化工原理講稿(下冊)-應(yīng)化第十一章萃取講稿課件2

1、 1、A、B、S、E、R、E、R、F、xF、 xA、 yA、 X、Y、kA、的含義？ 2、溶解度曲線？聯(lián)結(jié)線（共軛線）？臨界混溶點(diǎn)？ 輔助線？ 3、完全不互溶物系？部分互溶物系？課前思考 1、A、B、S、E、R、E、R、F、xF、 xA例題1 用水作萃取劑(S)，對醋酸(A)苯(B)混合液進(jìn)行萃取分離。在25下醋酸苯水溶液的液液相平衡數(shù)據(jù)如表11l所示，依此數(shù)據(jù)：(1)在直角三角形坐標(biāo)圖上標(biāo)繪溶解度曲線；作出序號(hào)為2、3、4、6、8組數(shù)據(jù)的平衡聯(lián)結(jié)線；繪出輔助曲線并標(biāo)出臨界混溶點(diǎn)。(2)試求與組成為25醋酸、1水、其余為苯的液相呈平衡的另一液相的組成，并求出醋酸在兩平衡液相中的分配系數(shù)KA的數(shù)

2、值。例題1 用水作萃取劑(S)，對醋酸(A)苯(B)混合化工原理講稿(下冊)-應(yīng)化第十一章萃取講稿課件2ABSABS第三節(jié) 萃取過程的計(jì)算 一、計(jì)算任務(wù)二、單級萃取過程三、多級錯(cuò)流萃取過程四、多級逆流萃取過程第三節(jié) 萃取過程的計(jì)算 一、計(jì)算任務(wù)一、計(jì)算任務(wù)（1）級式接觸式：單級，多級錯(cuò)流，多級逆流（2）連續(xù)（微分）接觸式 分類（接觸方式）：（1）給定理論級數(shù)及分離要求，求溶劑用量S （2）給定溶劑用量及分離要求，求理論級數(shù)NT （3）給定理論級數(shù)及溶劑用量，求E及R組成 計(jì)算任務(wù)（平衡關(guān)系已知）：一、計(jì)算任務(wù)（1）級式接觸式：單級，多級錯(cuò)流，多級逆流 分類二、單級萃取過程萃取劑S, y0原料液

3、F, xF萃取相E, yA萃余相R, xA脫除 SE脫除 SR萃取液E, yA萃余液R, xA流程：二、單級萃取過程萃取劑S, y0原料液F, xF萃取相萃余相 已知xF及F，規(guī)定萃余液組成x，求S用量（包括E與R量及組成）。 已知xF及F、 S用量，求萃余液組成x （包括E與R量及組成）二、單級萃取過程計(jì)算任務(wù)平衡關(guān)系已知： 已知xF及F，規(guī)定萃余液組成x，求S用量（包括E與R量ABSRREEFM作溶解度曲線及輔助線確定R點(diǎn)連接RS交溶解度曲線于點(diǎn)R 由R及輔助線確定E連接RE,FS，兩線相交于點(diǎn)M由杠桿定律確定S二、單級萃取過程- 部分互溶物系圖解法（ 已知 xF、F、 x求S ）ABSR

4、REEFM作溶解度曲線及輔助線二、單級萃取過程ABSRREEFM作溶解度曲線及輔助線確定F、S點(diǎn)由杠桿定律確定M 由M及輔助線試差法確定R、E由R、E及SE、SR定R、E 由確定x二、單級萃取過程- 部分互溶物系圖解法（ 已知 xF、F、S求x ）ABSRREEFM作溶解度曲線及輔助線二、單級萃取過程 原料量F及組成一定，增大S，M向S點(diǎn)靠近。 G點(diǎn)：最大溶劑用量，SmaxD點(diǎn)：最小溶劑用量，Smin萃取操作S應(yīng)滿足下列條件：ABSFS0RDMEG萃取劑極限用量 ：二、單級萃取過程- 部分互溶物系 原料量F及組成一定，增大S，M向S點(diǎn)靠近。 G點(diǎn)：最大溶連接線如何影響ABSE maxFRmin

5、RCME maxECy如何得到max,x如何得到min二、單級萃取過程- 部分互溶物系連接線如何影響ABSE maxFRminRCME maxE二、單級萃取過程- 完全不互溶物系 已知F ，xF及Y0，規(guī)定萃余液組成x，求S用量。 已知F ,xF，Y0及S用量，求萃余液組成x二、單級萃取過程- 完全不互溶物系 已知F ，xF及Y0，二、單級萃取過程- 完全不互溶物系物料衡算：操作線方程二、單級萃取過程- 完全不互溶物系物料衡算：操作線方程二、單級萃取過程- 完全不互溶物系物料衡算：操作線方程YXXF0Y0操作線方程在Y-X坐標(biāo)圖上為過點(diǎn)（XF,Y0）,斜率為-B/S的直線二、單級萃取過程- 完

6、全不互溶物系物料衡算：操作線方程YXX二、單級萃取過程- 完全不互溶物系圖解法（已知xF、F、Y0,分離要求x，求S ）作分配曲線由X確定點(diǎn)b，由(XF,Y0)確定點(diǎn)a連接ab,該線斜率為-B/S 由斜率-B/S確定S二、單級萃取過程- 完全不互溶物系圖解法（已知xF、F、Y0二、單級萃取過程- 完全不互溶物系圖解法（已知xF、F、Y0,萃取劑用量S,求x)作分配曲線由(XF,Y0)確定點(diǎn)a由點(diǎn)a及斜率-B/S作操作線ab,交分配曲線于點(diǎn)b 由點(diǎn)b坐標(biāo)確定X二、單級萃取過程- 完全不互溶物系圖解法（已知xF、F、Y0 操作線： 交點(diǎn)：二、單級萃取過程- 完全不互溶物系解析法（平衡線為直線Y=K

7、X）令表示達(dá)平衡后的萃取相中溶質(zhì)的量與萃余相中溶質(zhì)的量之比，稱為萃取因數(shù)。 操作線： 交點(diǎn)：二、單級萃取過程- 完全不互溶物系二、單級萃取過程- 完全不互溶物系當(dāng)則萃余率萃取率二、單級萃取過程- 完全不互溶物系當(dāng)則萃余率萃取率例題2例：25下以水為萃取劑從醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的醋酸(A)與氯仿(B)混合液中提取醋酸。已知原料液處理量為2000kg/h，用水量為1600kg/h。操作溫度下，E相和R相以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的平衡數(shù)據(jù)如下頁附表所示。試求：(1)單級萃取后E相和R相的組成和流量；(2)將E相和R相中的萃取劑完全脫除后的萃取液和萃余液的組成和流量？(3)操作條件下的選擇性系數(shù)；(4)若組分B

8、、S可視為完全不互溶，且操作條件下以質(zhì)量比表示相組成的分配系數(shù)K=3.4，要求原料液中的溶質(zhì)A有80%進(jìn)入萃取相，則每千克原溶劑B需要消耗多少千克的萃取劑S。例題2例：25下以水為萃取劑從醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的醋酸(相平衡數(shù)據(jù)表氯仿層(R相) (wt%)水層(E相) (wt%)氯仿層(R相) (wt%)水層(E相) (wt%)醋酸 水醋酸 水醋酸 水醋酸 水0.000.990.0099.1627.655.250.5631.116.771.3825.1073.6932.087.9349.4125.3917.722.2844.1248.5834.1610.0347.8723.2825.724.15

9、50.1834.7142.516.542.516.50相平衡數(shù)據(jù)表氯仿層(R相) (wt%)水層(E相) (wt%FF三、多級錯(cuò)流萃取過程流程與符號(hào)：三、多級錯(cuò)流萃取過程流程與符號(hào)：三、多級錯(cuò)流萃取過程- 計(jì)算任務(wù)理論上,每級S用量相等時(shí)總用量最小給定理論級數(shù)及分離要求，求溶劑用量S 給定溶劑用量及分離要求，求理論級數(shù)NT 給定理論級數(shù)及溶劑用量，求E及R組成三、多級錯(cuò)流萃取過程- 計(jì)算任務(wù)理論上,每級S用量相等時(shí)總用ABSFR3R2R1E1E2E3M1M2M3三、多級錯(cuò)流萃取過程- 部分互溶物系圖解法（ 以為例： 已知 xF、F、 S， NT 求x ）作溶解度曲線（輔助線?。?確定F、S點(diǎn)由

10、杠桿定律確定M1由M1及輔助線定R1、E1由R1、S定M2由xnx給定求定NT 由M2及輔助線定R2、E2，由RN及S定xABSFR3R2R1E1E2E3M1M2M3三、多級錯(cuò)流萃取三、多級錯(cuò)流萃取過程 完全不互溶物系操作線方程（推導(dǎo)）M1F+S=E1+R1M2R1 + S E2+R2MiRi-1 + S Ei+Ri三、多級錯(cuò)流萃取過程 完全不互溶物系操作線方程（推導(dǎo)）M1給定S,NT求X三、多級錯(cuò)流萃取過程- 完全不互溶物系(平衡線為曲線） 作分配曲線 作操作線 定abx1 定cdx2 定efx3給定S,NT求X三、多級錯(cuò)流萃取過程- 完全不互溶物系(平衡給定S,NT求X(Y0=0)分配線：

11、Y=KX 操作線定x1定x2三、多級錯(cuò)流萃取過程- 完全不互溶物系(平衡線為直線）令-萃取因數(shù)給定S,NT求X(Y0=0)分配線：Y=KX 操 萃余分?jǐn)?shù)萃取因數(shù)萃取率為總結(jié)：三、多級錯(cuò)流萃取過程- 完全不互溶物系(平衡線為直線） 萃余分?jǐn)?shù)萃取因數(shù)萃取率為總結(jié)：三、多級錯(cuò)流萃取過程- 完全例題3 在25下用異丙醚為萃取劑分離含醋酸35(質(zhì)量)的醋酸水溶液，萃取物系的溶解度曲線及輔助曲線如圖11-24所示，原料液的處理量為100kg/h，試求： (1)用100kg/h的純萃取劑進(jìn)行單級萃取時(shí)所得的萃取相和萃余相的流量及其中的醋酸組成； (2)每次用50kg/h純萃取劑進(jìn)行兩級錯(cuò)流萃取時(shí)所得的最終萃

12、余相的流量及其中醋酸的組成； (3)上述兩種萃取操作的萃余率。例題3 在25下用異丙醚為萃取劑分離含醋酸35(質(zhì)化工原理講稿(下冊)-應(yīng)化第十一章萃取講稿課件2例題4 原料液為含丙酮20(質(zhì)量，下同)的水溶液，其流量為800kg/h。現(xiàn)以純?nèi)纫彝闉檩腿?，?5下采用多級錯(cuò)流萃取過程從原料液中萃取丙酮，每一級的三氯乙烷用量為320kg/h。要求最終萃余相中丙酮的含量降到5，求所需要的理論級數(shù)和萃余相、萃取相的流量。在25下的平衡數(shù)據(jù)列于表11-2中。例題4 原料液為含丙酮20(質(zhì)量，下同)的水溶液，其流化工原理講稿(下冊)-應(yīng)化第十一章萃取講稿課件21.521.591.621.631.59K

13、1.521.591.621.631.59K化工原理講稿(下冊)-應(yīng)化第十一章萃取講稿課件2化工原理講稿(下冊)-應(yīng)化第十一章萃取講稿課件2四、多級逆流萃取流程與符號(hào)：四、多級逆流萃取流程與符號(hào)：四、多級逆流萃取-計(jì)算任務(wù)給定理論級數(shù)及分離要求，求溶劑用量S 給定溶劑用量及分離要求，求理論級數(shù)NT 給定理論級數(shù)及溶劑用量，求E及R組成四、多級逆流萃取-計(jì)算任務(wù)給定理論級數(shù)及分離要求，求溶劑用四、多級逆流萃取- 部分互溶物系 第i級第N級 物料平衡及操作點(diǎn)：第1級第2級總物平四、多級逆流萃取- 部分互溶物系 第i級第N級 物料平衡及操ABSE1E2E3E4R1R2R3RnFM作溶解度曲線及輔助線由

14、已知確定F、S，RN點(diǎn)由杠桿定律確定M由M定E1定操作點(diǎn)由E1定R1由R1定E2 .得NT 四、多級逆流萃取- 部分互溶物系（坐標(biāo)求解）以任務(wù)為例： 已知 xF、F、 S， xN 求NT ABSE1E2E3E4R1R2R3RnFM作溶解度曲線及輔四、多級逆流萃取-說明操作點(diǎn)位于左側(cè)還是右側(cè)： S量小時(shí)可能在左側(cè), S量大時(shí)可能在右側(cè)!四、多級逆流萃取-說明操作點(diǎn)位于左側(cè)還是右側(cè)： S量小時(shí)可四、多級逆流萃取-說明操作點(diǎn)1、2 哪個(gè)代表的S大：操作點(diǎn)在左側(cè)時(shí)，S越小，離B點(diǎn)越近四、多級逆流萃取-說明操作點(diǎn)1、2 哪個(gè)代表的S大：操作四、多級逆流萃取-說明操作點(diǎn)在右側(cè)時(shí)，S越大，離S點(diǎn)越近操作點(diǎn)1

15、、2 哪個(gè)代表的S大：四、多級逆流萃取-說明操作點(diǎn)在右側(cè)時(shí)，S越大，離S點(diǎn)越近 在三角形相圖和y - x直角坐標(biāo)圖上作出溶解度曲線及分配曲線。 根據(jù)原料液組成xF、溶劑組成y0，規(guī)定的最終萃余相組成x及溶劑比S/F，在三角形相圖上定出操作點(diǎn)。 自操作點(diǎn)引出若干條操作線，與溶解度曲線交于點(diǎn)Ri-1、Ei，其組成分別為xi-1 、yi，相應(yīng)的可以在直角坐標(biāo)圖上定出操作點(diǎn)（xi-1，yi)，將若干個(gè)操作點(diǎn)相連，即可得到操作線。 從點(diǎn)（xF ，y1)出發(fā)，在操作線與分配曲線依次作梯級直至達(dá)到某一梯級所對應(yīng)的萃余相組成等于或小于規(guī)定的萃余相組成為止，所得梯級數(shù)即為所需要的理論級數(shù)。 四、多級逆流萃取-

16、部分互溶物系（直角坐標(biāo)求解） 在三角形相圖和y - x直角坐標(biāo)圖上作出溶解度曲線及分配三、多級逆流萃取過程 三、多級逆流萃取過程 ABS E1E2E3E4R1R2R3RnF四、多級逆流萃取-部分互溶物系Smin=?S=Smin時(shí)，使第i (1,N,i)級達(dá)到平衡min ABS E1E2E3E4R1R2R3RnF四、多級逆流萃取作過進(jìn)料點(diǎn)F的平衡聯(lián)結(jié)線，與RN S的延長線的交點(diǎn)作為最小萃取劑比下的操作點(diǎn)min，與溶解度曲線的兩個(gè)交點(diǎn)分別為Rmin和Emin。 聯(lián)結(jié)直線RN Emin和直線FS,其交點(diǎn)Mmin為最小萃取劑用量Smin與原料液F的和點(diǎn)，則最小萃取劑比為四、多級逆流萃取-部分互溶物系S

17、min的求算ABSminRNFEminRminMmin作過進(jìn)料點(diǎn)F的平衡聯(lián)結(jié)線，與RN S的延長線的交點(diǎn)作為最小四、多級逆流萃取- 完全不互溶物系(圖解法）操作線方程（推導(dǎo)）操作線在Y-X坐標(biāo)圖中為過點(diǎn)(XN,Y0)斜率為B/S的直線。四、多級逆流萃取- 完全不互溶物系(圖解法）操作線方程（推導(dǎo)四、多級逆流萃取- 完全不互溶物系(圖解法）YXXNY00多級逆流的操作線四、多級逆流萃取- 完全不互溶物系(圖解法）YXXNY00多四、多級逆流萃取- 完全不互溶物系(圖解法）任務(wù):給定F,XF,S, XN 求NT 作分配曲線 作操作線（由XN,Yo定b 由b,斜率,XF定a)從點(diǎn)a開始作梯級，直至X

18、N確定梯級數(shù)梯級理論級可否有小數(shù)?X2Y3四、多級逆流萃取- 完全不互溶物系(圖解法）任務(wù):給定F, 如XF、Yo給定，規(guī)定了最終萃余相組成XN，則操作線上的點(diǎn)(XN，Yo)點(diǎn)就確定了。此時(shí)，如減小萃取劑比S/F，則操作線斜率增大，操作線靠近分配曲線，所需要的理論級數(shù)增多。當(dāng)萃取劑比減小到使操作線上的進(jìn)料點(diǎn)F或其他某一點(diǎn)與分配曲線相交時(shí)，所需要的理論級數(shù)為無窮多，這時(shí)操作線的斜率為最大，而萃取劑比則為最小萃取劑比(S/F)min。最小萃取劑比XNY0XY0XFY1Ym1 如XF、Yo給定，規(guī)定了最終萃余相組成XN，則操作線化工原理講稿(下冊)-應(yīng)化第十一章萃取講稿課件2圖解示例如下： 圖解示例

19、如下： 1.分配系數(shù)K逐級變化時(shí)的計(jì)算法四、多級逆流萃取- 完全不互溶物系(解析法）1.分配系數(shù)K逐級變化時(shí)的計(jì)算法四、多級逆流萃取- 完全不互第1級溶質(zhì)A的物料平衡為 將第一級的平衡關(guān)系 代入上式得將第一級的萃取因數(shù) 和 代入上式，得第1級溶質(zhì)A的物料平衡為 將第一級的平衡關(guān)系 第2級溶質(zhì)A的物料平衡為或?qū)?， 和 代入上式，得第2級溶質(zhì)A的物料平衡為或?qū)?， 經(jīng)類似的推導(dǎo)可得第3級的萃余相組成X3為依次類推，直至第N級(最末一級)的萃余相組成XN為 經(jīng)類似的推導(dǎo)可得第3級的萃余相組成X3為依次類推，直至第N級令 和 ，則由整個(gè)萃取過程溶質(zhì)A的物料衡算 將 代入上式并整理得令 和 如為純萃取

20、劑(即Y00)時(shí)，則計(jì)算最終萃余相和萃取相中溶質(zhì)組成為:萃取率萃余率 如為純萃取劑(即Y00)時(shí)，則計(jì)算最終萃余相和2各級分配系數(shù)K為常數(shù)時(shí)的計(jì)算法此時(shí)KiK，,則2各級分配系數(shù)K為常數(shù)時(shí)的計(jì)算法此時(shí)KiK，,則若為純萃取劑，即Y00，則計(jì)算最終萃余相組成的公式分別為萃余率萃取率理論級數(shù)若為純萃取劑，即Y00，則計(jì)算最終萃余相組成的公式分別為萃用25的純水為萃取劑，從丙酮氯仿溶液中萃取丙酮。原料液中丙酮的組成為0.4(質(zhì)量分率，下同)，操作時(shí)的萃取劑比為最小萃取劑比的2倍。今采用多級逆流萃取操作以使最終萃余相中丙酮的組成不大于0.11，求所需要的理論級數(shù)。物系的平衡數(shù)據(jù)列于表11-4。例4：用25的純水為萃取劑，從丙酮氯仿溶液中萃取丙酮。原料液中化工原理講