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化工原理(天大版)---(下册)第四章 萃取
选择性系数与kA、kB有关。 kA越大, kB越小,就越大, 说明:
A、B的分离也就越容易 凡是影响kA、kB的因素都影响(温度、组成) 若 =1,则萃取相和萃余相在脱除溶剂S后将具有相同的 组成,并且等于原料液的组成,故没有分离能力 萃取剂的选择性越高,对A的溶解能力就大,则一定的分离 任务,可越少萃取剂用量,降低回收溶剂操作的能耗,并且 可获得高纯度的产品A 当组分B、S完全不互溶时,则选择性系数趋于无穷大,这 是最理想的情况。
MF FN F ( xF xM ) (4 7) SF F xM y S MS NB
R'
B
(b)
S
EM
M ( xM x R ) 其中yE、xM、xR 由相图读出 y E xR R) 把4-6、4-7代入4-9得: E F ( xF x 其中xF、x' 'R、y''E由相图读出 y E x R R F E
表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系。 A值愈大,萃取分离的效果 愈好 A值与联结线的斜率有关 不同的物系具有不同的分配系数 A值 同一物系, A值随温度和组成而变。 一定温度下,仅当溶质组成范围变化不大时, A值才可视为常数 Y KX 式中:Y——萃取相E中溶质A的质量比组成;
X ——萃余相R中溶质A的质量比组成; K——以质量比表示相组成时的分配系数
4.2.2 液-液相平衡关系
3、分配系数和分配曲线
分配曲线:若以xA为横坐标,以yA为纵坐标,则可在x-y直角坐标图上得到
表示互成平衡的一对共轭相组成的点N。将这些点联结起来即可得到曲线 ONP,称为分配曲线
曲线上的P点即为临界混溶点。 分配曲线表达了溶质A在互成平衡的E相与R相中的分配关系。若已知某液相组成, 则可由分配曲线求出其共轭相的组成。 若在分层区内y均大于x,即分配系数 A >1,则分配曲线位于y=x直线的上方,反 之则位于y=x直线的下方。 若随着溶质A组成的变化,联结线倾斜的方向发生改变,则分配曲线将与对角线出 现交点,这种物系称为等溶度体系
(1)M点与R、E点处于同一直线上 (2) E相与R相的量和线段MR与ME成比例
E MR 式中:E、R——E相和R相的质量,kg或kg/s A R ME MR,ME——线段的长度
(3)若与A、B二元原料液F中加入纯溶剂,则混合液 总组成的坐标M点沿SF线而变,具体位置由杠杆 规则确定 MF S F MS F
BXF SYS
原料液F xF 萃取剂S yS (a)
萃余相R BX1 xR 萃取相E SY1 yE
4.3.2多级错流接触萃取的流程和计算
多级错流接触萃取的流程
S1 F, xF 1 R1 x1 S2 2 R2 x2 E2,y2
S3
3 R3 x3 E3,y3 Rn-1 xn-1
Sn n Rn xn
Sn
F S R E M (4 6) 对(a)作总物料衡算: 对(a)作溶质A的物料衡算:
F N M R A
萃余相R xR 萃取相E yE
E'
E
根据杠杆法则 :
MR (4 8) RE RF E F (4 9) RE
FxF Sys RxR EyE MxM (4 10)
把4-6、4-10代入4-8得:E
4.3.1单级萃取的计算
2、单级萃取的计算
当B、S完全不互溶时,则对溶质A作总物料衡算可写成: B( X F X1 ) S (Y1 Ys )
式中:B—原料液中稀释剂的量,kg或kg/h; S—萃取剂的量, kg或kg/h; XF—原料液中A的质量比组成, kgA/kgB X1—单级萃取后萃余相中A的质量比组成, kgA/kgB Y1—单级萃取后萃取相中A的质量比组成, kgA/kgS YS—萃取剂中A的质量比组成, kgA/kgS
4.2.2 液-液相平衡关系
2、辅助曲线和临界混溶点 辅助曲线的做法
利用辅助曲线便可从已知某相R(或E)组成确定与之平衡的另一 相E(或R)的组成
临界混溶点:辅助曲线与溶解度曲线的交点为P,显然通过P点
的联结线无限短,即该点所代表的平衡液相无共轭相,相当于该 系统的临界状态,故称点P为临界混溶点。
4.3萃取过程的计算
萃取操作的分类
分级接触式 连续接触式
理论级:离开萃取器每一级的萃取相与萃余相互成平衡 级效率
4.3.1单级萃取的计算
1、萃取过程在三角形相图上的表示
o 说明: a. 间歇操作时各股物料均以kg表示,连续操作时以kg/h表示 b. 萃取相组成y及萃余相组成x的下标只标注了相应的流股符号, 不标注组分符号,如没特别指出,均指溶质A (1)混合 S的量应使M在MR和ME之间 (2)分层
4.2.4萃取剂的选择
2、原溶剂B与萃取剂S的互溶度 组分B与S的互溶度影响曲线的形状和分层区的面积 组分B与S1互溶度小,分层区面积大,可能得到的萃取液 的最高组成y'max较高,所以,B、S互溶度越小,越有利 于萃取分离
y'max
y'max
(a)组分B与S1互溶度小;(b)组分B与S2互溶度大
SE
对图中第n级作A的衡算:
Yn
——操作线方程
( X n1, YS )
4.3.2多级错流接触萃取的流程和计算
在X-Y坐标图上图解理论级的步骤: (1)在坐标图上绘出 X~Y 分配曲线 (2)由每一级物料衡算得出操作线,直到第 n 级萃余相中 的浓度 Xn满足要求为止 说明
若各级萃取剂用量不等,则诸操作线不相平行 如果溶剂中不含溶质,YS =0,YSL和X轴重合
4.2三元体系的液-液相平衡
混合液的分类
I类物系:组分A、B及A、S分别完全互溶,组分B、S部分互 溶或完全不互溶 II类物系:组分A、S及B、S分别形成部分互溶体系,组分B、 S部分互溶或完全不互溶 本章重点研究I类物系
4.2.1 组成在三角形相图上的表示方法
三角形坐标图中混合物的组成常用质量分数表示 三角形坐标图的每个顶点分别代表一个纯组分。 在三角形坐标图中,AB边以A的质量分率作为标度,BS边以B的质量 分率作为标度,SA边以S的质量分率作为标度。(逆时针) 三角形坐标图三条边上的任一点代表一个二元混合物系,第三组分 的组成为零 三角形坐标图内任一点代表一个三元混合物系 过物系点M分别作对边的平行线ED、HG、KF,则由点A、B、S的组成 分别为: xA=BE=0.4 xB=SG=0.3 xS=AK=0.3
4.2.2 液-液相平衡关系
1、溶解度曲线和联结线
设溶质A可完全溶于B及S,但B与S为部分互溶,在一定温度下做 溶解度曲线 均相区:曲线以外的区域为均相区 两相区:曲线称为共轭相 联结线:联结两共轭液相相点的直线称为联结线 一定温度下,同一物系的联结线的倾斜方向 一般是一致的,但随溶质组成而变,即各联 L J 结线互不平行,少数物系联结线的倾斜方向 会有改变
M R E
4.2.4萃取剂的选择
1、萃取剂的选择性和选择性系数
萃取剂的选择性:指萃取剂S对原料液中两个组分溶解能力的差异 萃取剂选择性系数
A在萃取相中的质量分数 A在萃余相中的质量分数 y A x A y A yB / / / y x x B在萃取相中的质量分数 B在萃余相中的质量分数 B B A xB k A kB
S1 1 S2 2 S3 Sn
F, xF
R1 x1
R2 x2 E2,y2
3
R3 x3 E3,y3
Rn-1 xn-1
n
Rn xn
Sn
N R' E'
E1,y1
En,yn N
BX F SYs BX1 SY1
Y1 B B X 1 ( X F YS ) S S
B B X n ( X n 1 YS ) S S
第四章 液—液萃取
4.1 概述
1、液-液萃取的基本原理
萃取:在液体混合物中加入与其不互溶或部分互溶的液体溶剂(萃 取剂),形成两相体系。利用原料液中各组分在萃取剂中溶解度 的差异,实现原料液中各组分一定程度的分离,称为萃取。 溶质:选用的溶剂对原料液一个组分有较大溶解力,该易溶组分为 溶质,以A表示; 稀释剂(原溶剂):溶剂对另一组分完全不溶解或部分溶解,该难 溶组分称为稀释剂,以B表示; 萃取剂:萃取过程中加入的溶剂,以S表示。 萃取操作基本过程:
N R' E'
E1,y1
En,yn N
SE
4.3.2多级错流接触萃取的流程和计算
1、组分B、S部分互溶时的三角形坐标图图解法
A
F
E1 R1 R2 R3 B M1 M2 M3 S
E2
E3
多级错流的计算只是单级的多次重复
4.3.2多级错流接触萃取的流程和计算
2、组分B、S不互溶时理论级数的计算
1)直角坐标图图解法 设每一级加入的溶剂量相等,则溶质在萃取相和萃余相中的组 分分别用质量比Y(A/S)、X( A/B)表示 对图中第一级作A的衡算:
E FR (3)脱溶剂 R FE
A
或
E FR F RE
E'max E'
Emax F R' B ME MR M R S E
o 讨论:
E'max点代表在一定条件下可能得到 的最高组成的萃取液
4.3.1单级萃取的计算
2、单级萃取的计算
原料液F xF 萃取剂S yS (a)
4.2.4萃取剂的选择
3、萃取剂回收的难易与经济性
要求萃取剂S与原料液中的组分的相对挥发度要大,不 应形成恒沸物,并且最好是组成低的组分为易挥发组分 若被萃取的溶质不挥发或挥发度很低时,则要求S的汽 化热要小,以节省能耗