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TECHNICAL DATA
技術(shù)資料
液液萃取原理

  萃取(Extraction)指利用化合物在兩種互不相溶(或微溶)的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同,使化合物從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中。經(jīng)過反復(fù)多次萃取,將絕大部分的化合物提取出來的方法。萃取又稱溶劑萃取或液液萃取(以區(qū)別于固液萃取,即浸取),亦稱抽提(通用于石油煉制工業(yè)),是一種用液態(tài)的萃取劑處理與之不互溶的雙組分或多組分溶液,實現(xiàn)組分分離的傳質(zhì)分離過程,是一種廣泛應(yīng)用的單元操作。

  基本原理
  利用化合物在兩種互不相溶(或微溶)的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同,使化合物從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中。經(jīng)過反復(fù)多次萃取,將絕大部分的化合物提取出來。
分配定律是萃取方法理論的主要依據(jù),物質(zhì)對不同的溶劑有著不同的溶解度。同時,在兩種互不相溶的溶劑中,加入某種可溶性的物質(zhì)時,它能分別溶解于兩種溶劑中,實驗證明,在一定溫度下,該化合物與此兩種溶劑不發(fā)生分解、電解、締合和溶劑化等作用時,此化合物在兩液層中之比是一個定值。不論所加物質(zhì)的量是多少,都是如此。屬于物理變化。用公式表示。

  CA/CB=K

  CA.CB分別表示一種化合物在兩種互不相溶地溶劑中的量濃度。K是一個常數(shù),稱為“分配系數(shù)”。

  有機化合物在有機溶劑中一般比在水中溶解度大。用有機溶劑提取溶解于水的化合物是萃取的典型實例。在萃取時,若在水溶液中加入一定量的電解質(zhì)(如氯化鈉),利用“鹽析效應(yīng)”以降低有機物和萃取溶劑在水溶液中的溶解度,常可提高萃取效果。

  要把所需要的化合物從溶液中完全萃取出來,通常萃取一次是不夠的,必須重復(fù)萃取數(shù)次。利用分配定律的關(guān)系,可以算出經(jīng)過萃取后化合物的剩余量。

  設(shè):V為原溶液的體積

  w0為萃取前化合物的總量

  w1為萃取一次后化合物的剩余量

  w2為萃取二次后化合物的剩余量

  wn為萃取n次后化合物的剩余量

  S為萃取溶液的體積

  經(jīng)一次萃取,原溶液中該化合物的濃度為w1/V;而萃取溶劑中該化合物的濃度為(w0-w1)/S;兩者之比等于K,即:

  w1/V =K w1=w0 KV

  (w0-w1)/S KV+S

  同理,經(jīng)二次萃取后,則有

  w2/V =K 即

  (w1-w2)/S

  w2=w1 KV =w0 KV

  KV+S KV+S

  因此,經(jīng)n次提取后:

  wn=w0 ( KV )

  KV+S

  當(dāng)用一定量溶劑時,希望在水中的剩余量越少越好。而上式KV/(KV+S)總是小于1,所以n越大,wn就越小。也就是說把溶劑分成數(shù)次作多次萃取比用全部量的溶劑作一次萃取為好。但應(yīng)該注意,上面的公式適用于幾乎和水不相溶地溶劑,例如苯,四氯化碳等。而與水有少量互溶地溶劑乙醚等,上面公式只是近似的。但還是可以定性地指出預(yù)期的結(jié)果。

  方法介紹

  向待分離溶液(料液)中加入與之不相互溶解(至多是部分互溶)的萃取劑,形成共存的兩個液相。利用原溶劑與萃取劑對各組分的溶解度(包括經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后的溶解)的差別,使它們不等同地分配在兩液相中,然后通過兩液相的分離,實現(xiàn)組分間的分離。如碘的水溶液用四氯化碳萃取,幾乎所有的碘都移到四氯化碳中,碘得以與大量的水分開。

  最基本的操作是單級萃取。它是使料液與萃取劑在混合過程中密切接觸,讓被萃組分通過相際界面進入萃取劑中,直到組分在兩相間的分配基本達到平衡。然后靜置沉降,分離成為兩層液體,即由萃取劑轉(zhuǎn)變成的萃取液和由料液轉(zhuǎn)變成的萃余液。單級萃取達到相平衡時,被萃組分B的相平衡比,稱為分配系數(shù)K,即:

  K=yB/xB

  式中yB和xB分別為B組分在萃取液中和萃余液中的濃度。濃度的表示方法需考慮組分的各種存在形式,按同一化學(xué)式計算。

  若料液中另一組分D也被萃取,則組分B的分配系數(shù)對組分D的分配系數(shù)的比值,即B對D的分離因子,稱為選擇性系數(shù)α,即:

  α=KB·KD=yB·xD/(xB·yD)

  α>1時,組分B被優(yōu)先萃取;α=1表明兩組分在兩相中的分配相同,不能用此萃取劑實現(xiàn)此兩組分的分離。

  單級萃取對給定組分所能達到的萃取率(被萃組分在萃取液中的量與原料液中的初始量的比值)較低,往往不能滿足工藝要求,為了提高萃取率,可以采用多種方法:①多級錯流萃取。料液和各級萃余液都與新鮮的萃取劑接觸,可達較高萃取率。但萃取劑用量大,萃取液平均濃度低。②多級逆流萃取。料液與萃取劑分別從級聯(lián)(或板式塔)的兩端加入,在級間作逆向流動,最后成為萃余液和萃取液,各自從另一端離去。料液和萃取劑各自經(jīng)過多次萃取,因而萃取率較高,萃取液中被萃組分的濃度也較高,這是工業(yè)萃取常用的流程。③連續(xù)逆流萃取。在微分接觸式萃取塔(見萃取設(shè)備)中,料液與萃取劑在逆向流動的過程中進行接觸傳質(zhì),也是常用的工業(yè)萃取方法。料液與萃取劑之中,密度大的稱為重相,密度小的稱為輕相。輕相自塔底進入,從塔頂溢出;重相自塔頂加入,從塔底導(dǎo)出。萃取塔操作時,一種充滿全塔的液相,稱連續(xù)相;另一液相通常以液滴形式分散于其中,稱分散相。分散相液體進塔時即行分散,在離塔前凝聚分層后導(dǎo)出。料液和萃取劑兩者之中以何者為分散相,須兼顧塔的操作和工藝要求來選定。此外,還有能達到更高分離程度的回流萃取和分部萃取。

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