宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 第五章液——液萃取 第一节概述 分离气体混合物-—吸收;分离液体混合物——蒸馏与萃取 、取适用范围 相对挥发度α=1的液体混合物(或两相沸点接近)另外还适用于蒸馏的热稳定性很差的物质 分解或聚合、用萃取分离。如:从发酵液中提取青酶素、咖啡因 如组分浓度很稀,且沸点较高,用液液萃取较为合适。 如从醋酸水溶液中分离醋酸;从稀醋酸水溶液制备无水醋酸。(因为醋酸浓度很低,用水蒸气蒸 馏、需能量很高,经济上不合理,用萃取合适。如:多种金属物质的分离、钴--镍分离等。 萃取与萃取原理 吸收:利用气体混合物各组分在溶剂中溶解度不同进行分离 萃取:利用液体混合物各组分在选定溶剂中溶解度不同进行分离的单元操作 萃取也称提取如:用酒精萃取大豆中豆油或用水熬中药 取剂 相界面 原料液 萃取相 萃取操作示意图 原料液(溶质A;稀释剂B)萃取剂S萃取相E萃余相R 如图(5-1)将一定量溶剂加入被分离混合物中使其形成两个液相:然后加以搅拌将一个液相以 小液滴的形式分散于另一液相中,造成很大的相际接触表面,搅拌停止后两相间密度差自行沉降分 层结果溶剂中出现了A和B称为萃取相;被分离混合物中出现了溶剂称为萃余相。 搅拌的作用: 1、造成温度扩散。 2、造成很大的相剂接触面积。 如果被分离的混合物是固体称固一液萃取(也称浸取) 如果被分离的混合物是液体称液-液萃取(也称溶剂萃取,简称萃取)
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 1/25 第五章 液-----液 萃取 第一节 概述 分离气体混合物-----吸收； 分离液体混合物----蒸馏与萃取 一、取适用范围 相对挥发度 =1 的液体混合物（或两相沸点接近）另外还适用于蒸馏的热稳定性很差的物质、 分解或聚合、用萃取分离。如：从发酵液中提取青酶素、咖啡因。 如组分浓度很稀，且沸点较高，用液液萃取较为合适。 如从醋酸水溶液中分离醋酸；从稀醋酸水溶液制备无水醋酸。(因为醋酸浓度很低，用水蒸气蒸 馏、需能量很高，经济上不合理，用萃取合适。如：多种金属物质的分离、钴--镍分离等。 二、萃取与萃取原理 吸收：利用气体混合物各组分在溶剂中溶解度不同进行分离。 萃取：利用液体混合物各组分在选定溶剂中溶解度不同进行分离的单元操作。 萃取也称提取 如：用酒精萃取大豆中豆油或用水熬中药。 原料液 萃取剂 相界面 萃余相 萃取相 萃取操作示意图 原料液（溶质 A ；稀释剂 B ） 萃取剂 S 萃取相 E 萃余相 R 如图（5-1）将一定量溶剂加入被分离混合物中使其形成两个液相；然后加以搅拌将一个液相以 小液滴的形式分散于另一液相中，造成很大的相际接触表面，搅拌停止后两相间密度差自行沉降分 层结果溶剂中出现了 A 和 B 称为萃取相；被分离混合物中出现了溶剂称为萃余相。 搅拌的作用： 1、 造成温度扩散。 2、 造成很大的相剂接触面积。 如果被分离的混合物是固体 称固--液萃取（也称浸取） 如果被分离的混合物是液体 称液--液萃取（也称溶剂萃取，简称萃取）
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 如:化工厂排出污水含水量苯酚,为了回收苯酚用萃取方法,加入选定好溶剂苯。因为苯酚在 萃取中溶解度大于它在水中的溶解度,因此混合以后大量苯酚转入苯中 萃余相 E萃取相(以S+A为主) 水B (B+A为主还有S) (稀释剂或原溶剂) 苯S 混合 苯S 水B(S) 分离 苯酚 (或萃取剂) A(溶质) 苯酚A(B) 苯酚A(极少量) 苯 E(S+A) 水 溶剂回收溶剂苯及苯酚三个步骤 回收 R(S+B+A 苯酚 苯酚(少量) (A) 加入溶剂后因溶剂对组分有较大溶解能力而使被分离组分转入溶剂中去-称物理萃取 加入溶剂后,若溶剂对被分离组分有化合或络合作用而达到分离之目的的称-化学萃取 三、溶剂的选择条件 1.溶剂对溶质有较大溶解能力对原溶剂(水)最好不互溶 溶质A S+A(完全互溶) 原料液 最理想的情况 原溶剂B S+B(S与B完全不互溶) S+A(完全互溶) 最常见讨论的重点 S+B(部分互溶) S+A(部分互溶) 不讨论 S+B(部分互溶) 萃取是传质过程即物质从一相转入到另外一相的扩散过程。 吸收是溶质从气相转入液相的过程 蒸馏是溶质从液相转入气相过程。 萃取是溶质从液转转入液相过程。 第二节液-液萃取相平衡 溶质 萃取相E 原料液(A+B) 在一定条件下,该二相达到 溶剂S 平衡,是传质的限度 萃余相R (平衡时在一定温度、压强条件下,各组分量不随时间变化而变化A在S中是最大溶解度)
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 2/25 如：化工厂排出污水含水量苯酚，为了回收苯酚用萃取方法，加入选定好溶剂苯。因为苯酚在 萃取中溶解度大于它在水中的溶解度，因此混合以后大量苯酚转入苯中。 加入溶剂后因溶剂对组分有较大溶解能力而使被分离组分转入溶剂中去--称物理萃取。 加入溶剂后，若溶剂对被分离组分有化合或络合作用而达到分离之目的的称--化学萃取。 三、溶剂的选择条件 1.溶剂对溶质有较大溶解能力 对原溶剂（水）最好不互溶 原料液 萃取是传质过程 即物质从一相转入到另外一相的扩散过程。 吸收是溶质从气相转入液相的过程。 蒸馏是溶质从液相转入气相过程。 萃取是溶质从液转转入液相过程。 第二节 液----液萃取相平衡 原料液（A+B） （平衡时在一定温度、压强条件下，各组分量不随时间变化而变化 A 在 S 中是最大溶解度） 水 B (稀释剂或原溶剂) 苯酚 A(溶质) 苯 S （或萃取剂） 混合 苯 S 苯酚 A(B) E 萃取相（以 S+A 为主） 水 B(S) 苯酚 A(极少量) R 萃余相 （B+A 为主还有 S） 分离 苯 苯酚 与 水 苯酚（少量） 溶剂回收溶剂 苯及苯酚 三个步骤 E(S+A) R(S+B+A) 回收 A B+(A) S S 溶质 A 原溶剂 B S ① S+A(完全互溶) S+B（S 与 B 完全不互溶） ② ② ③ 最理想的情况 S+A（完全互溶） S+B（部分互溶） 最常见讨论的重点 S+A（部分互溶） S+B（部分互溶） 不讨论 溶质 A 溶剂 S 萃取相 E 萃余相 R 在一定条件下，该二相达到 平衡，是传质的限度
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 521三角形坐标图及杠杆规则 、溶解组分的表示方法:在双组分溶液的萃取分离中,萃取相及萃余相一般均为三组分溶液。如 各组分的浓度以质量分率表示,为确定某溶液的组分必须规定其中两个组分的质量分率,而第 三组分的质量分率可由归一条件决定。溶质A及溶剂S的质量分率X,、X规定后,组分B 的质量分率为 可见三组分溶液的组分包含两个自由度。 萃取与吸收、蒸馏一样,其基础是相平衡关系。萃取过程中至少要涉及到三个组分,即溶质 原溶液B和萃取剂S。对于这种简单的三元物系,若所选择S和B的相互溶解度在操作范围内小到 可以忽略,则萃取相E和萃余相R都只含有两个组分,其平衡关系类似于吸收中的溶解度曲线,可 在直角坐标上标绘。但这种较为理想的溶剂并不常见,常见的情况S和B部分互溶,于是E和R都 含有三个组分,其平衡关系通常用三角形相图表示。 有等边三角形等腰三角形等腰直角三角形三种 因三个组分的质量分率之和为1,故在三角形范围内可表示任何三元溶液的组分。三角形的三 个顶点分别表示三个纯组分,而三边条上的任何一点则表示相中的双组分溶液 、物料衡算与杠杆定律 A 溶质A在E相的组成-yA 溶质A在R相的组成-xA e B 杠杆定律 没有组成X4、XB、X(R点)的溶液R[图]及组成为YA、F、y的溶液Ekg 若将两溶液相混,混合物的重量为M[kg],M=R+E混合物的重量为M,其组分为Z4、 3/25
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 3/25 5.2.1 三角形坐标图及杠杆规则 一、溶解组分的表示方法：在双组分溶液的萃取分离中，萃取相及萃余相一般均为三组分溶液。如 各组分的浓度以质量分率表示，为确定某溶液的组分必须规定其中两个组分的质量分率，而第 三组分的质量分率可由归一条件决定。溶质 A 及溶剂 S 的质量分率 X A 、 X S 规定后，组分 B 的质量分率为 XB =1− X A − XS 可见三组分溶液的组分包含两个自由度。 萃取与吸收、蒸馏一样，其基础是相平衡关系。萃取过程中至少要涉及到三个组分，即溶质 A、 原溶液 B 和萃取剂 S。对于这种简单的三元物系，若所选择 S 和 B 的相互溶解度在操作范围内小到 可以忽略，则萃取相 E 和萃余相 R 都只含有两个组分，其平衡关系类似于吸收中的溶解度曲线，可 在直角坐标上标绘。但这种较为理想的溶剂并不常见，常见的情况 S 和 B 部分互溶，于是 E 和 R 都 含有三个组分，其平衡关系通常用三角形相图表示。 有等边三角形 等腰三角形 等腰直角三角形 三种。 因三个组分的质量分率之和为 1，故在三角形范围内可表示任何三元溶液的组分。三角形的三 个顶点分别表示三个纯组分，而三边条上的任何一点则表示相中的双组分溶液。 二、物料衡算与杠杆定律 M R 0 B XS ZS YS f e d 1.0 A E 1.0 S 杠杆定律 yA zA xA 溶质A在E相的组成-yA 溶质A在R相的组成-xA 没有组成 X A 、 XB 、 X S （R 点）的溶液 R kg 及组成为 YA、YB 、YS 的溶液 Ekg 若将两溶液相混，混合物的重量为 Mkg， M = R + E 混合物的重量为 M ，其组分为 Z A
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 ZB、Zs其图中的M点表示 参图(列5-1)吉林大学《物理化学》79年版上册P93°若有两个三组分体系P与Q,由P、 Q混合而成的新的三组分体系,O必位于PQ的连线上。设O点所表示的体系之重为W,PQ二体 系之重各为W、W,则W=W+W,(1),就体系中A的含量而言,O体系中A的重量之和,即: W(Ce)=W1(Ca)+W2(C)(2) C A B (W1+W2)Ce)=W(Cd)+W2(C)(3)∈(1)代入(2) 将(3)展开得:W1×(Cd-Ce)=W2(Ce-O)(4) △平行线ef:de=Og:PO wI: W2=00: O1 上述关系表明:由P、Q二体系所组成的新体系O的位置可由杠杆规则来确定 即O必位于PQ连线上。 由(4)及 wI efef 00 nW2 PO W=E W=R w dede PO w 0Q 写成EBE (a)从R开始注意线段的始终点
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 4/25 Z B 、 ZS 其图中的 M 点表示。 参图（列 5-1）吉林大学《物理化学》79 年版上册 P193 。若有两个三组分体系 P 与 Q ，由 P 、 Q 混合而成的新的三组分体系， O 必位于 PQ 的连线上。设 O 点所表示的体系之重为 W , PQ 二体 系之重各为 W1、W2 ，则 W =W1 +W2 （1），就体系中 A 的含量而言， O 体系中 A 的重量之和，即： ( ) ( ) ( ) W Ce =W1 Cd +W2 Cf （2） A R P M O e d f C B Q E ( )( ) ( ) ( ) W1 +W2 Ce =W1 Cd +W2 Cf （3） （1）代入（2） 将（3）展开得： ( ) ( ) W1 Cd −Ce =W2 Ce −Cf （4） 平行线 ef : de = OQ : PO W1 :W2 = QO :OP 上述关系表明：由 P 、Q 二体系所组成的新体系 O 的位置可由杠杆规则来确定。 即 O 必位于 PQ 连线上。 由（4）及 de ef W W = 2 1 而 PO OQ de ef = 则 OQ PO W W = 1 2 W2 = E W1 = R 写成 EM RE R E = （a） 从 R 开始注意线段的始终点
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 (始点R终点M:始点E终点M)从两头R、E向中间M EM 从E→M沿逆时针转一圈再到E 数学上合比定理 R+e RM+Em M er 或R R EM M ER 式为物料衡算的简捷图示方法,称为杠杆定理。根据杠杆定理,可较方便地在图上定出M点 的位置,从而确定混合液的组成。须指出,即使两溶液不互溶,则M点(Z4、ZB、Zs)可代表 该两相混合物总组成。 三、混合物的和点与差点 上图中点M可表示溶液R与溶液E混合之后的数量与组成,成为R、E两溶液的和点。反之,当 从混合物M中移去一定量组成为E的液体,表示余下的溶液组成的点R必在EM联线,其具体位 置同样又由杠杆定律确定:E=M、E线段始点M、R终点R,E,从M始点转圈 到E或从E始转一圈在回到E,M=E+R称和点。固R点可表示余下溶液的数量和组成,故称 为溶液M与溶液E的差点R=M-E差点 522三角形相图 萃取操作中的溶剂S必须与原溶液中的组分B不相溶或部分互溶。在全部操作范围内,物系 必包含以溶剂S为主的萃取相及组分B为主的萃余相。现讨论溶质A在此两相中的分配,即当两相 互成平衡时,溶质A在两相中的浓度关系 溶解度曲线 在三角形烧瓶中称取一定量的纯组分B,逐渐滴加溶剂S,不断摇动使其溶解。由于B中反能 溶解少量溶剂(部分互溶)S,故滴加至一定数量后,混合液开始发生混浊,即出现了溶剂相。记 取滴加的溶剂量,即为溶剂S在组分B中的饱和溶解度。此饱和溶解度不用直角形相图中点R表示, 该点称为分层点 现在上述溶液中滴加少量溶质A。溶质的增加存在增加B与S的互溶度,使混合液变成透明 此时混合液的组成在AR联线上的H点。如在滴加数滴,溶液再次呈现混浊,可算出新的分层点R 的组成,此R1必在SH的联线上。在溶液中交替滴加A与S,重复上述实验,可获得若干分层点R2、 R3…等。将所有分层点联成一条光滑的曲线,成为溶解度曲线。 5/25
宁夏大学化学化工学院 化工原理电子教案 5/25 EM RE （始点 R 终点 M ； 始点 E 终点 M ）从两头 R 、 E 向中间 M 从 E → M 沿逆时针转一圈再到 E 数学上合比定理 EM RM EM R R E + = + EM ER R M = 或 ER EM M R = (a)式为物料衡算的简捷图示方法，称为杠杆定理。根据杠杆定理，可较方便地在图上定出 M 点 的位置，从而确定混合液的组成。须指出，即使两溶液不互溶，则 M 点（ Z A 、 Z B 、ZS ）可代表 该两相混合物总组成。 三、混合物的和点与差点 上图中点 M 可表示溶液 R 与溶液 E 混合之后的数量与组成，成为 R 、 E 两溶液的和点。反之，当 从混合物 M 中移去一定量组成为 E 的液体，表示余下的溶液组成的点 R 必在 EM 联线，其具体位 置同样又由杠杆定律确定： RE MR M E = MR 、RE 线段 始点 M 、R 终点 R ，E ，从 M 始点转圈 到 E 或从 E 始转一圈在回到 E ， M = E + R 称和点。固 R 点可表示余下溶液的数量和组成，故称 为溶液 M 与溶液 E 的差点 R = M − E 差点。 5.2.2 三角形相图 萃取操作中的溶剂 S 必须与原溶液中的组分 B 不相溶或部分互溶。在全部操作范围内，物系 必包含以溶剂 S 为主的萃取相及组分 B 为主的萃余相。现讨论溶质 A 在此两相中的分配，即当两相 互成平衡时，溶质 A 在两相中的浓度关系。 一、溶解度曲线 在三角形烧瓶中称取一定量的纯组分 B ，逐渐滴加溶剂 S ，不断摇动使其溶解。由于 B 中反能 溶解少量溶剂（部分互溶） S ，故滴加至一定数量后，混合液开始发生混浊，即出现了溶剂相。记 取滴加的溶剂量，即为溶剂 S 在组分 B 中的饱和溶解度。此饱和溶解度不用直角形相图中点 R 表示， 该点称为分层点。 现在上述溶液中滴加少量溶质 A 。溶质的增加存在增加 B 与 S 的互溶度，使混合液变成透明， 此时混合液的组成在 AR 联线上的 H 点。如在滴加数滴，溶液再次呈现混浊，可算出新的分层点 R1 的组成，此 R1 必在 SH 的联线上。在溶液中交替滴加 A 与 S ，重复上述实验，可获得若干分层点 R2 、 R3 ……等。将所有分层点联成一条光滑的曲线，成为溶解度曲线