萃取過程及設(shè)備的選擇與操作

學(xué)習(xí)情境四萃取過程及設(shè)備的選擇與操作均相液體混合物的分離方法目前常用的有三種：蒸發(fā)、蒸餾和萃取。引言

均相液體混合物的分離方法蒸發(fā)蒸餾萃取當(dāng)形成溶液的各組分中，至少有一種組分是不揮發(fā)的，通常選用蒸發(fā)的方法將不揮發(fā)性的溶質(zhì)分與揮發(fā)性的溶劑分離。當(dāng)形成均相混合物的溶液中各組分均具揮發(fā)性，且各組分之間揮發(fā)性相差較大時，一般采用蒸餾的方法。引言

依據(jù)待分離溶液中各組分在萃取劑中溶解度的差異實現(xiàn)分離的。萃取的應(yīng)用

萃取屬于低溫分離方法，在石油化工、精細化工、濕法冶金、原子能化工和環(huán)境保護等方面被廣泛地應(yīng)用。任務(wù)一萃取工作過程的認(rèn)識

液-液萃取的基本工作過程圖4-2萃取基本操作示意圖攪拌停止后，兩液相因密度不同而分層：一層以萃取劑S為主，并溶有較多的溶質(zhì)，稱為萃取相，以E表示；另一層以原溶劑（稀釋劑）B為主，且含有未被萃取完的溶質(zhì)，稱為萃余相，以R表示。若溶劑S和B為部分互溶，則萃取相中還含有少量的B，萃余相中亦含有少量的S。一、萃取的定義在欲分離的液體混合物中加入一種與其不溶或部分互溶的液體溶劑，形成兩相系統(tǒng)，利用混合物中各組分在兩相中分配差異的性質(zhì)，易溶組分較多地進入溶劑相從而實現(xiàn)混合液分離的操作。二、基本術(shù)語：

原料液F=溶質(zhì)A+稀釋劑B（或稱原溶劑）萃取相E=萃取劑S+溶質(zhì)A+少量稀釋劑B萃余相R=稀釋劑B+殘余的溶質(zhì)A+少量萃取劑S任務(wù)二萃取劑的選擇與萃取操作方式的確定一、萃取劑的選擇

1、萃取過程的相平衡關(guān)系

（1）三角形相圖1、萃取過程的相平衡關(guān)系三元混合液的表示方法：等邊三角形直角三角形（常用等腰直角三角形）三角形坐標(biāo)任意三角形①表示方法▲各頂點表示純組分；▲每條邊上的點為兩組分混合物；

▲三角形內(nèi)的各點代表不同組成的三元混合物。注意：組成的歸一性，即②組成的單位常用質(zhì)量分率表示(原則上可用任意單位)。BSPAWB/%WS/%WA/%xsxAxBBSPAWS/%WA/%WB/%xsxAxB根據(jù)物料衡算：R+E=M（2）杠桿規(guī)則1、萃取過程的相平衡關(guān)系根據(jù)相似三角形：（3）溶解度曲線與聯(lián)結(jié)線1、萃取過程的相平衡關(guān)系單相區(qū)兩相區(qū)RnEn聯(lián)結(jié)線溶解度曲線SABMKMn

B、S部分互溶三角形相圖

數(shù)據(jù)標(biāo)繪及各區(qū)的狀態(tài)①溶解度曲線:各平衡組成點連成一條曲線，稱為溶解度曲線；②聯(lián)結(jié)線:各對共軛相組成點之間的聯(lián)線，稱為聯(lián)結(jié)線；③區(qū)域:

曲線內(nèi)為兩相區(qū)，曲線外為單相區(qū)；④臨界混溶點:共軛相的組成相同，溶液變成均一相。

1、萃取過程的相平衡關(guān)系幾類物系的相圖①第I類物系

(部分互溶物系，A、B，A、S完全互溶，而B、S部分互溶）

溶解度曲線聯(lián)結(jié)線兩相區(qū)單相區(qū)RnEn1.0②第II類物系

(具有兩對部分互溶物的物系，A、B完全互溶，

A、S，B、S部分互溶)兩相區(qū)單相區(qū)溶解度曲線聯(lián)結(jié)線RnEn溶解度曲線A1.0溫度較高時第II類物系三角形相圖兩相區(qū)單相區(qū)溶解度曲線聯(lián)結(jié)線兩相區(qū)溶解度曲線ASB1.01.00一般情況下，當(dāng)溫度升高時，溶質(zhì)在溶劑中的溶解度增加，溫度降低時溶質(zhì)的溶解度減少。圖4-12溶解度曲線形狀隨溫度的變化情況1、萃取過程的相平衡關(guān)系（4）溫度對溶解度曲線的影響t1＜t2

＜t3溫度升高，溶解度增大，兩相區(qū)小，不利于萃取操作。結(jié)論：低溫有利于萃?。?）輔助曲線與臨界混溶點1、萃取過程的相平衡關(guān)系問題：已知一相的組成，如何求取其它共軛相的組成？解決辦法：輔助曲線作圖法:使用輔助曲線，已知一相的組成可求得另一相的組成。溶解度曲線RnEnCnK輔助曲線聯(lián)結(jié)線AS1.00臨界混溶點(6)分配系數(shù)與分配曲線1、萃取過程的相平衡關(guān)系①

分配系數(shù)——工程上衡量萃取劑萃取效果結(jié)論：kA值越大每次萃取所能取得的分離效果越好。工業(yè)萃取系統(tǒng)中，kA值的范圍為1～10000。第Ⅰ類物系相圖圖中xA——溶質(zhì)A在R相（萃余相）中的質(zhì)量分率。yA——溶質(zhì)A在E相（萃取相）中的質(zhì)量分率。②

分配曲線第I類物系的分配曲線ABKEROGDxAyAy=xSB第II類物系的分配曲線AKERODxAyAy=xS二、萃取劑選擇的原則一個溶劑能否作為萃取劑，首要的條件是它與料液混合后，能分成兩個液相，其次溶劑對溶質(zhì)有較大的溶解度。(1)萃取劑的選擇性

當(dāng)β>1，能萃取，β越大，萃取越容易。當(dāng)β<1，也能萃取操作也能夠?qū)崿F(xiàn)，只是萃取分離出來的是稀釋劑（B），而不是溶質(zhì)（A）。若β=1，不能萃取。萃取劑的選擇性系數(shù)β通常選擇β較大的溶劑，以使萃取操作容易實現(xiàn)?；ト芏仍叫?，選擇性系數(shù)大，對萃取操作有利。

(2)萃取劑與原溶劑的互溶度(3)萃取劑的物理性質(zhì)①密度②界面張力③黏度④萃取劑的化學(xué)性質(zhì)⑤萃取劑回收難易

⑥溫度(3)萃取劑的物理性質(zhì)圖4-5溫度對分層區(qū)大小的影響三、萃取操作的幾種方式根據(jù)原料液和萃取劑的接觸方式不同，可分為分級接觸式和連續(xù)接觸式（微分接觸式）。分級接觸式又分為單級萃取和多級萃取，其中多級萃取又分為多級錯流萃取和多級逆流萃取。1、單級萃取最多為一次平衡，故分離程度不高，只適用于溶質(zhì)在萃取劑中溶解度很大或溶質(zhì)萃取要求不高的場合。2、多級錯流萃取

每級都加入新鮮溶劑，前級的萃余相為后級的原料，傳質(zhì)推動力大。只要級數(shù)足夠多，最終可得到溶質(zhì)組成很低的萃余相，但溶劑的用量較多。3、多級逆流萃取

操作一般是連續(xù)的，萃取劑循環(huán)使用。分離效率較高，溶劑用量較少，在工業(yè)中運用最為廣泛。4、連續(xù)接觸式萃?。ㄎ⒎帜媪鬏腿。┲饕谒皆O(shè)備（填料塔、振動篩板塔）內(nèi)進行。塔內(nèi)，料液和萃取劑逆流流動，并在連續(xù)逆流過程中進行萃取。

任務(wù)三萃取設(shè)備液液萃取設(shè)備的必要條件：(1)兩相液體之間具有很大的接觸面積，這種界面通常是將一種液相分散在另一種液相中所形成。分散成滴狀的液相稱為分散相，另一個呈連續(xù)的液體相稱為連續(xù)相。顯然，液滴越小，兩相的接觸面積越大，傳質(zhì)越快。為此，在萃取設(shè)備內(nèi)裝有噴嘴或篩孔板，或填料，或機械攪拌裝置。(2)兩相流體在萃取設(shè)備內(nèi)以逆流流動方式進行操作，以獲得萃取過程有較大的傳質(zhì)推動力。一、概述(3)為了提高兩液相的相對流速，常采用施加離心作用的方法，將萃取設(shè)備做成螺旋形的通道并沿中心軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)在離心力場作用下的兩相逆流操作。二、萃取設(shè)備的認(rèn)識1、萃取設(shè)備的分類（1）按有無外加能量分類分為有外加能量和無外加能量兩類（2）按接觸方式分類分為逐級接觸式和微分接觸式（3）按結(jié)構(gòu)特點分類分為組件式（逐級式）和塔式（填料塔和篩板塔）三、液液萃取設(shè)備——混合-澄清器輕重兩相進入混合室后受攪拌而良好接觸，在室內(nèi)停留一定時間，經(jīng)充分傳質(zhì)后流入澄清室，兩液相的混合物在此借重力分為輕、重兩液層，再分別流出。根據(jù)生產(chǎn)需要，可以將多個混合-澄清級串連起來組成多級逆流或錯流的流程。多級設(shè)備一般是前后排列，但也可以將幾個級上下重疊。對大、中、小型生產(chǎn)都能適用，特別在濕法冶金中用得廣泛。缺點是占地面積大，溶劑儲量大，多級操作時需安裝多個攪拌裝置和泵，設(shè)備費用和操作費用較高。塔體呈圓筒形，其內(nèi)壁上裝有固定環(huán)，將塔分隔成許多小室，塔的中心從塔頂插入一根轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)盤即裝在其上。轉(zhuǎn)軸由塔頂?shù)碾妱訖C帶動。三、液液萃取設(shè)備——轉(zhuǎn)盤萃取塔

轉(zhuǎn)盤塔結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，維修方便。由于它的操作彈性大，生產(chǎn)能力大，因而在石油化學(xué)工業(yè)中，轉(zhuǎn)盤塔應(yīng)用比較廣泛。

三、液液萃取設(shè)備——填料萃取塔連續(xù)相充滿整個塔中，分散相以滴狀通過連續(xù)相，二者在填料上充分接觸傳質(zhì)。因此填料的性能直接影響萃取的效率。

填料萃取塔結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，操作方便，適合于處理腐蝕性料液。缺點是傳質(zhì)效率低，一般用于所需理論級數(shù)較少（≤3）的場合；兩相的處理量有限，不能處理含固體的懸浮液。三、液液萃取設(shè)備——篩板塔塔內(nèi)輕重兩相總體做逆流流動，而在每塊塔板上呈錯流流動。輕液經(jīng)孔板分散成液滴，在塔板上與重相密切接觸后，分層凝聚，積聚在上一層塔板的下面。然后借助壓力的推動，再經(jīng)孔板分散，最后由塔頂排出。圖4-25篩板工作過程示意圖

篩板塔結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，操作方便，萃取效率比填料塔高。在萃取過程中所需理論級數(shù)少，處理量較大，可處理具有腐蝕性的物系。