（化学工程专业论文）共沸物系分离的研究.pdf

中文摘要 在化工、石油化工、医药工业、生物化工等以生产各种物料和材料的化工类 工业生产部门中以及环境保护工程中，混合物的分离占有极重要的地位。对于具 有恒沸现象的液体混合物，应用普通精馏方法难以对其进行有效的分离，萃取精 馏或者萃取与精馏的耦合方法能达到分离的效果。 本文综述了萃取精馏和萃取中萃取剂的作用原理、选择依据、选择方法，以 及分批萃取精馏和萃取近年来的研究进展和应用。针对苯和环己烷二元物系，分 别以n 、n 一二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和二者的混合物为萃取剂，进行了分批 萃取精馏实验研究，考察了两个操作参数回流比和溶剂流率对分离效果的影响， 结果表明：随着回流比和溶剂流率的增加，分离效果增强；三种萃取剂均能对苯 和环己烷进行一定的分离，但分离效果不同，n 、n 一二甲基甲酰胺的最好、其 次是二者的混合物，最后是二甲基亚砜；在本实验中最好的分离条件是以n 、n 一二甲基甲酰胺为萃取剂，溶剂流率为1 2 3 3 m l m i n ，回流比为6 。针对甲醇、 甲基正丁醚和正氯丁烷三元混合物，研究了该物系的性质，得到该物系不是三元 共沸物的结论，并用水作萃取剂，通过实验验证了利用萃取和精馏耦合的方法分 离该物系的可行性。 关键词：分批萃取精馏萃取苯环己烷甲醇甲基f 丁醚f 氯丁烷 a b s t r a c t t h es e p a r a t i o no ft h em i x t u r ei si m p o r t a n ti nc h e m i c a l ，p e t r o c h e m i c a l ，m e d i c a l ， b i o c h e m i c a li n d u s t r i e s l i q u i dm i x t u r eh a v i n ga z e o t r o p i cp h e n o m e n o nc a n n o tb e s e p a r a t e db yc o n v e n t i o n a ld i s t i l l a t i o n b u te x t r a c t i v ed i s t i l l a t i o na n dc o m b i n a t i o no f e x t r a c t i v ea n dd i s t i l l a t i o nc a nb ev a l i df o rt h e m t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h ei m p a c tp r i n c i p l e ，c h o i c eb a s i s ，c h o i c em e t h o do f e x t r a c t i v es o l v e n t ，a n dt h er e s e a r c hp r o g r e s s ，a p p l i c a t i o no fb a t c he x t r a c t i v e d i s t i l l a t i o na n de x t r a c t i v ei nr e c e n ty e a r s t h eb a t c he x t r a c t i v ed i s t i l l a t i o ne x p e r i m e n t t os e p a r a t eb e n z e n ea n dc y c l o h e x a n ew a sc a r r i e do u tw i t hn ，n - - d i m e t h y l f o r m i d e ， d i m e t h y ls u l f o x i d ea n dt h e i rm i x t u r ea se x t r a c t i v es o l v e n ti nt h i sp a p e r t h ee f f e c to f o p e r a t i o np a r a m e t e ro fs o l v e n tf l o wr a t ea n d r e f l u xr a t i oo nt h es e p a r a t i o nr e s u l tw a s s t u d i e d t h ee x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h es e p a r a t i o ne f f e c tw a si m p r o v e dw i t ht h e i n c r e a s eo fs o l v e n tf l o wr a t ea n dt h er e f l u xr a t i o a l lt h et h r e ee x t r a c t i v es o l v e n tc a n s e p a r a t e b e n z e n ea n d c y c l o h e x a n e t os o m ee x t e n t t h eb e s tw a sn n d i m e t h y l f o r m i d e ，t h en e x tw a st h em i x t u r e ，a n dt h el a s tw a sd i m e t h y ls u l f o x i d e i nt h e e x p e r i m e n tt h e b e s to p e r a t i o nc o n d i t i o nw a sw i t h n - n d i m e t h y l f o r m i d e a s e x t r a c t i v es o l v e n t ，t h es o l v e n tf l o wr a t eb e i n g1 2 3 3 m l m i n ，t h er e f l u xr a t i ob e i n g6 m e a n w h i l e ，e x p e r i m e n tw i t ht h et e r n a r ym i x t u r eo fm e t h a n o l ，b u t y lm e t h y le t h e ra n d 1 - c h l o r o b y t a n es h o w e dt h a tt h es y s t e mw a sn o tt e r n a r ya z e o t r o p ea n dc a nb e s e p a r a t e db yc o m b i n a t i o no fe x t r a c t i v ea n dr e c t i f i c a t i o nu s i n gw a t e ra se x t r a c t i v e s o l v e n t k e yw o r d s ：b a t c he x t r a c t i v ed i s t i l l a t i o n e x t r a c t i v eb e n z e n e c y c l o h e x a n e m e t h a n o l b u t y lm e t h y le t h e rl c h l o r o b y t a n e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：时花手 签字日期： 山眸年f 月7 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行榆 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：时花卒 导师签名 囤 签字l ：二| 期：山埠年 f 月7 f 1 签字f 1 期：丑d 卜年 1 月7 h 焉 前言 化工分离技术是化学工程的一个重要分支，任何化工生产过程都离不开它， 从原料的精制，中间产物的分离，产品的提纯和废水、废气的处理都有赖于化工 分离技术。绝大多数反应过程的原料和反应所得到的产物都是混合物，需要利用 体系中各组分物性的差别或借助于分离剂使混合物得到分离提纯。无论是石油炼 制、塑料化纤、湿法冶金、同位素分离，还是生物制品的精制、纳米材料的制备、 烟道气的脱硫和化肥农药的生产等等都离不开化工分离技术。它往往是获得合格 产品、充分利用资源和控制环境污染的关键步骤。 分离过程是耗能过程，设备数量多，规模大，在化工厂的设备投资和操作 费用中占着很高的比例，对过程的技术经济指标起着重要的作用。因此设计时要 求选择高效低耗的分离技术。随着现代工业大型化的趋势，分离设备往往变得十 分庞大。随着环保要求的不断提高，三废处理和综合利用对分离技术提出了很多 特殊的要求。伴随着新产品的不断出现，对分离技术的要求也越来越高。这样， 分离技术的重要性就更为突出。 当两种液体混合时，如果溶液与拉乌尔定律偏差较大，就有可能产生恒沸 现象，共沸物的分离情况比较复杂。精馏一般是最常见的混合物的分离方式，但 对于具有恒沸点的液体混合物，其中两组分的相对挥发度等于l ，应用普通的精 馏方法难以对其进行有效的分离，需要用特殊的精馏方式或者是其他分离方式和 精馏的集成耦合。特殊的精馏方式有恒沸精馏、萃取精馏、加盐精馏和反应精馏； 分离方式的集成耦合有萃取和精馏的集成耦合、精馏和结晶的集成耦合等等。 萃取精馏是分离共沸物的重要技术之一。分批萃取精馏是近年来研究开发 较多的新的操作方式，它除了具有分批精馏本身的优点外，能够单塔完成连续精 馏双塔才能进行的萃取精馏。其小规模分离的实用性，以及投资节省的特点，使 分批萃取精馏对于化工及制药工业中大量的共沸物分离，具有广泛的前景。 萃取也是分离的重要手段之一，但往往要和其他的分离方式耦合才能将混 合物完全的分开。萃取具有具有适应性强、选择性高、处理量大、分离效果好、 回收率高、可连续操作以及易于自动控制等优点，所以在石油化工、湿法冶金、 原子能工业、生化、环保、食品和医药工业领域越来越广泛的应用。 第一章文献综述 第一章文献综述 在化工、石油化工、医药工业、生物化工等以生产各种物料和材料的化工类 工业生产部门中以及环境保护工程中，混合物的分离占有极重要的地位。 精馏一般是最常见的混合物的分离方式，但对于具有恒沸点或沸点非常接近 的液体混合物，其中两组分的相对挥发度接近或等于1 ，应用一般的精馏方法难 阻对其进行有效的分离，需要用特殊的精馏方式或者是其他分离方式和精馏的集 成耦合。特殊的精馏方式有恒沸精馏、萃取精馏、加盐精馏和反应精馏；分离 方式的集成耦合有萃取和精馏的集成耦合、精馏和结晶的集成耦合等等。如采用 共沸精馏法生产无水乙醇【2 l 、叔戊醇【3 】、硝基氯苯1 4 和巴豆斟5 】；用萃取精馏法 生产无水乙斟6 1 、分离丁烷和丁烯【7 】、精制萘【8 】、分离甲醇和碳酸二甲酯 9 】、制 取均三甲苯和分离四氢呋喃一水】：用加盐精馏法生产无水乙醇、制取叔 丁醇【1 3 】：用反应精馏法分离二甲苯、精制四氢呋哺【1 5 】；用萃取和精馏集成耦 台的方法从四氢呋喃、甲醇和水三元混合物【i “，四氢呋喃、乙醇和水三元混合 物【l7 】，四氢呋哺、乙醇、甲醇和水四元混合物，四氢呋喃、乙酸乙酯和水三 元混合物中分离四氢呋喃，从碳四组分中分离甲醇 2 0 】：用精馏和结晶集成耦 合的方法从催化裂化柴油中分离高纯度2 6 一二甲基萘川、从混合二甲酚中提取 3 5 一二甲酚 2 2 、分离提纯硝基氯苯、从重质洗油中提取工业芴p 4 1 。 但在这些分离方式中，萃取精馏、萃取和精馏集成耦合的方法所用的比较多。 本文对两种共沸物系分别用萃取精馏和萃取一精馏耦合的方法进行了分离的实 验研究。一种物系为苯和环己烷，二者为沸点非常接近，且能形成共沸物的物系； 另一种为甲醇、甲基正丁醚和正氯丁烷三元混合物，其中甲醇和甲基正丁醚、甲 醇和正氯丁烷均能形成共沸物。 当两种液体混合时，如果溶液与拉乌尔定律偏差较大，就有可能产生恒沸现 象。恒沸现象是指某一溶液，在一定的压力下进行汽化或冷凝时，平衡的汽相组 成和液相组成相等，温度始终不变。该现象的形成是由于组成溶液的各组分的分 子结构不相似，在混合时引起与理想溶液发生偏差所致。如果溶液的蒸汽压对理 想溶液发生负偏差，即活度系数小于l 时，则形成最高恒沸物。如果溶液的蒸汽 压对理想溶液发生正偏差，即活度系数大于l ，则形成最低恒沸物。从目前发表 的资料来看，已经发现的最低恒沸物达上万种。最高恒沸物体系比最低恒沸物体 第一章文献综述 系数目要少的多。 1 ，1 萃取 1 1 1 萃取概述 在液体混合物( 原料液) 中加入一个与其基本不相溶的液体作为溶剂，造成 第二相，利用原料液中各组分在两个液相之间的分配关系的不同来分离液体混合 物，这就是液液萃取，亦称溶剂萃取，简称萃取或抽提。选用的溶剂称为萃取 剂，以s 表示：原料液中易溶于s 的组分称为溶质，以a 表示；难溶于s 的组 分称为原溶剂，以b 表示。萃取过程是溶质在两个液相之间重新分配的过程， 即通过相际传递来达到分离和提纯的目的。 液液萃取具有悠久的历史。早在远古时代人们就利用萃取方法来提取金属 和中草药。据文献报道，液液萃取用于研究的第一个例子是1 8 4 2 年在分析中用 二乙醚萃取硝酸铀酰。但首次最有意义的工业应用是在2 0 世纪初在石油工业中 的芳烃抽提。随后又用于菜油的提取和青霉素的纯化等。1 9 4 5 年在原子能工业 中成功地应用萃取法分离铀、钰和放射性同位素，大大促进了液液萃取的研究和 应用。2 0 世纪6 0 年代以来，液液萃取用于大规模的工业生产，如石油化工中的 润滑油精制、丙烷脱沥青、芳烃抽提和湿法冶金工业中的铜萃取、镍鲇分离和稀 土元素的分离等。 液液萃取分为物理萃取和化学萃取。 2 5 1 物理萃取基本上不涉及化学反应的 物质传递过程，尤其在石油化工中应用比较广泛。化学萃取主要应用于金属的提 取和分离，如有色金属、贵金属及稀土金属的湿法冶炼。 液液萃取主要适用于以下几种情况： ( 1 ) 原料液中各组分之间的沸点非常接近，即组分间的相对挥发度接近于 l ，采用蒸馏方法很不经济。 ( 2 ) 原料液在蒸馏时形成恒沸物，用普通的方法不能达到所需要的纯度。 ( 3 ) 原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，采用蒸馏的方法将 大量溶剂汽化，能耗很大。 ( 4 ) 溶液中含有大量低沸点的物质，或者低沸点组分的汽化热较大，用蒸 馏方法回收时，需要消耗的热量很大。 ( 5 ) 原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易分解、聚合和发生其 第一章文献综述 它变化。 ( 6 ) 提取很稀溶液中的有价物质，如提取浸取液中的铀，回收每升仅含2 克左右的麻黄草浸渍液中的麻黄素。 ( 7 ) 分离极难分离的会属，如铌与钽。 萃取操作过程的特点【2 6 l ： 1 、液液萃取过程分离液体混合物，是基于选择的溶剂对混合物中欲萃取组分 有很强的溶解能力，而与其它组分则可完全不互溶或部分互溶。由此可见萃取操 作中选用的溶剂必须要有很强的选择溶解物质的能力。 2 、萃取操作过程中是液一液两相间进行物质传递。因此选用的溶剂在操作 条件下必须能与原料液形成两个液相层，而且两液相层必须具有一定的密度差。 这样两相经充分混合后，可藉重力或离心力的作用进行分层。萃取操作的特点是 萃取设备的构型不同于吸收、精馏操作设备。 3 、液液萃取中应用了相当数量的溶剂，因此必须结合后续分离过程，才能 获得溶质产品和回收溶剂并将其再循环使用。故选用的溶剂要与欲萃取的溶质之 间的相对挥发度要高( 通常选用高沸点溶剂) ，这样在后续的精馏分离时较经济 合理。 1 1 2 萃取剂的选择 一、萃取剂的选择依据 选择良好的萃取剂，一般遵循以下依据： ( 1 ) 选择性好。对要分离的一对或几种物质，其分离系数ba ，b 或0c ，b 要 大。 ( 2 ) 萃取容量大。单位体积或单位重量的萃取剂所能萃取物质的饱和容量 要大，这就要求萃取剂具有较多的功能基团和适宜的分子量，否则萃 取容量就会降低，试剂单耗和成本就会增加。 ( 3 ) 萃取剂与进料液的互溶度小。由于希望萃取剂的选择性高，尽量减少 进料液中除溶质以外的其他物质进入萃取剂中，而萃取剂溶于进料液 中少，即减少萃取剂进入萃余相的量。 ( 4 ) 回收再生容易。要求萃取时对被萃取物的结合能力适当，当改变萃取 条件时能容易地将被萃取物从萃取相中反萃取到另一相内，或易于用 第一章文献综述 蒸馏或蒸发等方法将萃取剂与被萃取物分开。 ( 5 ) 萃取剂与进料液的密度有明显的差别。萃取进行时，先把两个液相混 合，然后静止分层，静止分层的动力就在于密度的差别。 ( 6 ) 界面张力适中。界面张力影响两相的混合。界面张力越低，液滴分散 所需的能量就越少，但太低了，会引起乳化，使静止分层困难。 ( 7 ) 萃取剂的粘度要低，以减小传质阻力和增加物料的流通量。 ( 8 ) 高的化学稳定性和热稳定性。要求萃取剂不易水解，加热时不易分 解，能耐酸、碱、盐、氧化剂或还原剂的作用，对设备的腐蚀性要小， 在原子能工业中还要求萃取剂具有较高的抗辐射能力。 ( 9 ) 操作安全。要求萃取剂无毒性或毒性小，无刺激性，不易燃( f q 点要 高) ，难挥发( 沸点要高和蒸气压要小) 。 ( 1 0 ) 经济性。要求萃取剂的原料来源丰富，合成制备方法容易，价格便宜， 在循环使用中损耗要尽量少。 二、萃取剂的筛选方法啊1 进行萃取分离的时候，首先要进行萃取剂的筛选，方法如下： 1 根据所需萃取物的物性，依据相似相溶的原理，选择适用于萃取这种物质的 萃取剂。 2 查阅萃取剂的溶解度数据，选用溶解度小的萃取剂。 3 在恒温条件下，测定溶质在各种萃取剂中的分配系数。 4 在恒温条件下，测定选择性系数。 比较各种萃取剂的分配系数和选择性系数，结合萃取剂选择的一般原则，选 取分配系数和选择性系数高的溶剂作为该物系的溶剂。在筛选中应注意所选择的 萃取剂达到平衡的时间，萃取剂的负载能力，混合时是否发生乳化现象，澄清分 层的难易及萃取剂回收的方法等问题。 总之，溶剂筛选的方法必须根据不同对象具体情况挑选选择萃取剂的主要项 目，通过实验验证数据，进行分析比较，要做到能满足技术指标和经济效益的要 求。 1 1 3 液液萃取新技术的发展 近年来液液萃取技术的研究十分活跃，开发出很多新型的萃取技术，详述如 第一章文献综述 下。i z 8 】 1 超临界流体萃取( s u p e r c r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n ) 超临界流体具有良好的溶解物质的能力，且溶解能力对体系温度与压力的变 化十分敏感，从而可以通过改变体系的温度与压力来调节组分的溶解度。超临界 流体的特殊性质使它成为一类优秀的萃取剂，可以在常温或不太高的温度下选择 性地溶解某些相当难挥发的物质，同时由于被萃取物与萃取剂的分离较容易，故 所得的产物无残留毒性，因此很适用于提取热敏性物质及易氧化物质，这是超临 界流体萃取技术优于一般的精馏和萃取之处。此外，超临界流体萃取的能量消耗 也比精馏少得多。 超临界萃取主要用于固体样品，特别适用于萃取烃类及非极性脂溶化合物， 已在香料【2 9 1 、食品、药物1 3 i 】、环境1 3 2 】等很多方面得到应用。但超i i 南界流体萃取 需要较为专门的仪器设备，也使它的普遍应用受到一些限制。 2 反胶团萃取( r e v e r s em i c e l l ee x t r a c t i o n ) 反胶团萃取 3 3 】是应生物化工的要求而产生的。利用反胶团可以把一些亲水 憎油性物质包藏于亲水空腔里而溶解于非极性有机溶剂中，改变条件时又能回到 水相，达到分离的目的。在生物制品如蛋白质 3 4 , 3 5 1 、酶【3 6 】等的分离过程中，由于 不能采用高温操作，在普通的液液萃取中有机溶剂等会使它们变性，所以发展了 反胶团萃取技术，既能保护蛋白质等不受有机试剂的破坏，又能提高萃取的效率。 也有用反胶团萃取金属的报道【3 7 j 。 3 微波萃取技术( m i c r o w a v ea s s i s te x t r a c t i o n l 微波萃取技术是一顶用于分析样品制备的技术，具有萃取时划短，试剂用量 少，制样精度高，回收率高，操作简单等优点，主要用于分析制样，近年来的研 究十分活跃 3 8 , 3 9 l 。在微波密闭容器中，由于内部压力可达1 0 1 3 1 0 5 p a 以上，因 此萃取剂的沸点比常压下萃取剂的沸点高很多，用微波萃取可达到常压下使用同 样萃取剂所达不到的萃取温度，既可提高萃取效率又不致于分解待测萃取物。应 该指出，微波萃取剂应为具有极性的溶剂，非极性的溶剂不能吸收微波。 4 超声萃取( u l t r a s o n i ce x t r a c t i o n ) 超声萃取是一种新的分离技术【4 0 】。1 9 9 2 年p e s i c 等研究了超声场对镍的萃取 过程的影响，发现超声场的引入明显提高了镍的萃取速率，但不影响苯取、f 衡， 第一章文献综述 而对钴的萃取不仅提高了速率，也提高了萃取率。 5 电泳萃取( e l e c t r o e x t r a c t i o n ) 电泳萃取【4 1 1 是电泳分离与萃取分离交叉耦合形成的一种新型分离技术。利 用电场强化分离，提高萃取效率，为萃取技术用于多组分分离和稀溶液分离提供 了帮助。骆广生等用该技术进行有机酸的分离，发现被分离组分在两相的分配系 数与一般的萃取平衡相比大大增加。 6 磁场协助萃取( m a g n e t i cf i e l da s s i s t e de x t r a c t i o n ) 磁场与电场有着密切的关系，既然电场对萃取过程有影响，那么磁场也应该 会有影响。孙雷等人对此进行了初步探讨 4 2 l 。他们研究发现不同的磁场强度对 稀土萃取分离的影响不同，有可能通过选择控制磁场强度来达到所希望的分离效 果：而且对不同的稀土元素影响也不同，磁化有机相可改变各稀土元素在两相的 分配比，这也使得通过磁化来提高稀土元素之间的分离系数成为可能；他们还发 现磁场协助萃取可以缩短达到萃取平衡的时间：然而磁场影响萃取过程的机理还 有待研究。另外也有报道磁场可以影响相分配比。 6 预分散萃取技术( p r e d i s p e r s e ds o l v e n te x t r a c t i o n ) 预分散萃取技术的设计原理是首先把萃取剂制备成高度分散的微小颗粒，然 后与料液混合，由于这些微小颗粒有巨大的总表面积，所需萃取剂相对水相的相 比非常小，这就使得萃取体系有巨大的相界面积体积比，即比表面积，极大地加 速了传质过程，提高了萃取效率。 7 液膜萃取( 1 i q u i dm e m b r a n ee x t r a c t i o n ) 液膜萃取是目前研究应用得非常多的萃取过程，已经发展成为一门独立的 技术。一般用反萃剂作为内相，有机萃取剂作为膜相，料液作为外相。这样由于 分散度高，萃取面积大，且萃取、反萃取在膜的两侧同时进行，属于非平衡萃取。 非平衡萃取一直保持着一4 定的浓差推动力，所以传质速率非常快。萃取完成后， 分相分离出乳状液和萃余液，这时需对乳状液破乳才能得到浓缩液和再生有机 相。目前的问题是膜的稳定性和破乳技术。常用的固定膜的方法是加入表面活性 剂，选择合适的表面活性剂能得到稳定性很好的液膜、但破乳相对也会更难，此 外还有支撑液膜、静电准液膜等。 9 内耦萃反交替过程( i n n e re x t r a c t i o n s t r i p p i n gp r o c e s s ) 第一章文献综述 内耦萃反交替过程是利用液膜的工作原理设计，用混合澄清槽完成的非平衡 萃取过程 4 3 a 4 。混合澄清槽式结构，反应槽下部被一适当高度的中矧隔板分隔为 萃取侧和反萃侧，萃取侧和反萃侧又被各自的溢流板分隔为混合室与澄清室；成 对角线布局的萃取侧混合室与反萃侧混合室内均设有相应的机械搅拌装置。实现 了萃取过程与反萃过程在同一反应槽内部的白相耦合。研究者的实验表明，内耦 萃反交替过程可以获得很高的效率。 i o 双水相萃取【4 5 】 双水相体系萃取分离原理是基于生物质在双水相体系中的选择性分配。当生 物物质进人双水相体系后，在上相和下相问进行选择性分配，这种分配关系与常 规的萃取分配关系相比，表现出更大或更小的分配系数。双水相萃取成为新兴生 物技术产业研究的热点，主要是该技术对于生物物质的分离和纯化表现出特有的 优点和独有的技术优势。双水相萃取主要用于生物工程技术中物质的提取与纯 化，中草药有效成分的提取，稀有金属以及贵金属的分离。 1 1 4 液液萃取的应用 液液萃取可以根据分离对象和要求选择适当的萃取剂和流程，在常温和较低 温度下进行，因此具有适应性强、选择性高、处理量大、分离效果好、回收率高、 可连续操作以及易于自动控制等优点，所以在石油化工、湿法冶金、原子能工业、 生化、环保、食品和医药工业领域越来越广泛的应用。【4 6 】 1 在无机化合物生产中的应用 从含p 2 0 5 的磷矿石中生产磷酸，用丁醇或戊醇为萃取剂进行萃取，制得9 5 磷酸。以钾碱为原料生产硝酸钾时以异戊醇为萃取剂进行萃取，分离盐酸与硝 酸。在卤水氯化生产溴的过程中，以四溴乙烷为萃耿剂从卤水中提取溴。 2 在湿法冶金中的应用 液液萃取是湿法冶炼中溶液分离，浓缩和净化的有效方法，也是稀有金属、 有色金属、贵金属的重要提取方法。萃取在铌一钽、钼一钴一镍、铀一钒、稀 会属的湿法冶金中发挥着重要的作用。 3 在原子能工业中的应用 铀是工业上第一种用萃取法进行提取和纯化的金偶。目前铀的生产工艺中都 采用萃取法，早期采用的萃取剂为磷酸三丁酯，后有二乙基己基磷酸和三脂肪胺。 第一章文献综述 在反应堆后处理中萃取法占有特殊的地位。 4 在有机化工中的应用1 4 7 】 4 1 在石油化工中的应用 石油化工芳香烃和脂肪烃的分离是一个重要的工艺过程。液液萃取技术已大 规模地应用于芳烃的抽提，常用的萃取剂有四乙二醇醚、环丁矾和二甲基研等。 液液萃取还广泛应用于煤油和润滑油的精制，应用最广泛的萃取剂是糠醛 等。 4 _ 2 在医药工业中的应用 许多药物受热容易分解，不能使用常规的蒸馏方法进行分离。因此，液液萃 取技术在医药工业中有着广泛的应用，特别是应用于从发酵液中提取分离抗菌 素。在这方面，青霉素的提取就是是最典型的例子。 此外，液液萃取法在非抗菌素产品或中间体的提取、分离方面也有广泛的应 用，如在维生素a 、b 及c 等的生产过程中均有应用。 4 3 在生物化工中的应用 随着生物化工的迅速发展，液液萃取在生物制品的后处理中正在发挥越来超 重要的作用。如有机酸的提取、氨基酸的提取和分离、蛋白质的分离等。 4 4 在环境工程中的应用 有机化工生产中往往会排出含有机化合物的废水，造成环境污染。液液萃耿 技术可用于从废水中除去有机化合物，尤其适合于处理浓度较高的废水，可化废 为宝，回收有用的有机化合物，如废水脱酚和醋酸萃取。 1 2 萃取精馏 1 2 1 萃取精馏概述 萃取精馏是在精馏过程中加入一种溶剂，溶剂与物系中各组分的作用不同， 从而改变了组分间的相对挥发度，使其向着有利于精馏分离的方向增加，实现原 来挥发度相差很小或形成恒沸物的体系的分离。所添加的溶剂一股沸点较高，层 不与任一组分形成恒沸物。在萃取精馏中，从塔顶可以得到一个纯组分，溶剂与 另一组分从塔底排出，然后回收溶剂，循环使用。 萃取精馏兼有精馏和萃取之优点，能分离单纯采用精馏和萃取无法分离的物 系。d r i x 的溶剂无论与物系组分是否形成均相【4 ”，只要能改变组分间的相对挥 第一章文献综述 发度，不与物系组分形成新的恒沸物，就可以达到良好的分离效果。萃取精馏操 作形式与精馏一样分为连续萃取精馏和分批萃取精馏。 1 、连续萃取精馏，它是在靠近精馏塔塔顶处，连续加入萃取溶剂，溶剂 在每一个理论板上均保持适宜的浓度，在溶剂存在下，被分离组分的相对挥发度 增大，从而得到有效的分离。与溶剂互溶的组分送到溶剂回收塔，再与溶剂分离， 分离出的溶剂送回到萃取精馏塔循环使用。 2 、分批萃取精馏5 0 1 ，它是在分批精馏操作中，加入萃取溶剂，在溶剂作用 下，塔内难分离组分的挥发度发生变化，相对易挥发组分先由塔顶蒸出，然后是 难挥发组分与溶剂的分离，从而回收溶剂以备下一批使用。 1 22 萃取精馏中溶剂作用的微观机理“3 挥发度相近或能形成恒沸物的各个组分，它们的分子结构不同，加入萃取剂 后，萃取剂分子和物系中各组分分子发生不同的作用，主要是改变液相中各组分 分子之间的作用力，从而改变各组分的活度系数，增大组分间的相对挥发度。其 中分子间的作用力可分为物理作用、氢键与络合作用。 1 物理作用 物理作用主要是范德华力，包括取向力，诱导力和色散力。取向力也就是极 性分子的永久偶极矩之间的静电引力，它和分子偶极矩的大小以及温度有关：诱 导力是极性分子的永久偶极矩在电场作用下对邻近分子进行诱导极化，从而使邻 近分子产生一个诱导偶极矩；而色散力则是因为分子的正负电荷中心瞬间相对位 置发生变化，产生瞬间偶极矩而使周围分子极化，被极化的分子反过来加剧瞬时 偶极矩