化工分離工程 第四章 萃取

1、TSHY4 液液萃取液液萃取4.1 液液萃取過(guò)程液液萃取過(guò)程4.2 液液相平衡液液相平衡4.3 萃取過(guò)程計(jì)算萃取過(guò)程計(jì)算4.4 萃取設(shè)備萃取設(shè)備4.5 萃取過(guò)程的新進(jìn)展萃取過(guò)程的新進(jìn)展TSHY4.1 液液萃取過(guò)程液液萃取過(guò)程n基本概念基本概念n 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(guò)程稱(chēng)為液液萃取，也叫溶劑萃取，簡(jiǎn)稱(chēng)萃取。到另一個(gè)液相的分離過(guò)程稱(chēng)為液液萃取，也叫溶劑萃取，簡(jiǎn)稱(chēng)萃取。n 待分離的一相稱(chēng)為被萃相，萃取后成為萃余相，用做分離劑的相稱(chēng)為待分離的一相稱(chēng)為被萃相，萃取后成為萃余相，用做分

2、離劑的相稱(chēng)為 萃取相。萃取相。n 萃取相中起萃取作用的組分稱(chēng)為萃取劑，起溶劑作用的組分稱(chēng)為稀釋萃取相中起萃取作用的組分稱(chēng)為萃取劑，起溶劑作用的組分稱(chēng)為稀釋 劑或溶劑。劑或溶劑。n 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(dòng)控制具有處理量大、分離效果好、回收率高、可連續(xù)操作以及自動(dòng)控制 等特點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。等特點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。TSHY4.1 液液萃取過(guò)程液液萃取過(guò)程n 煉油和石化工業(yè)中石油餾分的分離和精制，如烷烴和芳煉油和石化工業(yè)中石油餾分的分離和精制，如烷烴和芳烴的分離，潤(rùn)滑油的精制等；烴的分離，潤(rùn)滑油的精制等；n 濕法冶金：鈾等放射性元素、稀土、銅等有色金屬、

3、金濕法冶金：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??；等貴金屬的分離和提取；n 磷和硼等無(wú)機(jī)資源的提取和凈化；磷和硼等無(wú)機(jī)資源的提取和凈化；n 醫(yī)藥工業(yè)中的多種抗生素和生物堿的分離提??；醫(yī)藥工業(yè)中的多種抗生素和生物堿的分離提取；n 食品工業(yè)中有機(jī)酸的分離和凈化；食品工業(yè)中有機(jī)酸的分離和凈化；n 環(huán)保處理中有害物質(zhì)的脫除等。環(huán)保處理中有害物質(zhì)的脫除等。TSHY4.1.1 特點(diǎn)和主要研究?jī)?nèi)容特點(diǎn)和主要研究?jī)?nèi)容1. 液液萃取過(guò)程的特點(diǎn)液液萃取過(guò)程的特點(diǎn) (1)萃取過(guò)程的傳質(zhì)前提是兩個(gè)液相之間的相互接觸；萃取過(guò)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(guò)程是分散相液滴和

4、連續(xù)相之間相際傳質(zhì)兩相的傳質(zhì)過(guò)程是分散相液滴和連續(xù)相之間相際傳質(zhì) 過(guò)程。過(guò)程。 (3)兩相間的有效分散是提高萃取效率的有效手段。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(lái)實(shí)現(xiàn)。兩相的分離需借助兩相的密度差來(lái)實(shí)現(xiàn)。 (5)液液萃取過(guò)程可以在多種形式的裝置中通過(guò)連續(xù)或間液液萃取過(guò)程可以在多種形式的裝置中通過(guò)連續(xù)或間 歇的方式實(shí)現(xiàn)。歇的方式實(shí)現(xiàn)。TSHY4.1.1 特點(diǎn)和主要研究?jī)?nèi)容特點(diǎn)和主要研究?jī)?nèi)容2. 液液萃取的主要研究?jī)?nèi)容液液萃取的主要研究?jī)?nèi)容 (1)確定萃取體系確定萃取體系 包括被萃相體系和萃取相體系的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、

5、萃取相的稀釋劑等。構(gòu)成，如被萃相的酸堿度、萃取相的稀釋劑等。 (2)測(cè)定相平衡數(shù)據(jù)測(cè)定相平衡數(shù)據(jù) 分配系數(shù)和分離系數(shù)。分配系數(shù)和分離系數(shù)。 (3)確定工藝和操作條件確定工藝和操作條件 相比、萃取劑和稀釋劑相比、萃取劑和稀釋劑用量、被萃物濃度、萃取溫度等。用量、被萃物濃度、萃取溫度等。 (4)萃取流程的建立萃取流程的建立 完整的萃取和反萃流程。完整的萃取和反萃流程。 (5)設(shè)備的確定設(shè)備的確定 設(shè)備形式和結(jié)構(gòu)。設(shè)備形式和結(jié)構(gòu)。TSHY4.1.2 萃取劑的選擇和常用萃取劑萃取劑的選擇和常用萃取劑1. 萃取劑的選擇萃取劑的選擇 (1) 萃取劑應(yīng)具備的特點(diǎn)萃取劑應(yīng)具備的特點(diǎn) 萃取劑中至少要有一個(gè)能與被

6、萃物形成萃合物的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(jiàn)的萃取官能團(tuán)通常是一些包含官能團(tuán)。常見(jiàn)的萃取官能團(tuán)通常是一些包含N、O、P、S的基團(tuán)。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)，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(zhǎng)鏈烴、芳烴等，以利于萃取劑在稀釋劑中的溶解，如長(zhǎng)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(duì)它的溶解夾帶損失。并防止被萃相對(duì)它的溶解夾帶損失。TSHY4.1.2 萃取劑的選擇和常用萃取劑萃取劑的選擇和常用萃取劑(2)萃取劑選擇要點(diǎn)萃取劑選擇要點(diǎn) 選擇性好選擇性好 表現(xiàn)為分離系數(shù)大。表現(xiàn)為分離系數(shù)大。 萃取容量大萃取容量大 表現(xiàn)

7、為單位體積或單位質(zhì)量溶解萃合物多。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)化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng) 耐酸堿、抗氧化還原、耐熱、無(wú)腐蝕。耐酸堿、抗氧化還原、耐熱、無(wú)腐蝕。 易與原料液相分層易與原料液相分層 不乳化、不產(chǎn)生第三相。不乳化、不產(chǎn)生第三相。 易于反萃或分離易于反萃或分離 便于萃取劑的重復(fù)利用。便于萃取劑的重復(fù)利用。 安全性好安全性好 無(wú)毒或低毒、不易燃、難揮發(fā)、環(huán)保。無(wú)毒或低毒、不易燃、難揮發(fā)、環(huán)保。 經(jīng)濟(jì)性好經(jīng)濟(jì)性好 成本低、損耗小。成本低、損耗小。TSHY4.1.2 萃取劑的選擇和常用萃取劑萃取劑的選擇和常用萃取劑2. 常用萃取劑常用萃取劑 中性萃取劑中性萃取劑 包括含磷類(lèi)、含氧類(lèi)

8、和含硫類(lèi)重型包括含磷類(lèi)、含氧類(lèi)和含硫類(lèi)重型萃取劑，如磷酸三丁酯萃取劑，如磷酸三丁酯(TBP)、甲基異丁基酮、甲基異丁基酮(MIBK)、二辛基亞砜二辛基亞砜(DOSO)等。等。 有機(jī)酸萃取劑有機(jī)酸萃取劑 包括有機(jī)磷酸、有機(jī)磺酸、羧酸包括有機(jī)磷酸、有機(jī)磺酸、羧酸等。等。 胺類(lèi)萃取劑胺類(lèi)萃取劑 各種有機(jī)胺和胺鹽。各種有機(jī)胺和胺鹽。 螯合萃取劑螯合萃取劑 各種有機(jī)螯合物、冠醚等。各種有機(jī)螯合物、冠醚等。TSHY4.1.3 萃取過(guò)程中的常用名詞萃取過(guò)程中的常用名詞1. 分配比分配比n達(dá)到萃取平衡時(shí)，被萃物在兩相中的濃度比稱(chēng)為被萃物的分配比，也達(dá)到萃取平衡時(shí)，被萃物在兩相中的濃度比稱(chēng)為被萃物的分配比，也稱(chēng)

9、為分配系數(shù)。稱(chēng)為分配系數(shù)。n其中，其中， 為被萃物為被萃物A在萃取相（有機(jī)相）中的濃度；在萃取相（有機(jī)相）中的濃度； 為被萃物為被萃物A在被萃相（水相）中的濃度。在被萃相（水相）中的濃度。n分配比分配比D的值越大，被萃物越容易進(jìn)入萃取相。的值越大，被萃物越容易進(jìn)入萃取相。nD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(lái)測(cè)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(lái)測(cè)定；定；D=0，表示待萃取物完全不被萃取，表示待萃取物完全不被萃取，D=，表示完全被萃取。，表示完全被萃取。)()(aAoAccD )(oAc)(aAcTSHY4.1.3 萃取過(guò)程中的常用名詞萃取過(guò)程中的常用

10、名詞2. 相比相比n萃取體系中萃取相萃取體系中萃取相 與與 被萃相的體積比。被萃相的體積比。n在連續(xù)萃取過(guò)程中，通常用兩相的流比取代相比。在連續(xù)萃取過(guò)程中，通常用兩相的流比取代相比。 n 為萃取相流量，為萃取相流量， 為被萃相流量。為被萃相流量。)()(/aoVVR )(oV)(aVLGr/LGTSHY4.1.3 萃取過(guò)程中的常用名詞萃取過(guò)程中的常用名詞3. 分離系數(shù)分離系數(shù)n分離系數(shù)又稱(chēng)為分離因子，表示被萃相中兩種物質(zhì)可分離系數(shù)又稱(chēng)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。相同

11、萃取條件下的分配比之比。n與相對(duì)揮發(fā)度一樣，分離系數(shù)值越遠(yuǎn)離與相對(duì)揮發(fā)度一樣，分離系數(shù)值越遠(yuǎn)離1，兩種物質(zhì)越，兩種物質(zhì)越容易分離；反之則不容易。容易分離；反之則不容易。BADD /TSHY4.2 液液相平衡液液相平衡略略TSHY4.3 萃取過(guò)程計(jì)算萃取過(guò)程計(jì)算4.3.1 萃取過(guò)程分析萃取過(guò)程分析 常用的工業(yè)萃取過(guò)程根據(jù)使用的設(shè)備通常分為逐級(jí)萃取過(guò)程和常用的工業(yè)萃取過(guò)程根據(jù)使用的設(shè)備通常分為逐級(jí)萃取過(guò)程和微分萃取過(guò)程。微分萃取過(guò)程。1. 逐級(jí)萃取過(guò)程逐級(jí)萃取過(guò)程 以多級(jí)混合澄清槽為萃取設(shè)備的連續(xù)萃取過(guò)程。特點(diǎn)是每一個(gè)以多級(jí)混合澄清槽為萃取設(shè)備的連續(xù)萃取過(guò)程。特點(diǎn)是每一個(gè)萃取級(jí)構(gòu)成一個(gè)平衡級(jí)，萃取

12、級(jí)構(gòu)成一個(gè)平衡級(jí)， 易實(shí)現(xiàn)過(guò)程分解、組合與控制。易實(shí)現(xiàn)過(guò)程分解、組合與控制。 2. 微分萃取過(guò)程微分萃取過(guò)程 以各種塔為萃取設(shè)備的連續(xù)萃取過(guò)程。特點(diǎn)是設(shè)備緊湊，操作以各種塔為萃取設(shè)備的連續(xù)萃取過(guò)程。特點(diǎn)是設(shè)備緊湊，操作簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)形式選擇多；但易出現(xiàn)軸向返混，影響萃取效率。簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)形式選擇多；但易出現(xiàn)軸向返混，影響萃取效率。TSHY4.3.2 逐級(jí)萃取過(guò)程逐級(jí)萃取過(guò)程1. 逐級(jí)萃取過(guò)程分析逐級(jí)萃取過(guò)程分析 (1)逆流萃取逆流萃取 (2)錯(cuò)流萃取錯(cuò)流萃取TSHY4.3.2 逐級(jí)萃取過(guò)程逐級(jí)萃取過(guò)程2. 逐級(jí)萃取過(guò)程的計(jì)算逐級(jí)萃取過(guò)程的計(jì)算(1)麥克凱貝麥克凱貝-賽爾圖解法賽爾圖解法n平衡線：平衡

13、線： 由萃取平衡實(shí)驗(yàn)測(cè)得。由萃取平衡實(shí)驗(yàn)測(cè)得。n操作線：操作線： 斜率斜率=L/G即，被萃相與萃取相的流量即，被萃相與萃取相的流量之比。之比。n萃取級(jí)數(shù)：階梯作圖法。萃取級(jí)數(shù)：階梯作圖法。TSHY4.3.2 逐級(jí)萃取過(guò)程逐級(jí)萃取過(guò)程 (2)逐級(jí)計(jì)算法逐級(jí)計(jì)算法n逐級(jí)計(jì)算法是逐級(jí)萃取過(guò)程的基本計(jì)算方法，特別是各逐級(jí)計(jì)算法是逐級(jí)萃取過(guò)程的基本計(jì)算方法，特別是各萃取級(jí)分配系數(shù)不同時(shí)，采用逐級(jí)計(jì)算法計(jì)算萃取過(guò)程所萃取級(jí)分配系數(shù)不同時(shí)，采用逐級(jí)計(jì)算法計(jì)算萃取過(guò)程所需理論級(jí)數(shù)和各級(jí)濃度分布是最常用和最穩(wěn)妥的方法。需理論級(jí)數(shù)和各級(jí)濃度分布是最常用和最穩(wěn)妥的方法。n在實(shí)際萃取過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各級(jí)分配系數(shù)發(fā)生

14、變化在實(shí)際萃取過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各級(jí)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)溶液中的金屬離子時(shí)，的情況，如用酸性萃取劑萃取電解質(zhì)溶液中的金屬離子時(shí)，隨著金屬離子量的增加，被萃相中的隨著金屬離子量的增加，被萃相中的H+濃度會(huì)隨之增大，濃度會(huì)隨之增大，導(dǎo)致被萃相的酸度逐級(jí)增大，因而影響到被萃離子在兩相導(dǎo)致被萃相的酸度逐級(jí)增大，因而影響到被萃離子在兩相中的分配比。中的分配比。TSHY例例 4-2各級(jí)分配系數(shù)變化時(shí)的逐級(jí)計(jì)算各級(jí)分配系數(shù)變化時(shí)的逐級(jí)計(jì)算n水相料液水相料液(L)中含中含Cu2 +為為xf=2.5kg/m3，含，含H2SO4為為Hf=1.0kg/m3；有機(jī)相為含萃取劑；有機(jī)相為含萃

15、取劑(LIX64)10%的煤油溶液的煤油溶液(G)，由于是萃取反萃循環(huán)使用，其中殘留由于是萃取反萃循環(huán)使用，其中殘留Cu2+為為yf=0.075kg/m3；兩；兩相體積流比為相體積流比為G/L=60/75；要求經(jīng)多級(jí)逆流萃取后，萃余相中；要求經(jīng)多級(jí)逆流萃取后，萃余相中Cu2+的含量為的含量為x1=0.35kg/m3。計(jì)算流程所需的理論級(jí)數(shù)和逐級(jí)濃。計(jì)算流程所需的理論級(jí)數(shù)和逐級(jí)濃度分布。度分布。TSHY解例解例 4-2用用LIX64萃取水相硫酸銅中的萃取水相硫酸銅中的Cu2+反應(yīng)式為：反應(yīng)式為： 其中，其中，R代表代表LIX64。 在萃取過(guò)程中，當(dāng)一個(gè)銅離子進(jìn)入有機(jī)相，水相就會(huì)在萃取過(guò)程中，當(dāng)一

16、個(gè)銅離子進(jìn)入有機(jī)相，水相就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)硫酸，因此，隨著萃取過(guò)程的進(jìn)行，水相的酸產(chǎn)生一個(gè)硫酸，因此，隨著萃取過(guò)程的進(jìn)行，水相的酸度會(huì)逐漸增大。度會(huì)逐漸增大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定該萃取體系中，在不同硫酸濃度下通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定該萃取體系中，在不同硫酸濃度下Cu2+在水相和有機(jī)相中的平衡曲線。在水相和有機(jī)相中的平衡曲線。4224SOHCuR2HRCuSOTSHY解例解例 4-2TSHY解例解例 4-2用用xi、yi分別表示水相和有機(jī)相中的分別表示水相和有機(jī)相中的Cu2+濃度，濃度，Hi代代表 水 相 中 硫 酸 的 濃 度 。 由 于表 水 相 中 硫 酸 的 濃 度 。 由 于 1 m o l C u2 +能 生

17、 成能 生 成1molH2SO4，根據(jù)它們的分子量比，相當(dāng)于，根據(jù)它們的分子量比，相當(dāng)于1kgCu2+可生成的可生成的H2SO4為：為：98/63.5=1.54kg。對(duì)對(duì)Cu2+做總物料衡算：做總物料衡算： 即：即： LxGyLxGyffN1GLxLxGyyffN/)(160/)7535.0755 .260075.0()(kg/m76.23TSHY對(duì)對(duì)H2SO4做總物料衡算：做總物料衡算：GyyLHLHfNf)(54.11LGyyHHfNf/)(54.1175/60)075.076.2(54.10 .1)(kg/m31.43解例解例 4-2TSHY解例解例 4-2逐級(jí)平衡計(jì)算逐級(jí)平衡計(jì)算n根據(jù)

18、萃取過(guò)程，第一級(jí)的有機(jī)相濃度應(yīng)與水相濃度形成平衡，因此，根據(jù)萃取過(guò)程，第一級(jí)的有機(jī)相濃度應(yīng)與水相濃度形成平衡，因此，由由x1和和H1，從平衡圖上查得，從平衡圖上查得y1=1.11kg/m3。n對(duì)第一級(jí)做物料衡算：對(duì)第一級(jí)做物料衡算： 計(jì)算計(jì)算x2和和H2得：得： 根據(jù)根據(jù)x2和和H2查平衡圖，得：查平衡圖，得：y2=2.24kg/m3.LxGyLxGyf112)(kg/m18.175/)60075.07535.06011.1 (32xGyyLHLHf)(54.1112)(kg/m04.375/60)075.011.1 (54.131.432HTSHY解例解例 4-2n對(duì)第二級(jí)做物料衡算：對(duì)第二

19、級(jí)做物料衡算： 計(jì)算計(jì)算x3和和H3得：得： 根據(jù)根據(jù)x3和和H3查平衡圖，得：查平衡圖，得：y3=2.76kg/m3。LxGyLxGy2231)(kg/m08.275/)6011.17518.16024.2(33xGyyLHLH)(54.11223)(kg/m65.175/60)11.124.2(54.104.333HTSHY解例解例 4-2n對(duì)第三級(jí)做物料衡算：對(duì)第三級(jí)做物料衡算： 計(jì)算計(jì)算x4和和H4得：得： 從計(jì)算結(jié)果可知，從計(jì)算結(jié)果可知，x4=xf、H4Hf，因此，該萃取過(guò)程只需三級(jí)平，因此，該萃取過(guò)程只需三級(jí)平衡萃取就能完成。衡萃取就能完成。LxGyLxGy3342)(kg/m50

20、.275/)6024.27508.26076.2(34xGyyLHLH)(54.12334)(kg/m01.175/60)24.276.2(54.165.134HTSHY4.3.2 逐級(jí)萃取過(guò)程逐級(jí)萃取過(guò)程 (3)代數(shù)公式法代數(shù)公式法n假設(shè)兩相不互溶，且被萃物在各平衡級(jí)的分配比假設(shè)兩相不互溶，且被萃物在各平衡級(jí)的分配比D相同。相同。n對(duì)第一級(jí)作物料衡算：對(duì)第一級(jí)作物料衡算：n按平衡關(guān)系，按平衡關(guān)系， ，代入上式整理得：，代入上式整理得： 令令 ， ，則有：，則有： 即：即：LxGyLxGyf21111Dxy LGDxyxxf/)(121DLGLGn 121xnyxxf121nyxxfTSHY4

21、.3.2 逐級(jí)萃取過(guò)程逐級(jí)萃取過(guò)程n對(duì)第二級(jí)作物料衡算：對(duì)第二級(jí)作物料衡算：n按平衡關(guān)系，按平衡關(guān)系， ，代入上式整理得：，代入上式整理得： 即：即： 將將x1表達(dá)式代入，得：表達(dá)式代入，得：LxGyLxGy132222Dxy 2312xnyxx1312nyxx2321)1 (nyxxfTSHY4.3.2 逐級(jí)萃取過(guò)程逐級(jí)萃取過(guò)程n同樣，對(duì)第三級(jí)作物料衡算可得：同樣，對(duì)第三級(jí)作物料衡算可得：n對(duì)第對(duì)第N級(jí)作物料衡算，得：級(jí)作物料衡算，得：322431)1 (nyxxfNNffNnyxx2121)1 (TSHY4.3.2 逐級(jí)萃取過(guò)程逐級(jí)萃取過(guò)程n用等比數(shù)列求和公式，且用等比數(shù)列求和公式，且 ，

22、則可得：，則可得：n對(duì)上式兩邊同時(shí)用對(duì)上式兩邊同時(shí)用xf相減：相減：n通分整理得：通分整理得：Dn111111NNfNffNfDyxxxx1/11NNffNfDyxxx111111111111NNfNfNNfNfNDyxnyxxTSHYn將兩邊同時(shí)用將兩邊同時(shí)用1相減：相減：n通分整理得：通分整理得：n于是可得到萃取所需要的理論級(jí)數(shù)為：于是可得到萃取所需要的理論級(jí)數(shù)為：n克萊姆賽克萊姆賽休特（休特（Kremser-Souder）方程式）方程式11/1NfffNDyxDyxlg111/lgDyxDyxNfNff11/111NNffNfDyxxx4.3.2 逐級(jí)萃取過(guò)程逐級(jí)萃取過(guò)程TSHY4.3.

23、2 逐級(jí)萃取過(guò)程逐級(jí)萃取過(guò)程3. 萃取效率的描述萃取效率的描述 (1)萃余率萃余率 (2)萃取率萃取率 (3)平均級(jí)效率平均級(jí)效率fNaxxafNfNfexxxxxx11NNEaexex1TSHY4.3.2 微分逆流萃取過(guò)程微分逆流萃取過(guò)程n采用類(lèi)似于吸收原理和計(jì)算方法可采用類(lèi)似于吸收原理和計(jì)算方法可得：得： (1)傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元高度 (2)傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元數(shù) (3)總傳質(zhì)高度總傳質(zhì)高度 aAkLaxax)HTU(aAkGoyoy)HTU(12*)NTU(xxaxxxdx12*)NTU(yyoyyydyaxaxH)NTU()HTU(oyoyH)NTU()HTU(TSHY4.4 萃取設(shè)備

24、萃取設(shè)備4.4.1 4.4.1 萃取設(shè)備的分類(lèi)萃取設(shè)備的分類(lèi)TSHY4.4.2 萃取設(shè)備的選擇萃取設(shè)備的選擇 萃取設(shè)備的選擇除技術(shù)因萃取設(shè)備的選擇除技術(shù)因素外，還包括以下主要因素有：素外，還包括以下主要因素有： (1) 系統(tǒng)物性系統(tǒng)物性 (2) 處理量處理量 (3) 理論級(jí)數(shù)理論級(jí)數(shù) (4) 設(shè)備費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用 (5) 生產(chǎn)場(chǎng)地生產(chǎn)場(chǎng)地 (6) 操作者素質(zhì)操作者素質(zhì)TSHY4.4.2 萃取設(shè)備的選擇萃取設(shè)備的選擇TSHY4.4.5 萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)1. 流程的設(shè)計(jì)流程的設(shè)計(jì) (1) 逐級(jí)萃取與反萃流程的組合逐級(jí)萃取與反萃流程的組合 TSHY4.4.5 萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)

25、萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì) (2) 微分萃取與反萃流程的組合微分萃取與反萃流程的組合TSHY4.4.5 萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì) (3) 萃取與其他分離過(guò)程的結(jié)合萃取與其他分離過(guò)程的結(jié)合TSHY4.4.5 萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)2. 設(shè)備的設(shè)計(jì)設(shè)備的設(shè)計(jì) (1) 兩相的分散與聚并兩相的分散與聚并 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(dòng)分散機(jī)制后再同時(shí)通入分散相先注入設(shè)備的分散區(qū)內(nèi)，啟動(dòng)分散機(jī)制后再同時(shí)通入分散相和連續(xù)相。分散區(qū)的大小應(yīng)滿(mǎn)足兩相實(shí)現(xiàn)要求傳質(zhì)量的接觸和連續(xù)相。分散區(qū)的

26、大小應(yīng)滿(mǎn)足兩相實(shí)現(xiàn)要求傳質(zhì)量的接觸時(shí)間時(shí)間(停留時(shí)間停留時(shí)間)。分散相分散粒徑越小，傳質(zhì)面積越大，但。分散相分散粒徑越小，傳質(zhì)面積越大，但聚并將越困難。聚并將越困難。 聚并區(qū)：在分散區(qū)內(nèi)完成傳質(zhì)過(guò)程的兩相需要在相對(duì)平穩(wěn)聚并區(qū)：在分散區(qū)內(nèi)完成傳質(zhì)過(guò)程的兩相需要在相對(duì)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)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(mǎn)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)排出滿(mǎn)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。機(jī)制。TSHY4.4.5 萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì) (2) 多級(jí)萃取或反萃設(shè)備多級(jí)萃取或反萃設(shè)備混合澄

27、清槽混合澄清槽 TSHY4.4.5 萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)n設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 混合池容積混合池容積 與處理能力和相比有關(guān)，與兩相接觸時(shí)與處理能力和相比有關(guān)，與兩相接觸時(shí)間間(即達(dá)到萃取平衡的時(shí)間即達(dá)到萃取平衡的時(shí)間)有關(guān)。有關(guān)。 澄清池容積和長(zhǎng)度澄清池容積和長(zhǎng)度 與處理能力和兩相完全分層時(shí)與處理能力和兩相完全分層時(shí)間有關(guān)。間有關(guān)。 分散攪拌強(qiáng)度分散攪拌強(qiáng)度 與分散相的穩(wěn)定性與分散相的穩(wěn)定性(粘度、乳化性等粘度、乳化性等)有關(guān)。有關(guān)。 萃取級(jí)數(shù)萃取級(jí)數(shù) 與被萃物質(zhì)的分配比、兩相的相比有關(guān)。與被萃物質(zhì)的分配比、兩相的相比有關(guān)。 反萃級(jí)數(shù)反萃級(jí)數(shù) 與被萃物質(zhì)的分配比、兩相的相比有關(guān)

28、。與被萃物質(zhì)的分配比、兩相的相比有關(guān)。TSHY4.4.5 萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì) (3) 微分萃取設(shè)備微分萃取設(shè)備轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔振動(dòng)篩板塔振動(dòng)篩板塔TSHY4.4.5 萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)萃取流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 塔徑塔徑 與處理能力和相比有關(guān)。與處理能力和相比有關(guān)。 塔高塔高 與兩相接觸時(shí)間與兩相接觸時(shí)間(即達(dá)到萃取平衡的時(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)。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)件內(nèi)構(gòu)件 與分散相的傳質(zhì)特性和穩(wěn)定性與分散相的傳質(zhì)特性和穩(wěn)定性(粘度、粘度、乳化性等乳化性等)有關(guān)。有關(guān)。 反萃方式反萃方

29、式 與萃取相性質(zhì)有關(guān)，與萃合物性質(zhì)有與萃取相性質(zhì)有關(guān)，與萃合物性質(zhì)有關(guān)。關(guān)。TSHY4.5 萃取過(guò)程新進(jìn)展萃取過(guò)程新進(jìn)展n4.5.1 4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取 n4.5.2 4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取n4.5.3 4.5.3 雙水相萃取雙水相萃取TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取1. 概述概述n什么是超臨界流體：物質(zhì)在的溫什么是超臨界流體：物質(zhì)在的溫度和壓力分別超過(guò)其臨界溫度度和壓力分別超過(guò)其臨界溫度(Tc)和臨界壓力和臨界壓力(pc)時(shí)形成的流體時(shí)形成的流體(SCF)。n處于臨界點(diǎn)狀態(tài)的物質(zhì)可實(shí)現(xiàn)液處于臨界點(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(guò)渡，兩相相界面

30、態(tài)到氣態(tài)的連續(xù)過(guò)渡，兩相相界面消失，汽化熱為零。消失，汽化熱為零。n超過(guò)臨界點(diǎn)的物質(zhì)，無(wú)論加多大超過(guò)臨界點(diǎn)的物質(zhì)，無(wú)論加多大的壓力都不會(huì)液化，而只會(huì)引起密的壓力都不會(huì)液化，而只會(huì)引起密度變化。度變化。TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取2. 超臨界流體萃取的基本原理超臨界流體萃取的基本原理超臨界流體的基本性質(zhì)超臨界流體的基本性質(zhì)流體流體密度密度(g/cm(g/cm3 3) )粘度粘度( (Pa.sPa.s) )擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)(cm(cm2 2/s)/s)常壓氣體常壓氣體15-3015-30(0.62) 10-3(13) 10-50.10.4臨界流體臨界流體TcTc，PcPc0.2

31、0.5(13) 10-50.7 10-3超超臨界流體臨界流體TcTc，4Pc4Pc0.40.9(39) 10-50.2 10-3常壓液體常壓液體15-3015-300.61.6(0.23) 10-3(0.22) 10-5TSHY常用的超臨界流體常用的超臨界流體流體流體臨界溫度臨界溫度臨界壓力臨界壓力MPa流體流體臨界溫度臨界溫度臨界壓力臨界壓力MPa乙烯乙烯9.255.04乙烷乙烷32.254.88三氟三氟甲烷甲烷26.154.86一一氧化氧化二氮二氮36.57.24三氟三氟-氯氯甲烷甲烷28.83.87丙烯丙烯91.84.60二氧化碳二氧化碳31.047.38丙烷丙烷96.64.25TSHY

32、4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取3. 超臨界流體萃取的原則流程超臨界流體萃取的原則流程 (1) 代表性流程代表性流程a. 變壓萃取分離流程變壓萃取分離流程(等溫法等溫法)TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取3. 超臨界流體萃取的原則流程超臨界流體萃取的原則流程 (1) 代表性流程代表性流程b. 變溫萃取分離流程變溫萃取分離流程(等壓法等壓法)TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取3. 超臨界流體萃取的原則流程超臨界流體萃取的原則流程 (1) 代表性流程代表性流程c. 吸附萃取分離流程吸附萃取分離流程(吸附法吸附法)TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取3

33、. 超臨界流體萃取的原則流程超臨界流體萃取的原則流程 (1) 代表性流程代表性流程d. 稀釋萃取分離流程稀釋萃取分離流程(惰性氣體法惰性氣體法)TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取3. 超臨界流體萃取的原則流程超臨界流體萃取的原則流程 (2) 典型過(guò)程分析典型過(guò)程分析TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取4. 超臨界流體萃取的工業(yè)應(yīng)用超臨界流體萃取的工業(yè)應(yīng)用 (1) 天然產(chǎn)物的萃取天然產(chǎn)物的萃取液相萃取液相萃取固相萃取固相萃取TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取4. 超臨界流體萃取的工業(yè)應(yīng)用超臨界流體萃取的工業(yè)應(yīng)用 (2) ROSE脫瀝青過(guò)程脫瀝青過(guò)程TSHY

34、4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取4. 超臨界流體萃取的工業(yè)應(yīng)用超臨界流體萃取的工業(yè)應(yīng)用 (3) 重?zé)N油加氫轉(zhuǎn)化過(guò)程重?zé)N油加氫轉(zhuǎn)化過(guò)程TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取5. 超臨界流體萃取裝置超臨界流體萃取裝置TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取6 . 超臨界流體萃取的特點(diǎn)超臨界流體萃取的特點(diǎn)n優(yōu)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。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。操作參數(shù)主要為壓力和溫度，比較容易控制。超臨

35、界流體萃取集精餾和液液萃取特點(diǎn)于一體，可能超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。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、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。易氧化物質(zhì)的提取和分離。TSHYn缺點(diǎn)：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；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(duì)還是較低，故需大量溶劑超臨界流體中溶質(zhì)濃度相對(duì)還是較低，故需大量溶劑循環(huán)；循環(huán)；超臨界流體

36、萃取過(guò)程固體物料居多，連續(xù)化生產(chǎn)較困超臨界流體萃取過(guò)程固體物料居多，連續(xù)化生產(chǎn)較困難。難。4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取1. 反膠束和反膠束系統(tǒng)反膠束和反膠束系統(tǒng)n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。體。(1)反膠束的形成反膠束的形成n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(guò)其臨界膠束濃度后，其疏水的非極性活性劑在有機(jī)溶劑中的濃度超過(guò)其臨界膠束濃度后，其疏水的

37、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(chēng)為池個(gè)極性核。核中的空間具有溶解水和大分子的能力，稱(chēng)為池(pool)。n表面活性劑的臨界膠束濃度表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)可通過(guò)表面活性劑手冊(cè)查得，通可通過(guò)表面活性劑手冊(cè)查得，通常在常在110-4110-3mol/L范圍。范圍。TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取 (1)反膠束的形成反膠束的形成親水極親水極性頭性頭疏水非疏水非極性尾極性尾可游離可游離離子離子一種陰離子型一種陰離子型表面活性劑表面活性劑poolT

38、SHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取 (2)反膠束溶液的性質(zhì)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(lèi)、溫度和反膠束溶液體系的特性受表面活性劑結(jié)構(gòu)、溶劑種類(lèi)、溫度和壓力等因素有關(guān)。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(lái)表示，即：反膠束中心約束的水量通常用束水比來(lái)表示，即：Wo=約束約束水摩爾數(shù)水摩爾數(shù)/表面活性劑摩爾數(shù)表面活性劑摩爾數(shù)。 Wo值與表面活性劑和溶劑的種類(lèi)、助表面活性劑、水相中鹽的值與表面活性劑和溶劑的種類(lèi)、助表面活性劑、水相中鹽的種類(lèi)和濃度等有關(guān)。種類(lèi)和濃度等有關(guān)。

39、 反膠束中心池的大小可在一定范圍內(nèi)變化，當(dāng)反膠束中心池的大小可在一定范圍內(nèi)變化，當(dāng)Wo值超過(guò)一定限值超過(guò)一定限度后，反膠束將發(fā)生破裂，溶液將變渾濁。度后，反膠束將發(fā)生破裂，溶液將變渾濁。TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取2. 常見(jiàn)的反膠束系統(tǒng)常見(jiàn)的反膠束系統(tǒng)TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取3. 反膠束萃取原理反膠束萃取原理TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取4. 影響反膠束萃取的主要因素影響反膠束萃取的主要因素(1)與反膠束有關(guān)的因素與反膠束有關(guān)的因素n 表面活性劑的種類(lèi)、濃度，有機(jī)溶劑的種類(lèi)，助表面活性劑及表面活性劑的種類(lèi)、濃度，有機(jī)溶劑的種類(lèi)，助表面活性劑及其濃度。其濃度

40、。(2)與水相有關(guān)的因素與水相有關(guān)的因素n pH值，離子種類(lèi)，離子強(qiáng)度。值，離子種類(lèi)，離子強(qiáng)度。(3)與萃取物有關(guān)的因素與萃取物有關(guān)的因素n 分子大小，濃度，電荷情況等。分子大小，濃度，電荷情況等。(4)與環(huán)境有關(guān)的因素與環(huán)境有關(guān)的因素n 系統(tǒng)溫度、壓力等。系統(tǒng)溫度、壓力等。TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取5. 反膠束萃取技術(shù)的應(yīng)用反膠束萃取技術(shù)的應(yīng)用(1)分離蛋白質(zhì)混合物分離蛋白質(zhì)混合物n 如用二烷基磷酸鹽如用二烷基磷酸鹽/異辛烷反膠束溶液萃取分離溶菌酶和肌紅蛋白。異辛烷反膠束溶液萃取分離溶菌酶和肌紅蛋白。(2)濃縮濃縮-淀粉酶淀粉酶n 如用如用TOMAC/異辛烷反膠束溶液萃取水相中的異辛烷反膠束溶液萃取水相中的-淀粉酶，以實(shí)現(xiàn)淀粉酶，以實(shí)現(xiàn)-淀淀粉酶的濃縮。粉酶的濃縮。(3)直接提取細(xì)胞內(nèi)酶直接提取細(xì)胞內(nèi)酶n 如用如用CTAB/己醇己醇-辛烷反膠束溶液直接從棕色固氮菌