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1、第9章萃取(Extraction)9.1概述:目的:分离液-液混合物依据:利用混合物中各组分在某一溶剂中的溶解度之间的差异使之分离。1.几个基本概念:(1)萃取剂(溶剂)S:所用的溶剂。(2)原料液F:所处理的混合液(3)溶质A:原料液中易溶于溶剂的组分。(4)原溶剂B:原料液中较难溶于溶剂的组分。2.萃取过程的简单流程2.萃取过程的简单流程混合传质过程:F(A+B)及S充分接触,组分发生相转移沉降分相过程:形成两相,由于密度差而分层脱除溶剂过程两相萃取相E,y——溶剂相中出现(S+A+B)萃余相R,x——原溶剂相中出现(B+S+A)萃取相脱除溶剂得萃取液E’,y’萃余相脱除溶
2、剂得萃余液R’,x’脱溶剂后4.萃取后组成之间的变化:萃取后:使组分A、B得到一定程度的分离。3.对萃取剂的基本要求:(1)能选择性地溶解各组分,即对各组分具有不同的溶解度;该溶剂与原溶剂能部分互溶或完全不溶,且部分互溶的液-液两相较易分层。溶剂易于回收且价格低廉5.应用范围:(1)液体混合物中各组分的相对挥发度接近1,采用精馏的办法不经济;(2)混合物蒸馏时形成恒沸物;(3)欲回收的物质为热敏性物料;(4)混合物中含有较多的轻组分,利用精馏的方法能耗较大;例:青霉素的生产;(5)提取稀溶液中有价值的物质。青霉素生产中的多级逆流萃取设备萃取操作在化学和石油化学工业上得到广泛发展
3、9.2液-液相平衡关系9.2.1三角形坐标及杠杆定律三元混合液的表示方法(1)三角形坐标三组分用三角形坐标表示:等边三角形;直角三角形等;等腰直角三角形(常用)。①表示方法K点:xA=0.6xB=0.4P点:xA=0.3xB=0.2xS=0.5B注意:组成的归一性,即习惯表示法:▲各顶点表示纯组分▲每条边上的点为两组分混合物▲三角形内的各点代表不同组成的三元混合物②组成的单位常用质量分率表示(原则上可用任意单位)(2)杠杆定律(Leverprinciple)问题引出:假若有质量分别为mR和mE的两种三元混合物,其组成分别为xA,xB,xs和yA,yB,ys,两者混合物M的质量为
4、mM,其总组成如何?(zA,zB,zs)。物料衡算:mM=mR+mE将方程整理成如下形式:此式说明,三个组成点在一条直线上,即M点位于RE点的连接线上称为杠杆定律。或:ABSREMR点、E点的和点M对应组成为总组成相反的问题:求差点,即从其混合液M中分出组分组成为(xA,xB,xS),质量为mR的三元混合物,求剩余的组成及质量:9.2.2三角形相图萃取相、萃余相的相平衡关系是萃取的基本问题,相平衡数据来自实验。讨论的前提:A在B和S中可全溶;B与S部分互溶或完全不溶(第一类物系);各组分不发生化学反应。一、溶解度曲线及平衡联结线1、相平衡数据的测定:加入的B、S适量,搅拌均匀,
5、静止分层,得到互呈平衡的液-液两相(共轭相),得到一组平衡数据。再加入一定量A,搅拌均匀,静止分层,得到互呈平衡的液-液两相(共轭相),得到另一组平衡数据……...ABSR0E0MR1E1R2E2EnRnK2、数据标绘及各区的状态(1)溶解度曲线:各平衡组成点连成一条曲线,称为溶解度曲线;(2)联结线:各对共轭相组成点之间的联线,称为联结线;(3)混溶点:曲线内为两相区,曲线外为单相区,曲线上的点称为混溶点;(4)临界混溶点(褶点):共轭相的组成相同,其位置和物系有关;(5)萃取相和萃余相:以原溶剂为主的相称为萃余相,以溶剂为主的相称为萃取相。3、几类物系的相图(1)部分互溶物
6、系,A、B,A、S完全互溶,而B、S部分互溶;(2)完全不互溶物系,A、B,A、S完全互溶,而B、S完全不互溶。共轭相中,一相S=0另一相B=0;(3)第二类物系(具有两对部分互溶物的物系,A、B完全互溶,A、S,B、S部分互溶)。4、温度、压力对相平衡的影响相律:(1)压力的影响:压力的影响较小,可忽略;(2)温度的影响:温度的影响敏感,温度升高,溶解度增大,两相区小,不利于萃取操作。二、辅助曲线问题:已知一相的组成,如何求取其它共轭相的组成?解决问题的办法:辅助曲线。作图法:使用辅助曲线,已知一相的组成可求得另一相的组成。动画过程动画过程动画过程9.2.3分配曲线及分配系数
7、三元混合物系相平衡关系的另一种表示方法。1、分配曲线横座标:萃余相中溶质的组成纵坐标:萃取相中溶质的组成共轭相组成转换到直角坐标中得到的曲线称为分配曲线(可由三角形相图转换)。转换过程xAyAy=xABSK第一类物系:平衡联结线倾斜方向不一致:第二类物系:REy=x2、分配系数A组分在两相中的分配系数即yA=kAxAkA和温度有关,温度升高,kA下降;同时与浓度有关,溶质浓度升高,kA下降但浓度较低时,kA可视为常数(恒温、恒压)原溶剂的分配系数REABSkA>1ERABSkA=1REABS