萃取过程

并将其再循环使用。 故选用的溶剂要与欲萃取的溶质之间的相对挥发 度要高（通常选用高沸点溶剂），这样在后继的精馏 分离时较为经济合理。 选择不完全互溶的萃取剂 适宜的萃取设备实现混合与分相
分离工程 3萃取操作的适用性
（1）沸点较高的有机物水溶液，混合液浓度较低。
例如以乙酸乙酯为萃取剂从稀醋酸水溶液中回收醋酸。
混合澄清槽是最早使
用，且目前仍广泛用于工
业生产的一种分级接触式 萃取设备。由混合槽与澄 清槽两部分组成。混合槽 中常有搅拌装臵，目的是
使两相充分混合，以利于
传质；然后在澄清槽中进 行分相。 混合澄清槽
分离工程
由于混合澄清萃取器具有结构简单、易于制造、操
作灵活方便、放大可靠，对相比和流速的改变及料液组 份的变化有相当强的适应能力等优点，在国内外稀有金 属萃取中被普遍采用，Leabharlann Baidu其在需要级数较多的稀土分离 工业上更是广泛应用。 但是它存在占地面积大、溶剂存留量大、通量低、 效率低等缺点。
超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解
能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体
溶解能力的影响而进行的。
当气体处于超临界状态时，成为性质介于液体和气 体之间的单一相态，具有和液体相近的密度，粘度虽高 于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的10～100倍； 因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力，能够将
分离工程 5萃取流程的设臵
萃取流程分为单级流程与多级流程。
磷酸三丁酯（煤油）－苯酚－水。可逆络合萃取反应。
C6 H5OH(W ) nTBPO) C6 H5OH (TBP)n(O) (
K
水+苯酚
NaOH溶液
TBP＋煤油
IS-RPB 混合液
分 相 器
TBP＋煤油
大量苯酚
IS-RPB 混合液
在液-液萃取过程中，两个液相的密度差小，而粘度和
界面张力较大，两相的混合与分离比气-液传质过程（如吸
收、精馏等）困难得多。
为了使萃取过程进行得比较充分，增大相界面积，常 用的工业萃取设备中，一相总是以液滴形式分散在另一相 中。液滴平均直径越小相际传质表面积越大，一般来说越 有利于传质。
在液-液萃取过程中，液滴的分散与聚合这对矛盾显得
分离工程
7.1液膜分离技术
液膜分离技术往往使分离过程所需要的级数明显减
少，而且大大节省萃取试剂的消耗量。
按照模型及操作方式的不同，液膜分离主要分为乳
状液膜和支撑液膜两大类。
目前，在广泛研究的基础上，液膜分离技术有湿法
冶金、石油化工、环境保护、气体分离、生物医学等领
域中，显示出广泛的应用前景 。
分离工程 7.2超临界流体萃取
比较突出。
分离工程 6萃取设备
可以把液-液萃取过程看作是三个阶段的循环。
（1）一相分散到另一相中，形成很大的相界面面积。
（2）分散相液滴和连续相接触的一段时间内，使传质
过程进行到接近平衡的程度。
（3）分散相液滴聚合，两相分离并分别进入下一级或
作进一步的处理（如反萃、浓缩等）。 这种“分散－传质－聚合”，然后再“分散－传质－ 聚合”的循环对于萃取设备的性能具有重要的影响。
分相的萃取设备。由于离心力比重力大许多倍，这就形
成了离心萃取器自己特有的性质，具有其它很多萃取设 备没有的优点，如传质效率高、停留时间短、分相迅速、 易实现自动控制等，因而适用于各种工业体系。 自上个世纪30年代离心萃取器问世以来，发展迅速， 已有许多种类型。
致 谢
轴 重相堰 轻相堰
重相收集室 重相出口 轻相收集室 径相叶片 轻相出口
分离工程
在萃取技术的应用中人们也发现，存在溶剂损失、
二次污染、易燃、有气味等缺点，但在专家们始终不懈
的努力下，溶剂萃取在不断完善中，得到了迅速的发展。 在国际上，每3年举行1次国际溶剂萃取会议。自建 国以来，我国召开了4次溶剂萃取会议，开展学术交流及 探讨未来的发展，以求在理论、工艺及设备上有新的突 破。
分离工程
第五章
萃取过程
中北大学化工与环境学院
2011年
分离工程 1萃取原理
萃取分为液液萃取与固液萃取，后者也称为浸取。
液-液萃取是指两个完全或部分不相溶的液相或溶
液接触后，一个液相中的溶质经过物理或化学作用转
移到另一液相，在两相中重新分配的过程。
萃取属于分离和提纯物质的重要单元操作之一。
也就是说，萃取过程是利用溶液中各组分在两个液相
分离工程 6萃取设备
液-液萃取设备内液-液流动和传质都较气-液传质设备
内更为复杂。返混现象是影响传质效率的重要因素。
在大型萃取设备中的返混程度远大于小型萃取设备，
因而液-液萃取设备的放大设计的可靠性比气液传质设备差 得多，液-液萃取设备有更大的“放大效应”。 据估计，对于一些大型的工业萃取塔，大约有60%～ 75%的高度是用来补偿轴相混合的，轴相混合也是小型萃 取塔放大到工业萃取塔时传质效率急剧下降的主要原因。
重相进口 转筒 间隙
轻相入口 外壳 环隙 固定叶片
常用离心萃取器的结构图
分离工程
离心萃取器最大的优点在于能够在实现两相传质的 同时实现两相的分离，而且两相的分离是靠离心力来实
现的，所以可以用来分离两相密度差较小的物系。同时
其物料的停留时间短，能够处理易变质的物料。由于外 加了机械搅拌，其传质效率也较高。 存在的不足主要在于： 液体搅拌方式的不足；混合液进入转筒方式的不足 ； 重相、轻相取出方式的不足；重相堰和轻相堰难以适应 不同工况；设备加工与检修难度大。
Ey
1
1
Sy0 E2y2 E3y3 M
M1
M2
3
R1x1
R2x2
R3x3
萃余相
三级逆流萃取过程流程图
两相逆流行进，两相的组成在各级之间呈阶梯式变 化。这样，离开的萃取相与刚进入萃取器的原料液 （溶质浓度最高）接触，萃取相中萃取出的溶质浓度 高，总的溶剂用量减少，溶剂中溶质含量较高。
分离工程 6萃取设备
范畴，适用于萃取技术进行操作，而且也给萃取操作
带来了许多新的特点。
分离工程
7新型萃取技术
萃取分离与反应的结合、萃取分离与其它单元操
作的结合以及对萃取分离过程的强化已经成为新型萃
取分离技术发展的特点，出现了一些新型的萃取技术。
液膜分离技术、超临界流体萃取技术、双水相萃取技
术、膜萃取技术、反胶团萃取技术、外场强化萃取、 预分散萃取、固相微萃取等是这些新型萃取分离技术 的代表。
通过外加能量及研究新型填料来提高传质效率 ，喷淋萃
取塔、填料萃取塔、筛板萃取柱、脉冲筛板柱、脉冲填 料柱、震动筛板萃取塔、转盘萃取塔等。
分离工程
填料萃取塔
脉冲填料萃取塔
分离工程
普通筛板 萃取塔
脉冲筛板 萃取塔
往复筛板 萃取塔
分离工程
转盘萃取塔
分离工程
离心萃取器 离心萃取器是靠强大的离心力，在离心力场中实现
③萃取剂S与稀释剂尽量少地溶解在原料液中。
萃取过程分类
按照萃取过程中萃取剂与待分离物质间是否发生化学 反应来分类，萃取分离可以分为物理萃取和化学萃取两大 类。 物理萃取是基本上不涉及化学反应的物质传递过程。 它利用溶质在两种互不相溶的液相中的不同的分配关系将 其分离开来（相似相溶原则）。
伴有化学反应的传质过程，称为化学萃取。化学萃取
分离工程
溶剂萃取技术的应用范围不断扩大，不仅遍及石油、
化工、湿法冶金、原于能、医药等工业部门，而且在生
物工程和新材料等高科技和环保领域中得到了越来越广
泛的应用。
我国在溶剂萃取的研究和应用方面也取得了重大的
进展。系统地研究了萃取法核燃料后处理工艺、化学和
设备的基本规律，保证了我国自行建设的生产装臵成功 地投入了生产。在萃取分离稀土方面的基础研究也大大 推动了我国蕴藏极为丰富的稀土的生产和应用。
利用萃取方法来提取金属和中草药。据文献报导，溶剂
萃取用于研究的第一个例子是1842年在分析中用二乙醚
萃取硝酸铀酰。但首次有重要意义的工业应用是20世纪 初在石油工业中的芳烃抽提。随后又用于菜油的提取和 青霉素的纯化等。 1945年在原子能工业中成功地应用萃取法分离铀、
钚和放射性同位素，促进了溶剂萃取的研究和应用。
分离工程
6萃取设备
由于液-液萃取过程的多样性，发展了多种多样的
萃取设备。
目前用于液-液萃取的设备主要可分为混合澄清
萃取器、塔及柱式设备和离心萃取器三大类，它们各
自有不同的特点，应用于不同的场合。
萃取设备的分类可以按不同的方法进行，根据操
作方式可以分为逐级接触式萃取设备和连续接触式萃
取设备。
分离工程
因此选用的溶剂在操作条件下必须能与原料液形成两个液
相层，而且两相层必须有一定的密度差。这样两相经充分 混合后，可借重力或离心力的作用进行分层。萃取操作的 特点使萃取设备的构型不同与吸收、精馏操作设备。
分离工程
2萃取操作的特点
（3）液-液萃取中应用了相当数量的溶剂，因此必
须结合后续分离过程，才能获得溶质产品和回收溶剂
分离工程
上世纪60年代，溶剂萃取逐渐被应用于大规模的工
业生产中，如石油化工中的润滑油精制、丙烷脱沥青、
芳烃抽提和湿法冶金工业中的铜萃取、镍钴分离和稀土
元素的分离等。
由于溶剂萃取可以根据分离对象和要求选择适当的
萃取剂和流程，因而它具有适应性强、选择性高和分离
效果好等优点；溶剂萃取通常在常温或较低温度下进行， 因而能耗低，特别适用于热敏性物质的分离；溶剂萃取 易于实现逆流操作，实现连续化大规模的生产。
的种类很多，其中有代表性的有中性络合萃取、酸性络合 萃取（或螯合萃取）、离子缔合萃取、协同萃取等。
分离工程 2萃取操作的特点
（1）液-液萃取过程分离液相混合物是基于选择的溶
剂对混合液中欲萃取组分有很强的溶解能力，而与其它组
分则可完全不互溶或部分互溶。
（2）萃取操作过程中是液-液两相间进行物质传递。
分 相 器
TBP＋煤油
水+少量苯酚
酚钠溶液
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最终萃余相
多级错流萃取过程流程图
由于各级均加入新鲜的溶剂，萃取传质推动力大， 因而萃取率高，但溶剂用量大，萃取相溶质浓度低， 溶剂回收量大，费用高。
分离工程
最终萃取相
之间的不同分配关系，通过相间传递达到分离、富集
及提纯目的。
分离工程 1萃取原理
混合
原料液相 萃余相 A（S），溶剂B
溶质A，溶剂B
萃取剂相
萃取剂S，稀释剂
萃 取 设 备
萃取相 S A（B），稀释剂
分相 油相与水相 轻相与重相
分离工程 萃取剂相选取原则： ①所组成的萃取剂相不能与原被分离混合物完 全互溶，最理想情况是完全不互溶； ②萃取剂相对于A、B两组份有不同的溶解能力， 或者说萃取剂具有选择性，这是实现萃取分离操作 的根本所在；
主要是中空纤维膜萃取器、固相萃取器(卧式翻斗萃取器)
与超临界萃取设备。
分离工程 7新型萃取技术
进入20世纪80年代以后，随着生产技术的高速发
展和高科技发展的迫切要求，尤其是各类产品的深度
加工、生物制品的精细分离、资源的综合利用、环境
治理的严格标准等都带来了更多产品分离和高纯物质
提纯的任务。这些任务中，有许多属于稀溶液分离的
分离工程
适应新型萃取分离技术的萃取设备 随着液膜分离技术、超临界液体萃取技术、双水相
萃取技术、膜萃取技术、反胶团萃取技术、外场强化萃
取过程、预分散萃取、固相微萃取等新型萃取分离技术 的出现与飞速发展，传统的萃取设备已不能满足萃取技 术的要求，一些与新型萃取技术相适应的萃取设备也应 运而生。
但目前对于此类萃取设备的研究较少，见诸报导的
（2）混合物中各组分的相对挥发度很小。例如在石
油工业上用二乙醇醚从重油中分离芳香烃与烷烃。 （3）混合物中含热敏性物料（如药物）。例如从植 物油中分离长链脂肪酸。 （4）当混合液的组分形成恒沸物时。例如分离丁酮 与水形成的恒沸物，可选用氯化钙卤液为萃取剂进行萃 取操作。
分离工程 4萃取技术的发展
溶剂萃取具有悠久的历史，早在远古时期，人们就
分离工程
7.1液膜分离技术
液膜分离技术是一种快速高效和节能的新型分离方法，
它是在上个世纪六十年代发展起来的。
液膜分离技术与溶剂萃取过程相似，也是由萃取与反
萃取两个过程构成，所不同的是在液膜分离过程中萃取与
反萃取是同时完成的。 液膜分离技术的传质机理与生物膜有相似之处，其传 质速率极高，甚至可以实现从低浓度向高浓度的传质。
国内外相继对其结构及性能进行了研究，出现了多
种改进的萃取槽，其性能得到了不断提高。减少设备体
积；设法增加澄清速度；减少溶剂夹带损失。
分离工程
塔及柱式萃取设备
萃取塔及萃取柱是常用的萃取分离设备，在萃取塔
中，筛板塔和填料塔都具有结构简单、处理能力大等特
点，在石油化工、化学工业等领域的液-液萃取工艺中得 到广泛应用。 但普通的填料塔和筛板塔的操作范围小、传质效率 低、工程放大困难，因而限制了它们的应用和优化操作。