(6.2)--12.2化工原理绪论化工原理.ppt

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1、19:39119:391第四节第四节 萃取过程的计算萃取过程的计算 一、一、单级萃取的计算单级萃取的计算 二、二、多级错流萃取的计算多级错流萃取的计算三、三、多级逆流萃取的计算多级逆流萃取的计算四、四、溶剂比对逆流萃取理论级数的影响溶剂比对逆流萃取理论级数的影响五、五、微分接触式逆流萃取微分接触式逆流萃取六、回流六、回流萃取萃取七、超临界七、超临界萃取萃取19:39219:392理论级：理论级：理论级：理论级：离开萃取器的萃取相与萃余相达到平衡。离开萃取器的萃取相与萃余相达到平衡。对对分分级级式式萃萃取取过过程程，可可先先求求出出所所需需理理论论级级数数，然然后后由由基基于于质量传递速度的级效

2、率确定所需的实际级数。质量传递速度的级效率确定所需的实际级数。由相际传质所产生的热效应较小，萃取可视为等温过程由相际传质所产生的热效应较小，萃取可视为等温过程1 1、单级萃取的计算、单级萃取的计算 计计计计算算算算任任任任务务务务：给给定定 F、xF、yS、xR（或或xR）等等条条件件，根根据据相相平平衡数据和物料衡算求出衡数据和物料衡算求出 S，E、yE、E、yE。萃取相E,yE萃余相R,xR料液F,xF萃取剂S,yS萃取液E,yE萃余液R,xR脱除 S脱除 S19:39319:393根根据据平平衡衡数数据据作作出出溶溶解解度度曲曲线及辅助线。线及辅助线。首首先先根根据据进进料料液液组组成成

3、xF,在在 AB 边边上上定定出出 F 点点，由由萃萃取取剂剂组组成成确确定定 S0 点点。联联结结 FS0，代代表表原原料料液液与与萃萃取取剂剂的的混混合合液液 M 点必在点必在 FS0 线上。线上。1)1)萃取剂与原溶剂部分互溶萃取剂与原溶剂部分互溶单级萃取可间歇或连续操作。计算方法有解析法和图解法。单级萃取可间歇或连续操作。计算方法有解析法和图解法。三角形相图上的图解法三角形相图上的图解法三角形相图上的图解法三角形相图上的图解法ABSREERF由由 xR（或或 xR）定定出出 R 点点（若若知知 R 点点，连连 S0R 线线与与溶溶解解度度曲曲线线的的交交点点即即为为 R 点点）。再再由

4、由 R 点点利利用用辅辅助助曲曲线线求求出出 E 点点，则则 RE 与与 FS0 线的交点即为混合液的组成点线的交点即为混合液的组成点 M。M单级萃取图解法S019:39419:394根据杠杆法则根据杠杆法则 溶剂比溶剂比 yE、xM、xR、xR、yE可可由由相相图读出。图读出。ABSREERFM单级萃取图解法S019:39519:395D点：最小萃取剂用量，点：最小萃取剂用量，SminG点：最大萃取剂用量，点：最大萃取剂用量，Smax最小萃取剂用量和最大萃取剂用量最小萃取剂用量和最大萃取剂用量由于，萃取只能在三元相图中的两相区内进行。由于，萃取只能在三元相图中的两相区内进行。因此，对单级萃取

5、，原料量因此，对单级萃取，原料量 F 及组成一定：及组成一定：萃取操作萃取操作S应满足下列条件应满足下列条件：ABSREFM单级萃取图解法S0DG19:39619:396计算方法与吸收相似。计算方法与吸收相似。以以质质量量比比Y(kgA/kgS)和和 X(kgA/kgB)表示的平衡关系为：表示的平衡关系为：单级系统的物料衡算：单级系统的物料衡算：2 2）萃取剂与原溶剂完全不互溶萃取剂与原溶剂完全不互溶 适适用用于于萃萃取取剂剂与与原原溶溶剂剂完完全全不不互互溶溶或或互互溶溶度度很很小小，且且在在操操作作范围内溶质范围内溶质A对对 B、S 的互溶度又无明显影响的体系。的互溶度又无明显影响的体系。

6、单级萃取操作的操作线方程单级萃取操作的操作线方程 Y10分配曲线Y0X1XF操作线直角坐标图上的图解方法直角坐标图上的图解方法直角坐标图上的图解方法直角坐标图上的图解方法19:39719:3972 2、多级错流萃取的计算、多级错流萃取的计算单单级级萃萃取取分分离离程程度度有有限限，可可采采用用多多级级萃萃取取进进一一步步降降低低萃萃余余相相中溶质的浓度。多级错流的计算只是单级的多次重复。中溶质的浓度。多级错流的计算只是单级的多次重复。第一级：第一级：F+S0 M1，M1 E1+R1（平衡相）（平衡相）第二级：第二级：R1+S0 M2，M2 E2+R2（平衡相）（平衡相）第三级：第三级：R2+S

7、0 M3，M3 E3+R3（平衡相）（平衡相）依依次次计计算算，直直到到萃萃余余相相中中溶溶质质的的浓浓度度等等于于或或小小于于所所要要求求的的浓浓度为止，标绘的联结线数目即为理论级数。度为止，标绘的联结线数目即为理论级数。萃取剂S0,y0料液F,xF萃取相Extract萃余相RaffinateM1M2M3MnE1,y1R1E2,y2E3,y3En,ynR2R3Rn-1Rn设各级萃取剂用量均为S019:39819:398M1(FS0 上上)M2(R1S0上上)M3(R2S0上上)1 1）萃取剂与原溶剂部分互溶）萃取剂与原溶剂部分互溶三角形相图上的图解方法三角形相图上的图解方法三角形相图上的图解

8、方法三角形相图上的图解方法ABSR1E1FM1多级错流萃取图解法S0E2R2M3M2E3R319:39919:399操作线方程操作线方程 平衡关系：平衡关系：任一级系统的物料衡算：任一级系统的物料衡算：2 2）萃取剂与原溶剂完全不互溶体系萃取剂与原溶剂完全不互溶体系 由由平平衡衡数数据据绘绘出出 XY 平平衡衡曲曲线线，由由每每一一级级物物料料衡衡算算得得出出操操作线，直到第作线，直到第 n 级萃余相中的浓度级萃余相中的浓度 Xn0，流量沿，流量沿R 方向增加，方向增加，D P2萃取器分离器P1P2压缩机膨胀阀T1T219:392819:3928超临界萃取的典型流程超临界萃取的典型流程等压变温

9、流程等压变温流程等压变温流程等压变温流程利利用用不不同同温温度度下下超超临临界界流流体体萃萃取取能能力力（溶溶解解度度）的的差差异异，通通过过改改变温度使溶质与超临界流体分离。变温度使溶质与超临界流体分离。特点：特点：特点：特点：T1 T2，P1=P2萃萃取取器器分分离离器器 P P1 1P P2 2泵泵加热器加热器T1T219:392919:3929超临界萃取的典型流程超临界萃取的典型流程等温等压吸附流程等温等压吸附流程等温等压吸附流程等温等压吸附流程在在分分离离器器内内放放置置仅仅吸吸附附溶溶质质而而不不吸吸超超临临界界流流体体的的吸吸附附剂剂，通通过过吸吸附过程来达到溶质与超临界流体分离

10、的目的。附过程来达到溶质与超临界流体分离的目的。特点：特点：特点：特点：T1=T2，P1=P2萃萃取取器器分分离离器器P P1 1P P2 2泵泵T1T2吸附剂吸附剂19:393019:3930超临界萃取的特点超临界萃取的特点超超临临界界萃萃取取在在溶溶解解能能力力、传传质质性性能能以以及及溶溶剂剂回回收收方方面面有有突突出出的的优优点，主要表现在：点，主要表现在：超超临临界界流流体体的的密密度度与与溶溶解解能能力力接接近近于于液液体体，而而又又保保持持了了气气体体的的传递特性，故传质速率高，可更快达到萃取平衡；传递特性，故传质速率高，可更快达到萃取平衡；操操作作条条件件接接近近临临界界点点，

11、压压力力、温温度度的的微微小小变变化化都都可可改改变变超超临临界界流体的密度与溶解能力，故溶质与溶剂的分离容易，费用低；流体的密度与溶解能力，故溶质与溶剂的分离容易，费用低；超临界萃取具有萃取和精馏的双重特性，可分离难分离物质；超临界萃取具有萃取和精馏的双重特性，可分离难分离物质；超超临临界界流流体体一一般般具具有有化化学学性性质质稳稳定定、无无毒毒无无腐腐蚀蚀性性、萃萃取取操操作作温度不高等特点，故特别适用于医药、食品等行业；温度不高等特点，故特别适用于医药、食品等行业；超临界萃取一般在高压下进行，设备投资较大。超临界萃取一般在高压下进行，设备投资较大。19:393119:3931超临界萃取

12、的应用实例超临界萃取的应用实例超超临临界界萃萃取取在在石石油油残残渣渣中中油油品品的的回回收收、咖咖啡啡豆豆中中脱脱除除咖咖啡啡因因、啤啤酒花中有效成分的提取等过程中已成功地应用于大规模生产。酒花中有效成分的提取等过程中已成功地应用于大规模生产。超临界超临界超临界超临界COCO2 2分离提取天然产物中的有效成分分离提取天然产物中的有效成分分离提取天然产物中的有效成分分离提取天然产物中的有效成分超超临临界界CO2萃萃取取操操作作温温度度较较低低，能能避避免免天天然然产产物物中中有有效效成分的分解。可用于成分的分解。可用于咖咖啡啡豆豆水水洗洗塔塔精精馏馏塔塔COCO2 2+咖啡因咖啡因咖啡因咖啡因

13、CO2(90oC,1622MPa)脱气罐脱气罐水水咖啡豆中脱除咖啡因咖啡豆中脱除咖啡因名贵香花中提取精油名贵香花中提取精油啤啤酒酒花花及及胡胡椒椒等等物物料料中中提提取香味成分或香精取香味成分或香精大豆中提取豆油等大豆中提取豆油等19:393219:3932超临界萃取的应用实例超临界萃取的应用实例许许多多反反应应产产物物中中有有效效成成分分的的浓浓度度很很低低，用用精精馏馏或或蒸蒸发发进进行行浓浓缩缩的的能能耗耗很很大大。用用超超临临界界COCO2 2萃萃取取可可将将有有机机物物从从水水相相转转入入COCO2 2相相，以以达到节能的目的。达到节能的目的。超临界萃取在生化工程中的应用超临界萃取在

14、生化工程中的应用超临界萃取在生化工程中的应用超临界萃取在生化工程中的应用稀水溶液中有机物的分离稀水溶液中有机物的分离稀水溶液中有机物的分离稀水溶液中有机物的分离用用超超临临界界CO2萃萃取取氨氨基基酸酸、去去除除链链霉霉素素生生产产中中的的甲甲醇醇等等有有机机溶溶剂剂以以及及从从单单细细胞胞蛋蛋白白游游离离物物中中提提取取脂类等。脂类等。活性炭的再生活性炭的再生活性炭的再生活性炭的再生用用超超临临界界CO2萃萃取取法法可可解解决决传传统统的的高高温温再再生生或或化化学学再再生生中中存存在在的的高高费费用用、吸吸附附剂剂损损失失以以及及二二次次污污染等问题。染等问题。补充补充COCO2 2再再生生器器再再生生器器压缩机压缩机吸附质吸附质换热器换热器