KJ03-萃取过程及设备的选择与操作讲解课件.ppt
《KJ03-萃取过程及设备的选择与操作讲解课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《KJ03-萃取过程及设备的选择与操作讲解课件.ppt(70页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、学习情境四 萃取过程及设备的选择与操作,学习情境四 萃取过程及设备的选择与操作,KJ03-萃取过程及设备的选择与操作讲解课件,KJ03-萃取过程及设备的选择与操作讲解课件,均相液体混合物的分离方法目前常用的有三种:蒸发、蒸馏和萃取。当形成溶液的各组分中,至少有一种组分是不挥发的,通常选用蒸发的方法将不挥发性的组分与挥发性的溶剂分离。当形成均相混合物的溶液中各组分的均具挥发性,且各组分之间挥发性相差较大时,如果分离任务量大,且不需要很高的温度就能使各组分汽化时,这类均相液体混合物的分离一般采用蒸馏的方法。,引 言,均相液体混合物的分离方法目前常用的有三种:蒸发、蒸馏和萃取。,(1)混合液中各组分
2、之间的挥发性相近,沸点相近,相对挥发度接近于1,甚至形成恒沸物时,用一般的蒸馏方法难以达到或不能达到分离要求的纯度。(2)需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高,用蒸馏方法需蒸出大量稀释剂,消耗能量很多。(3)溶液中要分离的组分是热敏性物质,受热易于分解、聚合或发生其它化学变化。,萃取的应用,萃取操作在石油化工、精细化工、湿法冶金、原子能化工和环境保护等方面被广泛的应用。,(1)混合液中各组分之间的挥发性相近,沸点相近,相对挥发度接,萃取与蒸馏的区别:萃取过程的流程比较复杂,且萃取相中萃取剂的回收往往还要应用精馏操作。萃取过程是在常温下操作,无相变化以及选择适当溶剂可以获得较好的分离效果等优点。
3、,萃取与蒸馏的区别:,需要说明的是当分离液体混合物用蒸馏或萃取方法均可应用时,其选择操作方式的依据主要是由经济性来确定。与蒸馏比较,整个萃取过程的流程比较复杂,且萃取相中萃取剂的回收往往还要应用精馏操作。但是萃取过程是在常温下操作,无相变化以及选择适当溶剂可以获得较好的分离效果等优点,在很多情况下,仍显示出技术经济上的优势。,需要说明的是当分离液体混合物用蒸馏或萃取方法均可应用时,其选,模块一 萃取过程和萃取方案的认识,一、液-液萃取基本工作过程的认识,图4-2 萃取基本操作示意图,模块一 萃取过程和萃取方案的认识一、液-液萃取基本工作过程的,萃取操作的基本过程如图4-2所示。将一定量萃取剂加
4、入原料液中,然后加以搅拌使原料液与萃取剂充分混合,溶质通过相界面由原料液向萃取剂中扩散,所以萃取操作与精馏、吸收等过程一样,也属于两相间的传质过程。搅拌停止后,两液相因密度不同而分层:一层以溶剂S为主,并溶有较多的溶质,称为萃取相,以E表示;另一层以原溶剂(稀释剂)B为主,且含有未被萃取完的溶质,称为萃余相,以R表示。若溶剂S和B为部分互溶,则萃取相中还含有少量的B,萃余相中亦含有少量的S。,萃取操作的基本过程如图4-2所示。将一定量萃取剂加入,1、萃取的定义 在欲分离的液体混合物中加入一种与其不溶或部分互溶的液体溶剂,形成两相系统,利用混合物中各组分在两相中分配差异的性质,易溶组分较多地进入
5、溶剂相从而实现混合液分离的操作2、基本述语: 原料=溶质+稀释剂(或称原溶剂)。 萃取相=萃取剂+溶质+少量稀释剂, 萃余相=稀释剂+残余的溶质+少量萃取剂。举例:用苯萃取废水中的苯酚,1、萃取的定义,二、液-液萃取方案的认识,(一)无机化工中的液-液萃取过程(二)有机化工中的液-液萃取过程,表4-1 萃取法在有机化工中的部分应用,二、液-液萃取方案的认识(一)无机化工中的液-液萃取过程表4,模块二 萃取剂的选择与萃取剂用量的确定,一、萃取的液液相平衡二、萃取剂选择的原则三、萃取剂用量的计算,模块二 萃取剂的选择与萃取剂用量的确定一、萃取的液液相平衡,一、液液相平衡1、三角形相图,在三角形坐标
6、图中均以A表示溶质,以B表示稀释剂,以S表示萃取剂。三角形坐标图可采用等边三角形或直角三角形,溶液组成通常用质量百分数或质量分率表示。其表示的平衡组成图即为三角形相图。三角形的三个顶点分别表示某一种纯物质,如A点表示只有一个组分(纯溶质),含量为100%,B点则表示只有稀释剂一种组分,S点则为纯溶剂。 在三角形相图中,每条边上的任一点代表一个二元混合物的组成,其中不含有第三组分,二元混合物的组分的含量可以直接由图上读出。,一、液液相平衡1、三角形相图 在三角形坐标图中均以A,第类物系:溶质A可溶于稀释剂B和萃取剂S中,但稀释剂与萃取剂部分互溶或完全不互溶。,一、液液相平衡2. 溶解度曲线与联结
7、线,第类物系:溶质A可溶于稀释剂B和萃取剂S中,但稀释剂与萃取,第类物系:溶质A与稀释剂B互溶,但稀释剂与萃取剂部分互溶,同时溶质A与溶剂S也是部分互溶。如图-,,2.溶解度曲线与联结线,第类物系:溶质A与稀释剂B互溶,但稀释剂与萃取剂部分互溶,,一、液液相平衡3.溶解度曲线与联结线的绘制,图4-10 溶解度曲线和联结线绘制,一、液液相平衡3.溶解度曲线与联结线的绘制图4-10 溶解,3.溶解度曲线和联结线绘制,在恒温下,将一定量的稀释剂B和萃取剂S加到试验瓶中,此混合物组成如图4-10上的M点所示,将其充分混合,两相达平衡后静置分层,两层的组成可由图中的点R和点E表示。然后在瓶中滴加少许溶质
8、A,此时瓶中总物料的状态点为M1,经充分混合,两相达到平衡后静置分层,分析两层的组成,得到E1和R1两液相的组成,E1和R1为一对呈平衡的两相称为共轭相(或平衡液),E1和R1两点的联结的直线称为联结线。然后再加入少量溶质A,进行同样的操作可以得到E2、R2,E3、R3等若干对共轭相,当A的加入量增加到某一程度时,混合液的组成抵达图中N点处,分层现象就完全消失。将诸平衡液层的状态点R、R1、R2、R3、N、E3、E2、E1、E连接起来的曲线即为此体系在该温度下的溶解度曲线。,3.溶解度曲线和联结线绘制 在恒温下,将一定量的稀释剂B,通常联结线都不互相平行,各条联结线的斜率随混合液的组成而异。一
9、般情况下各联结线是按同一方向缓慢地改变其斜率,但有少数体系,当混合液组成改变时,联结线斜率改变较大,能从正到负,在某一组成联结线为水平线,例如图4-11中的吡啶一氯苯一水体系就是这种情况,通常联结线都不互相平行,各条联结线的斜率随混合液的组成而异。,温度对溶解度曲线的影响,对于同一物系,在不同温度下,由于物质在溶剂中的溶解度不同,因而分层区的大小也相应地改变,而使溶解度曲线形状发生变化。图4-12所示的为甲基环戊烷(A)-正己烷(B)-苯胺(S)系统在温度t1=20,t2=34.5,t3=45条件时的溶解度曲线。一般情况下,当温度升高时,溶质在溶剂中的溶解度增加,温度降低时溶质的溶解度减少。,
10、图4-12 溶解度曲线形状随温度的变化情况,温度对溶解度曲线的影响对于同一物系,在不同温度下,由于物质在,通常物系的温度升高,溶质在溶剂中的溶解度增大,反之减小。因此,温度明显地影响溶解度曲线的形状、联结线的斜率和两相区面积,从而也影响分配曲线的形状。右图所示为温度对第类物系溶解度曲线和联结线的影响。显然,温度升高,分层区面积减小,不利于萃取分离的进行。,结论:低温有利于萃取,通常物系的温度升高,溶质在溶剂中的溶解度增大,,4.辅助曲线与临界混溶点,在作辅助线时,将辅助线延长与溶解度曲线相交在P点,该点称为临界混溶点,它将溶解度曲线分为两部分,靠溶剂S一侧为萃取相即E相,含溶剂较多,靠稀释剂B
11、一侧为萃余相即R相,含稀释剂较多。,临界混溶点一般不在溶解度曲线的最高点,其准确位置的确定较为困难,只有当已知的其轭相接近临界混溶点时才较准确。,一、液液相平衡4.辅助曲线与临界混溶点。,4.辅助曲线与临界混溶点 在作辅助线时,将辅助线延长,一定温度下,测定体系的溶解度曲线时,实验测出的联结线的条数(即共轭相的对数)总是有限的,此时为了得到任何已知平衡液相的共轭相的数据,常借助辅助曲线(亦称共轭曲线),一定温度下,测定体系的溶解度曲线时,实验测出的联结线的条数(,5分配曲线与分配系数,(1)分配曲线与联结线的关系,第类物系相图,图中xA溶质A在R相(萃余相)中的质量分率。 yA溶质A在E相(萃
12、取相)中的质量分率。,一、液液相平衡5.分配曲线与分配系数,5分配曲线与分配系数(1)分配曲线与联结线的关系第类物系,图4-15 分配曲线与联结线间的关系,第类物系相图,三角形坐标,图4-15 分配曲线与联结线间的关系,第类物系相图,三角,(2)分配系数工程上衡量萃取剂萃取效果 分配系数是表达溶质A在两平衡相中的分配关系。在一定温度条件下,溶质A在E相中的浓度yA与它在R相中的浓度xA之比,称为分配系数,以kA表示,即,当S与B 不互溶时 分配系数kA相当于气液平衡中的相平衡常数m。对于S与B部分互溶的物系, kA与联结线的斜率有关。联结线的斜率为正 (0)时, kA大于1,联结线的斜率为负
13、(0)时, kA小于1。显然的联结线的斜率愈大kA值也愈大,愈有利于萃取分离。,结论: kA值越大每次萃取所能取得的分离效果越好。工业萃取系统中,kA值的范围为110000,(2)分配系数工程上衡量萃取剂萃取效果当S与B 不互溶时,1、萃取剂的选择性系数2、萃取剂的物理性质3、萃取剂的化学性质4、萃取剂回收难易5、其它指标,二、萃取剂选择的原则,1、萃取剂的选择性系数二、萃取剂选择的原则,1、萃取剂的选择性系数,选择性系数是溶质(A)和稀释剂(B)分别在萃取相E和萃余相R中的分配系数的比值。当1,萃取操作能够实现,越大,分离操作越容易。当1,萃取操作也能够实现,只是萃取分离出来的是稀释剂(B)
14、,而不是溶质(A)。若=1,即萃取相和萃余相脱去溶剂后,得到的萃取液和萃余液有相同的组成,并和原溶液一样,也就不可能进行萃取分离。,萃取剂的选择性系数的定义,1、萃取剂的选择性系数选择性系数是溶质(A)和稀释剂(B),从溶剂的选择性系数考虑,要选择值较大的溶剂,使萃取操作容易实现。对于萃取剂S与稀释剂部分互溶的体系,选择性系数的大小,反映互溶度的大小。互溶度越小,选择性系数大,对萃取操作有利。图4-4表示两种不同的溶剂S和S对A和B的混合液进行萃取的情况,图4-4(a)表示B和S的互溶度小,而图4-4(b)表示B和S互溶度较大。过S和S分别作溶解度曲线的切线,得到两种情况的萃取液的组成Emax
15、和Emax,显然EmaxEmax,采用萃取剂S比S更有利于组分A的分离。,图4-4 溶剂与稀释剂的互溶度影响,从溶剂的选择性系数考虑,要选择值较大的溶剂,使萃取操作容易,2、萃取剂的物理性质,(1)密度在液液萃取中,两相间应保持一定的密度差,以利于两液相在萃取器中能以较高的相对速度逆流和两相的分层;此外萃取设备还可达到较大的生产能力。(2)界面张力萃取物系的界面张力较大时,细小的液滴比较容易聚结,有利于两相的分离,但界面张力过大,液体不易分散,难以使两相混合良好,需要较多的外加能量。界面张力小,液体易分散,但易产生乳化现象使两相难分离,因此应从界面张力对两液相混合与分层的影响综合考虑,选择适当
16、的界面张力,一般说不宜选用张力过小的萃取剂。两种纯液体的界面张力可用滴重法和气泡最大压力法来测定,常用体系界面张力数值可在文献中找到。有人建议,将溶剂和料液加入分液漏斗中,经充分剧烈摇动后,两液相最多在5min以内要能分层,以此作为溶剂界面张力适当与否的大致判别标准。(3)粘度溶剂的粘度低,有利于两相的混合与分层,也有利流动与传质,因而粘度小对萃取有利。有的萃取剂粘度大,往往需加入其他溶剂来调节其粘度,2、萃取剂的物理性质(1)密度,3、萃取剂的化学性质4、萃取剂回收难易,萃取剂需有良好的化学稳定性,不易分解、聚合,并应有足够的热稳定性和抗氧化稳定性。对设备的腐蚀性要小。4、萃取剂回收难易通常
17、萃取相和萃余相中的萃取剂需回收后重复使用,以减少溶剂的消耗量。回收费用取决于回收萃取剂的难易程度。有的溶剂虽然具有以上很多良好的发生,但往往由于回收困难而不被采用。最常用的回收方法是蒸馏,因而要求被分离体系相对挥发度大,如果接近于1,不宜用蒸馏,可以考虑用反萃取,结晶分离等方法。,3、萃取剂的化学性质4、萃取剂回收难易萃取剂需有良好的化学,5、其它指标,5、其它指标如萃取剂的价格、来源、毒性、以及是否易燃、易爆等等,均为选择溶剂需要考虑的问题。当没有一种萃取剂能满足以上要求时,可以采用几种溶剂组成的混合萃取剂以获得较好的性能。6、温度对萃取剂性能的影响在讨论萃取剂和稀释剂互溶度时指出,对于萃取
18、过程互溶度愈小愈好。温度对互溶度有显著影响,通常温度升高溶解度增加。图4-5所示为二十二烷-二苯基己烷-糠醛体系的相图。二十二烷与糠醛部分互溶。从图中可以看出,温度从45上升到140,两相区不断减少若温度继续上升,则变成三组完全互溶体系而无法进行萃取操作。,5、其它指标5、其它指标,图4-5 温度对分层区大小的影响,图4-5 温度对分层区大小的影响,二、萃取剂用量的确定,. 杠杆规则、单级萃取过程的计算,二、萃取剂用量的确定. 杠杆规则,右下图点R代表某已知三元混合物的组成点,其质量为Rkg。若向R中加入另一已知三元混合物Ekg(其组成由E点表示),所得新混合液为Mkg,其组成点M必在RE联线
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- KJ03 萃取 过程 设备 选择 操作 讲解 课件

链接地址:https://www.31ppt.com/p-1285998.html