1、第四讲第四讲 萃取分离技术萃取分离技术n溶剂萃取（液液萃取）溶剂萃取（液液萃取）n膜萃取膜萃取n超临界流体萃取超临界流体萃取n其它萃取技术其它萃取技术溶剂萃取法是一种重要的化工单元操作，利用溶溶剂萃取法是一种重要的化工单元操作，利用溶质在两种不互溶的液相间分配性质的差异实现质在两种不互溶的液相间分配性质的差异实现液体混合物分离。液体混合物分离。为了回收废水中某种溶解物质，可向废水中投入为了回收废水中某种溶解物质，可向废水中投入一种与水互不相溶，但能良好溶解污染物的溶一种与水互不相溶，但能良好溶解污染物的溶剂，使其与废水充分混合接触。由于污染物在剂，使其与废水充分混合接触。由于污染物在该溶剂中的
2、溶解度大于在水中大溶解度，因而该溶剂中的溶解度大于在水中大溶解度，因而大部分污染物转移到溶剂相。大部分污染物转移到溶剂相。如分离废水与溶剂，即可使废水得到净化；若再将溶剂与其中的污如分离废水与溶剂，即可使废水得到净化；若再将溶剂与其中的污染物分离，可将溶剂再生，而分离出的污染物即可回收利用。这染物分离，可将溶剂再生，而分离出的污染物即可回收利用。这种分离工艺称为萃取，所用的溶剂称为萃取剂；萃取后的溶剂称种分离工艺称为萃取，所用的溶剂称为萃取剂；萃取后的溶剂称为为萃取液萃取液（相），废水称为（相），废水称为萃余液萃余液（相）（相）。一、溶剂萃取法一、溶剂萃取法(Solvent extractio
3、n)溶剂萃取的基本原理溶剂萃取的基本原理 萃取体系水相：样品液试剂有机相：萃取剂 溶剂/1.为什么溶质会转移？2.如何达到分配平衡？加料加料混合混合分相分相排除排除纯化和回收纯化和回收萃取剂S原料液A+B12萃取相E萃余相R 图111 萃取过程示意图1混合器；2分层器静置分层静置分层振荡萃取振荡萃取萃取过程萃取过程 v 分离对象分离对象液液混合物液液混合物 1）相对挥发度等于或者接近）相对挥发度等于或者接近1(烷烃烷烃/芳烃芳烃)2）重组分）重组分 含量少，轻组分含量多含量少，轻组分含量多(水水-HAc)(含酚废水处理含酚废水处理)3）混合液含热敏性物质（药物）混合液含热敏性物质（药物）v萃取
4、操作的特点萃取操作的特点选择适宜的溶剂是一个关键问题选择适宜的溶剂是一个关键问题 两个液相应具有一定的密度差两个液相应具有一定的密度差 溶质与萃取剂的沸点差大有利溶质与萃取剂的沸点差大有利 n物理萃取：物理萃取：利用溶质在两种互不相溶的液利用溶质在两种互不相溶的液相中不同的分配关系将其分离开来。基本相中不同的分配关系将其分离开来。基本上不涉及化学反应。根据上不涉及化学反应。根据“相似相溶相似相溶”规规则。多用于回收和处理亲油性较强的溶质则。多用于回收和处理亲油性较强的溶质体系。如：含氮、含磷类有机农药废水、体系。如：含氮、含磷类有机农药废水、除草剂生产废水以及硝基苯类废水等，但除草剂生产废水以
5、及硝基苯类废水等，但对于极性有机物稀溶液的分离不理想；对于极性有机物稀溶液的分离不理想；n化学萃取：化学萃取：伴有化学反应过程，利用被萃伴有化学反应过程，利用被萃取组分能与选定的萃取剂产生某种化学反取组分能与选定的萃取剂产生某种化学反应，形成不溶于水，易溶于有机溶剂的萃应，形成不溶于水，易溶于有机溶剂的萃合物而被提取分离。基于可逆络合反应的合物而被提取分离。基于可逆络合反应的萃取分离方法（萃取分离方法（络合萃取法络合萃取法）对于极性有）对于极性有机物稀溶液的分离具有高效性和高选择性。机物稀溶液的分离具有高效性和高选择性。可逆络合反应萃取分离是一种典型的可逆络合反应萃取分离是一种典型的化学萃取化
6、学萃取过程，已经成为化工分离技术过程，已经成为化工分离技术开发的一个重要方向。开发的一个重要方向。络合萃取工艺络合萃取工艺 在这类工艺过程中，溶液中待分离溶在这类工艺过程中，溶液中待分离溶质与含有络合剂的萃取溶剂相接触，络质与含有络合剂的萃取溶剂相接触，络合剂与待分离溶质反应形成络合物，并合剂与待分离溶质反应形成络合物，并使其转移至萃取相内。使其转移至萃取相内。待分离物质一般是带有待分离物质一般是带有LewisLewis酸或酸或LewisLewis碱官能团碱官能团的的极性有机物极性有机物，可参与和络合剂的络合反应；，可参与和络合剂的络合反应；分离体系应是分离体系应是稀溶液稀溶液，即一般待分离物
7、质的浓度，即一般待分离物质的浓度小于小于5 5；待分离物质为待分离物质为亲水物质亲水物质，在水中有较小的活度系，在水中有较小的活度系数，其亲油性差，一般物理萃取的分离提取难以奏效；数，其亲油性差，一般物理萃取的分离提取难以奏效；分离物属于分离物属于低挥发性低挥发性的溶质，待分离物质比水的的溶质，待分离物质比水的挥发度小，因而不能通过蒸汽提馏加以分离。挥发度小，因而不能通过蒸汽提馏加以分离。如：乙酸、二元酸（丁二酸、丙二酸等）、二元醇、如：乙酸、二元酸（丁二酸、丙二酸等）、二元醇、乙二醇醚、乳酸及多羟基苯稀溶液等。乙二醇醚、乳酸及多羟基苯稀溶液等。络合萃取法具有络合萃取法具有高效性高效性：由于分
8、离过程：由于分离过程的推动力是待分离溶质和络合剂间的化的推动力是待分离溶质和络合剂间的化学键能，因此，即使极性有机物的浓度学键能，因此，即使极性有机物的浓度很低，化学萃取的分配系数也很大，回很低，化学萃取的分配系数也很大，回收率很高；收率很高；络合萃取法具有络合萃取法具有高选择性高选择性：络合萃取的：络合萃取的化学反应是在络合剂的特殊官能团和被化学反应是在络合剂的特殊官能团和被萃取物质的相应官能团之间发生的，因萃取物质的相应官能团之间发生的，因而选择性很高；而选择性很高；络合萃取法实现络合萃取法实现反萃取和溶剂再生过程相对比反萃取和溶剂再生过程相对比较简单较简单，络合萃取中的萃余物是可逆络合反
9、应的，络合萃取中的萃余物是可逆络合反应的产物，正确选择络合反应中的反应键能，灵活使产物，正确选择络合反应中的反应键能，灵活使用萃取过程的用萃取过程的“摆动效应摆动效应”，可以十分顺利地完，可以十分顺利地完成反萃取和溶剂再生过程，回收有价值溶质，使成反萃取和溶剂再生过程，回收有价值溶质，使萃取剂循环使用；萃取剂循环使用；络合萃取法的络合萃取法的二次污染小、操作成本低二次污染小、操作成本低，与物，与物理萃取相比，络合萃取剂的溶剂选择并非依据理萃取相比，络合萃取剂的溶剂选择并非依据“相似相溶相似相溶”原则，其在水中的溶解度一般比物原则，其在水中的溶解度一般比物理萃取剂小的多，萃取溶剂流失少，二次污染
10、小。理萃取剂小的多，萃取溶剂流失少，二次污染小。多数情况下，络合萃取过程在常温下操作，且可多数情况下，络合萃取过程在常温下操作，且可连续作业，便于实现自动化操作和控制，这些对连续作业，便于实现自动化操作和控制，这些对降低操作费用都是十分有益的。降低操作费用都是十分有益的。络合萃取过程需要正确选择合适的络合剂、络合萃取过程需要正确选择合适的络合剂、助溶剂和稀释剂，萃取溶剂助溶剂和稀释剂，萃取溶剂体系相对比较复体系相对比较复杂杂；络合萃取剂的萃取能力受溶剂中络合剂浓度络合萃取剂的萃取能力受溶剂中络合剂浓度的限制，对于稀溶液，平衡分配系数较高，的限制，对于稀溶液，平衡分配系数较高，对于对于高浓度溶液
11、高浓度溶液，平衡分配系数会下降平衡分配系数会下降；用于生物制品的分离时，需要考虑络合剂和用于生物制品的分离时，需要考虑络合剂和稀释剂的稀释剂的生物相容性生物相容性。针对不同的待分离体系，根据废水中被萃取针对不同的待分离体系，根据废水中被萃取组分的性质与组成，选择适宜的组分的性质与组成，选择适宜的萃取剂、稀萃取剂、稀释剂与反萃取剂释剂与反萃取剂，组成高选择性、高效率与，组成高选择性、高效率与适当浓缩倍数的萃取与反萃取体系，是该技适当浓缩倍数的萃取与反萃取体系，是该技术的基础；术的基础；正确选择有机物回收和萃取溶剂再生方法；正确选择有机物回收和萃取溶剂再生方法；正确选择合理的工艺流程；正确选择合理
12、的工艺流程；正确选择合适的萃取设备等。正确选择合适的萃取设备等。（四）萃取处理工艺流程设计（四）萃取处理工艺流程设计 1）萃取剂的选择性）萃取剂的选择性 AABB在萃取相中的质量分率在萃余相中的质量分率在萃取相中的质量分率在萃余相中的质量分率BABAxxyy BBAAxyxyBAkk=1，BABAxxyyA、B两组分用萃取分离不适宜；两组分用萃取分离不适宜；1，萃取时组分萃取时组分A可以在萃取相中浓集，可以在萃取相中浓集，越大，组分越大，组分A与与B萃取分离萃取分离的效果越好。的效果越好。1 萃取剂的选择 萃取能力强、萃取容量大；萃取能力强、萃取容量大；选择性高；选择性高；2）选择性系数和分配
13、系数的关系）选择性系数和分配系数的关系 kA愈大，愈大，kB愈小，选择性系数愈大愈小，选择性系数愈大 选择性系数表示萃取剂对组分选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小溶解能力差别的大小化学稳定性强：不易水解、加热时不易分解、化学稳定性强：不易水解、加热时不易分解、能耐酸、碱、盐和氧化剂及还原剂的化学作用，能耐酸、碱、盐和氧化剂及还原剂的化学作用，对设备的腐蚀性小；对设备的腐蚀性小；溶剂损失小：萃取相与萃余相易于分层，萃取过程中溶剂损失小：萃取相与萃余相易于分层，萃取过程中不产生第三相，不发生乳化现象；不产生第三相，不发生乳化现象；萃取剂基本物性适当：萃取剂的密度、粘度及体系界萃取剂
14、基本物性适当：萃取剂的密度、粘度及体系界面张力等基本物性适当，保证在萃取和反萃取过程中，面张力等基本物性适当，保证在萃取和反萃取过程中，传质速率较快，两相分离和流动性能良好。传质速率较快，两相分离和流动性能良好。萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差；萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差；粘度小对萃粘度小对萃取剂有利取剂有利；界面张力较大时，有利于分层；界面张力过大，界面张力较大时，有利于分层；界面张力过大，难以使两相混合良好难以使两相混合良好；界面张力过小时，两相难以分离。界面张力过小时，两相难以分离。首要考虑的还是满足分层的要求。首要考虑的还是满足分层的要求。一般不选界面张力过小的萃取剂。一
15、般不选界面张力过小的萃取剂。易于反萃取和溶质回收：萃取剂对于待分离物质易于反萃取和溶质回收：萃取剂对于待分离物质既可提供相对较高的萃取平衡分配系数，又应控既可提供相对较高的萃取平衡分配系数，又应控制萃取剂与待萃取物质的结合能力，在改变操作制萃取剂与待萃取物质的结合能力，在改变操作条件的情况下容易实现待分离物质的反萃取操作，条件的情况下容易实现待分离物质的反萃取操作，实现溶质回收和萃取剂的循环使用；实现溶质回收和萃取剂的循环使用；被分离体系相对挥发度被分离体系相对挥发度大，用蒸馏方法分离；大，用蒸馏方法分离；如果如果接近接近1，可用反萃取，结晶分离等方法。，可用反萃取，结晶分离等方法。安全操作：
16、萃取剂的闪点、燃点、沸点高，挥安全操作：萃取剂的闪点、燃点、沸点高，挥发性低，无毒或毒性小，无刺激性，便于安全发性低，无毒或毒性小，无刺激性，便于安全操作；操作；经济性强：萃取剂的来源丰富，合成制备方法经济性强：萃取剂的来源丰富，合成制备方法较为简单，价格便宜较为简单，价格便宜有机化合物的萃取规律有机化合物的萃取规律 有机物的溶解规律有机物的溶解规律:极性有机化合物，包括易形极性有机化合物，包括易形成氢键的化合物或盐类，通常溶于水而不溶于非极成氢键的化合物或盐类，通常溶于水而不溶于非极性或弱极性有机溶剂；非极性或弱极性有机化合物性或弱极性有机溶剂；非极性或弱极性有机化合物则不溶于水，但可溶于非
17、极性和弱极性有机溶剂。则不溶于水，但可溶于非极性和弱极性有机溶剂。有机物萃取的溶剂选择有机物萃取的溶剂选择:难溶于水的物质用难溶于水的物质用石油醚等溶剂；较易溶者，用乙醚或苯萃取；易石油醚等溶剂；较易溶者，用乙醚或苯萃取；易溶于水的物质用乙酸乙酯或其它类似溶剂萃取。溶于水的物质用乙酸乙酯或其它类似溶剂萃取。极性和非极性有机混合物极性和非极性有机混合物 如丙醇和溴丙烷混合物，可加入水萃取丙醇；马如丙醇和溴丙烷混合物，可加入水萃取丙醇；马来酸酐和马来酸混合物，可加入苯萃取马来酸酐来酸酐和马来酸混合物，可加入苯萃取马来酸酐。极性相差不大的混合物极性相差不大的混合物 对于这类混合物，应选择合适的萃取条
18、件，使混对于这类混合物，应选择合适的萃取条件，使混合物中某些组分与其它组分性质有较大的差别，同合物中某些组分与其它组分性质有较大的差别，同时选择合适的溶剂进行萃取。例如，时选择合适的溶剂进行萃取。例如，羧酸、酚、胺和酮混合物的分离羧酸、酚、胺和酮混合物的分离 甲苯、苯胺和苯甲酸的分离甲苯、苯胺和苯甲酸的分离 络合剂应具有特殊的官能团：络合剂应具有特殊的官能团：络合萃取剂的络合萃取剂的分离对象分离对象一般是带有一般是带有Lewis酸或酸或Lewis碱官能团的极性有机物，碱官能团的极性有机物，络合剂则应具有相应的官能团，参与和待萃取物质的络合剂则应具有相应的官能团，参与和待萃取物质的络合反应，且与
19、待分离溶剂的化学作用键能应具有一络合反应，且与待分离溶剂的化学作用键能应具有一定大小，一般在定大小，一般在1060kJ/mol。中性含磷类萃取剂、。中性含磷类萃取剂、叔胺类萃取剂叔胺类萃取剂(N235、TOA)经常选作带有经常选作带有Lewis酸性酸性官能团极性有机物的络合剂；酸性含磷类萃取剂则经官能团极性有机物的络合剂；酸性含磷类萃取剂则经常选作带有常选作带有Lewis碱性碱性官能团极性有机物的络合剂；官能团极性有机物的络合剂；络合萃取剂的选择 络合剂应具有良好的选择性：络合剂应具有良好的选择性：络合萃取剂在发络合萃取剂在发生络合反应、有针对性地分离溶质的同时，必生络合反应、有针对性地分离溶
20、质的同时，必须要求其萃水量应尽量减少或容易实现溶剂中须要求其萃水量应尽量减少或容易实现溶剂中水的去除；水的去除；络合萃取过程中应无其他副反应：络合萃取过程中应无其他副反应：络合萃取剂络合萃取剂有针对性地分离溶质是十分关键的，不应在络有针对性地分离溶质是十分关键的，不应在络合萃取过程中发生其他副反应；合萃取过程中发生其他副反应；络合萃取剂的选择 络合反应速率快：络合反应速率快：在不同条件下络合反应在其在不同条件下络合反应在其正负反应方向上均应具有足够快的动力学机制，正负反应方向上均应具有足够快的动力学机制，以便在生产实践过程中不至于要求过长的停留以便在生产实践过程中不至于要求过长的停留时间和过大
21、的设备体积；时间和过大的设备体积；络合剂必备的物理性质：络合剂必备的物理性质：与水不互溶，易溶于与水不互溶，易溶于有机溶剂，且密度小于水，因此萃取剂必须有有机溶剂，且密度小于水，因此萃取剂必须有长的碳链和芳环；具有较高的化学和热稳定性，长的碳链和芳环；具有较高的化学和热稳定性，不易水解、无毒或低毒；萃取相易被反萃取，不易水解、无毒或低毒；萃取相易被反萃取，能长期重复使用。能长期重复使用。络合萃取剂的选择 一些络合剂本身很难形成液相直接使用，一些络合剂本身很难形成液相直接使用，助溶剂可以作为助溶剂可以作为络合剂的良好溶剂络合剂的良好溶剂；某些络合；某些络合萃取过程中络合剂本身可能不是反应形成的萃
22、萃取过程中络合剂本身可能不是反应形成的萃合物的良好溶解介质，此时助溶剂应作为合物的良好溶解介质，此时助溶剂应作为萃合萃合物良好溶剂物良好溶剂促进络合物的形成和相间转移。促进络合物的形成和相间转移。常用的助溶剂有辛醇、甲基异丁基酮、乙酸丁常用的助溶剂有辛醇、甲基异丁基酮、乙酸丁酯、二异丙醚、氯仿等。酯、二异丙醚、氯仿等。2 助溶剂的选择 绝大部分萃取剂粘度很大，流动性与分散绝大部分萃取剂粘度很大，流动性与分散性较差，难于操作，稀释剂的主要作用就是性较差，难于操作，稀释剂的主要作用就是调调节形成的混合萃取剂的粘度、密度及界面张力节形成的混合萃取剂的粘度、密度及界面张力等参数等参数，使液液萃取过程便
23、于实施。，使液液萃取过程便于实施。稀释剂必须不溶于水，密度小于水，与萃取剂稀释剂必须不溶于水，密度小于水，与萃取剂互溶，无毒或低毒，对萃取剂只起稀释作用，互溶，无毒或低毒，对萃取剂只起稀释作用，不影响其化学性质；不影响其化学性质；常用的稀释剂有脂肪烃类（正己烷、磺化煤油、常用的稀释剂有脂肪烃类（正己烷、磺化煤油、加氢煤油等）芳烃类（苯、甲苯等）。加氢煤油等）芳烃类（苯、甲苯等）。3 稀释剂的选择 在废水萃取处理技术中，萃取相的分离（在废水萃取处理技术中，萃取相的分离（反萃取反萃取操作），可回收溶剂和溶质，具有重要作用，选取既操作），可回收溶剂和溶质，具有重要作用，选取既经济又高效的溶质回收和萃
24、取剂再生方法，是有机废经济又高效的溶质回收和萃取剂再生方法，是有机废水萃取处理技术的实施关键之一。水萃取处理技术的实施关键之一。萃取平衡受到多种因素的影响，如萃取平衡受到多种因素的影响，如pH值、温度、络值、温度、络合剂及稀释剂种类、稀释剂组成比例合剂及稀释剂种类、稀释剂组成比例等等，这些因素的，这些因素的改变使络合萃取平衡向有利于萃取或不利于萃取的方改变使络合萃取平衡向有利于萃取或不利于萃取的方向向“摆动摆动”，对萃取平衡带来明显的影响。，对萃取平衡带来明显的影响。“摆动效摆动效应应”正确利用萃取的正确利用萃取的“摆动效应摆动效应”，不仅可以获得高效的，不仅可以获得高效的萃取工艺，也能选择可
25、行的溶质回收和萃取剂再生方萃取工艺，也能选择可行的溶质回收和萃取剂再生方法，从而保证萃取处理技术的经济可行性。法，从而保证萃取处理技术的经济可行性。4 溶质回收和溶剂再生方法 一般而言，萃取平衡常数一般而言，萃取平衡常数K随温度的升高而随温度的升高而下降，这就形成了络合萃取的温度摆动效应，下降，这就形成了络合萃取的温度摆动效应，因此，可以在因此，可以在低温下萃取，高温下反萃取低温下萃取，高温下反萃取，通过浓缩结晶后得到最终产品。通过浓缩结晶后得到最终产品。基本条件：基本条件：络合萃取平衡常数随温度有明显络合萃取平衡常数随温度有明显的变化。另外，温度变化范围受稀释剂沸点的变化。另外，温度变化范围
26、受稀释剂沸点温度、混合溶剂共沸温度，甚至水的沸点温温度、混合溶剂共沸温度，甚至水的沸点温度的限制。度的限制。温度摆动效应 通常情况下，待分离溶质是以分子形态萃入通常情况下，待分离溶质是以分子形态萃入有机相或者与络合剂反应生成萃合物而转入有机相或者与络合剂反应生成萃合物而转入萃取相的，以有机羧酸为例，萃取相的，以有机羧酸为例，分配系数分配系数随随pH值的增大而减小值的增大而减小，这种，这种pH值摆动效应就是利值摆动效应就是利用用碱性水溶液对有机酸负载溶剂进行反萃的碱性水溶液对有机酸负载溶剂进行反萃的依据。如含酚废水的萃取处理。依据。如含酚废水的萃取处理。缺陷：缺陷：回收产物的化学组分与待回收物质
27、的回收产物的化学组分与待回收物质的化学组分是不相同的，一般的回收产物是待化学组分是不相同的，一般的回收产物是待回收物质的盐。获得原溶质需要消耗化学品，回收物质的盐。获得原溶质需要消耗化学品，并导致含盐废水的排放。并导致含盐废水的排放。pH值摆动效应 与使用与使用NaOH溶液相比，正确选择使用溶液相比，正确选择使用挥发挥发性有机碱水溶液性有机碱水溶液做反萃剂，再生溶剂后对其做反萃剂，再生溶剂后对其进行加热处理，可以分解生成的盐类，同时进行加热处理，可以分解生成的盐类，同时回收有机酸和挥发性有机碱。这种再生方法回收有机酸和挥发性有机碱。这种再生方法基本上基本上不消耗其他化学品，也避免了含盐废不消耗
28、其他化学品，也避免了含盐废水的产生水的产生。如，对有机酸负载溶剂进行再生可选择碱性如，对有机酸负载溶剂进行再生可选择碱性较强的有机碱吡啶、三甲基吡啶、三甲胺、较强的有机碱吡啶、三甲基吡啶、三甲胺、六氢吡啶等。六氢吡啶等。挥发性有机碱的pH值摆动效应 稀释剂组成的变化明显地影响萃取平衡，这稀释剂组成的变化明显地影响萃取平衡，这是稀释剂组成摆动效应的基础。主要表现在：是稀释剂组成摆动效应的基础。主要表现在：稀释剂本身对溶质的物理溶解能力；稀释剂稀释剂本身对溶质的物理溶解能力；稀释剂对于萃合物的溶解性能；稀释剂对于络合剂对于萃合物的溶解性能；稀释剂对于络合剂的表观碱性的影响。的表观碱性的影响。在在萃
29、取萃取过程中采用过程中采用高组成比例高组成比例的极性稀释剂的极性稀释剂的萃取剂，保证较高的萃取分配系数；在溶的萃取剂，保证较高的萃取分配系数；在溶剂再生过程中，采用剂再生过程中，采用低组成比例低组成比例的极性稀释的极性稀释剂的萃取剂以利于剂的萃取剂以利于反萃反萃的进行。稀释剂组成的进行。稀释剂组成的变化由蒸馏操作完成。的变化由蒸馏操作完成。稀释剂组成摆动效应 总之，利用总之，利用pH值摆动效应实现萃取剂的值摆动效应实现萃取剂的再生是较为简洁的方法再生是较为简洁的方法，但回收产物的化学，但回收产物的化学形态有所改变。如果实际体系容许这种化学形态有所改变。如果实际体系容许这种化学形态的变化，可以选
30、用此法。其它三种摆动形态的变化，可以选用此法。其它三种摆动效应的利用中，效应的利用中，能耗的比较能耗的比较与与体系的特殊性体系的特殊性要求要求等两方面应通过综合分析加以权衡。一等两方面应通过综合分析加以权衡。一般而言，利用这三种摆动效应进行溶剂再生般而言，利用这三种摆动效应进行溶剂再生过程，其能耗大小顺序为过程，其能耗大小顺序为稀释剂组成摆动效稀释剂组成摆动效应应温度摆动效应温度摆动效应挥发性碱挥发性碱pH值摆动效应值摆动效应。反萃取：反萃取：通过加入一种新的不含被萃物的水相通过加入一种新的不含被萃物的水相,与萃取液接与萃取液接触触,使被萃物返回水相的过程。反萃取技术通常是调节水相使被萃物返回
31、水相的过程。反萃取技术通常是调节水相的酸度和络合剂、还原剂等组成的酸度和络合剂、还原剂等组成,或者络合反萃、还原反萃、或者络合反萃、还原反萃、分步反萃等方法。分步反萃等方法。解萃解萃:指把被萃物从有机相移出来的过程。除了反萃取外，还指把被萃物从有机相移出来的过程。除了反萃取外，还可采用蒸发方式除去有机溶剂。如醚的除去，可往有机相加可采用蒸发方式除去有机溶剂。如醚的除去，可往有机相加入少量水，然后水浴加热除去醚。入少量水，然后水浴加热除去醚。反萃取与解萃：反萃取与解萃：乳浊液的形成及其消除乳浊液的形成及其消除 在萃取过程中，由于剧烈振荡等原因，可能出现在萃取过程中，由于剧烈振荡等原因，可能出现乳
32、浊液现象乳浊液现象，造成分层困难影响萃取效果。乳浊液，造成分层困难影响萃取效果。乳浊液是一种液体分散在另一种液体形成的亚稳态，与溶是一种液体分散在另一种液体形成的亚稳态，与溶剂的特性，如表面张力有关。剂的特性，如表面张力有关。防止和消除乳浊液现象的主要措施有：防止和消除乳浊液现象的主要措施有：避免过于激烈的振荡避免过于激烈的振荡 加入中性盐加入中性盐 加入有机稀释剂，如少量乙醇或异丙醇加入有机稀释剂，如少量乙醇或异丙醇 让乳浊液流过多孔物质让乳浊液流过多孔物质 改成连续萃取改成连续萃取混合混合：把萃取剂与废水进行充分接触，使溶质：把萃取剂与废水进行充分接触，使溶质从废水中转移到萃取剂中去；从废
33、水中转移到萃取剂中去；分离分离：使萃取相与萃余相分层分离；：使萃取相与萃余相分层分离；回收回收：从两相中回收萃取剂和溶质。：从两相中回收萃取剂和溶质。根据萃取剂与废水接触方式不同，萃取作根据萃取剂与废水接触方式不同，萃取作业可以分为业可以分为间歇式和连续式间歇式和连续式两种；两种；根据二者接触次数的不同，萃取流程可分根据二者接触次数的不同，萃取流程可分为为单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取。5 萃取流程的工艺选择 萃取剂与废水经一次充分混合接触，达萃取剂与废水经一次充分混合接触，达到平衡后即进行分相。到平衡后即进行分相。单级萃取流程的操作是单级萃取流程的操
34、作是间歇的间歇的，在一个，在一个设备装置中即可完成，主要用于实验室和设备装置中即可完成，主要用于实验室和生产规模不大的萃取过程。生产规模不大的萃取过程。单级萃取过程 MRS萃取液E3E21FSS4萃余液 R图115 单击萃取流程1混合器；2分层器；3萃取相分离设备；4萃余相分离设备静置分层静置分层振荡萃取振荡萃取萃取过程萃取过程 将多次萃取操作将多次萃取操作串联串联起来，实现废水与萃取起来，实现废水与萃取剂的逆流操作。剂的逆流操作。在萃取过程中废水和萃取剂分别由第一级和在萃取过程中废水和萃取剂分别由第一级和最后一级加入，萃取相和萃余相逆向流动，逐级最后一级加入，萃取相和萃余相逆向流动，逐级接触
35、传质，最终萃取相由进水端排出，萃余相从接触传质，最终萃取相由进水端排出，萃余相从萃取剂加入端排出。萃取剂加入端排出。这一过程可在混合沉降器中进行，也可在各这一过程可在混合沉降器中进行，也可在各种塔式设备中进行。该流程体现了逆流萃取种塔式设备中进行。该流程体现了逆流萃取传质传质推动力大、分离程度高、萃取剂用量少推动力大、分离程度高、萃取剂用量少的特点。的特点。“多级多效萃取多级多效萃取”多级逆流萃取过程 由单级萃取设备所得的萃余相中通常含由单级萃取设备所得的萃余相中通常含有较多的欲分离的溶质，为进一步萃取溶有较多的欲分离的溶质，为进一步萃取溶质，可将多个质，可将多个单级萃取设备串联单级萃取设备串
36、联起来，并起来，并在各级中均加入新鲜溶剂，组成多级错流在各级中均加入新鲜溶剂，组成多级错流萃取流程。萃取流程。在多级错流萃取流程中，由于在各级均在多级错流萃取流程中，由于在各级均加入新溶剂，萃取的加入新溶剂，萃取的传递推动力大，因而传递推动力大，因而萃取效果较好萃取效果较好，但是溶剂耗用量大，混合，但是溶剂耗用量大，混合萃取液中含有大量溶剂，溶质浓度低，溶萃取液中含有大量溶剂，溶质浓度低，溶剂回收费用高。剂回收费用高。多级错流萃取过程 E1FS123SSIIIEENE2R1R2RNRS图119 多级错流萃取流程（I,II溶剂回收设备）料液在第一级进行萃取后得萃余相料液在第一级进行萃取后得萃余相
37、R1继续在第二级用新鲜溶继续在第二级用新鲜溶剂萃取，一直到第剂萃取，一直到第N级得萃余相级得萃余相RN的浓度符合要求为止的浓度符合要求为止。轻液出口液液相界面重液入口填料轻液入口重液出口图1115 填料萃取塔连续接触逆流萃取通常在塔设连续接触逆流萃取通常在塔设备内进行，这类塔设备主要有备内进行，这类塔设备主要有填料塔和板式塔填料塔和板式塔，以填料塔为，以填料塔为例，一般适宜将润湿性较差和例，一般适宜将润湿性较差和黏度较大的液体作为分散相。黏度较大的液体作为分散相。连续接触逆流萃取过程 萃取法处理废水的一般流程 体系的特性，如稳定性、流动特性和分相的体系的特性，如稳定性、流动特性和分相的难易等；
38、难易等；完成特定分离任务的要求，如所需要的理论完成特定分离任务的要求，如所需要的理论级数；级数；处理量的大小；处理量的大小；厂房条件，如面积大小和厂房高度等；厂房条件，如面积大小和厂房高度等；设备投资大小和维修的难易；设备投资大小和维修的难易；设计和操作经验等等。设计和操作经验等等。6 萃取处理设备的选择考虑因素 逐级接触式萃取设备逐级接触式萃取设备：如混合澄清池，两相在：如混合澄清池，两相在混合器中充分混合，传质过程接近平衡，再进混合器中充分混合，传质过程接近平衡，再进入另一个澄清器进行两相的分离，此后，料液入另一个澄清器进行两相的分离，此后，料液相和萃取相分别进入相邻的接触级，实现多级相和
39、萃取相分别进入相邻的接触级，实现多级逆流操作；逆流操作；连续接触式萃取设备连续接触式萃取设备：两相在连续逆流流动过：两相在连续逆流流动过程中接触并进行传质，两相浓度连续地发生变程中接触并进行传质，两相浓度连续地发生变化，如各种柱式萃取设备（萃取塔）。化，如各种柱式萃取设备（萃取塔）。234重相1轻相重相轻相5图1116 混合澄清器1混合器；2搅拌器；3澄清器；4轻相溢出口；5重相液出口混合澄清器混合澄清器是一种单件组合式萃取设备，每一级均由一是一种单件组合式萃取设备，每一级均由一混合器与一澄清器组成，如图所示。该萃取设备的优点混合器与一澄清器组成，如图所示。该萃取设备的优点是可根据需要灵活增减
40、级数，既可连续操作也可间歇操是可根据需要灵活增减级数，既可连续操作也可间歇操作，作，级效率高，操作稳定，处理能力大，弹性大，结构级效率高，操作稳定，处理能力大，弹性大，结构简单简单；缺点是动力消耗大，占地面积大。；缺点是动力消耗大，占地面积大。单件组合式萃取设备单件组合式萃取设备塔式萃取设备塔式萃取设备1 1）填料塔：）填料塔：常用的填料由常用的填料由拉西环和弧鞍等，材料由陶拉西环和弧鞍等，材料由陶瓷、塑料和金属等。瓷、塑料和金属等。2 2）筛板塔：）筛板塔：3 3）转盘塔）转盘塔 对于两液相界面张对于两液相界面张力较大的物系，为改力较大的物系，为改善塔内的传质状况，善塔内的传质状况，需要从外
41、界输入机械需要从外界输入机械能来增大传质面积和能来增大传质面积和传热系数。转盘塔为传热系数。转盘塔为其中之一，如图所示其中之一，如图所示离心式萃取设备离心式萃取设备 离心萃取机离心萃取机结构结构紧凑，处理能力大，紧凑，处理能力大，能有效地强化萃取能有效地强化萃取过程，特别使用于过程，特别使用于其他萃取设备难以其他萃取设备难以处理的物系。处理的物系。能处能处理两相密度差小的理两相密度差小的体系，体系，缺点缺点是结构是结构复杂，造价高，能复杂，造价高，能耗大，使其应用受耗大，使其应用受到限制。到限制。萃取设备萃取设备 生产能力生产能力/m3/(m2h h)理论级数或级效率理论级数或级效率或理论级当
42、量高度或理论级当量高度典型应用典型应用混合澄清器混合澄清器喷淋塔喷淋塔填料塔填料塔筛板塔筛板塔转盘塔转盘塔离心萃取器离心萃取器变动范围大变动范围大1575645363604957595he=36mhe=1.56m对对HT100300mm时微时微30 3.412.5级级润滑油工艺，核燃料加工润滑油工艺，核燃料加工用氨水从用氨水从NaOH中萃取中萃取NaC1回收苯酚回收苯酚糠醛处理润滑油工艺糠醛处理润滑油工艺废水中脱酚废水中脱酚萃取设备的工业应用实例萃取设备的工业应用实例填料萃取塔填料萃取塔：结构简单，便结构简单，便于制造和安装。于制造和安装。随着新型填料随着新型填料的开发使填料的开发使填料萃取塔
43、的处理萃取塔的处理能力大幅度提能力大幅度提高，传质效率高，传质效率有所改善。有所改善。有机废水萃取处理的常用设备振动筛板萃取塔振动筛板萃取塔：通量大且效率较通量大且效率较高；由于筛孔大高；由于筛孔大且处于振动状态，且处于振动状态，易于处理含固体易于处理含固体的物料；适于处的物料；适于处理易乳化物系；理易乳化物系；结构简单，容易结构简单，容易放大；维修及操放大；维修及操作费用较低。作费用较低。混合澄清槽混合澄清槽：由混合室和澄清池组成，在生产过程中，由混合室和澄清池组成，在生产过程中，料液相和萃取相在混合室中借助于搅拌作料液相和萃取相在混合室中借助于搅拌作用而相互混合，进行传质，然后进入澄清用而
44、相互混合，进行传质，然后进入澄清室借助重力作用进行分离；级效率高、操室借助重力作用进行分离；级效率高、操作适应性强、制造简单；但萃取溶剂的存作适应性强、制造简单；但萃取溶剂的存留量大、水平安置占地面积大，每级都需留量大、水平安置占地面积大，每级都需要动力搅拌。要动力搅拌。离心萃取器离心萃取器：与混合澄清槽、萃取柱的差别是前者在离与混合澄清槽、萃取柱的差别是前者在离心力场中使密度不同又不互溶的两种液体心力场中使密度不同又不互溶的两种液体的混合液实现分相，而后两者都是在重力的混合液实现分相，而后两者都是在重力场中进行分相。场中进行分相。1、液液萃取在石油化工中的应用、液液萃取在石油化工中的应用分离
45、轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物 用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡以以HF-BF3作萃取剂，从作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体馏分中分离二甲苯及其同分异构体2、在生物化工和精细化工中的应用、在生物化工和精细化工中的应用 以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素 食品工业中食品工业中TBP从发酵液中萃取柠檬酸从发酵液中萃取柠檬酸 3、湿法冶金中的应用湿法
46、冶金中的应用用溶剂用溶剂LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜（五）溶剂萃取技术的应用（五）溶剂萃取技术的应用 有机羧酸类废水的萃取处理技术有机羧酸类废水的萃取处理技术有机酚类生产废水的萃取处理技术有机酚类生产废水的萃取处理技术有机磺酸类废水的萃取处理技术有机磺酸类废水的萃取处理技术有机胺类废水的萃取处理技术有机胺类废水的萃取处理技术带有两性官能团有机物废水的萃取处理带有两性官能团有机物废水的萃取处理4 有机废水络合萃取处理技术的应用乙酸废水、苯甲酸废水、柠檬酸废水、丁二酸、乙酸废水、苯甲酸废水、柠檬酸废水、丁二酸、乳酸废水等；乳酸废水等；如：染料中间
47、体如：染料中间体废母液的吐氏酸母液、废母液的吐氏酸母液、J酸母液和酸母液和H酸母液，可以采用酸母液，可以采用N235（烷基叔胺）（烷基叔胺）-煤油煤油-H2SO4-NaOH 的萃取的萃取反萃取体系，目前已有示反萃取体系，目前已有示范工程。该萃取反萃取体系对于多种染料及中范工程。该萃取反萃取体系对于多种染料及中间体具有广普性，可应用于其他染料与中间体废间体具有广普性，可应用于其他染料与中间体废液的资源化回收工艺中。液的资源化回收工艺中。有机羧酸类废水的萃取处理技术有机羧酸类废水的萃取处理技术常用常用萃取剂萃取剂N,N-二（二（r-甲基庚基）甲基庚基）-乙酰胺（简称乙酰胺（简称N503）或）或80
48、3号液体号液体树脂，稀释剂为液体煤油。这树脂，稀释剂为液体煤油。这种萃取剂因相平衡分配系数较小，单纯采用此法，种萃取剂因相平衡分配系数较小，单纯采用此法，不能使含酚废水达标排放，因此只能作为含酚废不能使含酚废水达标排放，因此只能作为含酚废水的生物处理的预处理。水的生物处理的预处理。QH型复合性萃取剂：由型复合性萃取剂：由N235与季胺盐与季胺盐N263为主为主体的复合性萃取剂，是一种高效体的复合性萃取剂，是一种高效广适性含酚废水广适性含酚废水萃取剂，其相平衡分配系数较大，可使任何浓度萃取剂，其相平衡分配系数较大，可使任何浓度的含酚废水达到排放标准。的含酚废水达到排放标准。酚类废水的萃取处理技术
49、酚类废水的萃取处理技术络合萃取法处理含酚废水的工艺流程络合萃取法处理含酚废水的工艺流程含铜废水：含铜废水：N510N510复合萃取剂、磺化煤油做复合萃取剂、磺化煤油做稀释剂，进行六级逆流萃取，含铜萃取相稀释剂，进行六级逆流萃取，含铜萃取相用硫酸进行反萃取。用硫酸进行反萃取。低浓度含汞废水的处理低浓度含汞废水的处理5 萃取法处理含重金属废水 膜分离过程与常规分离过程的交叉组膜分离过程与常规分离过程的交叉组合，是膜过程发展的一个新的动向，膜合，是膜过程发展的一个新的动向，膜萃取是这类新的膜过程的代表。萃取是这类新的膜过程的代表。膜萃取又称固定膜界面萃取，是膜过膜萃取又称固定膜界面萃取，是膜过程和液
50、液萃取相结合的新分离技术。膜程和液液萃取相结合的新分离技术。膜萃取的传质过程是在分隔料液相和萃取萃取的传质过程是在分隔料液相和萃取相的微孔膜表面进行的。相的微孔膜表面进行的。二、膜萃取法二、膜萃取法可以减少萃取剂在料液相中的夹带损失：可以减少萃取剂在料液相中的夹带损失：传统的萃取过程容易使溶剂流失、造成二传统的萃取过程容易使溶剂流失、造成二次污染或影响分离效果。次污染或影响分离效果。选择萃取剂时可以对其物性要求大大放宽，选择萃取剂时可以对其物性要求大大放宽，使一些高浓度的高效萃取剂付诸使用使一些高浓度的高效萃取剂付诸使用因为因为在膜萃取中，料液相和萃取相各自在膜两在膜萃取中，料液相和萃取相各自
