第四章 萃取分离法
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1
n2，理论收率
21 8.75 8.75 1 100% 98.84% 21 8.75 1
2016/8/27
37
若改为二级错流萃取，第一级用1/4体积的 醋酸丁酯，第二级用1/10体积的醋酸丁酯， 则
1/ 4 E1 35 8.75 1
1 / 10 E 2 35 3.5 1
1 1 1 100% 97.72% 8.75 13.5 1
反萃取(stripping或back extraction)是将萃 取液与反萃取剂（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 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,与被萃取的物质不反 应.对应的反萃取物应该是在水中溶解度较 大的物质.
2016/8/27
18
（二）、分配定律
第四章 萃取法
2016/8/27
1
基础知识
• 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 现组分分离的传质分离过程，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
2016/8/27 13
• ④不稳定物质（如热敏性物质）的分离， 如从发酵液制取青霉素。萃取的应用，目 前仍在发展中。元素周期表中绝大多数的 元素，都可用萃取法提取和分离。萃取剂 的选择和研制，工艺和操作条件的确定， 以及流程和设备的设计计算，都是开发萃 取操作的课题
2016/8/27
14
第一节 溶剂萃取法
2016/8/27
27
萃余率：
萃余液中溶质总量 1 100% 100% 原始料液中溶质总量 E 1
理论收率：
1 E 1 1 100 % 100 % E 1 E 1
2016/8/27 28
例如： 洁霉素在20℃和pH10.0时表观分配系数（丁 醇/水）为18。用等量的丁醇萃取料液中的 洁霉素，计算可得理论收率
2016/8/27 23
• 值的大小表示了两种溶质的分离效果； • 值愈大或愈小，说明两种溶质分离效果 越好，易达到分离提纯的目的； • 当值等于1时，说明什么？ • 分配比高意味着有较高的萃取率； • 分离因素大意味着两种溶质分离较彻底。
2016/8/27
24
二、溶剂萃取法的基本原理
• 抗生素在不同的pH条件下，可以有不同 的化学状态，其分配系数亦有差别，若适 度改变pH，可将抗生素自水相转入有机 相，或从有机相再转入水相，这样反复萃 取，可以达到浓缩和提纯的目的
2016/8/27 2
• 萃取是利用两者的溶解 度不同。萃取，溶解原 理，比如说现在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 的混合液中加入C，此时 A溶入于C，与B分离。
分液漏斗
2016/8/27 3
• 液-液萃取：用选定的溶剂分离液体混合物中某 种组分，溶剂必须与被萃取的混合物液体不相 溶，具有选择性的溶解能力，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。如用苯分离煤焦油中的酚；用有机溶剂分 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，用溶剂分离固体混合物 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提高油产量；用水从中药 中浸取有效成分以制取流浸膏叫“浸沥”。
理论收率为
E 1 n 1 100 % E 1
E 1 E n 1 E 1 1 n 1 100% n 1 100% E 1 E 1
2016/8/27 36
青霉素在0℃和pH2.5时的分配系数（醋酸 丁酯 / 水）为 35 ，若用 1/4 体积的醋酸丁 酯进行二级逆流萃取， 则： E 35 1 / 4 8.75
红霉素在pH 9.8时的分配系数（醋酸丁酯/ 水）为44.5，若用1/2体积的醋酸丁酯进行 单级萃取，则： E 44.5 1 / 2 22.25 1 理论收率
22.25 1 1 100 % 95.7% 22.25 1
若用1/2体积的醋酸丁酯进行二级错流萃取， 则 1/ 4
2016/8/27 6
• 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，从而达到 分离的目的。 • 在萃取时，若在水溶液中加入一定量的电解质 （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，常可提高 萃取效果。
2016/8/27
20
在萃取过程中，溶质在两相的分子形式常 常并不相同，仍然采用类似分配定律的公 式作为基本公式。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 式进行分配的溶质总浓度，它们的比值以 分配比(distribution ratio)表示：
CL CL1 CL2 CL3 CLn D K表 CR CR1 CR2 CR3 CRn
18 1 100 % 94 .7% 18 1
6 1 注：当分配系数相同而萃取剂用量减少时，其萃取 率下降。
2016/8/27 29
若改用1/3体积丁醇萃取， 1/ 3 E 18 6 理论收率： 6 1 100 % 85.7% 1
（二）多级错流萃取
2016/8/27
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 ，达到平衡后，在两相中的活度之比为一常 数。如果是稀溶液，可以用浓度代替活度， 即： CL 萃取相浓度 K CR 萃余相浓度
K 称为分配系数
2016/8/27 19
应用分配定律时，须符合下列条件： ①必须是稀溶液，即适用于接近理想溶液 的萃取体系； ②溶质对溶剂的互溶度没有影响； ③溶质在两相中必须是同一分子形式，即 不发生缔合或解离。
2016/8/27 21
（三）、萃取因素
• 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 相中总量之比。通常以E表示。若以Vl和 V2分别表示萃取相和萃余相的体积，M1 和M2分别表示溶质在萃取相和萃余相中 的平衡浓度。萃取因素（E）为：
萃取相中溶质总量 M 1V 1 V1 E K表 萃余相中溶质总量 M 2V 2 V2
E1 E 2 44.5 1 11.125
2 11.125 1 1 理论收率 1 100% 99.32% 11.125 111.125 1
2016/8/27
33
多级逆流萃取(p64)
2016/8/27
34
2016/8/27
35
n级萃取后，萃余率为：
2016/8/27 9
• ③连续逆流萃取。在 微分接触式萃取塔中 ，料液与萃取剂在逆 向流动的过程中进行 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 度小的称为轻相。轻 相自塔底进入，从塔 顶溢出；重相自塔顶 加入，从塔底导出。
2016/8/27 10
• 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 ，还有能达到更高分离程度的回流萃取和 分部萃取。
2016/8/27
25
三、萃取方法和理论收率的计算
（一）单级萃取
2016/8/27
26
萃取因素E为
萃取相中溶质总量 C1VS VS 1 E K K 萃余相中溶质总量 C 2VF VF m
式中 VF——料液体积；Vs——萃取剂的体 积；C1——溶质在萃取液的浓度； C2— — 溶质在萃余相的浓度； K—— 表观分配 系数； m——浓缩倍数
2016/8/27
16
一、基本概念
（一）萃取与反萃取 被提取的溶液称为料液，其中欲提取的物 质称溶质，而用以进行萃取的溶剂称为萃 取剂(extractant) 达到萃取平衡后，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 取液，而被萃取出溶质以后的料液称为萃 余液。
2016/8/27 17
30
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31
萃余率：
Fra Baidu bibliotek
1 n 100% E1 1E 2 1En 1
n
理论收率
E 1
1
n
100%
1 E 1 1 1 n 1 100% 100% n n E 1 E 1
n
2016/8/27 32
• 萃取率（课本60）
2016/8/27 22
（四）、分离因素
• 料液中的溶质并非是单一的组分，除了所 需产物（A）外，还存在有杂质（B）。分 离因素(separation factor)，常用表示， 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
CA1 / CB1 KA β CA 2 / CB 2 KB
2016/8/27
11
萃取塔
2016/8/27
12
• 萃取与其他分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：①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 与芳烃的分离，煤焦油的脱酚； • ②低浓度高沸组分的分离，用精馏能耗很大，如 稀醋酸的脱水； • ③多种离子的分离，如矿物浸取液的分离和净制 ，若加入化学品作分部沉淀，不但分离质量差， 又有过滤操作，损耗也大；
• 广义的溶剂萃取法(solvent extraction) 包括液-固萃取和液-液萃取： • 液-固萃取又称浸取、浸提
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。
2016/8/27
15
溶剂萃取法优点： ①操作可连续化，速度快，生产周期短； ②对热敏物质破坏少； ③采用多级萃取时，溶质浓缩倍数大、纯 化度高。 缺点： 由于有机溶剂使用量大，对设备和安全要 求高，需要各项防火防爆等措施。
2016/8/27 7
萃取条件
• 1. 萃取剂和原溶剂互不混溶 ； • 2. 萃取剂和溶质互不发生反应 ； • 3. 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
2016/8/27
8
• 单级萃取对给定组分所能达到的萃取率（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，为了提高萃取率，可以 采用多种方法： • ①多级错流萃取。料液和各级萃余液都与新鲜的萃 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。 • ②多级逆流萃取。料液与萃取剂分别从级联（或板 式塔）的两端加入，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 剂各自经过多次萃取，因而萃取率较高，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 。
2016/8/27 4
原理
• 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。 经过反复多次萃取，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。
2016/8/27
5
• 分配定律是萃取方法理论的主要依据，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，加入某种可 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。不论所加物质的量是多少 ，都是如此。
n2，理论收率
21 8.75 8.75 1 100% 98.84% 21 8.75 1
2016/8/27
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若改为二级错流萃取，第一级用1/4体积的 醋酸丁酯，第二级用1/10体积的醋酸丁酯， 则
1/ 4 E1 35 8.75 1
1 / 10 E 2 35 3.5 1
1 1 1 100% 97.72% 8.75 13.5 1
反萃取(stripping或back extraction)是将萃 取液与反萃取剂（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 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,与被萃取的物质不反 应.对应的反萃取物应该是在水中溶解度较 大的物质.
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（二）、分配定律
第四章 萃取法
2016/8/27
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基础知识
• 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 现组分分离的传质分离过程，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
2016/8/27 13
• ④不稳定物质（如热敏性物质）的分离， 如从发酵液制取青霉素。萃取的应用，目 前仍在发展中。元素周期表中绝大多数的 元素，都可用萃取法提取和分离。萃取剂 的选择和研制，工艺和操作条件的确定， 以及流程和设备的设计计算，都是开发萃 取操作的课题
2016/8/27
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第一节 溶剂萃取法
2016/8/27
27
萃余率：
萃余液中溶质总量 1 100% 100% 原始料液中溶质总量 E 1
理论收率：
1 E 1 1 100 % 100 % E 1 E 1
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例如： 洁霉素在20℃和pH10.0时表观分配系数（丁 醇/水）为18。用等量的丁醇萃取料液中的 洁霉素，计算可得理论收率
2016/8/27 23
• 值的大小表示了两种溶质的分离效果； • 值愈大或愈小，说明两种溶质分离效果 越好，易达到分离提纯的目的； • 当值等于1时，说明什么？ • 分配比高意味着有较高的萃取率； • 分离因素大意味着两种溶质分离较彻底。
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二、溶剂萃取法的基本原理
• 抗生素在不同的pH条件下，可以有不同 的化学状态，其分配系数亦有差别，若适 度改变pH，可将抗生素自水相转入有机 相，或从有机相再转入水相，这样反复萃 取，可以达到浓缩和提纯的目的
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• 萃取是利用两者的溶解 度不同。萃取，溶解原 理，比如说现在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 的混合液中加入C，此时 A溶入于C，与B分离。
分液漏斗
2016/8/27 3
• 液-液萃取：用选定的溶剂分离液体混合物中某 种组分，溶剂必须与被萃取的混合物液体不相 溶，具有选择性的溶解能力，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。如用苯分离煤焦油中的酚；用有机溶剂分 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，用溶剂分离固体混合物 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提高油产量；用水从中药 中浸取有效成分以制取流浸膏叫“浸沥”。
理论收率为
E 1 n 1 100 % E 1
E 1 E n 1 E 1 1 n 1 100% n 1 100% E 1 E 1
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青霉素在0℃和pH2.5时的分配系数（醋酸 丁酯 / 水）为 35 ，若用 1/4 体积的醋酸丁 酯进行二级逆流萃取， 则： E 35 1 / 4 8.75
红霉素在pH 9.8时的分配系数（醋酸丁酯/ 水）为44.5，若用1/2体积的醋酸丁酯进行 单级萃取，则： E 44.5 1 / 2 22.25 1 理论收率
22.25 1 1 100 % 95.7% 22.25 1
若用1/2体积的醋酸丁酯进行二级错流萃取， 则 1/ 4
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• 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，从而达到 分离的目的。 • 在萃取时，若在水溶液中加入一定量的电解质 （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，常可提高 萃取效果。
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在萃取过程中，溶质在两相的分子形式常 常并不相同，仍然采用类似分配定律的公 式作为基本公式。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 式进行分配的溶质总浓度，它们的比值以 分配比(distribution ratio)表示：
CL CL1 CL2 CL3 CLn D K表 CR CR1 CR2 CR3 CRn
18 1 100 % 94 .7% 18 1
6 1 注：当分配系数相同而萃取剂用量减少时，其萃取 率下降。
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若改用1/3体积丁醇萃取， 1/ 3 E 18 6 理论收率： 6 1 100 % 85.7% 1
（二）多级错流萃取
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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 ，达到平衡后，在两相中的活度之比为一常 数。如果是稀溶液，可以用浓度代替活度， 即： CL 萃取相浓度 K CR 萃余相浓度
K 称为分配系数
2016/8/27 19
应用分配定律时，须符合下列条件： ①必须是稀溶液，即适用于接近理想溶液 的萃取体系； ②溶质对溶剂的互溶度没有影响； ③溶质在两相中必须是同一分子形式，即 不发生缔合或解离。
2016/8/27 21
（三）、萃取因素
• 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 相中总量之比。通常以E表示。若以Vl和 V2分别表示萃取相和萃余相的体积，M1 和M2分别表示溶质在萃取相和萃余相中 的平衡浓度。萃取因素（E）为：
萃取相中溶质总量 M 1V 1 V1 E K表 萃余相中溶质总量 M 2V 2 V2
E1 E 2 44.5 1 11.125
2 11.125 1 1 理论收率 1 100% 99.32% 11.125 111.125 1
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33
多级逆流萃取(p64)
2016/8/27
34
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35
n级萃取后，萃余率为：
2016/8/27 9
• ③连续逆流萃取。在 微分接触式萃取塔中 ，料液与萃取剂在逆 向流动的过程中进行 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 度小的称为轻相。轻 相自塔底进入，从塔 顶溢出；重相自塔顶 加入，从塔底导出。
2016/8/27 10
• 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 ，还有能达到更高分离程度的回流萃取和 分部萃取。
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三、萃取方法和理论收率的计算
（一）单级萃取
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萃取因素E为
萃取相中溶质总量 C1VS VS 1 E K K 萃余相中溶质总量 C 2VF VF m
式中 VF——料液体积；Vs——萃取剂的体 积；C1——溶质在萃取液的浓度； C2— — 溶质在萃余相的浓度； K—— 表观分配 系数； m——浓缩倍数
2016/8/27
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一、基本概念
（一）萃取与反萃取 被提取的溶液称为料液，其中欲提取的物 质称溶质，而用以进行萃取的溶剂称为萃 取剂(extractant) 达到萃取平衡后，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 取液，而被萃取出溶质以后的料液称为萃 余液。
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萃余率：
Fra Baidu bibliotek
1 n 100% E1 1E 2 1En 1
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理论收率
E 1
1
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100%
1 E 1 1 1 n 1 100% 100% n n E 1 E 1
n
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• 萃取率（课本60）
2016/8/27 22
（四）、分离因素
• 料液中的溶质并非是单一的组分，除了所 需产物（A）外，还存在有杂质（B）。分 离因素(separation factor)，常用表示， 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
CA1 / CB1 KA β CA 2 / CB 2 KB
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萃取塔
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• 萃取与其他分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：①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 与芳烃的分离，煤焦油的脱酚； • ②低浓度高沸组分的分离，用精馏能耗很大，如 稀醋酸的脱水； • ③多种离子的分离，如矿物浸取液的分离和净制 ，若加入化学品作分部沉淀，不但分离质量差， 又有过滤操作，损耗也大；
• 广义的溶剂萃取法(solvent extraction) 包括液-固萃取和液-液萃取： • 液-固萃取又称浸取、浸提
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。
2016/8/27
15
溶剂萃取法优点： ①操作可连续化，速度快，生产周期短； ②对热敏物质破坏少； ③采用多级萃取时，溶质浓缩倍数大、纯 化度高。 缺点： 由于有机溶剂使用量大，对设备和安全要 求高，需要各项防火防爆等措施。
2016/8/27 7
萃取条件
• 1. 萃取剂和原溶剂互不混溶 ； • 2. 萃取剂和溶质互不发生反应 ； • 3. 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
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• 单级萃取对给定组分所能达到的萃取率（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，为了提高萃取率，可以 采用多种方法： • ①多级错流萃取。料液和各级萃余液都与新鲜的萃 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。 • ②多级逆流萃取。料液与萃取剂分别从级联（或板 式塔）的两端加入，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 剂各自经过多次萃取，因而萃取率较高，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 。
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原理
• 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。 经过反复多次萃取，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。
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• 分配定律是萃取方法理论的主要依据，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，加入某种可 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。不论所加物质的量是多少 ，都是如此。