食品工程原理 教学课件 作者 姜淑荣 主编 冷士良 主审第九章.ppt

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1、萃取第九章萃取9.1概述9.2萃取操作的流程和计算9.3萃取设备萃取9.1概述液-液相平衡是萃取传质过程进行的极限，与气液传质相同，在讨论萃取之前，首先要了解液-液的相平衡问题。由于萃取的两相通常为三元混合物，故其组成和相平衡的图解表示法与前述气液传质不同，在此首先介绍三元混合物组成在三角形坐标图上的表示方法，然后介绍液-液平衡相图及萃取过程的基本原理。萃取9.1.1萃取的基本概念1．萃取的分类对于液体混合物的分离，除可采用蒸馏的方法外，还可采用萃取的方法，即在液体混合物（原料液）中加入一个与其基本不相混溶的液体作

2、为溶剂，造成第二相，利用原料液中各组分在两个液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分离。液-液萃取，亦称溶剂萃取，简称萃取或抽提。选用的溶剂称为萃取剂，以S表示；原料液中易溶于S的组分，称为溶质，以A表示；难溶于S的组分称为原溶剂（或稀释剂），以B表示。如果萃取过程中，萃取剂与原料液中的有关组分不发生化学反应，则称之为物理萃取，反之则称之为化学萃取。萃取2．萃取的原理萃取操作的基本过程如图9-1所示。将一定量萃取剂加入原料液中，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

3、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。由上可知，萃取操作并没有得到纯净的组分，而是新的混合液：萃取相E和萃余相R。为了得到产品A，并回收溶剂以供循环使用，尚需对这两相分别进行分离。通常采用蒸馏或蒸发的方法，有时也可采用结晶等其它方法。脱除溶剂后的萃取相和萃余相分别

4、称为萃取液和萃余液，以E’和R’表示。对于一种液体混合物，究竟是采用蒸馏还是萃取加以分离，主要取决于技术上的可行性和经济上的合理性。一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。萃取①原料液中各组分间的沸点非常接近，即组分间的相对挥发度接近于1，若采用蒸馏方法很不经济；②料液在蒸馏时形成恒沸物，用普通蒸馏方法不能达到所需的纯度；③原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若采用蒸馏方法需将大量稀释剂汽化，能耗较大；④原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分解、聚合或发生其它变化。萃取图9-1萃取操作示意图萃取9

5、.1.2相平衡关系图1.三角形坐标图及杠杆规则（1）三角形坐标图三角形坐标图通常有等边三角形坐标图、等腰直角三角形坐标图和非等腰直角三角形坐标图，如图9-2所示，其中以等腰直角三角形坐标图最为常用。萃取图9-2三角形相图萃取一般而言，在萃取过程中很少遇到恒摩尔流的简化情况，故在三角形坐标图中混合物的组成常用质量分数表示。习惯上，在三角形坐标图中，AB边以A的质量分数作为标度，BS边以B的质量分数作为标度，SA边以S的质量分数作为标度。三角形坐标图的每个顶点分别代表一个纯组分，即顶点A表示纯溶质A，顶点B表示纯原溶剂

6、（稀释剂）B，顶点S表示纯萃取剂S。三角形坐标图三条边上的任一点代表一个二元混合物系，第三组分的组成为零。例如AB边上的E点，表示由A、B组成的二元混合物系，由图可读得：A的组成为0.40，则B的组成为（1.0–0.40）=0.60，S的组成为零。萃取三角形坐标图内任一点代表一个三元混合物系。例如M点即表示由A、B、S三个组分组成的混合物系。其组成可按下法确定：过物系点M分别作对边的平行线ED、HG、KF，则由点E、G、K可直接读得A、B、S的组成分别为：xA=0.4、xB=0.3、xS=0.3；也可由点D、H、F

7、读得A、B、S的组成。在诸三角形坐标图中，等腰直角三角形坐标图可直接在普通直角坐标纸上进行标绘，且读数较为方便，故目前多采用等腰直角三角形坐标图。在实际应用时，一般首先由两直角边的标度读得A、S的组成xA及xS，再根据归一化条件求得xB。萃取（2）杠杆规则图9-3杠杆规则的应用萃取如图9-3所示，将质量为rkg、组成为xA、xB、xS的混合物系R与质量为ekg、组成为yA、yB、yS的混合物系E相混合，得到一个质量为mkg、组成为zA、zB、zS的新混合物系M，其在三角形坐标图中分别以点R、E和M表示。M点称为R点

8、与E点的和点，R点与E点称为差点。点M与差点E、R之间的关系可用杠杆规则描述，即①几何关系。和点M与差点E、R共线。即：和点在两差点的连线上；一个差点在另一差点与和点连线的延长线上。萃取②数量关系。和点与差点的量m、r、e与线段长a、b之间的关系符合杠杆原理，即以R为支点可得m、e之间的关系ma=e(a+b)(9-1)以M为支点可得r、e之间的关系ra=eb