化工原理 液液萃取

第十一章 液液萃取（抽提） Liquid Extraction
11.1 概述
液-液萃取（抽提）：在液体混合物中加入一种 与其不溶或部分互溶的液体溶剂，经过充分混合， 分相，利用混合液中各组分在溶剂中溶解度的差 异而实现分离的一种单元操作。又称溶剂萃取。
目的: 分离液-液混合物。 操作依据: 利用混合物中各组分在某一溶剂中 的溶解度之间的差异。
两相接触方式
微 分 接 触
级 式 接 触
11.2 液-液相平衡关系
11.2.1 三角形坐标及杠杆定律
11.2.1.1 三角形坐标 三元混合液的表示方法：
三角形坐标
等边三角形 直角三角形（等腰直角三角形和不等腰直角三角形）
① 表示方法 习惯表示法： ▲ 各顶点表示纯组分； ▲ 每条边上的点为两组分混合物； ▲ 三角形内的各点代表不同组成的三元混合物。
液液萃取的应用
1、在石油化工中的应用 随着石油化工的发展，液液萃取已广泛应用于分离各种
有机物质。轻油裂解和铂重整产生的芳烃混合物的分离是重 要的一例。该混合物中各组分的沸点非常接近，用一般的分 离方法很不经济。工业上采用Udex、Shell、Formex等萃取 流程，分别用环丁砜、四甘醇、N-甲基吡咯烷酮为溶剂，从 裂解汽油的重整油中萃取芳烃。对于难分离的乙苯体系，组 分之间的相对挥发度接近于1，用精馏方法不仅回流比大， 塔板还高达300多块，操作费用极大。可采用萃取操作以HFBF3作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体。
A
mE RM mR ME
点P组成按上述长度为
A：30% B：50% S：20%
A
80
20
UF
60 Q Z 40
40 E 20
S%
பைடு நூலகம்BH
V 60
P 80
A%
B%
S
60 G 40 20
B，%
A：溶质 B：稀释剂 S：萃取剂
正三角形相图
11.2.1.2 三角形相图中的杠杆定律（比例定律）
A
杠杆定律指在U的液体中加入 另一组成的V液体，混合液组 成点Z必然落在UV上，点Z满 足以下关系：
3、在湿法冶金中的应用
20世纪40年代以来，由于原子能工业的发展，大量的研 究工作集中于铀、钍、钚等金属提炼，结果使萃取法几乎完 全代替了传统的化学沉淀法。近20年来，由于有色金属使用 量剧增，而开采的矿石中的品位又逐年降低，促使萃取法在 这一领域迅速发展起来。例如用溶剂LIX63-65等螯合萃取剂 从铜的浸取液中提取铜是20世纪70年代以来湿法液化金的重 要成就之一。目前一般认为只要价格与铜相当或超过铜的有 色金属如钴、镍、锆等等，都应当优先考虑用溶剂萃取法进 行提取。有色金属冶炼、已逐渐成为溶剂萃取应用的重要领 域。
ZU / ZV = V / U
（12-1）
U、V——混合液U及V的量，kg ZU、ZV——线段ZU、ZV的长度
掌握：和点、差点
80
20
UF
60 Q Z 40
40 E 20
S%
BH
V 60
P 80
A%
B%
S
60 G 40 20
B，%
A：溶质 B：稀释剂 S：萃取剂
三角形相图中的杠杆定律应用举例：
如图所示，一组A、B二元溶液
2、在生物化工和精细化工中的应用
在生化药物制备过程中，生成很复杂的有机液体混合物。 这些物质大多为热敏性物质。若选择适当的溶剂进行萃取， 可以避免受热损坏，提高有效物质的收率。例如青霉素的生 产，用玉米发酵得到含青霉素的发酵液，以醋酸丁酯为溶剂， 经过多次萃取可得到青霉素的浓溶液。此外，像链霉素、复 方新诺明等药物的生产采用萃取操作也得到较好的效果。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 业中用TBP从发酵液中萃取柠檬酸也得到了广泛应用。可以 说，萃取操作已在制药工业、精细化工中占有重要的地位。
常见的萃取操作流程
原料 A+B 萃取剂 S
萃取相 E
萃取剂S
萃余相 R
萃取液E ’ 萃余液R’
常见的萃取操作流程
萃取剂S
平衡 两相
萃取相 E, y——溶剂相中出现 (S+A+B) 萃余相 R, x——原溶剂相中出现 (B+S+A)
脱除溶剂
萃取相脱除溶剂得萃取液 E’, y’ 萃余相脱除溶剂得萃余液 R’, x’
A
1.0
0.8
H 0.6 K
0.4
C
0.2
F PD
B
0
0.2 0.4 0.6 0.8
E
G
三角形坐标
A点 ： K点 ： P点 ：
xA=1.0 xA=0.6 xB=0.4 xA =0.3 xB =0.3
xS=0.4
S
1.0
注意：组成的归一性，即 xi 1
正三角形相图
SG + GH + HB = SB %B + %A + %S = 100%
实现萃取操作的基本要求 ① 选择适宜的溶剂。溶剂能选择性地溶解各组分，
即对溶质具有显著的溶解能力，而对其他组分和原 溶剂完全不溶或部分互溶。 ② 原料液与溶剂充分混合、分相，形成的液-液两相 较易分层。 ③ 脱溶剂得到溶质，回收溶剂。溶剂易于回收且价 格低廉。
萃取的分类
（1）按组分数目分： 多元体系：原料液中有两个以上组分或溶剂为两种不
组成以F点表示，加入溶剂S，根据
杠杆定律那么所得三元混合液总组
成将位于FS连线上P点，且各点间满
足以下关系：
F
PF / PS = S / F
A
P Q
S加入越多，P点朝顶点S移动
B
A、B的比例不因S的加入而变化
X1 X2 X3
S
杠杆定律示例
% A FX1 PX2 QX3 % B X1S X2S X3S
互溶的溶剂 三元体系：原料液中含有两个组分，溶剂为单溶剂
（2）按有无化学反应分： 物理萃取：萃取过程中，萃取剂与原料液中的有关组
分不发生化学反应 化学萃取
本章主要讨论三元体系的物理萃取。
萃取操作的应用
对于一种液体混合物，究竟是采用蒸馏还是萃取加以 分离，主要取决于技术上的可行性和经济上的合理性。
一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。 （1） 原料液中各组分间的相对挥发度接近于1或形成恒沸物， 若采用蒸馏方法不能分离或很不经济； （2）原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若采 用蒸馏方法须将大量稀释剂汽化，能耗较大； （3） 原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分 解、聚合或发生其它变化。 （4）其它，如多种金属物质的分离，核工业材料的制取，治 理环境污染等。