分离工程第四章分析报告.ppt

第四章 萃取 第九章 液-液萃取 第四章 萃取 第一节 概述 1 分类 2 优点 3 操作的一般过程 第二节 分配定律与分配平衡 4 分配定律与分配平衡 第三节 有机溶剂萃取 5 萃取的基本理论 5.1 弱电解质的分配平衡 5.2 化学萃取平衡 5.3 溶剂萃取操作 第四节 萃取方法与设备 6 萃取过程设计 6.1 混合-澄清式萃取 6.2 多级错流接触萃取 6.3 多级逆流接触萃取 6.4 分馏萃取 1 分 类 (1)按原料种类不同而分为 液-液萃取(liquid-liquid extraction) 液-固萃取(liquid-solid extraction) (2)按原理、萃取剂的种类和形式不同分为 有机溶剂萃取（organic solvent extraction) 固相萃取(solid phase extraction, SPE) 双水相萃取(two water phase extraction) 液膜萃取(liquid membrane extraction) 反胶团萃取(reversed micellar extraction) 超临界萃取(supercritical fluid extraction) 2 优 点 1 萃取过程具有选择性 2 能与其他纯化方法相配合 3 通过相转移，减少目标产物的降解 4 规模放大极为容易 5 传质快、生产周期短 6 便于连续操作、易于计算机控制 7 无相变、能耗低、成本低 8 方法成熟、易于设计 3 操作的一般过程 3 操作的一般过程 液液萃取： 以液体为萃取剂，当含有目标产物的原料也为液体时，则为液液萃取。 液固萃取或浸取（Leaching）： 含有目标产物的原料为固体，则为液固萃取。 萃取速率可用下式表示： 速率 = 推动力/阻力 c: 料液相溶质浓度(mol/l), c*: 与萃取相中的溶质浓度呈相平衡的料液相溶浓度(mol/l), t: 时间(s), k: 传质系数(m/s), a: 以料液相体积为基准的相间接触比表面积(m-1)。 3 操作的一般过程 反萃取(Back extraction)： 当萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下步分离操作，往往需要将目标产物转移到水相。这种调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作称为反萃取。 3 操作的一般过程 洗涤操作(washing processing)：对于一个完整的萃取过程，常在萃取和反萃取之间增加洗涤操作 萃取 – 洗涤 – 反萃取 3 操作的一般过程 物理萃取：溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。例如，用乙酸丁酯萃取青霉素。 化学萃取：用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。萃取剂与溶质之间的化学反应，包括离子交换和络合反应等。如用萃取剂季铵盐(氯化三辛基甲铵，R+Cl-)萃取氨基酸A-。 稀释剂(diluent)：化学萃取中通常用煤油、已烷、和苯等溶解萃取剂，改善萃取相的物理性质，此时的有机溶剂称为稀释剂。 4 分配定律与分配平衡 分配定律(distribution law) 在恒温恒压下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，溶质在两相中的平衡浓度之比为常数 注：相同分子形态（相对分子质量相同）存在于两相中的溶质浓度之比。不适合于化学萃取，因溶质在各相中并非以同一种分子形态存在。 公式推导? 分配定律的应用条件 ①必须是稀溶液； ②溶质对溶剂的互溶度没有影响； ③溶质在两相中必须是同一分子类型，不发生缔合或离解。 4 分配定律与分配平衡 分配系数(distribution coefficient)或分配比 溶质在两相中的总浓度之比 适应条件：高低浓度 数学模型 （1）线性平衡： 适应条件：低浓度 （2）Langmuir型平衡 适应条件：高浓度 a, b和n为常数 （3）80%情况下 不符合这两种情况 可采用适当的 经验关联式。 ? 5 弱电解质的分配平衡 A、弱电解质的萃取理论 弱碱和弱酸的解离平衡关系分别为： AH(light phase) Ka Kb AH ? A- + H+ BH+ ? B + H+