11液液萃取溶剂萃取 Liquid-liquid extractionSolventextraction 11.1 概述 萃取过程1、液液萃取原理根据液体混合物中各组分在某溶剂中溶解度的差异而对 液体混合物实施分离的方法也是重要的单元操作之一。 溶质 萃取相Extract 分层 稀释剂 Raffinate残液一般伴随搅拌过程 gt 形成两相系统并造成溶质在两相间的不平衡 则萃取的本质液液两相间的传质过程即萃取过程是溶质在两个液相之间重新分配的 过程即通过相际传质来达到分离和提 溶剂extractantsolventS 的基本条件 不能与被分离混合物完全互溶只能部分互溶b、溶剂具有选择性即溶剂对A、B 两组分具有不同溶解能力。 gt如同吸收过程 为惰性组分相同数学描述和计算 实际情况三组分分别出 现于两液相内情况变复杂 、工业萃取过程萃取不能完全分离液体混合物往往须 精馏或反萃取对萃取相和萃余相进行分离而溶剂可循环使用。 实质将一个难于分离 的混合物转变为两个易于分离的混合物 举例 稀醋酸水溶液的分离萃取剂醋酸乙酯 、萃取过程的经济性取决于后继的两个分离过程是否较原液体混合物的直接分离 更容易实现 萃取过程的优势与精馏的关系 、可分离相对挥发度小或形成恒沸 物的液体混合物 、无相变液体混合物的浓度很低时精馏过于耗能须将大量 、常温操作当液体混合物中含有热敏性物质时萃取可避免受热、两相流体与吸 附离子交换相比操作方便。 萃取剂的选择——萃取过程的经济性 a、分子中 至少有一个功能基可以与被萃取物质结合成萃合物 b、分子中必须有相当长的烃链 或芳香环可使萃取剂和萃合物容易溶解于有机相一般认为萃取剂的分子量在350500 之间 较为合适。 溶解能力萃取容量强gt S用量少要求萃取剂功能基多、 适宜的分子量 的相对挥发性大gt 后继精馏 分离的 在被分离混合物中溶解度小易分层不产生第三相以及不发生乳化现象 gt 萃余相中 回收费用少、化学稳定性强——不易水解、加热分解、耐酸 碱盐氧化剂还原剂等 腐蚀性小甚至抗辐射能力无毒性无刺激性不易燃难挥发操作 安全经济易得 但有机萃取剂使得工业废水中的化学耗氧量 COD 和生物耗氧量 BOD 明显增加随着环保的高要求它的选取应综合考虑。 、中性含磷萃取剂磷酸三丁酯TBP 、三辛基氧膦 TOPO 中性含氧萃取剂仲辛醇、甲基异丁基酮MIBK 、乙酸丁酯等分别属于醚类、醇类、 醛类、酮类、酯类、醇醚类的有 机溶剂 、中性含硫萃取剂亚砜类和硫膦类有机溶 剂常见的有二辛基亚砜 DOSO 和石油亚砜 PSO 、酸性有机磷类萃取剂二2-7 磷酸D2EHPA 、有机磺酸萃取剂二、两相接 触方式 设备分类 、微分接触式differential contacting 如喷洒萃取塔逆流接触传 质过程 、分级接触式stagewise 如混和沉降槽 mixer-settler 混合器搅拌 沉降槽 分层 单级萃取single-stage 即一个理论级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 b、多级接触 错流 溶剂并联溶液串联 优点操作简 单萃取率较高但溶剂用量大 逆流 优点由传质推动力最大 三、液液萃取的特点同精馏和吸收过程相比 、萃取过程中相互接触的两相均为液相 、影响因素有两液相的密度差、表面张力、粘度水相和有机相对设备材质的亲和性 故气液传质设备用于液液接触时效率并不高如Pall环和Intalox填料并不 适合因液液过程的传质是在分散相液滴群和连续相之间进行的要求填料能很好地分 散液滴群且表面不被分散相浸润以防止液滴群的聚集 而气液传质是在填料表面完成的要求液相能很好地浸润填料表面并且填料提高很大的有效传质面积。 向混合纵向混合的影响很重要尤其是在微分逆流萃取过程。轴向混合 即导致两相 流动的非理想性并使两相在萃取设备内的停留时间分布偏离活塞流的现象包括返混 和前混等各种现象。 返混下降连续相局部速度过大会夹带分散相液滴引起分散相返 分散相液滴上升速度较大会引起其周围连续相的返混前混若分散相液滴大小不 均若在萃取塔中作为轻相上升液滴的上升速度会不同造成分散相的前混。 因为液液 萃取两相密度差小、粘度和界面张力大故轴向混合对过程的不利影响比精馏和吸收 过程更为严重。比如大型工业萃取塔多达6080甚至8090的塔高是用来补偿轴向混合 带来的不利影响的 四、液液萃取在工业上的应用 液液萃取工业过程的特点 可连续操作易于自动控制。故在石油化 工、湿法冶金、原子能工业、生化、环保、医药工业等领域得到越来越广泛的应用。 液液萃取可以应用于无机物质和有机物质的分离。 、石油化工广泛应用于分离 和提纯各种有机物质 如轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物的分离 采取 Udex Formex等萃取流程 溶剂环丁砜四甘醇、 萃取芳烃又如乙苯、二甲苯体系 非常大Ngt300 萃取以 HF-BF 、生物化工和精细化工生化制药中的热敏性复杂有机液体混合物采用萃取可避免 受热损坏提高有效物质的收率 青霉素的生产以醋酸丁酯为溶剂经过多次萃取玉米发酵得到的含青霉素的发酵液可得到青霉素的浓溶液 香料工业中更是用得很多。 、湿法冶金如铀、钍、铜等金属提炼萃取法几乎完全代替了传统的化学沉积法 最先在工业上应用成功的例子磷酸三丁酯TBP 提取金属铀 以及用 乙基己醇从硼矿石中浸取液中提取硼酸 又如用 LIX63-65 炼铜是70 年代以来湿法冶金的重要成就之一。 当然金属的价格要大于或等于铜时 经济上才合算。 、浸取油脂的萃取leaching solid extraction 用于从非溶性固体中 溶解可溶性目的物质 如最常用正己烷但易燃、不易再生要被取代如醇类、异己烷 11.2 液液萃取相平衡 萃取过程的热力学基础决定过程的方向、推动力和过程的极限 特点两相、三元与双组分蒸馏和单组分吸收有区别 一、三角形相图 triangular diagram 、溶液组成的表示方法 xAxSxB1-xA-xS质量分率 原因萃取过程不能简化 为恒摩尔流 即温度一定时三组分溶液的组成包含两个自由度 故由三角形表示任意三元溶液的组成。 三角形相图的特点 1三角形 的三个顶点分别表示三个纯组分 2三条边上的任何一点表示相应的二元混合物第三组分组成为零 3三角形范围内任一点表示一定组成的三元溶液点愈靠 的含量愈多4三角形可以是等边或等腰的但等腰直角三角形比较方便 可直接在普通直角坐标纸上标绘且读取数据比较方便等边三角形原理表述清楚。 注意如何读出三元溶液的组成 作出平行于三条边的过点的三条线段如图。 或作出垂直于三条边的 三条线段 物料衡算与杠杆定律确定平衡各相之间的相对数量混合则得到 则有 则可导出 11-2即是物料衡算的简捷图示方法 结论 落在RE 的连线上与两溶液不互溶无关 中移去定量组成为 BS加入 P1再加入 P2均为和点都是 PA 线上 结论 PA 线上任一点所代表的溶液中 两组分南喽员戎当叵嗤?反之Q1点BAS 从中抽走 点落在AB 线上 均为差点都在 SQ1 的延长线上 结论 SQ 线上任一点所代表 的溶液中 两组分含量的相对比值相同二、部分互溶物的相平衡 分类 工业上较为常见包括第 AB完全互溶 部分互溶。