天津大學(xué)化工分離工程教案第四章液液傳質(zhì)分離過程

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1、4.液液傳質(zhì)分離過程4.1液液萃取液液傳質(zhì)分離是利用溶質(zhì)在兩液相中不同的分配特性，通過相間傳質(zhì)達到分離的目的。4.1.1萃取劑的選擇和萃取體系的分類一、萃取劑的選擇一個合用的萃取劑應(yīng)與原溶液形成不互溶的兩液相，萃取劑還應(yīng)具備以下性質(zhì)：①兩液相容易分開，不形成乳化液；②萃取劑與任何進料組分之間不形成共沸物；③萃取劑對關(guān)鍵組分的選擇性盡可能地高；④萃取劑在萃余相中的溶解度應(yīng)盡可能地低。萃取劑的搜尋方法：(1)搜尋數(shù)據(jù)庫。(2)主要篩選方法：a)選擇同系物為萃取劑，b）羅賓斯表，c）氫鍵，d）極性作用，e)特定萃取劑的認定。4.1.1萃取劑的選擇和萃取體系的分類案例苯中分

2、離鏈烴。苯在羅賓斯表中屬于第11組，而所選的鏈烴—庚烷屬于第12組。由羅賓斯表可見，第8組（伯胺、氨、無取代基的氨基化合物）與芳烴形成的物系對拉烏爾定律產(chǎn)生負偏差，與鏈烴形成的物系產(chǎn)生正偏差。盡管胺或氨基化合物在分離該混合物上很可能是有效的，沒有跡象表明是否一定分層。羅賓斯表也指出，第4組（具有活性氫原子的多環(huán)鏈烴）、第7組（仲胺）和第9組（醚、氧化物、亞砜）均與鏈烴形成正偏差物系，與芳烴形成理想物系。這類溶劑同樣可認為是可行的溶劑。但沒有表明形成的液相數(shù)目。(1)簡單分子萃取體系(2)中性絡(luò)合體系(3)酸性絡(luò)合萃取體系(4)離子締合萃取體系(5)胺類萃取體系二、萃

3、取體系的分類案例伯、仲、叔胺分子中的氮原于具有孤對電子，能和無機酸的H+離子以穩(wěn)定的配位鍵形成相應(yīng)的銨鹽。這些銨鹽和季銨鹽中的陰離子與水相中的金屬絡(luò)合陰離子發(fā)生交換，使被萃取物進入有機相。因此，這種萃取機理主要是陰離子交換反應(yīng)。胺類萃取劑一般適用于無機酸、金屬離子的萃取。另外，胺類萃取劑屬于Lewis堿，利用它的弱堿特性，可實現(xiàn)對有機羧酸、酚類等的萃取分離。4.1.2多級逆流萃取的計算集團法:逆流萃取塔定義ΦE為進料中組分i被萃取的分?jǐn)?shù)各式可用質(zhì)量單位或摩爾單位。由于在絕熱萃取塔中溫度變化一般都不大，因此一般不需要焓平衡方程，只有當(dāng)原料與溶劑有較大溫差或混和熱很大時

4、才需考慮。4.1.3分餾萃取通常采用塔中部進料的分餾萃取流程。4.1.4微分逆流萃取模型一﹑活塞流模型活塞流模型是一個完全理想化的微分逆流萃取模型。它假定塔內(nèi)同一截面上任一點每一相的流速相等，兩相在塔內(nèi)作活塞流動；兩相的傳質(zhì)只發(fā)生在水平方向上，在垂直方向上，每一相內(nèi)沒有物質(zhì)傳遞。用苯作萃取劑在噴淋塔內(nèi)萃取水溶液中的醋酸。已知塔高H=1.4m，塔截面積A=4.5×10-3(m2)，萃取相進出口的醋酸濃度分別為y1=0.00397，y0=0.0115，萃余相進出口醋酸濃度分別為x0=0.688，x1=0.683(均為kmol/m3)。苯的流率E=5.67×10-6m3/

5、s，萃取平衡關(guān)系為：y=0.0247x。試求：(1)萃取相總傳質(zhì)單元數(shù)；(2)萃取相體積傳質(zhì)系數(shù)Koa。例題：解:設(shè)萃取塔中傳質(zhì)速率為N。則N=E(y0－y1)=5.67×10-6(0.0115－0.00397)=4.269×10-8kmol/s塔頂和塔底的萃取相平衡濃度為：y0*=0.0247×0.688=0.01699kmol/m3y1*=0.0247×0.683=0.01687kmol/m3塔頂、塔底的傳質(zhì)推動力為：y0*－y0=0.01699－0.0115=0.00549kmol/m3y1*－y1=－.01687－0.00397=0.01290kmol/m3

6、對數(shù)平均濃度差為：因此得：則此塔萃取相的總傳質(zhì)單元數(shù)為0.869，其萃取相的體積傳質(zhì)系數(shù)Koa等于7.816×10-41/s。4.1.4微分逆流萃取模型二﹑軸向擴散模型軸向擴散模型做了如下假設(shè)：①每相的返混可用一恒定的軸向擴散系數(shù)E來描述；②各相的表觀速度在橫截面上處處相同，在軸向上是恒定的；③僅僅是溶質(zhì)在兩相間傳質(zhì)，各相體積總傳質(zhì)系數(shù)為一常數(shù)；④溶質(zhì)的分配系數(shù)為一常數(shù)；在實驗室對某稀溶液物系進行萃取實驗，活塞流工況下測得（HTU）ox=0.9144m?，F(xiàn)放大設(shè)計一個工業(yè)塔，已知:（NTU）ox=4、Pex=19、Pey=50、E=0.5。求塔高是多少？解：對于活塞

7、流,塔高H活塞流=（HTU）ox（NTU）ox，將已知數(shù)據(jù)代入式（4-39）：該方程為非線形方程，用迭代方法求解H=5.26m效率=（HTU）ox（NTU）ox/H=4×0.9144/5.26×100%=69.5%例題：4.2超臨界流體萃取超臨界流體萃取是一種以超臨界流體作為萃取劑，從固體或液體中提取出待分離的高沸點或熱敏性物質(zhì)的新型萃取技術(shù)。超臨界流體具有低粘度、高密度、擴散系數(shù)大、超強的溶解能力等特性。4.2超臨界流體萃取超臨界流體萃取是一種以超臨界流體作為萃取劑，從固體或液體中提取出待分離的高沸點或熱敏性物質(zhì)的新型萃取技術(shù)。超臨界流體（SCF）是狀態(tài)處在高