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第三节 液液萃取操作
一 单级萃取的流程和计算 1 单级萃取流程 原料液和溶剂加入混合气中,搅拌下两相充分接触,通过萃取后萃取相和萃余相平衡 ,这一平衡过程为一个平衡级(理论级).萃取相和萃余相离开分离器,再分别引入溶剂回收装置. 2 单级萃取的计算 一般已知条件: 预处理的原料量F及其组成xf; 萃取剂的组成ys, 体系的相平衡数据, 萃余相的组成xR; 需求: 萃取剂的用量; 萃取相和萃余相的量和萃取相的组成。 方法: 三角形相图 图解法 3 计算过程: 由体系的相平衡关系,在三角形相图中画出溶解度曲线和辅助线1; 确定原料液和萃取剂的混合液点M的大致位置:由萃取剂S和原料液组成(AB边F点),得到SF线2。 根据萃余相组成在图上定出R点,根据R点和辅助线求出E点,连接ER,ER和SF线的交点为M点3。 根据杠杆定律求出S的用量: 萃取相E和萃余相R由杠杆定律和物料衡算得出: 萃取相组成由图得出。 讨论:根据相图中读出的液相组成,利用物料衡算求S/E/R。 二多级错流萃取1. 多级错流萃取流程 目的:进一步降低萃余相中溶质的浓度。 单级萃取设备的串联使用。通过多级错流萃取可获得较高的萃取率。 2 计算 单级萃取器的串联,可根据图解法进行计算,单级萃取的计算方法同样适用。 已知: 规定萃取剂用量和组成; 原料液量和组成 最终萃余相组成。 求:所需的理论级数。 方法:根据物系的相平衡数据,反复利用单级萃取图解法计算。 图解法过程 : (1)根据已知平衡数据在直角三角形相图中绘制溶解度曲线和辅助线。 (2)以含少量溶质A和原溶剂B和非纯净萃取剂进行萃取,其状态点为S0,连接FS0线,再根据F和S0的量由杠杆定律求出混合液的总量M1,其位于FS0线上。过M1点通过辅助线用试差法做结线E1R1,位于溶解度曲线上的两端点E1和R1即为第一个理论级的萃取效果。 (3)在第二级中用新鲜溶剂S0(S0=S1=S2=…)萃取由第一级流入的萃余相R1,两者的混合液为M2,且点M2位于S0R1线上。同上步骤,过M2点做结线E2R2,得到的萃取相和萃余相即为第二个理论级的萃取效果。 (4)重复上述过程,直到萃余相中溶质A的组成等于或者小于所要求的条件为止,由三角形相图中所画的结线数目得出多级错流过程的理论级数 。 例 有2000 kg含35%(质量分数)吡啶的水溶液,用等量的纯氯苯进行萃取。由第一级得到的萃余相R1再用与之相等的氯苯进行萃取,如果连续进行错流萃取(S1=F,S2=R1,S3=R2,…)若所用萃取剂均为新鲜氯苯,操作条件下的平衡数据如图所示。试求将最终萃余相中浓度降为2%,需要多少个理论级数;并计算萃取剂总用量。 三 多级逆流萃取 多级逆流萃取流程 将原料液和萃取剂分别从流程的两端加入,萃取相和萃余相逆流流动进行接触传质。 优点:萃取效果好,消耗萃取剂较少,在工业上应用最为广泛。 2.计算 计算原则是相平衡和物料衡算关系,采用逐级图解法。 已知:原料量和组成,萃取剂组成,以及萃取剂用量。 求:最终萃余相中溶质组成降至规定值时,所需的理论级数。 萃取剂和稀释剂部分互溶的体系 (1)在三角形坐标图上用图解法求理论级数 对各级进行物料衡算,确定操作点和操作联结线 第一级 F+E2=R1+E1 或 F-E1=R1-E2 第二级 R1+E3=R2+E2 或 R1-E2=R2-E3 第N级 RN-1+S=RN+EN 或 RN-1-EN=RN-S F-E1=R1-E2=R2-E3=…=Ri-Ei+1=RN-1-EN=RN-S= △ 操作线方程 点△为各操作线方程的共同点,称为操作点。表示:离开每一级萃余相的流量和进入该级萃取相的流量之差为一常数(净流量) 在三元相图上,任一级的萃取相组成点和上一级的萃余相组成点的连线必通过△。可任意延长两操作线,交点即为△点。 根据溶解度曲线和操作线,可在三角形坐标系中图解理论级数,主要步骤如下: A 绘制溶解度曲线和辅助线 B 根据已知条件:确定出F,S,E1和RN 由杠杆定律确定M的位置 : 联结点M和RN,并延长与溶解度 曲线相交于E1点,E1点即为离开第一级萃取相的组成点。 C 分别联结点F和E1、点S和RN得操作线FE1和SRN,延长两操作线,交点即为操作点。 D 过E1点 ,由辅助点和R1点并延长与溶解度曲线相交于E2点。过E2点后,由辅助线确定R2点。联结点 △和R2并延长和溶解度曲线交于E3点 。 E 重复上述过程,直到萃余相组成小于或者等于规定值,所做平衡连接线数即为理论级数。 (
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