(Extraction)第一节概述一、萃取的原理萃取是利用液体混合物中各组分在所选定的溶剂中溶解度的差异，来达到分离各组分和提纯物质的单元操作。润滑油的精制过程：为达到润滑油较好的粘温特性及抗氧化安定性,必须从润滑油原料中除去大部分多环短侧链芳香烃和胶质,可在润滑油原料中加入糠醛以溶解非理想组分。油田含油废水中油含量的测定：使用石油醚或氯仿作为溶剂,将水中石油类物质溶解以实现与水相的分离。萃取操作的关键是选择一种适宜的溶剂，该溶剂对液体混合物中欲萃取的组分应有显著的溶解能力，而对其余的组分完全不溶或溶解能力较小。这样，溶剂加入液体混合物后可形成两相，欲萃取的组分溶入溶剂相从而达到分离的目的。萃取相ExtractFeed萃取剂Solvent混合澄清槽Mixer-settler二、萃取操作流程萃取操作包括混合和分离两部分。混合的目的是使原料液和溶剂充分接触，造成极大的传质面积，从而利于溶质由原溶剂中转溶到萃取剂中；分离的目的是使传质后形成新的两相分离，以便从萃取相和萃余相中除去溶剂得到产品，溶剂循环使用。1、萃取基本流程萃取剂：萃取过程中所选择的溶剂，用S表示。溶质：混合液中在萃取剂中溶解度大的组分，用A表示。稀释剂：在萃取剂中不溶解或溶解度小的组分，用B表示。萃取相：以萃取剂为主，含有部分溶质的一相，以E表示。萃取液：将萃取相中的萃取剂完全脱除得到的液体，以E’表示。萃余相：以稀释剂为主，含有部分溶质的一相，以R表示。萃余液：将萃余相中的萃取剂完全脱除得到的液体，以R’表示。2、基本概念原料液由溶质A+稀释剂B组成例如,用乙酸乙酯萃取水中的醋酸，乙酸乙酯为萃取剂S，醋酸为溶质A，水为稀释剂B，分层后的酯相为萃取相E，水相3、萃取流程分类分级接触式多级错流多级逆流按溶液与萃取剂的接触方式微分接触式(连续接触式)单级萃取单级萃取最多为一次平衡，故分离程度不高，只适用于溶质在萃取剂中的溶解度很大或溶质萃取率要求不高的场合。萃取相ExtractFeed萃取剂Solvent混合澄清槽Mixer-settler多级错流萃取多级错流萃取萃取剂Solvent原料液依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各级的混合槽中，萃取相和最后一级的萃余相分别进入溶剂回收设备。特点特点：：萃取率比较高，但萃取剂用量较大，溶剂回收处理量大，能耗较大。Feed萃取相Extract多级逆流萃取萃取剂Solvent原料液和萃取剂依次按反方向通过各级，最终萃取相从加料一端排出，并引入溶剂回收设备中，最终萃余相从加入萃取剂的一端排出，引入溶剂回收设备中。特点特点：：可用较少的萃取剂获得比较高的萃取率，工业上广泛采用。Feed萃取相Extract一液相为连续相，另一液相为分散相，分散相和连续相呈逆流流动；两相在流动过程中进行质量传递，其浓度沿塔高呈连续微分变化；两相的分离在塔的上下两端进行。微分接触式（连续接触式）一般在塔式设备（喷淋塔、填料塔、转盘塔、振动筛板塔等）中进行。轻液出口LightLiquidoutlet轻液进口Lightliquidinlet重液出口Heavyliquidoutlet重液进口Heavyliquidinlet4、萃取－蒸馏联合过程三、萃取操作在工业上的应用1、混合液中各组分的沸点很接近或形成恒沸混合物，用一般精馏方法不经济或不能分离；（如所需理论板数很多，或必须采用大回流比）如:环己烷（A)与苯(B)常压沸点为80.73、80.1,α１。2、混合液中含热敏性物质，受热易分解、聚合或发生其它化学变化；在生化制药中，生成复杂的有机液体混合物，这些物质多为热敏性混合物。选择适当的溶剂进行萃取，可避免受热损坏，提高有效物质的收率。例如青霉素的生产，含青霉素的发酵液，以乙酸丁脂为溶剂，经过多次萃取得到青霉素的浓溶液。3、混合液中需分离的高沸点组分浓度很低，采用精馏方法须将大量稀释剂汽化，能耗太大。例如，从稀醋酸水溶液中回收醋酸，宜采取先萃取后精馏的方法，可以乙酸乙酯为萃取剂先将水中的醋酸富集到酯相。19世纪，用于无机物和有机物的分离，如1842年用二萃取硝酸铀酰，用乙酸乙脂类的物质分离水溶液中的乙酸等。石油化工石油化工：：链烷烃与芳香烃共沸物的分离。例如用二甘醇从石脑油裂解副产汽油中或重整油中萃取芳烃,如苯、甲苯和二工业废水处理工业废水处理：：用二烷基乙酰胺脱除染料厂、炼油厂、焦化厂废水中的苯酚。有色金属冶炼有色金属冶炼：萃取是：萃取是湿法冶金中溶液分离、浓缩和净化的有效方法。例如铌-钽、镍-钴、铀-钒体系的分离，以及核燃料的制备。制药工业制药工业：：从复杂的有机液体混合物中分离青霉素、链霉素以及维生素等。4、萃取应用举例抗生素发酵液预处理板框过滤溶剂萃取萃取相水洗涤加酸反相萃取蒸馏回收结晶干燥产品溶剂相溶剂洗涤废水处理抗生素萃取相膜分离溶剂抗生素萃取分离过程的膜法改进工艺滤液膜法浓缩1、萃取操作中，溶剂选择的是否适宜，是过程能否进行的关键之一。所选溶剂不仅要对溶质A的选择性大，而且要回收方便，回收操作价格低廉。2、由于萃取过程包括混合和分离两部分，所以萃取设备中也应有相应的两部分。3、萃取过程是液－液相间传质过程，相平衡关系为过程进行的极限。4、萃取是一种过渡性操作。E相和R相脱溶剂后得到富集A或B组分的新溶液，未得到产品。四、萃取操作的特点五、液液萃取与蒸馏的比较单元操作液-液萃取蒸馏操作原理组分在萃取剂中溶解度不同组分的挥发度不同有无相变应用条件有无合适的萃取剂各组分沸点不同且不形成所用设备塔类及其他萃取设备各种类型的蒸馏塔操作温度第二节萃取的基本原理萃取的两相通常为三元混合物，故其组成和相平衡的图解表示法与前述气液传质不同，在此首先介绍三元混合物组成在三角形相图上的表示方法一、液－液相平衡萃取过程的液液相平衡涉及三个组分（萃取剂、溶质和稀释剂），根据相律，F=C-φ+2=组分数－相数＋2=3-2+2=3，其自由度为3。当操作过程的温度、压力固定后，在两平衡液相的组成中只有一个为独立变量。常用三角形相图的方法表示相平衡关系。三元组成如何表示？三元组成如何表示？在精馏与吸收中1、三角形相图中组成的表示方法可用等腰直角三角形、等边三角形、不等腰直角三角形坐标图。其中以等腰直角三角形相图最为常用组分的浓度以摩尔分率、质量分率表示均可。一般而言，在萃取过程中很少遇到恒摩尔流的简化情况，故在本章中三角形任一边上的任一点代表二元混合物，第三组分的组成为0。边上任一点越靠近某一顶点处，此顶点所代表的组分在溶液中的浓度越大。三角形的三个顶点分别表示A、B、S三个纯组分。=1.0习惯上，在三角形相图中，AB边以A的质量分率作为标度，BS边以B的质量分率作为标度，SA边以S的质量分率作为标度。0.80.60.40.20.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 0.80.6 0.4 0.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 =0.6三角形内任一点代表某三元混合物的组成。 如何确定点坐标？ 如何确定M 点坐标？ 三元混合物中A含量如何表达： 三元混合物中A含量如何表达： ＝EB=0.4过M作BS边的平行线 过M作AB边的平行线 三元混合物中S含量如何表达： 三元混合物中S含量如何表达： ＝AF=0.3如何确定 点坐标？ 如何确定M 点坐标？ 0.20.4 0.6 0.8 三元混合物中B含量如何表达： 三元混合物中B含量如何表达： =0.3如何确定 点坐标？ 如何确定M 点坐标？ 过M作AS边的平行线 将质量为V kg、组成为x 的混合物系U相混合，得到一个质量为M kg、组成为z 的新混合物系M物料衡算: 2、物料衡算与杠杆定律联立以上三式，消去M，得 杠杆定律在三角形相图中分别以点U、V和M表示原料液和混合液。 用以描述点M与差点U、V之间的关系 （i）几何关系：和点M与差点 U、V共线。（线段UM与MV 斜率相等，所以U、M、V三 点共线。） MV线斜率 UM线 斜率 （ii）数量关系：和点与差点的量M、U、V与线段长UM、MV之间的关系符合杠杆原理，即，以M为支点可得U、V之 间的关系 或写成 UM MV 杠杆定律的用途：可根据溶液U和V的质量比定出混合液M点的位置并可确定其组成。或者，若从某一混合液M中分出一 定组成和质量的溶液U，余下的溶液V的质量和组成也可由杠 杆定律计算出。 向二元溶液F(A+B)中加入一定量的纯组分S，则F、M、S三点共线，S与F的质量关系符合杆杠定律，即 增加时,M向S移动 而其中A、B的质量比不变 MSFM 3、三角形相图中的相平衡关系由于萃取操作一般是在固定的温度和压力下进行，因此，三 角形相图表示的是在固定温度和压力下的各组分在两平衡液 相中组成间的关系。 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 溶质A与B完全互溶，B与S和A与S部分互溶。习惯上，将、两种情况的物系称为第I类物系，而将情 况的物系称为第II类物系。在萃取操作中，第I类物系较为常 见，以下主要讨论这类物系的相平衡关系。 （1）溶解度曲线与平衡联结线 恒温条件下，向纯组分B的实验瓶中滴加S并使其溶解，S滴加到一定 数量后，混合液开始发生混浊，即 出现了溶剂相，得到的浓度即S在B 中的饱和溶解度（R 点）。用类似的方法可得E 称为分层点，或称混溶点 d点如何分相？ 在二元混合液d中加入A，至