第八章液-液萃取

1、第一节第一节 概述概述第二节第二节 三元体系的液液相平衡三元体系的液液相平衡第三节第三节 萃取过程的计算萃取过程的计算第四节第四节 液液萃取设备液液萃取设备一、一、液液萃取简介液液萃取简介 二、二、液液萃取在工业上的应用液液萃取在工业上的应用 三、三、液液萃取的基本流程液液萃取的基本流程1.1.萃取原理萃取原理 液液- -液萃取液萃取( (抽提抽提) )：利用液体混合物中各组分对溶剂溶解度的：利用液体混合物中各组分对溶剂溶解度的 差异来分离或提纯物质的传质过程。差异来分离或提纯物质的传质过程。目的目的: :分离液分离液- -液混合物。液混合物。依据依据: :利用混合物中各组分在某一溶剂中的溶解

2、度之间的差异。利用混合物中各组分在某一溶剂中的溶解度之间的差异。溶质溶质 A A ：混合液中欲分离的组分混合液中欲分离的组分 稀释剂（原溶剂）稀释剂（原溶剂）B B： 混合液中的溶剂混合液中的溶剂 萃取剂萃取剂S S： 所选用的溶剂所选用的溶剂 所处理的混合液所处理的混合液原料液原料液F F ：2.2.萃取过程的描述萃取过程的描述混合传质混合传质过程：过程：F F及及S S 充分接触充分接触, ,组分发生相转移；组分发生相转移；沉降分相沉降分相过程：形成两相过程：形成两相E E、R R，由于密度差而分层；，由于密度差而分层；脱除溶剂脱除溶剂过程过程单级萃取流程示意图单级萃取流程示意图原料原料溶

3、剂溶剂混合器混合器澄清槽澄清槽轻相轻相重相重相两相两相 萃取相萃取相 E, yE, y溶剂相中出现溶剂相中出现 (S+A+B)(S+A+B)萃余相萃余相 R, xR, x原溶剂相中出现原溶剂相中出现 (B+S+A)(B+S+A)萃余相脱除溶剂得萃余液萃余相脱除溶剂得萃余液 R, xR, x脱溶剂后脱溶剂后萃取相脱除溶剂得萃取液萃取相脱除溶剂得萃取液 E, yE, y3.3.萃取后组成之间的变化萃取后组成之间的变化 萃取后萃取后: : BABAxxyy AAxy 使组分使组分A A、B B得到一定程度的分离。得到一定程度的分离。脱出溶剂后：脱出溶剂后：5.5.萃取分离的适用场合萃取分离的适用场合

4、(1)(1)混合物中各组分的相对挥发度接近混合物中各组分的相对挥发度接近1 1或形成恒沸物；或形成恒沸物；(2)(2)混合物中含有较多的轻组分；混合物中含有较多的轻组分；(3)(3)欲回收的物质为热敏性物料；欲回收的物质为热敏性物料；(4)(4)提取稀溶液中有价值的物质，分离极难分离的金属。提取稀溶液中有价值的物质，分离极难分离的金属。4.4.实现萃取操作的基本要求实现萃取操作的基本要求(1)(1)选择适宜的溶剂。选择适宜的溶剂。(2)(2)原料液与溶剂充分混合、分相，形成的液原料液与溶剂充分混合、分相，形成的液- -液两相较液两相较易分层。易分层。(3)(3)溶剂易于回收且价格低廉。溶剂易于

5、回收且价格低廉。(1)(1)液液萃取在液液萃取在石油化工石油化工中的应用中的应用分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物 用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡以以HF-BF3HF-BF3作萃取剂，从作萃取剂，从C8C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体馏分中分离二甲苯及其同分异构体(2)(2)液液萃取在液液萃取在生物化工生物化工和和精细化工精细化工中的应用中的应用 以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素香料工业中用正丙醇

6、从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素 食品工业中食品工业中TBPTBP从发酵液中萃取柠檬酸从发酵液中萃取柠檬酸 (3)(3)液液萃取液液萃取湿法冶金湿法冶金中的应用中的应用用溶剂用溶剂LIX63-65LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜单级萃取装置示意图单级萃取装置示意图萃取萃取单组分萃取单组分萃取 双组分萃取（回流萃取）双组分萃取（回流萃取） 单级萃取单级萃取或并流接触萃取或并流接触萃取多级错流萃取多级错流萃取 多级逆流萃取多级逆流萃取 连续逆流萃取连续逆流萃取 一、一、组成在三角形相图上的表示方法组成在三角形相图上的表示方法 二、二、液液-液平衡关系在三

7、角形相图上的表示法液平衡关系在三角形相图上的表示法 三、三、萃取过程在三角形相图上的表示萃取过程在三角形相图上的表示 四、四、萃取剂的选择萃取剂的选择三元物系三元物系 溶质溶质A A可溶于稀释剂可溶于稀释剂B B及萃取剂及萃取剂S S中，但中，但萃取剂萃取剂S S与稀释剂与稀释剂B B不互溶不互溶 溶质溶质A A可溶于稀释剂可溶于稀释剂B B及萃取剂及萃取剂S S中，稀中，稀释剂释剂B B与萃取剂与萃取剂S S也可部分互溶也可部分互溶三元混合液中有两对组分可部分互溶，三元混合液中有两对组分可部分互溶，即溶质即溶质A A与萃取剂与萃取剂S S部分互溶，稀释剂部分互溶，稀释剂B B与与萃取剂萃取剂

8、S S也部分互溶也部分互溶1.1.三元组成在三角形相图中的表示法三元组成在三角形相图中的表示法 三个顶点：三个顶点：纯物质纯物质 三条边上的点三条边上的点：二：二元混合物元混合物 7 . 0 BHxA3 . 0 AHxBABSHMDEGFKH H点的组成为：点的组成为： 三角形内的任一点：三角形内的任一点：一定组成的三元混合物一定组成的三元混合物M M点的组成为：点的组成为： 3 . 0 3 . 0 4 . 0 AKxSGxBExSBA0 . 13 . 03 . 04 . 0 SBAxxxABSHMDEGFK直角三角形相图直角三角形相图 M M点的横坐标表示萃取剂点的横坐标表示萃取剂S S的质

9、量百分数的质量百分数 3 . 0 Sx纵坐标表示溶质纵坐标表示溶质A A的质量的质量百分数百分数 4 . 0 Ax3 . 03 . 04 . 011 SABxxxABSHMDEGFK2.2.杠杆法则杠杆法则 三点共线三点共线 M M点：合点点：合点 C C、E E：差点：差点CE线段成比例线段成比例 MDMCCD CDDMMC CDCMMD 萃取物料衡算的依据萃取物料衡算的依据1.1.溶解度曲线与联结线（共轭线）溶解度曲线与联结线（共轭线） (1)(1)溶解度曲线溶解度曲线 单相区单相区两相区两相区FMRE共轭相：共轭相：R R相和相和E E相相联结线（共轭线）：联结线（共轭线）：RERE(2

10、)(2)溶解度曲线的实验方法溶解度曲线的实验方法 R2E2M2R1E1M1R3E3M3J混溶点混溶点2.2.辅助曲线和临界混溶点辅助曲线和临界混溶点 辅助线的作法辅助线的作法 C1C2C3P辅助线的作用：辅助线的作用：求平衡液相的共轭相求平衡液相的共轭相 REP P点：点： 临界混熔点或褶点临界混熔点或褶点 特征是什么？特征是什么？辅助曲线作法：辅助曲线作法：利用辅助曲线求取共轭相组成利用辅助曲线求取共轭相组成 3.3.分配系数和分配曲线分配系数和分配曲线(1)(1)分配系数分配系数 相中的组成相中的组成在在组分组分相中的组成相中的组成在在组分组分RAEAkA AAxy BBBxyk 分配系数

11、表达了某一组分在两个平衡液相中的分配分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。关系。 k kA A值与值与联结线的斜率联结线的斜率有关有关。 联结线的斜率联结线的斜率0 0 kA1，yAxA 联结线的斜率为联结线的斜率为0 0 kA =1，yA=xA 联结线的斜率联结线的斜率0 0 kA1， yAxA k kA A值愈大，萃取分离的效果愈好。值愈大，萃取分离的效果愈好。 (2)(2)分配曲线分配曲线)(AAxfy 分配曲线的数学表达式分配曲线的数学表达式 4.4.温度对相平衡关系的影响温度对相平衡关系的影响 物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加大物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加

12、大 温度升高，分层区面积缩小温度升高，分层区面积缩小 T T1 1T T2 2T T3 3 FMMSMFFS REMEMRRE ERFRE FEFRREmaxE 1.1.萃取剂的选择性和选择性系数萃取剂的选择性和选择性系数 (1)(1)萃取剂的选择性萃取剂的选择性 在萃余相中的质量分率在萃余相中的质量分率在萃余相中的质量分率在萃余相中的质量分率在萃取相中的质量分率在萃取相中的质量分率在萃取相中的质量分率在萃取相中的质量分率BABA BABAxxyy BBAAxyxy BAkk =1 ，BABAxxyy A A、B B两组分用萃取分离不适宜；两组分用萃取分离不适宜； 11，萃取时组分萃取时组分A

13、 A可以在萃取相中浓集，可以在萃取相中浓集，越大，组分越大，组分A A与与B B萃取分离的效果越好。萃取分离的效果越好。 (2)(2)选择性系数和分配系数的关系选择性系数和分配系数的关系 k kA A愈大，愈大，k kB B愈小，选择性系数愈大愈小，选择性系数愈大 选择性系数表示萃取剂对组分选择性系数表示萃取剂对组分A A，B B溶解能力差别的大小溶解能力差别的大小2.2.萃取剂萃取剂S S与稀释剂与稀释剂B B的互溶度的互溶度 组分组分B B与与S S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积。 maxEmaxE B B、S S互溶度小，分层区面积大，互溶度

14、小，分层区面积大，可能得到的萃取可能得到的萃取液的最高浓度液的最高浓度y ymaxmax较高。较高。 B B、S S互溶度愈小，愈有互溶度愈小，愈有利于萃取分离。利于萃取分离。 3.3.萃取剂回收的难易萃取剂回收的难易 被分离体系相对挥发度被分离体系相对挥发度大，用蒸馏方法分离；如果大，用蒸馏方法分离；如果接近接近1 1，用反萃取，结晶分离等方法，用反萃取，结晶分离等方法。4.4.萃取剂的其它性质萃取剂的其它性质 (1)萃取剂的密度萃取剂的密度 萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差(2)(2)界面张力界面张力 界面张力较大时，有利于分层；界面张力过界面张力较

15、大时，有利于分层；界面张力过大，难以使两相混合良好；大，难以使两相混合良好； 界面张力较小时，两相难以分离。界面张力较小时，两相难以分离。 首要考虑的还是满足分层的要求。首要考虑的还是满足分层的要求。 一般不选界面张力过小的萃取剂。一般不选界面张力过小的萃取剂。(3)(3)粘度粘度 粘度小对萃取有利粘度小对萃取有利 5.5.一般工业要求一般工业要求 化学稳定性、不易聚合、分解，有阻垢的热稳定性，化学稳定性、不易聚合、分解，有阻垢的热稳定性，抗氧化的稳定性，对设备的腐蚀性小，无毒，来源容易，抗氧化的稳定性，对设备的腐蚀性小，无毒，来源容易，价格便宜等价格便宜等 一、一、单级萃取的流程与计算单级萃

16、取的流程与计算 二、二、多级错流接触萃取的流程与计算多级错流接触萃取的流程与计算 三、三、多级逆流萃取的流程与计算多级逆流萃取的流程与计算 四、四、连续逆流萃取的流程与计算连续逆流萃取的流程与计算 1.单级萃取的流程单级萃取的流程mF, xF混合器混合器澄清槽澄清槽mSmM, zmE, ymR, x原料液原料液F FFx萃取剂萃取剂S Ssy萃余相萃余相R RRx萃取相萃取相E EEy2.2.单级萃取的计算单级萃取的计算(1)(1)萃取剂与稀释剂部分互溶的体系萃取剂与稀释剂部分互溶的体系 FREMFMSMFS MRMEER MERSF ERFEFRRE FRE DDSFDFS minGGSGF

17、FS max(2)(2)萃取剂与稀释剂不互溶的体系萃取剂与稀释剂不互溶的体系 萃取相中溶质萃取相中溶质A A的浓度的浓度 )()(SkgAkgY 萃余相中溶质萃余相中溶质A A的浓度的浓度 )()(BkgAkgX REFBXSYSYBX 0)()(0FREXXBYYS 0)(YXXSBYRFE )( 0FRXXSBY 当萃取剂为纯溶剂时，当萃取剂为纯溶剂时，Y Y0 0=0=0 )(FREXXSBY 单级萃取的操作线方程单级萃取的操作线方程 XYXFSB E1X1Y11.1.多级错流接触萃取的流程多级错流接触萃取的流程 2.2.多级错流萃取的计算多级错流萃取的计算 (1)(1)萃取剂和稀释剂部

18、分互溶的体系萃取剂和稀释剂部分互溶的体系 M1010FSMSMF R1E1M2R2E2M3E3R3(2)(2)萃取剂和稀释剂不互溶的体系萃取剂和稀释剂不互溶的体系 对第一级对第一级 ：)(1101FXXSBYY 第第2 2到到N N级级 ：.)(12202XXSBYY )(1 NNNonXXSBYY错流萃取每一级的操作线方程错流萃取每一级的操作线方程 a a）直角坐标图解法）直角坐标图解法OEY0XFV-B/S1E1X1Y1U-B/S2E2X2Y2-B/S3b b）解析法）解析法KXY 分配曲线：分配曲线：设：设：BKSAm 萃取因子萃取因子)ln()1ln(1KYXKYXAnSnsFm 1.

19、1.多级逆流萃取的流程多级逆流萃取的流程 2.2.多级逆流萃取的计算多级逆流萃取的计算(1)(1)萃取剂与稀释剂部分互溶的体系萃取剂与稀释剂部分互溶的体系 FRNME1R1E2R2E3NREMSF 1对第一级作总物料衡算对第一级作总物料衡算 211112EREFEREF 或或对第二级作总物料衡算对第二级作总物料衡算 32212231ERERREER 或或依此类推，对第依此类推，对第n n级作总物料衡算级作总物料衡算 SRERERSRNNNNNN 11或或NNiiEREREREREF 1132211SRN 操作点操作点 (2)(2)萃取剂与稀释剂不互溶的体系萃取剂与稀释剂不互溶的体系a a）直角

20、坐标图解法）直角坐标图解法在第一级与第在第一级与第N N级间作溶质级间作溶质A A的物料衡算的物料衡算 SYBXSYBXNF 0)()(01NFFNXXSBXXSBYY 逆流萃取的操作线方程逆流萃取的操作线方程 XYOEXFY1P1XNSE1P2b b）解析法）解析法1)11ln(ln1mSnSFmmAKYXKYXAAn (3)(3)多级逆流萃取的最小溶剂用量多级逆流萃取的最小溶剂用量 XYOEXRXFk1k2kminMminminmin/kBS 1.1.连续逆流萃取的流程连续逆流萃取的流程 2.2.连续逆流萃取的计算连续逆流萃取的计算(1)(1)理论级当量高度法理论级当量高度法 )(HETS

21、nh (2)(2)传质单元法传质单元法FnXXXXXdXaKBhORORNHh 当分配曲线为直线时，萃余相总传质单元数的解析计算式为：当分配曲线为直线时，萃余相总传质单元数的解析计算式为： mSnsFmmORAKYXKYXAAN1)11 (ln111一、混合一、混合 澄清槽澄清槽二、塔式萃取设备二、塔式萃取设备三、离心萃取塔三、离心萃取塔四、萃取设备的选择四、萃取设备的选择 要求：提供适宜的传质条件，使两相充分有效地要求：提供适宜的传质条件，使两相充分有效地接触并伴有较高程度的湍流，保证两相之间迅速有效接触并伴有较高程度的湍流，保证两相之间迅速有效地进行传质，并使两相得到及时、完善的分离。地进

22、行传质，并使两相得到及时、完善的分离。 分类：分类： (1)(1)按按两相接触方式两相接触方式划分划分 逐级接触逐级接触浓度呈阶跃式变化，浓度呈阶跃式变化， 微分接触式微分接触式浓度连续变化。浓度连续变化。 （2 2）按）按外界是否输入机械能外界是否输入机械能划分划分 重力流动设备、外加能量的设备。重力流动设备、外加能量的设备。 （3 3）按）按设备结构特点和形状设备结构特点和形状划分划分 组件式组件式由单级萃取设备组合；由单级萃取设备组合； 塔式塔式板式塔、喷洒塔、填料塔板式塔、喷洒塔、填料塔一、混合一、混合 澄清槽澄清槽1.1.结构结构混合澄清槽混合澄清槽轻相轻相重相重相重相重相轻相轻相2

23、.2.优点优点 处理量大，级效率高；结构简单，容易放大和操作；处理量大，级效率高；结构简单，容易放大和操作； 两相流量比范围大，运转稳定可靠，易于开、停工；对两相流量比范围大，运转稳定可靠，易于开、停工；对物系的适应性好，对含有少量悬浮固体的物料也能处理；物系的适应性好，对含有少量悬浮固体的物料也能处理；易实现多级连续操作，便于调节级数。不需高大的厂房易实现多级连续操作，便于调节级数。不需高大的厂房和复杂的辅助设备。和复杂的辅助设备。3.3.缺点缺点 占地大，溶剂储量大。需要动力搅拌和级间物流输送占地大，溶剂储量大。需要动力搅拌和级间物流输送设备，设备费和操作费较高。设备，设备费和操作费较高。

24、4.4.应用应用 适用于所需级数少、处理量大的场合。适用于所需级数少、处理量大的场合。Elgin型喷淋萃取塔轻相重相轻相重相Elgin型喷淋萃取塔二、二、 塔式萃取设备塔式萃取设备 1.1.喷洒塔（喷淋塔）喷洒塔（喷淋塔）特点：无塔内件，阻力特点：无塔内件，阻力小，结构简单，投资少小，结构简单，投资少易维护。但两相很难均易维护。但两相很难均匀分布，轴向反混严重，匀分布，轴向反混严重，理论级数不超过理论级数不超过1212级，级，传质系数小。传质系数小。轻相重相轻相重相2.2.筛板萃取塔筛板萃取塔 筛板塔筛板塔轻液轻液重液重液筛板轻液分散在重液内的混合液分散相聚集界面溢流管塔板上两相流动情况：塔板

25、上两相流动情况：为保证筛板塔正常操作，应考虑以下几点：为保证筛板塔正常操作，应考虑以下几点： 分散相应均匀地通过全部筛孔，防止连续相短路而分散相应均匀地通过全部筛孔，防止连续相短路而降低分离效率；降低分离效率；两相在板间分层明显，要有一定高度的分散相累积层。两相在板间分层明显，要有一定高度的分散相累积层。轻液分散的筛板萃取塔轻液分散的筛板萃取塔轻液向上流相界面轻液筛板降液管重液向下流挡板分散的轻液轻液向上流相界面重相液滴筛板升液管重液向下流挡板重液重液分散的筛板萃取塔重液分散的筛板萃取塔3.3.填料萃取塔填料萃取塔特点：填料萃取塔结构简单，特点：填料萃取塔结构简单，造价低廉，操作方便，级效率造价低廉，操作方便，级效率较低，在工艺要求的理论级小较低，在工艺要求的理论级小于于3 3，处理量较小时可考虑采，处理量较小时可考虑采用。用。 填料萃取塔填料萃取塔轻液轻液重液重液液液相界面填料4.4.转盘萃取塔转盘萃取塔特点：结构简单，造价低特点：结构简单，造价低廉，维修方便，操作弹性廉，维修方便，操作弹性和通量较大，应用较广。和通量较大，应用较广。轻液轻液重液重液界面格栅定环转盘 转盘萃取塔转盘萃取塔5.5.搅拌填料塔搅拌填料塔重液出轻液出重液入轻液入1.1.转轴转轴 2.2.搅拌器搅拌器 3.3.丝网填料丝网填料123三、离心萃取器三、离心萃取器优点优