化工原理：9-3 部分互溶物系的萃取計算

1、9.3 部分互溶物系的萃取計算 部分互溶物系，A、B，A、S 完全互溶，而B、S部分互 溶； 三角形相圖兩相區(qū)單相區(qū)RnEnSB1.01.00單級萃取多級錯流萃取多級逆流萃取A典型的萃取操作方式A+BSA+B+S少量A+S+B少量萃取相 E, y萃余相 R, x脫除S脫除SA+BA+B少量萃取液 E, y萃余液 R, x原料液與溶劑一次性接觸萃取相與萃余相達到平衡9.3.1 單級萃取單級萃取將溶劑與原料液充分混合進行沉降分層，獲得萃取相和萃余相可近似認為萃取相和萃余相呈相平衡狀態(tài)脫除萃取相和萃余相溶劑特點單級萃取操作型計算和設計型計算 操作型：已知原料液、溶劑的流量及組成，求萃取液E與萃余液的

2、量mE 和mR 及組成 y、x。 設計型：已知原料液處理量及組成和溶劑的組成，規(guī)定的分離要求y或x ，求溶劑S用量A+BSA+B+S少量A+S+B少量萃取相 E, y萃余相 R, x脫除S脫除SA+BA+B少量萃取液 E, y萃余液 R, x單級萃取的解析計算A+BSA+B+S少量A+S+B少量萃取相 E, y萃余相 R, x操作型計算求解方法MASB 操作型：已知原料液、溶劑的流量及組成，求萃取液E與萃余液的量mE 和mR 及組成 y、x。 單級操作萃取的步驟：將溶劑與原料液充分混合進行沉降分層，獲得萃取相和萃余相脫除萃取相和萃余相溶劑按照單級萃取步驟，在相圖中表現出來已知F（mF，xF）、

3、 S（mS，xS）F圖解法采取圖解試差法進行沉降分層，獲得萃取相和萃余相ASBFMRE M是R、E和點，M、R、E在一條直線上 R、E是平衡相， R、E點都在平衡線上，且符合共軛關系如何確定E，R的量及組成圖解法由杠桿定律確定E和R的量ASBFMRE圖解法通過R、E點，獲得組成 確定萃取液與萃余液的組成及量脫除溶劑量為：如果將萃取相、萃余項中溶劑提出，再生過程為清晰分割，如何表示？ASBFREE分為兩部分，E和SE和點為E，萃取液在AB上，純溶劑在S頂點E同理：可得萃余液組成、質量R圖解法 設計型：已知原料液處理量和組成及溶劑的組成，規(guī)定的分離要求y或x ，求溶劑S用量MASBFASBFREE

4、ASBFREERMF溶劑用量的選擇ASBFRE溶劑用量多少合適？M溶劑用量由0，M點如何變化M點從F向S靠近FM單項區(qū)MM兩項區(qū)MS單項區(qū)MM 點的溶劑用量為 mS max 點的溶劑用量為 mS min當 mS=mSmax 時當 mS=mSmin時單級萃取的溶劑范圍：mSmin mS 0 xS 0 完全不互溶物系， A、B，A、S 完全互溶，而B、S完全不互溶ASB完全不互溶物系相圖yB =0 xS =0完全不互溶物系的萃取計算9.4 完全不互溶物系的萃取計算 為以溶劑質量為基準的B和S完全不互溶物系部分互溶物系溶質的組成用 x、y 描述x、y 描述是以萃余相、萃取相總質量為基準的為以原溶劑質

5、量為基準的 9.4. 1單級萃取 1級物料衡算: 操作線方程 操作線方程C點是初始點D點是平衡點D點的坐標是萃取相和萃余項的組成過點C（XF，Y0）斜率分配曲線溶質的相平衡關系（1）單級萃取圖解法操作型問題： 給F、S量和組成，求E、R的濃度1級設計型問題：給定F量、組成及分離要求X，求S用量（2）解析法物料衡算聯立求解9.4.2 多級錯流萃取2431 多級錯流萃取流程圖mB , XFmS , Y0mR1 , X1mR2 , X2mR3 , X3mR4 , X4mE2 , Y2mE1 , Y1mE3, Y3mE4 , Y4mS2mS1mS3mS49.4.3 多級逆流萃取 多級逆流萃取流程（1）

6、流程12i+1Yi+1Xi對塔內任意第i級進行物料衡算 ：操作線（2）理論級數的確定 直角坐標圖解法最小溶劑比9.5 溶劑的選擇及其它萃取方法因此，脫除溶劑后：9.5.1 溶劑的選擇（1）溶劑的選擇性 要求溶劑具有一定的選擇性，即對A的溶解度要大，對其它組分的溶解度要小。 評價指標選擇性系數：萃取成敗的關鍵是選擇合適的萃取劑（2）溶劑萃取容量 單位質量溶劑所能萃取溶質的量溶劑萃取容量越大，需要溶劑循環(huán)量越小，再生成本越低（3）溶劑與原溶劑的互溶度B 、S 互溶度越小，兩相區(qū)越大，萃取操作范圍也越大， 對萃取有利。（4）溶劑的可回收性（5）溶劑的物理性質 主要物理性質：密度差，表面張力，粘性（6

7、）穩(wěn)定性，腐蝕性，價格 良好的穩(wěn)定性，腐蝕性小，毒性低，資源充足，價格適宜等。回收采用的方法是：蒸餾，蒸發(fā)，結晶等方法溶劑回收費用低要求：密度差大，表面面張力適中，粘度較低這些性質影響兩相混合、分相難易程度和傳質速度9.6 浸取與超臨界萃取9.6.1 浸取定義：指應用有機或無機溶劑將固體原料中的可溶性組分溶解，將溶質組分和不溶性固體分離的單元操作，為固-液之間的萃取。名詞：可溶組分 溶質 固體不溶組分載體 溶劑 浸取劑 浸取后的溶液浸出液 浸取后的固體和殘留的溶液殘渣 過程：（1）混合接觸； （2）浸出液和殘渣分離； （3）浸出液中溶質和溶劑分離。應用：濕法冶金工業(yè)、油脂、制糖等輕工、食品工業(yè)

8、 如：用硫酸溶液從氧化銅礦浸取銅； 動植物油的有機溶劑浸取。9.6.2 超臨界萃?。?）超臨界萃取基本原理C點：體系的界面消失，成為均相體系，稱為臨界點對應的溫度臨界溫度對應的壓力臨界壓力三相點純物質狀態(tài)圖超臨界狀態(tài)下體系的特點：既非氣體，亦非液體，卻既具有近似氣體的粘度和滲透能力，又具有接近液體的密度和溶解能力。常用的超臨界萃取溶劑 CO20-60201000530201040 純CO2溫度、壓力和密度關系B=120011001000900800200100700600500400300超臨界流體溫度/壓力/MPa二氧化碳乙醇水體系相平衡圖 CO2H2OC2H5OHT=308.15Kp=10

9、.1MPaCO2 TC=31， PC=7.38MPa，=468kg/m3（2）超臨界萃取的原則流程流程主要分為兩部分： 在超臨界狀態(tài)下，溶劑氣體與原料接觸進行萃取獲得萃取相； 將萃取相進行分離，脫除溶質，再生溶劑。改變壓力或溫度的超臨界萃取流程加熱器原料萃取相溶劑萃取產物萃余相萃取器分離器減壓閥壓縮機原料萃取相溶劑萃取產物萃余相萃取器分離器閥門泵冷卻器 改變壓力和溫度的超臨界萃取流程超臨界萃取的特點： 操作溫度一般較低，接近室溫； 過程易于調節(jié)； 分離工藝流程簡單； 萃取效率一般高于液體萃取，不會引起被萃取物質的污染且不進行溶劑蒸餾； 體系的沸點和溶解度與溶劑和溶質的種類有關； 萃取過程在高壓

10、下進行，設備及工藝技術要求較高，投資大； 間歇操作，無法連續(xù)操作。（3）超臨界流體萃取的應用化學工業(yè)：廢水中微量有機物的去除、共沸物的分離等；醫(yī)藥工業(yè)：藥品有效成分的萃取、脂肪質的分離精制等；食品工業(yè)：植物油的萃取、咖啡和茶的脫咖啡因等。單級萃取中，維持進料組成、流量和萃取相組成不變，若用含有少量溶質的溶劑替代純溶劑，萃余相濃度如何變化？ASBFMREE只要R確定，E確定單級萃取中，維持進料組成、流量和萃取相組成不變，若用含有少量溶質的溶劑替代純溶劑，萃取相質量與萃余相質量之比如何變化？ASBFMREEM純溶劑單級萃取，進料組成與萃余相組成一定，分配系數與萃取液濃度關系如何？ASBFMRE用純

11、溶劑對混合液進行單級萃取，當溶劑容量增加時，所獲得萃取液組成如何變化？ASBFMREEASBzAzSA、B、S三種有機液體， A、B完全互溶， B、S完全互溶， B、S部分互溶（1）將含A50的A、B混合物30kg與S純溶劑15kg混合，得到混合液是否分層？若分層，適用什么辦法使其不分層？若不分層，適用什么辦法使其分層？（2）將含A20的A、B混合物100kg用S純溶劑單級萃取，最小溶劑用量是多少？求分配系數、選擇系數。（3）單級萃取，可能達到的最大萃取液濃度是多少？當進料是含A30的A、B混合物，萃取液是否可達到最大濃度？如果不能，求可能達到的最大濃度？（4）求此條件下，獲得萃取液可能達到的最大濃度時萃取劑用量。ASBFME（1）將含A50的A、B混合物30kg與S純溶劑15kg混合，得到混合液是否分層？若分層，適用什么辦法使其不分層？若不分層，適用什么辦法使其分層？確定F點根據杠桿定律確定M點M點在兩相區(qū)內，分層增加或減少S用量至M、M點杠桿定律確定溶劑用量MMASBFM（2）將含A20的A、B混合物100kg用S純溶劑單級萃取，最小溶劑用量是多少？RE杠桿定律求S用量輔助線確定E點讀取xA yAASBRMFE（3