萃取利用化合物在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同,使化合物从种溶剂内转移到另外种溶剂中。经过反复多次萃取,将大分的化合物提取出来的方法。
基本简介
萃取(Extraction)利用化合物在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同,使化合物从种溶剂内转移到另外种溶剂中。经过反复多次萃取,将大分的化合物提取出来的方法。萃取又称溶剂萃取或液液萃取(以区别于固液萃取,即浸取),亦称抽提(通用于石油炼制业),是种用液态的萃取剂处理与之不互溶的双组分或多组分溶液,实现组分分离的传质分离过程,是种广泛应用的单元操作。
基本原理
利用化合物在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同,使化合物从种溶剂内转移到另外种溶剂中。经过反复多次萃取,将大分的化合物提取出来。
分配定律是萃取方法理论的主要依据,物质对不同的溶剂有着不同的溶解度。同时,在两种互不相溶的溶剂中,加入某种可溶性的物质时,它能分别溶解于两种溶剂中,实验证明,在定温度下,该化合物与此两种溶剂不发生分解、电解、缔合和溶剂化等作用时,此化合物在两液层中之比是个定值。不论所加物质的量是多少,都是如此。属于物理变化。用公式表示。
CA/CB=K
CA.CB分别表示种化合物在两种互不相溶地溶剂中的量浓度。K是个常数,称为“分配系数”。
有机化合物在有机溶剂中般比在水中溶解度大。用有机溶剂提取溶解于水的化合物是萃取的典型实例。在萃取时,若在水溶液中加入定量的电解质(如氯化钠),利用“盐析效应”以降低有机物和萃取溶剂在水溶液中的溶解度,常可提萃取效果。
要把所需要的化合物从溶液中萃取出来,通常萃取次是不够的,重复萃取数次。利用分配定律的关系,可以算出经过萃取后化合物的剩余量。
设:V为原溶液的体积
w0为萃取前化合物的总量
w1为萃取次后化合物的剩余量
w2为萃取二次后化合物的剩余量
wn为萃取n次后化合物的剩余量
S为萃取溶液的体积
经次萃取,原溶液中该化合物的浓度为w1/V;而萃取溶剂中该化合物的浓度为(w0-w1)/S;两者之比等于K,即:
w1/V =K w1=w0 KV
(w0-w1)/S KV+S
同理,经二次萃取后,则有
w2/V =K 即
(w1-w2)/S
w2=w1 KV =w0 KV
KV+S KV+S
因此,经n次提取后:
wn=w0 ( KV )
KV+S
当用定量溶剂时,希望在水中的剩余量越少越好。而上式KV/(KV+S)总是小于1,所以n越大,wn就越小。也就是说把溶剂分成数次作多次萃取比用量的溶剂作次萃取为好。但应该注意,上面的公式适用于几乎和水不相溶的溶剂,例如苯,四氯化碳等。而与水有少量互溶地溶剂等,上面公式只是近似的。但还是可以定性地出预期的结果。
仪器:分液漏斗
常见萃取剂:水, 苯 ,四氯化碳,汽油,直馏汽油。
要求: 萃取剂和原溶剂互不混溶 。
萃取剂和溶质互不发生反应 。
溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度 。
相关规律:有机溶剂易溶于有机溶剂,性溶剂易溶于性溶剂,反之亦然。
方法介绍
向待分离溶液(料液)中加入与之不相互溶解(至多是分互溶)的萃取剂,形成共存的两个液相。利用原溶剂与萃取剂对各组分的溶解度(包括经化学反应后的溶解)的差别,使它们不等同地分配在两液相中,然后通过两液相的分离,实现组分间的分离。如碘的水溶液用四氯化碳萃取,几乎所有的碘都移到四氯化碳中,碘得以与大量的水分开。
基本的操作是单萃取。它是使料液与萃取剂在混合过程中密切接触,让被萃组分通过相际界面入萃取剂中,直到组分在两相间的分配基本达到平衡。然后静置沉降,分离成为两层液体,即由萃取剂转变成的萃取液和由料液转变成的萃余液。单萃取达到相平衡时,被萃组分B的相平衡比
单萃取对给定组分所能达到的萃取率(被萃组分在萃取液中的量与原料液中的初始量的比值)较低,往往不能满足艺要求,为了提萃取率,可以采用多种方法:①多错流萃取。料液和各萃余液都与新鲜的萃取剂接触,可达较萃取率。但萃取剂用量大,萃取液平均浓度低。②多逆流萃取。料液与萃取剂分别从联(或板式塔)的两端加入,在间作逆向流动,后成为萃余液和萃取液,各自从另端离去。料液和萃取剂各自经过多次萃取,因而萃取率较,萃取液中被萃组分的浓度也较,这是业萃取常用的流程。③连续逆流萃取。在微分接触式萃取塔(见萃取设备)中,料液与萃取剂在逆向流动的过程中行接触传质,也是常用的业萃取方法。料液与萃取剂之中,密度大的称为重相,密度小的称为轻相。轻相自塔底入,从塔溢出;重相自塔加入,从塔底导出。萃取塔操作时,种充满塔的液相,称连续相;另液相通常以液滴形式分散于其中,称分散相。分散相液体塔时即行分散,在离塔前凝聚分层后导出。料液和萃取剂两者之中以何者为分散相,须兼顾塔的操作和艺要求来选定。此外,还有能达到更分离程度的回流萃取和分萃取反萃取
反萃取(stripping)是用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程。为萃取的逆过程。
点及作用
反萃取是萃取的逆过程,业上用来重复使用萃取剂可提取被萃取物质,
反萃取过程具有简单、便于操作和周期短的点,是溶剂萃取分离艺流程中的个重要环节。反萃取可将有机相中各个被萃组分逐个反萃到水相,使被分离组分得到分离;也可次将有机相中被萃组分反萃到水相。经过反萃取及所得反萃液经过步处理后,便得到被分离物的成品。反萃后经洗涤不含或少含萃合物的有机相称再生有机相,继续循环使用。湿法冶金常用的反萃取剂主要有无机酸如H2S04、HN03、HCl及无机碱如Na0H、NH40H、Na2C03等。反萃取剂主要起破坏有机相中被萃组分结构的作用,使被萃组分生成易溶于水的化合物,或生成既不溶于水也不溶于有机相的沉淀。