分离工程之液液萃取

液液萃取•一液液萃取的定义及其过程的特点•二萃取剂的选择和常用的萃取剂•三萃取流程•四液液萃取过程的计算•五超临界萃取•六液液萃取的特点及应用一液液萃取的定义及其过程的特点1.1液液萃取的定义•液液萃取也称溶剂萃取（通常用于石油炼制工业），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，实现组分分离的传质分离过程，是一种广泛应用的单元操作。•液液萃取的原理：依据液体混合物中各组分组分在某溶剂•中溶解度的差异1.2液液萃取过程的优势（与精馏对比）a.液体混合物的挥发度小或难形成恒沸物；b.无相变：液体混合物的浓度很低时，精馏过于耗能；c.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；d.两相流体：与吸附离子交换相比，操作方便。1.3液液萃取过程的特点（1）萃取过程中相互接触的两相（均为液相）必须依靠两相之间之间的密度差火外界输入能量进行两相的分离。（2）萃取过程中的两液相间的密度差、界面张力以及两液相的粘度等物理性质以及水箱和有机相对设备材质的亲和性都是十分重要的因素。（3）在萃取过程中，轴向混合的影响严重。轴向混合是指把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动的想象。二萃取剂的选择和常用的萃取剂2.1萃取剂的选择性及选择性系数•萃取剂的选择性：萃取剂S对原料液中两个组分溶解能力的差异。•若S对溶质A的溶解能力比对原溶剂B的溶解能力大得多，即萃取相中yA比yB大得多，萃余相中xB比xA大得多，那么这种萃取剂的选择性就好。•萃取剂的选择性用选择性系数β表示，其定义式为:BABBAABABAkkxyxyxxyy的质量分数萃余相中的质量分数萃余相中的质量分数萃取相中的质量分数萃取相中BABA说明：若β＞1，说明组分A在萃取相中的相对含量比萃余相中的高，即组分A、B得到了一定程度的分离，显然kA值越大，kB值越小，选择性系数β就越大，组分A、B的分离也就越容易，相应的萃取剂的选择性也就越高；若β=1，则kA=kB，即萃取相和萃余相在脱除溶剂S后将具有相同的组成，并且等于原料液的组成，说明A、B两组分不能用此萃取剂分离，换言之所选择的萃取剂是不适宜的。萃取剂的选择性越高，则完成一定的分离任务，所需的萃取剂用量也就越少，相应的用于回收溶剂操作的能耗也就越低。当组分B、S完全不互溶时，yB=0，则选择性系数趋于无穷大，显然这是最理想的情况。2.2萃取剂的选择2.2.1萃取剂回收的难易萃取后的E相和R相，通常以蒸馏的方法进行分离。萃取剂回收的难易直接影响萃取操作的费用，从而在很大程度上决定萃取过程的经济性。因此，要求萃取剂S与原料液中的组分的相对挥发度要大，不应形成恒沸物，并且最好是组成低的组分为易挥发组分。若被萃取的溶质不挥发或挥发度很低时，则要求S的汽化热要小，以节省能耗2.2.2萃取剂选择标准萃取剂的工业要求：1、具有良好的化学稳定性和热稳定性；2、对设备的腐蚀性要小；3、来源充分，价格低廉；4、无毒，不易着火，不易燃易爆；5、黏度小，便于输送和传质；6、蒸汽压低，以减少汽化损失；通常，很难找到能同时满足上述所有要求的萃取剂，这就需要根据实际情况加以权衡，以保证满足主要要求。2.3常用的萃取剂（1）中型络合萃取剂：醇、酮、醚、醛及烃类；（2）酸性萃取剂:羧酸、磺酸、酸性磷酸酯等；（3）螯合萃取剂：羟肟类化合物；（4）离子对萃取剂：叔胺和季铵盐三萃取流程3.1单极萃取的流程根据单级萃取过程的不同组合，可以有多种多级萃取流程。这里简短地介绍三种常用的萃取流程（1）错流萃取；（2）逆流萃取；（3）分馏萃取。3.2多级错流萃取的流程注：图中每个圆圈代表一个理论级，主要包括以下两个部分：（1）原料液与萃取剂进行充分接触传质的混合器；（2）混合液进行机械分离的分层器。（3）多级错流萃取流程既可用于间歇操作，也可用于连续操作。多级错流萃取的特点：萃取操作中，每一级都加入新鲜的萃取剂，前一级的萃余相为后级的原料液，这种方式传质推动力大，可得到溶质组成很低的萃余相，但是溶剂的用量较大。适用于分配系数较大或萃取剂为水无需回收等情况。实验表明，相同总量的萃取剂以每级加入的量相等时萃取效果最好。后续的加料方式均为等量加入。3.3多级错流萃取的计算3.3.1萃取剂和原溶剂部分互溶的体系采用三角形相图求解(1)按第1级原料液萃取剂得量和组成，确定第1级混合也得量和组成，得点M1(2)过点M1作联结线得经第一级萃取后得萃取相E1和萃余相R;(3)按第2级进了R1及萃取剂得量和组成确定第2级混合液得梁河组成，得点M2；(4)重复2和3得方法的方法，直至第N级萃余相RN浓度符合要求。3.4分馏萃取（1）分馏是分离几种不同沸点的挥发性组分的混合物的一种方法;混合物先在最低沸点下蒸馏,直到蒸气温度上升前将蒸馏液作为一种成分加以收集。（2）两个不互溶的溶剂相在萃取器中逆流接触，使原料混合物中至少有两个组分获得较完全的分离。四液液萃取过程的计算每小时用45kg的纯溶剂S对A、B两组分混合液进行萃取分离。已知稀释剂B的流量为30kg/h，原料液中溶质A的质量比组成为0.3，操作条件下组分B、S可视作不互溶，且相平衡关系为Y=1.5X。试比较如下三种萃取操作溶质A的回收率φA。⑴单级平衡萃取；⑵将45kg/h的萃取剂分成两等份进行两级错流萃取；⑶两级逆流萃取。解：由于在操作条件下，组分B、S可视作互不相溶，且分配系数K取作常数1.5，故可用解析法求解最终萃余液组成Xn，则溶质回收率可用下式计算：⑴单级平衡萃取对溶质A作物料衡算得：B(XF-X1)=S(Y1-YS)→30(0.3-X1)=45Y1另外有Y1=mX1=1.5X1联解上两式可得：X1=0.0923%100FnFAXXX%23.69%1003.00923.03.0A⑵将45kg/h的萃取剂分成两等份进行两级错流萃取每级萃取剂加入量为：kg/h5.224521211SS125.1305.225.1iBmSb0664.0)125.11(3.0)1(22F2bXX将有关数据代入下式，可解出X2%87.77%1003.00664.03.0A⑶两级逆流萃取25.230455.1'BmSb将有关数据代入下式，可求得X31'1'1NNFbbXX0361.0125.2)125.2(3.01')1'(312F3bbXX%97.87%1003.00361.03.0A故得:五超临界萃取5.1超临界流体萃取的定义•超临界流体萃取（supercriticalfluidextraction，SCFE）是以超临界流体作为溶剂，从液体或固体中萃取或提纯目标组分的过程。•超临界流体是指物质的温度和压力分别超过其临界温度（Tc）和临界压力（pc）时的流体。5.2超临界CO2的溶剂特征超临界CO2的相图利用不同密度下的CO2对物质溶解能力的差异就可以实现萃取和分离的操作，即通过压力或温度的改变就可能有效地萃取和分离溶质。5.2.1萃取溶剂CO2的性质表5-2一些超临界萃取溶剂的临界点性质溶剂临界温度临界压力临界密度(℃)(MPa)(kg/m3)乙烷32.34.88203丙烷96.94.26220丁烷152.03.80228乙烯9.95.12227氨132.411.28235二氧化碳31.37.38460二氧化硫157.67.88525水374.322.11326氟里昂-1328.833.95785.2.2CO2的超临界特性•1、密度接近液体，粘度比液体低，扩散能力约为液体的100倍；•2、临界温度和临界压力较低；•3、具有良好的分离选择性；•4、耐低温：可在较低温度下操作；•5、不燃、无毒、无味无臭；•6、不存在溶剂残留问题；•7、容易取得，廉价。5.3超临界萃取的应用①超临界萃取和精馏联用•是将超临界萃取与精密分馏相结合，在萃取的同时将产物按其性质和沸程分成若干不同的产品。具体工艺流程是将填有多孔不锈钢填料的高压精馏塔代替分离釜，沿精馏塔高度有不同控温段。萃取产物在分离解析的同时，利用塔中的温度梯度，改变CO2流体的溶解度，使较重组分凝析而形成内回流，产品各馏分沿塔高进行气—液平衡交换，分馏成不同性质和沸程的化合物。•通过这种联用技术，可大大提高分离效率，如在鱼油精制中，采用该技术可得二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）纯度达到90％以上的产品。在日本该联用技术应用于辛香料的萃取—分离也有多篇专利技术。②超临界萃取与尿素包合技术联用•又称超临界萃取结晶法。利用尿素可与脂肪酸化合物形成包合物，而且分子结构和不饱和度不同的化合物与尿素的包合程度不同这一特性来实现组分的分离，可用于从鱼油中提纯EPA和DHA。③超临界萃取与色谱分离联用•如从向日葵种子中提取维生素E时同硅胶吸附柱联用；•从美丽猪屎豆种子中萃取单猪屎豆碱时同离子交换柱联用。六液液萃取的特点及应用6.1液液萃取的特点（1）处理能力大；（2）分离效果好；（3）回收率高；（4）可连续操作，易于自动控制。6.1液液萃取的应用6.1.1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6.1.2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。•将液液萃取的新兴技术用于不稳定物质（如热敏性物质）的分离，该技术已在实际生产中得到应用。•如从发酵液制取青霉素。6.1.3医学制药谢谢！TheEnd！