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1、关于液液萃取第一页，本课件共有89页3.13.1概述概述o液液萃取液液萃取，常称，常称（有机）溶剂萃取（有机）溶剂萃取n溶剂与液体混合物不互溶或部分互溶溶剂与液体混合物不互溶或部分互溶n溶质在两液相间因溶解度差异溶质在两液相间因溶解度差异o溶质溶质A：混合液中欲分离组分：混合液中欲分离组分o原溶剂（稀释剂）原溶剂（稀释剂）B：混合液中的溶剂：混合液中的溶剂o萃取剂萃取剂S：所选用的溶剂：所选用的溶剂第二页，本课件共有89页3.1.1 3.1.1 基本过程基本过程混合液混合液A+B萃取剂(溶剂S)萃取相E(S+A+B)萃余相萃余相R(B+A+S)搅拌搅拌o加料加料o混合混合o分相分相o排除排除o
2、纯化和回收纯化和回收第三页，本课件共有89页实验室液液萃取过程实验室液液萃取过程第四页，本课件共有89页3.1.2 3.1.2 处理对象和特点处理对象和特点o分离对象分离对象液液混合物液液混合物n相对挥发度等于或者接近相对挥发度等于或者接近1；n溶质溶质A浓度很小而稀释剂浓度很小而稀释剂B易挥发；易挥发；n混合液含热敏性物质；混合液含热敏性物质；第五页，本课件共有89页3.1.2 3.1.2 处理对象和操作要点处理对象和操作要点o萃取操作的要点萃取操作的要点n选择适宜的萃取剂是一个关键问题选择适宜的萃取剂是一个关键问题 n两个液相应具有一定的密度差两个液相应具有一定的密度差 n溶质与萃取剂的沸
3、点差较大溶质与萃取剂的沸点差较大第六页，本课件共有89页3.1.3 3.1.3 液液萃取在工业上的应用液液萃取在工业上的应用o在石油化工中的应用在石油化工中的应用n分离分离轻油裂解轻油裂解和和铂重整铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物产生的芳烃和非芳烃混合物 n用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡o在生物化工和精细化工中的应用在生物化工和精细化工中的应用 n以醋酸丁酯为溶剂萃取发酵液中的青霉素以醋酸丁酯为溶剂萃取发酵液中的青霉素n香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素 o冶金工业中的应用冶金工业
4、中的应用n用溶剂用溶剂LIX63-65LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜第七页，本课件共有89页3.2 3.2 液液萃取过程的基本原理液液萃取过程的基本原理3.2.1 液液萃取的平衡关系液液萃取的平衡关系o三角相图三角相图n相组成表示法相组成表示法n溶解度曲线、联结线及临界点溶解度曲线、联结线及临界点n杠杆规则杠杆规则o分配关系分配关系n分配系数分配系数n分配曲线分配曲线第八页，本课件共有89页三角形相图三角形相图相组成表示法相组成表示法 o三角形坐标图通常有等边三角形坐标图、等腰直角三角形坐标图和非等腰三角形坐标图通常有等边三角形坐标图、等腰直角
5、三角形坐标图和非等腰直角三角形坐标图，如图所示，其中以等腰直角三角形坐标图最为常用。直角三角形坐标图，如图所示，其中以等腰直角三角形坐标图最为常用。第九页，本课件共有89页三个顶点三个顶点：纯物质：纯物质 三条边上的点三条边上的点：二元混合物的组成：二元混合物的组成H点的组成为：点的组成为：AHSB三角形相图三角形相图相组成表示法相组成表示法 混合物的组成用质混合物的组成用质量分数表示量分数表示第十页，本课件共有89页AMDEGFKSB三角形内的任一点三角形内的任一点：一定组成的三元混合物：一定组成的三元混合物M点的组成为：点的组成为：H三角形相图三角形相图相组成表示法相组成表示法 W第十一页
6、，本课件共有89页o溶解度曲线与联结线（共轭线）溶解度曲线与联结线（共轭线）1）溶解度曲线）溶解度曲线均相区均相区两相区两相区MRE共轭相共轭相：R相和相和E相相联结线（共轭线）联结线（共轭线）：RE三角形相图三角形相图溶解度曲线、联结线溶解度曲线、联结线 萃取操作只能在萃取操作只能在两两相区相区内进行内进行第十二页，本课件共有89页o辅助曲线和临界混溶点辅助曲线和临界混溶点 辅助线的作法辅助线的作法C1C2C3P辅助线辅助线的作用：的作用：求任一求任一平衡平衡液相的共轭相液相的共轭相REP点：临界混溶点点：临界混溶点三角形相图三角形相图溶解度曲线、联结线溶解度曲线、联结线 第十三页，本课件共
7、有89页o临界混溶点的特点临界混溶点的特点n由由于于联联结结线线通通常常都都有有一一定定的的斜斜率率，因因而而临临界界混混溶溶点点一一般般并并不在溶解度曲线的顶点。不在溶解度曲线的顶点。nP点点将将溶溶解解度度曲曲线线分分为为两两部部分分：靠靠原原溶溶剂剂B一一侧侧为为萃萃余余相相部分，靠溶剂部分，靠溶剂S一侧为萃取相部分。一侧为萃取相部分。n临临界界混混溶溶点点由由实实验验测测得得，但但仅仅当当已已知知的的联联结结线线很很短短即即共共轭轭相相接接近近临临界界混混溶溶点点时时，才才可可用用外外延延辅辅助助曲曲线线的的方方法法确确定临界混溶点。定临界混溶点。三角形相图三角形相图溶解度曲线、联结线
8、溶解度曲线、联结线 第十四页，本课件共有89页Mo三点共线三点共线M点：和点点：和点R（E）点点：M点点与与E（R）点点的的差点差点REo线段成比例线段成比例三角形相图三角形相图杠杆规则杠杆规则Fo 若原料液若原料液 F中加入纯溶剂中加入纯溶剂S，则表示混合液组，则表示混合液组成的点成的点M视溶剂加入量的多少沿视溶剂加入量的多少沿FS线变化，点线变化，点M的的位置由杠杆规则确定：位置由杠杆规则确定：第十五页，本课件共有89页分配关系分配关系分配系数分配系数o分配系数分配系数 n一定温度下，某组分在互相平衡的一定温度下，某组分在互相平衡的E相与相与R相中的组成之比相中的组成之比称为该组分的分配系
9、数，以称为该组分的分配系数，以 表示，即表示，即 第十六页，本课件共有89页联结线的斜率联结线的斜率0 kA1，yAxA 联结线的斜率为联结线的斜率为0 kA=1，yA=xA 联结线的斜率联结线的斜率0 kA1，yAxA kA值愈大，萃取分离的效果愈好值愈大，萃取分离的效果愈好分配关系分配关系分配系数分配系数o分配系数分配系数 nkA值与联结线的斜率有关值与联结线的斜率有关第十七页，本课件共有89页o分配曲线分配曲线分配曲线的数学表达式分配曲线的数学表达式 分配关系分配关系分配曲线分配曲线N AyA xF P B M S xA P E R O分配曲线分配曲线第十八页，本课件共有89页分配曲线的
10、作法：分配曲线的作法：o以共轭相的萃余相组成以共轭相的萃余相组成xA为为横坐标，以萃取相组成横坐标，以萃取相组成yA为纵坐标，则为纵坐标，则可在可在yAxA直角坐标图上得到表示这一对共轭相组成的点直角坐标图上得到表示这一对共轭相组成的点N。N AyA xF P B M S xA P E R O第十九页，本课件共有89页3.2.2 萃取过程的影响因素萃取过程的影响因素o萃取剂的影响萃取剂的影响o操作温度的影响操作温度的影响o原溶剂条件的影响原溶剂条件的影响o乳化的影响乳化的影响第二十页，本课件共有89页1、萃取剂的选择性和选择性系数、萃取剂的选择性和选择性系数1）萃取剂的选择性，一般用选择性系数
11、）萃取剂的选择性，一般用选择性系数表示表示 影响因素影响因素萃取剂萃取剂=1，A、B两组分用萃取分离不适宜；两组分用萃取分离不适宜；1，萃萃取取时时组组分分A可可以以在在萃萃取取相相中中浓浓集集，越越大大，组组分分A与与B萃萃取取分分离离的的效果越好。效果越好。2）选择性系数和分配系数的关系）选择性系数和分配系数的关系 kA愈大，愈大，kB愈小，选择性系数愈小，选择性系数愈大愈大第二十一页，本课件共有89页2、萃取剂、萃取剂S与稀释剂与稀释剂B的互溶度的互溶度 组分组分B与与S的互溶度，影响溶解度曲线的形状和两相区面积。的互溶度，影响溶解度曲线的形状和两相区面积。影响因素影响因素萃取剂萃取剂B
12、、S互互溶溶度度小小，两两相相区区面面积积大大，可可能能得得到到的的萃萃取取液液的的最最高高浓浓度度ymax较较高高。B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。互溶度愈小，愈有利于萃取分离。第二十二页，本课件共有89页3、萃取剂的回收、萃取剂的回收被分离体系相对挥发度被分离体系相对挥发度大：用蒸馏方法分离；大：用蒸馏方法分离；如果如果接近接近1：可用反萃取，结晶分离等方法。：可用反萃取，结晶分离等方法。影响因素影响因素萃取剂萃取剂4、萃取剂的其它性质、萃取剂的其它性质 1）萃取剂的密度：萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差）萃取剂的密度：萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差2）界界面面张张力力：界界
13、面面张张力力较较大大时时，有有利利于于分分层层；界界面面张张力力过过大大，难难以以使使两两相相混混合合良良好好；界面张力较小时，两相难以分离。界面张力较小时，两相难以分离。首要考虑的还是满足分层的要求。首要考虑的还是满足分层的要求。一般不选界面张力过小的萃取剂。一般不选界面张力过小的萃取剂。3）粘度）粘度：粘度小对萃取剂有利：粘度小对萃取剂有利4）低毒、安全、经济）低毒、安全、经济第二十三页，本课件共有89页n 选择性好选择性好：分离系数大。：分离系数大。n 萃取容量大萃取容量大：单位体积或单位质量溶解萃取物多。：单位体积或单位质量溶解萃取物多。n 化学稳定性强化学稳定性强：耐酸碱、抗氧化还原
14、、耐热、无腐蚀。：耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。n 易与原料液相分层易与原料液相分层：不乳化、不产生第三相。：不乳化、不产生第三相。n 易于反萃或分离易于反萃或分离：便于萃取剂的重复利用。：便于萃取剂的重复利用。n 安全性好安全性好：无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。：无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。n 经济性好经济性好：成本低、损耗小。：成本低、损耗小。影响因素影响因素萃取剂萃取剂o 萃取剂选择原则萃取剂选择原则第二十四页，本课件共有89页o萃取剂的选择依据萃取剂的选择依据n利用溶解度参数理论指导溶剂的选择：利用溶解度参数理论指导溶剂的选择：o溶解度本质：固相分子间的相互作用及固液两相
15、分子间溶解度本质：固相分子间的相互作用及固液两相分子间两种作用力的综合平衡的结果。两种作用力的综合平衡的结果。o能最大限度地削弱生物分子间的作用力，尽可能地增加目的能最大限度地削弱生物分子间的作用力，尽可能地增加目的分子与溶剂分子间的相互作用力。分子与溶剂分子间的相互作用力。n根据相似相溶的规律选择根据相似相溶的规律选择o分子结构上的相似性，分子间作用力相似。分子结构上的相似性，分子间作用力相似。n根据被提取物的介电常数来选择根据被提取物的介电常数来选择选择与溶质的极性相近选择与溶质的极性相近影响因素影响因素萃取剂萃取剂第二十五页，本课件共有89页o 常用萃取剂常用萃取剂n中性萃取剂：包括含磷
16、类、含氧类和含硫类重型萃取剂，中性萃取剂：包括含磷类、含氧类和含硫类重型萃取剂，如磷酸三丁酯如磷酸三丁酯(TBP)、甲基异丁基酮、甲基异丁基酮(MIBK)、二辛基亚、二辛基亚砜砜(DOSO)等。等。n有机酸萃取剂：包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸等。有机酸萃取剂：包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸等。n胺类萃取剂：各种有机胺和胺盐。胺类萃取剂：各种有机胺和胺盐。n螯合萃取剂：各种有机螯合物、冠醚等。螯合萃取剂：各种有机螯合物、冠醚等。影响因素影响因素萃取剂萃取剂第二十六页，本课件共有89页影响因素影响因素操作温度操作温度o影响相平衡关系影响相平衡关系n物系的温度升高，溶物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解
17、度质在溶剂中的溶解度加大加大n温度升高，两相区温度升高，两相区面积减少面积减少o温度低分离效果较好，温度低分离效果较好，但传质慢。但传质慢。温温度度升升高高，两两相相区面积缩小区面积缩小 第二十七页，本课件共有89页影响因素影响因素原溶剂条件原溶剂条件opH值值：n影响弱酸碱的分配系数，萃取的选择性，产物稳定性影响弱酸碱的分配系数，萃取的选择性，产物稳定性o盐析盐析：n无机盐类可降低溶质及有机相在水相中的溶解度，适量盐类有利于无机盐类可降低溶质及有机相在水相中的溶解度，适量盐类有利于溶质转移至有机相及有机相与水相的分层。溶质转移至有机相及有机相与水相的分层。n过量可能会带入杂质过量可能会带入杂
18、质第二十八页，本课件共有89页o带溶剂带溶剂：n定义：能与产物形成复合物，使产物更易溶于有机溶剂定义：能与产物形成复合物，使产物更易溶于有机溶剂相中，该复合物在一定条件下又很容易分解的这样一种相中，该复合物在一定条件下又很容易分解的这样一种物质。物质。n离子萃取：正负离子结合成对的萃取。如脂肪碱做带溶剂萃离子萃取：正负离子结合成对的萃取。如脂肪碱做带溶剂萃取四丁胺取四丁胺n反应萃取：形成络合物的萃取。如柠檬酸在酸性条件反应萃取：形成络合物的萃取。如柠檬酸在酸性条件下与萃取剂形成中性络合物的萃取下与萃取剂形成中性络合物的萃取影响因素影响因素原溶剂条件原溶剂条件第二十九页，本课件共有89页影响因素
19、影响因素乳化乳化o乳化：形成乳状液的过程乳化：形成乳状液的过程o乳状液：是一种（或几种）液体以液珠形式分散在另一不相乳状液：是一种（或几种）液体以液珠形式分散在另一不相混溶的液体之中所构成的分散体系。混溶的液体之中所构成的分散体系。苯苯水水 振摇后分层振摇后分层 苯苯-水水-肥皂肥皂 振摇形成乳白色液体振摇形成乳白色液体o分散相：乳状液中被分散的一相（内相）分散相：乳状液中被分散的一相（内相）o分散介质：乳状液中连续相（外相）分散介质：乳状液中连续相（外相）第三十页，本课件共有89页o乳化剂：乳化剂：n在此过程中所加入的添加物（肥皂）为乳化剂在此过程中所加入的添加物（肥皂）为乳化剂n一类表面活
20、性剂，可增强乳状液的稳定，由一类表面活性剂，可增强乳状液的稳定，由亲油基亲油基和和亲水亲水基基两部分组成。两部分组成。n一端为亲水基团或极性部分（一端为亲水基团或极性部分（OH等）等）n一端为疏水性基团或非极性部分（烃链）一端为疏水性基团或非极性部分（烃链）影响因素影响因素乳化乳化o乳状液分类：根据内外相的性质，乳状液主要有两种类型乳状液分类：根据内外相的性质，乳状液主要有两种类型n水包油型（水包油型（O/W）：油分散在水中，如牛奶、雪花膏等：油分散在水中，如牛奶、雪花膏等n油包水型（油包水型（W/O）：水分散在油中，如原油、香脂等：水分散在油中，如原油、香脂等第三十一页，本课件共有89页o乳
21、状液稳定原理乳状液稳定原理n定向楔理论定向楔理论n界面张力理论界面张力理论n界面膜的稳定理论界面膜的稳定理论n电效应的稳定理论电效应的稳定理论影响因素影响因素乳化乳化 概括地说：概括地说：液滴表面形成了一层牢固的膜，阻碍液滴的聚结分层，从而液滴表面形成了一层牢固的膜，阻碍液滴的聚结分层，从而使乳状液保持一定的稳定使乳状液保持一定的稳定。但乳状液是一个热力学不稳定体系，有聚。但乳状液是一个热力学不稳定体系，有聚结分层降低体系能量的趋势。结分层降低体系能量的趋势。第三十二页，本课件共有89页o影响乳状液稳定的因素影响乳状液稳定的因素n界面膜及其强度界面膜及其强度n界面电荷界面电荷n乳状液的粘度乳状
22、液的粘度n乳状液的分散度乳状液的分散度影响因素影响因素乳化乳化第三十三页，本课件共有89页破乳破乳o定义：乳状液的分散相小液珠聚集成团，形成大液滴，最终使油水两相定义：乳状液的分散相小液珠聚集成团，形成大液滴，最终使油水两相分层析出的过程。分层析出的过程。o破乳方法：物理机械法和物理化学法破乳方法：物理机械法和物理化学法o物理机械法：物理机械法：n过滤过滤 加热加热n离心分离离心分离 高压电高压电n稀释稀释 吸附吸附o物理化学法：物理化学法：n顶替法顶替法n变型法变型法n反应法反应法第三十四页，本课件共有89页3.3 3.3 萃取过程的计算萃取过程的计算o萃取方式萃取方式单级接触萃取单级接触萃
23、取多级接触萃取多级接触萃取微分接触萃取微分接触萃取第三十五页，本课件共有89页3.3.13.3.1单级萃取单级萃取第三十六页，本课件共有89页o一般已知：一般已知：原料液的流量原料液的流量F和溶和溶质质A的的质质量分数量分数xF，萃取萃取剂剂中中A的的质质量分数量分数yS，体系的相平衡数据和分离要求（萃余相的体系的相平衡数据和分离要求（萃余相的质质量分数量分数xR）o要要计计算：算：所需的萃取所需的萃取剂剂用量用量S，萃取相的量萃取相的量E，萃余相的量萃余相的量R和萃取相和萃取相组组成成xE。3.3.13.3.1单级萃取单级萃取第三十七页，本课件共有89页计算步骤如下：计算步骤如下：1、根据已
24、知的平衡数据作溶解度曲线及辅助、根据已知的平衡数据作溶解度曲线及辅助曲线。曲线。2、由已知原料液组成、由已知原料液组成xF，在，在AB边上确边上确定定F，连结，连结S、F，有：，有：同时可在图中确定混合点同时可在图中确定混合点M。3、过、过M利用辅助曲线作联结线有：利用辅助曲线作联结线有：一、利用三角形相图的图解计算一、利用三角形相图的图解计算4、连点、连点S、E和点和点S、R并分别延长并分别延长交交AB于点于点E和和R，则点，则点E和和R分别分别表示表示萃取液萃取液和和萃余液萃余液的组成。的组成。P第三十八页，本课件共有89页一、利用三角形相图的图解计算一、利用三角形相图的图解计算由杠杆规则
25、可知（计算过程见下一页）：由杠杆规则可知（计算过程见下一页）：同理可得同理可得E、R第三十九页，本课件共有89页一、利用三角形相图的图解计算一、利用三角形相图的图解计算由于：由于：R+E=M，所以，所以R=M-ERxR+EyE=MxM第四十页，本课件共有89页当当S和和B完全不互溶时，则萃取完全不互溶时，则萃取相含全部溶剂，萃余相含全部稀释相含全部溶剂，萃余相含全部稀释剂，萃取前后的物料衡算式为（萃剂，萃取前后的物料衡算式为（萃取剂为纯溶剂）：取剂为纯溶剂）：或或二、二、S和和B完全不互溶时的图解计算完全不互溶时的图解计算分配曲线分配曲线第四十一页，本课件共有89页o存在问题：存在问题：单级萃
26、取简单，效率低，目的产物在萃余相中的单级萃取简单，效率低，目的产物在萃余相中的残留量仍然较多；为达到一定的萃取率，间歇操残留量仍然较多；为达到一定的萃取率，间歇操作时需要的萃取剂量较大，或者连续操作时所需作时需要的萃取剂量较大，或者连续操作时所需萃取剂的流量较大。萃取剂的流量较大。o解决办法：解决办法：需要采取多级萃取，增大萃取效率。需要采取多级萃取，增大萃取效率。3.3.13.3.1单级萃取单级萃取第四十二页，本课件共有89页3.3.23.3.2多级错流萃取多级错流萃取料液在第一级进行萃取后的萃余相料液在第一级进行萃取后的萃余相R1继续在第二级用新鲜溶剂萃取，一次直到第继续在第二级用新鲜溶剂
27、萃取，一次直到第N级的级的萃余相萃余相RN得浓度符合要求为止。得浓度符合要求为止。第四十三页，本课件共有89页o一般已知：一般已知：操作条件下的相平衡数据，操作条件下的相平衡数据，原料液量原料液量F及组成及组成xF，溶剂的量溶剂的量S和组成和组成yS和萃余相的组成和萃余相的组成xR。o要计算：要计算：所需理论级数所需理论级数N，离开各级的萃余相和萃取相的量及组成。离开各级的萃余相和萃取相的量及组成。3.3.23.3.2多级错流萃取多级错流萃取第四十四页，本课件共有89页一、利用三角形相图的图解计算一、利用三角形相图的图解计算1、按第、按第1级原料液萃取剂的量和组成，确定第级原料液萃取剂的量和组
28、成，确定第1级混合后的量和组成得级混合后的量和组成得M1，2、过点、过点M1作联结线得经第一级萃取后的萃取相作联结线得经第一级萃取后的萃取相E1和萃余相和萃余相R;3、按第、按第2级进料级进料R1及萃取剂的量和组成确定第及萃取剂的量和组成确定第2级混合液的量和组成，得点级混合液的量和组成，得点M2；4、重复、重复2和和3得方法的方法，直至第得方法的方法，直至第N级萃余级萃余相相RN浓度符合要求。浓度符合要求。第四十五页，本课件共有89页二、二、S和和B完全不互溶时的图解计算完全不互溶时的图解计算此时对各级分别作物料衡算：此时对各级分别作物料衡算：上式即上式即为为各各级级的操作的操作线线，其斜率
29、，其斜率为为一常数一常数-B/S：分配曲线分配曲线第四十六页，本课件共有89页3.3.3 3.3.3 多级逆流萃取多级逆流萃取R第四十七页，本课件共有89页3.3.3 3.3.3 多级逆流萃取多级逆流萃取o流程：流程：原料液原料液F从第从第1级进入，依次经过各级萃取，成为各级的萃余相，级进入，依次经过各级萃取，成为各级的萃余相，其溶质组成逐级降低，溶剂其溶质组成逐级降低，溶剂S从末级第从末级第N级进入系统，依次通过各级进入系统，依次通过各级与萃余相逆相接触，进行萃取，使得萃取相中的溶质组成逐级提级与萃余相逆相接触，进行萃取，使得萃取相中的溶质组成逐级提高，最终获得的萃取相高，最终获得的萃取相E
30、1和萃余相和萃余相RN通过脱溶剂塔脱除溶剂，并返通过脱溶剂塔脱除溶剂，并返回系统循环使用。回系统循环使用。o特点：特点：连续逆流操作，混合物可分离程度较高。连续逆流操作，混合物可分离程度较高。第四十八页，本课件共有89页o一般已知：一般已知：操作条件下的相平衡数据，操作条件下的相平衡数据，原料液量原料液量F及组成及组成xF，溶剂的量溶剂的量S和组成和组成yS和萃余相的组成和萃余相的组成xR。o要计算：要计算：所需理论级数所需理论级数N，离开各级的萃余相和萃取相的量及组成。离开各级的萃余相和萃取相的量及组成。3.3.3 3.3.3 多级逆流萃取多级逆流萃取第四十九页，本课件共有89页、由、由xF
31、、xN的值分别定出点的值分别定出点F、RN，连点，连点S（设萃取剂为纯（设萃取剂为纯S）和）和RN，交溶解度曲线左侧于点，交溶解度曲线左侧于点RN,此点代此点代表最终萃余相组成。表最终萃余相组成。、对全级作总物料衡算有、对全级作总物料衡算有连接点连接点F和和S，根据杠杆规则得代，根据杠杆规则得代表混合液量及组成得点表混合液量及组成得点M；连接；连接点点RN和和M并延长交溶解度曲线于并延长交溶解度曲线于E1，则，则E1和和RN的量也可按杠杆规则确定。的量也可按杠杆规则确定。一、利用三角形相图的图解计算一、利用三角形相图的图解计算第五十页，本课件共有89页、对第、对第1级、第级、第2级、级、第第N
32、级级分别作物料衡算分别作物料衡算得得F-E1=R1-E2=RNS=点点求法：分别连接点求法：分别连接点E1、F和和点点S、RN并延长之，所得交点即并延长之，所得交点即为点为点，它位于三角形相图外，它位于三角形相图外，称之为称之为操作点操作点。第五十一页，本课件共有89页、点、点E1作联结线得表示第作联结线得表示第1级级萃余相组成得点萃余相组成得点R1。、连接点、连接点和和R1并延长交溶并延长交溶解度曲线于点解度曲线于点E2(习惯上称过习惯上称过点点的直线为的直线为操作线操作线)。、重复、重复4和和5的方法直至表示的方法直至表示萃余相组成的点萃余相组成的点RN小于规定值。小于规定值。第五十三页，
33、本课件共有89页二、利用直角坐标系求解二、利用直角坐标系求解操作线作法操作线作法o在第一在第一级级与第与第i级间级间作溶作溶质质A的物料恒算的物料恒算o上式上式为为多多级级逆流萃取的操作逆流萃取的操作线线方程。表示离开任一方程。表示离开任一级级i的萃余相的萃余相组组成与成与进进入入该级该级的萃取相的萃取相组组成之成之间间的的变变化关系。据此式可在直角坐化关系。据此式可在直角坐标图标图上上绘绘制出操作制出操作线线。o操作操作线线两端点：两端点：N(xF,y1)、W(xn,ys)xyW(xn,yS)N(xF,y1)第五十四页，本课件共有89页二、直角坐标系求解二、直角坐标系求解操作线作法操作线作法
34、SEmRm-1E1FRNxyW(xn,yS)N(xF,y1)两端点坐标分别为两端点坐标分别为(xF，y1)和和(xn，ys)，连接各点为光滑曲线，即为，连接各点为光滑曲线，即为操作线操作线第五十五页，本课件共有89页图解步骤图解步骤o在在xy直角坐直角坐标标系中系中标绘标绘分配曲分配曲线线OQPo作操作作操作线线WN（利用三角相（利用三角相图图上的上的操作操作线线或利用操作或利用操作线线方程）方程）o从点从点N(xF,y1)开始在分配曲开始在分配曲线线和操作和操作线间绘线间绘制梯制梯级级，直至跨，直至跨过过点点W(xn,ys)为为止。止。o理理论级论级数数=梯梯级级数数第五十六页，本课件共有8
35、9页三、三、B、S完全不互溶完全不互溶o在第在第1级级与第与第i级间级间做溶做溶质质A的物料衡算的物料衡算o上式上式为为B、S完全不互溶多完全不互溶多级级逆流萃取的操逆流萃取的操作作线线方程，表示离开任一方程，表示离开任一级级萃余相萃余相组组成成Xi与与进进入入该级该级萃取相萃取相组组成成Yi+1间间的的变变化关系。化关系。o此操作此操作线为线为：斜率：斜率=B/S，连连接点接点(XF,Y1)、(Xn,Ys)的的线线段。段。第五十七页，本课件共有89页o图图解法解法o步步骤骤：o在在XY坐坐标标上上绘绘制分配曲制分配曲线线；o在在XY坐坐标标上上绘绘制操作制操作线线DJ；o从从J点出点出发发，
36、在分配曲，在分配曲线线与操作与操作线间绘线间绘制制梯梯级级。D第五十八页，本课件共有89页3.3.4微分逆流萃取微分逆流萃取过过程程o采用类似于吸收原理和计算方法可得：采用类似于吸收原理和计算方法可得：(1)传质单元高度传质单元高度 (2)传质单元数传质单元数 (3)总传质高度总传质高度 第五十九页，本课件共有89页3.3.5最小溶最小溶剂剂比比(S/F)min和最小溶和最小溶剂剂用量用量Smino萃取操作中，用溶剂比萃取操作中，用溶剂比S/FS/F来表示溶剂用量对设备费和操作费的影响。来表示溶剂用量对设备费和操作费的影响。最小溶剂比最小溶剂比(S/F)(S/F)minmin：是指当操作线与分
37、配曲线：是指当操作线与分配曲线(平衡线平衡线)在某一点相交或相切在某一点相交或相切时的溶剂比。时的溶剂比。AGBSFM第六十页，本课件共有89页Smin的确定的确定oB、S部分互溶部分互溶S/F，Rn不变，不变，E1上移，操作线斜率上移，操作线斜率，操作线与联结线斜率越靠，操作线与联结线斜率越靠近，理论级数近，理论级数。当。当S/F减到减到(S/F)min时，出现某一操作线与联结线相时，出现某一操作线与联结线相重合的情况，此时的理论级数为无穷多。重合的情况，此时的理论级数为无穷多。Smin的量由杠杆规则确定的量由杠杆规则确定 或或AGBSFM第六十一页，本课件共有89页Smin的确定的确定oB
38、、S完全不互溶完全不互溶o在在XY图上，连接点图上，连接点D(Xn,YS)和和分配曲线与分配曲线与X=XF交点，读取其斜交点，读取其斜率率mmax，则：，则：D第六十二页，本课件共有89页计算举例计算举例一、确定混合液一、确定混合液M M的量及组成的量及组成1.1.已知：已知：F,S,xF,S,xF F,y,yS S根据杠杆规则在图中确定根据杠杆规则在图中确定M M点点M M的组成：读图的组成：读图根据物料恒算：根据物料恒算：第六十三页，本课件共有89页计算举例计算举例2.已知已知:F,xF,yS,xR步骤步骤:找到找到F,S点点,作作FS直线直线;根据根据xR和辅助曲线和辅助曲线,找到找到R
39、,E点点,连连R,E交交FS线于线于M,读图得读图得M点组点组成成;M的量的量:P第六十四页，本课件共有89页计算举例计算举例二、确定二、确定R、E的量及组成（的量及组成（M点已知情点已知情况下）况下）1.xR未知未知步骤：步骤：试差作图法求试差作图法求R、E相的组成。相的组成。R、E的量：的量：杠杆规则：杠杆规则：物料恒算物料恒算P第六十五页，本课件共有89页计算举例计算举例2.xR已知已知连连RM点并延长得点并延长得E点，读图得点，读图得R、E组成，利用杠杆规则组成，利用杠杆规则或物料恒算计算或物料恒算计算R、E的量的量P第六十六页，本课件共有89页弱电解质在有机溶剂弱电解质在有机溶剂-水
40、相的分配平衡水相的分配平衡分配系数中分配系数中ye和和xr必须是同一种分子类型，必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。对于弱电解质，即不发生缔合或离解。对于弱电解质，在水中发生解离，则只有两相中的单分子化合物的浓度才符合分配定律。在水中发生解离，则只有两相中的单分子化合物的浓度才符合分配定律。例如：青霉素在水中部分离解成负离子（例如：青霉素在水中部分离解成负离子（RCOO），而在溶剂相中则仅以游离酸），而在溶剂相中则仅以游离酸（RCOOH）的形式存在，则）的形式存在，则只有两相中的游离酸分子才符合分配定律。只有两相中的游离酸分子才符合分配定律。此时，此时，同时存在着两种平衡，同时存在着两种
41、平衡，一种是青霉素游离酸分子在有机溶剂相和水相间的一种是青霉素游离酸分子在有机溶剂相和水相间的分分配平衡；配平衡；另一种是青霉素游离酸在水中的另一种是青霉素游离酸在水中的电离平衡电离平衡（图（图18-2）。前者用真分配系）。前者用真分配系数数K0来表征，后者用电离常数来表征，后者用电离常数Kp来表征。对于弱碱性物质也有类似的情况。来表征。对于弱碱性物质也有类似的情况。第六十七页，本课件共有89页青霉素的分配平衡青霉素的分配平衡第六十八页，本课件共有89页弱电解质的真分配系数：弱电解质的真分配系数：o热热力学分配系数力学分配系数K0：萃取平衡：萃取平衡时时，单单分子化合物溶分子化合物溶质质在两相
42、中在两相中浓浓度之比。度之比。o弱酸性弱酸性电电解解质质K0AHE/AHRo弱碱性弱碱性电电解解质质K0BE/BR第六十九页，本课件共有89页弱电解质的电离常数弱电解质的电离常数o电电离常数离常数Kp：弱：弱电电解解质电质电离平衡离平衡时时，已，已电电离的离子与未离的离子与未电电离的分离的分子子浓浓度的关系。度的关系。o弱酸性弱酸性电电解解质质o弱碱性弱碱性电电解解质质第七十页，本课件共有89页弱弱电电解解质质的表的表观观分配系数分配系数Ko分配达平衡分配达平衡时时，溶，溶质质在两相的在两相的总浓总浓度之比度之比 o对对于弱酸性于弱酸性电电解解质质第七十一页，本课件共有89页o分配达平衡分配达
43、平衡时时，溶，溶质质在两相的在两相的总浓总浓度之比度之比o对对于弱酸性于弱酸性电电解解质质o对对于弱碱性于弱碱性电电解解质质K0只与只与T、P有关；有关；K与与T、P和和pH有关有关oK可通可通过实验过实验求出，而求出，而K0不能，可由公式求出。不能，可由公式求出。弱弱电电解解质质的表的表观观分配系数分配系数K第七十二页，本课件共有89页pH对表观分配系数的影响（对表观分配系数的影响（pHK）例：已知苄青霉素例：已知苄青霉素pKp=2.75T=10K0=47求求:pH4.4pH2.5pH2.0时的时的K?pH4.4时时:pH2.5时时:K=30pH2.0时时:K=39.9pHK解释原理解释原理
44、:pHpen-易溶于有机相易溶于有机相pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分配在水相。低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分配在水相。对弱酸随对弱酸随pHK,当当pHpKp时，时，KK0第七十三页，本课件共有89页四、确定四、确定S、Smax的量的量1.S的量的量由由 或或S/F计算计算S2.Smin的量的量向原料液中不断加入萃取剂，当三元物系的组成点位于向原料液中不断加入萃取剂，当三元物系的组成点位于G点时，溶液点时，溶液开始出现分层，此时萃取剂用量为开始出现分层，此时萃取剂用量为Smin。计算方法：。计算方法：杠杆规则：杠杆规则：物料恒算：物料恒算：AGBSFM第七十四页，本课件共
45、有89页3.Smax的量的量前述基础上，继续加萃取剂，当三元物系组成点位于前述基础上，继续加萃取剂，当三元物系组成点位于H点时，溶液点时，溶液由两项变为均一一相，此时萃取剂用量为由两项变为均一一相，此时萃取剂用量为Smax。计算方法。计算方法杠杆规则：杠杆规则：物料恒算：物料恒算：AHBSFM第七十五页，本课件共有89页例例：采采用用纯纯溶溶剂剂进进行行单单级级萃萃取取。已已知知料料液液组组成成xF=0.3(质质量量分分率率，下下同同)，选选择择性系数为性系数为6，在萃余相中，在萃余相中，kA1，溶解度曲线如图所示。试求：，溶解度曲线如图所示。试求：（1）萃取液量与萃余液量的比值；萃取液量与萃
46、余液量的比值；（2）溶剂比）溶剂比S/F是最小溶剂比（是最小溶剂比（S/F）min多少倍？（用线段表示）多少倍？（用线段表示）第七十六页，本课件共有89页解：解：（1）萃取液量与萃余液量的比值萃取液量与萃余液量的比值找到点找到点F、E、R，然后应用杠杆原理求，然后应用杠杆原理求E、R 的大小。的大小。E R 图解法图解法第七十七页，本课件共有89页解析法解析法解：解：（1）萃取液量与萃余液量的比值萃取液量与萃余液量的比值第七十八页，本课件共有89页解：解：（2）溶剂比溶剂比S/F是最小溶剂比（是最小溶剂比（S/F）min多少倍？（用线段表示）多少倍？（用线段表示）第七十九页，本课件共有89页3
47、.4液液萃取设备液液萃取设备萃取设备的类型很多。按萃取设备的构造特点大体萃取设备的类型很多。按萃取设备的构造特点大体上可以分为三类：上可以分为三类：一、是单件组合式；一、是单件组合式；二、是塔式；二、是塔式；三、是离心式。三、是离心式。第八十页，本课件共有89页一、混合清澄器一、混合清澄器o混合清澄器是一种常见组混合清澄器是一种常见组合式萃取设备，每一级均由合式萃取设备，每一级均由一混合器与一澄清器组成。一混合器与一澄清器组成。该萃取设备的优点使可根据该萃取设备的优点使可根据需要灵活增减级数，既可连需要灵活增减级数，既可连续操作也可间歇操作，级效续操作也可间歇操作，级效率高，操作稳定，弹性大，
48、率高，操作稳定，弹性大，结构简单；缺点是动力消耗结构简单；缺点是动力消耗大，占地面积大。大，占地面积大。第八十一页，本课件共有89页二、塔式萃取设备二、塔式萃取设备常用的填料由拉西环和弧鞍等，材料由陶瓷、塑料常用的填料由拉西环和弧鞍等，材料由陶瓷、塑料和金属，以易为连续相湿润而不为分散相润湿为宜。和金属，以易为连续相湿润而不为分散相润湿为宜。筛板萃取塔筛板萃取塔2、筛板塔、筛板塔若选择重液作为分散相，则需使塔身倒转。若选择重液作为分散相，则需使塔身倒转。1、填料塔、填料塔第八十二页，本课件共有89页二、塔式萃取设备二、塔式萃取设备3、转盘塔、转盘塔对于两液相界面张力较大的物对于两液相界面张力较
49、大的物系，为改善塔内的传质状况，需要系，为改善塔内的传质状况，需要从外界输入机械能来增大传质面积从外界输入机械能来增大传质面积和传热系数转盘塔为其中之一，与和传热系数转盘塔为其中之一，与1951年由年由Reman开发，。开发，。第八十三页，本课件共有89页三、离心式萃取设备 离心萃取剂结构紧凑，处理能力打，能有效地强化萃取过程，特别使用与其他萃取设备难以处理的物系。缺点使结构复杂，造价高，能耗大，使其应用受到限制。第八十四页，本课件共有89页第八十五页，本课件共有89页3.5 萃取塔的流动特性萃取塔的流动特性o分散相的形成和凝聚分散相的形成和凝聚o萃取设备内的传质过程萃取设备内的传质过程o萃取
50、塔的最大操作负荷萃取塔的最大操作负荷液泛液泛o萃取塔流体流动现象萃取塔流体流动现象返混（轴向混合）返混（轴向混合）o萃取设备的效率萃取设备的效率n单级效率单级效率n总效率总效率第八十六页，本课件共有89页小结小结o概念概念n萃取相、萃余相、萃取液、萃余液萃取相、萃余相、萃取液、萃余液n萃取剂、稀释剂、乳化剂、带溶剂萃取剂、稀释剂、乳化剂、带溶剂n分配系数、选择系数、操作点分配系数、选择系数、操作点n最小溶剂用量、最小溶剂比最小溶剂用量、最小溶剂比n液泛、返混液泛、返混第八十七页，本课件共有89页小结小结o三角相图三角相图n相组成表示法相组成表示法n溶解度曲线、联结线、临界混溶点溶解度曲线、联结