11.3萃取过程计算.ppt

11.3 萃取过程的计算 11.4 液-液萃取设备 11.5 超临界萃取 11.3 萃取过程的计算 11.3.1 萃取级内过程的数学描述 11.3.2 单级萃取的计算 11.3.3 多级错流接触萃取 11.3.4 多级逆流接触萃取 11.3.5完全不互溶物系萃取过程的计算 11.3.6 回流萃取 11.3.7 微分接触逆流萃取 萃取过程的计算 萃取操作设备可分为级式接触和微分接触两类 。本节主要讨论级式萃取过程的计算　 在级式接触萃取过程计算中，无论是单级还是多级萃取操作，均假设各级为理论级，离开每级的Ｅ相和Ｒ相互为平衡。萃取操作中的理论级概念和蒸馏中的理论板相当。一个实际萃取级的分离能力达不到一个理论级，两者的差异用级效率校正。 11.3.1 萃取级内过程的数学描述 单一萃取级的物料衡算 萃取级内传质过程的简化-理论级与级效率 萃取级内过程的数学描述 和精馏一样，级式过程的数学描述也以每一个理论级作为考察单元，即在每一级进行物料衡算、热量衡算和级内传递过程的特征方程。由于萃取过程的热效应一般较小，因此其热量衡算式不考虑。 单一萃取级的物料衡算 在级式萃取设备内任选第m级，作为为考察对象，对该级进行物料衡算，如图11-29所示。 萃取级内传质过程的简化-理论级与级效率 由于萃取过程的传质很复杂，为了避免直接写出传质速率方程式的困难，引入理论级的概念。 假设进入一个理论级的两股物料流Rm-1和Em+1，不论组成如何，经过传质后离开该级的两股物料流Rm 和Em达到平衡。 萃取级内传质过程的简化-理论级与级效率 这样萃取级内传质过程特征方程可简化为 分配曲线 ym,A=f(xm,A) 溶解度曲线 xm,S=Ψ(xm,A) ym,S=φ(ym,A) 一个实际萃取级的分离能力不同于理论级，两者的差异用级效率表示。级效率必须结合具体设备型式通过实验研究确定。 11.3.2 单级萃取的计算 单级萃取的解析计算 单级萃取的图解计算 单级萃取的分离范围 单级萃取的解析计算 单级萃取可以连续操作，也可以间歇操作，各股物料的量以kg表示, 连续操作时，用kg/h表示。进、出萃取器的各股物料与组成如图11-30所示。则物料衡算式可具体简化为 图11-30　单级萃取 单级萃取的解析计算 假设萃取器相当于一个理论级，离开该级的萃取相E和萃余相R成平衡，两相组成满足相平衡方程式，得 单级萃取的解析计算 在单级萃取操作中，原料量F及组成xFA、物系的相平衡数据是已知的，规定萃余相组成ｘA，可选择溶剂组成ｚA与ｚS，要求计算溶剂用量、萃取相流量及以萃取相组成ｙS与ｙA，萃余相流量及其中溶剂含量ｘS等6个未知数。 单级萃取的图解计算 用解析方法计算萃取问题将溶解度曲线及分配曲线拟合成数学表达式，而所得的数学表达式皆为非线性，联立求解时必须通过试差计算。在三角形相图上可以方便的求解。 单级萃取的图解计算 如图11-30ｂ所示，根据已知的ｘF,A及规定的ｘA在溶解度图上确定点F及萃余相的组成点R，过R作平衡连结线RE与FS线交于M点，与溶解度曲线交于E点。 图中E′及R′点为从E相及R相中脱除全部溶剂后的萃取液及萃余液组成坐标点。 各流股组成可从相应点直接读出。 单级萃取的图解计算 各股流量由杠杆定律求得： S/F称为溶剂比，根据溶剂比与料液流量F即可求出溶剂流量S。 单级萃取的图解计算 进入萃取器的总物料量与溶剂流量之和为M，即 单级萃取的分离范围 对于一定的料液流量F及组成ｘF,A，溶剂的用量越大，混合点M越靠近S，但以c点为限，如图11-31所示，即c点的溶剂用量为最大用量。超过此用量，混合物将进入均相区而无法操作。 与c点成平衡关系的萃余相溶质含量ｘA,min为单级萃取可达到的最低值，除去溶剂后萃余液的最低含量为ｘoA,min。 11.3.4 多级逆流接触萃取 多级逆流萃取的解析计算 组分B和S部分互溶时的图解计算法 溶剂比对逆流萃取理论级数的影响 最小溶剂比的计算 多级逆流接触萃取 多级逆流接触萃取操作一般是连续的，其分离效率高，溶剂用量少，故在工业中得到广泛的应用。 图11-34为多级逆流萃取操作流程示意图，萃取剂一般是循环使用的，其中常含有少量的组分A和B，故最终萃余相中可达到的溶质最低组成受溶剂中溶质组成限制，最终萃取相中溶质的最高组成受原料液中溶质组成的制约。 多级逆流接触萃取 在多级逆流萃取操作中，原料液的流量F和组成xF,A，最终萃余相溶质组成xn,A均由工艺条件规定，萃取剂用量S和组成ys由经济权衡而选定，要计算萃取所需的理论级和离开任一级各股物料的量和组成。 多级逆流萃取的解析计算 图11-35