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《化工原理》第十一章 液液萃取和固液萃取2讲

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化工原理 液液萃取

化工原理 液液萃取
第十一章 液液萃取（抽提） Liquid Extraction
11.1 概述
液-液萃取（抽提）：在液体混合物中加入一种 与其不溶或部分互溶的液体溶剂，经过充分混合， 分相，利用混合液中各组分在溶剂中溶解度的差 异而实现分离的一种单元操作。又称溶剂萃取。
目的: 分离液-液混合物。 操作依据: 利用混合物中各组分在某一溶剂中 的溶解度之间的差异。
两相接触方式
微 分 接 触
级 式 接 触
11.2 液-液相平衡关系
11.2.1 三角形坐标及杠杆定律
11.2.1.1 三角形坐标 三元混合液的表示方法：
三角形坐标
等边三角形 直角三角形（等腰直角三角形和不等腰直角三角形）
① 表示方法 习惯表示法： ▲ 各顶点表示纯组分； ▲ 每条边上的点为两组分混合物； ▲ 三角形内的各点代表不同组成的三元混合物。
液液萃取的应用
1、在石油化工中的应用 随着石油化工的发展，液液萃取已广泛应用于分离各种
有机物质。轻油裂解和铂重整产生的芳烃混合物的分离是重 要的一例。该混合物中各组分的沸点非常接近，用一般的分 离方法很不经济。工业上采用Udex、Shell、Formex等萃取 流程，分别用环丁砜、四甘醇、N-甲基吡咯烷酮为溶剂，从 裂解汽油的重整油中萃取芳烃。对于难分离的乙苯体系，组 分之间的相对挥发度接近于1，用精馏方法不仅回流比大， 塔板还高达300多块，操作费用极大。可采用萃取操作以HFBF3作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体。
A
mE RM mR ME
点P组成按上述长度为
A：30% B：50% S：20%
A
80
20
UF
60 Q Z 40
40 E 20
S%

化工原理讲稿(下册)-应化第十一章萃取讲(2)

化工原理讲稿(下册)-应化第十一章萃取讲(2)
课前思考
1、吸收的理论依据？ 2、单组分吸收涉及的组分A、B、S的含义？ 3、单组分吸收中气相由？组成，液相由？组成？
4、x、y、X、Y的含义？为何定义X、Y？
5、吸收溶解度曲线？T、p如何影响？ 6.吸收过程的相平衡关系如何表达？
编辑ppt
1
第十一章 萃取 Extraction 第一节 概述 第二节 萃取的基本原理 第三节 萃取过程的计算
编辑ppt
12
四、应用场合-之三
热敏性物质的分离：
在生化制药的过程中，生成复杂 的有机液体混合物，这些物质大多为 热敏性混合物。选择适当的溶剂进行 萃取，可避免受热损坏，提高有效物 质的收率。例如青霉素的生产，用玉 米发酵得到的含青霉素的发酵液，以 醋酸丁脂为溶剂，经过多次萃取得到 青霉素的浓溶液。
单元操作
液-液萃取 EXTRACTION
蒸馏 DISTILLATION 吸收 ABSORPTION
操作原理
利用组分在萃取剂中溶解 度不同分离液体混合物
利用组分的挥发度不同分 离液体混合物 利用组分溶解度不同分离 气体混合物
扩散方式
单向扩散
反向扩散 单向扩散
编辑ppt
10
四、应用场合-之一
沸点接近或相对挥发度接近于1的物系分离：
编辑ppt
21
一、三元组成的表示方法-解决方法
利用三角形……
A
A
A
M
B
M
S
B
SB
编辑ppt
M
S
22
一、三元组成的表示方法-△顶点
纯组分 （A、B、S）的表达
A
点A：xA=100%
点B：xB=100%
点S：xS=100%

化工原理(下)萃取

化工原理(下)萃取

（2）临界混溶点：
将辅助曲线延长外推与溶解 度曲线相交于P点， 则P点为临 界互溶点。（清华大学教材） （在B、S混合物中加入A 至某一 浓度，使共轭两相的组成无限趋 近而变为一相，表示这一组成的 P点为临界混溶点？）

该点一般不在溶解度曲线的最高
点。P点将溶解度曲线分为两半， 右侧代表平衡状态下萃取相组成， yA与yS 满足某种函数关系, 即yS= f（yA）；（E相） 左侧代表平衡状态下萃余相组成 ， xA与xS 也满足某种函数关系，即 xS= f（xA）。（R相）

分配曲线上任意一点的坐标x， y为一对平衡组成，满足某种函数 关系yA=f（xA）。 分配曲线上任意一点切线的 斜率就是y、x浓度下的k值。 若随溶质A浓度的变化，连接 线发生倾斜方向改变，则分配曲 线将与对角线出现交点。这种体 系称为等溶度体系。

相当于精馏的恒沸体系
5、温度对相平衡关系的影响 通常温度降低，S与B的互溶度减 小，对萃取过程有利。 温度变化不仅明显地影响溶解度 曲线的形状、连接线的斜率和两相区 面积和分配曲线的形状，也同时改变 萃取操作的有关其他物理性质，如粘 度、表面张力等。 萃取操作选什么温度应仔细考虑。
以A表示 在萃取剂 中溶解度 大的组分
以B表示 原溶剂， 在萃取剂 中不溶解 。 或部分溶 解的组分
萃取相
萃余相
以E表示 加入萃取剂 后使混合物 混合均匀， 沉降、分层 其中含萃取 剂（S）多的 一相
以R表示 沉降、 分层后， 含稀释剂 （B） 多的一相
萃取液
萃余液
以E’表示 用精馏等 方法从萃 取相中脱 除萃取剂 后的液体
= C-P+2 = 3-2+2 = 3） 可知：三组分液—液萃取体系 平衡时的自由度数为3。这就是 说，平衡时有三个可以自由变 化的参数。所以相平衡关系只 能用三角形相图来表示。

第十一章 萃取

第十一章 萃取

y ' 1 x' 1 y ' x'
K A y A / xA
K B yB / xB
2.3 萃取剂的选择
2、萃取剂与稀释剂的互溶度 互溶度越小，萃取操作范围越大，萃取液最大组成越高， 并且互溶度小的系统β越大，分离效果越好。
2.3 萃取剂的选择 3、萃取剂的其他物性 溶解度大，所用萃取剂量少； 要有较大的密度差，便于相分离； 界面张力要适中（相分散和相分离）； 溶剂比热小便于回收； 粘度小便于相分散； 化学稳定性好，无腐蚀，无毒，不易燃、易爆，价廉易 得。
第一节 第二节 第三节 第四节 概述
液-液萃取
萃取的基本原理 萃取过程计算 萃取设备
第三节 萃取过程的理论计算
3.1
3.2 3.3 3.4
单级萃取
多级错流萃取 多级逆流萃取 连续逆流萃取
234
3.1 单级萃取过程
M F S ER
S FM xF xM F MS xM y0
2.3 萃取剂的选择
4. 天生的一对矛盾:混合与澄清（相分散与相分离） 搅拌 混合液 萃取剂
A+B
(溶剂S)
萃取相
(S+A+B)
萃余相
(B+A+S)
2.4 温度对萃取过程的影响
T ↓，S与B互溶度↓，两相区面积↑，对萃取有利；但是T ↓ ， 液体μ ↑ ，D ↓ ，不利传质，所以应综合考虑。
第十一章
2.1.1 三角形相图法
3. 三角相图中的相平衡关系

溶解度曲线

混溶点 两相区和单相区 共轭相

平衡联结线


临界混溶点： 辅助线：（两种方法）

化工原理 液液萃取和液固浸取概述 PPT

化工原理 液液萃取和液固浸取概述 PPT
RE
FG
Sm
i
n
=
F
× GS
FH
Sm a x
=
F
× HS
大家好
Smin<S<Smax
32
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 萃余相中不含 S ，B 的量不变
用质量比 计算方便
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
BS
XF
YS
E
S
YE
R
BX R
34
YE
斜率 –B/S
YS
XR
XF
单级萃取图解计算
ESSEY S(1Y E) R B BRX B (1 X R )
大家好
35
【例10-1】一定温度下测得的A、B、S三元物系 的平衡数据如本题附表所示。
（1）绘出溶解度曲线和辅助曲线；
（2）查出临界混溶点的组成；
（3）求当萃余相中 xA=20%时的分配系数kA 和 选择性系数β ；
XR —萃余相中组分A的质量比，kgA / kgB YS —萃取剂中组分A的质量比，kgA / kgS
大家好
33
二、B 与 S不互溶物系
对溶质 A质量衡算
BF X+SSY=SE Y+BR X
YE－ YS =－ B S(XR－ XF)
操作线 方程
斜率 B
S
过点 (XF ,YS )
直角坐标图图解法
大家好
密度 表面张力 黏度 ❖ 萃取剂的稳定性、安全性、经济性
大家好
28
第十章 液－液萃取和液－固浸取

化工原理 第十一章-液液萃取

化工原理 第十一章-液液萃取

萃取的分类
（1）按组分数目分： 多元体系：原料液中有两个以上组分或溶剂为两种 不互溶的溶剂 三元体系：原料液中含有两个组分，溶剂为单溶剂
（2）按有无化学反应分：
物理萃取：萃取过程中，萃取剂与原料液中的有关 组分不发生化学反应 化学萃取 本章主要讨论三元体系的物理萃取。
石油化工学院---Department of Petroleum chemical Engineering
③ 混溶点: 曲线内为两相区，曲线外为单相区，曲线上的点称
为混溶点； ④ 临界混溶点(褶点) :共轭相的组成相同，其位置和物系有关； ⑤ 萃取相和萃余相: 以原溶剂为主的相称为萃余相，以溶剂为 主的相称为萃取相。
石油化工学院---Department of Petroleum chemical Engineering
石油化工学院---Department of Petroleum chemical Engineering
液液萃取的应用
1、在石油化工中的应用 随着石油化工的发展，液液萃取已广泛应用于分离各 种有机物质。轻油裂解和铂重整产生的芳烃混合物的分离是
重要的一例。该混合物中各组分的沸点非常接近，用一般的 分离方法很不经济。工业上采用 Udex 、Shell、 Formex等萃 取流程，分别用环丁砜、四甘醇、N-甲基吡咯烷酮为溶剂， 从裂解汽油的重整油中萃取芳烃。对于难分离的乙苯体系， 组分之间的相对挥发度接近于 1，用精馏方法不仅回流比大， 塔板还高达 300 多块，操作费用极大。可采用萃取操作以 HF-BF3 作萃取剂，从 C8 馏分中分离二甲苯及其同分异构体。
业中用TBP从发酵液中萃取柠檬酸也得到了广泛应用。可以 说，萃取操作已在制药工业、精细化工中占有重要的地位。

大学化学《化工原理 萃取》课件


联结线的斜率＜0
kA＜1， yA＜xA
§12.1 萃取的基本概念
11
2）分配曲线
yA f (xA)
§12.1 萃取的基本概念
12
4. 温度对相平衡关系的影响
物系的温度升高，组分间的互溶度加大
温度升高，分层区面积缩小
T1＜T2＜T3
§12.1 萃取的基本概念
13
四、三角形相图在单级萃取中的应用
1
§12.1 萃取的基本概念 一、液液萃取简介 1. 萃取原理 利用液体混合液中各组分在萃取剂中的溶解度差异 实现分离的一种单元操作。 溶质 A ：混合液中欲分离的组分 稀释剂（原溶剂）B：混合液中的溶剂
§12.1 萃取的基本概念
2
萃取剂S： 所选用的溶剂
2. 基本过程描述
原料液 A+B
萃取剂 S
2. 萃取剂S与稀释剂B的互溶度
组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积。
§12.1 萃取的基本概念
16
Em ax
Em ax
B、S互溶度小，分层区面积大，可能得到的萃取液的最 高浓度ymax’较高。 B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。
§12.1 萃取的基本概念
17
3. 萃取剂回收的难易
对应
最大 萃取
Em ax
液浓 E
度
S MF F MS
F●
R R
E RF R EF
E R F
E MR
E
R ME
M
§12.1 萃取的基本概念
14
五、萃取剂的选择
1. 萃取剂的选择性和选择性系数
1）萃取剂的选择性
A在萃取相中的质量分率 B在萃取相中的质量分率

化工原理之液-液萃取

17
❖二、 萃取与精馏比较：
❖相同：都是分离液态混合物的
❖
单元操作
❖不同：精馏是利用组分挥发度
❖
的差异完成混合物分离,
❖
萃取是利用溶解度差异
❖
没完成混合物分离，
❖
只是将难分的转为易分的。 18
❖三、 萃取操作应用的场合： ❖1、稀溶液且溶质为难挥发组分： ❖ 此时用精馏耗能量大（∵大量溶剂
从塔顶蒸出），用萃取则降低能耗 （尽管萃取后还要分离）。 ❖如：稀醋酸水溶液加醋酸乙酯 ❖ 制无水醋酸。
萃余液
以R’表示 用精馏等 方法从萃 余相中脱 除萃取剂 后的液体
15
❖用溶剂从液体混合物中提取其中某 ❖种组分的操作称为液/液萃取。 ❖萃取是利用溶液中各组分在所选用 ❖的溶剂中溶解度的差异，使溶质进 ❖行液液传质，以达到分离均相液体 ❖混合物的操作。 ❖萃取操作全过程可包括：
16
❖1．原料液与萃取剂充分混合接触， ❖ 完成溶质传质过程； ❖2．萃取相和萃余相的分离过程； ❖3．从萃取相和萃余相中回收萃取剂 ❖ 的过程。通常用蒸馏方法回收。
4
❖固-液萃取:也叫浸取
❖如用水浸取甜菜中的糖类；用酒精 浸取黄豆中的豆油以提高油产量等 5
❖生活中洗衣服
6
❖ 只给一盆水怎样能使衣服洗的 ❖更干净？
7
8
单级萃取 多级萃取
9
❖ 第一节、概述
❖一、定义： ❖液—液萃取是分离液体混合物的 ❖重要单元操作之一，又称溶剂萃取。 ❖该方法是利用原料液中组分在适当 ❖溶剂中溶解度的差异而实现分离的 ❖单元操作。
❖三角形的三个顶点分别代表纯组 分A、B、S（100%）；
❖三角形的三条边分别代表一个二 元物系，每边等分100份；

化工原理第十一章 液液萃取和固液萃取


yA yA
同样，对稀释剂B有
kB
B在E相中得浓度＝ B在R相中得浓度
yB yB
萃取剂的选择性，用选择性系数 表示
kA yA / xA yA / yB (A / B)E kB yB / xB xA / xB ( A / B)R
要注意以下几方面：
1、 选择性 2、 萃取相与萃余相的分离 3、 萃取剂得回收
C2 （ b）
C1
图11－3 相平衡图
2024/3/26
5
三、杠杆规则
如图11－4所示，混合物M分成任意两个 相E和R，或由任意两个相E和R混合成一 个相M，或任意两个组分E和R混合成一个 混合物M（E、、R、M可以为同一相）。 则在三角形相图中表示其组成得点M、E 和R必在以直线上，且符合以下比例关系
除此之外，萃取剂还应满足一般得工业要求。
2024/3/26
7
11.1.4单级萃取
S F
S
E 3
萃 取 液E'
M
S
2
1
R
4
图 11－ 5 单 击 萃 取 流 程
萃 余 液 R‘
1－ 混 合 器 ； 2－ 分 层 器 ； 3－ 萃 取 相 分 离 设 备 ； 4－ 萃 余 相 分 离 设 备
2024/3/26
8
一、利用三角形相图的图解计算
如图11—6所示，单级萃取得计算步骤
如下：
A
E'
1、 根据已知得平衡数据在直角三角形
相图中作出溶解度曲线及辅助曲线。
辅助曲线
2、由已知原料液组成xF在边AB上定点
F，连接点S和F。有
F
S FM
F MS
3、点M利用辅助曲线作联结线。有

《化工原理》第11章 液液萃取


静态混合器： 返回
液泛现象：
返回
界面现象：
返回
本次讲课习题： 第十一章 2，3， 4
3 萃取过程计算 3.1级式接触过程数学描述 单级：（理论级） ①物料衡算 F S R E
FxFA SzA RxA EyA 0 SzS RxS EyS
②相平衡 yA f ( xA ) yS ( yA) xS (xA)
6个方程，解6个未知数
计算方法⑴6个方程联立 ⑵图解法(常用，简捷，计算精度不高)
FxFA
例3 三元物系的溶解度曲线与平衡联结线如图所 示。用31kg纯溶剂对100kg进料进行两级错流萃 取，xFA=0.3(质量分率)， xFS=0 ，试求：
⑴萃余相的量和浓度为多少？
⑵萃余百分数 Rn xAn 为多少？
FxFA
解：⑴31kg溶剂分两次， 每次15.5kg，作FS线， 取线段比
⑶M=F+S=131kg
R M ME 131 125 90kg
RE
182
图中读得xA=0.16 萃余百分数 RxA 90 0.16 0.48
FxFA 100 0.3
3.2 多级错流萃取
观点：同样溶剂用量， 多级错流的分离效果比 单级萃取效果好, xAn低， 萃余百分数小
Rn xAn
定义 yA / yB
xA / xB
kA kB
y
0 A
x
0 A
/ /
yB0
x
0 B
y
0 A
1
x
0 A
(
1)
x
0 A
条件？
思考： kA=1是否可进行萃取分离？ β=1呢？ 什么时候β=∞？
2.6 温度、压力对相平衡的影响 压力对液液相平衡影响可忽略 温度↑,互溶度↑,萃取操作范围↓, yA0max↓
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E
y
0 A
E，yE S
Rx
A,R
Rx
0 A
一、单级萃取的流程及计算
最小萃取剂用量Smin
A
最大萃取液浓度
y0 A,max
A
yAmax
F M0
E
M M
F
P
B
SB
S
思考：最大萃取剂用量如何确定？
浙江大学本科生课程 化工原理
第十一章 液液萃取和固液萃取
6/19
一、单级萃取的流程及计算
（二）B、S完全不互溶时
S
R1
E1
R1 E1
M1 E1 R1 M1
F
R1
M 1
B
S F，xF
S
1
R1
E1
浙江大学本科生课程 化工原理
S
2
R2 E2
S
3
R3 E3
R
S
S
N RN
EN S
第十一章 液液萃取和固液萃取
斜率 B S
(XF,YS)
XR
X
7/19
一、单级萃取的流程及计算
思考：若流程如图所示，逆流流动， 则操作线又如何？
B，XF
B，XR (XR)
浙江大学本科生课程 化工原理
S，YE
S，YS
Y
YE
0
第十一章 液液萃取和固液萃取
斜率 B S
(XF,YS)
XR
X
8/19
单级萃取计算举例
例1 单级萃取
采用纯溶剂进行单级萃取。已知料液组成xF=0.3 (质 量分率，下同)，选择性系数为6，在萃余相中xA xB 0.25 ，kA < 1 ，溶解度曲线如图所示。试求：
（1） 萃取液量与萃余液量的比值；
段 （2）溶剂比S/F是最小溶剂比（S/FA）min多少倍？（用线
表示）
S
F，xF
R，xR
R，xR E，yE
S，yS
E，yE
S
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第十一章 液液萃取和固液萃取
9/19
单级萃取计算举例
纯溶剂，xF=0.3 ，选择性系数为6， F，xF kA < 1 x A xB 0.25 解：（1）萃取液量与萃余液量的比值 S，yS
E1
E2
分级接触式
第十一章 液液萃取和固液萃取
E3
2/19
§11.3 分级萃取计算
理论级假定: 离开的两相Ri、Ei呈相平衡关系
Ri-1
Ri
i
Ei-1
Ei
理论级液萃取
3/19
一、单级萃取的流程及计算
（一）B、S部分互溶时
已知
F、xF、yS、xR（或
MF M F
MS M S
MF M S M F MS
E0
F
R0
M
R
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B
第十一章 液液萃取和固液萃取
M
E
S
12/19
二、多级错流萃取
1、流程及特点
特点：①每一级均用新鲜萃取剂，故传质推动力较大； ②萃取剂用量大，操作费用高。
可以证明，若相平衡关系为线性，B 与 S 不互溶，则当
S1 S2 S2 S N S 时，溶质回收率最大。
S F，xF
S1
1
R1
E1
S2
2
R2 E2
S3
3
R3 E3
R S
N RN
EN S
浙江大学本科生课程 化工原理
第十一章 液液萃取和固液萃取
E 13/19
二、多级错流萃取
2、 计算 -----求级数N
图解法 解析法
S F，xF
S1
1
R1
E1
x
0 R
、yE、y
0 E
）、
相平衡关系。
F，xF
求：S、R、E、另一相浓度
1、图解法:
S，yS
确定点F、S（或S0）、点R或R，点E， 作联结线，找到点M，利用杠杆原理求各量。A
S FM F MS
浙江大学本科生课程 化工原理
R
ME
E RM
E
R E F S
F
R E
FE RF
R E F
S，yS
浙江大学本科生课程 化工原理
S
R，xR
E，yE S
R，xR E，yE
第十一章 液液萃取和固液萃取
11/19
单级萃取计算举例
纯溶剂，xF=0.3 ，选择性系数为6， kA < 1 x A xB 0.25 解：（2）溶剂比S/F是最小溶剂比（S/F）min多少倍？ （用线段表示）
A
SF
S F min
1、解析法：
物料衡算：
BX F SYS BX R SYE
YE
B S
X
R
X F YS
------------操作线
相平衡关系：YE f X R
Y
过点（XF，YS）， （XR，YE）
B，XF
S，YS
浙江大学本科生课程 化工原理
B，XR (XR)
YE
A，YE=1
S，YE
S
0
第十一章 液液萃取和固液萃取
R R
第十一章 液液萃取和固液萃B取
S R，xR
R，xR E，yE E，yE S
E M
S0 S
4/19
2．解析法
总： F S R E
溶质A：FxA,F SyA,S RxA,R EyA,E
萃取剂 S： 0 Sy S ,S Rx S ,R Ey S ,E
相平衡：k A
y A, E x A, R
kB
yB,E xB,R
kS
yS,E xS,R
8 个方程 8 个未知数
y A,E yB,E yS,E 1
归一方程：
x A,R xB,R xS,R 1
12 个方程
S
进一步：
12 个未知数
F，xF
R，xR
F R E
R，xR
Fx A,F
Sy A,S
Rx
0 A
E
y
0 A
S，yS
E，yE
Ey A,E
S2
2
R2 E2
S3
3
R3 E3
R S
N RN
EN S
浙江大学本科生课程 化工原理
E 第十一章 液液萃取和固液萃取
14/19
二、多级错流萃取 A
（1）当B、S部分互溶时，图解法
作图步骤：
①连点 F、S，由 F、S 大小和
杠杆原理定和点 M1； ②过 M1 作共轭线，定点 R1、E1 及其大小；
F
幻灯片2目录
§11.3 分级萃取计算 一、单级萃取的流程及计算 二、多级错流萃取
浙江大学本科生课程 化工原理
第十一章 液液萃取和固液萃取
1/19
§11.3 分级萃取计算
物理萃取 化学萃取
二元萃取 多元萃取
微分接触式 分级接触式
原料液
萃取剂 S
S
S
微分接触式
浙江大学本科生课程 化工原理
R1
R2
R3
图解法：找到点F、E、R ，然后应
A
用杠杆原理求E、R的大小。
xA xB
x
0 A
1
x
0 A
0.25
x
0 A
0.2
yA yB
xA xB
y
0 A
xA
(1
y
0 A
)
xB
y
0 A
1
y
0 A
1 0.25
6
E
y
0 A
0.6
F
E R
RF FE
xF x0A y0A xF
0.30.2 1 0.60.3 3
R
浙江大学本科生课程
B
化工原理
第十一章 液液萃取和固液萃取
S R，xR
E，yE S
R，xR E，yE
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单级萃取计算举例
解：（1）萃取液量与萃余液量的比值
解析法：
R E F Rx0A Ey0A FxF
E xF x0A 0.30.2 1 R y0A xF 0.60.3 3
F，xF