萃取技术(课件）-《化工单元操作》同步教学（化学工业出版社）

2024/4/13 萃取技术 2024/4/13 主要内容 概述 液液相平衡 萃取设备 2024/4/13 第一节 概述 一、 概述 1.定义 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。 用选定的溶剂分离液体混合物中某种组分，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，而且必须有好的热稳定性和化学稳定性，并有小的毒性和腐蚀性。 2024/4/13 2.应用 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。 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。 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。 2024/4/13 3.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 恒沸精馏塔 萃 取 塔 提 馏 塔 冷凝器 图10－1 萃取—恒沸精馏提浓醋酸流程 萃余相 2024/4/13 3.流程说明 图10-2 单级萃取操作流程 2024/4/13 4.萃取剂的选择 萃取剂的选择性 萃取剂回收的难易与经济性 萃取剂的物理性质与化学性质 其它因素，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。 工业生产中常用的萃取剂可分为三大类：①有机酸或它们的盐，如脂肪族的一元羧酸、磺酸、苯酚等；②有机碱的盐，如伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐、季胺盐等；③中性溶剂，如水、醇类、酯、醛、酮等。 2024/4/13 适用范围 5.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。 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1，若采用蒸馏方法很不经济； 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 纯度； 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 馏方法须将大量稀释剂汽化，能耗较大； 原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分解、聚 合或发生其它变化。 2024/4/13 二、萃取剂的选择 二、液液相平衡 1.定义 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。 液—液相平衡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具有的平衡分配关系。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。 2024/4/13 萃取过程中争少要涉及到三个组分，即溶质A、稀释剂B和萃取剂S。对于这种较为简单的三元物系，若所选择的萃取剂和稀释剂两相不互溶或基本上不互溶，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吸收操作中的溶解度曲线，可在直角坐标上标绘。 2024/4/13 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。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，通常则采用在三角形坐标图中表示其平衡关系，即三角形相图。下面介绍这种相图。 2024/4/13 三角形相图可分为正三角形和直角三角形两种、如下图（a）和（b）所示，溶液组成通常采用质量百分率或质量分率表示。 2.三角形相图及杠杆规则 2024/4/13 图中，三角形的三个顶点A、B、S各代表一种纯组分。习惯上以上方顶点表示纯溶质A、左下方顶点表示纯稀释剂B、右下方顶点表示纯萃取剂S。三角形各边上的任一点均代表一个二元混合物系的组成，如组分A和B的混合物可用AB线上的各点表示。三角形内任一点则代表—个三元混合物系的组成。 2024/4/13 例如图中点M，其中含有A、B、S三组分的质量分率分别以xw,A、xW,B、xw,S表示。现过M点分别做三个边的平行线DE、FK和GH，因为在与BS边平行的DE线上，所有组成均含有40％的组分A，同理在FK线上均含有20%的组分S，在GH线上均含有40％的B，而DE、FK、GH三直线相交于一点M，故M点的组成为 2024/4/13 xw,A=BE=40% xW,B=SG=40% xw,S =AK=20% xw,A+ xW,B+ xw，s=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M点向三个边做垂线，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M至AB边的垂直距离代表组分S在M中的质量分率xw,S由点M至BS边的垂直距离代表组分A在M中的质量分率xw,A ，由点M至AS边