有機(jī)合成工初級(jí)萃取

有機(jī)合成工初級(jí)萃取第一頁，共四十頁，2022年，8月28日概述液-液萃取的基本原理在液體混合物中加入與其不完全混溶的液體溶劑（萃取劑），形成液-液兩相，利用液體混合物中各組分在萃取相中溶解度的差異而達(dá)到分離的目的。也稱溶劑萃取，簡稱萃取。萃取過程的條件：1．

兩個(gè)接觸的液相完全不互溶或部分互溶；2．

溶質(zhì)組分和稀釋劑在兩相中分配比不同；3．

兩相接觸混合和分相；第二頁，共四十頁，2022年，8月28日例舉

1原溶液：欲分離的原料溶液，原溶液中欲萃取組份稱為溶質(zhì)A，其余稱稀釋劑B

2溶劑S：為萃取A而加入的溶劑，也稱萃取劑

3萃取相：原溶劑和稀釋劑混合萃取后，分成兩相，含溶劑S較多的一相；

4萃余相：主含稀釋劑的一相

5萃取液：萃取相脫溶劑后的溶液

6萃余液：萃余相脫溶劑后的溶液第三頁，共四十頁，2022年，8月28日液-液萃取過程舉例19世紀(jì)，用于無機(jī)物和機(jī)物的分離，如1842年用二乙醚萃取硝酸鈾酰，用乙酸乙脂類的物質(zhì)分離水溶液中的乙酸等。石油化工：鏈烷烴與芳香烴共沸物的分離。例如用二甘醇從石腦油裂解副產(chǎn)汽油或重整油中萃取芳烴，如苯、甲苯和二甲苯。工業(yè)廢水處理：用二烷基乙酰胺脫除染料廠、煉油廠、焦化廠廢水中的苯酚。有色金屬冶煉：濕法冶金中溶液分離、濃縮和凈化的有效方法。例如從鋅冶煉煙塵的酸浸出液中萃取鉈、銦、鎵、鍺，以及鈮-鉭、鎳-鈷、鈾-釩體系的分離，以及核燃料的制備。制藥工業(yè)：從復(fù)雜的有機(jī)液體混合物中分離青霉素、鏈霉素以及維生素等。我們經(jīng)常所說的洗滌，也是一個(gè)萃取過程。第四頁，共四十頁，2022年，8月28日萃取洗滌反萃取萃取劑＋稀釋劑料液（待分離物質(zhì)＋雜質(zhì)萃取液（待分離物質(zhì)＋少量雜質(zhì)）洗滌劑萃殘液（雜質(zhì)）雜質(zhì)+少量待萃物質(zhì)產(chǎn)物（待萃物質(zhì)）（待返回使用）萃取劑＋稀釋劑反萃劑待萃物質(zhì)圖例第五頁，共四十頁，2022年，8月28日萃取優(yōu)點(diǎn)萃取過程具有選擇性；能與其他需要的純化步驟相配合；通過轉(zhuǎn)移到具有不同物理或化學(xué)特性的第二相中，來減少由于降解（水解）引起的產(chǎn)品損失；可從潛伏的降解過程中（如代謝或微生物過程）分離產(chǎn)物；適用于各種不同的規(guī)模；傳質(zhì)速度快，生周期短，便于連續(xù)操作，容易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。第六頁，共四十頁，2022年，8月28日萃取操作的基本流程分級(jí)接觸式單級(jí)多級(jí)錯(cuò)流多級(jí)逆流按溶液與萃取劑的接觸方式單級(jí)萃取微分接觸式連續(xù)接觸式單級(jí)萃取最多為一次平衡，故分離程度不高，只適用于溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度很大或溶質(zhì)萃取率要求不高的場合。萃取相萃余相料液A+B萃取劑混合澄清槽第七頁，共四十頁，2022年，8月28日多級(jí)錯(cuò)流萃取萃取劑原料液依次通過各級(jí)，新鮮溶劑則分別加入各級(jí)的混合槽中，萃取相和最后一級(jí)的萃余相分別進(jìn)入溶劑回收設(shè)備，回收溶劑后的萃取相稱為萃取液（用E’表示），回收溶劑后的萃余相稱為萃余液（用R’表示）。特點(diǎn)：萃取率比較高，但萃取劑用量較大，溶劑回收處理量大，能耗較大。料液萃取相萃余相123N第八頁，共四十頁，2022年，8月28日多級(jí)逆流萃取萃取劑原料液和萃取劑依次按反方向通過各級(jí)，最終萃取相從加料一端排出，并引入溶劑回收設(shè)備中，最終萃余相從加入萃取劑的一端排出，引入溶劑回收設(shè)備中。特點(diǎn)：可用較少的萃取劑獲得比較高的萃取率，工業(yè)上廣泛采用。料液萃取相萃余相123N第九頁，共四十頁，2022年，8月28日一液相為連續(xù)相，另一液相為分散相，分散相和連續(xù)相呈逆流流動(dòng)；兩相在流動(dòng)過程中進(jìn)行質(zhì)量傳遞，其濃度沿塔高呈連續(xù)微分變化；兩相的分離在塔的上下兩端進(jìn)行。微分接觸式（連續(xù)接觸式）一般為塔式設(shè)備（噴淋塔、填料塔、轉(zhuǎn)盤塔、振動(dòng)篩板塔等）。輕液出口輕液進(jìn)口重液出口重液進(jìn)口第十頁，共四十頁，2022年，8月28日萃取操作的適用范圍萃取過程本身并未完全完成分離任務(wù)，而只是將難于分離的混合物轉(zhuǎn)變成易于分離的混合物，要得到純產(chǎn)品并回收溶劑，必須輔以精餾（或蒸發(fā)）等操作。萃取操作是兩相間的傳質(zhì)過程，需要研究兩液相間的平衡關(guān)系和相際間的傳質(zhì)速率問題。萃取操作一般用于：(1)混合液中各組分的沸點(diǎn)很接近或形成恒沸混合物，用一般精餾方法不經(jīng)濟(jì)或不能分離；(2)混合液中含熱敏性物質(zhì)，受熱易分解、聚合或發(fā)生其它化學(xué)變化；(3)混合液中需分離的組分濃度很低，采用精餾方法須將大量的稀釋劑汽化，能耗太大。第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日萃取分離效果及其主要影響因素萃取率（提取率）E：萃取劑的選擇分配系數(shù)一般kA

不為常數(shù)，而隨溫度、溶質(zhì)A的濃度變化。在A濃度變化不大和恒溫條件下，kA

可視為常數(shù)（平衡常數(shù)m），其值由實(shí)驗(yàn)測得。一定溫度下，A組分在互成平衡的兩液相中的濃度比注意：kA只反映S

對A的溶解能力，不反映A、B的分離程度。第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日萃取劑的選擇物理化學(xué)方面有足夠的容量與水溶液不互溶，不發(fā)生乳化對產(chǎn)物有高的分配系數(shù)低黏度在密度上同水有大的差別生物學(xué)方面在消毒過程中熱穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)和推理方面對生物催化劑、酶或活細(xì)胞無毒性低成本能大批供應(yīng)對人員無毒不易燃第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日萃取劑的選擇選擇性系數(shù)kA，kB，

。表示S對A、B組分溶解能力差別，即A、B的分離程度。kB一定：kA，。kA一定：kB，。兩相平衡時(shí)，萃取相E中A、B組成之比與萃余相R中A、B組組成之比的比值。選擇與稀釋劑互溶度小的溶劑，可增加分離效果。第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日萃取劑的選擇化學(xué)穩(wěn)定性(1)

溶解度：萃取劑在料液相中的溶解度要小。(2)

密度：密度差大，有利于分層，不易產(chǎn)生第三相和乳化現(xiàn)象，兩液相可采用較高的相對速度逆流。(3)

界面張力：界面張力大，有利于液滴的聚結(jié)和兩相的分離；另一方面，兩相難以分散混合，需要更多外加能量。由于液滴的聚結(jié)更重要，故一般選用使界面張力較大的萃取劑。(4)

粘度：低粘度有利于兩相的混合與分層，流動(dòng)與傳質(zhì)，對萃取有利。對大粘度萃取劑，可加入其它溶劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。萃取劑應(yīng)不易水解和熱解，耐酸、堿、鹽、氧化劑或還原劑，腐蝕性小。在原子能工業(yè)中，還應(yīng)具有較高的抗輻射能力。物理性質(zhì)第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日萃取劑的選擇回收的難易無毒或毒性小、無刺激性、不易燃（閃點(diǎn)高），難揮發(fā)（沸點(diǎn)高、蒸氣壓?。?。來源豐富，價(jià)格便宜，循環(huán)使用中損耗小。為了獲得純產(chǎn)品及使溶劑循環(huán)使用，必須將萃取相及萃余相中的溶劑進(jìn)行回收。萃取過程中，溶劑回收是費(fèi)用最多的環(huán)節(jié)。有的萃取劑雖有許多良好的性質(zhì)，但因回收困難而不被采用。溶劑回收常用的方法是蒸餾、蒸發(fā)、反萃取等。其它因素在選擇具體的萃取劑或幾種溶劑組成的萃取劑時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮上述因素。第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日溫度對萃取過程的影響相圖上兩相區(qū)的大小，不僅取決于物系本身的性質(zhì)，而且與操作溫度有關(guān)。一般情況下，溫度上升，互溶度增加，兩相區(qū)減小。溫度特別高時(shí)，兩相區(qū)會(huì)完全消失，致使萃取分離不能進(jìn)行。二苯基己烷廿二烷糠醛0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.845C80C115C140C甲基環(huán)戊烷正己烷苯胺0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.845CPP34.5C25C第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日乳化與去乳化乳化——是一種液體（分散相）分散在另一種不相混溶的液體（連續(xù)相）中的現(xiàn)象。如水或有機(jī)溶劑以微小液滴分散在有機(jī)相或水相中。乳化產(chǎn)生的結(jié)果是導(dǎo)致兩相分層困難，有夾帶現(xiàn)象。這樣可能形成兩種形式的乳濁液：水包油（O/W)、油包水（W/O）。第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日去乳化去乳化——萃取過程中為分離完全必須破壞乳化。由蛋白質(zhì)引起的乳化多為O/W型。

過濾或離心化學(xué)法（加電解質(zhì)破壞雙電層）物理法（加熱、稀釋等）頂轉(zhuǎn)法（加入其他表面活性劑）破乳方法第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日其他萃取方法-回流萃取萃取相萃余相萃取液原料溶劑萃取塔回流萃取相增濃段萃余相提純段溶劑回收第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日其他萃取方法-超臨界萃取以接近或超過臨界點(diǎn)的低溫、高壓、高密度氣體作為溶劑，從液體或固體中萃取所需組分，然后采用等壓變溫或等溫變壓等方法，將溶質(zhì)與溶劑分離的單元操作。超臨界萃取的基本原理超臨界流體：狀態(tài)在臨界溫度與臨界壓力以上的流體。超臨界流體的p-V-T性質(zhì)常用的超臨界流體：二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨、正戊烷、甲苯等。第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日超臨界萃取的基本原理超臨界流體的密度接近于液體，黏度接近于氣體，擴(kuò)散系數(shù)在氣體和液體之間，比液體大100倍左右。超臨界流體具有與液體相近的溶解能力，同時(shí)其傳質(zhì)速率遠(yuǎn)大于液體溶劑并能很快達(dá)到萃取平衡。超臨界流體的基本性質(zhì)物性氣體(常溫、常壓)超臨界流體液體(常溫、常壓)Tc,pcTc,4pc密度/(kgm-3)2~6200~500400~900600~1600黏度105/(Pas)1~31~33~920~300擴(kuò)散系數(shù)104/(m2

s-1)0.1~0.40.710-30.210-3(0.2~2)10-5第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日超臨界萃取的特點(diǎn)超臨界萃取在溶解能力、傳質(zhì)性能以及溶劑回收方面有突出的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：超臨界流體的密度與溶解能力接近于液體，而又保持了氣體的傳遞特性，故傳質(zhì)速率高，可更快達(dá)到萃取平衡；操作條件接近臨界點(diǎn)，壓力、溫度的微小變化都可改變超臨界流體的密度與溶解能力，故溶質(zhì)與溶劑的分離容易，費(fèi)用低；超臨界萃取具有萃取和精餾的雙重特性，可分離難分離物質(zhì)；超臨界流體一般具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒無腐蝕性、萃取操作溫度不高等特點(diǎn)，故特別適用于醫(yī)藥、食品等工業(yè)；超臨界萃取一般在高壓下進(jìn)行，設(shè)備投資較大。第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日超臨界萃取的應(yīng)用實(shí)例超臨界萃取在石油殘?jiān)杏推返幕厥?、咖啡豆中脫除咖啡因、啤酒花中有效成分的提取等過程中已成功地應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。超臨界CO2分離提取天然產(chǎn)物中的有效成分超臨界CO2萃取操作溫度較低，能避免天然產(chǎn)物中有效成分的分解。可用于咖啡豆水洗塔精餾塔CO2+咖啡因咖啡因CO2(90oC,16~22MPa)脫氣罐水咖啡豆中脫除咖啡因名貴香花中提取精油啤酒花及胡椒等物料中提取香味成分或香精大豆中提取豆油等第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日液-液萃取設(shè)備液-液萃取設(shè)備必須同時(shí)滿足兩相的充分接觸（傳質(zhì)）和較完全的分離。液-液兩相間密度差小，界面張力不大，為了提高萃取設(shè)備的效率，通常要補(bǔ)給能量，如攪拌、脈沖、振動(dòng)等。萃取設(shè)備的分類產(chǎn)生分散相的動(dòng)力微分接觸式逐級(jí)接觸式重力差噴啉塔、填料塔篩板塔、流動(dòng)混合器機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)盤萃取塔、攪拌萃取塔、振動(dòng)篩板塔混合澄清器脈沖脈沖填料塔、脈沖篩板塔

脈沖混合澄清器離心力作用連續(xù)式離心萃取器逐級(jí)式離心萃取器第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日常見工業(yè)萃取設(shè)備逐級(jí)接觸式萃取設(shè)備：混合澄清槽第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日常見工業(yè)萃取設(shè)備篩板塔第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日常見工業(yè)萃取設(shè)備振動(dòng)篩板塔第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日常見工業(yè)萃取設(shè)備轉(zhuǎn)盤塔（RDC）第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日常見工業(yè)萃取設(shè)備不對稱轉(zhuǎn)盤塔（偏心轉(zhuǎn)盤塔）1-轉(zhuǎn)盤；2-橫向水平擋板；3-混合區(qū)；4-澄清區(qū)；5-環(huán)形分割板；6-垂直擋板既保持了轉(zhuǎn)盤塔結(jié)構(gòu)簡單、傳質(zhì)效率高、生產(chǎn)能力大等特點(diǎn)，分開的澄清區(qū)可使分散相液滴反復(fù)進(jìn)行凝聚-再分散，減小軸向混合，提高萃取效率。第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日常見工業(yè)萃取設(shè)備翻斗式萃取器第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日常見工業(yè)萃取設(shè)備靜態(tài)混合器第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日常見工業(yè)萃取設(shè)備單級(jí)離心萃取器第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日常見工業(yè)萃取設(shè)備蘆威（Luwesta）式離心萃取器第三十四頁，共四