第八章液液萃取1

1、第八章第八章 液液萃取液液萃取 第一节第一节 概述概述 1、萃取原理、萃取原理 在欲分离的液体混合物中在欲分离的液体混合物中加入加入一种与其一种与其不溶或部分互溶不溶或部分互溶的液体溶剂的液体溶剂，经过充分混合，利用混合液中，经过充分混合，利用混合液中各组分在溶剂中各组分在溶剂中溶解度的差异溶解度的差异而实现分离的一种单元操作。而实现分离的一种单元操作。 溶质溶质 A ：混合液中欲分离的组分混合液中欲分离的组分 稀释剂（原溶剂）稀释剂（原溶剂）B： 混合液中的溶剂混合液中的溶剂 萃取剂萃取剂S： 所选用的溶剂所选用的溶剂 萃取操作的对象、原理、目的萃取操作的对象、原理、目的对象：对象：液相混合

2、物液相混合物A+B、 萃取剂萃取剂 S原理：原理：液体各组分在溶剂液体各组分在溶剂S中溶中溶 解度不同解度不同目的：目的：分离均相液体混合物分离均相液体混合物Raffinate phase原料原料 A+B萃取剂萃取剂 S萃取相萃取相 E萃余相萃余相 R图图12-1 萃取过程原理图萃取过程原理图Extract phase混合器混合器分层器分层器工业常见的萃取操作示意图工业常见的萃取操作示意图原料原料 A+B萃取剂萃取剂 S萃取相萃取相 E萃余相萃余相 R萃取剂萃取剂S 萃取液萃取液E 萃余液萃余液R萃取剂萃取剂S 二、二、液液萃取流程液液萃取流程 萃取萃取单组分萃取单组分萃取 双组分萃取（回流萃

3、取）双组分萃取（回流萃取） 单级萃取或并流接触萃取单级萃取或并流接触萃取多级错流萃取多级错流萃取 多级逆流萃取多级逆流萃取 连续逆流萃取连续逆流萃取 1、 根据混合液中欲分离组分在萃取剂中溶解度差别的根据混合液中欲分离组分在萃取剂中溶解度差别的大小和要求分离程度的高低，萃取过程可以分为单组分萃大小和要求分离程度的高低，萃取过程可以分为单组分萃取（简单萃取）与双组分萃取（回流萃取）两种类型。取（简单萃取）与双组分萃取（回流萃取）两种类型。 如图如图82所示的喷洒萃取塔，原所示的喷洒萃取塔，原料液与萃取剂中的较重者料液与萃取剂中的较重者(重相重相)自塔自塔顶加入，图中重相以连续相形式流至顶加入，图

4、中重相以连续相形式流至塔底排出；较轻者塔底排出；较轻者(轻相轻相)自塔底进入，自塔底进入，经分布器分散成液滴上浮，并与重相经分布器分散成液滴上浮，并与重相接触进行传质，当液滴上升到塔顶部接触进行传质，当液滴上升到塔顶部后凝聚成液层，从塔顶排出。在塔内后凝聚成液层，从塔顶排出。在塔内两液相里逆流接触，两相组成沿着流两液相里逆流接触，两相组成沿着流动方向连续变化。动方向连续变化。 2、根据萃取过程的两相接触方式可分为级式接、根据萃取过程的两相接触方式可分为级式接触和连续接触。触和连续接触。 如图如图83所示单级混合沉降槽为级式所示单级混合沉降槽为级式接触萃取流程，两相组成是逐级变化的。接触萃取流程

5、，两相组成是逐级变化的。原料液和萃取剂进入混合器，在搅拌作用原料液和萃取剂进入混合器，在搅拌作用下两相发生密切接触进行相际传质，然后下两相发生密切接触进行相际传质，然后流入沉降槽经沉降分离成萃取相和萃余流入沉降槽经沉降分离成萃取相和萃余相两个液层并分别排出。可以间歇式或连相两个液层并分别排出。可以间歇式或连续式操作，达到从原料液中分离出一定组续式操作，达到从原料液中分离出一定组分的目的。若单级萃取得到的萃余相中还分的目的。若单级萃取得到的萃余相中还合较多溶质需要进一步萃取，可采用多个合较多溶质需要进一步萃取，可采用多个混合沉降槽实现多级接触苹取，各级间可混合沉降槽实现多级接触苹取，各级间可诺流

6、和逆流安排，分别称为多级错流萃取诺流和逆流安排，分别称为多级错流萃取和多级逆流萃取。和多级逆流萃取。 图图84(a)为多级错流萃取，原料液依次通过各级，新为多级错流萃取，原料液依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各级混合器。鲜溶剂则分别加入各级混合器。 如图如图84(b)为多级逆流萃取，原料液和溶剂依次为多级逆流萃取，原料液和溶剂依次按反方向通过各级。在溶剂量相同的倩况下，逆流按反方向通过各级。在溶剂量相同的倩况下，逆流接触可提供最大的传质推动力，因而所需设备容积接触可提供最大的传质推动力，因而所需设备容积最小；而对指定的设备和分离要求，逆流时所需的最小；而对指定的设备和分离要求，逆流时所需的镕剂

7、量较少。镕剂量较少。萃取操作应用场合萃取操作应用场合 （1）溶质）溶质A的浓度很稀，且的浓度很稀，且B是易挥发组分，此时以蒸馏法回是易挥发组分，此时以蒸馏法回 收收A的单位能耗大如：从稀苯酚水溶液中回收苯酚；的单位能耗大如：从稀苯酚水溶液中回收苯酚； （2）当溶液是恒沸物或分离组分的沸点很接近时；）当溶液是恒沸物或分离组分的沸点很接近时； （3）热敏性物质如：生化药物、食品、香料等；）热敏性物质如：生化药物、食品、香料等； （4）湿法冶金、环境治理等。）湿法冶金、环境治理等。 (1)原料液中各组分间的相对挥发度接近于原料液中各组分间的相对挥发度接近于1或形或形成恒沸物。例如从催化重整和烃类裂解

8、得到的汽油中成恒沸物。例如从催化重整和烃类裂解得到的汽油中回收轻质芳烃，由于轻质芳烃与相近碳原子数的非芳回收轻质芳烃，由于轻质芳烃与相近碳原子数的非芳烃沸点相差很小，有时还会形成共油物因此不能用烃沸点相差很小，有时还会形成共油物因此不能用蒸馏的方法加以分离。蒸馏的方法加以分离。三、三、 液液萃取在工业上的应用液液萃取在工业上的应用 1、在石油化工中的应用、在石油化工中的应用 随着石油化工的发展，液液萃取已广泛应用于分离各种随着石油化工的发展，液液萃取已广泛应用于分离各种有机物质。轻油裂解和铂重整产生的芳烃混合物的分离是重有机物质。轻油裂解和铂重整产生的芳烃混合物的分离是重要的一例。该混合物中各

9、组分的沸点非常接近，用一般的分要的一例。该混合物中各组分的沸点非常接近，用一般的分离方法很不经济。工业上分别用环丁砜、四甘醇、离方法很不经济。工业上分别用环丁砜、四甘醇、N-甲基吡甲基吡咯烷酮为溶剂，从裂解汽油的重整油中萃取芳烃。对于难分咯烷酮为溶剂，从裂解汽油的重整油中萃取芳烃。对于难分离的乙苯体系，离的乙苯体系，原料液中各组分间的相对挥发度接近于原料液中各组分间的相对挥发度接近于1或或形成恒沸物形成恒沸物，用精馏方法不仅回流比大，塔板还高达用精馏方法不仅回流比大，塔板还高达300多多块，操作费用极大。可采用萃取操作以块，操作费用极大。可采用萃取操作以HF-BF3作萃取剂，作萃取剂，从从C8

10、馏分中分离二甲苯及其同分异构体。馏分中分离二甲苯及其同分异构体。2、在精细化工中的应用、在精细化工中的应用 原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分若采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或蒸发过程须将大量稀释剂汽化，能耗大，极不经济。用蒸馏或蒸发过程须将大量稀释剂汽化，能耗大，极不经济。用萃取的方法先将溶质用萃取的方法先将溶质A组分宫集到苹取相中，然后对萃取组分宫集到苹取相中，然后对萃取相进行蒸馏，能耗就会显著降低。例如此稀醋酸水溶液制备相进行蒸馏，能耗就会显著降低。例如此稀醋酸水溶液制备无水醋酸的苹取操作。无水醋酸的苹取操作。3、在生物化工中的应用、在生物化工中的应用 在

11、生化药物制备过程中，生成很复杂的有机液体混合物。这在生化药物制备过程中，生成很复杂的有机液体混合物。这些物质大多为热敏性物质。若选择适当的溶剂进行萃取，可以避些物质大多为热敏性物质。若选择适当的溶剂进行萃取，可以避免受热损坏，提高有效物质的收率。例如青霉素的生产，用玉米免受热损坏，提高有效物质的收率。例如青霉素的生产，用玉米发酵得到含青霉素的发酵液，以醋酸丁酯为溶剂，经过多次萃取发酵得到含青霉素的发酵液，以醋酸丁酯为溶剂，经过多次萃取可得到青霉素的浓溶液。此外，象链霉素、复方新诺明等药物的可得到青霉素的浓溶液。此外，象链霉素、复方新诺明等药物的生产采用萃取操作也得到较好的效果。香料工业中用正丙

12、醇从亚生产采用萃取操作也得到较好的效果。香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素，食品工业中用硫酸纸浆废水中提取香兰素，食品工业中用TBP从发酵液中萃取从发酵液中萃取柠檬酸也得到了广泛应用。可以说，萃取操作已在制药工业、精柠檬酸也得到了广泛应用。可以说，萃取操作已在制药工业、精细化工中占有重要的地位。细化工中占有重要的地位。4、在在有机化工中有机化工中的应用的应用 高沸点有机化合物的分离若要采用蒸馏方法对高高沸点有机化合物的分离若要采用蒸馏方法对高沸点有机化台物进行分离，则必须采用高真空蒸馏或沸点有机化台物进行分离，则必须采用高真空蒸馏或分子蒸馏，这对技术要求很高，而且能耗也高，这种分子

13、蒸馏，这对技术要求很高，而且能耗也高，这种情况下可采用萃取方法进行分离。如用乙酸来萃取植情况下可采用萃取方法进行分离。如用乙酸来萃取植物油中油酸的操作。物油中油酸的操作。 5、在湿法冶金中的应用、在湿法冶金中的应用 20世纪世纪40年代以来，由于原子能工业的发展，大量的研究工年代以来，由于原子能工业的发展，大量的研究工作集中于铀、钍、钚等金属提炼，结果使萃取法几乎完全代替了作集中于铀、钍、钚等金属提炼，结果使萃取法几乎完全代替了传统的化学沉淀法。近传统的化学沉淀法。近20年来，由于有色金属使用量剧增，而开年来，由于有色金属使用量剧增，而开采的矿石中的品位又逐年降低，促使萃取法在这一领域迅速发展

14、采的矿石中的品位又逐年降低，促使萃取法在这一领域迅速发展起来。例如用溶剂起来。例如用溶剂LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜是是20世纪世纪70年代以来湿法液化金的重要成就之一。目前一般认为年代以来湿法液化金的重要成就之一。目前一般认为只要价格与铜相当或超过铜的有色金属如钴、镍、锆等等，都应只要价格与铜相当或超过铜的有色金属如钴、镍、锆等等，都应当优先考虑用溶剂萃取法进行提取。有色金属冶炼、已逐渐成为当优先考虑用溶剂萃取法进行提取。有色金属冶炼、已逐渐成为溶剂萃取应用的重要领域。溶剂萃取应用的重要领域。四、萃取操作的特点四、萃取操作的特点 1、选择适

15、宜的溶剂是一个关键问题、选择适宜的溶剂是一个关键问题 液液萃取过程是溶质从一个液相转入另一个液相的相际传液液萃取过程是溶质从一个液相转入另一个液相的相际传质过程，所以萃取过程和蒸馏、吸收等过程类似，但萃取过质过程，所以萃取过程和蒸馏、吸收等过程类似，但萃取过程是液液相之间的物质传递，而蒸馏和吸收过程则是气液相程是液液相之间的物质传递，而蒸馏和吸收过程则是气液相之间的物质传递。之间的物质传递。2、溶质与萃取剂的沸点差大有利溶质与萃取剂的沸点差大有利 萃取与精馏一样可用于分离均相混合液萃取与精馏一样可用于分离均相混合液，蒸馏操作可直接获取较纯的难、易挥发组分，蒸馏操作可直接获取较纯的难、易挥发组分

16、，而萃取操作若要获取较纯的，而萃取操作若要获取较纯的A组分，并回收组分，并回收供循环使用的萃取剂供循环使用的萃取剂s，则需对萃取相和萃余，则需对萃取相和萃余相进行进一步分离，其分离方法一般采用蒸馏相进行进一步分离，其分离方法一般采用蒸馏或蒸发方法，有时也可采用结晶或其他化学方或蒸发方法，有时也可采用结晶或其他化学方法法。3、两个液相应具有一定的密度差、两个液相应具有一定的密度差 萃取过程包括两相的充分混合和分离两个步骤。萃取设萃取过程包括两相的充分混合和分离两个步骤。萃取设备中，两相的混合往往是靠外部机械做功来完成，如搅拌等。备中，两相的混合往往是靠外部机械做功来完成，如搅拌等。两相的分离，则

17、要求两相必须具有一定的密度差，以利于相两相的分离，则要求两相必须具有一定的密度差，以利于相对流动与分层。对流动与分层。三元物系 溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，但萃取剂S与稀释剂B不互溶 溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，稀释剂B与萃取剂S也可部分互溶三元混合液中有两对组分可部分互溶，即溶质A与萃取剂S部分互溶，稀释剂B与萃取剂S也部分互溶第二节第二节 液液萃取相平衡液液萃取相平衡 一、一、 三角形相图三角形相图 萃取过程牵涉到两相间物质传递，故需讨论两相间的萃取过程牵涉到两相间物质传递，故需讨论两相间的相平衡相平衡关系关系。若萃取剂。若萃取剂S与稀释剂与稀释剂B完全不互溶或溶解度在操作范围

18、内可完全不互溶或溶解度在操作范围内可忽略不计，那么萃取相只有忽略不计，那么萃取相只有A+S，萃余相只有，萃余相只有A+B，其平衡关系，其平衡关系与吸收类似，可以用直角坐标表示；然而常见的是与吸收类似，可以用直角坐标表示；然而常见的是S与与B属于部分属于部分互溶，此时萃取相有互溶，此时萃取相有A+S+B，萃余相有，萃余相有A+B+S，故每相都含三个，故每相都含三个组分，其平衡关系要用三角形相图来表示。组分，其平衡关系要用三角形相图来表示。 三角形相图分为三角形相图分为正三角形正三角形、等腰等腰直角三角形和非直角三角形和非等腰等腰直角三角形直角三角形，各组分在相图上坐标组成用各组分在相图上坐标组成

19、用质量百分率质量百分率(mass fraction)表示。表示。1、三元组成在三角形相图中的表示法、三元组成在三角形相图中的表示法 三个顶点：三个顶点：纯物质纯物质 三条边上的点三条边上的点：二元混合物的组成ABSH 7 . 0 BHxA3 . 0 AHxBH点的组成为： ABSHMDEGFKE点的组成为：点的组成为： 0.4 AxBE 1 0.4 0.6BxAE ABSHMDEGFKM点的组成为：0.4 0.3 0.3 ABSxBExSGxAK0.4 0.3 0.31.0ABSxxx (二二)杠杆规则杠杆规则 如图如图86所示，将质量为所示，将质量为r、组成为组成为xA，xB，xS的混合物系

20、的混合物系R与质量为与质量为e、组成为、组成为yA，yB，yS的混合物系的混合物系E相混合，得到一个相混合，得到一个质量为质量为m、组成为、组成为zA，zB,zS的新的新混合物系混合物系M，其在三角形坐标，其在三角形坐标图中分别以点图中分别以点R，E和和M表示。表示。M点称为点称为R点与点与E点的点的和点和点，R点与点与E点称为点称为差点差点。 (1)几何关系几何关系 和点和点M与差点与差点E，R共线。即：和点在两差点的共线。即：和点在两差点的连线上；一个差点在另一差点连线上；一个差点在另一差点与和点连线的延长线上。与和点连线的延长线上。 和点和点M与差点与差点E，R之间的关系可用杠杆规则之间

21、的关系可用杠杆规则描述，即描述，即: (2)数量关系数量关系 和点与差点的量和点与差点的量m,r,e与与线段长线段长a，b之间的关系符合杠杆原理，之间的关系符合杠杆原理，即：以即：以R为支点可得为支点可得m,e之间的关系：之间的关系：ma=e( a+ b)以以M为支点可得为支点可得r，e之间的关系：之间的关系： r a=e b以以E为支点可得为支点可得r，m之间的关系：之间的关系： r (a +b)=m b 根据杠杆规则，若已知两个差点，则可确定和点；若已根据杠杆规则，若已知两个差点，则可确定和点；若已知和点和一个差点，则可确定另一个差点。知和点和一个差点，则可确定另一个差点。 如图如图87所

22、示，某所示，某A,B二元混合液二元混合液的组成以的组成以A,B边上某点边上某点F代表，将萃取代表，将萃取S加入其中，所得的三元混合液的总组加入其中，所得的三元混合液的总组成在连线成在连线FS上以点上以点M表示，那么萃取表示，那么萃取剂的质剂的质S与混合液的质量与混合液的质量F之比符合下之比符合下列比例关系：列比例关系： 如果逐渐增加萃取剂的量，点如果逐渐增加萃取剂的量，点M将按此将按此比例关系沿着比例关系沿着FS线向线向S点的方向移动。如点的方向移动。如果萃取相的组成在果萃取相的组成在M点，蒸馏问收溶剂，点，蒸馏问收溶剂，其物系组成点必将在其物系组成点必将在SM反向延长线和反向延长线和AB交点

23、上，最后得到萃取液组成点交点上，最后得到萃取液组成点F。 由此可见，根据杠杆规则和二元混合由此可见，根据杠杆规则和二元混合液的质量及萃取剂的质量可以较方便地液的质量及萃取剂的质量可以较方便地确定三元混合液和点确定三元混合液和点M的位置，反之，也的位置，反之，也可以根据可以根据M点的位置，通过量取点的位置，通过量取FM及及MS的距离方便地求出质量的距离方便地求出质量F和和S。二、部分互溶物系的相平衡二、部分互溶物系的相平衡 根据萃取操作中各组分的互溶性可将三元物系分为以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：下三种情况： 组分组分A可完全溶解于可完全溶解于B及及S，但，但B与与

24、S不互溶；不互溶；组分组分A可完全溶解干可完全溶解干B及及S，但，但B与与S部分互溶；部分互溶； 组分组分A可完全溶解于可完全溶解于B，但，但A与与S及及B与与S为部分互溶。为部分互溶。 习惯上，将习惯上，将、两种情况的物系称为第两种情况的物系称为第I类物系，类物系， 而将情况的物系称为第而将情况的物系称为第类物系。在萃取操作中，第类物系。在萃取操作中，第I类类物系较为常见，以下主要讨论这类物系的相平衡关系。物系较为常见，以下主要讨论这类物系的相平衡关系。 如图如图88所示为一定温度下溶质所示为一定温度下溶质A可完可完全溶于全溶于B及及S但但B与与S为部分互溶体系的平为部分互溶体系的平衡曲线。

25、衡曲线。 图中曲图中曲R0R1R2R3R4RnKEnE4E3E2E1E0称为溶解度曲线，该曲线将三角形相图分称为溶解度曲线，该曲线将三角形相图分为两个区域：曲线以内的区域为分层区或为两个区域：曲线以内的区域为分层区或两相区，即三元混合液组成在此区域分成两相区，即三元混合液组成在此区域分成两层：曲线以外的区域为单相区或均相区，两层：曲线以外的区域为单相区或均相区，即二元混合液组成在此区域为一层。即二元混合液组成在此区域为一层。1、共轭线、共轭线(联结线联结线)与溶解度曲线与溶解度曲线 位于两相区内的混合物分成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两个互相平衡的液相称为共轭相，联结两共

26、扼液相相点的直线相，联结两共扼液相相点的直线称为联结线如图称为联结线如图88中的中的RiEi线线(io，1，2，n)。显然，萃。显然，萃取操作只能在两相区内并行。取操作只能在两相区内并行。ABSPMQR1R2R3E1E2E3M1M2M3J溶解度曲线溶解度曲线，实验测定实验测定联结线或共轭线联结线或共轭线PQR1E1R2E2均相区均相区两相区两相区(分层区分层区)图图12-4 三角形相图上的联结线和溶解度曲线三角形相图上的联结线和溶解度曲线 通过已知点通过已知点R1，R2，Rn分别作分别作BS边的平行线，再通过相应联结线的另边的平行线，再通过相应联结线的另一端点一端点E1，E2，En分别作分别作

27、AB边的边的平行线，各线分别相交于点平行线，各线分别相交于点C1，C2，C,C3，连接各交点及，连接各交点及P点所得的平滑曲点所得的平滑曲线即为辅助曲线。利用辅助曲线可求任线即为辅助曲线。利用辅助曲线可求任意已知平衡液相的共轭相。如图意已知平衡液相的共轭相。如图810所所示，设示，设R为已知平衡液相，自点为已知平衡液相，自点R作作BS边边的平行线交辅助曲线子点的平行线交辅助曲线子点C，自，自C点作点作AB边的平行线，交溶解度曲线于点边的平行线，交溶解度曲线于点E，则点则点E即为即为R的共扼相点。的共扼相点。S临界混溶点或褶点临界混溶点或褶点ABPQR1R2R3E1E2E3KB%ERS%A%C1

28、C2C3C图图8-10 辅助线的作法及应用辅助线的作法及应用 (二二)辅助曲线和临界混溶点辅助曲线和临界混溶点 辅助曲线与溶解度曲线的交点辅助曲线与溶解度曲线的交点为为P，显然通过，显然通过P点的联结线无点的联结线无限短，即该点所代表的平衡液限短，即该点所代表的平衡液相无共轭相，相当于该系统的相无共轭相，相当于该系统的临界状态，故称点临界状态，故称点P为临界混为临界混溶点。它把溶解度曲线分为左溶点。它把溶解度曲线分为左右有两部分：靠稀释剂右有两部分：靠稀释剂B一侧一侧为萃余相部分靠萃取剂为萃余相部分靠萃取剂S一一侧为萃取相部分。侧为萃取相部分。S临界混溶点或褶点临界混溶点或褶点ABPQR1R2

29、R3E1E2E3KB%ERS%A%C1C2C3C图图12-5 辅助线的作法及应用辅助线的作法及应用 (二二)辅助曲线和临界混溶点辅助曲线和临界混溶点R1E1、R2E2、R3E3连线连线都有一定斜率，故都有一定斜率，故K点一点一般不是溶解度曲线顶点。般不是溶解度曲线顶点。S临界混溶点或褶点临界混溶点或褶点ABPQR1R2R3E1E2E3KB%ERS%A%C1C2C3C图图12-5 辅助线的作法及应用辅助线的作法及应用三、三、 分配系数分配系数 kA和分配曲线和分配曲线AAEARAAykx溶质在萃取相（ ）中的组成溶质在萃余相（ ）中的组成掌握：分配系数值对分离效果影响掌握：分配系数值对分离效果影

30、响kA=1 , y = x ，联结线与底边平行联结线与底边平行kA1, y x ，联结线斜率大于零联结线斜率大于零kA 1, y 1，萃取时组分萃取时组分A可以在萃取相中浓集，可以在萃取相中浓集，越大，组分越大，组分A与与B萃取分离的效果越好。萃取分离的效果越好。 2）选择性系数和分配系数的关系）选择性系数和分配系数的关系 kA愈大，愈大，kB愈小，选择性系数愈大愈小，选择性系数愈大 选择性系数表示萃取剂对组分选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小溶解能力差别的大小maxEmaxE B、S互溶度小，分层区面积大，互溶度小，分层区面积大，可能得到的萃取液的浓可能得到的萃取液的浓度度越

31、高。越高。 B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。互溶度愈小，愈有利于萃取分离。 2、萃取剂与原溶剂的互溶度、萃取剂与原溶剂的互溶度 组分组分B与与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积。的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积。 (a)组分组分B与与S互溶度小互溶度小(b)组分组分B与与S互溶度大互溶度大 常用精馏方法分离萃取相及萃余相的溶剂常用精馏方法分离萃取相及萃余相的溶剂S，要求，要求S与其他组分的相对挥发度大，不形成恒沸物。若与其他组分的相对挥发度大，不形成恒沸物。若S为易为易挥发组分，或因溶质几乎不挥发，则采用蒸发法分离，挥发组分，或因溶质几乎不挥发，则采用蒸发法分离，希望希望S的汽

32、化潜热小。的汽化潜热小。3、萃取剂的可回收性、萃取剂的可回收性 被分离体系相对挥发度被分离体系相对挥发度大，用蒸馏方法分离；大，用蒸馏方法分离； 如果如果接近接近1，可用反萃取，结晶分离等方法。，可用反萃取，结晶分离等方法。4、萃取剂的物理性质、萃取剂的物理性质 1）萃取剂的密度）萃取剂的密度萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差2）界面张力）界面张力界面张力较大时，有利于分层；界面张力过大，难以使两界面张力较大时，有利于分层；界面张力过大，难以使两相混合良好；相混合良好； 界面张力较小时，两相难以分离。界面张力较小时，两相难以分离。 首要考虑的还是满足分层的

33、要求。首要考虑的还是满足分层的要求。一般不选界面张力过小的萃取剂。一般不选界面张力过小的萃取剂。3）粘度粘度 粘度小对萃取剂有利粘度小对萃取剂有利 5、一般工业要求、一般工业要求 化学稳定性、不易聚合、分解，有阻垢的热稳定性，化学稳定性、不易聚合、分解，有阻垢的热稳定性，抗氧化的稳定性，对设备的腐蚀性小，无毒，来源容易，抗氧化的稳定性，对设备的腐蚀性小，无毒，来源容易，价格便宜等价格便宜等 二、萃取剂的组成和用量的影响二、萃取剂的组成和用量的影响1、萃取剂的组成、萃取剂的组成 萃取剂中的溶质萃取剂中的溶质A或稀释剂或稀释剂B的含量越高，萃取剂和萃的含量越高，萃取剂和萃取相中取相中yE与与xR均

34、增高，尽管萃取相中均增高，尽管萃取相中A组分含量增多但组分含量增多但萃取相量萃取相量E减少，同时萃余相中减少，同时萃余相中A组分提高后，造成了组分提高后，造成了A组组分回收率的降低。因此，萃取剂再生时应尽量地降低其中分回收率的降低。因此，萃取剂再生时应尽量地降低其中A与与B的浓度，提高萃取效果。的浓度，提高萃取效果。 2、萃取剂用量、萃取剂用量 在萃取操作中，改变萃取剂用量是调节的重要手段。在萃取操作中，改变萃取剂用量是调节的重要手段。一般来讲，在其他条件和设备级数不变的情况下，适当地增一般来讲，在其他条件和设备级数不变的情况下，适当地增加萃取剂用量，萃余相中溶质加萃取剂用量，萃余相中溶质A的

35、浓度将降低，分离效果提的浓度将降低，分离效果提高。但萃取剂用量过大，将使萃取剂回收负荷加重，再生效高。但萃取剂用量过大，将使萃取剂回收负荷加重，再生效果不好，导致循环使用的萃取剂中果不好，导致循环使用的萃取剂中A组分含量增加，萃取效组分含量增加，萃取效果反而下降。因此在实际生产中，必须注意萃取与萃取剂回果反而下降。因此在实际生产中，必须注意萃取与萃取剂回收操作之间的相互制约的关系。收操作之间的相互制约的关系。 三、温度对萃取剂性能的影响三、温度对萃取剂性能的影响 温度升高，溶解度增加温度升高，溶解度增加图图12-8 温度对两相区大小的影响温度对两相区大小的影响 某些体系，温度改变，溶解度曲线的

36、形状会发生很大的变化。某些体系，温度改变，溶解度曲线的形状会发生很大的变化。如甲基环戊烷（如甲基环戊烷（A）正己烷（正己烷（B）苯胺（苯胺（S）体系）体系S（T1）ABABS（T2）ABS（T3）T3 T2 T1 四、分散相选择的影响四、分散相选择的影响 通常分散相的选择可按以下几个方面考虑：通常分散相的选择可按以下几个方面考虑： (1)为获得较大的相际接触进面积，一般以流为获得较大的相际接触进面积，一般以流量大的作为分散相。但当两流量相差较大，而且量大的作为分散相。但当两流量相差较大，而且所选用的设备又可能产生严重轴向混合时所选用的设备又可能产生严重轴向混合时(如喷洒如喷洒萃取塔萃取塔)，为

37、减少轴向混合的影响，应将流量小的，为减少轴向混合的影响，应将流量小的作为分散相。作为分散相。 (2)对于界面张力随溶质含量增加而增大的物系，对于界面张力随溶质含量增加而增大的物系，分散相以原料液为好。因为随着液滴中溶质向萃取剂中分散相以原料液为好。因为随着液滴中溶质向萃取剂中传递，液滴表面的溶质含量逐渐减小，界面张力减小，传递，液滴表面的溶质含量逐渐减小，界面张力减小，液滴稳定性差，容易破碎，液滴平均滴径小，相际接触液滴稳定性差，容易破碎，液滴平均滴径小，相际接触面积大，增大了液滴表面的湍动，强化传质过程。强度面积大，增大了液滴表面的湍动，强化传质过程。强度较小的连续相对液滴的浮升或沉降的阻滞

38、力小，可获得较小的连续相对液滴的浮升或沉降的阻滞力小，可获得较大的相对速度，强化了传质过程，提高了设备能力。较大的相对速度，强化了传质过程，提高了设备能力。所以应将黏度大的液体作为分散相。而对于填料塔和筛所以应将黏度大的液体作为分散相。而对于填料塔和筛板塔等传质设备，可将不易湿润的填料或筛板表面的液板塔等传质设备，可将不易湿润的填料或筛板表面的液相作为分散相，这样可以保持分散相更好地形成液滴状相作为分散相，这样可以保持分散相更好地形成液滴状分散于连续相中，以增大相际接触面积。分散于连续相中，以增大相际接触面积。 (3)从成本和安全角度考虑应将成本高和易从成本和安全角度考虑应将成本高和易燃、易爆

39、的液体作为分散相。燃、易爆的液体作为分散相。 当作为分散相的液体当作为分散相的液体确定后，为确保液体分散成液滴，首先是分散液体通确定后，为确保液体分散成液滴，首先是分散液体通过分布器分散后再进入连续相。另外，在操作时应控过分布器分散后再进入连续相。另外，在操作时应控制分散相在设备内的滞留量，滞留量大，液滴碰撞机制分散相在设备内的滞留量，滞留量大，液滴碰撞机会增多，可能会由分散相转变为连续相，两相接触面会增多，可能会由分散相转变为连续相，两相接触面积减小。因此，在萃取操作过程中作为连续相的液体积减小。因此，在萃取操作过程中作为连续相的液体在设备内的滞留量大，而分散相滞留量小。在设备内的滞留量大，

40、而分散相滞留量小。第五节第五节 萃取设备萃取设备一、萃取设备的基本条件与分类一、萃取设备的基本条件与分类 1、液液萃取设备的基本条件、液液萃取设备的基本条件 必须有使两相间具有很大的接触面积；分散两相必须进行相必须有使两相间具有很大的接触面积；分散两相必须进行相对流动以实现两相逆流和液滴聚合与两相分层对流动以实现两相逆流和液滴聚合与两相分层。 2、液液萃取设备的分类、液液萃取设备的分类 （1）两液相的接触方式：）两液相的接触方式：逐级接触式和微分接触式逐级接触式和微分接触式 （2）构造特点和形状：）构造特点和形状：组件式和塔式组件式和塔式 （3）是否输入机械能：）是否输入机械能：重力流动设备、

41、输入机械能量的萃重力流动设备、输入机械能量的萃取塔取塔1、混合、混合-澄降槽澄降槽 二、萃取设备主要类型二、萃取设备主要类型优点优点 处理量大，级效率高；处理量大，级效率高； 结构简单，容易放大和操作；结构简单，容易放大和操作； 两相流量比范围大，运转稳定可靠，易于开、停两相流量比范围大，运转稳定可靠，易于开、停工；对物系的适应性好，对含有少量悬浮固体的工；对物系的适应性好，对含有少量悬浮固体的物料也能处理；物料也能处理； 易实现多级连续操作，便于调节级数。不需高大易实现多级连续操作，便于调节级数。不需高大的厂房和复杂的辅助设备。的厂房和复杂的辅助设备。缺点缺点 占地大，溶剂储量大。占地大，溶

42、剂储量大。 需要动力搅拌和级间物流输送设备，设备费和操作需要动力搅拌和级间物流输送设备，设备费和操作费较高。费较高。2、重力流动的萃取塔、重力流动的萃取塔（1）、喷洒塔）、喷洒塔优点：优点：结构简单、投资少、结构简单、投资少、易于维护易于维护缺点：缺点：两相接触面积和传质两相接触面积和传质系数都不大，轴向返混严重，系数都不大，轴向返混严重，传质效率低。传质效率低。HETS约为约为36m。（2 2）填料萃取塔）填料萃取塔特点：填料萃取塔结构简单，造价特点：填料萃取塔结构简单，造价低廉，操作方便，级效率较低，在低廉，操作方便，级效率较低，在工艺要求的理论级小于工艺要求的理论级小于3 3，处理量，处

43、理量较小时可考虑采用。较小时可考虑采用。 填料萃取塔填料萃取塔轻液轻液重液重液液液相界面填料 填料作用：填料作用：使液滴表面更新，抑制连续相在塔内使液滴表面更新，抑制连续相在塔内回流减少返混。传质效率比喷洒塔高，回流减少返混。传质效率比喷洒塔高，HETS约为约为1.56m。常用填料：常用填料：拉西环、弧鞍、鲍尔环拉西环、弧鞍、鲍尔环填料材料：填料材料：被连续相优先润湿、不为分散相润湿被连续相优先润湿、不为分散相润湿优点：优点：结构简单，造价低廉，操作方便，适合处理有结构简单，造价低廉，操作方便，适合处理有腐蚀性的液体。腐蚀性的液体。缺点：缺点：一般填料传质效率低，理论级当量高度大。不一般填料传质效率低，理论级当量高度大。不适用于有固体悬浮液的料液一般填料。适用于有固体悬浮液的料液一般填料。（3 3）筛板萃取塔）筛板萃取塔 萃取过程中的筛板塔萃取过程中的筛板塔轻液轻液轻液轻液重液重液重液筛板筛板轻液分散轻液分散在重液内在重液内的混合液的混合液分散相聚分散相聚集界面集界面溢流管溢流管塔板上两相流动情况：塔板上