第一节液——液萃取.doc

第一节 液——液萃取 1－1概 述 液——液萃取又称溶剂萃取，是利用原料液中组分在适当溶剂中溶解度的差异而实现分离的单元操作。液一液萃取至少涉及三个组分，即原料液中两个组分和溶剂。但有时原料液中含有两个以上组分，溶剂也可能采用两种互不相溶的双溶剂，这时就成为多组元体系。本章只限于讨论三元体系。 易溶组分称为溶质，以A表示； 难溶组分称为稀释剂(或称原溶剂)，以B表示； 所选用的溶剂又称萃取剂，以S表示。 萃取示意图，将提顶的溶剂加到被分离的混合物中，便原料液和萃取剂充分混合，溶质通过相界面由原料液向萃取剂中扩散，所以萃取操作也属于质量传递过程。萃取操作完成后使两液相进行沉降分层。 含萃取剂S多的一相称为萃取相，以E表示； 含稀释剂B多的一相称为萃余相，以R表示。 回收溶剂的方法： 1）通常采用蒸馏方法进行分离； 2）当溶质A为不挥发或挥发度很低的组分时，则可采用蒸发方法分离； 3）有时也可采用结晶或其它化学方法。 溶剂萃取适用的分离体系： (1)混合液中组分的相对挥发度接近“1或者形成恒沸物，用一般蒸馏方法不能分离或很不经济，用萃取方法则更为有利。 (2)溶质在混合液中浓度很低且为难挥发组分，采用精馏方法须将大量稀释剂气化，热能消耗很大，从稀醋酸水溶液制备无水醋酸即为一例。 (3)混合液中热敏性组分，采用萃取方法可避免物料受热破坏，因而，在生物化学和制药工业中得到广泛应用。例如，从发酵液中提取青酶素、咖啡咽的提取都是应用萃取的例子。 1－2三元体系的液一液相平衡与萃取操作原理 1.2.1组成在三角形相图上的表示方法 通常采用等边三角形或等腰直角三角形坐标图，如图4-2(a)、(b)所示。 以下内容中如没有特别说明，均指质量百分率或质量分率。 在图4-2中，三角形的三个顶点分别表示纯物质，如图中A点代表溶质A的组成为100%，其它两组分的组成为零。同理，B点和S点分别表示纯的稀释剂和萃取剂。 三角形任一边上的任一点代表二元混合物，第三组分的组成为零。如图中AB边上的E点，代表A、B二元混合物，其中A的组成为40％，B的组成为60％，S的组成为零。 三角形内任一点代表三元混合物，图4-2中的M点即代表由A、B、S三个组分组成的混合物。过M点分别作三个边的平行线ED、 HG与KF，则线段BE(或SD) 代表A的组成，线段AK(或BF)及AH(或SG)则分别表示S及B的组成。由图读得， 该三元混合物的组成为： xA==0.40 xB==0.30 xs==0.30 三个组分的质量分率之和等于1，即： xA+xB+xs=0.40+0.30+0.30=1.00 由图4-2(a)及(b)看出，等腰直角三角形相图较等边的使用方便。有时也采用不等腰直角三角形，如图4—2(c)所示，可根据需要将某直角边适当放大，使所标绘的曲线展开，以方便使用。 1.2.2液一液相平衡关系在三角形相图上的表示 根据萃取操作中各组分的互溶性，可将三元系统分为以下三种情况，即： (1) 溶质A可完全溶解于稀释剂B和萃取剂S中，但B与S不互溶； (2) 溶质A可完全溶解于稀释剂B和萃取剂S中，但B与S部分互溶； (3) 组分A、B可完全互溶，但B、S及A、S为两对部分互溶组分。 通常，将(1)及(2)项中只有一对部分互溶组分的三元混合物系称为第Ⅰ类物系，如丙酮(A)一水(B)一甲基异丁基酮(S)，醋酸(A)一水(B)一苯(S) ，丙酮(A)一氯仿(B)一水(S)等系统，而将具有两对部分互溶组分的三元混合物系称为重Ⅱ类物系，如甲基环己烷(A)一正庚烷(B)一苯胺(S) ，苯乙烯(A)一乙苯(B)一二甘醇(S)等。第Ⅰ类物系在萃取操作中较为常见，以下主要讨论这类物系的相平衡关系。 一、溶解度曲线和联结线 设溶质A完全溶解于稀释剂B和溶剂S中,而A与S部分互溶，参阅图4-3。在一定温度下，组分B与组分S以任意数量相混合，必然得到两个互不相溶的液层，各层的坐标分别为图中的点L与点J。若于总组成为C的两元混合液中逐渐加入组分A成为三元混合液，但其中组分B与S质量比为常数，故三元混合液的组成点将沿AC线而变化。若加入A的量恰好使混合液由两个液相变为均一相时，相应组成坐标如点C′所示，点C′称为混溶点或分层点。再于总组成为D、F、G、H等二元混合液中按上述方法作实验，分别得到混溶点D′、F′、G′、及H′及J诸点的曲线为在实验温度下该三元物系的溶解度曲线。 溶解度曲线将三角形分为两个区域，曲线以内的区域为两相区，以外的为均相区。两相区内的混合液分为两个液相，当达到平衡时，两个液层称为共轭相，联结共轭液相组成坐标的直线称为联结线，如图4-3中的RE线。萃取操作