第三章液液萃取課件

第三章

液液萃取

3.1

概述

?液液萃取，常稱(chēng)（有機(jī)）溶劑萃取

?溶劑與液體混合物不互溶或部分互溶

?溶質(zhì)在兩液相間因溶解度差異

??溶質(zhì)A：混合液中欲分離組分

原溶劑（稀釋劑）B：混合液中的溶劑

?萃取劑S：所選用的溶劑

3.1.1基本過(guò)程

攪拌

?加料

?混合

?分相

?排除

?純化和回收

混合液A+B

萃取劑

(溶劑S)萃取相E(S+A+B)

萃余相R(B+A+S)

實(shí)驗(yàn)室液液萃取過(guò)程

分液漏斗有機(jī)相水相

3.1.2處理對(duì)象和特點(diǎn)

?分離對(duì)象——液液混合物

?相對(duì)揮發(fā)度等于或者接近1；

?溶質(zhì)A濃度很小而稀釋劑B易揮發(fā)；

?混合液含熱敏性物質(zhì)；

3.1.2處理對(duì)象和操作要點(diǎn)

?萃取操作的要點(diǎn)

?選擇適宜的萃取劑是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

?兩個(gè)液相應(yīng)具有一定的密度差

?溶質(zhì)與萃取劑的沸點(diǎn)差較大

3.1.3液液萃取在工業(yè)上的應(yīng)用

?在石油化工中的應(yīng)用

?分離輕油裂解和鉑重整產(chǎn)生的芳烴和非芳烴混合物

?用酯類(lèi)溶劑萃取乙酸，用丙烷萃取潤(rùn)滑油中的石蠟

?在生物化工和精細(xì)化工中的應(yīng)用

?以醋酸丁酯為溶劑萃取發(fā)酵液中的青霉素

?香料工業(yè)中用正丙醇從亞硫酸紙漿廢水中提取香蘭素

?冶金工業(yè)中的應(yīng)用

?用溶劑LIX63-65等螯合萃取劑從銅的浸取液中提取銅

3.2液液萃取過(guò)程的基本原理

3.2.1液液萃取的平衡關(guān)系

?三角相圖

?相組成表示法

?溶解度曲線(xiàn)、聯(lián)結(jié)線(xiàn)及臨界點(diǎn)

?杠桿規(guī)則

?分配關(guān)系

?分配系數(shù)

?分配曲線(xiàn)

三角形相圖——相組成表示法

?三角形坐標(biāo)圖通常有等邊三角形坐標(biāo)圖、等腰直角三角形坐標(biāo)圖和非等腰直角三角形坐標(biāo)圖，如圖所示，其中以等腰直角三角形坐標(biāo)圖最為常用。

三角形相圖——相組成表示法

三個(gè)頂點(diǎn)：純物質(zhì)

三條邊上的點(diǎn)：二元混合物的組成

H點(diǎn)的組成為：

HA混合物的組成用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示

·xA?BH?0.7

xB?AH?0.3

BS三角形相圖——相組成表示法

三角形內(nèi)的任一點(diǎn)：一定組成的三元混合物

AM點(diǎn)的組成為：

xA?BE?0.4

xS?BF?0.3

xB?SG?0.3

HKExA?xB?xS?0.4?0.3?0.3?1.0B

M

FW

DGS

三角形相圖——溶解度曲線(xiàn)、聯(lián)結(jié)線(xiàn)

?

溶解度曲線(xiàn)與聯(lián)結(jié)線(xiàn)（共軛線(xiàn)）

1）溶解度曲線(xiàn)

共軛相：R相和E相

聯(lián)結(jié)線(xiàn)（共軛線(xiàn)）：RE均相區(qū)

EMR萃取操作只能在兩相區(qū)內(nèi)進(jìn)行

兩相區(qū)

三角形相圖——溶解度曲線(xiàn)、聯(lián)結(jié)線(xiàn)

?

輔助曲線(xiàn)和臨界混溶點(diǎn)

輔助線(xiàn)的作法

輔助線(xiàn)

的作用：

求任一平衡液相的共軛相

P點(diǎn)：臨界混溶點(diǎn)

RPE

C3

C2

C1

三角形相圖——溶解度曲線(xiàn)、聯(lián)結(jié)線(xiàn)

?臨界混溶點(diǎn)的特點(diǎn)

?由于聯(lián)結(jié)線(xiàn)通常都有一定的斜率，因而臨界混溶點(diǎn)一般并不在溶解度曲線(xiàn)的頂點(diǎn)。

?P點(diǎn)將溶解度曲線(xiàn)分為兩部分：靠原溶劑B一側(cè)為萃余相部分，靠溶劑S一側(cè)為萃取相部分。

?臨界混溶點(diǎn)由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，但僅當(dāng)已知的聯(lián)結(jié)線(xiàn)很短即共軛相接近臨界混溶點(diǎn)時(shí)，才可用外延輔助曲線(xiàn)的方法確定臨界混溶點(diǎn)。

三角形相圖——杠桿規(guī)則

?

三點(diǎn)共線(xiàn)

M點(diǎn)：和點(diǎn)

R（E）點(diǎn)：M點(diǎn)與E（R）點(diǎn)的差點(diǎn)

?

線(xiàn)段成比例

●

F●

RME?EMRERM?MERREM?MERRE

M

●

?

若原料液F中加入純?nèi)軇㏒，則表示混合液組成的點(diǎn)M視溶劑加入量的多少沿FS線(xiàn)變化，點(diǎn)M的位置由杠桿規(guī)則確定：

MFS?MSF

分配關(guān)系——分配系數(shù)

?分配系數(shù)

?一定溫度下，某組分在互相平衡的E相與R相中的組成

k表示，即

之比稱(chēng)為該組分的分配系數(shù)，以

溶質(zhì)A在萃取相E中的組成yAkA??溶質(zhì)A在萃余相R中的組成xA原溶劑B在萃取相E中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)yBkB??原溶劑B在萃余相R中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)xB

分配關(guān)系——分配系數(shù)

?分配系數(shù)

?kA值與聯(lián)結(jié)線(xiàn)的斜率有關(guān)

kA值愈大，萃取分離的效果愈好

聯(lián)結(jié)線(xiàn)的斜率＞0

kA＞1，yA＞xA

聯(lián)結(jié)線(xiàn)的斜率為0

kA=1，yA=xA

聯(lián)結(jié)線(xiàn)的斜率＜0

kA＜1，yA＜xA

分配關(guān)系——分配曲線(xiàn)

?

分配曲線(xiàn)

A

yA?f(xA)——分配曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式

yA

分配曲線(xiàn)

x

F

P

N

P

E

R

BMS

O

xA

分配曲線(xiàn)的作法：

A

yA

x

F

P

P

N

E

R

BMS

O

?以共軛相的萃余相組成xA為橫坐標(biāo)，以萃取相組成yA為縱坐標(biāo)，則可在yA～xA直角坐標(biāo)圖上得到表示這一對(duì)共軛相組成的點(diǎn)N。

xA

3.2.2萃取過(guò)程的影響因素

?萃取劑的影響

?操作溫度的影響

?原溶劑條件的影響

?乳化的影響

影響因素——萃取劑

1、萃取劑的選擇性和選擇性系數(shù)

1）萃取劑的選擇性，一般用選擇性系數(shù)β表示

kAyA

???kBxAβ=1

，

yByA?xByBxAxByAyB?xAxBA、B兩組分用萃取分離不適宜；

β>1，萃取時(shí)組分A可以在萃取相中濃集，β越大，組分A與B萃取分離的效果越好。

2）選擇性系數(shù)和分配系數(shù)的關(guān)系

kA愈大，kB愈小，選擇性系數(shù)β愈大

影響因素——萃取劑

2、萃取劑S與稀釋劑B的互溶度

組分B與S的互溶度，影響溶解度曲線(xiàn)的形狀和兩相區(qū)面積。

?axEm?Emax

B、S互溶度小，兩相區(qū)面積大，可能得到的萃取液的最高濃度ymax'較高。B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分離。

影響因素——萃取劑

3、萃取劑的回收

被分離體系相對(duì)揮發(fā)度α大：用蒸餾方法分離；

如果α接近1：可用反萃取，結(jié)晶分離等方法。

4、萃取劑的其它性質(zhì)

1）萃取劑的密度：萃取劑與被分離混合物應(yīng)有較大的密度差

2）界面張力：界面張力較大時(shí)，有利于分層；界面張力過(guò)大，難以使兩相混合良好；界面張力較小時(shí)，兩相難以分離。

首要考慮的還是滿(mǎn)足分層的要求。

一般不選界面張力過(guò)小的萃取劑。

3）粘度

：粘度小對(duì)萃取劑有利

4）低毒、安全、經(jīng)濟(jì)

影響因素——萃取劑

?

萃取劑選擇原則

?

選擇性好：分離系數(shù)大。

?

萃取容量大：?jiǎn)挝惑w積或單位質(zhì)量溶解萃取物多。

?

化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)：耐酸堿、抗氧化還原、耐熱、無(wú)腐蝕。

?

易與原料液相分層：不乳化、不產(chǎn)生第三相。

?

易于反萃或分離：便于萃取劑的重復(fù)利用。

?

安全性好

：無(wú)毒或低毒、不易燃、難揮發(fā)、環(huán)保。

?

經(jīng)濟(jì)性好：成本低、損耗小。

影響因素——萃取劑

?萃取劑的選擇依據(jù)

?利用溶解度參數(shù)理論指導(dǎo)溶劑的選擇：

?溶解度本質(zhì)：固相分子間的相互作用及固－液兩相分子間兩種作用力的綜合平衡的結(jié)果。

?能最大限度地削弱生物分子間的作用力，盡可能地增加目的分子與溶劑分子間的相互作用力。

?根據(jù)相似相溶的規(guī)律選擇

?分子結(jié)構(gòu)上的相似性，分子間作用力相似。

?根據(jù)被提取物的介電常數(shù)來(lái)選擇

?選擇與溶質(zhì)的極性相近

影響因素——萃取劑

?

常用萃取劑

?中性萃取劑：包括含磷類(lèi)、含氧類(lèi)和含硫類(lèi)重型萃取劑，如磷酸三丁酯(TBP)、甲基異丁基酮(MIBK)、二辛基亞砜(DOSO)等。

?有機(jī)酸萃取劑：包括有機(jī)磷酸、有機(jī)磺酸、羧酸等。

?胺類(lèi)萃取劑：各種有機(jī)胺和胺鹽。

?螯合萃取劑：各種有機(jī)螯合物、冠醚等。

影響因素——操作溫度

?影響相平衡關(guān)系

?物系的溫度升高，溶質(zhì)在溶劑中的溶解度加大

溫度升高，兩相區(qū)面積縮小

?溫度升高，兩相區(qū)面積減少

?溫度低分離效果較好，但傳質(zhì)慢。

影響因素——原溶劑條件

?pH值：

?影響弱酸堿的分配系數(shù)，萃取的選擇性，產(chǎn)物穩(wěn)定性

?鹽析：

?無(wú)機(jī)鹽類(lèi)可降低溶質(zhì)及有機(jī)相在水相中的溶解度，適量鹽類(lèi)有利于溶質(zhì)轉(zhuǎn)移至有機(jī)相及有機(jī)相與水相的分層。

?過(guò)量可能會(huì)帶入雜質(zhì)

影響因素——原溶劑條件

?帶溶劑：

?定義：能與產(chǎn)物形成復(fù)合物，使產(chǎn)物更易溶于有機(jī)溶劑相中，該復(fù)合物在一定條件下又很容易分解的這樣一種物質(zhì)。

?離子萃取：正負(fù)離子結(jié)合成對(duì)的萃取。如脂肪堿做帶溶劑萃取四丁胺

?反應(yīng)萃?。盒纬山j(luò)合物的萃取。如檸檬酸在酸性條件下與萃取劑形成中性絡(luò)合物的萃取

影響因素——乳化

?乳化：形成乳狀液的過(guò)程

?乳狀液：是一種（或幾種）液體以液珠形式分散在另一不相混溶的液體之中所構(gòu)成的分散體系。

苯—水

振搖后分層

苯-水-肥皂

振搖形成乳白色液體

?分散相：乳狀液中被分散的一相（內(nèi)相）

?分散介質(zhì)：乳狀液中連續(xù)相（外相）

影響因素——乳化

?乳化劑：

?在此過(guò)程中所加入的添加物（肥皂）為乳化劑

?一類(lèi)表面活性劑，可增強(qiáng)乳狀液的穩(wěn)定，由親油基和親水基兩部分組成。

?一端為親水基團(tuán)或極性部分（

－OH等）

?一端為疏水性基團(tuán)或非極性部分（烴鏈）

?乳狀液分類(lèi)：根據(jù)內(nèi)外相的性質(zhì)，乳狀液主要有兩種類(lèi)型

?水包油型（O/W）：油分散在水中，如牛奶、雪花膏等

?油包水型（W/O）：水分散在油中，如原油、香脂等

影響因素——乳化

?乳狀液穩(wěn)定原理

?定向楔理論

?界面張力理論

?界面膜的穩(wěn)定理論

?電效應(yīng)的穩(wěn)定理論

概括地說(shuō)：液滴表面形成了一層牢固的膜，阻礙液滴的聚結(jié)分層，從而使乳狀液保持一定的穩(wěn)定。但乳狀液是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，有聚結(jié)分層降低體系能量的趨勢(shì)。

影響因素——乳化

?影響乳狀液穩(wěn)定的因素

?界面膜及其強(qiáng)度

?界面電荷

?乳狀液的粘度

?乳狀液的分散度

破乳

???定義：乳狀液的分散相小液珠聚集成團(tuán)，形成大液滴，最終使油水兩相分層析出的過(guò)程。

破乳方法：物理機(jī)械法和物理化學(xué)法

物理機(jī)械法：

???????過(guò)濾

■加熱

離心分離

■高壓電

稀釋

■吸附

頂替法

變型法

反應(yīng)法

物理化學(xué)法：

3.3萃取過(guò)程的計(jì)算

?萃取方式

單級(jí)接觸萃取

多級(jí)接觸萃取

微分接觸萃取

3.3.1

單級(jí)萃取

3.3.1

單級(jí)萃取

?一般已知：

原料液的流量F和溶質(zhì)A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)xF，

萃取劑中A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)yS，

體系的相平衡數(shù)據(jù)和分離要求（萃余相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)xR）

?要計(jì)算：

所需的萃取劑用量S，

萃取相的量E，

萃余相的量R和萃取相組成xE。

一、利用三角形相圖的圖解計(jì)算

計(jì)算步驟如下：

1、根據(jù)已知的平衡數(shù)據(jù)作溶解度曲線(xiàn)及輔助曲線(xiàn)。

2、由已知原料液組成xF，在AB邊上確定F，連結(jié)S、F，有：

SFM?FMSP同時(shí)可在圖中確定混合點(diǎn)M。

3、過(guò)M利用輔助曲線(xiàn)作聯(lián)結(jié)線(xiàn)有：

RME?EMRRME?MRE4、連點(diǎn)S、E和點(diǎn)S、R并分別延長(zhǎng)交AB于點(diǎn)E'和R'，則點(diǎn)E'和R'分別表示萃取液和萃余液的組成。

一、利用三角形相圖的圖解計(jì)算

F?S?E?R?MFxF?SyS?EyE?RxR?MxM由杠桿規(guī)則可知（計(jì)算過(guò)程見(jiàn)下一頁(yè)）：

F(xF-xM)S?(xM-yS)M(xM-xR)E?(yE-xR)M(yE-xM)R?(yE-xR)同理可得E'、R'

一、利用三角形相圖的圖解計(jì)算

由于：R+E=M，所以R=M-E①

RxR+EyE=MxM②

（M-E）xR+EyE=MxM（M

-E）xR?MxM-EyEMxM-EyEM-E?xRExMyE?（1-）/（1-）MxRxRExR-xM?MxR-yEM（xR-xM）?E?xR-yE

兩邊同除以MM-EMxM-EyE?MxRMxMEyE1-?-?MxRMxREyExM（1-）?1-MxRxR

E二、S和B完全不互溶時(shí)的圖解計(jì)算

當(dāng)S和B完全不互溶時(shí)，則萃取相含全部溶劑，萃余相含全部稀釋劑，萃取前后的物料衡算式為（萃取劑為純?nèi)軇?/p>

或

F?SY1?BX1BX分配曲線(xiàn)

BY1?-（X1-XF）S3.3.1

單級(jí)萃取

?存在問(wèn)題：

單級(jí)萃取簡(jiǎn)單，效率低，目的產(chǎn)物在萃余相中的殘留量仍然較多；為達(dá)到一定的萃取率，間歇操作時(shí)需要的萃取劑量較大，或者連續(xù)操作時(shí)所需萃取劑的流量較大。

?解決辦法：

需要采取多級(jí)萃取，增大萃取效率。

3.3.2

多級(jí)錯(cuò)流萃取

料液在第一級(jí)進(jìn)行萃取后的萃余相R1繼續(xù)在第二級(jí)用新鮮溶劑萃取，一次直到第N級(jí)的萃余相RN得濃度符合要求為止。

3.3.2

多級(jí)錯(cuò)流萃取

?一般已知：

操作條件下的相平衡數(shù)據(jù)，

原料液量F及組成xF，

溶劑的量S和組成yS和萃余相的組成xR。

?要計(jì)算：

所需理論級(jí)數(shù)N，

離開(kāi)各級(jí)的萃余相和萃取相的量及組成。

一、利用三角形相圖的圖解計(jì)算

1、按第1級(jí)原料液萃取劑的量和組成，確定第1級(jí)混合后的量和組成得M1，

2、過(guò)點(diǎn)M1作聯(lián)結(jié)線(xiàn)得經(jīng)第一級(jí)萃取后的萃取相E1和萃余相R;

3、按第2級(jí)進(jìn)料R1及萃取劑的量和組成確定第2級(jí)混合液的量和組成，得點(diǎn)M2；

4、重復(fù)2和3得方法的方法，直至第N級(jí)萃余相RN濃度符合要求。

二、S和B完全不互溶時(shí)的圖解計(jì)算

此時(shí)對(duì)各級(jí)分別作物料衡算：

BY1?-（X1-XF）SBY2?-（X2-X1）S...BYN?-（XN-XN-1）S分配曲線(xiàn)

上式即為各級(jí)的操作線(xiàn)，其斜率為一常數(shù)-B/S：

3.3.3多級(jí)逆流萃取

E'XFF1E1Y1X1R12E2Y2X2R2Xi-1Ri-1iXiRiXN－1RN－1NXNRNE3Y3EiYiEi+1Yi+1ENYNSYSR

3.3.3多級(jí)逆流萃取

?流程：

原料液F從第1級(jí)進(jìn)入，依次經(jīng)過(guò)各級(jí)萃取，成為各級(jí)的萃余相，其溶質(zhì)組成逐級(jí)降低，溶劑S從末級(jí)第N級(jí)進(jìn)入系統(tǒng)，依次通過(guò)各級(jí)與萃余相逆相接觸，進(jìn)行萃取，使得萃取相中的溶質(zhì)組成逐級(jí)提高，最終獲得的萃取相E1和萃余相RN通過(guò)脫溶劑塔脫除溶劑，并返回系統(tǒng)循環(huán)使用。

?特點(diǎn)：

連續(xù)逆流操作，混合物可分離程度較高。

3.3.3多級(jí)逆流萃取

?一般已知：

操作條件下的相平衡數(shù)據(jù)，

原料液量F及組成xF，

溶劑的量S和組成yS和萃余相的組成xR。

?要計(jì)算：

所需理論級(jí)數(shù)N，

離開(kāi)各級(jí)的萃余相和萃取相的量及組成。

一、利用三角形相圖的圖解計(jì)算

１、由xF、x'N的值分別定出點(diǎn)F、R'N，連點(diǎn)S（設(shè)萃取劑為純S）和RN'，交溶解度曲線(xiàn)左側(cè)于點(diǎn)RN,此點(diǎn)代表最終萃余相組成。

２、對(duì)全級(jí)作總物料衡算有

F?S?E1?RN?M連接點(diǎn)F和S，根據(jù)杠桿規(guī)則得代表混合液量及組成得點(diǎn)M；連接點(diǎn)RN和M并延長(zhǎng)交溶解度曲線(xiàn)于E1，則E1和RN的量也可按杠桿規(guī)則確定。

Δ

E'XFF1E1Y1X1R12E2Y2X2R2Xi-1Ri-1iXiRiXN－1RN－1NXNRN３、對(duì)第1級(jí)、第2級(jí)、…第N級(jí)分別作物料衡算

E3Y3EiYiEi+1Yi+1ENYNSYS?F?E1?R1?E2?R?E?R?E223

?1?

?

?R?EN?RN－S

?N?1

得F-E1=R1-E2=…＝RN－S=Δ

點(diǎn)Δ求法：分別連接點(diǎn)E1、F和點(diǎn)S、RN并延長(zhǎng)之，所得交點(diǎn)即為點(diǎn)Δ，它位于三角形相圖外，稱(chēng)之為操作點(diǎn)。

Δ

４、點(diǎn)E1作聯(lián)結(jié)線(xiàn)得表示第1級(jí)萃余相組成得點(diǎn)R1。

５、連接點(diǎn)Δ和R1并延長(zhǎng)交溶解度曲線(xiàn)于點(diǎn)E2(習(xí)慣上稱(chēng)過(guò)點(diǎn)Δ的直線(xiàn)為操作線(xiàn))。

６、重復(fù)4和5的方法直至表示萃余相組成的點(diǎn)RN小于規(guī)定值。

Δ

二、利用直角坐標(biāo)系求解——操作線(xiàn)作法

?在第一級(jí)與第i級(jí)間作溶質(zhì)A的物料恒算

Fx?Ey?Rx?EyFi?1i?1ii11

?E1?RiF?Yi?1??xi??y?x1F?E?EE

i?1i?1?i?1??上式為多級(jí)逆流萃取的操作線(xiàn)方程。表示離開(kāi)任一級(jí)i的萃余相組成與進(jìn)入該級(jí)的萃取相組成之間的變化關(guān)系。據(jù)此式可在直角坐標(biāo)圖上繪制出操作線(xiàn)。

操作線(xiàn)兩端點(diǎn)：N(xF,y1)、W(xn,ys)

y

W(xn,yS)

N(xF,y1)?

x

二、直角坐標(biāo)系求解——操作線(xiàn)作法

兩端點(diǎn)坐標(biāo)分別為(xF，y1)和(xn，ys)，連接各點(diǎn)為光滑曲線(xiàn)，即為操作線(xiàn)

yF

Rm-1

E1

N(xF,y1)

SΔ

RN

Em

W(xn,yS)

x圖解步驟

?在x~y直角坐標(biāo)系中標(biāo)繪分配曲線(xiàn)OQP?作操作線(xiàn)WN（利用三角相圖上的操作線(xiàn)或利用操作線(xiàn)方程）

?從點(diǎn)N(xF,y1)開(kāi)始在分配曲線(xiàn)和操作線(xiàn)間繪制梯級(jí)，直至跨過(guò)點(diǎn)W(xn,ys)為止。

?理論級(jí)數(shù)=梯級(jí)數(shù)

三、B、S完全不互溶

Y?在第1級(jí)與第i級(jí)間做溶質(zhì)A的物料衡算

BXF?SYi?1?BXi?SYiBB??Yi?1?Xi??Y1?XF?SS??

Y1

J

?

上式為B、S完全不互溶多級(jí)逆流萃取的

操作線(xiàn)方程，表示離開(kāi)任一級(jí)萃余相組

XN

XF

X

成Xi與進(jìn)入該級(jí)萃取相組成Yi+1間的變化關(guān)系。

?此操作線(xiàn)為：斜率=B/S，連接點(diǎn)(XF,Y1)、

(Xn,Ys)的線(xiàn)段。

?????圖解法

步驟：

Y

在X~Y坐標(biāo)上繪制分配曲線(xiàn)；

在X~Y坐標(biāo)上繪制操作線(xiàn)DJ；

Y1

J

從J點(diǎn)出發(fā)，在分配曲線(xiàn)與操作線(xiàn)

間繪制梯級(jí)。

D

XN

XF

X

3.3.4微分逆流萃取過(guò)程

?采用類(lèi)似于吸收原理和計(jì)算方法可得：

(1)傳質(zhì)單元高度

G

(HTU)?L(HTU)oy?axkaAkoyaAax

(2)傳質(zhì)單元數(shù)

(NTU)ax??x1dxx?x*x2(NTU)oy??y1y2dyy*?y(3)總傳質(zhì)高度

H?(HTU)ax?(NTU)axH?(HTU)oy?(NTU)oy

3.3.5最小溶劑比(S/F)min和最小溶劑用量Smin?萃取操作中，用溶劑比S/F來(lái)表示溶劑用量對(duì)設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)的影響。

SB?操作線(xiàn)與分配曲線(xiàn)距離?，理論級(jí)數(shù)?,設(shè)備費(fèi)??,???FS?溶劑回收成本?，操作費(fèi)?最小溶劑比(S/F)min：是指當(dāng)操作線(xiàn)與分配曲線(xiàn)(平衡線(xiàn))在某一點(diǎn)相交或相切時(shí)的溶劑比。

AFBG

M

S

Smin的確定

?B、S部分互溶

S/F↓，

↑，Rn不變，E1上移，操作線(xiàn)斜率↑，操作線(xiàn)與聯(lián)結(jié)線(xiàn)MS斜率越靠近，理論級(jí)數(shù)↑。當(dāng)S/F減到(S/F)min時(shí)，出現(xiàn)某一操作線(xiàn)與聯(lián)結(jié)線(xiàn)相重合的情況，此時(shí)的理論級(jí)數(shù)為無(wú)窮多。

Smin的量由杠桿規(guī)則確定

AS?M?F?F?M

或

Smin?F????F?minM?SM?S

FBG

M

SSmin的確定

??B、S完全不互溶

在X~Y圖上，連接點(diǎn)D(Xn,YS)和分配曲線(xiàn)與X=XF交點(diǎn)，讀取其斜率mmax，則：

SminB?或mmax

B?S????Fmmax?F?min

D計(jì)算舉例

一、確定混合液M的量及組成

1.已知：F,S,xF,yS根據(jù)杠桿規(guī)則在圖中確定M點(diǎn)

FMSFS?MFFMSSFM的量：??M?F??

SMFMFSMSMF

A

M的組成：讀圖

根據(jù)物料恒算：

F?S?MFxF?SyS?MxM

FxF?SyS?xM?F?S

F

M?

B

S

計(jì)算舉例

2.已知:F,xF,yS,xR

A步驟:找到F,S點(diǎn),作FS直線(xiàn);

根據(jù)xR和輔助曲線(xiàn),找到R,E點(diǎn),連R,E交FS線(xiàn)于M,讀圖得MP

點(diǎn)組成;F

M的量:EM?

SFM?FMS

R

B

S計(jì)算舉例

A二、確定R、E的量及組成（M點(diǎn)已知情況下）

1.xR未知

步驟：

試差作圖法求R、E相的組成。

R、E的量：

杠桿規(guī)則：

物料恒算

PM?

F

E

RMRE?MRER?M?E

R?E?MRxR?EyE?MxM

B

SxM?xR?E?MyE?xRR?M?E計(jì)算舉例

A2.xR已知

連RM點(diǎn)并延長(zhǎng)得E點(diǎn)，讀圖

得R、E組成，利用杠桿規(guī)則或物料恒算計(jì)算R、E的量

PM?

F

E

R

B

S

弱電解質(zhì)在有機(jī)溶劑-水相的分配平衡

分配系數(shù)中ye和xr必須是同一種分子類(lèi)型，即不發(fā)生締合或離解。對(duì)于弱電解質(zhì)，在水中發(fā)生解離，則只有兩相中的單分子化合物的濃度才符合分配定律。

例如：青霉素在水中部分離解成負(fù)離子（RCOO－），而在溶劑相中則僅以游離酸（RCOOH）的形式存在，則只有兩相中的游離酸分子才符合分配定律。

此時(shí)，同時(shí)存在著兩種平衡，一種是青霉素游離酸分子在有機(jī)溶劑相和水相間的分配平衡；另一種是青霉素游離酸在水中的電離平衡（圖18-2）。前者用真分配系數(shù)K0來(lái)表征，后者用電離常數(shù)Kp來(lái)表征。對(duì)于弱堿性物

質(zhì)也有類(lèi)似的情況。

青霉素的分配平衡

弱電解質(zhì)的真分配系數(shù)：

?熱力學(xué)分配系數(shù)K0

：萃取平衡時(shí)，單分子化合物溶質(zhì)在

兩相中濃度之比。

?弱酸性電解質(zhì)K0＝[AH]E/[AH]R?弱堿性電解質(zhì)K0＝[B]E/[B]R

弱電解質(zhì)的電離常數(shù)

?電離常數(shù)Kp

：弱電解質(zhì)電離平衡時(shí)，已電離的離子與未電

離的分子濃度的關(guān)系。

?弱酸性電解質(zhì)

?弱堿性電解質(zhì)

Kp?A??H?????AH??Kp?B??OH????BOH?

弱電解質(zhì)的表觀分配系數(shù)K?分配達(dá)平衡時(shí)，溶質(zhì)在兩相的總濃度之比

?對(duì)于弱酸性電解質(zhì)

?AH?EK??????AH?AR

Kp1?K0KP1?H??A??H?????AH????AH?EK0??AH?RpH??lgH?K01?10pH?pKp???pKp??lgKp

弱電解質(zhì)的表觀分配系數(shù)K?分配達(dá)平衡時(shí)，溶質(zhì)在兩相的總濃度之比

?對(duì)于弱酸性電解質(zhì)

K?K01?10pH?pKp

?對(duì)于弱堿性電解質(zhì)

K?K01?10pKp?pH?K0－只與T、P有關(guān)；K－與T、P和pH有關(guān)

?K可通過(guò)實(shí)驗(yàn)求出，而K0不能，可由公式求出。

pH對(duì)表觀分配系數(shù)的影響（pH~K）

pH低有利于酸性物質(zhì)分配在有機(jī)相，堿性物質(zhì)分配在水相。

對(duì)弱酸隨pH↓K↑,當(dāng)pH<<pKp時(shí)，K→K0

例：已知芐青霉素pKp=2.75T=10℃K0=47

求:pH4.4pH2.5pH2.0時(shí)的K?47K??1pH4.4時(shí):4.4?2.751?10pH2.5時(shí):K=30pH2.0時(shí):K=39.9∴

pH↓K↑

解釋原理:pH<pKp時(shí)，[pen]>[pen-]易溶于有機(jī)相

A四、確定S、Smax的量

1.S的量

B向原料液中不斷加入萃取劑，當(dāng)三元物系的組成點(diǎn)位于G點(diǎn)時(shí)，溶液開(kāi)始出現(xiàn)分層，此時(shí)萃取劑用量為Smin。計(jì)算方法：

杠桿規(guī)則：

物料恒算：

SminGF?FGS

F?Smin?GFxF?SminyS?GxG

MF由

或S/F計(jì)算SS?FMS2.Smin的量

FG

M

S3.Smax的量

前述基礎(chǔ)上，繼續(xù)加萃取劑，當(dāng)三元物系組成點(diǎn)位于H點(diǎn)時(shí)，溶液由兩項(xiàng)變?yōu)榫灰幌?，此時(shí)萃取劑用量為Smax。計(jì)算方法

杠桿規(guī)則：

SminHF?FHSFxF?SmaxyS?HxHA物料恒算：

F?Smax?HFB

M

H

S

例：采用純?nèi)軇┻M(jìn)行單級(jí)萃取。已知料液組成xF=0.3(質(zhì)量分率，下同)，xAxB?0.25，kA<1，溶解度曲線(xiàn)如圖選擇性系數(shù)為6，在萃余相中

所示。試求：

（1）

萃取液量與萃余液量的比值；

A（2）溶劑比S/F是最小溶劑比（S/F）min

多少倍？（用線(xiàn)段表示）

S

F，xF

R，xR

R?，x?R

E?，y?E

S，yS

E，yE

S

B

S圖解法

解：（1）萃取液量與萃余液量的比值

找到點(diǎn)F、E?、R?

，然后應(yīng)用杠桿原理求E?、R?的大小。

xAx'??0.25?xA?0.2'xB1?xA'A'A'A

A

yAxAyxAy1

E?

??????6''yBxB(1?yA)xB1?yA0.25

?y?0.6'AF