萃取过程及设备的选择与操作

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1、学习目标萃取过程及设备的选择与操作1．了解液-液萃取操作在化工生产中的重要性，熟悉化工生产过程中常见的液-液萃取方案；2．熟悉萃取剂的选择原则，掌握萃取剂的选择方法。会根据萃取相图等知识确定萃取剂用量并能进行单级萃取过程的计算。3．掌握萃取设备的分类及萃取典型设备，能够根据萃取任务进行萃取设备的选择。4．掌握连续逆流萃取过程及计算，萃取剂最少用量的计算。5．掌握实训萃取装置的结构，萃取操作的要点及注意事项。能够独立进行萃取装置的操作。通过测定原料液和萃余相的浓度，对萃取效果进行评价。引言前已介绍，非均相物系的分离一般用沉降、过滤等操作方法；均相物系中气体混合物的分离则用吸收与解吸的方法来完成，

2、那么均相液体混合物又该如何分离呢？本学习情境四开始介绍均相液体混合物的分离方法。均相液体混合物的分离方法目前常用的有三种：蒸发、蒸馏和萃取。当形成溶液的各组分中，至少有一种组分是不挥发的，通常选用蒸发的方法将不挥发性的组分与挥发性的溶剂分离。当形成均相混合物的溶液中各组分的均具挥发性，且各组分之间挥发性相差较大时，如果分离任务量大，且不需要很高的温度就能使各组分汽化时，这类均相液体混合物的分离一般采用蒸馏的方法。萃取也是分离均相液体混合物的常用方法。一般用于以下几种情况：（1）混合液中各组分之间的挥发性相近，沸点相近，相对挥发度接近于1，甚至形成恒沸物时，用一般的蒸馏方法难以达到或不能达到分离

3、要求的纯度。（2）需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高，用蒸馏方法需蒸出大量稀释剂，消耗能量很多。（3）溶液中要分离的组分是热敏性物质，受热易于分解、聚合或发生其它化学变化。-377-需要说明的是当分离液体混合物用蒸馏或萃取方法均可应用时，其选择操作方式的依据主要是由经济性来确定。与蒸馏比较，整个萃取过程的流程比较复杂，且萃取相中萃取剂的回收往往还要应用精馏操作。但是萃取过程是在常温下操作，无相变化以及选择适当溶剂可以获得较好的分离效果等优点，在很多情况下，仍显示出技术经济上的优势。本学习情境主要学习萃取过程的有关知识。下面我们基于双氧水生产工艺中氧化液分离任务的完成来学习有关萃取操作的知识。

4、工程任务制定从蒽醌氧化液中分离出双氧水的方案某化工厂采用蒽醌法生产双氧水，工艺过程示意框图如下：图4-1双氧水生产过程示意图上图中以2-乙基蒽醌为载体，溶解于芳烃和磷酸三辛脂按一定比例组成的溶剂中(又称工作液)，工作液中的2-乙基蒽醌在钯的催化作用下，在氢化反应器中与氢气进行氢化反应，生成2-乙基氢蒽醌和四氢-2-乙基氢蒽醌的混合液(又称氢化液)，氢化液经过氢化床袖筒和氢化液过滤器后，在氧化塔里与氧气进行氧化反应，生成含双氧水、2-乙基蒽醌和四氢-2-乙基氢蒽醌(又称氧化液)，氧化液经分离处理，获得浓度大于303g/L的双氧水，通过净化处理即为27.5%的双氧水成品。请拟定：从氧化液分离出双氧

5、水的方案。双氧水是重要的无机化工产品，广泛应用于国民经济各个领域。目前国内双氧水生产主要采用蒽醌法，蒽醌法生产双氧水较电解法生产双氧水具有能耗少、成本低和易于实现大规模生产等优点。近20年，蒽醌法生产双氧水的能力迅速增加，国内陆续投产了几十套生产装置，尤其近几年，国内多家年产100kt（H2O2质量分数为27.5%，下同）和200kt大型双氧水企业的投产，大大促进了双氧水生产工艺和技术的进步。任务分析本任务的主要目的就是：从含有双氧水、2-乙基蒽醌和四氢-2-乙基氢蒽醌、芳烃和磷酸三辛脂均相液体混合物（氧化液）中分离出双氧水，可见这是一典型的均相液体混合物的分离任务。-377-由于物系中各个组

6、分均具挥发性，其中2-乙基蒽醌和四氢-2-乙基氢蒽醌、芳烃和磷酸三辛脂均为沸点较高的有机物，混合液的沸点在185℃左右，与双氧水的沸点（158℃）相差不大，而过氧化氢为热敏性物质，加热易分解。显然要将氧化液中的过氧化氢与其他物质分离，是不可能采用蒸发和蒸馏的方法。因此实际生产中一般采用萃取的方式。那么什么是萃取？萃取操作是如何进行的？在萃取过程中要解决哪些基本问题？怎样解决这些问题？这是化工专业技术人员必须掌握的知识和技能。-377-萃取过程和萃取方案的认识一、液-液萃取基本工作过程的认识萃取就是在欲分离的液体混合物中加入一种与其不溶或部分互溶的液体溶剂，形成两相系统，利用混合物中各组分在两相

7、中分配差异的性质，易溶组分较多地进入溶剂相从而实现混合液分离的操作称为液液萃取。萃取操作的基本过程如图4-2所示。将一定的溶剂（萃取剂）加到被分离的混合液（原料液）中，采取措施（如搅拌）使原料液和萃取剂充分混合，在混合过程中溶质通过相界面由原料液相向萃取剂相中扩散。待两相充分混合后，再利用沉降使两液相分层，加以分离。图4-2萃取基本操作示意图在萃取过程中，所用的溶剂称为萃取剂，混合液体为原料液，原