萃取匯編課件

萃取影響萃取操作的因素：溫度pH值相比鹽分乳化程度溫度↑互溶性增大；溫度↓產(chǎn)物穩(wěn)定性提高，粘度增加，擴(kuò)散性能減小。影響分配系數(shù)，影響物質(zhì)解離情況溶媒比＝溶媒體積/萃取體積溶媒比↑萃取效果↑溶媒回收費(fèi)用↑鹽分影響分配系數(shù)盡量破壞乳濁液，如輕度乳化，要加熱過濾離心（熱敏物質(zhì)不用加熱）；重度乳化，加SDS、溴化十五烷基吡啶等去乳化劑。萃取過程中的特點萃取過程為液液傳質(zhì)，比汽液傳質(zhì)要難。在萃取過程中，兩相應(yīng)先進(jìn)行緊密接觸，完成傳質(zhì)，然后又需靠兩相之間的密度差或外界輸入能量進(jìn)行兩相的分離。兩相間的密度差、界面張力和兩相的粘度等物質(zhì)性質(zhì)非常重要。對填料和設(shè)備的親和性也是一重要因素。填料塔：現(xiàn)在常用的鮑爾環(huán)等是根據(jù)氣液傳質(zhì)開發(fā)的，用于液液傳質(zhì)往往效率不高。氣液傳質(zhì)中，液體沿填料流下，氣液在填料表面完成。液液傳質(zhì)，是分散相分成液滴，傳質(zhì)是液滴群。

萃取過程中的特點萃取過程塔中，尤其是連續(xù)逆流萃取，軸向混合非常嚴(yán)重。返混和前混。造成萃取塔的效率一般很低。

萃取過程中的常用術(shù)語1.分配比(partitioncoefficient)達(dá)到萃取平衡時，被萃物在兩相中的濃度比成為被萃物的分配比，也稱為分配系數(shù)。其中，為被萃物A在萃取相中的濃度；為被萃物A在被萃相中的濃度。注意：被萃物可能以多種形式存在，這兒的濃度為各種形式的總和。

4.1.3萃取過程中的常用名詞2.相比萃取體系中萃取相與被萃相的體積比稱為相比。在連續(xù)萃取過程中，通常用兩相的流比取代相比。

為萃取相流量，為被萃相流量。4.1.3萃取過程中的常用名詞3.分離系數(shù)分離系數(shù)表示被萃相中兩種物質(zhì)可被某種萃取劑所分離的那易程度，它等于這兩種物質(zhì)在相同萃取條件下的分配比之比。與相對揮發(fā)度一樣，分離系數(shù)值越遠(yuǎn)離1，兩種物質(zhì)越容易分離；反之則不容易。萃取過程中的常用名詞4.萃取劑，稀釋劑，助溶劑，助萃劑萃取相可以是一種純的有機(jī)溶劑，但大部分是一種期萃取作用的物質(zhì)溶解在一種溶劑中。起萃取作用的是萃取劑，溶劑為稀釋劑。此外，如果在一種溶劑中加入少量大的另一種溶劑以促進(jìn)萃取劑在溶劑中的溶解，此種溶劑就成為助溶劑。如在體系中加入另一種萃取劑，起輔助萃取作用，該萃取劑稱為助萃劑。液液萃取的分類和萃取劑簡單分子萃取中性物質(zhì)水相和有機(jī)相之間的物理分配。被萃物在兩相中以中性分子形式存在。溶劑與被萃物沒有化學(xué)結(jié)合

OsO4-H2O-CCl4CCl4從水溶液萃取的是OsO4中性絡(luò)合萃取1.被萃物是中性分子。2.萃取劑也是中性分子。3.萃取劑與被萃物生成中性絡(luò)合物。Re(NO3):Re稀土元素,錸TBP(磷酸三丁酯).

液液萃取的分類和萃取劑吡啶萃取Cu(NO3)2,Cu(NO3)2–(Py)2.液液萃取的分類和萃取劑酸性絡(luò)合體系1.萃取劑（螯合劑）是一弱酸(HL,HL2)，即溶于水相也溶于有機(jī)相。（有機(jī)相溶解度大，但分配與pH有關(guān)）。2.水相中金屬離子以陽離子Mn+存在(MLx)。3.水相中金屬離子與酸形成螯合物MLx。4.螯合物MLx難溶于水而易溶于有機(jī)相。5.螯合反應(yīng)為Mn++nL=Mn+Ln+nH+

LIX64

萃取銅離子酸性絡(luò)合體系1.螯合萃取劑

LIX64含有酸性集團(tuán)-OH和配位集團(tuán)C=N，金屬離子除將萃取劑中氫離子置換出來，還與萃取劑形成配位鍵，形成一種具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的金屬疏水性金屬螯合物。萃取劑貴，但選擇性高。酸性絡(luò)合體系2.烷基磷酸絡(luò)螯合萃取劑

含有酸性集團(tuán)-OH，金屬離子除將萃取劑中氫離子置換出來，類似陽離子交換樹脂與金屬離子的交換。萃取劑較便宜，但選擇性不高。萃取絡(luò)合物在有機(jī)相中有較大的溶解度。萃取劑和萃合物在有機(jī)相中以氫鍵聚合。P204，P507液液萃取的分類和萃取劑離子締和萃取被萃物與萃取劑在有機(jī)相形成離子締和體。例子：N235萃取植酸萃取劑的選擇和常用萃取劑

(1)萃取劑應(yīng)具備的特點①萃取劑中至少要有一個能與被萃物形成萃合物的官能團(tuán)。常見的萃取官能團(tuán)通常是一些包含N、O、P、S的基團(tuán)。②萃取劑中還應(yīng)包含具有較強(qiáng)親油能力結(jié)構(gòu)或基團(tuán)，如長鏈烴、芳烴等，以利于萃取劑在稀釋劑中的溶解，并防止被萃相對它的溶解夾帶損失。4.1.2萃取劑的選擇和常用萃取劑(2)萃取劑選擇要點①選擇性好表現(xiàn)為分離系數(shù)大。②萃取容量大表現(xiàn)為單位體積溶解萃合物多。③化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)耐酸堿、抗氧化還原、耐熱、無腐蝕。④易與被萃相分層,不乳化、不產(chǎn)生第三相(界面張力)。⑤易于反萃或分離便于萃取劑的重復(fù)利用。⑥安全性好無毒或低毒、不易燃、難揮發(fā)、環(huán)保。⑦經(jīng)濟(jì)性好成本低、損耗小。4.1.2萃取劑的選擇和常用萃取劑2.常用萃取劑①中性萃取劑包括含磷類、含氧類和含硫類重型萃取劑，如磷酸三丁酯(TBP)、甲基異丁基酮(MIBK)、二辛基亞砜(DOSO)等。②有機(jī)酸萃取劑包括有機(jī)磷酸、有機(jī)磺酸、羧酸等。③胺類萃取劑各種有機(jī)胺和胺鹽。④螯合萃取劑各種有機(jī)螯合物、冠醚等。例子1：青霉素的萃取分離

青霉素是一組抗菌素，在pH=2時，以青霉素酸形式存在，溶于有機(jī)溶劑中。在pH=7時，形成青霉素鹽，能溶于水中。利用其這種性質(zhì)，經(jīng)反復(fù)在溶劑相和水相間轉(zhuǎn)移，達(dá)到提純和濃縮的目的。典型三步法：將經(jīng)過過濾的發(fā)酵液，經(jīng)稀硫酸酸化（pH=2-2.2），把青霉素提到醋酸丁酯中。二步，用磷酸緩沖液酸形式或碳酸氫鈉水溶液，pH=6.8-7.2，將青霉素從有機(jī)相轉(zhuǎn)到水相。三步，調(diào)pH=2-2.2，把青霉素再提到有機(jī)相，去結(jié)晶工序。例子2：從礦石中提取鈾Dapex工藝用酸（或堿）將鈾從礦石中浸出，鈾在硫酸浸出液中存在下列平衡用P204萃取，稀釋劑為煤油，P204在煤油中以(RH)2存在。要對pH,陰離子濃度，等都對萃取有影響，因此要做條件優(yōu)化.PH<2。對其它金屬雜質(zhì)離子萃取系數(shù)都很小。例子2：從礦石中提取鈾2.反萃稀釋劑為0.1mol/LP204,0.1mol/LTBP.TBP：1.協(xié)萃作用。2.提高NaR2H+在有機(jī)相中溶解。例子2：從礦石中提取鈾（Amex工藝）用酸（或堿）將鈾從礦石中浸出，鈾在硫酸浸出液中存在下列平衡用三脂肪胺，三辛胺，N235（混合烷基叔胺）+異癸醇+煤油。例子2：從礦石中提取鈾2.反萃1.用氯化物，如pH=2的NaCl溶液2.用硫酸氨-氫氧化胺為反萃劑反萃取，如pH=3.5～4.5液液萃取在工業(yè)上的應(yīng)用

1、液液萃取在石油化工中的應(yīng)用分離輕油裂解和鉑重整產(chǎn)生的芳烴和非芳烴混合物

用酯類溶劑萃取乙酸，用丙烷萃取潤滑油中的石蠟以HF-BF3作萃取劑，從C8餾分中分離二甲苯及其同分異構(gòu)體2、在生物化工和精細(xì)化工中的應(yīng)用

以醋酸丁酯為溶劑萃取含青霉素的發(fā)酵液香料工業(yè)中用正丙醇從亞硫酸紙漿廢水中提取香蘭素食品工業(yè)中TBP(磷酸三丁酯)從發(fā)酵液中萃取檸檬酸3、濕法冶金中的應(yīng)用用溶劑LIX63-65等螯合萃取劑從銅的浸取液中提取銅液液萃取的優(yōu)點:1.兩相可變的物理和化學(xué)因子多.

2.可分離揮發(fā)度相近的物質(zhì).便于連續(xù)操作.能量消耗低.操作條件溫和.4.2液液相平衡等邊三角形法.C:A與B的二元組分.D:三元組分.杠桿原則確定百分含量.三元組成在直角三角形相圖中的表示法

ABS·HMDEGFKM點的組成為：4.2雙結(jié)點曲線一定溫度下,形成一對部分互溶液相的三元體系的雙結(jié)點曲線.R1E1為結(jié)線.P為臨界混溶點(褶點).溫度升高,兩相區(qū)減小.4.2互溶度測定方法1.化學(xué)分析法.4.2互溶度測定方法1.濁度法.結(jié)線的獲取

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萃取過程計算萃取過程分析常用的工業(yè)萃取過程根據(jù)使用的設(shè)備通常分為逐級萃取過程和微分萃取過程。1.逐級萃取過程(平衡萃取)以多級混合澄清槽為萃取設(shè)備的連續(xù)萃取過程。特點是每一個萃取級構(gòu)成一個平衡級，易實現(xiàn)過程分解、組合與控制。2.微分萃取過程

以各種塔為萃取設(shè)備的連續(xù)萃取過程。特點是設(shè)備緊湊，操作簡單，結(jié)構(gòu)形式選擇多；但易出現(xiàn)軸向返混，影響萃取效率。由總物料衡算得WF＋WS＝WE＋WR＝WM由杠桿規(guī)則得原料液F萃取劑S萃余相R萃取相ExFAzAyAxAABSREFMER單級萃取計算

1.物料衡算

300

下面一律以物系所處的狀態(tài)點字母代表物流的量,xFA,zA分別表示原料液和萃取劑的溶質(zhì)濃度。

301RMExRzMyE(11-20)(11-21)(11-22)E′R′F若規(guī)定萃余相濃度,則可定出R點,然后由內(nèi)插法定出E點(需知聯(lián)結(jié)線規(guī)律),連結(jié)FS與RE交于M。溶劑用量和萃取相流量可由杠桿規(guī)則求得：ABSREFMER單級萃取的圖解計算從而

302逐級萃取過程1.逐級萃取過程分析

(1)逆流萃取

(2)錯流萃取B與S完全不互溶時，在萃取相中只有A和S，在萃余相中只有A和B，計算過程可簡化。S在萃取相中，B在萃余相中都不變，可視為惰性組分，以質(zhì)量比表示濃度

Y=A/S(kg/kg)X=A/B(kg/kg)

S(YZ）=B（XFX）Y=KX可直接解出萃取相和萃余相濃度。完全不互溶物系萃取過程的計算單級萃取

311化工原理（下）-液液萃取-萃取過程計算

在操作條件下，若萃取劑S與稀釋劑B互不相溶，采用直角坐標(biāo)圖解較方便。設(shè)每一級溶劑加入量相等，對第一級作溶質(zhì)A的衡算BXF＋SZ＝BX1＋SY1

操作線為直線。同樣對N級作物料衡算得XnX5X4X3X2X1XF分配曲線斜率＝-B/SY1Y2Y3Y4YnZYL多級錯流萃取

312化工原理（下）-液液萃取-萃取過程計算于是可利用圖所示方式作圖求解。若在操作條件下分配系數(shù)可看成常數(shù)，即分配曲線為通過原點的直線，則可用解析法求理論級數(shù)。分配曲線方程為Y＝KX,且Z=0.第m級的物料衡算關(guān)系為

B(Xm-1-Xm)=SmYm利用平衡關(guān)系解出Xm式中1/Am=KSm/B,稱為萃取因數(shù)。m級SmRmRm-1Em

313化工原理（下）-液液萃取-萃取過程計算

當(dāng)各級溶劑用量相等，各級萃取因數(shù)相等，則逐級遞推可得最后一級關(guān)系為

理論級數(shù)為萃余率為(11-41)(11-42)(11-43)

314化工原理（下）-液液萃取-萃取過程計算逆流逐級萃取過程

(1)麥克凱貝-賽爾圖解法(溶劑互不溶體系)平衡線：由萃取平衡實驗測得。操作線：

y=L/G(x-xf)+y1斜率為被萃相體積與萃取相體積之比。萃取級數(shù)：階梯作圖法。4.3.2逐級萃取過程2.逐級萃取過程的計算

(2)逐級計算法逐級計算法是逐級萃取過程的基本計算方法，特別是各萃取級平衡關(guān)系不同時，采用逐級計算法計算萃取過程所需理論級數(shù)和各級濃度分布是最常用和最穩(wěn)妥的方法。在實際萃取過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)各級平衡關(guān)系發(fā)生變化的情況，如用酸性萃取劑萃取電解質(zhì)溶液中的金屬離子時，隨著金屬離子量的增加，被萃相中的H+濃度會隨之增大，導(dǎo)致被萃相的酸度逐級增大，因而影響到被萃離子在兩相中的分配比。例4-2

各級分配系數(shù)變化時的逐級計算水相料液(L)中含Cu2+為xf=2.5kg/m3，含H2SO4為Hf=1.0kg/m3；有機(jī)相為含萃取劑(LIX64)10%的煤油溶液(G)，由于是萃取反萃循環(huán)使用，其中殘留Cu2+為yf=0.075kg/m3；兩相體積流比為G/L=60/75；要求經(jīng)多級逆流萃取后，萃余相中Cu2+的含量為x1=0.35kg/m3。計算流程所需的理論級數(shù)和逐級濃度分布。解例4-2①用LIX64萃取水相硫酸銅中的Cu2+反應(yīng)式為：其中，R代表LIX64。在萃取過程中，當(dāng)一個銅離子進(jìn)入有機(jī)相，水相就會產(chǎn)生一個硫酸，因此，隨著萃取過程的進(jìn)行，水相的酸度會逐漸增大。②通過實驗測定該萃取體系中，在不同硫酸濃度下Cu2+在水相和有機(jī)相中的平衡曲線。解例4-2③用xi、yi分別表示水相和有機(jī)相中的Cu2+濃度，Hi代表水相中硫酸的濃度。由于1molCu2+能生成1molH2SO4，根據(jù)它們的分子量比，相當(dāng)于1kgCu2+可生成的H2SO4為：98/63.5=1.54kg。④對Cu2+做總物料衡算：即：⑤對H2SO4做總物料衡算：解例4-2⑥逐級平衡計算根據(jù)萃取過程，第一級的有機(jī)相濃度應(yīng)與水相濃度形成平衡，因此，由x1和H1，從平衡圖上查得y1=1.11kg/m3。對第一級做物料衡算：計算x2和H2得：根據(jù)x2和H2查平衡圖，得：y2=2.24kg/m3.解例4-2對第二級做物料衡算：計算x3和H3得：根據(jù)x3和H3查平衡圖，得：y3=2.76kg/m3。解例4-2對第三級做物料衡算：計算x4和H4得：從計算結(jié)果可知，x4=xf、H4≈Hf，因此，該萃取過程只需三級平衡萃取就能完成。4.3.2逐級萃取過程

(3)代數(shù)公式法假設(shè)兩相不互溶，且被萃物在各平衡級的分配比D相同。對第一級作物料衡算：按平衡關(guān)系，，代入上式整理得：令，，則有：即：4.3.2逐級萃取過程對第二級作物料衡算：按平衡關(guān)系，，代入上式整理得：即：將x1表達(dá)式代入，得：4.3.2逐級萃取過程同樣，對第三級作物料衡算可得：對第N級作物料衡算，得：用等比數(shù)列求和公式，且，則可得：4.3.2逐級萃取過程對上式兩邊同時用xf相減：通分整理得：將兩邊同時用1相減：通分整理得：于是可得到萃取所需要的理論級數(shù)為：逐級萃取過程xf、xN為水相的進(jìn)料濃度和末級出口濃度，yf為有機(jī)相的進(jìn)料濃度；D為萃取比；萃取因子ε=DG/L。計算萃取因子不為常數(shù)時，需試差。克萊姆塞-休特方程式級效率xn+1xnx*nyn+1yny*n4.3.2逐級萃取過程3.萃取效率的描述

(1)萃余率

(2)萃取率(3)平均級效率萃取傳質(zhì)理論雙膜論

38xxiyiy4.微分逆流萃取過程對液相可得對兩相作衡算可得G:單位面積、單位時間的流量。對氣相做物料平衡可得4.微分逆流萃取過程傳質(zhì)速率方程式微分式積分式4.微分逆流萃取過程采用類似于吸收原理和計算方法可得：

(1)傳質(zhì)單元高度

(2)傳質(zhì)單元數(shù)

(3)總傳質(zhì)高度

傳質(zhì)單元數(shù)的計算1.兩相做活塞流流動時傳質(zhì)單元數(shù)的計算y1y2yBAye=f(x)x2e

x

x1e塔底推動力塔中推動力塔頂推動力假設(shè)塔體整個橫截面上流體均勻分布，并平行推進(jìn)。兩相的傳質(zhì)僅發(fā)生在水平方向上。操作線方程為直線，平衡關(guān)系一般為曲線。推動力在塔中隨高度而變化。即使平衡關(guān)系近似為直線，由于其與操作線斜率不一樣，推動力也隨高度而變。傳質(zhì)單元數(shù)的計算A:兩相不互溶，且分配系數(shù)為常數(shù)時NTU的計算，即平衡線為直線時。B.兩相不互溶，且分配系數(shù)不為常數(shù)，及平衡線不為直線時，NTU的計算。

在x-y圖上，把x分成若干等份，面積法。傳質(zhì)單元數(shù)的計算C:分配系數(shù)不為常數(shù)，且兩相流量發(fā)生變化。須扣除溶質(zhì)后純?nèi)軇┑牧髁孔鳛槌Ａ?，計算NTU。

多級萃取或反萃設(shè)備——混合澄清槽

篩板萃取塔連續(xù)相從導(dǎo)流管流動。分散相從篩板通過脈動篩板萃取塔2．轉(zhuǎn)盤萃取塔轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，以促進(jìn)混合。4.填料萃取塔萃取設(shè)備的選擇考慮因素

(1)系統(tǒng)物性：界面張力小