第章萃取.docVIP

7 萃 取 7.1 教学基本要求 掌握液-液相平衡关系、部分互溶物系及完全不互溶物系的萃取计算，萃取剂的选择。了解其他萃取方法及萃取设备。 （1）掌握相平衡关系，包括三角形相图、杠杆定理、分配曲线及分配系统； （2）掌握部分互溶物系的萃取计算，包括单级萃取、多级逆流萃取和多级错流萃取； （3）掌握完全不互溶物系的萃取计算，包括单级萃取、多级逆流萃取和多级错流萃取； （4）掌握操作中萃取剂选择的原则； （5）了解萃取设备和其他萃取方法。 7.2 重点内容概要 7.2.1 萃取过程的相平衡关系 萃取中的相平衡关系就是溶解平衡关系。因为萃取过程达到相平衡时，呈平衡的两相即大都为三元混合物，所以，萃取过程的溶解平衡关系相对精馏、吸收的气（汽）液平衡要更为复杂，常常需在三角形坐标上表示，称为三角形相图。 7.2.1.1关于三角形相图 三角形相图可采用直角三角形、等边三角形等，下面以直角等腰三角形为例介绍，如图7-1（a）所示。 图7-1 三角形相图 ①顶点代表纯组分； ②三条边代表二元溶液； ③相图中的点代表三元溶液，且有 7.2.1.2三角形相图的应用 三角形相图可以用来表示混合液的混合、分开等过程，在相图中就是和点、差点关系。 如图7-2所示，线段代表三元溶液（差点）与三元溶液（差点）混合成为新的三元溶液（和点）；线段代表二元溶液（差点）与纯组分（差点）混合成为新的三元溶液（和点）；线段代表三元溶液（和 点）和脱除其中的组分（差点）后成为二元溶液（差点）。以此类推，图中任意线段上的三个点，均代表混合或分开过程的状态点，由此三点构成的线段又称为杠杆，和点就是杠杆的支点，两差点就是杠杆的“力”的作用点。对两溶液的混合过程做物料衡算，可以得到类似于物理学中的杠杆原理表达式，以线段为例： （7-1） 7.2.1.3溶解度曲线 以与部分互溶为例，其溶解度曲线如图7-3所示，可以由若干组平衡的萃取相和萃余相的组成点连接成线得到。平衡共存的两相连线称为联结线（共轭线）。 点为临界混溶点，其共轭组成相等。溶解度曲线下方为两相区，其余为均相区。 图7-3中的辅助曲线可以已知共轭相中的一相组成求另一相组成，或者已知混合物的组成求共轭相的组成。辅助线过临界混溶点。 7.1.2.4 分配曲线 萃取的相平衡关系也可以在直角坐标系上表示，这时的平衡关系曲线称为分配曲线，直角坐标系上的平衡关系与精馏、吸收的平衡关系无原则上的区别。如图7-4所示为与部分互溶时的溶解度曲线与分配曲线之间的关系。 图7-4 分配曲线 （1）分配系数 分配系数表示各组分在相互平衡的萃取相和萃余相中的分配比例，定义如下： （7-2） 分配系数与精馏中的挥发度相似。越大、越小，越有利于萃取分离，所需萃取剂越少。 （2）选择性系数 选择性系数表示萃取剂的选择性溶解能力，即表示在中的溶解度的差异。定义如下： （7-3） 与精馏中的相对挥发度相似。，表明可以分离，此时 越大，表示越易分离，所需理论级数越少。，由式7-3可知，萃取相中的组分的浓度之比等于萃余相中的组分的浓度之比。因此，萃取相、萃余相脱萃取剂后浓度相同，表明此时不能用萃取方法分离。 根据组分在萃取相和萃取液中质量相同的特性，可知 同理，有 故 （7-4） 式7-4可改写为 （7-5） 式7-5与精馏的相平衡关系式形式上完全相同。 7.2.2 物料衡算 对于三元萃取物系，其物料衡算关系共有3个独立的衡算方程：总物料衡算方程、溶质的衡算方程和萃取剂（或稀释剂）的衡算方程。 因为萃取过程就是混合、溶解、分层的过程，因此，其物料衡算关系在三角形相图中可用杠杆定律表示。在图解法进行萃取计算的过程中，杠杆定律会给计算带来很大的方便。 而与精馏和吸收类似，萃取过程中的工艺计算问题也是联合物料衡算关系和相平衡关系来解决。 关于萃取一章需要掌握的计算主要包括：单级萃取的图解计算法和公式计算法；多级（错流、逆流）萃取计算—与部分互溶时的图解法，与完全不互溶时的图解法和计算法。具体的解题步骤将在例题中给出。 7.2.3理论级 在多级错流萃取和逆流萃取过程中，可以用图解法和解析法，或用逐级计算法计算所需的理论级数，与精馏和吸收是类似的。 7.2.4 溶剂的选择 溶剂的选择主要从以下几方面考虑： （1）溶剂的选择性要高，即对溶质有较大的溶解能力； （2）溶剂与原溶剂的互溶