第三章萃取技术应用.doc

第三章萃取技术 本章所讲的萃取技术，不是常规意义上的萃取，而是对萃取技术的改进和升华。本章所涉及的萃取包括四个方面，分别是：萃取精馏技术；反应萃取技术；萃取屏蔽技术；双水相萃取。 第一节萃取精馏技术 一、萃取精馏过程及特征 当混合液中二组分的沸点接近，或形成共沸物，而用普通精馏很难或不可能将他们分离成二个纯组分时，可以考虑采用萃取精馏，萃取精馏的原理是在精馏过程中外加一种与混合液中某一组分有较强亲和力，且沸点较高的溶剂（或称萃取剂），使两组分之间的相对挥发度增大，因而可以比较容易地用精馏方法分离。如甲缩醛与甲醇形成共沸物，而且共沸温度41.85℃，与甲缩醛的沸点42.3℃相差无几，无法利用普通精馏将其分离。对此恒沸溶液，可以加入多元醇（乙二醇、甘油等），进行萃取精馏。因为乙二醇和甲醇的亲和力较强，它的加入使甲醇和甲缩醛的相对挥发度加大，精馏结果可以得到甲缩醛和甲醇。图3-1是典型的萃取精馏流程。 图3-1萃取精馏的典型流程 与一般精馏塔比较萃取精馏塔多了一个溶剂回收段，它的作用是除去被上升蒸汽所夹带的萃取剂。以降低其在组分A中的含量，保证产品质量，同时可减少萃取剂的损失，回收段所需的理论板数取决于萃取剂与组分A的沸点差，沸点差大，所需理论板数少。 萃取精馏所用萃取剂的沸点要比进料中组分的沸点高的多，所以在其自上而下的过程中，近于恒摩尔流，它在精馏段和提馏段中各塔板上的流量几乎保持恒定。如果是气相进料，则精馏段与提馏段的回流液中萃取剂的浓度相同。如果进料是液体，提馏段中向下流的总液量增大，萃取剂的浓度降低。为了避免提馏段中萃取剂被稀释对分离不利，最好采用气相进料。 通常萃取剂的加入量多，塔内液相中萃取剂的浓度高，被分离组分间的相对挥发度大，所以萃取剂的用量一般较大。萃取剂量大的不利影响是使板效率降低，一般萃取剂浓度在0.4~0.9（摩尔分数）之间。 对于普通精馏，增大回流比，使传质推动力增大，分离所需理论板数减少。对于萃取精馏，情况就不尽然。增大回流比，固然有其有利的一面，但也有其不利的一面。因为回流比增大，使板上液体中萃取剂的浓度降低，被分离组分间的相对挥发度减小。所以回流比的选择需要从这两个方面考虑确定，通常存在一最佳回流比。 二、萃取剂的选择 选择一种适当的萃取剂是设计萃取精馏过程的关键。萃取剂的选择需要考虑一系列因素，其中首要的是萃取剂的选择性，要求在萃取剂用量较少时就有较好的选择型，一般选择性大于2才能认为是较好的萃取剂。 1、萃取剂的选择性 萃取精馏溶剂选择性定义为有萃取剂和无萃取剂两种情况下轻重关键组分的相对挥发度之比 Sij=(aij)有萃取剂/(aij)无萃取剂 因为萃取精馏通常在较低压力下进行，此时气相可认为是理想气体，所以一般只需考虑液相的沸理想性。 Sij=(γi/γj)有萃取剂 式中：γi、γj 分别为组分i、j在萃取剂中无限稀释的活度系数 2、影响选择性的因素 1）萃取剂浓度 一般来说，萃取剂浓度高，选择性高； 2）待分离体系的组成 待分离组分的相对浓度对选择性有影响。如果组分i和萃取剂体系的非理想性大于组分j和萃取剂体系的非理想性，则在萃取剂浓度恒定的情况下，减少组分i的量对γi的影响要比减少组分j的量对γj的影响大，因此组分i的浓度小，选择性就大。 3）温度 温度升高，选择性降低。 3、对萃取剂的其它要求 萃取剂的选择，除了考虑萃取剂的选择性以外，还需要考虑以下几个方面。 1）沸点适当的高，萃取剂的沸点应比被分离组分的沸点高出许多，以避免形成恒沸液，也便于萃取剂的回收和减少萃取剂的损失。但萃取剂的沸点也不宜太高，否则萃取剂回收塔的釜温高，有时不得不采用减压精馏。此外回收塔釜温高，萃取剂循环过程的热量消耗大。 2）与被分离组分的互溶性好，避免分层。 3）容易回收循环使用。 4）使用安全、毒性小、腐蚀性小、可燃性低。 5）性能稳定。 6）价格低、来源充足。 三、萃取精馏的适用范围 萃取精馏既要考虑沸点，又要考虑极性，而普通的萃取仅需考虑极性。A、B两种物质形成共沸物时，且A组分的沸点低，B组分的沸点高。当去除B时用萃取精馏非常合适，如去除A时，则最好采用一般的精馏技术。 萃取精馏的分离效果远大于普通萃取。 第二节反应萃取技术 反应与萃取的耦合过程主要是解决反应过程中因产物抑制所引起的产率和转化率低的问题而发展起来的。它同样是强调输出的牵引，而不是靠增加输入物质和能量的推动。当体系的沸点太高时，或者产生的量的固体物难以精馏时，最有效的办法是萃取精馏。萃取过程与反应过程的在线连接，通过分离过程将反应所得产物不断地移出反应系统，使反应过程向生成产物的方向进行，从而提高转化率和产品收率。 反应萃取在生化方面的应用 利用发酵技术可以生产的有机物还是比较多的，如丁醇、丙酮、乳酸等有机酸。既然是发酵，就离