利用原料液中各组分在适当溶剂中溶解度的不同而实现混合液中组分分别的进程称为液－液萃取，又称溶剂萃取。液-液萃取,它是30年月用于工业生产的的液体混合物分别技术。随着萃取应用领域的扩展,回流萃取,双溶剂萃取,反映萃取,超临界萃取及液膜分别技术接踵问世,使得萃取成为分别液体混合物很有生命力的操作单元之一。

　　萃取是向液体混合物中参加某种适当溶剂，利用组分溶解度的不同使溶质A由原溶液转移到萃取剂的进程。在萃取进程中,所用的溶剂称为萃取剂。混合液中欲分别的组分称为溶质。混合液中的溶剂称稀释剂，萃取剂应对溶质具有较大的溶解力量，与稀释剂应不互溶或部份互溶。

　　使原料液和萃取剂充分混合混合，因溶质在两相间不呈平衡，溶质在萃取相中的平衡浓度高于实际浓度，溶质乃从混合液相萃取集中集中，使溶质与混合中的

　　通常,萃取进程在高温下进展,萃取的结果是萃剂提取了溶质成为萃取相，分别出溶质的混合液成为萃余相。萃取相时混合物，需要用精馏或取等方式进展分别，取得溶质产品和溶剂，萃取剂供循环利用。萃取相通常含有少量萃取剂，也需应用适当的分别方式回收其中的萃取剂，然后排放。

　　用萃取法分别液体混合物时，混合液中的溶质既能够是挥发性物质，也能够是非挥发性物质，〔如无机盐类〕。

　　当用于分别挥发性混合物时，与精馏比较，整个萃取进程比较简单，譬如萃取相中萃取剂的回收往往还要应用精馏操作。但萃取进程本身具有常温操作，无相变和选择适当溶剂能够取得较高分别系数等特长，在很多的情形下，仍显示出技术经济上的优势。一般来讲，在以下几种情形下实行萃取进程较为有利：

　　⑷ 需分别的组分浓度很低且沸点比稀释剂高，用精馏方式需蒸馏出大量稀释剂，耗能量很多。

　　当分别溶液中的非挥发性物质时，与吸附离子互换等方式比较，萃取进程处置的是两流体，操作比较便利，常常是优先考虑的方式。

　　〔Ⅰ〕混合进程将必定量的溶剂参加到原料液中,实行方法使之充分混合,以实现溶质由原料向溶剂的转移过〕程.

　　随着石油工业的进展，液液萃取已普遍应用于分别和提纯各类有机物质。轻油裂解和铂重整产生的芳烃混合物的分别就是其中的一例。

　　另外用脂类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡等也取得了普遍的应用。２．在生物化工中和精细化工中的应用

　　在生化制药的进程中，生成很简单的有机液体混合物。这些物质大多为热敏性混合物。假设选择适当的溶剂进展萃取，能够避开受热所损坏，提高有效物质的收率。例如青霉素的生产，用玉米发酵取得的含青霉素的发酵液，一醋酸丁脂为溶剂，通过量次萃取取得青霉素的浓溶液。能够说，萃取操作已在制药工业，精细化工中占有重要的地位。３．湿法冶金中的应用

　　20世纪40年月以来,由于原子能工业的普遍的进展,大量的争论工作集中于铀、钍,镮

　　等金属提炼,结果是萃取几乎完全代替了传统的化学沉淀法.近20年来,由于有色金属利用量的剧增，而开采的矿石的品位的逐年降低，促使萃取法在这一领域快速进展起来。目前以为只要价钱与铜相当或超过通的有色金属如钴，镍，锆等等，都应优先考虑溶剂萃取法。有色金属已渐渐成为溶剂萃取应用的领域。

　　液－液萃取进程也是以相际的平衡为极限。三元体系的相平衡关系用三角坐标图来表示。

　　混合液的组成以在等腰三角形坐标图上表示最便利，因此萃取计算中常承受等腰直角三角形坐标图。在三角形坐标图中常常利用质量百分率或质量分率表示混合物的组成。间或有承受体积分率或摩尔分率表示的,本教程中均承受质量百分率或质量分率。

　　〔见化工原理下册P140页图4－2〕三角形的三个极点别离表示纯物质,如图中A代表溶质A的组成为100%,其它两组分的组成为零。同理,B点和S点别离代表纯的稀释剂和萃取剂。三角形的任一边上的任一点代表二元混和物,第三组分的组成为零。同理,B

　　三角形任一点代表二元混合物,第三组分的组成为零。如图中AB边上的E点,代表A、B二元混合物,其中A的组成为40%，B的组成为60%，S的组成为零。

　　图中的M代表有A,B,S三个组分组成的混合物。过M点别离作三个边的平行线ED,HG与KF,则线段BE(或SD)代表A的组成,线段AK(或BF)及AH(或SD)则代表S及B的组成。由图度读的该三元混合物的组成为:

　　另外，也可过M点别离作三个边的垂直线MN、ML及MJ，则垂直线段ML、MJ和MN别离代表A、B、S的组成。右图可知，M点的组成为40%A、30%B和30%S。

　　通常，将第1和第2项种只有一对部份互溶组分的三元物系称第Ⅰ类物系，而将具有两对部份互溶组分的三元混合物系称为第Ⅱ类物系，第Ⅰ类物系在萃取操作中较为常见，以下主要争论这些平衡关系。

　　设溶质A完全溶于稀释剂B溶剂S中,而B与S部份互溶,如右图所示。在必定温度,组分B与组分S以任意数量相混合,必定取得两个互不相溶的液层,个层的坐标别离为图中的点L和点J.假设与总组成为C的二元混合液中渐渐参加组分A成为三元混合液,但其中组分B与S质量比为常数,故三元混合液的组成将沿AC线转变.假设参加A的量恰好是混合液由

　　两个液相变成一个液相时,相应组成坐标如图C”所示,点C”称之为混溶点或分层点。在于总组成为D,F,G,H等二元混合液按上述方式作试验,别离取得混溶点D”,F”,G”及H”,联L,C”,D”,F”,G”,H”及J诸点的曲线为在试验温度下的三元混合物的溶解度曲线 三角形相图上的溶解度曲线有两对组分局部互溶的溶解度曲线与联结线

　　溶解度曲线将三角形分为两个区域,曲线之内为两相区,之外的为均相区。两个液层称之为共轭相,连结共轭相组成坐标的直线中RE线。萃取操作只能在两相区内进展。

　　必定温度下，同一物系的联结线倾斜方向一般是全都的，但随溶质组成而转变，即联结线互不平衡，但少数物系联结线的倾斜方向也会转变。

　　必定温度下,三元物系的溶解度曲线和联结线由试验测得。使历时假设要求与相成-平衡的另一相的数据,常借助关心曲线(也称共轭曲线)求得。只要有假设干联结线数据即可辅助曲线,可参考化工原理下册P142图4-6通过点R1,R2...等别离作底边BS的平行线,再通过相应联结线...等别离作侧直角边BS的平行线,诸线相交于点J,K,...,联结这些交点所得光滑曲线即为关心曲线.

　　关心曲线与溶解度曲线的交点P,表示通过该点的联结线为无穷短,相当于这一系统的临界状态,故称点P为临界混溶点.由于联结线通常都具有必定的斜率.因此临界混溶点一般不在溶解度曲线的极点。临界混溶点由试验测得,只有当的联结线很短(即很接近于临界混溶点)时,才可用外延关心曲线的方式求出临界混溶点。

　　在必定温度下,三元物系的溶解度曲线,联结线,关心曲线及临界混溶点的数据都是由试验测得,也可从手册或有关专著中查得。

　　三.分派系数和分派曲线〕在必定温度下,当三元混合液的两个液相达平衡时,溶质在E相于R相中的组成之比称为分派系数,以kA表示,即:一样,对于组分B也可写出相应的表达式,即:

　　〔4-1a〕式中分派系数表达了贸易组分在两个平衡液相中的分派关系.明显,kA愈大,萃取分

　　离的效果愈值与联结线的斜率有关.不同物系具有不同的分派系数kA值;同一物系kA值随温度而变,在恒定温度下,kA值随溶质A的组成而变.只有在温度转变不大或恒温条件下的kA值才可近似视为常数.

　　溶质A在三元物系互成平衡的;两个液层中的组成,也可象蒸馏和吸取一样,在y-x直角坐标图顶用曲线表示.以萃余相R中溶质A的组成xA为横标,以萃取相E中溶质A的组成yA为纵标,互成平衡的E相和R相中组分A组成均标于y-x图上,取得曲线ONP,称为分派曲线.图示条件下,在分层区浓度范围内,E相内溶质A的组成yA均大于R相内溶质A的组成,即分派系数kA1,故分派曲线位于y=x线上侧.假设随溶质A浓度的转变,联结线发生倾斜方向转变,则分派曲线将与对角线消灭交点.这种物系称为等溶度体系。

　　由于分派曲线表达了萃取操作中互成平衡的两个液层E相与R相中溶质A的分派关系,故也可利用分派曲线求得三角形相图中的任一联结线ER。

　　一样方式可作出有两对组分部份互溶时的分派曲线 有两对组分局部互溶时的安排曲线

　　见化工原理下册P143页图4-8所示,将Rkg的R相与Ekg的E相相混合,即取得总组成为Mkg的混合液.反之,在分层区内,任一点M所代表混合液可分为两个液层R,点称为和点,R点和E点称为差点.混合物M与两液相E,R之间的关系可用杠杆规章描述,即:

　　应留意,图中点E代表相应液相组成的坐标,而式中的R及E代表相应液相的质量或质量流量,以后的内容均此规定进展。

　　假设于A,B二元;料液F中参加纯溶剂S,则混合液总组成的坐标M点沿SF线而变,具体位置由杠杆规章确定,即:

　　杠杆规章是物料衡算的图解表示方式,是以后将要争论的萃取操作中物料衡算的基

　　萃取剂的选择是萃取操作分别效果和经济性的关键。萃取剂的性能主要有以下几个方面衡量：

　　选择性是指萃取剂S对原料液中两组分溶解力量的不同。假设S对溶质A的溶解力量比对稀释剂B的溶解力量大得多,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。

　　y--组分在萃余相E总的质量分率；x--组分在萃余相R总的质量分率；k--组分的安排系数。

　　β值直接与kA有关,kA值愈大,β值也愈大。但凡影响kA的因素(如温度、浓度)也一样影响β值。

　　一般情形下,B在萃余相中老是比萃取相中高,所以萃取操作中,β值均应大于1。β值

　　越大,越有利于组分的分别;假设β=1,由式4-4可知kA=kB,萃取相和萃余相在脱溶剂S后,将具有一样的组成,而且等于原料液组成,故;无分别力量,说明所选择的溶剂是不适宜的.萃取剂的选择性高,对溶质的溶解力量大,对于必定的分别任务,可削减萃取剂用量,降低回收溶剂操作的能量消耗,而且可取得高纯度的产品A。

　　选择性系数β类似于蒸馏中的相对挥发度a.所以溶质A在萃取液与萃余液中的组成关系也可类似于蒸馏中的气-液平衡方程来表示,即:

　　组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的外形和分层区面积。P145图4-11表示了在一样温度下,同一种A,B二元料液与不同性能萃取剂S1,S2所组成的相平衡关系图.图4-11说明B,S1互溶度小,分层区面积大,可能取得的萃取液的最高浓度y`max较高。所以说,B,S互溶度愈小,愈有利于萃取分别。

　　萃取后的E相和R相,通常以蒸馏的方式进展分别.萃取剂回收的难易直接影响萃取操作的费用,在特地大程度上打算萃取进程的经济性.因此,要求溶剂S与原料液组分的相对挥发度要大,不该形成恒沸物,而且最好是组成低的组分为易挥发组分.假设被萃取的溶质不挥发或挥发度很低,而S为易挥发组分时,而S的气化热要小,以节约能耗。

　　溶剂的萃取力量大,可削减溶剂的循环量,降低E相溶剂回收费用;溶剂在被分别混合物中的溶解度小,也可削减R相中溶剂回收的费用.

　　为使E相和R相能较快的分层以从速分别,要求萃取剂与被分别混合物有较大的的浓度差,特地是对没有外加能量的萃取设备较大的浓度差可加速分层,以提高设备的生产力量。

　　两液相间的张力对分别效果也有重要影响;物系界面张力较大,分散相液滴易聚结,有利于分层,但界面张力太大,液体不易分散,接触不良,降低分别效果;假设界面张力过小,易产生乳化现象,使两相难以分层.所以,界面张力要适中。

　　另外,选择萃取剂时还应考虑其它一些因素,诸如:萃取剂应具有比较低的粘度凝固点,具有化学稳固性和热稳固性,对设备侵蚀性小,来源充分,价钱低廉等。

　　一般来讲,很难找到知足上述全部要求的溶剂.在选用萃取剂时要按照实际情形加以衡量,以知足要求。

　　萃取操作可在分级接触式或持续接触式设备中进展。在级式接触萃取进程计算中，无论是单级仍是多级萃取操作，均假设各级为理论级，级离开每级的Ｅ相和Ｒ彼此为平衡。萃取操作中的理论级概念和蒸馏中的理论板相当。一个实际萃取级的分别力量达不到一个理论级，二者的不同用级效率校正。目前，关于级效率的资料还不多，一般需结合具体的设备型式通过试验测定。

　　单级萃取流程如前面的图4-1所示,操作能够持续,也能够间歇,间歇操作时,各股物料的量以kg表示,持续操作时,用kg/h表示.为了简便起见,萃取相组成y及萃余相组成x的下标只标注了相应流股的符号,而不注明组分符,以后再也不说明.

　　在单级萃取操作中,一般需要将组成为xF的定量原料液F进展分别,规定萃余相组成为XR,要求计算溶剂用量、萃余相及萃取相的量和萃取相组成。单级萃取操作在三角形形相图上的表达已于4-1-3项中介绍过，即依据XF及XR在化工原理P148图4-15〔b〕上确定点F及R点，过R作连结线与与FS线交于M点，与溶解度曲线交于E点。图中E`及R`点为从E相及R相中脱除全数溶剂后的萃取液及萃余液组成坐标点.各流股组成可从相应点直接读出。先对图4-15(a)作总物料平衡得:

　　多级错流接触萃取操作中,每级都参加颖溶剂,前级的萃余相为后级的原料,这种操作方式的传质推动力大,只要级数足够多,最终可取得溶质组成很低的萃余相,但溶剂的用量很多。

　　多级错流萃取计算中,通常F,XF及各级溶剂的用量Si,规定最终萃余相组成Xn,要求计算理论级数。

　　对于组成B,S部份互溶物系，求算多级错流接触萃取的理论级数，其解法是单级萃取图解的屡次重复。

　　F和第一级的溶剂用量s确定第一级混合液的组成点M,通过M作联结线ER,且由第一级

　　物料衡算可求得R。在其次级中,依R与S的量确定混合液的组成点M,过M作联结线

　　如此重复,直到取得的Xn到达或低于指定值时为止.所作联结线的数量即所需的理论级数。

　　溶剂总用量为各级溶剂用量之和,各级溶剂用量能够相等,也能够不等.但依据计算可知,只有在各级溶剂用量相等,时到达必定的分别程度,;溶剂的总用量为最小。

　　在操作条件下,假设萃取剂S与稀释剂B互不相溶,现在承受直角坐标图计算更为便利.设每一级的溶剂参加量相等,则各级萃取相中的溶剂S的量和萃余相中的稀释剂B的量都可视为常数,萃取相中只有A,S两组分,萃余相中只有B,A两组分.如此能够仿效吸取中组成的表示法,即溶质在萃取相和萃余相中的组成份别用质量比Y(kgA/kgS)和X(kgA/kgB)

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