第九章 萃取 (课件）-《化工单元操作》同步教学（化学工业出版)

第九章 萃取 第九章 萃取 第一节 液-液萃取的基本原理 一、基本概念 液-液萃取是分离均相液体混合物的单元操作之一。利用液体混合物中各组分在某 溶剂中溶解度的差异，而达到混合物分离的目的。萃取属于传质过程。本章主要讨论双 组分均相液体混合物（ ）的萃取过程。 所选用溶剂称为萃取剂 ，混合液中被分离出的组分称为溶质 ，原混合液中与萃 取剂不互溶或仅部分互溶的组分称为原溶剂 。操作完成后所获得的以萃取剂为主的 溶 液称为萃取相 ，而以原溶剂为主的溶液称为萃余相 。除去萃取相中的萃取剂后得 到的液体称为萃取液 ，同样，除去萃余相中的萃取剂后得到的液体称为萃余液 。 可见，萃取操作包括下列步骤： ）与萃取剂 的混合接触； （2）萃取相 与萃余相 的分离； （3）从两相中分别回收萃取剂而得到产品 、 。 （1）原料液（ 二、萃取在工业生产中的应用 1．溶液中各组分的相对挥发度很接近或能形成恒沸物，采用一般精馏方法进行分离 需要很多的理论板数和很大的回流比，操作费用高，设备过于庞大或根本不能分离。 2．组分的热敏性大，采用蒸馏方法易导致热分解、聚合等化学变化。 3．溶液沸点高，需要在高真空下进行蒸馏。 4．溶液中溶质的浓度很低，用蒸馏方法能耗太大，经济上不合理。 三、液-液平衡关系 液-液萃取至少涉及三种物质，即原料液中的溶质 和原溶剂 ，以及萃取剂 。 加入的萃取剂 与原料液（ ）形成的三组分物系有三种类型。 （1）溶质 完全溶于原溶剂 及萃取剂 中，但萃取剂 与原溶剂 完全不互溶， 形成一对完全不互溶的混合液 与原溶剂 部分互溶，与溶质 完全互溶， ； （2）萃取剂 ，形成一对部分互溶的混 合液； （3）萃取剂 不仅与原溶剂 部分互溶而且与溶质 也部分互溶，形成两对部分互 溶的混合液。 第一种情况较少见，第三种情况应尽量避免，我们讨论的是第二种情况。 1．三组分系统组成的表示法 图9－1 组成在三角形相图上的表示方法 在图9-1中，三角形的三个顶点分别表示纯组分。 习惯上以顶点 表示溶质， 顶点 表示原溶剂， 顶点 表示萃取剂。 三角形任何一个边上的任一点代表一个二元混合物， 如 边上的 点代表由 和 两组分 组成的混合液，其中 的质量分数为0.7， B为0.3。 三角形内任一点代表一个三元混合物， 如图中的点，过点分别作三个边的平行线 、 与 ， 其中 的质量分数以线段 表示, 的以线段 表示， 的以线段 表示。 2．溶解度曲线和联结线 在组分 和 的原料液中加入适量的萃取剂 ，经过充分的接触和静置后，形成 图9－2 溶解度曲线与联接线 两个液层萃取相 及萃余相 。 达到平衡时的两 个液层称为共轭相。若改变萃取剂 的用量，则得 到新的共轭相。在三角形坐标图上，将代表各平衡 液层的组成坐标点联结起来的曲线称为溶解度曲线， 如图9-2所示。曲线以内为两相区，以外为单相区。 图中点 及 表示两平衡液层萃余相 及萃取 相 的组成坐标，两点的联线称为联结线。溶解度 曲线是根据若干组共轭相的组成绘出的。溶解度曲 线在 点分为左右两部分， 点称为临界混溶点，又称褶点，通过这一点的联结线无 限短，在此点处 和 两相组成完全相同，溶液变为均一相。 溶解度曲线及联结线数据均由实验测得。 3．辅助曲线 在一定温度下，任何物系的联结线有无穷多条，而且互成平衡两液层的组成是由实验测 定的。因此，常用一条辅助曲线间接表示互成平衡的两液层组成之间的关系。 图9－3 三元物系的辅助曲线 参阅图9-3，图中已知四对相互平衡液层的坐标位置， 即 、 ； 、 ； 、 及 、 各点。从点 作 、 边的平行线，从点 作 边的平行线，两线相交 。 于点 再从另三组的坐标点用同样的方法作图得交点 、 和 ， 联各交点的曲线 即为辅助曲线，又 称共轭曲线。辅助曲线与溶解度曲线的交点 即为临 界混溶点。 借辅助曲线即可从某一液相（ 相和 相）的已知组成，用图 内插法求出与此液相 平衡的另一液相（ 相和 相）的组成。 若已测出的某条联结线位置接近临界混溶点， 则可将辅助线外推求出 ，若距离较远，用外延辅助曲线方法求点 是不准确的。 临界混溶点数据应由实验测定 图9－4 杠杆规则的应用 出。 4．杠杆规则 如图9-4所示，分层区内任一点 所代表的混合液可 以分为两个液层，即互成平衡的 相和 相。若将 相与 相混合， 则总组成即为 点， 点称为和 点，而 点与 点称为差点。混合液 与两液层