第八章萃取過程與設(shè)備課件

第八章萃取過程與設(shè)備第八章萃取過程與設(shè)備1一、萃取概述1、定義利用物質(zhì)溶解于某種液體的一種提取方法，將選定的溶劑加入到混合物中，因混合物中各組分在同種溶劑中溶解度的差異，可將所需的組分加以分離出來，這個操作過程叫萃取。2、分類液-固萃?。阂?液萃?。撼R界流體萃?。阂?、萃取概述23、特點①傳質(zhì)速度快，生產(chǎn)周期短，便于連續(xù)操作，容易實現(xiàn)自動控制；②分離效率高，生產(chǎn)能力大；③能量消耗少，設(shè)備投資費用不高；④采用多級萃取可使產(chǎn)品達到較高純度，便于下一步處理，減少后工序的設(shè)備和操作費用3、特點3二、液—液萃取1、原理根據(jù)溶質(zhì)在互不相溶或部分互溶的兩種溶劑中溶解度不同，達到對混合物的分離。二、液—液萃取42、基本概念

料液：萃取劑：溶質(zhì)：稀釋劑：萃取相：萃余相：2、基本概念53、萃取步驟混合---得到乳濁液分離---得到萃取相，萃余相溶劑回收---分離萃取劑和溶質(zhì)4、萃取劑的選擇（1）溶劑的分配系數(shù)K=溶質(zhì)在萃取相中的濃度/溶質(zhì)在萃余相中的濃度

K越大溶質(zhì)在萃取相中的濃度越大，也就越容易被萃?。?）稀釋劑與萃取劑的互溶度選擇具有較小互溶度的萃取劑3、萃取步驟6（3）萃取劑回收的難易與經(jīng)濟性

考慮相對揮發(fā)度或汽化熱（4）萃取劑的其它物性①要求萃取劑與被分離混合物有較大的密度差②界面張力要適中③萃取劑的粘度低，有利于兩相的混合與分層④完全不和被處理的物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)⑤具有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，無毒或毒性小，價廉易得等

（3）萃取劑回收的難易與經(jīng)濟性75、液液萃取適用范圍（1）原料液中各組分間的沸點非常接近，采用蒸餾方法很不經(jīng)濟；（2）料液在蒸餾時形成恒沸物，用普通蒸餾方法不能達到所需的純度；（3）原料液中需分離的組分含量很低且為難揮發(fā)組分，若采用蒸餾方法須將大量稀釋劑汽化，能耗較大；（4）原料液中需分離的組分是熱敏性物質(zhì)，蒸餾時易于分解、聚合或發(fā)生其它變化。5、液液萃取適用范圍8三、液—液萃取流程與設(shè)備（一）萃取流程1、單級萃取將萃取劑加入原料液中只萃取一次的操作方式叫單級萃取特點：單級萃取溶液達一次平衡，故分離程度不高，只適用于溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度很大或溶質(zhì)萃取率要求不高的場合。2、多級萃?。涸辖?jīng)過多個串聯(lián)的萃取器，并在每個萃取器中進行萃取操作，這種萃取方式叫多級萃取。三、液—液萃取流程與設(shè)備9（1）、多級錯流萃取原料液依次通過各級，新鮮溶劑則分別加入各級混合器中，前級的萃余相為后級的原料，傳質(zhì)推動力大特點：萃取率比較高，但萃取劑用量較大，溶劑回收處理量大，能耗較大。（1）、多級錯流萃取10第八章萃取過程與設(shè)備課件11（2）、多級逆流萃取在第一級中加入料液，并逐漸向下一級移動，而在最后一級中加入萃取劑，并逐漸向前一級移動，料液移動的方向和萃取劑移動的方向相反。

萃取相Extract萃取劑Solvent料液Feed萃余相Raffinate123N（2）、多級逆流萃取萃取相萃取劑料液萃余相123N12特點：可用較少的萃取劑獲得比較高的萃取率，工業(yè)上廣泛采用。第八章萃取過程與設(shè)備課件13（二）萃取設(shè)備萃取操作的設(shè)備包括混合設(shè)備和分離設(shè)備兩類及兼有混合和分離兩種功能的設(shè)備。1、混合設(shè)備傳統(tǒng)的混合設(shè)備是攪拌罐，利用攪拌漿將料液和萃取劑相混和。其缺點為間歇操作，停留時間較長，傳質(zhì)效率較低。較新的混合設(shè)備有下列三種。（二）萃取設(shè)備14（1）混合管一般為S形長管，萃取劑和料液從一端導(dǎo)入，混合體系從另一段導(dǎo)出；管內(nèi)流體必須呈完全湍流狀態(tài)。萃取的效率比攪拌罐高，連續(xù)操作。（1）混合管15（2）噴嘴式混合器原理：利用工作流體在一定壓力下經(jīng)過噴嘴以高速度射出，當(dāng)流體流至噴嘴時速度增大，壓力降低產(chǎn)生真空，這樣就將第二種液體吸入達到混合目的。適用于兩液相易分散的情況優(yōu)點是體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。（2）噴嘴式混合器16（3）靜態(tài)混合器在混合管內(nèi)安裝正反螺旋相間隔的混合螺旋片元件，流體流動時，由于螺旋片作用，流體時而左旋時而右旋，混合效果較好。適用于高黏度及黏度差較大的體系。（3）靜態(tài)混合器172、分離設(shè)備（1）管式離心機P115分離乳濁液的原理：轉(zhuǎn)鼓由轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)，從下部進入的乳濁液自下向上流動過程中，由于密度的差異，沿軸形成內(nèi)外兩層，外層為重液，內(nèi)層為輕液，重液和輕液從頂部各自的溢流口排出（2）碟片式離心機P116工作原理：碟片上開有小孔，乳濁液通過小孔流到碟片的間隙。在離心力作用下，重液沿碟片斜面沉降，并向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁移動；輕液沿碟片向上移動，輕液和重液匯集后由各自的排出口排出。2、分離設(shè)備183、離心萃取機（1）多級離心萃取機：如三級離心萃取器：有三級混合和分離裝置；每一級分三段，分別為混合、分離和引出區(qū)；萃取分離效果好；處理量較小重液：料液—萃余相輕液：萃取劑—萃取相3、離心萃取機19（2）連續(xù)逆流離心萃取機臥式離心萃取機：工作原理：萃取機中有一個可水平轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有許多層同心圓筒，每層筒面都均勻開有許多小孔；輕液由外層的同心圓筒進入，重液由內(nèi)層的圓筒進入，轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使重液由里向外，輕液由外向里流動，進行連續(xù)的逆流接觸，最后由外層排出萃余相，由內(nèi)層排出萃取相（2）連續(xù)逆流離心萃取機20立式離心萃取機的結(jié)構(gòu)及工作原理P115：

每個筒均在一端開孔，單數(shù)筒的孔在下端，雙數(shù)筒在上端；圓筒外壁焊有螺旋形的鋼帶，將筒與筒之間的環(huán)形空間分隔成螺旋形通道；在轉(zhuǎn)鼓的兩端各有輕重液的進出口，重液進入轉(zhuǎn)鼓后，沿螺旋形通道由內(nèi)向外順次進入各筒，最后由重液出口排出；輕液由主軸底部進入后，從中心管流至轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，由外向內(nèi)沿螺旋通道依次流過各筒，最后經(jīng)出口排出。立式離心萃取機的結(jié)構(gòu)及工作原理P115：21四、超臨界萃取1、臨界溫度Tc臨界壓力Pc2、超臨界流體（SCF）

超臨界流體是指超過臨界溫度與臨界壓力狀態(tài)的流體

超臨界流體是介于氣液之間的一種既非氣態(tài)又非液態(tài)的物態(tài)，這種物質(zhì)只能在其溫度和壓力超過臨界點時才能存在。PSCFGLST四、超臨界萃取PSCFGLST223、超臨界流體特質(zhì)①具有接近液體的密度和類似液體的溶解能力--萃取能力強②具有接近氣體的黏度和擴散速度--傳質(zhì)性能好③在臨界點附近，壓力和溫度的微小變化可對溶劑的密度、擴散系數(shù)、表面張力、黏度、溶解度等帶來明顯的變化。④超臨界狀態(tài)下的流體對溶質(zhì)的溶解度大大地增加了4、超臨界流體萃取基本思路：

利用超臨界流體特殊性質(zhì)，使之在高壓條件下與待分離的固體或液體混合物進行接觸，萃取出目的產(chǎn)物，然后通過降壓或升溫的辦法降低超臨界流體密度，從而使萃取物得到分離3、超臨界流體特質(zhì)235、超臨界流體萃取工藝流程超臨界流體萃取過程基本上是由萃取階段與分離階段所組成的。5、超臨界流體萃取工藝流程24

分離方法基本上可分為下列三種：（1）等溫法：在一定溫度下，使超臨界流體和溶質(zhì)減壓，經(jīng)膨脹、分離，溶質(zhì)經(jīng)分離槽下部取出，超臨界流體經(jīng)壓縮機返回萃取槽循環(huán)使用。（2）等壓法：經(jīng)加熱、升溫使氣體和溶質(zhì)分離，從分離槽下部取出萃取物，超臨界流體經(jīng)冷卻、壓縮后返回萃取槽循環(huán)使用。（3）吸附法：在分離槽中，萃取相中的溶質(zhì)被吸附劑吸附，超臨界流體經(jīng)壓縮后返回萃取槽循環(huán)使用。分離方法基本上可分為下列三種：25第八章萃取過程與設(shè)備課件26

超臨界流體萃取法

液體溶劑萃取法可選擇萃取揮發(fā)性小的物質(zhì)，生成超臨界相在要分離的原料中加入溶劑形成二相萃取能力由T、P控制萃取能力由溫度及混合溶劑濃度控制，壓力無影響在常溫，高壓（5~30MPa）下操作，可處理對熱不穩(wěn)定的物質(zhì)都在常溫、常壓下進行溶質(zhì)、溶劑易于分離，改變壓力溫度即可溶質(zhì)與溶劑分離常用蒸餾法，存在對熱穩(wěn)定性問題粘度小，擴散系數(shù)大，易達到相平衡擴散系數(shù)小，有時粘度相當(dāng)高超臨界相溶質(zhì)濃度小萃取相為液相，溶質(zhì)濃度一般較高超臨界流體萃取法液體溶劑萃取法可選擇27第八章萃取過程與設(shè)備第八章萃取過程與設(shè)備28一、萃取概述1、定義利用物質(zhì)溶解于某種液體的一種提取方法，將選定的溶劑加入到混合物中，因混合物中各組分在同種溶劑中溶解度的差異，可將所需的組分加以分離出來，這個操作過程叫萃取。2、分類液-固萃?。阂?液萃?。撼R界流體萃?。阂?、萃取概述293、特點①傳質(zhì)速度快，生產(chǎn)周期短，便于連續(xù)操作，容易實現(xiàn)自動控制；②分離效率高，生產(chǎn)能力大；③能量消耗少，設(shè)備投資費用不高；④采用多級萃取可使產(chǎn)品達到較高純度，便于下一步處理，減少后工序的設(shè)備和操作費用3、特點30二、液—液萃取1、原理根據(jù)溶質(zhì)在互不相溶或部分互溶的兩種溶劑中溶解度不同，達到對混合物的分離。二、液—液萃取312、基本概念

料液：萃取劑：溶質(zhì)：稀釋劑：萃取相：萃余相：2、基本概念323、萃取步驟混合---得到乳濁液分離---得到萃取相，萃余相溶劑回收---分離萃取劑和溶質(zhì)4、萃取劑的選擇（1）溶劑的分配系數(shù)K=溶質(zhì)在萃取相中的濃度/溶質(zhì)在萃余相中的濃度

K越大溶質(zhì)在萃取相中的濃度越大，也就越容易被萃?。?）稀釋劑與萃取劑的互溶度選擇具有較小互溶度的萃取劑3、萃取步驟33（3）萃取劑回收的難易與經(jīng)濟性

考慮相對揮發(fā)度或汽化熱（4）萃取劑的其它物性①要求萃取劑與被分離混合物有較大的密度差②界面張力要適中③萃取劑的粘度低，有利于兩相的混合與分層④完全不和被處理的物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)⑤具有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，無毒或毒性小，價廉易得等

（3）萃取劑回收的難易與經(jīng)濟性345、液液萃取適用范圍（1）原料液中各組分間的沸點非常接近，采用蒸餾方法很不經(jīng)濟；（2）料液在蒸餾時形成恒沸物，用普通蒸餾方法不能達到所需的純度；（3）原料液中需分離的組分含量很低且為難揮發(fā)組分，若采用蒸餾方法須將大量稀釋劑汽化，能耗較大；（4）原料液中需分離的組分是熱敏性物質(zhì)，蒸餾時易于分解、聚合或發(fā)生其它變化。5、液液萃取適用范圍35三、液—液萃取流程與設(shè)備（一）萃取流程1、單級萃取將萃取劑加入原料液中只萃取一次的操作方式叫單級萃取特點：單級萃取溶液達一次平衡，故分離程度不高，只適用于溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度很大或溶質(zhì)萃取率要求不高的場合。2、多級萃取：原料經(jīng)過多個串聯(lián)的萃取器，并在每個萃取器中進行萃取操作，這種萃取方式叫多級萃取。三、液—液萃取流程與設(shè)備36（1）、多級錯流萃取原料液依次通過各級，新鮮溶劑則分別加入各級混合器中，前級的萃余相為后級的原料，傳質(zhì)推動力大特點：萃取率比較高，但萃取劑用量較大，溶劑回收處理量大，能耗較大。（1）、多級錯流萃取37第八章萃取過程與設(shè)備課件38（2）、多級逆流萃取在第一級中加入料液，并逐漸向下一級移動，而在最后一級中加入萃取劑，并逐漸向前一級移動，料液移動的方向和萃取劑移動的方向相反。

萃取相Extract萃取劑Solvent料液Feed萃余相Raffinate123N（2）、多級逆流萃取萃取相萃取劑料液萃余相123N39特點：可用較少的萃取劑獲得比較高的萃取率，工業(yè)上廣泛采用。第八章萃取過程與設(shè)備課件40（二）萃取設(shè)備萃取操作的設(shè)備包括混合設(shè)備和分離設(shè)備兩類及兼有混合和分離兩種功能的設(shè)備。1、混合設(shè)備傳統(tǒng)的混合設(shè)備是攪拌罐，利用攪拌漿將料液和萃取劑相混和。其缺點為間歇操作，停留時間較長，傳質(zhì)效率較低。較新的混合設(shè)備有下列三種。（二）萃取設(shè)備41（1）混合管一般為S形長管，萃取劑和料液從一端導(dǎo)入，混合體系從另一段導(dǎo)出；管內(nèi)流體必須呈完全湍流狀態(tài)。萃取的效率比攪拌罐高，連續(xù)操作。（1）混合管42（2）噴嘴式混合器原理：利用工作流體在一定壓力下經(jīng)過噴嘴以高速度射出，當(dāng)流體流至噴嘴時速度增大，壓力降低產(chǎn)生真空，這樣就將第二種液體吸入達到混合目的。適用于兩液相易分散的情況優(yōu)點是體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。（2）噴嘴式混合器43（3）靜態(tài)混合器在混合管內(nèi)安裝正反螺旋相間隔的混合螺旋片元件，流體流動時，由于螺旋片作用，流體時而左旋時而右旋，混合效果較好。適用于高黏度及黏度差較大的體系。（3）靜態(tài)混合器442、分離設(shè)備（1）管式離心機P115分離乳濁液的原理：轉(zhuǎn)鼓由轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)，從下部進入的乳濁液自下向上流動過程中，由于密度的差異，沿軸形成內(nèi)外兩層，外層為重液，內(nèi)層為輕液，重液和輕液從頂部各自的溢流口排出（2）碟片式離心機P116工作原理：碟片上開有小孔，乳濁液通過小孔流到碟片的間隙。在離心力作用下，重液沿碟片斜面沉降，并向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁移動；輕液沿碟片向上移動，輕液和重液匯集后由各自的排出口排出。2、分離設(shè)備453、離心萃取機（1）多級離心萃取機：如三級離心萃取器：有三級混合和分離裝置；每一級分三段，分別為混合、分離和引出區(qū)；萃取分離效果好；處理量較小重液：料液—萃余相輕液：萃取劑—萃取相3、離心萃取機46（2）連續(xù)逆流離心萃取機臥式離心萃取機：工作原理：萃取機中有一個可水平轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有許多層同心圓筒，每層筒面都均勻開有許多小孔；輕液由外層的同心圓筒進入，重液由內(nèi)層的圓筒進入，轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使重液由里向外，輕液由外向里流動，進行連續(xù)的逆流接觸，最后由外層排出萃余相，由內(nèi)層排出萃取相（2）連續(xù)逆流離心萃取機47立式離心萃取機的結(jié)構(gòu)及工作原理P115：

每個筒均在一端開孔，單數(shù)筒的孔在下端，雙數(shù)筒在上端；圓筒外壁焊有螺旋形的鋼帶，將筒與筒之間的環(huán)形空間分隔成螺旋形通道；在轉(zhuǎn)鼓的兩端各有輕重液的進出口，重液進入轉(zhuǎn)鼓后，沿螺旋形通道由內(nèi)向外順次進入各筒，最后由重液出口排出；輕液由主軸底部進入后，從中心管流至轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，由外向內(nèi)沿螺旋通道依次流過各筒，最后經(jīng)出口排出。立式離心萃取機的結(jié)構(gòu)及工作原理P115：48四、超臨界萃取1、臨界溫度Tc臨界壓力Pc2、超臨界流體（SCF）

超臨界流體是指超過臨界溫度與臨界壓力狀態(tài)的流體

超臨界流體是介于氣液之間的一種既非氣態(tài)又非液態(tài)的物態(tài)，這種物質(zhì)只能在其溫度和壓力超過臨界點時才能存在。PSCFGLST四、超臨界萃取PSCFGLST493、超臨界流體特質(zhì)①具有接近液體的密度和類似液體的溶解能力--萃取能力強②具有接近氣體的黏度和擴散速度--傳質(zhì)性能好③在臨界點附近，壓力和溫度的微小變化可對溶劑的密度、擴散系數(shù)、表面張力、黏度、溶解度等帶來明顯的