【正文】 加以攪拌使原料液與萃取劑充分混合，溶質(zhì)通過(guò)相界面由原料液向萃取劑中擴(kuò)散，所以萃取操作與精餾、吸收等過(guò)程一樣，也屬于兩相間的傳質(zhì)過(guò)程。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 3/100 按組分?jǐn)?shù)目分： ?多組元體系：原料液中有兩個(gè)以上組分或溶劑為兩種不互溶的溶劑 ?三元體系：原料液中含有兩個(gè)組分，溶劑為單溶劑 按有無(wú)化學(xué)反應(yīng)分： ?物理萃?。狠腿∵^(guò)程中，萃取劑與原料液中的有關(guān)組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ?化學(xué)萃取 本章主要討論三元體系的物理萃取。 分離液體混合物的單元操作 。2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 1/100 第五章 液 液萃取 Extraction 概述 液 液萃取相平衡 液 液萃取過(guò)程的計(jì)算 本章總結(jié)－聯(lián)系圖 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 2/100 概述 萃?。涸谝后w混合物 （ 原料液 ） 中加入一個(gè)與其基本不相混溶的液體作為溶劑 ， 造成第二相 ， 利用原料液中各組分在兩個(gè)液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分離的單元操作 。 亦稱溶劑萃取 ， 簡(jiǎn)稱萃取或抽提 。 選用的溶劑稱為萃取劑 extracting solvent ， 以 S表示； 原料液中易溶于 S的組分 ， 稱為溶質(zhì) solute ， 以 A表示； 難溶于 S的組分稱為原溶劑 （ 或稀釋劑 ） diluent or carrier ， 以 B表示 。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 4/100 萃取操作的基本過(guò)程如圖所示。攪拌停止后，兩液相因密度不同而分層：一層以溶劑 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。 萃取操作示意. s w f2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 5/100 由上可知，萃取操作并未有得到純凈的組分，而是新的混合液：萃取相 E和萃余相 R。通常采用蒸餾或蒸發(fā)的方法，有時(shí)也可采用結(jié)晶等其它方法。 E?R?2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 6/100 對(duì)于一種液體混合物，究竟是采用蒸餾還是萃取加以分離，主要取決于技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。 （ 1） 原料液中各組分間的相對(duì)揮發(fā)度接近于 1或形成恒沸物，若采用蒸餾方法不能分離或很不經(jīng)濟(jì)； （ 2）原料液中需分離的組分含量很低且為難揮發(fā)組分，若采用蒸餾方法須將大量稀釋劑汽化，能耗較大； （ 3） 原料液中需分離的組分是熱敏性物質(zhì)，蒸餾時(shí)易于分解、聚合或發(fā)生其它變化。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 7/100 液 液萃取相平衡 三角形坐標(biāo)圖及杠桿規(guī)則 Triangular diagram 三角形坐標(biāo)圖通常有等邊三角形坐標(biāo)圖、等腰直角三角形坐標(biāo)圖和非等腰直角三角形坐標(biāo)圖，如圖所示，其中以等腰直角三角形坐標(biāo)圖最為常用。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 8/100 〖 說(shuō)明 〗 ?在三角形坐標(biāo)圖中， AB邊以 A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為標(biāo)度， BS邊以 B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為標(biāo)度， SA邊以 S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為標(biāo)度。 ?任意邊上的任一點(diǎn)代表一個(gè)二元混合物系 Binary mixture ，第三組分的組成為零。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 9/100 ? 三角形坐標(biāo)圖內(nèi)任一點(diǎn)代表一個(gè)三元混合物系 Ternary mixture 。 其組成可按下法確定：過(guò)物系點(diǎn) M分別作對(duì)邊的平行線 ED、HG、 KF， 則由點(diǎn) E、 G、 K可直接讀得 A、 B、S的組成分別為： xA=、 xB=、 xS=； ? 在諸三角形坐標(biāo)圖中 ， 等腰直角三角形坐標(biāo)圖可直接在普通直角坐標(biāo)紙上進(jìn)行標(biāo)繪 ， 且讀數(shù)較為方便 ， 故目前多采用等腰直角三角形坐標(biāo)圖 。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 10/100 如圖所示，將質(zhì)量為 mR、 組成為 xA、xB、 xS的混合物系 R與質(zhì)量為 mE、 組成為 yA、 yB、 yS的混合物系 E相混合，得到一個(gè)質(zhì)量為 m、 組成為 zA、 zB、 zS的新混合物系 M， 其在三角形坐標(biāo)圖中分別以點(diǎn) R、 E和 M表示。 和點(diǎn) M與差點(diǎn) E、 R之間的關(guān)系可用杠桿規(guī)則描述，即 (1)幾何關(guān)系：和點(diǎn) M與差點(diǎn) E、 R共線。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 11/100 (2)數(shù)量關(guān)系：和點(diǎn)與差點(diǎn)的量之間的關(guān)系符合杠桿原理，即， a根據(jù)杠桿規(guī)則，若已知兩個(gè)差點(diǎn)，則可確定和點(diǎn)；若已知和點(diǎn)和一個(gè)差點(diǎn)，則可確定另一個(gè)差點(diǎn)。即 習(xí)慣上，將①、②兩種情況的物系稱為第 Ⅰ 類物系，而將③情況的物系稱為第 Ⅱ 類物系。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 13/100 溶解度曲線與聯(lián)結(jié)線 設(shè)溶質(zhì) A可完全溶于 B及 S， 但 B與 S為部分互溶，其平衡相圖如圖所示。 位于兩相區(qū)內(nèi)的混合物分成兩個(gè)互相平衡的液相，稱為共軛相， Ei和 Ri，聯(lián)結(jié)兩共軛液相相點(diǎn)的直線稱為聯(lián)結(jié)線 tie line ，如圖中的 RiEi線(i=0,1,2,……n) 。 兩相區(qū) 均相區(qū) 溶解度曲線 聯(lián)結(jié)線 混溶點(diǎn) /分層點(diǎn) 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 14/100 溶解度曲線可通過(guò)下述實(shí)驗(yàn)方法得到：在一定溫度下，將組分 B與組分 S以適當(dāng)比例相混合，使其總組成位于兩相區(qū)，設(shè)為 M， 則達(dá)平衡后必然得到兩個(gè)互不相溶的液層，其相點(diǎn)為 R0、 E0。聯(lián)結(jié)各共軛相的相點(diǎn)及 K點(diǎn)的曲線即為實(shí)驗(yàn)溫度下該三元物系的溶解度曲線。 R0 E0 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 15/100 一定溫度下第 Ⅱ 類物系的溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線見上圖 。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 16/100 輔助曲線和臨界混溶點(diǎn) Conjugate curve （共軛曲線） 作用： ?已知 E(或 R)的組成，確定與之平衡的 R(或 E)的組成 ?確定臨界混溶點(diǎn) 作法： 通過(guò)已知點(diǎn) R R … 分別作 BS邊的平行線，再通過(guò)相應(yīng)聯(lián)結(jié)線的另一端點(diǎn) E E2分別作 AB邊的平行線，各線分別相交于點(diǎn) F、 G、 … ，聯(lián)接這些交點(diǎn)所得的平滑曲線即為輔助曲線。 作法： 延長(zhǎng)輔助曲線 ， 與平衡曲線交點(diǎn) P即為臨界混溶點(diǎn) 。 ? P點(diǎn)將溶解度曲線分為兩部分：靠原溶劑 B一側(cè)為萃余相部分 ， 靠溶劑 S一側(cè)為萃取相部分 。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 18/100 分配系數(shù)和分配曲線 Distribution coefficient 一定溫度下，某組分在互相平衡的 E相與 R相中的組成之比稱為該組分的分配系數(shù)，以 表示，即 溶質(zhì) A kBBBAAAxyRBEBkxyRAEAk????中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在萃余相原溶劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在萃取相原溶劑中的組成在萃余相溶質(zhì)中的組成在萃取相溶質(zhì)2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 19/100 〖 說(shuō)明 〗 ? 分配系數(shù)表達(dá)了溶質(zhì)在兩個(gè)平衡液相中的分配關(guān)系。 ? kA值與物系溫度、組成、聯(lián)結(jié)線的斜率有關(guān)。 ?對(duì)于萃取劑 S與原溶劑 B互不相溶的物系，溶質(zhì)在兩液相中的分配關(guān)系還可表示成； KXYXYRAEAK????中的質(zhì)量比在萃余相溶質(zhì)中的質(zhì)量比在萃取相溶質(zhì)2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 20/100 相律 f＝ Cφ+n 獨(dú)立組分?jǐn)?shù) C=3，相數(shù) φ＝ 2，影響因素 n＝ 2，所以自由度 f＝ 3。當(dāng)溫度、壓力一定時(shí)，三元體系中只要已知任一平衡液相中的任一組分的組成，則其它組分的組成及其共軛相的組成就為確定值。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 21/100 分配曲線的作法 ① B、 S部分互溶 以共軛相的萃余相組成 xA為 橫坐標(biāo)，以萃取相組成 yA為縱坐標(biāo)，則可在 yA～ xA直角坐標(biāo)圖上得到表示這一對(duì)共軛相組成的點(diǎn) N。 N A yA x F P B M S xA P E R O 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 22/100 〖說(shuō)明〗 ?曲線上的 P點(diǎn)為臨界混溶點(diǎn)。若已知某液相組成，則可由分配曲線求出其共軛相的組成。 ?若隨著溶質(zhì) A組成的變化，聯(lián)結(jié)線傾斜的方向發(fā)生改變，則分配曲線將與對(duì)角線出現(xiàn)交點(diǎn)，這種物系稱為等溶度體系。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 24/100 溫度對(duì)相平衡的影響 通常物系的 溫度升高 ，溶質(zhì)在溶劑中的 溶解度增大 ，反之減小。圖示為溫度對(duì)第 I類物系溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線的影響。 溫度對(duì)互溶度的影響（ I類物系 ） 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 25/100 溫度對(duì)相平衡的影響（續(xù)） 〖說(shuō)明〗 對(duì)于某些物系，溫度的改變不僅可引起分層區(qū)面積和聯(lián)結(jié)線斜率的變化，甚至可導(dǎo)致物系類型的轉(zhuǎn)變。 圖 1110 溫度對(duì)互溶度的影響（ II類物系） 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 26/100 萃取劑的選擇 選擇合適的萃取劑是保證萃取操作能夠正常進(jìn)行且經(jīng)濟(jì)合理的關(guān)鍵。 萃取劑的選擇性：萃取劑 S對(duì)原料液中兩個(gè)組分溶解能力的差異。 萃取劑的選擇性可用選擇性系數(shù) β表示，其定義式為 BABBAABABAkkxyxyxxyyBABA????的質(zhì)量分?jǐn)?shù)萃余相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)萃余相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)萃取相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)萃取相中?2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 27/100 〖說(shuō)明〗 ?若 β ＞ 1， 說(shuō)明組分 A在萃取相中的相對(duì)含量比萃余相中的高，即組分 A、 B得到了一定程度的分離，顯然 kA值越大，kB值越小，選擇性系數(shù) β 就越大，組分 A、 B的分離也就越容易，相應(yīng)的萃取劑的選擇性也就越高； ?若 β =1，則 kA=kB，即萃取相和萃余相在脫除溶劑 S后將具有相同的組成，并且等于原料液的組成，說(shuō)明 A、 B兩組分不能用此萃取劑分離，換言之所選擇的萃取劑是不適宜的。 ?當(dāng)組分 B、 S完全不互溶時(shí)， yB=0， 則選擇性系數(shù)趨于無(wú)窮大，顯然這是最理想的情況。若將 E相脫除溶劑，則得到萃取液，根據(jù)杠桿規(guī)則，萃取液組成點(diǎn)必為 SE延長(zhǎng)線與 AB邊的交點(diǎn)，顯然 溶解度曲線的切線 與 AB邊的交點(diǎn) 即為萃取相脫除溶劑后可能得到的具有最高溶質(zhì)組成的萃取液，其組成為 ，由圖可知， 選擇與組分 B具有較小互溶度的萃取劑 S1比 S2 更利于溶質(zhì) A的分離。maxSE39。maxy2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 29/100 萃取劑的選擇（續(xù)） 3. 萃取劑回收的難易與經(jīng)濟(jì)性 萃取后的 E相和 R相，通常以蒸餾的方法進(jìn)行分離。因此，要求萃取劑 S與原料液中的組分的相對(duì)揮發(fā)度要大，不應(yīng)形成恒沸物，并且最好是組成低的組分為易揮發(fā)組分。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 30/100 萃取劑的選擇（續(xù)） ?密度差：萃取劑與被分離混合物有較大的密度差 (特別是對(duì)沒有外加能量的設(shè)備 )，可使兩相在萃取器中能較快的分層，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。界面張力過(guò)小，雖然液體容易分散，但易產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，使兩相較難分離，因之，界面張力要適中。 ?其它因素：如具有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，對(duì)設(shè)備的腐蝕性要小，來(lái)源充分，價(jià)格較低廉，不易燃易爆等。 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 31/100 液 液萃取過(guò)程的計(jì)算 單級(jí)萃取的計(jì)算 多級(jí)錯(cuò)流萃取的計(jì)算 多級(jí)逆流萃取的計(jì)算 2021年 12月 1日 第五章 液－液萃取 32/100 ???化學(xué)萃取物理萃取???多元萃取三元萃取???分級(jí)接觸式連續(xù)接觸式