第十一章液液萃取第一节概述11-1-1液液萃取过程液液萃取原理液液萃取是分离液体混合物的一种方法，利用液体混合物各组分在某溶剂中溶解度的差异而实现分离。设有一溶液内含A、B两组分，为将其分离可加入某溶剂S。该溶剂S与原溶液不互溶或只是部分互溶，于是混合体系构成两个液相，如图11-1所示。为加快溶质A由原混合液向溶剂的传递，将物系搅拌，使一液相以小液滴形式分散于另一液相中，造成很大的相际接触表面。然后停止搅拌，两液相因密度差沉降分层。这样，溶剂S中出现了A和少量B，称为萃取相；被分离混合液中出现了少量溶剂S，称为萃余相。今以A表示原混合物中的易溶组分，称为溶质；以B表示难溶组分，习称稀释剂。由此可知，所使用的溶剂S必须满足两个基本要求：①溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分互溶；②溶剂对A、B两组分有不同的溶解能力，或者说，溶剂具有选择性：yAyB>xAxB图11-1液液萃取即萃取相内A、B两组分浓度之比yA/yB大于萃余相内A、B两组分浓度之比xA/xB。选择性的最理想情况是组分B与溶剂S完全不互溶。此时如果溶剂也几乎完全不溶于被分离混合物，那么，此萃取过程与吸收过程十分类似。唯一的重要差别是吸收中处理的是气液两相，萃取中则是液液两相，这一区别将使萃取设备的构型不同于吸收。但就过程的数学描述和计算而言，两者并无区别，完全可按吸收章中所述的方法处理。在工业生产中经常遇到的液液两相系统中，稀释剂B都或多或少地溶解于溶剂S，溶剂也少量地溶解于被分离混合物。这样，三个组分都将在两相之中出现，从而使过程的数学描述和计算较为复杂。本章将着重讨论这样的情况，但仅限于两组分A、B混合液的萃取分离。工业萃取过程由于萃取相和萃余相中均存在三个组分，上述萃取操作并未最后完成分离任务，萃取相必须进一步分离成溶剂和增浓了的A、B混合物，萃余相中所含的少量溶剂也必须通过分离加以回收。在工业生产中，这两个后继的分离通常是通过精馏实现的。现以稀醋酸水溶液的分离为例说明工业萃取过程。由石油馏分氧化所得的稀醋酸水溶液需提浓以制取无水醋酸，此过程可采用图11-2所示的流程通过萃取及恒沸精馏的方法完成。图11-2萃取及恒沸精馏稀醋酸连续加入萃取塔顶，作为萃取溶剂的醋酸乙酯自塔底加入进行逆流萃取，离开塔顶的萃取相为醋酸乙酯与醋酸的混合物，其中也含有少量溶于溶剂的水。为取出萃取相中的醋酸，可采用184恒沸精馏。利用萃取相中的醋酸乙酯与水形成非均相恒沸物这一特点，在恒沸精馏塔中水被醋酸乙酯带至塔顶，塔底可获得无水醋酸。塔顶蒸出的恒沸物经冷凝后分层，上层酯相一部分作为回流，另一部分可作为萃取溶剂循环使用。离开萃取塔底的萃余相主要是水，其中溶有少量溶剂，恒沸精馏塔顶分层器放出的水层中也溶有少量溶剂，可将两者汇合一并加入一提馏塔，以回收其中所含的溶剂。在提馏塔内，溶剂与水的恒沸物从塔顶蒸出，废水则从塔底排出。萃取过程的经济性由上可知，萃取过程本身并未直接完成分离任务，而只是将一个难于分离的混合物转变为两个易于分离的混合物。因此，萃取过程在经济上是否优越取决于后继的两个分离过程是否较原溶液的直接分离更容易实现。一般说来，在下列情况下采用萃取过程较为有利：（1）混合液的相对挥发度小或形成恒沸物，用一般精馏方法不能分离或很不经济；（2）混合液浓度很稀，采用精馏方法须将大量稀释剂B汽化，能耗过大；（3）混合液含热敏性物质（如药物等），采用萃取方法精制可避免物料受热破坏。萃取过程的经济性在很大程度上取决于萃取剂的性质，萃取溶剂的优劣可由以下条件判断：（1）溶剂应对溶质有较强的溶解能力，这样，单位产品的溶剂用量可以减少，后继的精馏分离的能耗可以降低。（2）溶剂对组分A、B应有较高的选择性，这样才易于获得高纯度产品。（3）溶剂与被分离组分A之间的相对挥发度要高（通常都选用高沸点溶剂），这样可使后继的精馏分离所需要的回流比较小。（4）溶剂在被分离混合物中的溶解度要小，这将使萃余相中溶剂回收的费用减少。11-1-2两相的接触方式萃取设备按两相的接触方式可分成两类，即微分接触式和分级接触式。微分接触图11-3所示的喷洒式萃取塔是一种典型的微分接触式萃取设备。料液与溶剂中的较重者（称为重相）自塔顶加入，较轻者（轻相）自塔底加入。两相中有一相（图中所示为轻相）经分布器分散成液滴，另一相保持连续。液滴在浮生或沉降过程中与连续相呈逆流接触进行物质传递，最后轻重两相分别从塔顶与塔底排出。图11-3喷洒式萃取塔级式接触由于液液两相系统的特殊性，级式萃取设备常采用混和沉降槽。图11-4为单级连续萃取装置，它包括混合器和沉降槽两个部分，常称为混和沉降槽。料