液液传质分离过程

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1、第4章.液液传质分离过程4.1液液萃取4.2超临界流体萃取4.3反胶团萃取4.4双水相萃取第4章.液液传质分离过程主要内容及要求1、液液萃取的计算2、超临界流体萃取、反胶团萃取和双水相萃取的基本原理及应用4.1液液萃取液液传质分离是利用溶质在两液相中不同的分配特性，通过相间传质达到分离的目的。萃取是液液传质分离过程中常用的操作单元，广泛应用于石油化工、湿法冶金、精细化工等领域。超临界流体萃取技术、双水相萃取技术、反胶团萃取技术等则是新型萃取分离技术的代表。4.1.1萃取剂的选择和萃取体系的分类一、萃取剂的选择一个合用的萃取剂应与原溶液形成不互溶的两液相，萃取剂还应具备以下性

2、质：①两液相容易分开，不形成乳化液；②萃取剂与任何进料组分之间不形成共沸物；③萃取剂对关键组分的选择性尽可能地高；④萃取剂在萃余相中的溶解度应尽可能地低。⑤萃取剂要易于回收萃取剂的搜寻方法：(1)搜寻数据库。(2)主要筛选方法：a)选择同系物为萃取剂，b）罗宾斯表，c）氢键，d）极性作用，e)特定萃取剂的认定。4.1.1萃取剂的选择和萃取体系的分类案例苯中分离链烃。苯在罗宾斯表中属于第11组，而所选的链烃—庚烷属于第12组。由罗宾斯表可见，第8组（伯胺、氨、无取代基的氨基化合物）与芳烃形成的物系对拉乌尔定律产生负偏差，与链烃形成的物系产生正偏差。尽管胺或氨基化合物在分离该混

3、合物上很可能是有效的，没有迹象表明是否一定分层。罗宾斯表也指出，第4组（具有活性氢原子的多环链烃）、第7组（仲胺）和第9组（醚、氧化物、亚砜）均与链烃形成正偏差物系，与芳烃形成理想物系。这类溶剂同样可认为是可行的溶剂。但没有表明形成的液相数目。(1)简单分子萃取体系(2)中性络合体系(3)酸性络合萃取体系(4)离子缔合萃取体系(5)胺类萃取体系二、萃取体系的分类4.1.2多级逆流萃取的计算逆流萃取塔定义ΦE为进料中组分i被萃取的分数集团法:定义ΦU为进料中组分i进入萃余相中的分数各式可用质量单位或摩尔单位。由于在绝热萃取塔中温度变化一般都不大，因此一般不需要焓平衡方程，只有

4、当原料与溶剂有较大温差或混和热很大时才需考虑。对比：萃取吸收与蒸出对比：萃取吸收与蒸出对比：萃取吸收与蒸出方法特点：1.热量变化不大，无须热平衡计算2.影响大，有时不可靠ig例4-14.1.3分馏萃取通常采用塔中部进料的分馏萃取流程。适用于那些分配系数差别较小或虽差别较大但分离效果要求很高的体系。4.1.4微分逆流萃取模型一﹑活塞流模型活塞流模型是一个完全理想化的微分逆流萃取模型。它假定塔内同一截面上任一点每一相的流速相等，两相在塔内作活塞流动；两相的传质只发生在水平方向上，在垂直方向上，每一相内没有物质传递。用苯作萃取剂在喷淋塔内萃取水溶液中的醋酸。已知塔高H=1.4m，

5、塔截面积A=4.5×10-3(m2)，萃取相进出口的醋酸浓度分别为y1=0.00397，y0=0.0115，萃余相进出口醋酸浓度分别为x0=0.688，x1=0.683(均为kmol/m3)。苯的流率E=5.67×10-6m3/s，萃取平衡关系为：y=0.0247x。试求：(1)萃取相总传质单元数；(2)萃取相体积传质系数Koa。例题：解:设萃取塔中传质速率为N。则N=E(y0－y1)=5.67×10-6(0.0115－0.00397)=4.269×10-8kmol/s塔顶和塔底的萃取相平衡浓度为：y0*=0.0247×0.688=0.01699kmol/m3y1*=0.0

6、247×0.683=0.01687kmol/m3塔顶、塔底的传质推动力为：y0*－y0=0.01699－0.0115=0.00549kmol/m3y1*－y1=－.01687－0.00397=0.01290kmol/m3对数平均浓度差为：因此得：则此塔萃取相的总传质单元数为0.869，其萃取相的体积传质系数Koa等于7.816×10-41/s。4.1.4微分逆流萃取模型二﹑轴向扩散模型轴向扩散模型做了如下假设：①每相的返混可用一恒定的轴向扩散系数E来描述；②各相的表观速度在横截面上处处相同，在轴向上是恒定的；③仅仅是溶质在两相间传质，各相体积总传质系数为一常数；④溶质的分配

7、系数为一常数；在实验室对某稀溶液物系进行萃取实验，活塞流工况下测得（HTU）ox=0.9144m。现放大设计一个工业塔，已知:（NTU）ox=4、Pex=19、Pey=50、E=0.5。求塔高是多少？解：对于活塞流,塔高H活塞流=（HTU）ox（NTU）ox，将已知数据代入式（4-39）：该方程为非线形方程，用迭代方法求解H=5.26m效率=（HTU）ox（NTU）ox/H=4×0.9144/5.26×100%=69.5%例题：4.2超临界流体萃取超临界流体萃取是一种以超临界流体作为萃取剂，从固体或液体中提取出待分