第四章 液液萃取 1

1、TSHY4 液液萃取液液萃取4.1 分配系数分配系数4.2 萃取剂的选择萃取剂的选择4.3 液液萃取流程液液萃取流程4.4 萃取设备萃取设备(自主学习自主学习)TSHY4.1 液液萃取过程液液萃取过程n基本概念基本概念n 利用液体混合物中各组分在外加溶剂中溶解度的差异而将利用液体混合物中各组分在外加溶剂中溶解度的差异而将目标产物从混合物中分离开来的操作，称为液液萃取，也目标产物从混合物中分离开来的操作，称为液液萃取，也叫溶剂萃取，简称萃取。叫溶剂萃取，简称萃取。n萃取相中起萃取作用的组分称为萃取剂，起溶剂作用的组萃取相中起萃取作用的组分称为萃取剂，起溶剂作用的组分称为稀释剂或溶剂。分称为稀释剂

2、或溶剂。n 具有处理量大、分离效果好、回收率高、可连续操作以及具有处理量大、分离效果好、回收率高、可连续操作以及自动控制自动控制 等特点，因此得到了广泛的应用。等特点，因此得到了广泛的应用。TSHY4.1 液液萃取过程液液萃取过程原料液原料液 萃取剂萃取剂 S S A+B 萃取液萃取液 E 萃取相萃取相 E A(大量大量),B(少量少量) S+A+B S 萃余相萃余相 R B+A+S 萃余液萃余液 R B(大量大量),A(少量少量) 利用利用液体混合物液体混合物中各组分在中各组分在外加溶剂外加溶剂中中溶解度的差异溶解度的差异而而将目标产物从混合物中分离开来的操作，外加溶剂称为将目标产物从混合物

3、中分离开来的操作，外加溶剂称为萃萃取剂取剂。溶质原溶剂（液相）（液相）相界面相界面Extract phase(raffinate phase)TSHY4.1 液液萃取过程液液萃取过程n 炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如烷烃和芳炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如烷烃和芳烃的分离，润滑油的精制等；烃的分离，润滑油的精制等；n 湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金等贵金属的分离和提取；等贵金属的分离和提取；n 磷和硼等无机资源的提取和净化；磷和硼等无机资源的提取和净化；n 医药工业中的多种抗生素和生物碱的分离提取；医药工业中的

4、多种抗生素和生物碱的分离提取；n 食品工业中有机酸的分离和净化；食品工业中有机酸的分离和净化；n 环保处理中有害物质的脱除等。环保处理中有害物质的脱除等。液液萃取在工业上的应用液液萃取在工业上的应用TSHY4.1 液液萃取过程液液萃取过程原料原料 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 常见的萃取操作流程常见的萃取操作流程TSHY4.1.1 特点和主要研究内容特点和主要研究内容 液液萃取过程的特点液液萃取过程的特点 (1)萃取过程的传质前提是两个液相之间的相互接触；萃取过程的传质前提是两个液相之间的相互接触； (2)两

5、相的传质过程是分散相液滴和连续相之间相际传质两相的传质过程是分散相液滴和连续相之间相际传质 过程。过程。 (3)两相间的有效分散是提高萃取效率的有效手段。两相间的有效分散是提高萃取效率的有效手段。 (4)两相的分离需借助两相的密度差来实现。两相的分离需借助两相的密度差来实现。 (5)液液萃取过程可以在多种形式的装置中通过连续或间液液萃取过程可以在多种形式的装置中通过连续或间 歇的方式实现。歇的方式实现。TSHY4.1.1 特点和主要研究内容特点和主要研究内容2. 液液萃取的主要研究内容液液萃取的主要研究内容 (1)确定萃取体系确定萃取体系 包括被萃相体系和萃取相体系的包括被萃相体系和萃取相体系

6、的构成，如被萃相的酸碱度、萃取相的稀释剂等。构成，如被萃相的酸碱度、萃取相的稀释剂等。 (2)测定相平衡数据测定相平衡数据 分配系数和分离系数。分配系数和分离系数。 (3)确定工艺和操作条件确定工艺和操作条件 萃取剂萃取剂和稀释剂用量、和稀释剂用量、被萃物浓度、萃取温度等。被萃物浓度、萃取温度等。 (4)萃取流程的建立萃取流程的建立 完整的萃取和反萃流程。完整的萃取和反萃流程。 (5)设备的确定设备的确定 设备形式和结构。设备形式和结构。TSHY4.2.1 萃取过程中的常用名词萃取过程中的常用名词分配系数分配系数 达到萃取平衡时，被萃物在两相中的浓度比称为被萃物的分配比，达到萃取平衡时，被萃物

7、在两相中的浓度比称为被萃物的分配比，也称为分配系数。也称为分配系数。yA组分组分A在在E相中的组成，相中的组成， xA组分组分A在在R相中相中的的组成。组成。n分配比分配比kA的值越大，被萃物越容易进入萃取相。的值越大，被萃物越容易进入萃取相。AAAxyk BBBxyk -分配系数分配系数 特点：特点：kA 1 ， kB1;溶质分配系数与温度和组成相关，溶质分配系数与温度和组成相关，T、C kA TSHY4.2.2 萃取过程中的常用名词萃取过程中的常用名词选择性系数选择性系数n选择性系数又称为分离因子，表示被萃相中两种物质选择性系数又称为分离因子，表示被萃相中两种物质可被某种萃取剂所分离的难易

8、程度，它等于这两种物质可被某种萃取剂所分离的难易程度，它等于这两种物质在相同萃取条件下的分配比之比。在相同萃取条件下的分配比之比。n 1，且，且 越大越大(kA越大越好，越大越好，kB越小越好越小越好)，萃取剂的，萃取剂的选择性越好，选择性越好，两种物质越容易分离；反之则不容易。两种物质越容易分离；反之则不容易。BABBAABABAkkxyxyxxyyRBRAEBEA相中的质量分数在相中的质量分数在相中的质量分数在相中的质量分数在TSHY4.2.3 萃取剂的选择和常用萃取剂萃取剂的选择和常用萃取剂1. 萃取剂的选择萃取剂的选择 (1) 萃取剂应具备的特点萃取剂应具备的特点 萃取剂中至少要有一个

9、能与被萃物形成萃合物的萃取剂中至少要有一个能与被萃物形成萃合物的官能团。常见的萃取官能团通常是一些包含官能团。常见的萃取官能团通常是一些包含N、O、P、S的基团。的基团。 萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构或基团，萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构或基团，如长链烃、芳烃等，以利于萃取剂在稀释剂中的溶解，如长链烃、芳烃等，以利于萃取剂在稀释剂中的溶解，并防止被萃相对它的溶解夹带损失。并防止被萃相对它的溶解夹带损失。TSHY4.2.4 萃取剂的选择和常用萃取剂萃取剂的选择和常用萃取剂(2)萃取剂选择要点萃取剂选择要点 选择性好选择性好 表现为分离系数大。表现为分离系数大。 B与与S互溶度越小越

10、好，萃取相与萃余相密度差异大。互溶度越小越好，萃取相与萃余相密度差异大。 化学稳定性强化学稳定性强 耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。 易与原料液相分层易与原料液相分层 不乳化、不产生第三相。不乳化、不产生第三相。 易于回收易于回收 便于萃取剂的重复利用。便于萃取剂的重复利用。 安全性好安全性好 无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。 经济性好经济性好 成本低、损耗小。成本低、损耗小。TSHY4.2.5 萃取剂的选择和常用萃取剂萃取剂的选择和常用萃取剂2. 常用萃取剂常用萃取剂 中性萃取剂中性萃取剂 包括含磷类、含氧类和含硫类重型

11、包括含磷类、含氧类和含硫类重型萃取剂，如磷酸三丁酯萃取剂，如磷酸三丁酯(TBP)、甲基异丁基酮、甲基异丁基酮(MIBK)、二辛基亚砜二辛基亚砜(DOSO)等。等。 有机酸萃取剂有机酸萃取剂 包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸等。等。 胺类萃取剂胺类萃取剂 各种有机胺和胺盐。各种有机胺和胺盐。 螯合萃取剂螯合萃取剂 各种有机螯合物、冠醚等。各种有机螯合物、冠醚等。TSHY4.3.1萃取流程萃取流程1. 单级萃取流程单级萃取流程萃取器萃取器萃取剂萃取剂 S原料液原料液F萃取相萃取相 E萃余相萃余相 R优点：设备简单，操作容易；优点：设备简单，操作容易；缺点：溶剂消耗大，溶质在

12、萃余相中残存较多，缺点：溶剂消耗大，溶质在萃余相中残存较多，分离效率不高。分离效率不高。TSHY4.3.2 多级萃取流程多级萃取流程2. 多级错流萃取过程多级错流萃取过程 S R S1 S2 S3 S F，xF R1 R2 R3 RN E1 E2 E3 EN S E 123N特点：每一级均用新鲜萃取剂，故传质推动力较大；特点：每一级均用新鲜萃取剂，故传质推动力较大； 萃取剂用量大，操作费用高。萃取剂用量大，操作费用高。TSHY4.3.3 多级萃取流程多级萃取流程3. 多级逆流萃取过程多级逆流萃取过程 特点：萃取剂用量较小，传质推动力较为均匀特点：萃取剂用量较小，传质推动力较为均匀 ； 不能获得高浓度的最终萃取相不能获得高浓度的最终萃取相 R E F,xF R1 R2 RN-1 RN 1 2 N E1 E2