四川大学现代分离技术03.ppt

第2章 特殊萃取 四川大学化工学院 2010.10.22 萃取分离 基本原理： 在液体混合物中加入与其不完全混溶的液体溶剂（萃取剂），形成液-液两相，利用液体混合物中各组分在两液相中溶解度的差异而达到分离的目的。 萃取的工业应用 19世纪，用于无机物和机物的分离，如1842年用二乙醚萃取硝酸铀酰，用乙酸乙脂类的物质分离水溶液中的乙酸等。 石油化工：链烷烃与芳香烃共沸物的分离。例如用二甘醇从石脑油裂解副产汽油或重整油中萃取芳烃（尤狄克斯法—Udex process），如苯、甲苯和二甲苯。 工业废水处理：用二烷基乙酰胺脱除染料厂、炼油厂、焦化厂废水中的苯酚。 有色金属冶炼：湿法冶金中溶液分离、浓缩和净化的有效方法。例如从锌冶炼烟尘的酸浸出液中萃取鉈、铟、镓、锗，以及铌-钽、镍-钴、铀-钒体系的分离，以及核燃料的制备。 制药工业：从复杂的有机液体混合物中分离青霉素、链霉素以及维生素等。 多级错流萃取 多级逆流萃取 微分接触式（连续接触式） 萃取操作的适用范围 组成表示法 物料衡算与杠杆规则 物料衡算与杠杆规则 三角形相图 (三元体系的液-液平衡关系) 回流萃取 （Reflux extraction） 液-液萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 常见工业萃取设备 萃取设备的选择 案例 苯中分离链烃。苯在罗宾斯表中属于第11组，而所选的链烃—庚烷属于第12组。由罗宾斯表可见，第8组（伯胺、氨、无取代基的氨基化合物）与芳烃形成的物系对拉乌尔定律产生负偏差，与链烃形成的物系产生正偏差。 尽管胺或氨基化合物在分离该混合物上很可能是有效的，没有迹象表明是否一定分层。罗宾斯表也指出，第4组（具有活性氢原子的多环链烃）、第7组（仲胺）和第9组（醚、氧化物、亚砜）均与链烃形成正偏差物系，与芳烃形成理想物系。这类溶剂同样可认为是可行的溶剂。但没有表明形成的液相数目。 萃取操作的分类 分类： 按性质可分为物理萃取和化学萃取；按萃取对象可分为有机物萃取和无机物萃取。 物理萃取：溶质根据相似相容的原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生化学反应。 例如：利用乙酸丁酯萃取发酵液中的青霉素； 应用:石油化工和抗生素及天然植物中有效成分的提取过程。 化学萃取：利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。 稀释剂：化学萃取中通常用煤油、己烷、四氯化碳和笨等有机溶剂溶解萃取剂，改善萃取相的物理性质，此时的有机溶剂称为稀释剂。 应用:金属的提取，也可用于氨基酸、抗生素和有机酸等生物产物的分离回收。由于氨基酸和一些极性较大的抗生素的水溶性很强，在有机相中的分配系数很小甚至为零，利用一般的物理萃取效率很低，须采用化学萃取。由于萃取剂与抗生素形成复合物分子的疏水性比抗生素高，从而在有机相中有很高的溶解度。 化学萃取——中性配合萃取体系 1. 特点 被萃取物在水相中以中性分子形式存在 萃取剂也是中性分子（含有适当配位基团） 被萃取物与萃取剂形成中性配合物 TBP－煤油体系从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰 被萃取物形式：UO2(NO3) 2 （铀的其他形态如UO22＋, UO2NO3＋等不被萃取） 萃取剂：TBP（磷酸三丁酯） 中性配合物： UO2(NO3) 2·2TBP 化学萃取——中性配合萃取体系 2. 中性配合萃取剂 中性含磷萃取剂： 磷酸酯；膦酸酯；次膦酸酯；膦氧化物；焦磷酸酯；膦的有机衍生物 中性含氧萃取剂： 酮，酯，醇，醚等，如MIBK（甲基异丁基酮） 中性含硫萃取剂： 亚砜，硫醚 含氮中性萃取剂：吡啶等。 化学萃取——中性配合萃取体系 3. 中性配合萃取举例 萃取强酸 非极性溶剂可以萃取近乎中性分子的弱酸，但不能萃取强酸；极性溶剂（醇，醚，酮，酯）可以萃取强酸。 如醚萃取硝酸： H+ + NO3－ + E ? HNO3·E 或者 H+ ＋ NO3－ ＋ H2O ＋ E ? HNO3·H2O·E 有机相中溶剂化的H+与溶剂或水分子要形成氢键。 化学萃取——中性配合萃取体系 萃取金属离子 UO22＋ + 2NO3－ + 2TBP ? UO2(NO3)2·2TBP 化学萃取——阳离子交换萃取体系 1. 特点 萃取剂通常是既溶于水又溶于有机溶剂的有机酸；故在两相中有分配。 被萃取物通常是金