项目三萃取技术.ppt
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1、项目三项目三项目三项目三 液液液液-液萃取技术液萃取技术液萃取技术液萃取技术化学工业出版社任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 任务目标任务目标:了解常见萃取设备的结构及特点;了解常见萃取设备的结构及特点;熟练掌握萃取过程的原理和工艺流程;熟练掌握萃取过程的原理和工艺流程;了解萃取技术在化工生产中的应用。了解萃取技术在化工生产中的应用。技能要求技能要求:能认识常见的萃取设备,并能指出其附属设备。能认识常见的萃取设备,并能指出其附属设备。能掌握不同萃取设备的优缺点和使用范围;能掌握不同萃取设备的优缺点和使用范围;能根据实际生产条件和要求选择萃取设备。能根据实际生产条件和要求
2、选择萃取设备。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 一、一、萃取设备的类型及特点萃取设备的类型及特点根据两液相接触的方式分:根据两液相接触的方式分:逐级接触式、连续接触式逐级接触式、连续接触式根据有无外加机械能量分;根据有无外加机械能量分;重力流动设备、动力辅助流动设备重力流动设备、动力辅助流动设备 根据结构不同分:根据结构不同分:混合混合-澄清槽、萃取塔或萃取柱、澄清槽、萃取塔或萃取柱、离心萃取器、新型设备离心萃取器、新型设备 传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃
3、取技术入门知识 一、一、萃取设备的类型及特点萃取设备的类型及特点1.1.混合混合-澄清槽澄清槽 属逐级式萃取设备,由混合槽和澄清槽两部分组成。属逐级式萃取设备,由混合槽和澄清槽两部分组成。优点:传质效率高;操作方便灵活;优点:传质效率高;操作方便灵活;结构简单;易于开、停工;不致损害结构简单;易于开、停工;不致损害成品的质量;易实现多级连续操作;成品的质量;易实现多级连续操作;便于调整级数,两液相的流量之比可便于调整级数,两液相的流量之比可在较大范围内变化。在较大范围内变化。缺点:占地面积大,且在级与级之缺点:占地面积大,且在级与级之间通常要用泵来输送两种液体之一,间通常要用泵来输送两种液体之
4、一,故动力消耗大;设备内的存液量大,故动力消耗大;设备内的存液量大,设备投资和操作费用均较高。设备投资和操作费用均较高。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 一、一、萃取设备的类型及特点萃取设备的类型及特点2.2.喷洒萃取塔喷洒萃取塔 是一种结构最简单的塔型。是一种结构最简单的塔型。优点:结构简单、投资少,易于维护优点:结构简单、投资少,易于维护。缺点:两相的接触面积和传质系数都不缺点:两相的接触面积和传质系数都不大,轴向返混较为严重,传质效率低大,轴向返混较为严重,传质效率低。应用:仅需一、二个理论级的场合应用:仅需一、
5、二个理论级的场合。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 一、一、萃取设备的类型及特点萃取设备的类型及特点3.3.填料萃取塔填料萃取塔 是典型的微分接触式萃取设备,其结构与填料吸收塔大是典型的微分接触式萃取设备,其结构与填料吸收塔大体相同,常用的填料为拉西环和弧鞍,与气液传质相似。体相同,常用的填料为拉西环和弧鞍,与气液传质相似。优点:结构简单,操作方便,优点:结构简单,操作方便,造价低廉,适宜于处理造价低廉,适宜于处理 腐蚀性液体。腐蚀性液体。缺点:级效率较低,不能处理缺点:级效率较低,不能处理 含固体的悬浮液;两相含固体
6、的悬浮液;两相 通过能力有限。通过能力有限。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 一、一、萃取设备的类型及特点萃取设备的类型及特点4.4.筛板萃取塔筛板萃取塔 属分级接触式设备属分级接触式设备 。筛板具有使分散相反复地分散与合并筛板具有使分散相反复地分散与合并的作用,使一层筛板相当于一个实际萃的作用,使一层筛板相当于一个实际萃取级。取级。筛板塔萃取级效率相对较高,板数愈多,筛板塔萃取级效率相对较高,板数愈多,相当于接触级愈多。相当于接触级愈多。筛板塔的结构较简单;造价低;生产能筛板塔的结构较简单;造价低;生产能力大,工业上
7、应用较广。力大,工业上应用较广。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 一、一、萃取设备的类型及特点萃取设备的类型及特点5.5.转盘萃取塔转盘萃取塔 在塔体内壁面按一定间距装若干个环在塔体内壁面按一定间距装若干个环形挡板,称固定环。固定环把塔内空间形挡板,称固定环。固定环把塔内空间分隔成若干个分隔开的空间,每个分隔分隔成若干个分隔开的空间,每个分隔空间中心的转盘相当于一个搅拌器,因空间中心的转盘相当于一个搅拌器,因而可以增大分散程度和相际接触面积以而可以增大分散程度和相际接触面积以及湍动程度。及湍动程度。结构简单,生产能力大
8、,传质效率高,结构简单,生产能力大,传质效率高,操作弹性大,在石油炼制和石油化工等操作弹性大,在石油炼制和石油化工等行业中被广泛应用。行业中被广泛应用。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 一、一、萃取设备的类型及特点萃取设备的类型及特点6.6.离心萃取器离心萃取器 是利用离心力使两相快速混合和分层的设备。是利用离心力使两相快速混合和分层的设备。离心萃取器的结构紧凑,物料离心萃取器的结构紧凑,物料停留时间短,处理能力大;但其停留时间短,处理能力大;但其构造复杂、制造困难、造价与维构造复杂、制造困难、造价与维修费用高、能耗大
9、,故其应用受修费用高、能耗大,故其应用受到一定限制。到一定限制。主要用于制药、染料、石油化工、主要用于制药、染料、石油化工、冶金等工业,对于特种废水处理、冶金等工业,对于特种废水处理、核工业等处理量不高、但物料的核工业等处理量不高、但物料的经济价值和社会效益很高的场合经济价值和社会效益很高的场合也很适用。也很适用。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 二、液二、液-液萃取操作的工艺流程描述液萃取操作的工艺流程描述操作流程一般三部分组成:操作流程一般三部分组成:(1 1)被萃取的液体混合物与溶剂充分混合,在两)被萃取的液体混
10、合物与溶剂充分混合,在两液相密切接触情况下,使溶质从被处理的液体混合物液相密切接触情况下,使溶质从被处理的液体混合物中溶入溶剂中。中溶入溶剂中。(2 2)萃取结束后,借助分离器将过程中形成的萃)萃取结束后,借助分离器将过程中形成的萃取相和萃余相分开。取相和萃余相分开。(3 3)萃取相经溶剂回收器回收,使之循环使用。)萃取相经溶剂回收器回收,使之循环使用。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 二、液二、液-液萃取操作的工艺流程描述液萃取操作的工艺流程描述单级萃取过程和多级萃取过程:单级萃取过程和多级萃取过程:单级萃取过程比较
11、简单单级萃取过程比较简单,将一定量的溶剂加入到将一定量的溶剂加入到料液中,充分混合,经一定时间后,体系分成两相,料液中,充分混合,经一定时间后,体系分成两相,分别得到萃取相和萃余相,然后将它们分离,即完成分别得到萃取相和萃余相,然后将它们分离,即完成一次单级萃取过程。单级萃取能达到的分离程度是有一次单级萃取过程。单级萃取能达到的分离程度是有限的,若要求的分离程度较高,可以采用多级错流萃限的,若要求的分离程度较高,可以采用多级错流萃取。取。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 二、液二、液-液萃取操作的工艺流程描述液萃取操作
12、的工艺流程描述传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 二、液二、液-液萃取操作的工艺流程描述液萃取操作的工艺流程描述萃取过程适用场合:萃取过程适用场合:(1 1)溶液中各组分的沸点非常接近,或者说组分)溶液中各组分的沸点非常接近,或者说组分之间的相对挥发度接近于之间的相对挥发度接近于1 1。(2 2)混合液中的组成能形成恒沸物,用一般的精)混合液中的组成能形成恒沸物,用一般的精馏不能得到所需的纯度。馏不能得到所需的纯度。(3 3)混合液重要回收的组分是热敏性物质,受热)混合液重要回收的组分是热敏性物质,受热易于分解、聚合或发
13、生其它化学变化。易于分解、聚合或发生其它化学变化。(4 4)需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高,)需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高,用精馏方法需蒸馏出大量稀释剂,耗能量很多。用精馏方法需蒸馏出大量稀释剂,耗能量很多。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务1 1 液液-液萃取技术入门知识液萃取技术入门知识 三、液三、液-液萃取技术在工业上的应用液萃取技术在工业上的应用 1.1.在石油化工中,用于分离和提纯各种有机物质;在石油化工中,用于分离和提纯各种有机物质;2.2.用于润滑油精制用于润滑油精制 ;3.3.在生化制药过程和精细化工生产中,分离热敏性在生化制药过程和精细化
14、工生产中,分离热敏性混合物;混合物;4.4.湿法冶金行业。湿法冶金行业。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务2 2 液液-液萃取技术理论知识液萃取技术理论知识 任务目标任务目标:了解液了解液-液萃取的基本概念;液萃取的基本概念;了解三角相图的表示方法和理论依据;了解三角相图的表示方法和理论依据;了解萃取剂的选择原则。了解萃取剂的选择原则。技能要求技能要求:能正确读出三角相图上各点的组成。能正确读出三角相图上各点的组成。能熟知萃取剂的选择条件和方法。能熟知萃取剂的选择条件和方法。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务2 2 液液-液萃取技术理论知识液萃取
15、技术理论知识 一、液一、液-液萃取相平衡液萃取相平衡 1.1.三角形相图三角形相图 混合物的组成:用质量百分数、混合物的组成:用质量百分数、质量分数或摩尔分数表示。质量分数或摩尔分数表示。三个顶点三个顶点 :表示三种纯组分。:表示三种纯组分。A A:溶质:溶质A A的组成为的组成为100%,100%,其它两组其它两组分的组成为零。分的组成为零。B B点、点、S S点:代表纯的稀释剂和萃点:代表纯的稀释剂和萃取剂。取剂。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务2 2 液液-液萃取技术理论知识液萃取技术理论知识 一、液一、液-液萃取相平衡液萃取相平衡 2.2.相平衡关系在相图上的
16、表示相平衡关系在相图上的表示(1 1)平衡类型)平衡类型 溶质溶质A A可完全溶解于可完全溶解于B B和和S S中,而中,而B B和和S S不互溶。不互溶。溶质溶质A A可完全溶解于可完全溶解于B B和和S S中,但中,但B B和和S S只能部分互溶。只能部分互溶。溶质溶质A A与与B B完全互溶,完全互溶,B B和和S S部分互溶,部分互溶,A A和和S S部分互溶,部分互溶,形成一对以上的液相。形成一对以上的液相。第一种情况较少见,属于理想的情况。生产实际中广第一种情况较少见,属于理想的情况。生产实际中广泛遇到的是第二种情况。第三种情况会给萃取操作带来诸泛遇到的是第二种情况。第三种情况会给
17、萃取操作带来诸多不便,是应该避免的。多不便,是应该避免的。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务2 2 液液-液萃取技术理论知识液萃取技术理论知识 一、液一、液-液萃取相平衡液萃取相平衡 2.2.相平衡关系在相图上的表示相平衡关系在相图上的表示(2 2)溶解度曲线和联结线)溶解度曲线和联结线 两个区域:两个区域:曲线以内曲线以内两相区两相区 曲线以外曲线以外单相区单相区 萃取操作只能在两相区进行。萃取操作只能在两相区进行。平衡线:连接共轭相组成的两平衡线:连接共轭相组成的两点的直线称为联结线。点的直线称为联结线。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务2
18、2 液液-液萃取技术理论知识液萃取技术理论知识 一、液一、液-液萃取相平衡液萃取相平衡 3.3.分配系数分配系数 分配系数:在一定温度下,当三元混合液的两个液相分配系数:在一定温度下,当三元混合液的两个液相达平衡时达平衡时,溶质在溶质在E E相于相于R R相中的组成之比。相中的组成之比。kA=yA/xA kB=yB/xB 分配系数:表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。分配系数:表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。kAkA值愈大,萃取分离的效果愈好。值愈大,萃取分离的效果愈好。k kA A值与联结线的斜率有关,不同物系具有不同的分配系数值。值与联结线的斜率有关,不同物系具有不同的分配
19、系数值。同一物系,同一物系,k kA A值随温度而变,在恒定温度下的值随温度而变,在恒定温度下的k kA A值随溶质值随溶质A A的组成的组成而变,只有在温度变化不大或恒温条件下的而变,只有在温度变化不大或恒温条件下的k kA A值才可近似视为常值才可近似视为常数。数。传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务2 2 液液-液萃取技术理论知识液萃取技术理论知识 一、液一、液-液萃取相平衡液萃取相平衡 4.4.分配曲线分配曲线传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务2 2 液液-液萃取技术理论知识液萃取技术理论知识 一、液一、液-液萃取相平衡液萃取相平衡 5.5
20、.杠杆规则杠杆规则 (1 1)代表混合液总组成的)代表混合液总组成的M M点及点及R R点点,应处于同一直线上。应处于同一直线上。(2 2)E E相与相与R R相的量和线段相的量和线段MRMR与与MEME成比例。成比例。若上述三元混合物(若上述三元混合物(M M点)是由一点)是由一双组分(双组分(A A和和B B)混合物()混合物(F F点)与组分点)与组分S S混合而成混合而成,则混合液总组成的坐标则混合液总组成的坐标M M点点沿沿SFSF线而变线而变,具体位置由杠杆规则确定具体位置由杠杆规则确定,即即:传质分离技术传质分离技术液液-液萃取技术液萃取技术任任务务2 2 液液-液萃取技术理论知
21、识液萃取技术理论知识 二、萃取剂的选择原则二、萃取剂的选择原则 1.1.萃取剂的选择性萃取剂的选择性 值直接与值直接与kA有关,有关,kA值愈大值愈大,值也愈大,值也愈大,值均应大于值均应大于1。值越大,越有利于组分的分离;若值越大,越有利于组分的分离;若=1,则,则yA/yB=xA/xB,无分离,无分离作用。作用。萃取剂的选择性高,对溶质的溶解能力大,对于一定的分离任务,萃取剂的选择性高,对溶质的溶解能力大,对于一定的分离任务,可减少萃取剂用量,降低回收溶剂操作的能量消耗,并且可获得高纯可减少萃取剂用量,降低回收溶剂操作的能量消耗,并且可获得高纯度的产品度的产品A。传质分离技术传质分离技术液
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