第五章 液-液萃取Extraction 5.1 概述 5.2 液-液萃取相平衡 5.3 液-液萃取过程的计算 本章总结－联系图 5.1 概述  1.萃取原理 萃取：在液体混合物（原料液）中加入一个与其基本不相混溶的液体作为溶剂，造成第二相，利用原料液中各组分在两个液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分离的单元操作。亦称溶剂萃取，简称萃取或抽提。 分离液体混合物的单元操作。 选用的溶剂称为萃取剂extracting solvent ，以S表示； 原料液中易溶于S的组分，称为溶质solute ，以A表示； 难溶于S的组分称为原溶剂（或稀释剂） diluent or carrier ，以B表示。   ? 2.萃取的分类 按组分数目分： 多组元体系：原料液中有两个以上组分或溶剂为两种不互溶的溶剂 三元体系：原料液中含有两个组分，溶剂为单溶剂 按有无化学反应分： 物理萃取：萃取过程中，萃取剂与原料液中的有关组分不发生化学反应 化学萃取 本章主要讨论三元体系的物理萃取。 3.萃取过程 萃取操作的基本过程如图所示。将一定量萃取剂加入原料液中，然后加以搅拌使原料液与萃取剂充分混合，溶质通过相界面由原料液向萃取剂中扩散，所以萃取操作与精馏、吸收等过程一样，也属于两相间的传质过程。搅拌停止后，两液相因密度不同而分层：一层以溶剂S为主，并溶有较多的溶质，称为萃取相，以E表示；另一层以原溶剂（稀释剂）B为主，且含有未被萃取完的溶质，称为萃余相，以R表示。若溶剂S和B为部分互溶，则萃取相中还含有少量的B，萃余相中亦含有少量的S。  由上可知，萃取操作并未有得到纯净的组分，而是新的混合液：萃取相E和萃余相R。为了得到产品A，并回收溶剂以供循环使用，尚需对这两相分别进行分离。通常采用蒸馏或蒸发的方法，有时也可采用结晶等其它方法。脱除溶剂后的萃取相和萃余相分别称为萃取液和萃余液，以  和  表示。 4.萃取操作的应用 对于一种液体混合物，究竟是采用蒸馏还是萃取加以分离，主要取决于技术上的可行性和经济上的合理性。  一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。  （1） 原料液中各组分间的相对挥发度接近于1或形成恒沸物，若采用蒸馏方法不能分离或很不经济；  （2）原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若采用蒸馏方法须将大量稀释剂汽化，能耗较大；  （3） 原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分解、聚合或发生其它变化。  （4）其它，如多种金属物质的分离，核工业材料的制取，治理环境污染等。 5.2  液-液萃取相平衡  max.book118.com  三角形坐标图及杠杆规则  1.三角形坐标图 Triangular diagram  三角形坐标图通常有等边三角形坐标图、等腰直角三角形坐标图和非等腰直角三角形坐标图，如图所示，其中以等腰直角三角形坐标图最为常用。																																																																			                                                                          图11-1  三角形相图     〖说明〗 在三角形坐标图中，AB边以A的质量分数作为标度，BS边以B的质量分数作为标度，SA边以S的质量分数作为标度。 顶点分别代表一个纯组分，即顶点A表示纯溶质A，顶点B表示纯原溶剂（稀释剂）B，顶点S表示纯萃取剂S。 任意边上的任一点代表一个二元混合物系Binary mixture ，第三组分的组成为零。例如AB边上的E点，表示由A、B组成的二元混合物系，由图可读得：A的组成为0.40，则B的组成为（1.0–0.40）= 0.60，S的组成为零。  三角形坐标图内任一点代表一个三元混合物系Ternary mixture 。例如M点即表示由A、B、S三个组分组成的混合物系。其组成可按下法确定：过物系点M分别作对边的平行线ED、HG、KF，则由点E、G、K可直接读得A、B、S的组成分别为：xA=0.4、xB=0.3、xS=0.3； 在诸三角形坐标图中，等腰直角三角形坐标图可直接在普通直角坐标纸上进行标绘，且读数较为方便，故目前多采用等腰直角三角形坐标图。 实际应用时，一般首先由两直角边的标度读得A、S的组成，再根据归一化条件求得B的组成。         (2)数量关系：和点与差点的量之间的关系符合杠杆原理，即，    max.book118.com 三角形相图   根据萃取操作中各组分的互溶性，可将三元物系分为以下三种情况，  ①溶质A可完全溶于B及S，但B与S不互溶；   ②溶质A可完全溶于B及S，但B与S部分互溶；   ③溶质A可完全溶于B，但A与S及B与S部分互溶。即 习惯上，将①、②两种情况的物系称为第Ⅰ类物系，而将③情况的物系称为第Ⅱ类物系。 在萃取操作中，第Ⅰ类物系较为常见，以下主要讨论这类物系的相平衡关系。   max.book118.com.1 溶解度曲线与联结线 1.I类物系 设溶质A可完全溶于B及S，但B与S为部分互溶，其平衡相图如图所示。此图是在一定温度下绘制的，图中曲线R0R1R2RiRnKEnEiE2E1E0称为溶解度曲线，该曲线将三角形相图分为两个区域： 曲线以内的区域为两相区，以外的区域为均相区。 位于两相区内的混合物分成两个互相平衡的液相，称为共轭相，Ei和Ri，联结两共轭液相相点的直线称为联结线tie line ，如图中的RiEi线(i=0,1,2,……n)。 萃取操作只能在两相区内进行。    溶解度曲线可通过下述实验方法得到：在一定温度下，将组分B与组分S以适当比例相混合，使其总组成位于两相区，设为M，则达平衡后必然得到两个互不相溶的液层，其相点为R0、E0。在恒温下，向此二元混合液中加入适量的溶质A并充分混合，使之达到新的平衡，静置分层后得到一对共轭相，其相点为R1、E1，然后继续加入溶质A，重复上述操作，即可以得到n+1对共轭相的相点Ri、Ei (i=0,1,2,……n)，当加入A的量使混合液恰好由两相变为一相时，其组成点用K表示，K点称为混溶点或分层点。联结各共轭相的相点及K点的曲线即为实验温度下该三元物系的溶解度曲线。 若组分B与组分S完全不互溶，则点R0与E0分别与三角形顶点B及顶点S相重合。  2.II类物系     一定温度下第Ⅱ类物系的溶解度曲线和联结线见上图。 3.联结线的斜率 通常联结线的斜率随混合液的组成而变，但同一物系其联结线的倾斜方向一般是一致的，有少数物系，例如吡啶–氯苯–水，当混合液组成变化时，其联结线的斜率会有较大的改变，如下图所示。  max.book118.com.2 辅助曲线和临界混溶点 1.辅助曲线Conjugate curve （共轭曲线） 作用： 已知E(或R)的组成，确定与之平衡的R(或E)的组成 确定临界混溶点 作法： 通过已知点R1、R2、… 分别作BS边的平行线，再通过相应联结线的另一端点E1、E2分别作AB边的平行线，各线分别相交于点F、G、… ，联接这些交点所得的平滑曲线即为辅助曲线。 已知R组成，求E组成： 2.临界混溶点plait point 当三元混和液中溶质A的含量逐渐增加时，联结线长度逐渐缩短，当联结线无限短，即当两个组成点重合时，溶液变成均一相，相当于该系统的临界状态，称此点
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