第四章液液萃取

1、2019/10/17,1,第四章,液液萃取,4.1,液液萃取過程,4.2,液液相平衡,4.3,萃取過程計(jì)算,4.4,萃取設(shè)備,4.5,萃取過程的新進(jìn)展,2019/10/17,2,4.1,液液萃取過程,基本概念,利用組分在兩個(gè)互不相溶的液相中的,溶解度差,而將其,從一個(gè)液相轉(zhuǎn)移到另一個(gè)液相的分離過程稱為,液液萃取,也叫,溶劑萃取,簡稱,萃取,待分離的一相稱為,被萃相,萃取后成為,萃余相,用做,分離劑的相稱為,萃取相,萃取相中起萃取作用的組分稱為,萃取劑,起溶劑作用的組分稱為,稀釋劑或溶劑,液液萃取的優(yōu)點(diǎn),具有處理量大、分離效果好、回收率高、可連續(xù)操作,以及自動控制等特點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用,2

2、019/10/17,3,1,為什么溶質(zhì)會轉(zhuǎn)移,2,如何達(dá)到分配平衡,2019/10/17,4,液液萃取應(yīng)用,1,煉油和石化工業(yè)中石油餾分的分離和精制，如烷烴,和芳烴的分離，潤滑油的精制等,2,濕法冶金：鈾等放射性元素、稀土、銅等有色金屬,金等貴金屬的分離和提取,3,磷和硼等無機(jī)資源的提取和凈化,4,醫(yī)藥工業(yè)中的多種抗生素和生物堿的分離提取,5,食品工業(yè)中有機(jī)酸的分離和凈化,6,環(huán)保處理中有害物質(zhì)的脫除等,2019/10/17,5,4.1.1,特點(diǎn)和主要研究內(nèi)容,1,液液萃取過程的特點(diǎn),1,萃取過程的傳質(zhì)前提,是兩個(gè)液相之間的相互接觸,2,兩相的傳質(zhì)過程是,分散相液滴,和,連續(xù)相,之間相際傳質(zhì),

3、過程,3,兩相間的,有效分散,是提高萃取效率的有效手段,4,兩相的分離需借助兩相的,密度差,來實(shí)現(xiàn),5,液液萃取過程可以在多種形式的裝置中通過連續(xù)或間,歇的方式實(shí)現(xiàn),2019/10/17,6,2,液液萃取的主要研究內(nèi)容,1,確定萃取體系,包括被萃相體系和萃取相體系的構(gòu)成,如被萃相的酸堿度、萃取相的稀釋劑等,2,測定相平衡數(shù)據(jù),分配系數(shù)和分離系數(shù),3,確定工藝和操作條件,相比、萃取劑和稀釋劑用量,被萃物濃度、萃取溫度等,4,萃取流程的建立,完整的萃取和反萃流程,5,設(shè)備的確定,設(shè)備形式和結(jié)構(gòu),2019/10/17,7,4.1.2,萃取劑的選擇和常用萃取劑,1,萃取劑的選擇,1,萃取劑應(yīng)具備的特點(diǎn)

4、,萃取劑中至少要有一個(gè)能與被萃物形成萃合物的官能,團(tuán)。常見的萃取官能團(tuán)通常是一些包含,N,O,P,S,的,基團(tuán),萃取劑中還應(yīng)包含具有較強(qiáng)親油能力結(jié)構(gòu)或基團(tuán)，如,長鏈烴、芳烴等，以利于萃取劑在稀釋劑中的溶解，并,防止被萃相對它的溶解夾帶損失,2019/10/17,8,2,萃取劑選擇要點(diǎn),選擇性好,表現(xiàn)為分離系數(shù)大,萃取容量大,表現(xiàn)為單位體積或單位質(zhì)量溶解萃合物多,化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng),耐酸堿、抗氧化還原、耐熱、無腐蝕,易與原料液相分層,不乳化、不產(chǎn)生第三相,易于反萃或分離,便于萃取劑的重復(fù)利用,安全性好,無毒或低毒、不易燃、難揮發(fā)、環(huán)保,經(jīng)濟(jì)性好,成本低、損耗小,2019/10/17,9,2,常用萃取劑

5、,中性萃取劑,包括含磷類、含氧類和含硫類重型萃取劑,如磷酸三丁酯,TBP,甲基異丁基酮,MIBK,二辛基亞,砜,DOSO,等,有機(jī)酸萃取劑,包括有機(jī)磷酸、有機(jī)磺酸、羧酸等,胺類萃取劑,各種有機(jī)胺和胺鹽,螯合萃取劑,各種有機(jī)螯合物、冠醚等,2019/10/17,10,4.1.3,萃取過程中的常用名詞,1,分配比,達(dá)到萃取平衡時(shí)，被萃物在兩相中的濃度比稱為被萃物的分配比,也稱為分配系數(shù),其中,為被萃物,A,在萃取相（有機(jī)相）中的濃度,為被萃物,A,在被萃相（水相）中的濃度,分配比,D,的值越大，被萃物越容易進(jìn)入萃取相,D,通常不是常數(shù),要受萃取體系和萃取條件的影響，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)來測定,D=0,表示待

6、萃,取物完全不被萃取,D,表示完全被萃取,a,A,o,A,c,c,D,o,A,c,a,A,c,2019/10/17,11,2,相比,萃取體系中萃取相,與,被萃相的體積比,在連續(xù)萃取過程中，通常用兩相的流比取代相比,為萃取相流量,為被萃相流量,a,o,V,V,R,o,V,a,V,L,G,r,L,G,2019/10/17,12,3,分離系數(shù),分離系數(shù)又稱為分離因子，表示被萃相中兩種物質(zhì)可被,某種萃取劑所分離的難易程度，它等于這兩種物質(zhì)在相同萃,取條件下的分配比之比,與相對揮發(fā)度一樣，分離系數(shù)值越遠(yuǎn)離,1,兩種物質(zhì)越容易分,離；反之則不容易,B,A,D,D,2019/10/17,13,1,三角形坐標(biāo)

7、圖及杠桿規(guī)則,1,三角形坐標(biāo)圖,三角形坐標(biāo)圖通常有等邊三角形坐標(biāo)圖、等腰直角三角形坐,標(biāo)圖和非等腰直角三角形坐標(biāo)圖，如圖所示，其中以等腰直角三,角形坐標(biāo)圖最為常用。三角形,ABS,的三個(gè)頂點(diǎn)分別標(biāo)還是“純,的溶質(zhì),A,原溶劑,B,和溶劑,S,組分。三角形的各邊上的點(diǎn)表示某個(gè),二元組分，三角形內(nèi)部的任何一點(diǎn)都代表一個(gè)三元混合物,三角形相圖,4.2,液液相平衡,2019/10/17,14,如圖所示，將質(zhì)量為,kg,組成為,的混合物系,R,與質(zhì)量,為,kg,組成為,的混合物系,E,相混合，得到一個(gè)質(zhì)量為,m kg,組成為,的新混合物系,M,其在三角形坐標(biāo)圖中,分別以點(diǎn),R,E,和,M,表示,M,點(diǎn)稱

8、為,R,點(diǎn)與,E,點(diǎn)的和點(diǎn),R,點(diǎn)與,E,點(diǎn),稱為差點(diǎn),r,A,x,B,x,S,x,e,A,y,B,y,S,y,A,z,B,z,S,z,2,杠桿規(guī)則,2019/10/17,15,2,三角形相圖,根據(jù)萃取操作中各組分的互溶性，可將三元物系分,為以下三種情況，即,溶質(zhì),A,可完全溶于,B,及,S,但,B,與,S,不互溶,溶質(zhì),A,可完全溶于,B,及,S,但,B,與,S,部分互溶,溶質(zhì),A,可完全溶于,B,但,A,與,S,及,B,與,S,部分互溶,習(xí)慣上，將、兩種情況的物系稱為第,類物系，而將,情況的物系稱為第,類物系。工業(yè)上常見的第,類物系有丙,酮,A,水,B,甲基異丁基酮,S,醋酸,A,水,B,

9、苯,S,及丙酮,A,氯仿,B,水,S,等；第,類物系有甲基環(huán)己烷,A,正庚烷,B,苯胺,S,苯乙烯,A,乙苯,B,二甘醇,S,等。在萃取操作,中，第,類物系較為常見，以下主要討論這類物系的相平衡,關(guān)系,2019/10/17,16,設(shè),溶質(zhì),A,可完全溶于,B,及,S,但,B,與,S,為部分溶,其平衡相圖如圖所示,此圖是在一定溫度下繪制的，圖中,曲線,R,0,R,1,R,2,R,i,R,n,KE,n,E,i,E,2,E,1,E,0,稱為,溶,解度曲線,該曲線將三角形相圖分,為兩個(gè)區(qū)域：曲線以內(nèi)的區(qū)域?yàn)?兩,相區(qū),以外的區(qū)域?yàn)?均相區(qū),位于,兩相區(qū)內(nèi)的混合物分成兩個(gè)互相平,衡的液相，稱為共軛相，聯(lián)

10、結(jié)兩共,軛液相相點(diǎn)的直線稱為聯(lián)結(jié)線，如,圖中的,R,i,E,i,線,i,0,1,2,n,顯然,萃取操作只能在兩相區(qū)內(nèi)進(jìn)行,溶解度曲線,2019/10/17,17,溶解度曲線可通過下述實(shí)驗(yàn)方法得到：在一定溫度下,將組分,B,與組分,S,以適當(dāng)比例相混合，使其總組成位于,兩相區(qū),設(shè)為,M,則,達(dá)平衡后必然得到兩個(gè)互不相溶,的液層，其相點(diǎn)為,R,0,E,0,在恒溫下，向此二元混合,液中加入適量的溶質(zhì),A,并充分混合，使之達(dá)到新的平衡,靜置分層后得到一對共軛相，其相點(diǎn)為,R,1,E,1,然后,繼續(xù)加入溶質(zhì),A,重復(fù)上述操作，即可以得到,n,1,對共,軛相的,相點(diǎn),R,i,E,i,i=0,1,2,n,當(dāng)

11、加入,A,的量使混,合液恰好由,兩相變?yōu)橐幌?時(shí)，其組成點(diǎn)用,K,表示,K,點(diǎn),稱為混溶點(diǎn)或分層點(diǎn),聯(lián)結(jié)各共軛相的相點(diǎn)及,K,點(diǎn)的曲,線即為實(shí)驗(yàn)溫度下該,三元物系的溶解度曲線,2019/10/17,18,輔助曲線和臨界混溶點(diǎn),一定溫度下，測定體系的溶解度曲線時(shí)，實(shí)驗(yàn)測出的聯(lián)結(jié)線的條數(shù),即共軛相的對數(shù)）總是有限的，此時(shí)為了得到任何已知平衡液相的共,軛相的數(shù)據(jù)，常借助輔助曲線（亦稱共軛曲線,2019/10/17,19,輔助曲線的作法,如圖所示，通過已知點(diǎn),R,1,R,2,分別作,BS,邊的平行線，再通過相應(yīng)聯(lián)結(jié)線的另一端點(diǎn),E,1,E,2,分別作,AB,邊的平行線，各線分別相交于點(diǎn),F,G,聯(lián)接這

12、些交點(diǎn)所,得的平滑曲線即為輔助曲線,利用輔助曲線可求任何已知平衡,液相的共軛相,如圖所示，設(shè),R,為已知平衡液相，自點(diǎn),R,作,BS,邊的平行線交輔助曲線于點(diǎn),J,自點(diǎn),J,作,AB,邊的平行線，交溶,解度曲線于點(diǎn),E,則點(diǎn),E,即為,R,的共軛相點(diǎn),2019/10/17,20,溫度對相平衡的影響,通常物系的溫度升高，溶質(zhì)在溶劑中的溶解度增大，反之減小,因,此，溫度明顯地影響溶解度曲線的形狀、聯(lián)結(jié)線的斜率和兩相區(qū)面積,從而也影響分配曲線的形狀。如圖所示為溫度對第,I,類物系溶解度曲線,和聯(lián)結(jié)線的影響。顯然,溫度升高，分層區(qū)面積減小，不利于萃取分離,的進(jìn)行,溫度對互溶度的影響,I,類物系,201

13、9/10/17,21,對于某些物系，溫度的改變不僅可引起分層區(qū)面積和聯(lián)結(jié)線斜,率的變化，甚至可導(dǎo)致物系類型的轉(zhuǎn)變。如圖所示，當(dāng)溫度為,時(shí)為第,類物系，而當(dāng)溫度升至,時(shí)則變?yōu)榈?類物系,1,T,2,T,溫度對互溶度的影響,II,類物系,2019/10/17,22,4.3,萃取過程計(jì)算,4.3.1,萃取過程分析,常用的工業(yè)萃取過程根據(jù)使用的設(shè)備通常分為逐級萃取,過程和微分萃取過程,1,逐級萃取過程,以多級混合澄清槽為萃取設(shè)備的連續(xù)萃取過程。特點(diǎn)是,每一個(gè)萃取級構(gòu)成一個(gè)平衡級,易實(shí)現(xiàn)過程分解、組,合與控制,2,微分萃取過程,以各種塔為萃取設(shè)備的連續(xù)萃取過程。特點(diǎn)是設(shè)備緊湊,操作簡單，結(jié)構(gòu)形式選擇多；

14、但易出現(xiàn)軸向返混，影,響萃取效率,2019/10/17,23,4.3.2,逐級萃取過程,1,逐級萃取過程分析,1,逆流萃取,2,錯(cuò)流萃取,2019/10/17,24,2,逐級萃取過程的計(jì)算,1,麥克凱貝,賽爾圖解法,平衡線,由萃取平衡實(shí)驗(yàn)測得,操作線,斜率,L/G,即，被萃相與萃取相的流量之比,萃取級數(shù)：階梯作圖法,2019/10/17,25,2,逐級計(jì)算法,逐級計(jì)算法是逐級萃取過程的基本計(jì)算方法，特別是各,萃取,級分配系數(shù)不同時(shí),采用逐級計(jì)算法計(jì)算萃取過程所需理論,級數(shù)和各級濃度分布是最常用和最穩(wěn)妥的方法,在實(shí)際萃取過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)各級分配系數(shù)發(fā)生變化的情,況，如用酸性萃取劑萃取電解質(zhì)溶液

15、中的金屬離子時(shí)，隨著,金屬離子量的增加，被萃相中的,H,濃度會隨之增大，導(dǎo)致,被萃相的酸度逐級增大，因而影響到被萃離子在兩相中的分,配比,2019/10/17,26,例,各級分配系數(shù)變化時(shí)的逐級計(jì)算,水相料液,L,中含,Cu,2,為,x,f,2.5kg/m,3,含,H,2,SO,4,為,H,f,1.0kg/m,3,有機(jī),相為含萃取劑,LIX64)10,的煤油溶液,G,由于是萃取反萃循環(huán)使,用，其中殘留,Cu,2,為,y,f,0.075kg/m,3,兩相體積流比為,G/L=60/75,要,求經(jīng)多級逆流萃取后，萃余相中,Cu,2,的含量為,x,1,0.35kg/m,3,計(jì)算流,程所需的理論級數(shù)和逐

16、級濃度分布,2019/10/17,27,解,用,LIX64,萃取水相硫酸銅中的,Cu,2,反應(yīng)式為,其中,R,代表,LIX64,在萃取過程中，當(dāng)一個(gè)銅離子進(jìn)入有機(jī)相，水相就會產(chǎn)生一,個(gè)硫酸，因此，隨著萃取過程的進(jìn)行，水相的酸度會逐漸,增大,通過實(shí)驗(yàn)測定該萃取體系中，在不同硫酸濃度下,Cu,2,在水,相和有機(jī)相中的平衡曲線,4,2,2,4,SO,H,CuR,2HR,CuSO,2019/10/17,28,2019/10/17,29,用,x,i,y,i,分別表示水相和有機(jī)相中的,Cu,2,濃度,H,i,代表水相,中硫酸的濃度。由于,1molCu,2,能生成,1molH,2,SO,4,根據(jù)它,們的分子

17、量比，相當(dāng)于,1kgCu,2,可生成的,H,2,SO,4,為,98/63.5=1.54kg,對,Cu,2,做總物料衡算,即,L,x,G,y,L,x,G,y,f,f,N,1,G,L,x,L,x,G,y,y,f,f,N,1,60,75,35,0,75,5,2,60,075,0,kg/m,76,2,3,2019/10/17,30,對,H,2,SO,4,做總物料衡算,G,y,y,LH,LH,f,N,f,54,1,1,L,G,y,y,H,H,f,N,f,54,1,1,75,60,075,0,76,2,54,1,0,1,kg/m,31,4,3,2019/10/17,31,逐級平衡計(jì)算,根據(jù)萃取過程，第一級

18、的有機(jī)相濃度應(yīng)與水相濃度形成平衡,因此，由,x,1,和,H,1,從平衡圖上查得,y,1,1.11kg/m,3,對第一級做物料衡算,計(jì)算,x,2,和,H,2,得,根據(jù),x,2,和,H,2,查平衡圖，得,y,2,2.24kg/m,3,L,x,G,y,L,x,G,y,f,1,1,2,kg/m,18,1,75,60,075,0,75,35,0,60,11,1,3,2,x,G,y,y,LH,LH,f,54,1,1,1,2,kg/m,04,3,75,60,075,0,11,1,54,1,31,4,3,2,H,2019/10/17,32,對第二級做物料衡算,計(jì)算,x,3,和,H,3,得,根據(jù),x,3,和,H

19、,3,查平衡圖，得,y,3,2.76kg/m,3,L,x,G,y,L,x,G,y,2,2,3,1,kg/m,08,2,75,60,11,1,75,18,1,60,24,2,3,3,x,G,y,y,LH,LH,54,1,1,2,2,3,kg/m,65,1,75,60,11,1,24,2,54,1,04,3,3,3,H,2019/10/17,33,對第三級做物料衡算,計(jì)算,x,4,和,H,4,得,從計(jì)算結(jié)果可知,x,4,x,f,H,4,H,f,因此，該萃取過程只需三,級平衡萃取就能完成,L,x,G,y,L,x,G,y,3,3,4,2,kg/m,50,2,75,60,24,2,75,08,2,60,

20、76,2,3,4,x,G,y,y,LH,LH,54,1,2,3,3,4,kg/m,01,1,75,60,24,2,76,2,54,1,65,1,3,4,H,2019/10/17,34,3,代數(shù)公式法,假設(shè)兩相不互溶，且被萃物在各平衡級的分配比,D,相同,對第一級作物料衡算,按平衡關(guān)系,代入上式整理得,令,則有,即,L,x,G,y,L,x,G,y,f,2,1,1,1,1,Dx,y,L,G,Dx,y,x,x,f,1,2,1,D,L,G,L,G,n,1,2,1,x,ny,x,x,f,1,2,1,ny,x,x,f,2019/10/17,35,對第二級作物料衡算,按平衡關(guān)系,代入上式整理得,即,將,x,

21、1,表達(dá)式代入，得,L,x,G,y,L,x,G,y,1,3,2,2,2,2,Dx,y,2,3,1,2,x,ny,x,x,1,3,1,2,ny,x,x,2,3,2,1,1,ny,x,x,f,2019/10/17,36,同樣，對第三級作物料衡算可得,對第,N,級作物料衡算，得,3,2,2,4,3,1,1,ny,x,x,f,N,N,f,f,N,ny,x,x,2,1,2,1,1,2019/10/17,37,用等比數(shù)列求和公式，且,則可得,對上式兩邊同時(shí)用,x,f,相減,通分整理得,D,n,1,1,1,1,1,1,N,N,f,N,f,f,N,f,D,y,x,x,x,x,1,1,1,N,N,f,f,N,f

22、,D,y,x,x,x,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,N,N,f,N,f,N,N,f,N,f,N,D,y,x,ny,x,x,2019/10/17,38,將兩邊同時(shí)用,1,相減,通分整理得,于是可得到萃取所需要的理論級數(shù)為,克萊姆賽,休特,Kremser-Souder,方程式,1,1,1,N,f,f,f,N,D,y,x,D,y,x,lg,1,1,1,lg,D,y,x,D,y,x,N,f,N,f,f,1,1,1,1,1,N,N,f,f,N,f,D,y,x,x,x,2019/10/17,39,3,萃取效率的描述,1,萃余率,2,萃取率,3,平均級效率,f,N,a,x,x,a,f,N,

23、f,N,f,ex,x,x,x,x,x,1,1,N,N,E,a,ex,ex,1,2019/10/17,40,4.3.2,微分逆流萃取過程,采用類似于吸收原理和計(jì)算方法可,得,1,傳質(zhì)單元高度,2,傳質(zhì)單元數(shù),3,總傳質(zhì)高度,aA,k,L,ax,ax,HTU,aA,k,G,oy,oy,HTU,1,2,NTU,x,x,ax,x,x,dx,1,2,NTU,y,y,oy,y,y,dy,ax,ax,H,NTU,HTU,oy,oy,H,NTU,HTU,2019/10/17,41,4.4,萃取設(shè)備,4.4.1,萃取設(shè)備的分類,2019/10/17,42,常用的液,液萃取裝置,2019/10/17,43,4.4

24、.2,萃取設(shè)備的選擇,萃取設(shè)備的選擇除技術(shù)因素外,還包括以下主要因素有,1,系統(tǒng)物性,2,處理量,3,理論級數(shù),4,設(shè)備費(fèi)用,5,生產(chǎn)場地,6,操作者素質(zhì),2019/10/17,44,2019/10/17,45,4.4.3,萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì),1,流程的設(shè)計(jì),1,逐級萃取與反萃流程的組合,2019/10/17,46,2,微分萃取與反萃流程的組合,2019/10/17,47,3,萃取與其他分離過程的結(jié)合,2019/10/17,48,2,設(shè)備的設(shè)計(jì),1,兩相的分散與聚并,分散區(qū),通常情況下選擇被萃物濃度低的一相作為連續(xù),相先注入設(shè)備的分散區(qū)內(nèi)，啟動分散機(jī)制后再同時(shí)通入,分散相和連續(xù)相。分散區(qū)的大

25、小應(yīng)滿足兩相實(shí)現(xiàn)要求傳,質(zhì)量的接觸時(shí)間,停留時(shí)間,分散相分散粒徑越小，傳,質(zhì)面積越大，但聚并將越困難,聚并區(qū),在分散區(qū)內(nèi)完成傳質(zhì)過程的兩相需要在相對平,穩(wěn)的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行聚并分相，以便于兩相分離。聚并區(qū)的,大小應(yīng)滿足分散相完全遷移聚并的時(shí)間，并設(shè)置分散相,的連續(xù)排出機(jī)制,2019/10/17,49,2,多級萃取或反萃設(shè)備,混合澄清槽,2019/10/17,50,設(shè)計(jì)要點(diǎn),混合池容積,與處理能力和相比有關(guān)，與兩相接觸時(shí),間,即達(dá)到萃取平衡的時(shí)間,有關(guān),澄清池容積和長度,與處理能力和兩相完全分層時(shí)間,有關(guān),分散攪拌強(qiáng)度,與分散相的穩(wěn)定性,粘度、乳化性等,有關(guān),萃取級數(shù),與被萃物質(zhì)的分配比、兩相的相比有

26、關(guān),反萃級數(shù),與被萃物質(zhì)的分配比、兩相的相比有關(guān),2019/10/17,51,3,微分萃取設(shè)備,轉(zhuǎn)盤萃取塔,振動篩板塔,2019/10/17,52,設(shè)計(jì)要點(diǎn),塔徑,與處理能力和相比有關(guān),塔高,與兩相接觸時(shí)間,即達(dá)到萃取平衡的時(shí)間,有,關(guān)，與被萃物質(zhì)的分配比、兩相的相比有關(guān),內(nèi)構(gòu)件,與分散相的傳質(zhì)特性和穩(wěn)定性,粘度、乳,化性等,有關(guān),反萃方式,與萃取相性質(zhì)有關(guān)，與萃合物性質(zhì)有,關(guān),2019/10/17,53,4.5,萃取過程新進(jìn)展,4.5.1,超臨界流體萃取,4.5.2,反膠束萃取,4.5.3,雙水相萃取,2019/10/17,54,4.5.1,超臨界流體萃取,1,概述,什么是超臨界流體,物質(zhì)在

27、的,溫度和壓力分別超過其臨界溫度,T,c,和臨界壓力,p,c,時(shí)形成的流體,SCF,在臨界點(diǎn)以上物質(zhì)處于既非液,體也非氣體的超臨界狀態(tài)，稱,為超臨界流體,處于臨界點(diǎn)狀態(tài)的物質(zhì)可實(shí)現(xiàn),液態(tài)到氣態(tài)的連續(xù)過渡，兩相相界,面消失，汽化熱為零,超過臨界點(diǎn)的物質(zhì)，無論加多,大的壓力都不會液化，而只會引起,密度變化,2019/10/17,55,2,超臨界流體萃取的基本原理,超臨界流體的基本性質(zhì),流體,密度,g/cm,3,粘度,Pa.s,擴(kuò)散系數(shù),cm,2,s,常壓氣體,15,30,0.62,10,3,13,10,5,0.10.4,臨界流體,Tc,Pc,0.20.5,13,10,5,0.7,10,3,超臨界流

28、體,Tc,4Pc,0.40.9,39,10,5,0.2,10,3,常壓液體,15,30,0.61.6,0.23,10,3,0.22,10,5,2019/10/17,56,超臨界流體較液體的粘度小，而自擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn),大于液體的自擴(kuò)散系數(shù),超臨界流體的密度接近液體，因此具有與液體,相近的溶解能力,由于以上特點(diǎn)，超臨界流體可以迅速滲透到物,體的內(nèi)部溶解目標(biāo)物質(zhì)，快速達(dá)到萃取平衡,2019/10/17,57,常用的超臨界流體,流體,臨界溫度,臨界壓力,MPa,流體,臨界溫度,臨界壓力,MPa,乙烯,9.25,5.04,乙烷,32.25,4.88,三氟甲烷,26.15,4.86,一氧化,二氮,36.5,7

29、.24,三氟,氯甲,烷,28.8,3.87,丙烯,91.8,4.60,二氧化碳,31.04,7.38,丙烷,96.6,4.25,2019/10/17,58,超臨界二氧化碳,是指：二氧化碳處于臨界壓力,7.39MPa,以上和臨界溫度,31.1,以下，呈液體狀,態(tài)；超臨界二氧化碳由于具有接近液體的密度,故具有與液體相當(dāng)?shù)娜芙饽芰?；同時(shí)它又由于具,有與氣體相近的粘度和自擴(kuò)散系數(shù)，因而有利于,被提取物質(zhì)的擴(kuò)散和傳遞,2019/10/17,59,超臨界流體萃取的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn),用超臨界流體萃取具有與液體相近的溶解能力，比液體,溶劑滲透快，滲透深，能更快達(dá)到萃取平衡,操作參數(shù)主要為壓力和溫度，比較容易控制,超

30、臨界流體萃取集精餾和液液萃取特點(diǎn)于一體，可能分,離一些常規(guī)方法難以分離的物系,超臨界流體可在常溫下操作，故特別適合于熱敏性、易,氧化物質(zhì)的提取和分離,2019/10/17,60,缺點(diǎn),高壓下萃取，相平衡較復(fù)雜，物性數(shù)據(jù)缺乏,高壓裝置與高壓操作，投資費(fèi)用高，安全要求也高,超臨界流體中溶質(zhì)濃度相對還是較低，故需大量溶劑循環(huán),超臨界流體萃取過程固體物料居多，連續(xù)化生產(chǎn)較困難,2019/10/17,61,超臨界流體萃取操作,通過調(diào)節(jié)萃取操作的溫度和壓力可以影響物質(zhì),在超臨界流體中的溶解度，從而提高萃取速率和選,擇性,超臨界流體萃取的操作,等溫法,等壓法,吸附法,2019/10/17,62,3,超臨界流

31、體萃取的流程,a,變壓萃取分離流程,等溫法,2019/10/17,63,b,變溫萃取分離流程,等壓法,2019/10/17,64,c,吸附萃取分離流程,吸附法,2019/10/17,65,d,稀釋萃取分離流程,惰性氣體法,2019/10/17,66,4,超臨界流體萃取的工業(yè)應(yīng)用,1,天然產(chǎn)物的萃取,液相萃取,固相萃取,2019/10/17,67,2) ROSE,脫瀝青過程,2019/10/17,68,3,重?zé)N油加氫轉(zhuǎn)化過程,2019/10/17,69,5,超臨界流體萃取裝置,2019/10/17,70,大型超臨界流體萃取裝置,2019/10/17,71,超臨界二氧化碳萃取流程圖,2019/10

32、/17,72,4.5.2,反膠束萃取,1,反膠束和反膠束系統(tǒng),反膠束是表面活性劑在有機(jī)溶劑中自發(fā)形成的納米尺,度的一種聚集體,1,反膠束的形成,表面活性劑通常都有一個(gè)親水的極性頭和疏水的非極,性尾。當(dāng)表面活性劑在有機(jī)溶劑中的濃度超過其臨界,膠束濃度后，其疏水的非極性尾向外伸入有機(jī)溶劑主,體中,親水的極性頭則自發(fā)向內(nèi)聚集排列成一個(gè)極性,核。核中的空間具有溶解水和大分子的能力，稱為池,pool,表面活性劑的,臨界膠束濃度,CMC,可通過表面活性劑,手冊查得，通常在,1,10,4,1,10,3,mol/L,范圍,2019/10/17,73,1,反膠束的形成,親水極,性頭,疏水非,極性尾,可游離,離子,一種陰離子型,表面活性劑,pool,2019/10/17,74,2,反膠束溶液的性質(zhì),反膠束溶液是透明的、熱力學(xué)穩(wěn)定的系統(tǒng),反膠束溶液體系的特性受表面活性劑結(jié)構(gòu)、溶劑種類、溫度和,壓力等因素有關(guān),反膠束中心約束的水量通常用束水比來表示，即,W,o,約束水,摩爾數(shù),表面活性劑摩爾數(shù),W,o,值與表面活性劑和溶劑的種類、助表面活性劑、水相中鹽的,