化工原理讲稿(下册)-应化第十一章萃取讲.ppt
,1、A、B、S、E、R、E、R、F、xF、xA、yA、X、Y、kA、的含义？2、溶解度曲线？联结线（共轭线）？临界混溶点？辅助线？3、完全不互溶物系？部分互溶物系？,课前思考,例题1,用水作萃取剂(S)，对醋酸(A)苯(B)混合液进行萃取分离。在25下醋酸苯水溶液的液液相平衡数据如表11l所示，依此数据：(1)在直角三角形坐标图上标绘溶解度曲线；作出序号为2、3、4、6、8组数据的平衡联结线；绘出辅助曲线并标出临界混溶点。(2)试求与组成为25醋酸、1水、其余为苯的液相呈平衡的另一液相的组成，并求出醋酸在两平衡液相中的分配系数KA的数值。,A,B,S,第三节 萃取过程的计算,一、计算任务二、单级萃取过程三、多级错流萃取过程四、多级逆流萃取过程,一、计算任务,（1）级式接触式：单级，多级错流，多级逆流（2）连续（微分）接触式,分类（接触方式）：,（1）给定理论级数及分离要求，求溶剂用量S（2）给定溶剂用量及分离要求，求理论级数NT（3）给定理论级数及溶剂用量，求E及R组成,计算任务（平衡关系已知）：,二、单级萃取过程,萃取剂S,y0,原料液F,xF,萃取相E,yA,萃余相R,xA,脱除 SE,脱除 SR,萃取液E,yA,萃余液R,xA,流程：,已知xF及F，规定萃余液组成x，求S用量（包括E与R量及组成）。已知xF及F、S用量，求萃余液组成x（包括E与R量及组成）,二、单级萃取过程计算任务,平衡关系已知：,R,R,E,E,F,M,作溶解度曲线及辅助线确定R点连接RS交溶解度曲线于点R 由R及辅助线确定E连接RE,FS，两线相交于点M由杠杆定律确定S,二、单级萃取过程-部分互溶物系,图解法（已知 xF、F、x求S）,R,R,E,E,F,M,作溶解度曲线及辅助线确定F、S点由杠杆定律确定M 由M及辅助线试差法确定R、E由R、E及SE、SR定R、E 由确定x,二、单级萃取过程-部分互溶物系,图解法（已知 xF、F、S求x）,原料量F及组成一定，增大S，M向S点靠近。,G点：最大溶剂用量，Smax,D点：最小溶剂用量，Smin,萃取操作S应满足下列条件：,F,S0,R,D,M,E,G,萃取剂极限用量：,二、单级萃取过程-部分互溶物系,连接线如何影响,E max,F,Rmin,RC,M,E max,EC,y如何得到max,x如何得到min,二、单级萃取过程-部分互溶物系,二、单级萃取过程-完全不互溶物系,已知F，xF及Y0，规定萃余液组成x，求S用量。已知F,xF，Y0及S用量，求萃余液组成x,二、单级萃取过程-完全不互溶物系,物料衡算：,操作线方程,二、单级萃取过程-完全不互溶物系,物料衡算：,操作线方程,操作线方程在Y-X坐标图上为过点（XF,Y0）,斜率为-B/S的直线,二、单级萃取过程-完全不互溶物系,图解法（已知xF、F、Y0,分离要求x，求S）,作分配曲线由X确定点b，由(XF,Y0)确定点a连接ab,该线斜率为-B/S 由斜率-B/S确定S,二、单级萃取过程-完全不互溶物系,图解法（已知xF、F、Y0,萃取剂用量S,求x),作分配曲线由(XF,Y0)确定点a由点a及斜率-B/S作操作线ab,交分配曲线于点b 由点b坐标确定X,操作线：,交点：,二、单级萃取过程-完全不互溶物系,解析法（平衡线为直线Y=KX）,令,表示达平衡后的萃取相中溶质的量与萃余相中溶质的量之比，称为萃取因数。,二、单级萃取过程-完全不互溶物系,当,则萃余率,萃取率,例题2,例：25下以水为萃取剂从醋酸质量分数为35%的醋酸(A)与氯仿(B)混合液中提取醋酸。已知原料液处理量为2000kg/h，用水量为1600kg/h。操作温度下，E相和R相以质量分数表示的平衡数据如下页附表所示。试求：(1)单级萃取后E相和R相的组成和流量；(2)将E相和R相中的萃取剂完全脱除后的萃取液和萃余液的组成和流量？(3)操作条件下的选择性系数；(4)若组分B、S可视为完全不互溶，且操作条件下以质量比表示相组成的分配系数K=3.4，要求原料液中的溶质A有80%进入萃取相，则每千克原溶剂B需要消耗多少千克的萃取剂S。,相平衡数据表,F,三、多级错流萃取过程,流程与符号：,三、多级错流萃取过程-计算任务,理论上,每级S用量相等时总用量最小,给定理论级数及分离要求，求溶剂用量S 给定溶剂用量及分离要求，求理论级数NT 给定理论级数及溶剂用量，求E及R组成,F,R3,R2,R1,E1,E2,E3,M1,M2,M3,三、多级错流萃取过程-部分互溶物系,图解法（以为例：已知 xF、F、S，NT 求x）,作溶解度曲线（辅助线！）,确定F、S点,由杠杆定律确定M1,由M1及辅助线定R1、E1,由R1、S定M2,由xnx给定求定NT,由M2及辅助线定R2、E2，,由RN及S定x,三、多级错流萃取过程 完全不互溶物系,操作线方程（推导）,M1F+S=E1+R1,M2R1+S E2+R2,MiRi-1+S Ei+Ri,给定S,NT求X,三、多级错流萃取过程-完全不互溶物系(平衡线为曲线）,作分配曲线,作操作线,定abx1,定cdx2,定efx3,给定S,NT求X(Y0=0),分配线：Y=KX,操作线,定x1,定x2,三、多级错流萃取过程-完全不互溶物系(平衡线为直线）,令,-萃取因数,萃余分数,萃取因数,萃取率为,总结：,三、多级错流萃取过程-完全不互溶物系(平衡线为直线）,例题3,在25下用异丙醚为萃取剂分离含醋酸35(质量)的醋酸水溶液，萃取物系的溶解度曲线及辅助曲线如图11-24所示，原料液的处理量为100kg/h，试求：(1)用100kg/h的纯萃取剂进行单级萃取时所得的萃取相和萃余相的流量及其中的醋酸组成；(2)每次用50kg/h纯萃取剂进行两级错流萃取时所得的最终萃余相的流量及其中醋酸的组成；(3)上述两种萃取操作的萃余率。,例题4,原料液为含丙酮20(质量，下同)的水溶液，其流量为800kg/h。现以纯三氯乙烷为萃取剂，在25下采用多级错流萃取过程从原料液中萃取丙酮，每一级的三氯乙烷用量为320kg/h。要求最终萃余相中丙酮的含量降到5，求所需要的理论级数和萃余相、萃取相的流量。在25下的平衡数据列于表11-2中。,1.52,1.59,1.62,1.63,1.59,K,四、多级逆流萃取,流程与符号：,四、多级逆流萃取-计算任务,给定理论级数及分离要求，求溶剂用量S 给定溶剂用量及分离要求，求理论级数NT 给定理论级数及溶剂用量，求E及R组成,四、多级逆流萃取-部分互溶物系,第i级,第N级,物料平衡及操作点：,第1级,第2级,总物平,E1,E2,E3,E4,R1,R2,R3,Rn,F,M,作溶解度曲线及辅助线由已知确定F、S，RN点由杠杆定律确定M由M定E1定操作点由E1定R1由R1定E2.得NT,四、多级逆流萃取-部分互溶物系（坐标求解）,以任务为例：已知 xF、F、S，xN 求NT,四、多级逆流萃取-说明,操作点位于左侧还是右侧：,S量小时可能在左侧,S量大时可能在右侧!,四、多级逆流萃取-说明,操作点1、2 哪个代表的S大：,操作点在左侧时，S越小，离B点越近,四、多级逆流萃取-说明,操作点在右侧时，S越大，离S点越近,操作点1、2 哪个代表的S大：,在三角形相图和y-x直角坐标图上作出溶解度曲线及分配曲线。根据原料液组成xF、溶剂组成y0，规定的最终萃余相组成x及溶剂比S/F，在三角形相图上定出操作点。自操作点引出若干条操作线，与溶解度曲线交于点Ri-1、Ei，其组成分别为xi-1、yi，相应的可以在直角坐标图上定出操作点（xi-1，yi)，将若干个操作点相连，即可得到操作线。从点（xF，y1)出发，在操作线与分配曲线依次作梯级直至达到某一梯级所对应的萃余相组成等于或小于规定的萃余相组成为止，所得梯级数即为所需要的理论级数。,四、多级逆流萃取-部分互溶物系（直角坐标求解）,三、多级逆流萃取过程,E1,E2,E3,E4,R1,R2,R3,Rn,F,四、多级逆流萃取-部分互溶物系Smin=?,S=Smin时，使第i(1,N,i)级达到平衡,min,作过进料点F的平衡联结线，与RN S的延长线的交点作为最小萃取剂比下的操作点min，与溶解度曲线的两个交点分别为Rmin和Emin。联结直线RN Emin和直线FS,其交点Mmin为最小萃取剂用量Smin与原料液F的和点，则最小萃取剂比为,四、多级逆流萃取-部分互溶物系Smin的求算,A,B,S,min,RN,F,Emin,Rmin,Mmin,四、多级逆流萃取-完全不互溶物系(图解法）,操作线方程（推导）,操作线在Y-X坐标图中为过点(XN,Y0)斜率为B/S的直线。,四、多级逆流萃取-完全不互溶物系(图解法）,多级逆流的操作线,四、多级逆流萃取-完全不互溶物系(图解法）,任务:给定F,XF,S,XN 求NT,作分配曲线,作操作线（由XN,Yo定b 由b,斜率,XF定a),从点a开始作梯级，直至XN,确定梯级数,梯级理论级可否有小数?,如XF、Yo给定，规定了最终萃余相组成XN，则操作线上的点(XN，Yo)点就确定了。此时，如减小萃取剂比S/F，则操作线斜率增大，操作线靠近分配曲线，所需要的理论级数增多。当萃取剂比减小到使操作线上的进料点F或其他某一点与分配曲线相交时，所需要的理论级数为无穷多，这时操作线的斜率为最大，而萃取剂比则为最小萃取剂比(S/F)min。,最小萃取剂比,图解示例如下：,1.分配系数K逐级变化时的计算法,四、多级逆流萃取-完全不互溶物系(解析法）,第1级溶质A的物料平衡为,将第一级的平衡关系 代入上式得,将第一级的萃取因数 和 代入上式，得,第2级溶质A的物料平衡为,或,将，和 代入上式，得,经类似的推导可得第3级的萃余相组成X3为,依次类推，直至第N级(最末一级)的萃余相组成XN为,令 和，则,由整个萃取过程溶质A的物料衡算,将 代入上式并整理得,如为纯萃取剂(即Y00)时，则计算最终萃余相和萃取相中溶质组成为:,萃取率,萃余率,2各级分配系数K为常数时的计算法,此时KiK，,则,若为纯萃取剂，即Y00，则计算最终萃余相组成的公式分别为,萃余率,萃取率,理论级数,用25的纯水为萃取剂，从丙酮氯仿溶液中萃取丙酮。原料液中丙酮的组成为0.4(质量分率，下同)，操作时的萃取剂比为最小萃取剂比的2倍。今采用多级逆流萃取操作以使最终萃余相中丙酮的组成不大于0.11，求所需要的理论级数。物系的平衡数据列于表11-4。,例4：,解：(1)按表11-4中的平衡数据绘制出三角形相图，并以xF0.44和 xN0.11在三角形相图上确定F点和RN点。,(2)过F点作平衡联结线，将其延长与直线RNS的延长线的交点为min点。直线Fmin交于溶解度曲线的右半支Em1点。连接直线FS和RNEm1得交点Mm，由杠杆定律，可得,则实际操作萃取比为,如图11-31(b)所示，联结直线FS。由于F+SM，则,由此可在直线FS上确定实际操作时的和点M，连接直线RNM并延长与溶解度曲线交El点。联结直线FE1并延长与直线RNS的延长线之交点即为实际的操作点。过E1点作平衡联结线得R1，联结直线R1与溶解度曲线交E2点，过E2点作平衡联结线得R2；依次类推，因为第3级萃余相的溶质组成等于0.11。故需要3个理论级。,例5：例11-4中萃取系统，原料液中丙酮的组成和实际操作的萃取剂比不变，欲将最终萃余相中丙酮的组成降至0.05。(质量分率)，试求所需要的理论级数。,解：因要求的最终萃余相中丙酮的组成较低，则所需要的理论级数较多，为了使图解清晰，现采用y-x直角坐标图进行图解计算。,Thanks,
