化工分離工程 第四章 萃取

1、TSHY4 液液萃取液液萃取4.1 液液萃取過程液液萃取過程4.2 液液相平衡液液相平衡4.3 萃取過程計算萃取過程計算4.4 萃取設備萃取設備4.5 萃取過程的新進展萃取過程的新進展TSHY4.1 液液萃取過程液液萃取過程n基本概念基本概念n 利用組分在兩個互不相溶的液相中的溶解度差而將其從一個液相轉移利用組分在兩個互不相溶的液相中的溶解度差而將其從一個液相轉移 到另一個液相的分離過程稱為液液萃取，也叫溶劑萃取，簡稱萃取。到另一個液相的分離過程稱為液液萃取，也叫溶劑萃取，簡稱萃取。n 待分離的一相稱為被萃相，萃取后成為萃余相，用做分離劑的相稱為待分離的一相稱為被萃相，萃取后成為萃余相，用做分

2、離劑的相稱為 萃取相。萃取相。n 萃取相中起萃取作用的組分稱為萃取劑，起溶劑作用的組分稱為稀釋萃取相中起萃取作用的組分稱為萃取劑，起溶劑作用的組分稱為稀釋 劑或溶劑。劑或溶劑。n 具有處理量大、分離效果好、回收率高、可連續(xù)操作以及自動控制具有處理量大、分離效果好、回收率高、可連續(xù)操作以及自動控制 等特點，因此得到了廣泛的應用。等特點，因此得到了廣泛的應用。TSHY4.1 液液萃取過程液液萃取過程n 煉油和石化工業(yè)中石油餾分的分離和精制，如烷烴和芳煉油和石化工業(yè)中石油餾分的分離和精制，如烷烴和芳烴的分離，潤滑油的精制等；烴的分離，潤滑油的精制等；n 濕法冶金：鈾等放射性元素、稀土、銅等有色金屬、

3、金濕法冶金：鈾等放射性元素、稀土、銅等有色金屬、金等貴金屬的分離和提取；等貴金屬的分離和提??；n 磷和硼等無機資源的提取和凈化；磷和硼等無機資源的提取和凈化；n 醫(yī)藥工業(yè)中的多種抗生素和生物堿的分離提?。会t(yī)藥工業(yè)中的多種抗生素和生物堿的分離提??；n 食品工業(yè)中有機酸的分離和凈化；食品工業(yè)中有機酸的分離和凈化；n 環(huán)保處理中有害物質的脫除等。環(huán)保處理中有害物質的脫除等。TSHY4.1.1 特點和主要研究內容特點和主要研究內容1. 液液萃取過程的特點液液萃取過程的特點 (1)萃取過程的傳質前提是兩個液相之間的相互接觸；萃取過程的傳質前提是兩個液相之間的相互接觸； (2)兩相的傳質過程是分散相液滴和

4、連續(xù)相之間相際傳質兩相的傳質過程是分散相液滴和連續(xù)相之間相際傳質 過程。過程。 (3)兩相間的有效分散是提高萃取效率的有效手段。兩相間的有效分散是提高萃取效率的有效手段。 (4)兩相的分離需借助兩相的密度差來實現(xiàn)。兩相的分離需借助兩相的密度差來實現(xiàn)。 (5)液液萃取過程可以在多種形式的裝置中通過連續(xù)或間液液萃取過程可以在多種形式的裝置中通過連續(xù)或間 歇的方式實現(xiàn)。歇的方式實現(xiàn)。TSHY4.1.1 特點和主要研究內容特點和主要研究內容2. 液液萃取的主要研究內容液液萃取的主要研究內容 (1)確定萃取體系確定萃取體系 包括被萃相體系和萃取相體系的包括被萃相體系和萃取相體系的構成，如被萃相的酸堿度、

5、萃取相的稀釋劑等。構成，如被萃相的酸堿度、萃取相的稀釋劑等。 (2)測定相平衡數(shù)據(jù)測定相平衡數(shù)據(jù) 分配系數(shù)和分離系數(shù)。分配系數(shù)和分離系數(shù)。 (3)確定工藝和操作條件確定工藝和操作條件 相比、萃取劑和稀釋劑相比、萃取劑和稀釋劑用量、被萃物濃度、萃取溫度等。用量、被萃物濃度、萃取溫度等。 (4)萃取流程的建立萃取流程的建立 完整的萃取和反萃流程。完整的萃取和反萃流程。 (5)設備的確定設備的確定 設備形式和結構。設備形式和結構。TSHY4.1.2 萃取劑的選擇和常用萃取劑萃取劑的選擇和常用萃取劑1. 萃取劑的選擇萃取劑的選擇 (1) 萃取劑應具備的特點萃取劑應具備的特點 萃取劑中至少要有一個能與被

6、萃物形成萃合物的萃取劑中至少要有一個能與被萃物形成萃合物的官能團。常見的萃取官能團通常是一些包含官能團。常見的萃取官能團通常是一些包含N、O、P、S的基團。的基團。 萃取劑中還應包含具有較強親油能力結構或基團，萃取劑中還應包含具有較強親油能力結構或基團，如長鏈烴、芳烴等，以利于萃取劑在稀釋劑中的溶解，如長鏈烴、芳烴等，以利于萃取劑在稀釋劑中的溶解，并防止被萃相對它的溶解夾帶損失。并防止被萃相對它的溶解夾帶損失。TSHY4.1.2 萃取劑的選擇和常用萃取劑萃取劑的選擇和常用萃取劑(2)萃取劑選擇要點萃取劑選擇要點 選擇性好選擇性好 表現(xiàn)為分離系數(shù)大。表現(xiàn)為分離系數(shù)大。 萃取容量大萃取容量大 表現(xiàn)

7、為單位體積或單位質量溶解萃合物多。表現(xiàn)為單位體積或單位質量溶解萃合物多。 化學穩(wěn)定性強化學穩(wěn)定性強 耐酸堿、抗氧化還原、耐熱、無腐蝕。耐酸堿、抗氧化還原、耐熱、無腐蝕。 易與原料液相分層易與原料液相分層 不乳化、不產生第三相。不乳化、不產生第三相。 易于反萃或分離易于反萃或分離 便于萃取劑的重復利用。便于萃取劑的重復利用。 安全性好安全性好 無毒或低毒、不易燃、難揮發(fā)、環(huán)保。無毒或低毒、不易燃、難揮發(fā)、環(huán)保。 經(jīng)濟性好經(jīng)濟性好 成本低、損耗小。成本低、損耗小。TSHY4.1.2 萃取劑的選擇和常用萃取劑萃取劑的選擇和常用萃取劑2. 常用萃取劑常用萃取劑 中性萃取劑中性萃取劑 包括含磷類、含氧類

8、和含硫類重型包括含磷類、含氧類和含硫類重型萃取劑，如磷酸三丁酯萃取劑，如磷酸三丁酯(TBP)、甲基異丁基酮、甲基異丁基酮(MIBK)、二辛基亞砜二辛基亞砜(DOSO)等。等。 有機酸萃取劑有機酸萃取劑 包括有機磷酸、有機磺酸、羧酸包括有機磷酸、有機磺酸、羧酸等。等。 胺類萃取劑胺類萃取劑 各種有機胺和胺鹽。各種有機胺和胺鹽。 螯合萃取劑螯合萃取劑 各種有機螯合物、冠醚等。各種有機螯合物、冠醚等。TSHY4.1.3 萃取過程中的常用名詞萃取過程中的常用名詞1. 分配比分配比n達到萃取平衡時，被萃物在兩相中的濃度比稱為被萃物的分配比，也達到萃取平衡時，被萃物在兩相中的濃度比稱為被萃物的分配比，也稱

9、為分配系數(shù)。稱為分配系數(shù)。n其中，其中， 為被萃物為被萃物A在萃取相（有機相）中的濃度；在萃取相（有機相）中的濃度； 為被萃物為被萃物A在被萃相（水相）中的濃度。在被萃相（水相）中的濃度。n分配比分配比D的值越大，被萃物越容易進入萃取相。的值越大，被萃物越容易進入萃取相。nD通常不是常數(shù)，要受萃取體系和萃取條件的影響，應根據(jù)實驗來測通常不是常數(shù)，要受萃取體系和萃取條件的影響，應根據(jù)實驗來測定；定；D=0，表示待萃取物完全不被萃取，表示待萃取物完全不被萃取，D=，表示完全被萃取。，表示完全被萃取。)()(aAoAccD )(oAc)(aAcTSHY4.1.3 萃取過程中的常用名詞萃取過程中的常用

10、名詞2. 相比相比n萃取體系中萃取相萃取體系中萃取相 與與 被萃相的體積比。被萃相的體積比。n在連續(xù)萃取過程中，通常用兩相的流比取代相比。在連續(xù)萃取過程中，通常用兩相的流比取代相比。 n 為萃取相流量，為萃取相流量， 為被萃相流量。為被萃相流量。)()(/aoVVR )(oV)(aVLGr/LGTSHY4.1.3 萃取過程中的常用名詞萃取過程中的常用名詞3. 分離系數(shù)分離系數(shù)n分離系數(shù)又稱為分離因子，表示被萃相中兩種物質可分離系數(shù)又稱為分離因子，表示被萃相中兩種物質可被某種萃取劑所分離的難易程度，它等于這兩種物質在被某種萃取劑所分離的難易程度，它等于這兩種物質在相同萃取條件下的分配比之比。相同

11、萃取條件下的分配比之比。n與相對揮發(fā)度一樣，分離系數(shù)值越遠離與相對揮發(fā)度一樣，分離系數(shù)值越遠離1，兩種物質越，兩種物質越容易分離；反之則不容易。容易分離；反之則不容易。BADD /TSHY4.2 液液相平衡液液相平衡略略TSHY4.3 萃取過程計算萃取過程計算4.3.1 萃取過程分析萃取過程分析 常用的工業(yè)萃取過程根據(jù)使用的設備通常分為逐級萃取過程和常用的工業(yè)萃取過程根據(jù)使用的設備通常分為逐級萃取過程和微分萃取過程。微分萃取過程。1. 逐級萃取過程逐級萃取過程 以多級混合澄清槽為萃取設備的連續(xù)萃取過程。特點是每一個以多級混合澄清槽為萃取設備的連續(xù)萃取過程。特點是每一個萃取級構成一個平衡級，萃取

12、級構成一個平衡級， 易實現(xiàn)過程分解、組合與控制。易實現(xiàn)過程分解、組合與控制。 2. 微分萃取過程微分萃取過程 以各種塔為萃取設備的連續(xù)萃取過程。特點是設備緊湊，操作以各種塔為萃取設備的連續(xù)萃取過程。特點是設備緊湊，操作簡單，結構形式選擇多；但易出現(xiàn)軸向返混，影響萃取效率。簡單，結構形式選擇多；但易出現(xiàn)軸向返混，影響萃取效率。TSHY4.3.2 逐級萃取過程逐級萃取過程1. 逐級萃取過程分析逐級萃取過程分析 (1)逆流萃取逆流萃取 (2)錯流萃取錯流萃取TSHY4.3.2 逐級萃取過程逐級萃取過程2. 逐級萃取過程的計算逐級萃取過程的計算(1)麥克凱貝麥克凱貝-賽爾圖解法賽爾圖解法n平衡線：平衡

13、線： 由萃取平衡實驗測得。由萃取平衡實驗測得。n操作線：操作線： 斜率斜率=L/G即，被萃相與萃取相的流量即，被萃相與萃取相的流量之比。之比。n萃取級數(shù)：階梯作圖法。萃取級數(shù)：階梯作圖法。TSHY4.3.2 逐級萃取過程逐級萃取過程 (2)逐級計算法逐級計算法n逐級計算法是逐級萃取過程的基本計算方法，特別是各逐級計算法是逐級萃取過程的基本計算方法，特別是各萃取級分配系數(shù)不同時，采用逐級計算法計算萃取過程所萃取級分配系數(shù)不同時，采用逐級計算法計算萃取過程所需理論級數(shù)和各級濃度分布是最常用和最穩(wěn)妥的方法。需理論級數(shù)和各級濃度分布是最常用和最穩(wěn)妥的方法。n在實際萃取過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)各級分配系數(shù)發(fā)生

14、變化在實際萃取過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)各級分配系數(shù)發(fā)生變化的情況，如用酸性萃取劑萃取電解質溶液中的金屬離子時，的情況，如用酸性萃取劑萃取電解質溶液中的金屬離子時，隨著金屬離子量的增加，被萃相中的隨著金屬離子量的增加，被萃相中的H+濃度會隨之增大，濃度會隨之增大，導致被萃相的酸度逐級增大，因而影響到被萃離子在兩相導致被萃相的酸度逐級增大，因而影響到被萃離子在兩相中的分配比。中的分配比。TSHY例例 4-2各級分配系數(shù)變化時的逐級計算各級分配系數(shù)變化時的逐級計算n水相料液水相料液(L)中含中含Cu2 +為為xf=2.5kg/m3，含，含H2SO4為為Hf=1.0kg/m3；有機相為含萃取劑；有機相為含萃

15、取劑(LIX64)10%的煤油溶液的煤油溶液(G)，由于是萃取反萃循環(huán)使用，其中殘留由于是萃取反萃循環(huán)使用，其中殘留Cu2+為為yf=0.075kg/m3；兩；兩相體積流比為相體積流比為G/L=60/75；要求經(jīng)多級逆流萃取后，萃余相中；要求經(jīng)多級逆流萃取后，萃余相中Cu2+的含量為的含量為x1=0.35kg/m3。計算流程所需的理論級數(shù)和逐級濃。計算流程所需的理論級數(shù)和逐級濃度分布。度分布。TSHY解例解例 4-2用用LIX64萃取水相硫酸銅中的萃取水相硫酸銅中的Cu2+反應式為：反應式為： 其中，其中，R代表代表LIX64。 在萃取過程中，當一個銅離子進入有機相，水相就會在萃取過程中，當一

16、個銅離子進入有機相，水相就會產生一個硫酸，因此，隨著萃取過程的進行，水相的酸產生一個硫酸，因此，隨著萃取過程的進行，水相的酸度會逐漸增大。度會逐漸增大。通過實驗測定該萃取體系中，在不同硫酸濃度下通過實驗測定該萃取體系中，在不同硫酸濃度下Cu2+在水相和有機相中的平衡曲線。在水相和有機相中的平衡曲線。4224SOHCuR2HRCuSOTSHY解例解例 4-2TSHY解例解例 4-2用用xi、yi分別表示水相和有機相中的分別表示水相和有機相中的Cu2+濃度，濃度，Hi代代表 水 相 中 硫 酸 的 濃 度 。 由 于表 水 相 中 硫 酸 的 濃 度 。 由 于 1 m o l C u2 +能 生

17、 成能 生 成1molH2SO4，根據(jù)它們的分子量比，相當于，根據(jù)它們的分子量比，相當于1kgCu2+可生成的可生成的H2SO4為：為：98/63.5=1.54kg。對對Cu2+做總物料衡算：做總物料衡算： 即：即： LxGyLxGyffN1GLxLxGyyffN/)(160/)7535.0755 .260075.0()(kg/m76.23TSHY對對H2SO4做總物料衡算：做總物料衡算：GyyLHLHfNf)(54.11LGyyHHfNf/)(54.1175/60)075.076.2(54.10 .1)(kg/m31.43解例解例 4-2TSHY解例解例 4-2逐級平衡計算逐級平衡計算n根據(jù)

18、萃取過程，第一級的有機相濃度應與水相濃度形成平衡，因此，根據(jù)萃取過程，第一級的有機相濃度應與水相濃度形成平衡，因此，由由x1和和H1，從平衡圖上查得，從平衡圖上查得y1=1.11kg/m3。n對第一級做物料衡算：對第一級做物料衡算： 計算計算x2和和H2得：得： 根據(jù)根據(jù)x2和和H2查平衡圖，得：查平衡圖，得：y2=2.24kg/m3.LxGyLxGyf112)(kg/m18.175/)60075.07535.06011.1 (32xGyyLHLHf)(54.1112)(kg/m04.375/60)075.011.1 (54.131.432HTSHY解例解例 4-2n對第二級做物料衡算：對第二

19、級做物料衡算： 計算計算x3和和H3得：得： 根據(jù)根據(jù)x3和和H3查平衡圖，得：查平衡圖，得：y3=2.76kg/m3。LxGyLxGy2231)(kg/m08.275/)6011.17518.16024.2(33xGyyLHLH)(54.11223)(kg/m65.175/60)11.124.2(54.104.333HTSHY解例解例 4-2n對第三級做物料衡算：對第三級做物料衡算： 計算計算x4和和H4得：得： 從計算結果可知，從計算結果可知，x4=xf、H4Hf，因此，該萃取過程只需三級平，因此，該萃取過程只需三級平衡萃取就能完成。衡萃取就能完成。LxGyLxGy3342)(kg/m50

20、.275/)6024.27508.26076.2(34xGyyLHLH)(54.12334)(kg/m01.175/60)24.276.2(54.165.134HTSHY4.3.2 逐級萃取過程逐級萃取過程 (3)代數(shù)公式法代數(shù)公式法n假設兩相不互溶，且被萃物在各平衡級的分配比假設兩相不互溶，且被萃物在各平衡級的分配比D相同。相同。n對第一級作物料衡算：對第一級作物料衡算：n按平衡關系，按平衡關系， ，代入上式整理得：，代入上式整理得： 令令 ， ，則有：，則有： 即：即：LxGyLxGyf21111Dxy LGDxyxxf/)(121DLGLGn 121xnyxxf121nyxxfTSHY4

21、.3.2 逐級萃取過程逐級萃取過程n對第二級作物料衡算：對第二級作物料衡算：n按平衡關系，按平衡關系， ，代入上式整理得：，代入上式整理得： 即：即： 將將x1表達式代入，得：表達式代入，得：LxGyLxGy132222Dxy 2312xnyxx1312nyxx2321)1 (nyxxfTSHY4.3.2 逐級萃取過程逐級萃取過程n同樣，對第三級作物料衡算可得：同樣，對第三級作物料衡算可得：n對第對第N級作物料衡算，得：級作物料衡算，得：322431)1 (nyxxfNNffNnyxx2121)1 (TSHY4.3.2 逐級萃取過程逐級萃取過程n用等比數(shù)列求和公式，且用等比數(shù)列求和公式，且 ，

22、則可得：，則可得：n對上式兩邊同時用對上式兩邊同時用xf相減：相減：n通分整理得：通分整理得：Dn111111NNfNffNfDyxxxx1/11NNffNfDyxxx111111111111NNfNfNNfNfNDyxnyxxTSHYn將兩邊同時用將兩邊同時用1相減：相減：n通分整理得：通分整理得：n于是可得到萃取所需要的理論級數(shù)為：于是可得到萃取所需要的理論級數(shù)為：n克萊姆賽克萊姆賽休特（休特（Kremser-Souder）方程式）方程式11/1NfffNDyxDyxlg111/lgDyxDyxNfNff11/111NNffNfDyxxx4.3.2 逐級萃取過程逐級萃取過程TSHY4.3.

23、2 逐級萃取過程逐級萃取過程3. 萃取效率的描述萃取效率的描述 (1)萃余率萃余率 (2)萃取率萃取率 (3)平均級效率平均級效率fNaxxafNfNfexxxxxx11NNEaexex1TSHY4.3.2 微分逆流萃取過程微分逆流萃取過程n采用類似于吸收原理和計算方法可采用類似于吸收原理和計算方法可得：得： (1)傳質單元高度傳質單元高度 (2)傳質單元數(shù)傳質單元數(shù) (3)總傳質高度總傳質高度 aAkLaxax)HTU(aAkGoyoy)HTU(12*)NTU(xxaxxxdx12*)NTU(yyoyyydyaxaxH)NTU()HTU(oyoyH)NTU()HTU(TSHY4.4 萃取設備

24、萃取設備4.4.1 4.4.1 萃取設備的分類萃取設備的分類TSHY4.4.2 萃取設備的選擇萃取設備的選擇 萃取設備的選擇除技術因萃取設備的選擇除技術因素外，還包括以下主要因素有：素外，還包括以下主要因素有： (1) 系統(tǒng)物性系統(tǒng)物性 (2) 處理量處理量 (3) 理論級數(shù)理論級數(shù) (4) 設備費用設備費用 (5) 生產場地生產場地 (6) 操作者素質操作者素質TSHY4.4.2 萃取設備的選擇萃取設備的選擇TSHY4.4.5 萃取流程和設備的設計萃取流程和設備的設計1. 流程的設計流程的設計 (1) 逐級萃取與反萃流程的組合逐級萃取與反萃流程的組合 TSHY4.4.5 萃取流程和設備的設計

25、萃取流程和設備的設計 (2) 微分萃取與反萃流程的組合微分萃取與反萃流程的組合TSHY4.4.5 萃取流程和設備的設計萃取流程和設備的設計 (3) 萃取與其他分離過程的結合萃取與其他分離過程的結合TSHY4.4.5 萃取流程和設備的設計萃取流程和設備的設計2. 設備的設計設備的設計 (1) 兩相的分散與聚并兩相的分散與聚并 分散區(qū)：通常情況下選擇被萃物濃度低的一相作為連續(xù)相分散區(qū)：通常情況下選擇被萃物濃度低的一相作為連續(xù)相先注入設備的分散區(qū)內，啟動分散機制后再同時通入分散相先注入設備的分散區(qū)內，啟動分散機制后再同時通入分散相和連續(xù)相。分散區(qū)的大小應滿足兩相實現(xiàn)要求傳質量的接觸和連續(xù)相。分散區(qū)的

26、大小應滿足兩相實現(xiàn)要求傳質量的接觸時間時間(停留時間停留時間)。分散相分散粒徑越小，傳質面積越大，但。分散相分散粒徑越小，傳質面積越大，但聚并將越困難。聚并將越困難。 聚并區(qū)：在分散區(qū)內完成傳質過程的兩相需要在相對平穩(wěn)聚并區(qū)：在分散區(qū)內完成傳質過程的兩相需要在相對平穩(wěn)的區(qū)域內進行聚并分相，以便于兩相分離。聚并區(qū)的大小應的區(qū)域內進行聚并分相，以便于兩相分離。聚并區(qū)的大小應滿足分散相完全遷移聚并的時間，并設置分散相的連續(xù)排出滿足分散相完全遷移聚并的時間，并設置分散相的連續(xù)排出機制。機制。TSHY4.4.5 萃取流程和設備的設計萃取流程和設備的設計 (2) 多級萃取或反萃設備多級萃取或反萃設備混合澄

27、清槽混合澄清槽 TSHY4.4.5 萃取流程和設備的設計萃取流程和設備的設計n設計要點設計要點 混合池容積混合池容積 與處理能力和相比有關，與兩相接觸時與處理能力和相比有關，與兩相接觸時間間(即達到萃取平衡的時間即達到萃取平衡的時間)有關。有關。 澄清池容積和長度澄清池容積和長度 與處理能力和兩相完全分層時與處理能力和兩相完全分層時間有關。間有關。 分散攪拌強度分散攪拌強度 與分散相的穩(wěn)定性與分散相的穩(wěn)定性(粘度、乳化性等粘度、乳化性等)有關。有關。 萃取級數(shù)萃取級數(shù) 與被萃物質的分配比、兩相的相比有關。與被萃物質的分配比、兩相的相比有關。 反萃級數(shù)反萃級數(shù) 與被萃物質的分配比、兩相的相比有關

28、。與被萃物質的分配比、兩相的相比有關。TSHY4.4.5 萃取流程和設備的設計萃取流程和設備的設計 (3) 微分萃取設備微分萃取設備轉盤萃取塔轉盤萃取塔振動篩板塔振動篩板塔TSHY4.4.5 萃取流程和設備的設計萃取流程和設備的設計設計要點設計要點 塔徑塔徑 與處理能力和相比有關。與處理能力和相比有關。 塔高塔高 與兩相接觸時間與兩相接觸時間(即達到萃取平衡的時間即達到萃取平衡的時間)有關，與被萃物質的分配比、兩相的相比有關。有關，與被萃物質的分配比、兩相的相比有關。 內構件內構件 與分散相的傳質特性和穩(wěn)定性與分散相的傳質特性和穩(wěn)定性(粘度、粘度、乳化性等乳化性等)有關。有關。 反萃方式反萃方

29、式 與萃取相性質有關，與萃合物性質有與萃取相性質有關，與萃合物性質有關。關。TSHY4.5 萃取過程新進展萃取過程新進展n4.5.1 4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取 n4.5.2 4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取n4.5.3 4.5.3 雙水相萃取雙水相萃取TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取1. 概述概述n什么是超臨界流體：物質在的溫什么是超臨界流體：物質在的溫度和壓力分別超過其臨界溫度度和壓力分別超過其臨界溫度(Tc)和臨界壓力和臨界壓力(pc)時形成的流體時形成的流體(SCF)。n處于臨界點狀態(tài)的物質可實現(xiàn)液處于臨界點狀態(tài)的物質可實現(xiàn)液態(tài)到氣態(tài)的連續(xù)過渡，兩相相界面

30、態(tài)到氣態(tài)的連續(xù)過渡，兩相相界面消失，汽化熱為零。消失，汽化熱為零。n超過臨界點的物質，無論加多大超過臨界點的物質，無論加多大的壓力都不會液化，而只會引起密的壓力都不會液化，而只會引起密度變化。度變化。TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取2. 超臨界流體萃取的基本原理超臨界流體萃取的基本原理超臨界流體的基本性質超臨界流體的基本性質流體流體密度密度(g/cm(g/cm3 3) )粘度粘度( (Pa.sPa.s) )擴散系數(shù)擴散系數(shù)(cm(cm2 2/s)/s)常壓氣體常壓氣體15-3015-30(0.62) 10-3(13) 10-50.10.4臨界流體臨界流體TcTc，PcPc0.2

31、0.5(13) 10-50.7 10-3超超臨界流體臨界流體TcTc，4Pc4Pc0.40.9(39) 10-50.2 10-3常壓液體常壓液體15-3015-300.61.6(0.23) 10-3(0.22) 10-5TSHY常用的超臨界流體常用的超臨界流體流體流體臨界溫度臨界溫度臨界壓力臨界壓力MPa流體流體臨界溫度臨界溫度臨界壓力臨界壓力MPa乙烯乙烯9.255.04乙烷乙烷32.254.88三氟三氟甲烷甲烷26.154.86一一氧化氧化二氮二氮36.57.24三氟三氟-氯氯甲烷甲烷28.83.87丙烯丙烯91.84.60二氧化碳二氧化碳31.047.38丙烷丙烷96.64.25TSHY

32、4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取3. 超臨界流體萃取的原則流程超臨界流體萃取的原則流程 (1) 代表性流程代表性流程a. 變壓萃取分離流程變壓萃取分離流程(等溫法等溫法)TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取3. 超臨界流體萃取的原則流程超臨界流體萃取的原則流程 (1) 代表性流程代表性流程b. 變溫萃取分離流程變溫萃取分離流程(等壓法等壓法)TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取3. 超臨界流體萃取的原則流程超臨界流體萃取的原則流程 (1) 代表性流程代表性流程c. 吸附萃取分離流程吸附萃取分離流程(吸附法吸附法)TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取3

33、. 超臨界流體萃取的原則流程超臨界流體萃取的原則流程 (1) 代表性流程代表性流程d. 稀釋萃取分離流程稀釋萃取分離流程(惰性氣體法惰性氣體法)TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取3. 超臨界流體萃取的原則流程超臨界流體萃取的原則流程 (2) 典型過程分析典型過程分析TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取4. 超臨界流體萃取的工業(yè)應用超臨界流體萃取的工業(yè)應用 (1) 天然產物的萃取天然產物的萃取液相萃取液相萃取固相萃取固相萃取TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取4. 超臨界流體萃取的工業(yè)應用超臨界流體萃取的工業(yè)應用 (2) ROSE脫瀝青過程脫瀝青過程TSHY

34、4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取4. 超臨界流體萃取的工業(yè)應用超臨界流體萃取的工業(yè)應用 (3) 重烴油加氫轉化過程重烴油加氫轉化過程TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取5. 超臨界流體萃取裝置超臨界流體萃取裝置TSHY4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取6 . 超臨界流體萃取的特點超臨界流體萃取的特點n優(yōu)點：優(yōu)點：用超臨界流體萃取具有與液體相近的溶解能力，比液用超臨界流體萃取具有與液體相近的溶解能力，比液體溶劑滲透快，滲透深，能更快達到萃取平衡。體溶劑滲透快，滲透深，能更快達到萃取平衡。操作參數(shù)主要為壓力和溫度，比較容易控制。操作參數(shù)主要為壓力和溫度，比較容易控制。超臨

35、界流體萃取集精餾和液液萃取特點于一體，可能超臨界流體萃取集精餾和液液萃取特點于一體，可能分離一些常規(guī)方法難以分離的物系。分離一些常規(guī)方法難以分離的物系。超臨界流體可在常溫下操作，故特別適合于熱敏性、超臨界流體可在常溫下操作，故特別適合于熱敏性、易氧化物質的提取和分離。易氧化物質的提取和分離。TSHYn缺點：缺點：高壓下萃取，相平衡較復雜，物性數(shù)據(jù)缺乏；高壓下萃取，相平衡較復雜，物性數(shù)據(jù)缺乏；高壓裝置與高壓操作，投資費用高，安全要求也高；高壓裝置與高壓操作，投資費用高，安全要求也高；超臨界流體中溶質濃度相對還是較低，故需大量溶劑超臨界流體中溶質濃度相對還是較低，故需大量溶劑循環(huán)；循環(huán)；超臨界流體

36、萃取過程固體物料居多，連續(xù)化生產較困超臨界流體萃取過程固體物料居多，連續(xù)化生產較困難。難。4.5.1 超臨界流體萃取超臨界流體萃取TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取1. 反膠束和反膠束系統(tǒng)反膠束和反膠束系統(tǒng)n反膠束是表面活性劑在有機溶劑中自發(fā)形成的納米尺度的一種聚集反膠束是表面活性劑在有機溶劑中自發(fā)形成的納米尺度的一種聚集體。體。(1)反膠束的形成反膠束的形成n表面活性劑通常都有一個親水的極性頭和疏水的非極性尾。當表面表面活性劑通常都有一個親水的極性頭和疏水的非極性尾。當表面活性劑在有機溶劑中的濃度超過其臨界膠束濃度后，其疏水的非極性活性劑在有機溶劑中的濃度超過其臨界膠束濃度后，其疏水的

37、非極性尾向外伸入有機溶劑主體中，親水的極性頭則自發(fā)向內聚集排列成一尾向外伸入有機溶劑主體中，親水的極性頭則自發(fā)向內聚集排列成一個極性核。核中的空間具有溶解水和大分子的能力，稱為池個極性核。核中的空間具有溶解水和大分子的能力，稱為池(pool)。n表面活性劑的臨界膠束濃度表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)可通過表面活性劑手冊查得，通可通過表面活性劑手冊查得，通常在常在110-4110-3mol/L范圍。范圍。TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取 (1)反膠束的形成反膠束的形成親水極親水極性頭性頭疏水非疏水非極性尾極性尾可游離可游離離子離子一種陰離子型一種陰離子型表面活性劑表面活性劑poolT

38、SHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取 (2)反膠束溶液的性質反膠束溶液的性質 反膠束溶液是透明的、熱力學穩(wěn)定的系統(tǒng)。反膠束溶液是透明的、熱力學穩(wěn)定的系統(tǒng)。 反膠束溶液體系的特性受表面活性劑結構、溶劑種類、溫度和反膠束溶液體系的特性受表面活性劑結構、溶劑種類、溫度和壓力等因素有關。壓力等因素有關。 反膠束中心約束的水量通常用束水比來表示，即：反膠束中心約束的水量通常用束水比來表示，即：Wo=約束約束水摩爾數(shù)水摩爾數(shù)/表面活性劑摩爾數(shù)表面活性劑摩爾數(shù)。 Wo值與表面活性劑和溶劑的種類、助表面活性劑、水相中鹽的值與表面活性劑和溶劑的種類、助表面活性劑、水相中鹽的種類和濃度等有關。種類和濃度等有關。

39、 反膠束中心池的大小可在一定范圍內變化，當反膠束中心池的大小可在一定范圍內變化，當Wo值超過一定限值超過一定限度后，反膠束將發(fā)生破裂，溶液將變渾濁。度后，反膠束將發(fā)生破裂，溶液將變渾濁。TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取2. 常見的反膠束系統(tǒng)常見的反膠束系統(tǒng)TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取3. 反膠束萃取原理反膠束萃取原理TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取4. 影響反膠束萃取的主要因素影響反膠束萃取的主要因素(1)與反膠束有關的因素與反膠束有關的因素n 表面活性劑的種類、濃度，有機溶劑的種類，助表面活性劑及表面活性劑的種類、濃度，有機溶劑的種類，助表面活性劑及其濃度。其濃度

40、。(2)與水相有關的因素與水相有關的因素n pH值，離子種類，離子強度。值，離子種類，離子強度。(3)與萃取物有關的因素與萃取物有關的因素n 分子大小，濃度，電荷情況等。分子大小，濃度，電荷情況等。(4)與環(huán)境有關的因素與環(huán)境有關的因素n 系統(tǒng)溫度、壓力等。系統(tǒng)溫度、壓力等。TSHY4.5.2 反膠束萃取反膠束萃取5. 反膠束萃取技術的應用反膠束萃取技術的應用(1)分離蛋白質混合物分離蛋白質混合物n 如用二烷基磷酸鹽如用二烷基磷酸鹽/異辛烷反膠束溶液萃取分離溶菌酶和肌紅蛋白。異辛烷反膠束溶液萃取分離溶菌酶和肌紅蛋白。(2)濃縮濃縮-淀粉酶淀粉酶n 如用如用TOMAC/異辛烷反膠束溶液萃取水相中的異辛烷反膠束溶液萃取水相中的-淀粉酶，以實現(xiàn)淀粉酶，以實現(xiàn)-淀淀粉酶的濃縮。粉酶的濃縮。(3)直接提取細胞內酶直接提取細胞內酶n 如用如用CTAB/己醇己醇-辛烷反膠束溶液直接從棕色固氮菌