化工原理(下)第4章液液萃取ppt课件.ppt
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1、第4章 液液萃取,通过本章学习,应掌握液液相平衡在三角形相图上的表示方法,能用三角形相图对单级萃取过程进行分析和计算。了解多级萃取过程的流程与计算方法;萃取设备的类型及结构特点。,学习目的与要求,液-液萃取简介,20世纪30年代用于工业生产的新的液体混合物分离技术发展:回流萃取、双溶剂萃取、反应萃取、超临界萃取、液膜分离技术萃取成为分离液体混合物很有生命力的操作单元之一原理:利用原料液中组分在适当溶剂中溶解度的差异萃取剂: 萃取所用的溶剂 应对溶质具有较大的溶解能力 与稀释剂应不互溶或部分互溶溶质:混合液中欲分离的组分稀释剂:混合液中的溶剂,萃取操作,萃取相萃取剂提取了溶质 萃取相为混合物,需
2、要用精馏、蒸发或反萃取等方法进行分离,得到溶质产品和溶剂,萃取剂供循环使用萃余相分离出溶质的混合液与精馏比较:当用于分离挥发性混合物时,萃取过程比较复杂,萃取相中萃取剂的回收往往还要应用精馏操作萃取过程:常温操作、无相变、选择适当溶剂可以获得较高分离系数等优点技术经济上的优势,萃取分离有利的情形,溶液中各组分的沸点非常接近,或者说组分之间的相对挥发度接近于1混合液中的组成能形成恒沸物,用一般的精馏不能得到所需的纯度 混合液重要回收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需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高,用精馏方法需蒸馏出大量稀释剂,耗能量很多,液液萃取在工业上的应用,液液萃
3、取在石油化工中的应用液液萃取已广泛应用于分离和提纯各种有机物质如:轻油裂解和铂重整产生的芳烃混合物的分离 用脂类溶剂萃取乙酸 用丙烷萃取润滑油中的石蜡在生物化工中和精细化工中的应用热敏性混合物,选择适当的溶剂,避免受热所损坏如:青霉素的生产 用玉米发酵得到的含青霉素的发酵液,一醋酸丁脂为溶剂,经过多次萃取得到青霉素的浓溶液萃取操作已在制药工业,精细化工中占有重要的地位,液液萃取在工业上的应用,湿法冶金中的应用20 世纪40 年代,原子能工业,铀、钍、镮等金属提炼 近20年来,低品位有色金属的提取目前认为只要价格与铜相当或超过铜的有色金属如钴,镍,锆等等,都应优先考虑溶剂萃取法有色金属已逐渐成为
4、溶剂萃取应用的领域,(1)从矿石的浸出液中提取、富集有价金属。如低品位氧化铜矿石的生物浸出-萃取-电积工艺。(2)分离化学性质相近的金属离子。如分离铌钽、分离锆铪、分离钴镍,以及分离稀土金属元素等。(3)核工业材料的提取。如铀的分离、富集与提取。(4)净化溶液。如从镍电解液中净化除去铜、铁等杂质离子。,萃取在有色金属主要应用,目前冶金中常用的萃取剂可分为含氧萃取剂(包括醚、醇、酮、酸、酯等)、含磷萃取剂、含氮萃取剂(包括胺、酰胺、羟肟与异羟肟酸、羟基喹啉等)、含硫萃取剂(包括硫醚类R2S和、亚砜类R2S=O等)。,二(2-乙基已基)磷酸钠盐萃取钴的过程示意图,4.1液液萃取概述,4.1.1 萃
5、取的原理与流程,第4章 液液萃取,一、萃取过程的原理,形成两相体系的方法,引入一液相(萃取剂),分离物系,液体混合物,萃取原理,液体混合物 (A + B),引入另一液相(萃取剂S),各组分在萃取剂中溶解度不同,液相E(萃取相)(S + A+微量B),液相R(萃余相) (B + 微量A、S),示例,用苯萃取分离醋酸和水混合物,二、萃取操作流程,萃取操作示意图,4.1.1 萃取的原理与流程,4章 液液萃取和液固浸取,4.1.2 萃取的分类与应用,4.1液液萃取概述,一、萃取过程的分类,按有无化学反应分类,萃取,化学萃取,物理萃取,按萃取级数分类,多级逆流萃取,萃取,多级萃取,单级萃取,多级并流萃取
6、,按萃取技术分类,双溶剂萃取,单溶剂萃取,膜萃取,凝胶萃取,超临界萃取,一、萃取过程的分类,萃取,反向胶团萃取,按萃取组分数目分类,萃取,多组分萃取,单组分萃取,单组分萃取,混合液中只有一种欲分离的溶质被溶剂萃取或者其他组分虽然同时萃取, 但不影响欲分离的溶质的质量要求单组分萃取的基本原理、操作流程与设计计算的基本关系式与吸收的基本类似,基本流程:单级萃取和并流接触萃取:溶质在萃取剂中的溶解度很大或溶质萃取要求不高的场合多级错流萃取:萃取率高、操作简单,萃取剂用量大 多级逆流萃取:小萃取剂用量获得较高萃取率 连续逆流萃取:工业上常用的流程,二、萃取操作的应用,萃取操作应用场合,溶质浓度很低 ,
7、且为难挥发组分物系的分离,热敏性物系的分离,相对挥发度 物系的分离,第4章 液液萃取,4.2 液液相平衡关系,4.2.1液液平衡相图,4.1液液萃取概述,一、组成在三角形相图上的表示方法,萃取为三元物系的分离过程,溶质 A,原溶剂 B,萃取剂 S,三角形坐标图,等边三角形坐标图,等腰三角形坐标图,非等腰三角形坐标图,组成的表示方法,液液萃取过程也是以相际的平衡为极限三元体系难以用直角坐标系来表示三元体系的相平衡关系用三角坐标图来表示在三角形坐标图中常用质量百分率或质量分率表示混合物的组成少数采用体积分率或摩尔分率表示的本教程中均采用质量百分率或质量分率,等边三角形 组成的表示方法,三个顶点表示
8、纯 物质A代表溶质A的组成为100%,其它两组分 的组成为零B点和S 点分别代表纯的稀释剂和萃取剂任一边上的任一点代表二元混和物,第三组分的组成为零图中AB 边上的E点,代表A、B二元混合物, 其中A的组成为40%,B的组成为60%,S的组成为零,等边三角形 组成的表示方法,习惯上,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。,等边三角形 组成的表示方法,M代表有A ,B , S 三个组分组成的混合物过M点分别作三个边的平行线ED,HG 与KF 线段BE(SD) 代表A的组成线段AK(BF)代表S的组成线段AH(SG)代表B 的组
9、成三元混合物的组成为 : X A=BE =0.40X B=AH =0.30 X S=AK =0.30 三者之和等于1,等边三角形 组成的表示方法,也可过M 点分别作三个边的垂直线MN、ML及MJ垂直线段ML、MJ 和MN 的长度比分别代表A、B、S的组成 右图可知, M 点的组成为40%A、30%B和30%S,组成在等腰直角三角形坐标图上的表示方法,M 点,D 点,A,B,S,二、各组分量之间的关系杠杆规则,杠杆规则,M =,和点,差点,差点,MA,MB,MA + MB,杠杆规则的应用,A,B,S,液相 R r kgxA、xS、xB,液相 E e kgyA、yS、yB,液相 M m kgzA、
10、zS、zB,三、液液平衡相图(溶解度曲线),根据萃取操作中各组分的互溶性,三元物系分为以下情况,即,类物系,类物系,1. 溶解度曲线的两种形式, A完全溶于B及S,B与S不互溶, A完全溶于B及S,B与S部分互溶, A完全溶于B,A与S部分互溶 B与S部分互溶,溶解度曲线和联结线,A完全溶于B、S, 而B与S部分互溶T一定, B与S任意混合两个互不相溶的液层(点L、J )总组成为C的二元混合液中逐渐加入组分A成为三元混合液B与S质量比为常数,故三元混合液的组成将沿AC线变化,溶解度曲线和联结线,若加入A的量恰好是混合液由两个液相变成一个液相时, 相应组成坐标如图 C混溶点或分层点总组成为D、F
11、、G、H等二元混合液按上述方法作实验, 分别得到混溶点D、F、G及H联L、C、D、 F、G、 H及J诸点的曲线为在实验温度下的三元混合物的溶解度曲线若组分B 与S 完全不互溶, 则点L与J 分别与三角形的顶点B与S相重合,溶解度曲线 (1)已知联结线,共轭相,均相区,两相区,溶解度曲线,临界混溶点,联结线,溶解度曲线 (2)已知辅助曲线,辅助曲线,溶解度曲线,辅助曲线和临界混溶点,若要求与已知相成-平衡的另一相的数据,常借助辅助曲线(也称共轭曲线)求得若干联结线数据辅助曲线通过点R1、R2.等分别作底边BS的平行线通过相应联结线另一端点E1、E2.等分别作侧直角边AS的平行线诸线相交于点J、K
12、、.联结这些交点所得平滑曲线即为辅助曲线利用辅助曲线便可从已知 相R(或E)与之平衡的另一相组成E(或R),辅助曲线和临界混溶点,辅助曲线与溶解度曲线的交点P通过该点的联结线为无限短, 相当于这一系统的临界状态临界混溶点(平衡液相没有共轭相)联结线具一定的斜率临界混溶点一般不在溶解度曲线的顶点临界混溶点由实验测得当已知的联结线很短(即很接近于临界混溶点)时,才可用外延辅助曲线的方法求出临界混溶点三元物系的溶解度曲线、联结线、辅助曲线、临界混溶点的数据实验测得,也可从手册或有关专著中查得,P,两种溶解度曲线的互换,由联结线求辅助曲线,两种溶解度曲线的互换,由辅助曲线求联结线,2. 温度对溶解度曲
13、线的影响,温度 T,溶解度,两相区,不利于萃取操作,三、液液平衡相图(溶解度曲线),第4章 液液萃取,4.2 液液相平衡关系,4.2.1液液平衡相图,4.1液液萃取概述,4.2.2 液液平衡方程与分配曲线,一、以质量分数表示的平衡方程,气液平衡方程,液液平衡方程,萃取相中溶质分数,萃余相中溶质分数,分配系数,若 S与 B完全不互溶,萃取相中不含 B,S 的量不变,萃余相中不含 S ,B 的量不变,用质量比计算方便,液液平衡方程,二、以质量比表示的平衡方程,萃取相中溶质的质量比,分配系数,萃余相中溶质的质量比,三、分配曲线,以xA为横坐标,yA为纵坐标,在直角坐标图上,每一对共轭相可得一个点,将
14、这些点联结起来,得到曲线称为分配曲线。,溶解度曲线,分配曲线,分配曲线的作法,第4章 液液萃取,4.2 液液相平衡关系,4.2.1液液平衡相图,4.1液液萃取概述,4.2.2 液液平衡方程与分配曲线,4.2.3 萃取剂的选择,一、萃取剂的选择性与选择性系数,萃取剂的选择性是指萃取剂 S对原料液中两个组分溶解能力的差异。,选择性系数,因为,所以,萃取效果,萃取操作, 1,不能实现萃取分离,一、萃取剂的选择性与选择性系数,二、萃取剂的选择,萃取剂选择考虑的主要因素,选择性系数,原溶剂 B与萃取剂 S的互溶度,萃取剂回收的难易,萃取剂的其他物性,密度,表面张力,黏度,萃取剂的稳定性、安全性、经济性,
15、萃取剂回收的难易与经济性,萃取后的E 相和R 相,通常以蒸馏的方法进行分离萃取剂回收的难易直接影响萃取操作的费用,在很大程度上决定萃取过程的经济性要求溶剂S与原料液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,而S 为易挥发组分时,而S 的气化热要小,以节省能耗 溶剂的萃取能力大,可减少溶剂的循环量,降低E相溶剂回收费用溶剂在被分离混合物中的溶解度小,也可减少R 相中溶剂回收的费用,萃取剂的其它物性,为实现两相快速分离,要求萃取剂与被分离混合物有较大的的浓度差,以提高设备的生产能力 两液相间的张力对分离效果也有重要影响。物系界面张力较
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