃取塔高度一般为2030m，因而在工艺条件所需的理论级数小于3的情况下，可以考虑选用。2023/5/15对于标准的工业填料，在液对于标准的工业填料，在液液萃取中有一个临界液萃取中有一个临界的填料尺寸。大

44、多数液的填料尺寸。大多数液-液萃取系统填料的临界直径液萃取系统填料的临界直径约为约为12mm12mm或更大些，工业上一般可选用或更大些，工业上一般可选用15mm15mm或或25mm25mm直径的填料，以保证适当的传质效率和两相的流通直径的填料，以保证适当的传质效率和两相的流通能力。能力。各种填料的处理能力和传质性能各有不同，对一个各种填料的处理能力和传质性能各有不同，对一个新的萃取过程，最适宜的填料型式，应由试验决定。新的萃取过程，最适宜的填料型式，应由试验决定。2023/5/152.2.筛板萃取塔筛板萃取塔 筛筛板板(多多孔孔板板)塔塔，结结构构如如图图。它它与与筛筛板板蒸蒸馏馏塔塔的的结结

45、构构相相似似，但但是是筛筛板板的的孔孔径径要要比比蒸蒸馏馏塔塔的的小小，筛筛板板间间距距也也和和蒸蒸馏塔稍有不同。馏塔稍有不同。2023/5/15如果轻液为分散相，轻液由底部进入，经筛孔板分散成液滴，在塔板上与连续相密切接触后分层凝聚，并积聚在上一层筛板的下面，然后借助压力的推动再经孔板分散，最后由塔顶排出。重液连续地由上部进入，经降液管至筛板后通过溢流堰流入降液管进入下面一块筛板。依次反复，最后由塔底排出。2023/5/15如果重液是分散相，则塔板上的降液管须改为升液管，连续相如果重液是分散相，则塔板上的降液管须改为升液管，连续相(轻液轻液)通过升液管进入上一层塔板。通过升液管进入上一层塔板

46、。2023/5/15因为连续相的轴向混合被限制在板与板之间范围内，而没有扩展至整个塔内，同时分散相液滴在每一块塔板上进行凝聚和再分散，使液滴的表面得以更新，因此筛板塔的萃取效率比填料塔有所提高。由于筛板塔结构简单，价格低廉，尽管级效率较低，仍在许多工业萃取过程中得到应用，尤其是在萃取过程所需理论级数少、处理量较大以及物系具有腐蚀性的场合。国内在芳烃抽提中应用筛板塔效果良好。2023/5/15为了提高板效率，使分散相在孔板上易于形成液滴，筛板材料必须优先为连续相所润湿，因此有时需应用塑料或将塔板涂以塑料，或者分散相由板上的喷嘴形成液滴，同时选择体积流量大的流体为分散相。2023/5/15为了保证

47、筛板塔的正常操作，在设计中，应考虑以下几点：分散相应均匀地通过全部筛孔，防止连续相短路而导致板效率降低；选择适当的筛孔流速，筛孔流速过低，易形成分散相滴状流出；筛孔流速过高，易产生分散相喷射，对传质均不利；两相在板间明显分层，并且要有一定高度的分散相积累层；连续相经降液管(或溢流管)流动时，所夹带的分散液滴要少，以避免过大轴向混合。2023/5/153.3.转盘萃取塔转盘萃取塔 转盘塔是装有回旋搅拌圆盘的萃取设备，结构如图。塔体呈圆筒形，其内壁上装有固定环，将塔分隔成许多小室，塔的中心从塔顶插入一根转轴，转盘即装在其上。转轴由塔顶的电动机带动。2023/5/15在固定环与转盘之间有一自由空间，

48、这一自由空间不仅能提高萃取速率，增加流通量，而且能保证使转盘装入固定环开孔部分中央，在必要时还可将转轴从塔顶抽出。塔的顶部和底部是澄清区，它们同塔中段的萃取区有的用格栅相隔。2023/5/15互相接触的两种液体，可以间歇加入，也可以连续加入，一般都用连续加入的方法。当采用并流操作时，两种液体同时从塔顶或者塔底加入塔内；当采用逆流操作时，不管间歇加料还是连续加料，都是重液从塔顶进入，轻液从塔底进入，这时轻液和重液都可作为连续相。2023/5/15当变速电机起动后，圆盘高速旋转，并带动两相一起转动，因而在液体中产生剪应力。剪应力使连续相产生涡流，处于湍动状态，使分散相破裂，形成许多大小不等的液滴，

49、从而增大了传质系数及接触界面。固定环的存在在一定程度上抑制了轴向混合，因此转盘塔萃取效率较高。2023/5/15转盘塔结构简单，造价低廉，维修方便。由于它的操作弹性大，流通量大，因而在石油化学工业中，转盘塔应用比较广泛。除此之外，也可作为化学反应器；而且它很少会发生堵塞，因此也适用于处理含有固体物料的场合。2023/5/15塔的主体部分是高径比很大的圆柱形筒体，中间装有若干带孔的不锈钢或其他材料制成的筛板，筛板可用支撑柱和固定环按一定板间距固定。塔的上、下两端分别设有上澄清段和下澄清段，运行时两相界面的位置取决于连续相及分散相的选择。2023/5/15在塔体的相应部位装有各液流的人口管、出口管

50、、脉冲管，用作冲洗、放空、排空的管线以及各种参数(界面、温度等)的测量点。为使进料液分布均匀，进料管往往采用配头或喷淋头的形式。2023/5/154.4.往复振动筛板塔往复振动筛板塔 往复振动筛板塔，结构如图。它是由一组开孔的筛板和挡板所组成，筛板安装在中轴上，由装在塔顶的传动机械驱动中心轴进行往复运动，振幅一般为350mm，往复速度可达1000rmin。该塔特点是：通量高；可以处理易乳化含有固体的物系；结构简单，容易放大；维修和运动费低。2023/5/15往复振动筛板塔自开发以来，现已广泛地应用于石油化工、食品、制药和湿法冶金工业中，如提纯药物、废水脱酚、由水溶液中回收乙酸、从废水中提取有机