萃取

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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
液液萃取的优点:
1. 两相可变的物理和化学因子多. 2. 可分离挥发度相近的物质. 3. 便于连续操作. 4. 能量消耗低. 5. 操作条件温和.
4.2 液液相平衡
等边三角形法. C: A与B的二元组分. D: 三元组分. 杠杆原则确定百分含量.
2. 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。
单级萃取计算
1.物料衡算
A
原料液F xFA
萃余相R
xA
E
萃取剂S
萃取相E
E
zA
yA
F
பைடு நூலகம்
M
由总物料衡算得
WF+WS=WE+WR=WM
由杠杆规则得
R R B
S
MF WS WF MS
WE
WM
MR RE
WE
WF
RF RE
300

WE

WM (zM yE
xR ) xR
RF

WE WF RE
WE

WF ( xF xR ) yE xR
F
E

M
R
WR WF WE
xR zM yE
下面一律以物系所处的状态点字母代表物流的量,
液-液萃取过程
基本概念
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 ( Liquid-liquid extraction),也叫溶剂萃取(Solvent Extraction),简称萃取。 待分离的一相称为被萃相,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。分离完成后的被萃相又称为萃余相。
例子 2:从矿石中提取铀Dapex工艺
1. 用酸(或碱)将铀从矿石中浸出,铀在硫酸 浸出液中存在下列平衡
UO
2 2
SO24 UO2SO4
SO24 UO2
(SO4
)22
SO24
UO 2
(SO4
)34
用P204萃取,稀释剂为煤油, P204在煤油中以(RH)2存在
萃取过程主要用于分离和提取已经存在于液相中的某种物质,在 石油化工、湿法冶金、核工业、生化、食品、医药、轻工等领域被 广泛使用。
2、基本过程描述
搅拌
Extractant
•加料 •混合
混合液 A+B
萃取剂 (溶剂S)
•分相 • 反萃(纯化 和回收)
萃取相 (S+A)
Extract phase
萃余相 (B+A)
如在体系中加入另一种萃取剂,起辅助萃取作用,该 萃取剂称为助萃剂。
液液萃取的分类和萃取剂
简单分子萃取
中性物质水相和有机相之间的物理分配。被 萃物在两相中以中性分子形式存在。溶剂与被萃 物没有化学结合
OsO4-H2O-CCl4 CCl4从水溶液萃取的是OsO4
液液萃取的分类和萃取剂
中性络合萃取
三元组成在直角三角形相图中的表示法
M点的组成为:
xA BE 0.4 xB SG 0.3 xS BF 0.3
A
K H·
E
D
M
B
S
F
G
4.2 双结点曲线
一定温度下, 形成一对部分互溶 液相的三元体系的双结点曲线.
R1E1 为结线. P为临界混溶点(褶点).
温度升高, 两相区减小.
LIX64 萃取铜离子 CuSO 4 2HR CuR 2 H2SO4
酸性络合体系
1. 螯合萃取剂
LIX64
CuSO 4 2HR CuR 2 H2SO4
含有酸性集团-OH和配位集团 C=N,金属离子除将萃 取剂中氢离子置换出来,还与萃取剂形成配位键,形 成一种具有环状结构的金属疏水性金属螯合物。
萃取剂贵,但选择性高。
酸性络合体系
2. 烷基磷酸络螯合萃取剂
C2H5
CH3 CH2 CH2 CH2 CH CH2O OH pKa P
CH3 CH2 CH2 CH2 CH CH2O
O
C2H5
C2H5
CH3 CH2 CH2
CH2 CH
CH2O P
O+ H+
CH3 CH2 CH2 CH2 CH CH2O
4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
(2)萃取剂选择要点 ①选择性好 表现为分离系数大。 ②萃取容量大 表现为单位体积溶解萃合物多。 ③化学稳定性强 耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。 ④易与被萃相分层, 不乳化、不产生第三相 (界面张力)。 ⑤易于反萃或分离 便于萃取剂的重复利用。 ⑥安全性好 无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。 ⑦经济性好 成本低、损耗小。
1. 被萃物是中性分子。 2. 萃取剂也是中性分子。 3. 萃取剂与被萃物生成中性络合物。 Re(NO3): Re 稀土元素 , 铼 TBP (磷酸三丁酯).
吡啶萃取Cu(NO3)2, Cu(NO3)2 –(Py)2.
液液萃取的分类和萃取剂
酸性络合体系
1. 萃取剂(螯合剂)是一弱酸(HL, HL2),即溶于水相也溶 于有机相。(有机相溶解度大,但分配与pH有关)。 2. 水相中金属离子以阳离子Mn+存在(MLx)。 3.水相中金属离子与酸形成螯合物MLx 。 4. 螯合物MLx难溶于水而易溶于有机相。 5.螯合反应为Mn+ +nL= Mn+Ln +nH+

UO
2 2

2(RH)
2

UO 2 (R 2H) 2

2H
要对pH,阴离子浓度,等都对萃取有影响,因此要做条件优化. PH<2。对其它金属杂质离子萃取系数都很小。
例子 2:从矿石中提取铀
2. 反萃
UO 2 (R 2H) 2 3Na2CO3 Na 4UO 2 (CO3) 3 2NaR 2H
盐分影响分配系数
e. 乳化程度 尽量破坏乳浊液,如轻度乳化,要加热过滤离心(热
敏物质不用加热);重度乳化,加SDS、溴化十五烷基 吡啶等去乳化剂。
萃取过程中的特点
1. 萃取过程为液液传质,比汽液传质要难。在萃取过程中, 两相应先进行紧密接触,完成传质,然后又需靠两相之 间的密度差或外界输入能量进行两相的分离。
2. 两相间的密度差、界面张力和两相的粘度等物质性质非 常重要。对填料和设备的亲和性也是一重要因素。
填料塔:现在常用的鲍尔环等是根据气液传质开发的,用 于液液传质往往效率不高。 气液传质中,液体沿填料流下,气液在填料表面完成。 液液传质,是分散相分成液滴,传质是液滴群。
萃取过程中的特点
萃取过程塔中,尤其是连续逆流萃取,轴向混合非常严重。 返混和前混。造成萃取塔的效率一般很低。
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(磷酸三丁酯)从发酵液中萃取柠檬酸
Raffinate phase
混合液多为水相, 加入电解质 (盐析效应), 可降低溶质和有机相 在水相中溶解度.
影响萃取操作的因素:
a.
温度
温度↑互溶性增大; 温度↓产物稳定性提高,粘度增加,扩散性能减小。
b. pH值 影响分配系数,影响物质解离情况
c. 相比 d. 盐分
溶媒比=溶媒体积/萃取体积 溶媒比↑萃取效果↑溶媒回收费用↑
(SO4
)22
SO24
UO 2
(SO4
)34
用三脂肪胺,三辛胺,N235(混合烷基叔胺)+异癸醇+煤 油。
UO 2SO 4 (R 3NH) 2SO 4 (R 3NH) 2 UO 2 (SO 4 )2
例子 2:从矿石中提取铀
2. 反萃 1. 用氯化物,如pH = 2 的NaCl溶液
稀释剂为0.1mol/L P204, 0.1mol/L TBP.
TBP:1. 协萃作用。2. 提高NaR2H+在有机相中溶解。
例子 2:从矿石中提取铀(Amex工 艺)
1. 用酸(或碱)将铀从矿石中浸出,铀在硫酸 浸出液中存在下列平衡
UO
2 2
SO24 UO2SO4
SO24 UO2
4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
2. 常用萃取剂
①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。
②有机酸萃取剂 等。
包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸
③胺类萃取剂 各种有机胺和胺盐。
④螯合萃取剂 各种有机螯合物、冠醚等。
4.1.3 萃取过程中的常用名词
2. 相比
萃取体系中萃取相 V(o) 与 V(a) 被萃相的体积比称 为相比。
R V(o) /V(a)
在连续萃取过程中,通常用两相的流比取代相比。
r G/L G 为萃取相流量, L 为被萃相流量。
4.1.3 萃取过程中的常用名词
3. 分离系数
分离系数表示被萃相中两种物质可被某种萃 取剂所分离的那易程度,它等于这两种物质在 相同萃取条件下的分配比之比。
H FeCl 4 2TBP HFeCl 4 2TBP
萃取剂的选择和常用萃取剂
(1) 萃取剂应具备的特点 ①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。
②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。
4.2 互溶度测定方法
1. 化学分析法.
4.2 互溶度测定方法
1. 浊度法.
结线的获取
289
萃取过程计算
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。
1. 逐级萃取过程 (平衡萃取)
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。
例子 1:青霉素的萃取分离
青霉素是一组抗菌素,在pH=2 时,以青霉素酸形式
存在,溶于有机溶剂中。在pH=7时,形成青霉素盐, 能溶于水中。利用其这种性质,经反复在溶剂相和水相间转 移,达到提纯和浓缩的目的。
典型三步法: 将经过过滤的发酵液,经稀硫酸酸化( pH=2-2.2),
把青霉素提到醋酸丁酯中。二步,用磷酸缓冲液 酸形式或碳酸氢钠水溶液, pH= 6.8-7.2,将青霉素从有 机相转到水相。三步,调 pH=2-2.2,把青霉素再提到有机 相,去结晶工序。
萃取过程中的常用术语
1. 分配比 (partition coefficient) 达到萃取平衡时,被萃物在两相中的浓度比成为被萃
物的分配比,也称为分配系数。
D cA(o) c A(a )
其中,c A(o) 为被萃物A在萃取相中的浓度;cA(a) 为被萃
物A在被萃相中的浓度。注意:被萃物可能以多种形式存 在,这儿的浓度为各种形式的总和。
DA / DB 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。
萃取过程中的常用名词
4. 萃取剂,稀释剂,助溶剂,助萃剂
萃取相可以是一种纯的有机溶剂,但大部分是一种期 萃取作用的物质溶解在一种溶剂中。起萃取作用的是萃 取剂,溶剂为稀释剂。
此外,如果在一种溶剂中加入少量大的另一种溶剂以 促进萃取剂在溶剂中的溶解,此种溶剂就成为助溶剂。
xFA,zA分别表示原料液和萃取剂的溶质浓度。
F S ER
(11-20)
Fx FA Sz A Ey A Rx A
(11-21)
0 Sz S Ey S Rx S
(11-22)
301
单级萃取的图解计算
A
若规定萃余相浓度,则可定 E
出R点,然后由内插法定出E
点 ( 需 知 联 结 线 规 律 ), 连 结
O
C2H5
含有酸性集团-OH,金属离子除将萃取剂中氢离子置换出 来,类似阳离子交换树脂与金属离子的交换。
萃取剂较便宜,但选择性不高。萃取络合物在有机相中
有较大的溶解度。萃取剂和萃合物在有机相中以氢键聚合。 P204,P507
液液萃取的分类和萃取剂
离子缔和萃取
被萃物与萃取剂在有机相形成离子缔和体。 例子:N235 萃取植酸
(R
2
H)
2
UO
2
SO
4

3

4NaCl

R3NH Cl (o)

UO 2SO 4

2Na
2SO 4
2. 用硫酸氨-氢氧化胺为反萃剂反萃取,如pH
= 3.5~4.5
(R
2H)
2
UO
2
SO
4

3
4NaOH

4R 3N UO 2SO4
2(NH
4 )2SO 4
H2O
液液萃取在工业上的应用
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