萃取是分离液体混合物的重要单元操作之一。萃取是利用液体各组分在溶剂中溶解度的不同,以达到分离目的的一种操作。例如,选择一适宜的溶剂加入到待分离的液体混合物中,溶剂对混合液中欲分离出的组分有显著的溶解能力,而余下的组分完全不互溶或部分互溶,使欲分离的组分能够溶解在溶剂中,这样就可达到使混合液体中不同组分分离的目的。这种过程即为萃取,所选用的溶剂称为萃取剂,混合中易溶于萃取剂的组分称为溶质,不溶或部分互溶的组分称为稀释剂。
萃取过程的分类
根据萃取操作过程所使用萃取剂及操作条件的不同,可将萃取分为液液萃取和超临界流体萃取。
液液萃取是指采用液相的萃取剂对液相的混合物进行分离。在精过程中,各组分是靠相互间挥发度的不同而达到分离的目的的,液体部分汽化产生的气相,与液相之间的化学性质是相似的,萃取操作中原料液和溶剂所形成的两个液相的化学性质有很大的差别。与精馏相比,整个萃取过程的流程比较复杂 。
什么情况下分离混合液体中的组分采用萃取操作更为
相宜,这主要取决于技术上的可能性与经济上的合理性。例如,从稀醋酸水溶液中移除水,除可以采用精馏操作外,还可采用有机溶剂进行萃取。虽然采用萃取方法最后所得到的有机溶剂与醋酸混合液尚需用精馏方法处理才能获得纯度高的无水醋酸,但基于成本核算,一般仍以采用萃取方法较为经济。又如:可用液态丙烷作萃取剂从菜籽油中分离油酸,也可在高真空条件下通过精馏从事以上的分离,但因后者处理费用很高,故也以采用萃取方法较为经济合理。总之,在分离混合液体的工业操作中,当精馏与萃取方法均可应用时,其选择的依据主要由成本核算而定。
在萃取相中萃取剂的回收往往还需要应用精馏操作,但由于萃取过程本身具有常温操作、无相变化以及选择适当溶剂可以获得较高分离系数等优点,在很多情况下,仍显示出技术经济上的优势。通常在下列情况下选用萃取分离方法较为有利:
①溶液中各组分的沸点非常接近,或者说组分之间的相对挥发度接近1。
②混合液中的组分能形成恒沸物,用一般精馏不能得到所需的纯度。
③溶液中要回收的组分是热敏性物质,受热易于分解、聚合或发生其他化学变化。④需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高,用精馏方法需蒸出大量稀释剂,耗能量较大。
在化学工业与石油化学工业方面,液液萃取的应用也很广泛。例如:脂族链烃与芳烃的分离为萃取提供了一个大规模的工业应用领域。苯、甲苯、二甲苯等芳烃原料大多存在于催化重整油中(其中含芳烃达45%~60%)。它们是聚苯乙烯、尼龙与涤纶等产品的基本原料。其他如己内酰胺的精制、异丁烯与丁烯的分离、磷酸萃取以及从废水中脱除苯酚等等,均已在工业中成功地应用着溶剂萃取过程。
超临界流体萃取是指所使用的萃取剂为超临界流体(常用作萃取剂的超临界流体有二氧化碳、水、丙烷等),过程操作在萃取剂的超临界条件下进行。工业上常用的是超临界二氧化碳流体萃取。
液液萃取操作的特点:
在某些情况下,萃取已成为一种有效的分离手段。应用萃取操作必须掌握其特点才能充分发挥其优越性并取得较好的经济效果。其主要特点可概括为以下几个方面:
①液液萃取过程之所以能达到预期的组分分离的目的,是靠原料液中各组分在萃取剂中的溶解度不同。故进行萃取操作所选用的溶剂必须对混合液中欲萃取出来的溶质有显著的溶解能力,而对其他组分则可以完全不互溶或仅有部分互溶能力。由此可见,在萃取操作中选择适宜的溶剂是一个关键问题。
②在精馏和吸收操作中,是在汽液相(或气液相)间进行物质传递,而在液液萃取操作中,相互接触的两相均为液相。因此所加入的溶剂必须在操作条件下能与原料液分成两个液椒层,如是则两个液相应有一定的密度差。这样才能促使两相在经过充分混合后,靠重力或离心力的作用有效地分层。在萃取设备的结构方面,必须适应萃取操作的此项特点。
③在萃取操作中必须使用相当数量的溶剂。为了得到溶质和回收溶剂并将溶剂循环使用以降低成本,所选用的溶剂应易于回收且价格低廉。一般可用蒸发或蒸馏等方法回收溶剂。如是则溶质与萃取剂的沸点差大是有利的。
④液液萃取是用溶剂处理另外一种混合液体的过程,溶质由原料液通过两相的界面向取剂中传递。故液液萃取过程也与其他传质过程一样,以相际平衡作为过程的极限。
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