第四章 液液萃取

三角形相图
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（2）杠杆规则
如图所示，将质量为r kg、组成为 xA、xB 、xS的混合物系R与质量
为ekg、组成为 y A、yB 、yS，的混合物系E相混合，得到一个质量为
m kg、组成为z A、z B、z S的新混合物系M，其在三角形坐标图中 分别以点R、E和M表示。M点称为R点与E点的和点，R点与E点 称为差点。
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(2)萃取剂选择要点 ①选择性好 表现为分离系数大。 ②萃取容量大 表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。 ③化学稳定性强 耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。 ④易与原料液相分层 不乳化、不产生第三相。 ⑤易于反萃或分离 便于萃取剂的重复利用。 ⑥安全性好 无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。 ⑦经济性好 成本低、损耗小。
液液萃取的优点
具有处理量大、分离效果好、回收率高、可连续操作以 及自动控制等特点，因此得到了广泛的应用。
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1.为什么溶质会转移？ 2.如何达到分配平衡？
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液液萃取应用
1. 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，润滑油的精制等；
2. 湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、 金等贵金属的分离和提取；
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2. 相比
萃取体系中萃取相 V(o)与 V(a)被萃相的体积比。
R V(o) /V(a)
在连续萃取过程中，通常用两相的流比取代相比。
r G/L G 为萃取相流量， L 为被萃相流量。
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3. 分离系数
分离系数又称为分离因子，表示被萃相中两种物质可被 某种萃取剂所分离的难易程度，它等于这两种物质在相同萃 取条件下的分配比之比。
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温度对互溶度的影响 （I类物系）
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对于某些物系，温度的改变不仅可引起分层区面积和联结线斜
率的变化，甚至可导致物系类型的转变。如图所示，当温度为T1 时为第Ⅱ类物系，而当温度升至T2时则变为第Ⅰ类物系。
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温度对互溶度的影响 （II类物系）
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4.3 萃取过程计算
过程。 (3)两相间的有效分散是提高萃取效率的有效手段。 (4)两相的分离需借助两相的密度差来实现。 (5)液液萃取过程可以在多种形式的装置中通过连续或间
歇的方式实现。
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2. 液液萃取的主要研究内容
(1)确定萃取体系 包括被萃相体系和萃取相体系的构成， 如被萃相的酸碱度、萃取相的稀释剂等。
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⑥逐级平衡计算 根据萃取过程，第一级的有机相浓度应与水相浓度形成平衡， 因此，由x1和H1，从平衡图上查得y1=1.11kg/m3。 对第一级做物料衡算：
y f G x2 L y1G x1L 计算x2和H2得： LH 2 LH1 1.54( y1 y f )G
DA / DB
与相对挥发度一样，分离系数值越远离1，两种物质越容易分 离；反之则不容易。
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4.2 液液相平衡 1. 三角形坐标图及杠杆规则 （1）三角形坐标图 三角形坐标图通常有等边三角形坐标图、等腰直角三角形坐 标图和非等腰直角三角形坐标图，如图所示，其中以等腰直角三 角形坐标图最为常用。三角形ABS的三个顶点分别标还是“纯” 的溶质A、原溶剂B和溶剂S组分。三角形的各边上的点表示某个 二元组分，三角形内部的任何一点都代表一个三元混合物。
溶解度曲线
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溶解度曲线可通过下述实验方法得到：在一定温度下， 将组分B与组分S以适当比例相混合，使其总组成位于 两相区，设为M，则达平衡后必然得到两个互不相溶 的液液中层加，入其适相量点的为溶R质0、A并E0充。分在混恒合温，下使，之向达此到二新元的混平合衡， 静置分层后得到一对共轭相，其相点为R1、E1，然后 继续加入溶质A，重复上述操作，即可以得到n+1对共 轭合相液的恰相好点由R两i、相E变i (为i=一0,1相,2时,…，…其n)组，成当点加用入KA表的示量，使K混点 称为混溶点或分层点。联结各共轭相的相点及K点的曲 线即为实验温度下该三元物系的溶解度曲线。
3. 磷和硼等无机资源的提取和净化； 4. 医药工业中的多种抗生素和生物碱的分离提取； 5. 食品工业中有机酸的分离和净化； 6. 环保处理中有害物质的脱除等。
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4.1.1 特点和主要研究内容
1. 液液萃取过程的特点
(1)萃取过程的传质前提是两个液相之间的相互接触； (2)两相的传质过程是分散相液滴和连续相之间相际传质
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辅助曲线和临界混溶点
一定温度下，测定体系的溶解度曲线时，实验测出的联结线的条数 （即共轭相的对数）总是有限的，此时为了得到任何已知平衡液相的共 轭相的数据，常借助辅助曲线（亦称共轭曲线） 。
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辅助曲线的作法如图所示，通过已知点R1、R2、… 分别作BS 边的平行线，再通过相应联结线的另一端点E1、E2分别作AB 边的平行线，各线分别相交于点F、G、… ，联接这些交点所 得的平滑曲线即为辅助曲线。利用辅助曲线可求任何已知平衡 液相的共轭相。如图所示，设R为已知平衡液相，自点R作BS 边的平行线交辅助曲线于点J，自点J作AB边的平行线，交溶 解度曲线于点E，则点E即为R的共轭相点。
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4.1.3 萃取过程中的常用名词
1. 分配比
达到萃取平衡时，被萃物在两相中的浓度比称为被萃物的分配比，
也称为分配系数。
D cA(o) c A(a )
其中，c A(o)为被萃物A在萃取相（有机相）中的浓度；c A(a)为被萃物A
在被萃相（水相）中的浓度。
分配比D的值越大，被萃物越容易进入萃取相。D通常不是常数， 要受萃取体系和萃取条件的影响，应根据实验来测定；D=0，表示待萃 取物完全不被萃取，D=∞，表示完全被萃取。
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③用xi、yi分别表示水相和有机相中的Cu2+浓度，Hi代表水相 中硫酸的浓度。由于1molCu2+能生成1molH2SO4，根据它 们的分子量比，相当于1kgCu2+可生成的H2SO4为： 98/63.5=1.54kg。
④对Cu2+做总物料衡算：
即： yN G x1L y f G x f L
(2)测定相平衡数据 分配系数和分离系数。 (3)确定工艺和操作条件 相比、萃取剂和稀释剂用量、
被萃物浓度、萃取温度等。 (4)萃取流程的建立 完整的萃取和反萃流程。 (5)设备的确定 设备形式和结构。
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4.1.2 萃取剂的选择和常用萃取剂
1. 萃取剂的选择
(1) 萃取剂应具备的特点 ①萃取剂中至少要有一个能与被萃物形成萃合物的官能 团。常见的萃取官能团通常是一些包含N、O、P、S的 基团。 ②萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构或基团，如 长链烃、芳烃等，以利于萃取剂在稀释剂中的溶解，并 防止被萃相对它的溶解夹带损失。
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(2)逐级计算法
逐级计算法是逐级萃取过程的基本计算方法，特别是各萃取 级分配系数不同时，采用逐级计算法计算萃取过程所需理论 级数和各级浓度分布是最常用和最稳妥的方法。
在实际萃取过程中，经常会出现各级分配系数发生变化的情 况，如用酸性萃取剂萃取电解质溶液中的金属离子时，随着 金属离子量的增加，被萃相中的H+浓度会随之增大，导致被 萃相的酸度逐级增大，因而影响到被萃离子在两相中的分配 比。
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4.3.2 逐级萃取过程
1. 逐级萃取过程分析
(1)逆流萃取
(2)错流萃取
2021/4/15Leabharlann 232. 逐级萃取过程的计算
(1)麦克凯贝-赛尔图解法 平衡线：
由萃取平衡实验测得。 操作线：
斜率=L/G 即，被萃相与萃取相的流量之比。 萃取级数：阶梯作图法。
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yN ( y f G x f L x1L) / G
(0.075 60 2.5 75 0.35 75) / 60
2.76(kg/m3 )
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⑤对H2SO4做总物料衡算：
LH f LH1 1.54( yN y f )G
H1 H f 1.54( yN y f )G / L 1.0 1.54 (2.76 0.075) 60/ 75 4.31(kg/m3 )
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温度对相平衡的影响
通常物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度增大，反之减小。因 此，温度明显地影响溶解度曲线的形状、联结线的斜率和两相区面积， 从而也影响分配曲线的形状。如图所示为温度对第I类物系溶解度曲线 和联结线的影响。显然，温度升高，分层区面积减小，不利于萃取分离 的进行。
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2. 常用萃取剂
①中性萃取剂 包括含磷类、含氧类和含硫类重型萃取剂， 如磷酸三丁酯(TBP)、甲基异丁基酮(MIBK)、二辛基亚 砜(DOSO)等。
②有机酸萃取剂 包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸等。 ③胺类萃取剂 各种有机胺和胺盐。 ④螯合萃取剂 各种有机螯合物、冠醚等。
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解：
①用LIX64萃取水相硫酸铜中的Cu2+反应式为：
CuSO 4 2HR CuR 2 H2SO4
其中，R代表LIX64。 在萃取过程中，当一个铜离子进入有机相，水相就会产生一 个硫酸，因此，随着萃取过程的进行，水相的酸度会逐渐 增大。 ②通过实验测定该萃取体系中，在不同硫酸浓度下Cu2+在水 相和有机相中的平衡曲线。