第四章萃取分离法详解第四章萃取分离法详解萃取又称溶剂萃取，亦称抽提〔通用于石油炼制工业〕，是一种用液态的萃取剂处理与之不互溶的双组分或多组分溶液，实现组分别离的传质别离过程，是一种广泛应用的单元操作。将溴水和苯在分液漏斗里混合后振荡、静置〔静置后液体分层，Br2被溶解到苯里，苯与水互不相溶，苯比水轻在上层，因溶有Br2呈橙红色，水在下层为无色〕、分液即完成萃取萃取是利用两者的溶解度不同。萃取，溶解原理，比方说如今A跟B混在一块，有一种溶剂C，它与A相溶，但不与B相溶，那么我们可以在AB的混合液中参加C，此时A溶入于C，与B别离。分液漏斗液-液萃取：用选定的溶剂别离液体混合物中某种组分，溶剂必须与被萃取的混合物液体不相溶，具有选择性的溶解才能，而且必须有好的热稳定性和化学稳定性，并有小的毒性和腐蚀性。如用苯别离煤焦油中的酚；用有机溶剂别离石油馏分中的烯烃；用CCl4萃取水中的Br2.固-液萃取：也叫浸取，用溶剂别离固体混合物中的组分，如用水浸取甜菜中的糖类；用酒精浸取黄豆中的豆油以进步油产量；用水从中药中浸取有效成分以制取流浸膏叫“浸沥〞。利用化合物在两种互不相溶〔或微溶〕的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。经过反复屡次萃取，将绝大部分的化合物提取出来。它的操作过程并不造成被萃取物质化学成分的改变，因此萃取属于物理过程。分配定律是萃取方法理论的主要根据，物质对不同的溶剂有着不同的溶解度。同时，在两种互不相溶的溶剂中，参加某种可溶性的物质时，它能分别溶解于两种溶剂中，实验证明，在一定温度下，该化合物与此两种溶剂不发生分解、电解、缔合和溶剂化等作用时，此化合物在两液层中之比是一个定值。不管所加物质的量是多少，都是如此。有机化合物在有机溶剂中一般比在水中溶解度大。用有机溶剂提取溶解于水的化合物是萃取的典型实例，如碘的不溶液用四氯化碳萃取，几乎所有的碘都移到四氯化碳中，碘得已与大量的水分开，由于I2和CCl4沸点不同，加热其混合物，沸点低的CCl4先被蒸馏出来，从而到达别离的目的。在萃取时，假设在水溶液中参加一定量的电解质〔如氯化钠〕，利用“盐析效应〞以降低有机物和萃取溶剂在水溶液中的溶解度，常可进步萃取效果。萃取条件溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度；相关规律：有机溶剂溶易于有机溶剂，极性溶剂溶易于极性溶剂单级萃取对给定组分所能到达的萃取率〔被萃组分在萃取液中的量与原料液中的初始量的比值〕较低，往往不能满足工艺要求，为了进步萃取率，可以采用多种方法：多级错流萃取。料液和各级萃余液都与新颖的萃取剂接触，可达较高萃取率。但萃取剂用量大，萃取液平均浓度低。多级逆流萃取。料液与萃取剂分别从级联〔或板式塔〕的两端参加，在级间作逆向流动，最后成为萃余液和萃取液，各自从另一端离去。料液和萃取剂各自经过屡次萃取，因此萃取率较高，萃取液中被萃组分的浓度也较高，这是工业萃取常用的流程连续逆流萃取。在微分接触式萃取塔中向流动的过程中进展接触传质，也是常用的工业萃取方法。料液与萃取剂之中，密度大的称为重相，密顶溢出；重相自塔顶参加，从塔底导出。萃取塔操作时，一种充满全塔的液相，称连续相;另一液相通常以液滴形式分散于其中，称分散相。分散相液体进塔时即行分散，在离塔前凝聚分层后导出。料液和萃取剂两者之中以何者为分散相，须兼顾塔的操作和工艺要求来选定。此外，还有能到达更高别离程度的回流萃取和分部萃取。萃取塔萃取与其他别离溶液组分的方法相比，优点在于常温操作，节省能源，不涉及固体、气体，操作方便。萃取在如下几种情况下应用，通常是有利的：料液各组分的沸点相近，甚至形成共沸物，为精馏所不易奏效的场合，如石油馏分中烷烃与芳烃的别离，煤焦油的脱酚；低浓度高沸组分的别离，用精馏能耗很大，如稀醋酸的脱水；多种离子的别离，如矿物浸取液的别离和净制，假设参加化学品作分部沉淀，不但别离质量差，又有过滤操作，损耗也大；不稳定物质〔如热敏性物质〕的别离，如从发酵液制取青霉素。萃取的应用，目前仍在开展中。元素周期表中绝大多数的元素，都可用萃取法提取和别离。萃取剂的选择和研制，工艺和操作条件确实定，以及流程和设备的设计计算，都是开发萃取操作的课题第一节溶剂萃取法广义的溶剂萃取法(solventextraction)包括液-固萃取和液-液萃取：液-液萃取指用一种溶剂将物质从另一种溶剂〔如发酵液〕中提取出来的方法。溶剂萃取法优点：溶剂萃取法优点：操作可连续化，速度快，消费周期短；操作可连续化，速度快，消费周期短；对热敏物质破坏少；对热敏物质破坏少；采用多级萃取时，溶质浓缩倍数大、纯采用多级萃取时，溶质浓缩倍数大、纯缺点：缺点：由于有机溶剂使用量大，对设备和平安要由于有机溶剂使用量大，对设备和平安要求高，需要各项防火防爆等措施。求高，需要各项防火防爆等措施。一、根本概念一、根本概念〔一〕萃取与反萃取〔一〕萃取与反萃取被提取的溶液称为料液，其中欲提取的物被提取的溶液称为料液，其中欲提取的物质称溶质，而用以进展萃取的溶剂称为萃质称溶质，而用以进展萃取的溶剂称为萃取剂(extractant)(extractant)到达萃取平衡后，大部分溶质转移到萃取到达萃取平衡后，大部分溶质转移到萃取剂中，这种含有溶质的萃取剂溶液称为萃剂中，这种含有溶质的萃取剂溶液称为萃取液，而被萃取出溶质以后的料液称为萃取液，而被萃取出溶质以后的料液称为萃反萃取反萃取(stripping(stripping或或backextraction)backextraction)是将萃取是将萃取液与反萃取剂〔一般为水溶液〕相接触，液与反萃取剂〔一般为水溶液〕相接触，使某种被萃入有机相的溶质转入水相的过使某种被萃入有机相的溶质转入水相的过程，可看作是萃取的逆过程。反萃取剂要程，可看作是萃取的逆过程。反萃取剂要与有机溶剂互不相溶与有机溶剂互不相溶,,与被萃取的物质不反与被萃取的物质不反响响..对应的反萃取物应该是在水中溶解度较对应的反萃取物应该是在水中溶解度较大的物质大的物质.〔二〕、分配定律能斯特分配定律：在一定温度、一定压力下能斯特分配定律：在一定温度、一定压力下，某一溶质在互不相溶的两种溶剂间分配时，某一溶质在互不相溶的两种溶剂间分配时，到达平衡后，在两相中的活度之比为一常，到达平衡后，在两相中的活度之比为一常数。假如是稀溶液，可以用浓度代替活度，数。假如是稀溶液，可以用浓度代替活度，称为分配系数称为分配系数萃余相浓度萃取相浓度应用分配定律时，须符合以下条件：应用分配定律时，须符合以下条件：必须是稀溶液，即适用于接近理想溶液必须是稀溶液，即适用于接近理想溶液的萃取体系；的萃取体系；溶质对溶剂的互溶度没有影响；溶质对溶剂的互溶度没有影响；溶质在两相中必须是同一分子形式，即溶质在两相中必须是同一分子形式，即不发生缔合或解离。不发生缔合或解离。 在萃取过程中，溶质在两相的分子形式常 在萃取过程中，溶质在两相的分子形式常 常并不一样，仍然采用类似分配定律的公 常并不一样，仍然采用类似分配定律的公 式作为根本公式。这时候溶质在萃取相和 式作为根本公式。这时候溶质在萃取相和 萃余相中的浓度，实际上是以各种化学形 萃余相中的浓度，实际上是以各种化学形 式进展分配的溶质总浓度，它们的比值以 式进展分配的溶质总浓度，它们的比值以 分配比 分配比(distribution ratio) (distribution ratio)表示： 表示： RnR3 R2 R1 Ln L3 L2 L1 萃取因素也称萃取比，其定义为被萃取萃取因素也称萃取比，其定义为被萃取 溶质进入萃取相的总量与该溶质在萃余 溶质进入萃取相的总量与该溶质在萃余 相中总量之比。通常以 相中总量之比。通常以EE表示。假设以 表示。假设以Vl Vl 和和V2 V2分别表示萃取相和萃余相的体积， 分别表示萃取相和萃余相的体积， M1 M1和 和M2 M2分别表示溶质在萃取相和萃余 分别表示溶质在萃取相和萃余 相中的平衡浓度。萃取因素〔 相中的平衡浓度。萃取因素〔EE〕为： 萃取率〔课本萃取率〔课本60 60〕〕 萃余相中溶质总量萃取相中溶质总量 〔〔四四〕〕、别离因素、别离因素 料液中的溶质并非是单一的组分，除了所料液中的溶质并非是单一的组分，除了所 需产物〔 需产物〔AA〕外，还存在有杂质〔 〕外，还存在有杂质〔BB〕。别 离因素离因素(separation factor) (separation factor)，常用 ，常用 表示， 表示， 其定义为：在同一萃取体系内两种溶质在 其定义为：在同一萃取体系内两种溶质在 同样条件下分配系数的比值 同样条件下分配系数的比值 值的大小表示了两种溶质的别离效果；值的大小表示了两种溶质的别离效果； 值愈大或愈小，说明两种溶质别离效果值愈大或愈小，说明两种溶质别离效果 越好，易到达别离提纯的目的； 越好，易到达别离提纯的目的； 当当值等于值等于11时，说明什么？ 时，说明什么？ 分配比高意味着有较高的萃取率；分配比高意味着有较高的萃取率； 别离因素大意味着两种溶质别离较彻底。别离因素大意味着两种溶质别离较彻底。 二、溶剂萃取法的根本原理 二、溶剂萃取法的根本原理 抗生素在不同的抗生素在不同的pH pH条件下，可以有不同 条件下，可以有不同 的化学状态，其分配系数亦有差异，假设 的化学状态，其分配系数亦有差异，假设 适度改变 适度改变pH pH，可将抗生素自水相转入有 ，可将抗生素自水相转入有 机相，或从有机相再转入水相，这样反复 机相，或从有机相再转入水相，这样反复 萃取，可以到达浓缩和提纯的目的 萃取，可以到达浓缩和提纯的目的 三、萃取方法和理论收率的计算 三、萃取方法和理论收率的计算 〔〔一一〕〕单级萃取 单级萃取 萃取因素 萃取因素EE为为 VVFF ——料液体积；料液体积；VVss—— ——萃取剂的体 萃取剂的体 ——溶质在萃取液的浓度；溶质在萃取液的浓度； CC 22 ——溶质在萃余相的浓度；溶质在萃余相的浓度；KK—— ——表观分配 表观分配 系数； 系数；m ——浓缩倍数浓缩倍数 萃余相中溶质总量总量 理论收率：理论收率： 原始料液中溶质总量萃余液中溶质总量 例如：例如： 洁霉素在 洁霉素在20 20和和pH10.0 pH10.0时表观分配系数〔丁 时表观分配系数〔丁 醇醇//水〕为 水〕为18 18。用等量的丁醇萃取料液中的 。用等量的丁醇萃取料液中的 洁霉素，计算可得理论收率 洁霉素，计算可得理论收率 假设改用 假设改用1/3 1/3体积丁醇萃取， 体积丁醇萃取， 理论收率： 理论收率： 注：当分配系数一样而萃取剂用量减少时， 注：当分配系数一样而萃取剂用量减少时， 其萃取率下降。 其萃取率下降。 1818