萃取有關(guān)的東西

-.z.液液萃取概述萃取是別離液體〔或固體〕混合物的一種單元操作，其方法是選擇一種溶劑使混合物中于別離的組分溶解與其中，其余組分則不溶或少溶而獲得別離。萃取的根本過程如圖11—1所示。原料液欲別離的組分為溶質(zhì)A，組分B為稀釋劑〔或原溶劑〕；所選擇的萃取劑S〔或溶劑〕應(yīng)對溶質(zhì)A的溶解度愈大愈好，而對稀釋劑B的溶解度則愈小愈好。萃取過程在混合器1中進(jìn)展，原料液和萃取劑充分分散，形成大的相界面積，溶質(zhì)A從稀釋劑向萃取劑相轉(zhuǎn)移。由于稀釋劑B和萃取劑S局部互溶或不互溶，因此經(jīng)過充分傳質(zhì)后的兩液相進(jìn)入分層器2中利用密度差進(jìn)分層，其中以萃取劑為主的液層稱萃取相E，以稀釋劑為主的液層稱為萃余相B。當(dāng)稀釋劑B和萃取劑S局部互溶時，萃取相中含少量B，萃余相中含少量B，萃余相中含少量S，通常還需采用蒸餾法進(jìn)展別離。與別離液體混合物的整流方法比擬，以下情況采用是可取的?！?〕溶質(zhì)A的濃度很小而稀釋劑的濃度B易揮發(fā)組分時，直接用蒸餾的方法能耗是很大，這時可以先萃取，使溶質(zhì)A富集于萃取劑S中，然后對萃取相進(jìn)展蒸餾，如以氯仿為萃取劑從咖啡因水溶液中別離咖啡因?！?〕恒沸物或沸點(diǎn)相近組分的別離，此時普通整流方法不適用，如催化重整油中芳烴與烷烴的別離因沸點(diǎn)相近而需要塔板數(shù)太多，工業(yè)上常用環(huán)丁砜為萃取劑融解苯、甲苯、二甲苯以及其他芳烴衍生物?！?〕需別離的組分不耐熱，蒸餾時易分解、聚合或發(fā)生其他變化，如從發(fā)酵液中提取青霉素時采用醋酸丁酯為萃取劑進(jìn)展萃取。三角形相圖萃取過程設(shè)計(jì)的組分至少油三個，即溶劑A、稀釋劑B和萃取劑S。平衡的兩個相均為液相，即萃取相和萃余相，每個相在S和B局部互溶的情況下均含有三個組分，因此表示的平衡關(guān)系時要用三角形相圖，最常見到的三角形相圖為直角三角形和正三角形，如圖11—2所示，前者因采用直角坐標(biāo)在數(shù)學(xué)求解時較為常用。圖11－2三角形中的相組成一、相組成表示方法圖11—2所示的三角形，三個頂點(diǎn)分別代表三個純組分，即A點(diǎn)為純?nèi)苜|(zhì)A，點(diǎn)B為純稀釋劑B和點(diǎn)S為純萃取劑S。三角形的三條邊分別表示相應(yīng)的二個組分，即邊AB表示組分A和B，如點(diǎn)F表示組分A的含量為40％和組分B的含量為60％。其他二個邊類推之。三角形內(nèi)的任意一點(diǎn)M表示三組分混合物，過點(diǎn)M作邊AB和BS的平行線截得得線段表示。顯見，三個組分得含量之和應(yīng)符合二、溶解度曲線假設(shè)以字母E和R分別表示平衡得兩個相，則在一定溫度下改變混合物得組成可以由試驗(yàn)測得一組平衡數(shù)據(jù)，在圖11—3中分別以點(diǎn)E1和R1、E2和R2、…等表示，連接這些點(diǎn)成一平滑曲線，稱溶解度曲線。該曲線所圍成得區(qū)域?yàn)閮上鄥^(qū)，以外稱均相區(qū)。線段等稱聯(lián)結(jié)線；在溶解度曲線上得點(diǎn)K，聯(lián)結(jié)線變成一個點(diǎn)，即E相和R相合為一個相，稱此點(diǎn)K為臨界混溶點(diǎn)。溶解度曲線隨溫度不同而變化，一般隨溫度升高，兩相區(qū)相應(yīng)縮小。為了在溶解度曲線上獲取任意兩個平衡得相，可利用已有得一組平衡數(shù)據(jù)按下發(fā)作圖得到一條輔助曲線：在圖11—3中分別以線段等為一邊作三角形，圖中〔a〕使三角形得另二邊分別平行于邊AB和BS；〔b〕則平行AB和AS，由此得到相應(yīng)得頂點(diǎn)C1、C2、…等，聯(lián)結(jié)這些點(diǎn)所組成得光滑曲線即為輔助曲線。利用輔助曲線可以對任意組成得混合物求得平衡得兩個相E和R，即過點(diǎn)M作直線斷RE，點(diǎn)R和E得位置應(yīng)使按上法所組成得三角形得頂點(diǎn)C正好落在輔助曲線上。圖11－3相平衡圖三、杠桿規(guī)則如圖11－4所示，混合物M分成任意兩個相E和R，或由任意兩個相E和R混合成一個相M，或任意兩個組分E和R混合成一個混合物M〔E、、R、M可以為同一相〕。則在三角形相圖中表示其組成得點(diǎn)M、E和R必在以直線上，且符合以下比例關(guān)系：或式中，E、R、M——混合液E、R及M得量，kg或kg/s，滿足E+R=M;、、——線段、及得長度這一關(guān)系稱為杠桿規(guī)則。稱點(diǎn)M為點(diǎn)E和R得"和點(diǎn)〞；點(diǎn)E(或R)為點(diǎn)M與R〔或E〕的〞差點(diǎn)〞。根據(jù)杠桿規(guī)則，可以由其中得任意兩點(diǎn)求得第三點(diǎn)，這在以后得物料衡算中經(jīng)常用到。假設(shè)于原料液F中參加純?nèi)軇㏒，則表示混合液組成得點(diǎn)M視溶劑中參加量得多少沿FS變化〔混合液中A與B得量得比值不變〕，點(diǎn)M得位置由杠桿規(guī)則確定：選擇性系數(shù)及萃取劑得選擇在原料液中參加萃取劑后形成平衡得兩個液相，溶質(zhì)A在其中得非配關(guān)系用分配系數(shù)kA表示同樣，對稀釋劑B有在萃取計(jì)算中，濃度一般以質(zhì)量分率表示。顯見，kA的值愈大，表示萃取別離效果愈好。在三角形相圖中，kA=1，聯(lián)結(jié)線的斜率大于零。由于萃取劑和稀釋劑局部互溶，作為萃取別離應(yīng)該式溶質(zhì)A在萃取劑中的溶解度盡可能大，同時使稀釋劑在萃取劑中的溶解度盡可能小，這就是萃取劑的選擇性，用選擇性系數(shù)表示選擇性系數(shù)的定義相當(dāng)于精鎦中的相對揮發(fā)度。在萃取別離時，應(yīng)選擇適宜的萃取劑使的值較大；假設(shè)＝1，表示E相中組分A和B的比值與R相中的一樣，不能用萃取方法別離。工業(yè)上所用得萃取劑一般都是需要回收，因此，在選擇萃取劑時既要考慮到萃取劑別離效果，又要使萃取饑的回收較為容易和經(jīng)濟(jì)。具體而言，要注意以下幾方面。1、選擇性前已述及，萃取劑應(yīng)對溶質(zhì)A得溶解度大而對稀釋劑B得溶解度小，即萃取劑得選擇性系數(shù)要大，這對傳質(zhì)別離有利。2、萃取相與萃余相的別離萃取后形成得萃取相與萃余相是兩個液相，此二液相應(yīng)易于分層。對此，一是要求萃取劑與稀釋劑之間有較大得密度差，而是要求二者之間得界面*力適中。界面*力過小，則分散厚的液滴不易凝聚，對分層不利；界面*力過大，則又不易形成細(xì)小得液滴，對兩相間得傳質(zhì)不利。3、萃取劑得回收萃取相與萃余相經(jīng)分層后常用整流方法脫除萃取劑以循環(huán)使用，因此，要求萃取劑S對其他組分的相對揮發(fā)度大且不形成恒沸物。如果萃取劑得使用涼較其他組分大，為了節(jié)省能耗，萃取劑應(yīng)為難揮發(fā)組分。除此之外，萃取劑還應(yīng)滿足一般得工業(yè)要求，如穩(wěn)定性好，腐蝕性小，無毒及價廉易得等。多級逆流萃取多級逆流萃取雖然使萃余相中得溶質(zhì)含量到達(dá)規(guī)定要求，但級數(shù)過多時萃取劑得消耗量打，而萃取相中得溶質(zhì)濃度又較低。為克制此缺點(diǎn)，可以采用多級逆流萃取的方法。其流程如圖11—12所示。圖１１－１２多級逆流萃取流程一、利用三角形相圖得圖解計(jì)算計(jì)算多級逆流萃取所需得理論級數(shù)得依據(jù)式物料衡算和相平衡關(guān)系。在條件中，原料液流量F和濃度*F一級萃余液得最終濃度*N’式定值，萃取劑用量由經(jīng)濟(jì)衡算得原則選定。圖解步驟如圖11—13所示。１、由*F、*‘N得值分別定出點(diǎn)F、R’N，連點(diǎn)S〔設(shè)萃取劑為純S〕和RN’，交溶解度曲線左側(cè)于點(diǎn)RN,此點(diǎn)代表最終萃余項(xiàng)組成。２、對全級作總物料衡算有連接點(diǎn)F和S，根據(jù)杠桿規(guī)則得代表混合液量及組成得點(diǎn)M；連接點(diǎn)RN和M并延長交溶解度曲線于E1，則E1和RN得量也可按杠桿規(guī)則確定。３、對第1級、第2級、…第N級分別作物料衡算整理得F-E1=R1-E2=…＝RN－S=D由杠桿規(guī)則，點(diǎn)F、R1、…S及D為差點(diǎn)。其中點(diǎn)為公共差點(diǎn)。點(diǎn)D求法;分別連接點(diǎn)E1、F和點(diǎn)S、RN并延長之，所得交點(diǎn)即為點(diǎn)D，它位于三角形相圖外，稱之為操作點(diǎn)。４、點(diǎn)E1作聯(lián)結(jié)線得表示第1級萃余相組成得點(diǎn)R1。５、連接點(diǎn)D和R1并延長交溶解度曲線于點(diǎn)E2(習(xí)慣上稱過點(diǎn)D的直線為操作線)。６、重復(fù)4和5的方法直至表示萃余相組成的點(diǎn)RN小于規(guī)定值。顯而易見，點(diǎn)D的位置于萃取劑S的量有關(guān)，隨著萃取劑用量增加，點(diǎn)D位置左移相圖靠近，所需理論級數(shù)減少。而當(dāng)萃取劑用量減少時，點(diǎn)D位置右移，至無限遠(yuǎn)后轉(zhuǎn)到圖的左側(cè)；而在*一個萃取劑用量是，操作線與聯(lián)結(jié)線〔平衡線〕正好重合為一條線，此時所需理論級數(shù)為無限多，稱相應(yīng)的萃取劑用量為最小萃取劑用量。二、Ｓ和B完全部互溶時的圖解計(jì)算此時各級萃取相中的萃取劑量S和萃余相中的稀釋劑量B保持不便，由第1級至第I級的物料衡算式為式中，*i、Yi+1分別為第相應(yīng)萃余相及萃取相的溶質(zhì)濃度，質(zhì)量比。上式稱操作線方程，為操作線的斜率。此直線方程通過點(diǎn)(*F,Y1)和點(diǎn)〔*N,Ys〕。11．5多級錯流萃取經(jīng)過單級萃余后，往往在萃余相中含有較多得溶質(zhì)A，為了進(jìn)一步降低萃余相中溶質(zhì)A得含量，可采用如圖11—9得方法進(jìn)展多級錯流萃取。料液在第一級進(jìn)展萃取后得萃余相R1繼續(xù)在第二級用新鮮溶劑萃取，一次直到第N級得萃余相RN得濃度符合要求為止。一、利用三角形相圖得圖解計(jì)算銅錘在工業(yè)生產(chǎn)中各級萃取器得尺寸一樣，參加得溶劑量S1＝S2=…SN＝S，其圖解步驟如圖11—10所示?！玻薄嘲吹?級原料液萃取劑得量和組成，確定第1級混合也得量和組成，得點(diǎn)M1〔２〕過點(diǎn)M1作聯(lián)結(jié)線得經(jīng)第一級萃取后得萃取相E1和萃余相R;〔３〕按第2級進(jìn)了R1及萃取劑得量和組成確定第2級混合液得梁河組成，得點(diǎn)M2；〔４〕重復(fù)2和3得方法的方法，直至第N級萃余相RN濃度符合要求。二、S和B完全部互溶時的圖解計(jì)算此時對各級分別作物料衡算有上式即為各級的操作線，其斜率為第一常數(shù)。計(jì)算方法見例１１－３單級萃取單級萃取可以間歇操作，也可以連續(xù)操作，其流程如圖11—5所示。原料F和萃取劑S在混合起中通過交辦使兩項(xiàng)充分接觸傳質(zhì)，然后將混合液在分層器中靜止分層。假設(shè)分層后得萃取相和萃余相達(dá)相平衡，則稱此別離效果為一個理論級。萃取相和萃余相脫除萃取劑后得二個液相分別成為萃取液和萃余液。一、利用三角形相圖得圖解計(jì)算在萃取計(jì)算中，原料液量F及組成*F為以知條件，萃取劑用量或別離效果則由計(jì)算確定。如圖11—6所示，單級萃取得計(jì)算步驟如下：1、根據(jù)得平衡數(shù)據(jù)在直角三角形相圖中作出溶解度曲線及輔助曲線。2、2、由原料液組成*F在邊AB上定點(diǎn)F，連接點(diǎn)S和F。顯然表示原料液和萃取劑混合后組成得得點(diǎn)M在直線SF上，其位置由杠桿規(guī)則確定，即3、點(diǎn)M利用輔助曲線作聯(lián)結(jié)線。在溶解度曲線上得到表示萃取相組成得點(diǎn)E和萃取相組成得點(diǎn)R，二者量得關(guān)系同樣用杠桿規(guī)則定之，即或4、連點(diǎn)S、E和點(diǎn)S、R并分別延長交AB于點(diǎn)E‘和R’,則點(diǎn)E’和R’分別表示萃取液和萃余液得組成顯然，上述單級萃取得別離效果，取決于圖11－6中點(diǎn)E’和R’得位置。萃取液能到達(dá)的最高濃度對應(yīng)于線SE’于溶解度曲線相切得情形。二、S和B完全不互溶時得圖解計(jì)算當(dāng)