第5章-萃取-----化学分离工程

1、1,5 液液萃取 (Chapter 5 Liquid-Liquid Extraction ),分离工程 （Separation Engineering）,2,5.1 萃取过程与萃取剂,液液萃取过程的典型设备（补充）,5.3 超临界萃取,3,5.1.1 萃取过程,一、液液萃取的原理 利用溶液中溶质组分在两个液相间的不同分配系 数（溶解度的差异），通过相间传质使组分从一个液 相或转移到另一个液相，从而达到分离的目的。,4,二、液液萃取过程中常用名词 1、两个液相：水相：含有溶质的原溶液相(萃余相) 油相(有机相)：含有溶质的溶剂相(萃取相) 2、分配系数（分配比）：表示萃取体系达到平衡时 溶质在两

2、液相间的分配情况，即溶质在萃取相中浓度 与在萃余相中浓度之比。分配系数越大，越有利于萃 取。 3、相比：萃取相与萃余相体积之比（实验室用语） 两相流量之比称两相流比（工程设计用语）。 4、分离系数：表示原料液中两个组分被萃取剂分离 的程度。它等于相同萃取条件下两组分的分配比的比 值。分离系数越大，萃取效果越好。,5.1.1 萃取过程,5,三、液液萃取分类 1、按萃取过程有无化学反应 (1)物理萃取：石油化工、抗生素、天然产物的提取 (2)化学萃取：金属的提取和分离;(稀有元素的提取) 2、按萃取过程中所提取的物质 (1)无机物质萃取：稀有金属、有色金属的分离、无 机酸的提取；磷酸三丁酯萃取铀、

3、2-乙基己醇从 硼矿石中浸取硼酸 (2)有机物质萃取：用液态SO2从煤油中萃取芳烃,5.1.1 萃取过程,6,3、按萃取过程机理 (1)简单分子萃取：被萃取组分在水相和有机相中均以中性分子存在，溶剂与被萃取组分无化学结合。（有机物的萃取，难电离的无机物的萃取）；碘在水和CCl4间的分配。 (2)中性溶剂络合萃取：萃取剂本身为中性分子，被萃取金属化合物为中性分子，萃取剂与被萃取物组成中性溶剂络合物进入有机相。 常用中性磷化物萃取剂、含氧有机萃取剂,5.1.1 萃取过程,7,(3)酸性阳离子交换萃取：萃取剂为有机酸或酸性螯合剂，金属离子在水相中以阳离子或解离的阳离子形式存在，金属离子与萃取剂反应形

4、成中性螯合物进入有机相。 该过程具有高度的选择性，因此在分离过程应用广泛。 (4)离子络合萃取：金属离子在水相中形成络合阴离子，萃取剂与氢离子结合形成阳离子，二者构成离子缔合体系进入有机相。,5.1.1 萃取过程,8,5.1.2 萃取流程,特点：溶剂消耗量大，萃取相 中溶质浓度低，故工业 应用少，实验室常用。,一、错流萃取流程,9,特点：两相在各级内逆流接 触，工业上广泛应用。,5.1.2 萃取流程,二、逆流萃取流程,10,特点：两个互不相溶的溶剂 (S、W) 逆流接触，使原料混合物中至少两个组分得到完全分离。,5.1.2 萃取流程,三、分馏萃取流程,洗涤段的作用： 提浓萃取液中溶质的浓度。,

5、11,一、作为萃取剂的条件 、萃取分子至少有一个萃取功能基，它与萃取组分结合形成萃合物，常见的有：O、N、P、S等原子。 、萃取剂分子必须有相当长的链烃或芳烃，目的是使萃取剂和萃合物易溶于有机溶剂，而难溶于水。 二、工业上选用萃取剂的原则 1、高的选择性：选择性系数越大，越有利于萃取。 2、大的萃取容量：萃取剂与原溶液的互溶度越小，有利于萃取 3、萃取剂易于回收：一般采用蒸馏的方法回收萃取剂，萃取剂与原料组分的相对挥发度要大，不能形成共沸物。 4、萃取剂的物性：与原料液的密度差大有利于两相迅速分离、形成的两相界面张力大有利于分层，此外，化学和热稳定性强、具有较低的粘度和凝固点、对设备腐蚀小、无

6、毒、来源方便、价格低廉等。 三、常用的萃取剂：中性络合萃取剂、酸性萃取剂、螯合萃取剂、离子对萃取剂,5.1.3 萃取剂,12,5.1.4 萃取过程的特点,同精馏、吸收相比，萃取具有如下特点： 1、萃取过程中相互接触的两相均属于液相。 2、萃取过程中的两相间的密度差、界面张力以及两相的粘度等物性对萃取分离是十分重要的因素。 3、水相、油相对设备材质的亲和性是影响萃取效果的重要因素。 4、萃取过程的优点：处理量大、分离效率高、回收率高、适应性强、易于连续操作和控制等。因此，萃取分离特别适用于(1)精馏难以实现的分离：共沸物、体系含热敏性组分、组分沸点很高的物系；(2)分离物系中被分离组分浓度很低、

7、含难分离的金属、络合的无机物等。,13,5.1.5 液液萃取典型设备（补充）,对萃取设备的基本要求：两相能够密切接触，并伴 有较高的湍动；随后有能使两相较快的分层。,14,混合澄清槽,5.1.5 液液萃取典型设备（补充）,混合器,澄清槽,搅拌器,可单级使用，可以错流、逆流串级使用。,1、混合澄清槽,脉冲器、喷射器,典型的逐级接触式萃取设备：结果简单、传质效率高、操作方便，适用于大、中、小型生产。,15,5.1.5 液液萃取典型设备（补充）,16,5.1.5 液液萃取典型设备（补充）,2、喷淋萃取塔,3、填料萃取塔,17,4、筛板萃取塔,5.1.5 液液萃取典型设备（补充）,18,5.1.6 液

8、液萃取过程主要研究内容（补充）,开发过程：实验室小试、中间试验、工业设备设计 解决的共性问题： 1、确定萃取体系：选择萃取剂； 2、测定相平衡数据； 3、确定工艺和操作条件：萃取剂用量、浓度、两相 流比、温度等。 4、萃取流程的建立：完整的流程包括溶剂萃取和溶 剂再生（反萃取）两部分，有时是萃取、洗涤、 反萃取； 5、萃取设备的选择和设备设计。,19,一、超临界流体(SCF)的性质 超临界流体是指温度和压 力处于临界点以上的流体。 超临界流体具有气、液两相 流体的双重特点，既具有与 气体相当的扩散系数和低粘 度，又具有与液体相近的密 度和对物质良好的溶解能力。 超过临界点的物质，无论压 力多大

9、都不会液化，压力的 变化只引起流体密度的变化。 这一点不同于液体和气体。,5.3 超临界萃取（Supercritical fluid extrcation）,20,二、超临界流体应用 超临界流体萃取、超临界流体反应、超临界流体色谱、超流体临界重结晶等。 三、超临界流体萃取(SFE) 利用超临界流体作萃取剂，从液体或固体中提取某些高沸点成分，以达到分离提纯的新型分离技术。 四、超临界萃取原理：超临界流体对溶质的溶解度随操作条件的改变而改变，即在较高压力下，使溶质溶解于超临界流体中，然后使温度升高或压力降低，使溶质因超临界流体的密度下降、溶解度降低而析出，从而达到分离的目的。,5.3 超临界萃取(

10、Supercritical fluid extrcation),21,五、超临界萃取流体的选择 对被萃取溶质有良好的溶解能力和选择性； 临界温度应接近室温或操作温度； 临界压力低，以降低压缩动力； 化学性质稳定，对设备无腐蚀性； 价廉易得。 常用超临界流体 CO2 、 C2H6 、C2H4 、C3H8、 C3H6 等 CO2：TC=31.05,PC=7.37MPa最常用的。,5.3 超临界萃取(Supercritical fluid extrcation),22,七、超临界萃取的应用 (1)在提取天然产物或食品有效成分中的应用 已工业化装置：从咖啡豆中脱除咖啡因(使咖啡因的含量从 0.73%降到0.02%)、从啤酒花中提取a酸、从茶叶中提取咖啡 因、从烟草中脱除尼古丁等。 另外，以超临界的CO2为萃取剂，从桔子、柠檬、酸橙中提 取油（柑桔油）；从生姜、红辣椒、芹菜、苹果、杏仁等