第八章萃取过程与设备课件.ppt

1、第八章第八章 萃取过程与设备萃取过程与设备一、萃取概述一、萃取概述1 1、定义、定义 利用物质溶解于某种液体的一种提取方法，利用物质溶解于某种液体的一种提取方法，将选定的溶剂加入到混合物中，因混合物中各组将选定的溶剂加入到混合物中，因混合物中各组分在同种溶剂中分在同种溶剂中溶解度溶解度的差异，可将所需的组分的差异，可将所需的组分加以分离出来，这个操作过程叫萃取。加以分离出来，这个操作过程叫萃取。2 2、分类、分类 液液-固萃取：固萃取：液液-液萃取：液萃取：超临界流体萃取：超临界流体萃取：3 3、特点、特点 传质速度快，生产周期短，便于连续传质速度快，生产周期短，便于连续操作，容易实现自动控制

2、；操作，容易实现自动控制；分离效率高，生产能力大；分离效率高，生产能力大；能量消耗少，设备投资费用不高；能量消耗少，设备投资费用不高；采用多级萃取可使产品达到较高纯度，采用多级萃取可使产品达到较高纯度，便于下一步处理，减少后工序的设备和便于下一步处理，减少后工序的设备和操作费用操作费用二、液二、液液萃取液萃取1 1、原理、原理 根据溶质在根据溶质在互不相溶或部分互溶的两种互不相溶或部分互溶的两种溶剂中溶剂中溶解度不同，达到对混合物的分溶解度不同，达到对混合物的分离。离。2 2、基本概念、基本概念 料液：料液：萃取剂：萃取剂：溶质：溶质：稀释剂：稀释剂：萃取相：萃取相：萃余相：萃余相：3 3、萃

3、取步骤、萃取步骤 混合混合-得到乳浊液得到乳浊液 分离分离-得到萃取相，萃余相得到萃取相，萃余相 溶剂回收溶剂回收-分离萃取剂和溶质分离萃取剂和溶质4 4、萃取剂的选择、萃取剂的选择（1 1）溶剂的分配系数）溶剂的分配系数 K=K=溶质在萃取相中的浓度溶质在萃取相中的浓度/溶质在萃余相中的浓度溶质在萃余相中的浓度 K K越大溶质在萃取相中的浓度越大，也就越容易被萃取越大溶质在萃取相中的浓度越大，也就越容易被萃取（2 2）稀释剂与萃取剂的互溶度）稀释剂与萃取剂的互溶度 选择具有较小互溶度的萃取剂选择具有较小互溶度的萃取剂AAxy浓度溶质在萃余相中的平衡浓度溶质在萃取相中的平衡kAAxy浓度溶质在

4、萃余相中的平衡浓度溶质在萃取相中的平衡k（3 3）萃取剂回收的难易与经济性）萃取剂回收的难易与经济性 考虑相对挥发度或汽化热考虑相对挥发度或汽化热（4 4）萃取剂的其它物性）萃取剂的其它物性 要求萃取剂与被分离混合物有较大的密度差要求萃取剂与被分离混合物有较大的密度差 界面张力要适中界面张力要适中 萃取剂的粘度低，有利于两相的混合与分层萃取剂的粘度低，有利于两相的混合与分层 完全不和被处理的物料发生化学反应完全不和被处理的物料发生化学反应 具有化学稳定性和热稳定性，无毒或毒性小，具有化学稳定性和热稳定性，无毒或毒性小，价廉易得等价廉易得等 5 5、液液萃取适用范围、液液萃取适用范围（1 1）原

5、料液中各组分间的沸点非常接近，采用原料液中各组分间的沸点非常接近，采用蒸馏方法很不经济；蒸馏方法很不经济；（2 2）料液在蒸馏时形成恒沸物，用普通蒸馏方料液在蒸馏时形成恒沸物，用普通蒸馏方法不能达到所需的纯度；法不能达到所需的纯度；（3 3）原料液中需分离的组分含量很低且为难挥原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若采用蒸馏方法须将大量稀释剂汽化，发组分，若采用蒸馏方法须将大量稀释剂汽化，能耗较大；能耗较大；（4 4）原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分解、聚合或发生其它变化。馏时易于分解、聚合或发生其它变化。三、液三、液液萃取流程与设备液萃

6、取流程与设备（一）萃取流程（一）萃取流程1 1、单级萃取、单级萃取 将萃取剂加入原料液中只萃取一将萃取剂加入原料液中只萃取一 次的操作方式叫单级萃取次的操作方式叫单级萃取 特点：单级萃取溶液达一次平衡，特点：单级萃取溶液达一次平衡，故分离程度不高，只适用于溶故分离程度不高，只适用于溶 质在萃取剂中的溶解度很大或质在萃取剂中的溶解度很大或 溶质萃取率要求不高的场合。溶质萃取率要求不高的场合。2 2、多级萃取：原料经过多个串联的萃取器，并在每、多级萃取：原料经过多个串联的萃取器，并在每个萃取器中进行萃取操作，这种萃取方式叫多级萃个萃取器中进行萃取操作，这种萃取方式叫多级萃取。取。（1 1）、多级错

7、流萃取）、多级错流萃取 原料液依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各原料液依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各级混合器中，前级的萃余相为后级的原料，传级混合器中，前级的萃余相为后级的原料，传质推动力大质推动力大 特点：萃取率比较高，但萃取剂用量较大，溶特点：萃取率比较高，但萃取剂用量较大，溶剂回收处理量大，能耗较大。剂回收处理量大，能耗较大。S1L1S2L2S3L3R3R2R1F混和器混和器混和器分离器分离器分离器第一级第二级第三级 图9-1 多级错流萃取 F-料液 S-溶媒 L-萃余液 下标1，2，3-级别（2 2）、多级逆流萃取）、多级逆流萃取 在第一级中加入料液，并逐渐向下一级移动，在第一级中

8、加入料液，并逐渐向下一级移动，而在最后一级中加入萃取剂，并逐渐向前一级而在最后一级中加入萃取剂，并逐渐向前一级移动，料液移动的方向和萃取剂移动的方向相移动，料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反。反。萃取相萃取相Extract萃取剂萃取剂Solvent料液料液Feed萃余相萃余相Raffinate123N 特点：可用较少的萃取剂获得比较高的萃取率，特点：可用较少的萃取剂获得比较高的萃取率，工业上广泛采用。工业上广泛采用。混和器分离器混和器混和器分离器分离器第一级第二级第三级 图 9-3 多级逆流萃取（符号说明同图9-1）L1L2 SL3R3F（二）萃取设备（二）萃取设备 萃取操作的设备包括混合设

9、备和分离设萃取操作的设备包括混合设备和分离设备两类及兼有混合和分离两种功能的设备两类及兼有混合和分离两种功能的设备。备。1 1、混合设备、混合设备 传统的混合设备是传统的混合设备是搅拌罐搅拌罐，利用搅拌浆，利用搅拌浆将料液和萃取剂相混和。其缺点为间歇将料液和萃取剂相混和。其缺点为间歇操作，停留时间较长，传质效率较低。操作，停留时间较长，传质效率较低。较新的混合设备有下列三种。较新的混合设备有下列三种。（1 1）混合管）混合管 一般为一般为S S形长管，萃取剂和料液从一端导入，形长管，萃取剂和料液从一端导入，混合体系从另一段导出；混合体系从另一段导出；管内流体必须呈完全湍流状态。管内流体必须呈完

10、全湍流状态。萃取的效率比搅拌罐高，连续操作。萃取的效率比搅拌罐高，连续操作。（2 2）喷嘴式混合器）喷嘴式混合器 原理：利用工作流体在一定压力下经过喷嘴以高原理：利用工作流体在一定压力下经过喷嘴以高速度射出，当流体流至喷嘴时速度增大，压力降速度射出，当流体流至喷嘴时速度增大，压力降低产生真空，这样就将第二种液体吸入达到混合低产生真空，这样就将第二种液体吸入达到混合目的。目的。适用于两液相易分散的情况适用于两液相易分散的情况 优点是体积小，结构简单，使用方便。优点是体积小，结构简单，使用方便。吸 入 口出 口料 液扩 大 管喷 嘴图 9-5 喷 嘴 式 混 合 器（3 3）静态混合器）静态混合器

11、 在混合管内安装正反螺旋相间隔的混合螺旋片在混合管内安装正反螺旋相间隔的混合螺旋片元件，流体流动时，由于螺旋片作用，流体时元件，流体流动时，由于螺旋片作用，流体时而左旋时而右旋，混合效果较好。而左旋时而右旋，混合效果较好。适用于高黏度及黏度差较大的体系适用于高黏度及黏度差较大的体系。2 2、分离设备、分离设备（1 1）管式离心机管式离心机 P115P115 分离乳浊液的原理：转鼓由转轴带动旋转，从分离乳浊液的原理：转鼓由转轴带动旋转，从下部进入的乳浊液自下向上流动过程中，由于下部进入的乳浊液自下向上流动过程中，由于密度的差异，沿轴形成内外两层，外层为重液，密度的差异，沿轴形成内外两层，外层为重

12、液，内层为轻液，重液和轻液从顶部各自的溢流口内层为轻液，重液和轻液从顶部各自的溢流口排出排出（2 2）碟片式离心机）碟片式离心机 P116P116 工作原理：碟片上开有小孔，乳浊液通过小孔工作原理：碟片上开有小孔，乳浊液通过小孔流到碟片的间隙。在离心力作用下，重液沿碟流到碟片的间隙。在离心力作用下，重液沿碟片斜面沉降，并向转鼓内壁移动；轻液沿碟片片斜面沉降，并向转鼓内壁移动；轻液沿碟片向上移动，轻液和重液汇集后由各自的排出口向上移动，轻液和重液汇集后由各自的排出口排出。排出。3 3、离心萃取机、离心萃取机（1 1）多级离心萃取机：）多级离心萃取机：如三级离心萃取器：如三级离心萃取器：有三级混合

13、和分离装置；有三级混合和分离装置；每一级分三段，分别为每一级分三段，分别为 混合、分离和引出区；混合、分离和引出区；萃取分离效果好；萃取分离效果好；处理量较小处理量较小 重液：料液重液：料液萃余相萃余相 轻液：萃取剂轻液：萃取剂萃取相萃取相（2 2）连续逆流离心萃取机）连续逆流离心萃取机 卧式卧式离心萃取机：离心萃取机：工作原理：萃取机中有一个可工作原理：萃取机中有一个可水平转动的转鼓，转鼓内有许水平转动的转鼓，转鼓内有许多层同心圆筒，每层筒面都均多层同心圆筒，每层筒面都均匀开有许多小孔；匀开有许多小孔；轻液由外层轻液由外层的同心圆筒进入，重液由内层的同心圆筒进入，重液由内层的圆筒进入的圆筒进

14、入，转鼓高速旋转产，转鼓高速旋转产生离心力，使重液由里向外，生离心力，使重液由里向外，轻液由外向里流动，进行连续轻液由外向里流动，进行连续的逆流接触，最后由外层排出的逆流接触，最后由外层排出萃余相，由内层排出萃取相萃余相，由内层排出萃取相 立式离心萃取机的结构及工作原理P115P115：每个筒均在一端开孔，每个筒均在一端开孔，单数筒的孔在下端，单数筒的孔在下端，双数筒在上端双数筒在上端；圆筒外壁焊有；圆筒外壁焊有螺旋形的钢带螺旋形的钢带，将筒与筒之间的环形空间分隔成螺旋形通道；将筒与筒之间的环形空间分隔成螺旋形通道；在转鼓的两端各有轻重液的进出口，重液进入在转鼓的两端各有轻重液的进出口，重液进

15、入转鼓后，沿螺旋形通道由内向外顺次进入各筒，转鼓后，沿螺旋形通道由内向外顺次进入各筒，最后由重液出口排出；轻液由主轴底部进入后，最后由重液出口排出；轻液由主轴底部进入后，从中心管流至转鼓内壁，由外向内沿螺旋通道从中心管流至转鼓内壁，由外向内沿螺旋通道依次流过各筒，最后经出口排出。依次流过各筒，最后经出口排出。四、超临界萃取四、超临界萃取1 1、临界温度、临界温度TcTc 临界压力临界压力PcPc2 2、超临界流体（、超临界流体（SCFSCF）超临界流体是指超过临界温度与临界压力状态的超临界流体是指超过临界温度与临界压力状态的流体流体 超临界流体是介于气液之间的一种既非气态又非超临界流体是介于气

16、液之间的一种既非气态又非液态的物态，这种物质只能在其温度和压力超过液态的物态，这种物质只能在其温度和压力超过临界点时才能存在。临界点时才能存在。PSCFGLST3 3、超临界流体特质、超临界流体特质具有接近液体的具有接近液体的密度密度和类似液体的和类似液体的溶解能力溶解能力 -萃取能力强萃取能力强具有接近气体的具有接近气体的黏度和扩散速度黏度和扩散速度 -传质性能好传质性能好在临界点附近，压力和温度的微小变化可对溶剂的密在临界点附近，压力和温度的微小变化可对溶剂的密度、扩散系数、表面张力、黏度、溶解度等带来明显度、扩散系数、表面张力、黏度、溶解度等带来明显的变化。的变化。超临界状态下的流体对溶

17、质的溶解度大大地增加了超临界状态下的流体对溶质的溶解度大大地增加了4 4、超临界流体萃取基本思路：、超临界流体萃取基本思路：利用超临界流体特殊性质，使之在高压条件下与利用超临界流体特殊性质，使之在高压条件下与待分离的固体或液体混合物进行接触，萃取出目的产待分离的固体或液体混合物进行接触，萃取出目的产物，然后通过降压或升温的办法降低超临界流体密度，物，然后通过降压或升温的办法降低超临界流体密度，从而使萃取物得到分离从而使萃取物得到分离5 5、超临界流体萃取工艺流程、超临界流体萃取工艺流程 超临界流体萃取过程基本上是由萃取阶超临界流体萃取过程基本上是由萃取阶段与分离阶段所组成的。段与分离阶段所组成

18、的。溶剂+萃取质A分离萃取质A萃取剂补充循环萃取剂萃取萃取残质B原料A+B图9-20 超临界流体萃取基本过程 分离方法基本上可分为下列三种：分离方法基本上可分为下列三种：（1 1）等温法：）等温法：在一定温度下，使超临界流体和溶质减压，在一定温度下，使超临界流体和溶质减压，经膨胀、分离，溶质经分离槽下部取出，超临经膨胀、分离，溶质经分离槽下部取出，超临界流体经压缩机返回萃取槽循环使用。界流体经压缩机返回萃取槽循环使用。（2 2）等压法：）等压法：经加热、升温使气体和溶质分离，从分离经加热、升温使气体和溶质分离，从分离槽下部取出萃取物，超临界流体经冷却、压缩槽下部取出萃取物，超临界流体经冷却、压

19、缩后返回萃取槽循环使用。后返回萃取槽循环使用。（3 3）吸附法：）吸附法：在分离槽中，萃取相中的溶质被吸附剂吸在分离槽中，萃取相中的溶质被吸附剂吸附，超临界流体经压缩后返回萃取槽循环使用。附，超临界流体经压缩后返回萃取槽循环使用。p143P22T1=T2p1p2萃取槽；2-膨胀阀；3-分离槽；4-压缩机；（等温法）p1T1T2p1=p2T234P225图9-22 超临界萃取典型流程 1-萃取槽；2-加热器；3-分离槽；4-泵；5-冷却器；（等压法）p1T1P24T2T1=T2p1=p2萃取槽；2-吸收剂，吸附剂；3-分离槽；4-泵；（吸附法）超临界流体萃取法超临界流体萃取法 液体溶剂萃取法液体溶剂萃取法可选择萃取挥发性小的物质，生成超临界相 在要分离的原料中加入溶剂形成二相萃取能力由T、P控制萃取能力由温度及混合溶剂浓度控制，压力无影响在常温，高压（530MPa）下操作，可处理对热不稳定的物质都在常温、常压下进行溶质、溶剂易于分离，改变压力温度即可溶质与溶剂分离常用蒸馏法，存在对热稳定性问题粘度小，扩散系数大，易达到相平衡扩散系数小，有时粘度相当高超临界相溶质浓度小萃取相为液相，溶质浓度一般较高