第三讲引言利用溶解度不同，用溶剂溶出的方法从固体或液体中分离出某种成分每种成分都有各自的性质，在不同的溶剂中有不同的溶解度，总有一种溶剂最合适其溶解。只要溶剂的量是足够适合的，它就可被溶剂溶出。此法常常作为分离的第一步，即提取。萃取技术出现的背景萃取技术出现的背景1、混合液中各组分的沸点接近，或各组分的相对挥发度接近于1，采用精馏操作所需的理论塔板数很多，或回流比很大，设备费和操作费用大，不经济，可采用萃取。如苯（沸点353.25K）环己烷（沸点为354.15K），加入萃取剂糠醛可分离。2、混合液中欲回收的组分是热敏性物质，受热分解，聚合或发生其它反应。在生化和制药工业中广泛应用，如：从发酵液中提取青酶素，咖啡咽的提取都应用萃取。3、稀溶液，溶质在混合液中浓度很低且为难挥发组分，采用精馏将大量稀释剂气化，热能消耗很大，从稀醋酸水溶液中制备无水醋酸。4、混合液中组分蒸馏时形成恒沸物，采用普通的精馏方法，得不到所需的纯度。5、其它，如多种金属物质的分离（稀有元素的提取，铜----铁，铀----钒、锯----钽），工业材料的制取，废水治理等广泛地采用萃取。溶剂萃取其他萃取技术萃取方法液-固萃取属于用液体提取固体原料中有用成分的扩散分离操作。多用于提取存在于胞内的有效成分。溶剂萃取利用溶质在两个互不混有机溶剂相）中溶解度和分配性质上的差异进行的分离操作。可用于有机酸、氨基酸、维生素等生物小分子的分离纯化。双水相萃取利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异进行的分离操作。主要用于蛋白质、酶，特别是胞内蛋白的提取纯反胶团萃取利用表面活性剂在有机相中形成的反胶团，从而在有机相中形成分散的亲水微环境，使生物分子在有机相（萃取相）内存在适用于氨基酸、肽和蛋白质等生物分子的分离纯化，特别是蛋白质类生物大分子的分离。液膜萃取液膜能将与之不互溶的液体分开，使其中一侧液体中的溶质选择性地透过液膜进入另一侧，实现溶质之间的分离。适用于金属离子、烃类、有机酸、氨基酸和抗生素的分离及废水处理，在酶的包埋固定化和生物医学方面的应用也前景广阔。超临界流体萃取利用超临界流体作为萃取剂，对物质进行溶解和分离。适用于脂肪酸、植物碱、醚类、酮类、甘油酯、芳香成分等物质的萃取分离。几种萃取方法的比较TSHY4.1液液萃取过程4.2液液相平衡4.3萃取过程计算4.4萃取设备4.5萃取过程的新进展1、液体样品的萃取原理－分配律在一定温度和压力下，一种溶质分别溶于互不相溶得溶剂中，到达平衡时，溶质在二溶剂中浓度之比为一常数。（相）中浓度溶质在溶剂（相）中浓度溶质在溶剂分配系数2、条件溶质在二种溶剂中分子性质不同，但不发生解离和化合现象。溶质不影响二溶剂的互溶程度。基本过程描述混合液萃取剂(溶剂S)萃取相搅拌•加料•混合•分相•排除•纯化和回收液----液萃取又称溶剂萃取，是利用原料液中各组分在溶剂中的溶解度不同而分离的一种单元操作。原料液A+B萃取剂S混合器澄清器萃取相E回收溶剂S萃取液E′利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解度差而将其从一个液相转移到另一个液相的分离过程称为液液萃取，也叫溶剂萃取，简称萃取。待分离的一相称为被萃相，萃取后成为萃余相，用做分离剂的相称为萃取相。萃取相中起萃取作用的组分称为萃取剂，起溶剂作用的组分称为稀释剂或溶剂。具有处理量大、分离效果好、回收率高、可连续操作以及自动控制等特点，因此得到了广泛的应用。分配比达到萃取平衡时，被萃物在两相中的浓度比称为被萃物的分配比，也称为分配系数。其中，为被萃物A在萃取相（有机相）中的浓度；A在被萃相（水相）中的浓度。分配比D的值越大，被萃物越容易进入萃取相。D通常不是常数，要受萃取体系和萃取条件的影响，应根据实验来测定；D=0，表示待萃取物完全不被萃取，D=，表示完全被萃取。相比萃取体系中萃取相为萃取相流量，为被萃相流量。分离系数分离系数又称为分离因子，表示被萃相中两种物质可被某种萃取剂所分离的难易程度，它等于这两种物质在相同萃取条件下的分配比之比。与相对挥发度一样，分离系数值越远离1，两种物质越容易分离；反之则不容易。5、液液萃取在工业上的应用1、液液萃取在石油化工中的应用•分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物•用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡•以HF-BF3作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体2、在生物化工和精细化工中的应用•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•食品工业中TBP从发酵液中萃取柠檬酸3、湿法冶金中的应用用溶剂LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金等贵金属的分离和提取；TSHY液液萃取过程的特点(1)萃取过程的传质前提是两个液相之间的相互接触；(2)两相的传质过程是分散相液滴和连续相之间相际传质过程。(3)两相间的有效分散是提高萃取效率的有效手段。(4)两相的分离需借助两相的密度差来实现。(5)液液萃取过程可以在多种形式的装置中通过连续或间歇的方式实现。液液萃取特点6）相对挥发度等于或者接近1(烷烃/芳烃)7）重组分含量少，轻组分含量多(水-HAc)(含酚废水处8）混合液含热敏性物质（药物）9）选择适宜的溶剂是一个关键问题10）溶质与萃取剂的沸点差大有利TSHY1、确定萃取体系包括被萃相体系和萃取相体系的构成，如被萃相的酸碱度、萃取相的稀释剂等。2、测定相平衡数据分配系数和分离系数。3、确定工艺和操作条件相比、萃取剂和稀释剂用量、被萃物浓度、萃取温度等。4、设备的确定设备形式和结构。5、萃取流程的建立完整的萃取和反萃流程。TSHY萃取剂应具备的特点萃取剂中至少要有一个能与被萃物形成萃合物的官能团。常见的萃取官能团通常是一些包含N、O、P、S的基团。萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构或基团，如长链烃、芳烃等，以利于萃取剂在稀释剂中的溶解，并防止被萃相对它的溶解夹带损失。TSHY(2)萃取剂选择要点选择性好表现为分离系数大。萃取容量大表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。化学稳定性强耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。易与原料液相分层不乳化、不产生第三相。易于反萃或分离便于萃取剂的重复利用。安全性好无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。便于操作，输运及贮存来源充分，价格低廉。经济性好成本低、损耗小。(3)、萃取剂回收的难易被分离体系相对挥发度α大，用蒸馏方法分离；如果α接近1，可用反萃取，结晶分离等方法。(4)、萃取剂的其它性质1）萃取剂的密度：萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差2）界面张力：界面张力较大时，有利于分层；界面张力过大，难以使两相混合良好；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。一般不选界面张力过小的萃取剂。5）粘度粘度小对萃取剂有利 中性萃取剂包括含磷类、含氧类和含硫 类重型萃取剂，如磷酸三丁酯(TBP)、甲基异 丁基酮(MIBK)、二辛基亚砜(DOSO)等。 有机酸萃取剂 包括有机磷酸、有机磺酸、 羧酸等。 胺类萃取剂 各种有机胺和胺盐。 螯合萃取剂 各种有机螯合物、冠醚等。 TSHY 近年开发的新型特效萃取剂有： （１）、冠醚萃取剂 （２）、羧酸萃取剂 （３）、螯合萃取剂 TSHY 3.1萃取过程分析 常用的工业萃取过程根据使用的设备通常分为逐级萃取过程和 微分萃取过程。 逐级萃取过程以多级混合澄清槽为萃取设备的连续萃取过程。特点是每一个 萃取级构成一个平衡级， 易实现过程分解、组合与控制。 微分萃取过程以各种塔为萃取设备的连续萃取过程。特点是设备紧凑，操作 简单，结构形式选择多；但易出现轴向返混，影响萃取效率。 TSHY 3.2 逐级萃取过程分析(1)逆流萃取 (2)错流萃取 TSHY 3.2 逐级萃取过程的计算(1)麦克凯贝-赛尔图解法 平衡线： 由萃取平衡实验测得。 操作线： 斜率=L/G 即，被萃相与萃取相的流量 之比。 萃取级数：阶梯作图法。 TSHY 3.2 (2)逐级计算法 逐级计算法是逐级萃取过程的基本计算方法，特别是各 萃取级分配系数不同时，采用逐级计算法计算萃取过程所 需理论级数和各级浓度分布是最常用和最稳妥的方法。 在实际萃取过程中，经常会出现各级分配系数发生变化 的情况，如用酸性萃取剂萃取电解质溶液中的金属离子时， 随着金属离子量的增加，被萃相中的H 浓度会随之增大，导致被萃相的酸度逐级增大，因而影响到被萃离子在两相 中的分配比。 TSHY 3-2 各级分配系数变化时的逐级计算 ；有机相为含萃取剂(LIX64)10%的煤油溶液(G)，由于是萃取反萃循环使用，其中残留Cu 相体积流比为G/L=60/75；要求经多级逆流萃取后，萃余相中Cu 。计算流程所需的理论级数和逐级浓度分布。 TSHY 3-2 用LIX64萃取水相硫酸铜中的Cu 反应式为：其中，R代表LIX64。 在萃取过程中，当一个铜离子进入有机相，水相就会 产生一个硫酸，因此，随着萃取过程的进行，水相的酸 度会逐渐增大。 通过实验测定该萃取体系中，在不同硫酸浓度下Cu CuR2HR CuSO TSHY3-2 TSHY 3-2 为：98/63.5=1.54kg。对Cu