分离工程_朱家文_第四章萃取.ppt

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1、第七节复杂精馏塔的计算分离工程华东理工大学化工学院分离工程教学组2007年11月分离工程第四章液液萃取目录4.1简介4.2萃取设备4.3萃取过程的基本原理4.4萃取设备的设计4.5应用实例液-液萃取也称为溶剂萃取。是一个重要的传质分离过程。在液-液萃取过程中，含有待分离组分（溶质A）的液相（料液F，为溶质A溶解于载体C的溶液，萃取后成为萃余相），与另一个与之不互溶或部分互溶的液相（溶剂S）接触，由于溶剂S也能溶解溶质A，但不能或极少溶解C，溶质A通过相际传质进入溶剂S，成为萃取相E，从而实现了对溶质A的提取，即A和C的分离。这是一个包含A、C和S的三元体系的萃取过程

2、。如果料液中含有多种溶质，由于溶剂S对它们的溶解度不同，也可实现对它们的分离。4.1简介由于溶质在两个液相中的分配平衡的限制，通常通过一次液-液平衡接触不能完全达到分离或提取率的要求。在这种情况下，需要通过多级逆流接触才能达到要求。据Derry和Williams研究，最早的液-液萃取实践在罗马时代即有了，当时采用熔融的铅为溶剂从熔融的铜中分离金和银，然后再用硫选择性溶解银，分别得到金和银。而萃取的首次大规模工业化应用则在二十世纪30年代，当时，在低温下用液态二氧化硫作溶剂，从煤油中提取芳烃和含硫化合物，以生产清洁的液体燃料。对萃取技术的大规模研究和开发始于第二次世界

3、大战期间。当时，由于原子能研究和应用的需要，对于铀、钍、钚等放射性元素的萃取提取和分离进行了开发研究，开发研究了具有良好分离性能的萃取剂（溶剂），并发展了相应的萃取设备如脉动塔和混和澄清槽等，使萃取技术迅速走向了大规模的工业应用。当时萃取技术应用的另一个重要进展是青霉素的提取，它与青霉素的深层发酵技术一起，使青霉素的大规模低成本生产得以实现，成为二十世纪医药工业重要的技术进步之一。现在萃取技术已在各方面获得了广泛的应用：炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如烷烃和芳烃的分离、润滑油精制等；湿法冶金，铀、钍、钚等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金等贵金属的分离和提取

4、；磷和硼等无机资源的提取和净化；医药工业中多种抗生素和生物碱的分离提取；食品工业中有机酸的分离和净化；环保处理中有害物质的脱除等。通常在以下数种情况下，采用萃取作为分离方法比蒸馏更有效或有利：对有机或水溶液中的无机物质的分离；被分离物质的浓度很低(如油脂中色素和激素)；高沸点低含量的物质的回收；热敏性物质的回收；对于依据混合物体系的化学性质而不是挥发度而进行分离的情况；对于非常接近于冰点或沸点的液体的分离（可利用此时溶解度差异的增加）；共沸体系的分离。4.2萃取设备混和澄清槽非机械搅拌塔机械搅拌塔离心萃取机不同的萃取体系的物性（粘度、密度差和界面张力等）的变化范围很

5、广，分离要求也不同。为此，萃取设备的种类很多，以适应各种要求。有些萃取设备和汽液接触设备（蒸馏、吸收、汽提等）很相似，如喷淋塔、填料塔、筛板塔等，但这些设备通常只能用在物系粘度很小、密度差较大、界面张力适中以及分离要求不是很高的场合。由于液-液系统的特殊性，需要选择适合其特点的设备。大部分萃取设备都需外加机械能促进分散或两相分离，如机械搅拌式萃取设备和离心式萃取设备。混和澄清槽混和澄清槽是较早开发使用的一种萃取设备。在混和澄清槽中，轻相和重相首先被引入到混和槽中，通过机械搅拌使两相密切接触，然后流到澄清槽中，进行重力分相。一个设计良好的混和槽具有很高的传质效率，可以

6、达到接近于单个理论平衡级的效果（80%-90%甚至更高）。混和槽和搅拌桨澄清液相在澄清槽中主要依靠重力作用进行分相。因此，必须有足够的停留时间使两相充分澄清。如果仅仅依靠重力还不足以使两相澄清，例如产生了乳化现象，可考虑采用辅助助凝措施，如在澄清槽内放置丝网助凝、电破乳、使用破乳剂等。澄清槽箱式混和澄清槽混合澄清槽的应用场合1.萃取级数很少时，如单级操作，简单易行。2.级数很多时，几十甚至几百级，分离要求很精细，要求保证稳定的级效率。缺点：1.占地面积大；2.动力消耗大（电机传动阻力）；3.密闭性差：萃取剂挥发损失，同时污染环境箱式混和澄清槽用于稀土萃取喷淋塔、填料

7、塔和筛板塔这三种萃取塔是由常见的气液接触设备发展而来。用喷嘴实现其中一个液相（分散相）在另一个液相（连续相）中的分散，靠两相的密度差实现逆流流动。这类塔的传质效率不是很高。机械搅拌塔如果界面张力较大、两相密度差较小、液体粘度较大，单靠重力不足于使一个液相很好地分散到另一个液相中，产生足够的传质相界面和湍动。这些情况在液-液萃取中是常见的。这时，需要通过外加机械能量的方法来促进液-液分散和流体湍动，增加传质相界面，以及减少传质阻力。对于填料塔和筛板塔，可以通过使流体脉动的方法来进行搅拌。脉动塔在核工业中得到了广泛的应用。然而，更通常的方法是采用某种形式的转动搅拌（