萃取(分离混合物的单元操作)是细节的完整集合。
固液萃取又称浸出,是用溶剂将固体混合物中的成分分离出来,如用水浸出甜菜中的糖;用酒精浸泡大豆中的大豆油以增加出油量;将中药中的有效成分用水浸出制成流浸膏,称为“浸提”或“浸出”。
虽然化学实验中经常用到萃取,但其操作过程并不改变被萃取物质的化学成分(或化学反应),所以萃取操作是一个物理过程。
萃取是有机化学实验室中用来提纯和纯化化合物的方法之一。通过提取,可以从固体或液体混合物中提取所需物质。
中文名:萃取mbth: extraction,又称溶剂萃取:萃取原理:溶解度的不同应用:化工、冶金、食品、医学原理、演变、方法、应用、原理利用物质在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同,将物质从一种溶剂转移到另一种溶剂中。经过反复提取,大部分化合物被提取出来。原理示意图溶剂萃取过程一般由萃取、洗涤和反萃取组成。一般来说,在水相中从有机相中萃取溶质的过程称为萃取,在水相中从负载的有机相中除去其他溶质或夹杂物的过程称为洗涤,在水相中从有机相中分离溶质的过程称为反萃。分配定律是萃取法理论的主要基础,物质在不同的溶剂中有不同的溶解度。同时,将可溶性物质加入两种互不相溶的溶剂中,可以分别溶解在两种溶剂中。实验表明,在一定温度下,当这种化合物与这两种溶剂之间不发生分解、电解、缔合和溶剂化时,这种化合物在两个液层中的比例是一个恒定值。不管添加多少物质,都是如此。这是一种物理变化。用公式表示。CA/CB=K CA。CB分别代表一种物质在两种互不相溶的溶剂中的质量浓度。k是一个常数,叫做“分配系数”。有机化合物通常在有机溶剂中比在水中更易溶解。用有机溶剂萃取溶解在水中的化合物是萃取的典型例子。萃取时,如果在水溶液中加入一定量的电解质(如氯化钠),可以利用“盐析效应”降低有机物和萃取溶剂在水溶液中的溶解度,往往可以提高萃取效果。为了从溶液中完全萃取出所需的溶质,分液漏斗一般只萃取一次,必须多次萃取。利用分配定律的关系,可以计算萃取后化合物的残留量。设:V为原溶液体积w0,萃取前化合物总量w1,一次萃取后化合物残留量w2,二次萃取后化合物残留量wn,N次萃取后化合物残留量S,萃取液体积,一次萃取后原溶液中化合物浓度为w 1/V;萃取溶剂中化合物的浓度为(W0-w 1)/s;两者之比等于K,即w 1/V = kw 1 = w0kv(w0-w 1)/skv+s .同理,二次提取后有w2/V =K,即(w1-w2)/sw2 =。另一方面,KV/(KV+S)始终小于1,因此N越大,wn越小。也就是说,与其用全部溶剂提取一次,不如将溶剂分成若干次进行多次提取。但需要注意的是,上述公式适用于几乎不溶于水的溶剂,如苯、四氯化碳等。然而,有少量的溶剂,如乙醚,可与水混溶。上面的公式只是近似的。但是你还是可以定性的指出预期的结果。仪器:分液漏斗用四氯化碳从碘水中提取碘。常用萃取剂:甲苯、二氯甲烷、氯仿、汽油、乙醚、直馏汽油、正丁醇、四氯化碳。要求:萃取剂和原溶剂互不相溶。萃取剂和溶质不会相互反应。溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度。相关定律:有机溶剂溶于有机溶剂,极性溶剂溶于极性溶剂,反之亦然。进化1842 E.-M. Pelliro研究了用乙醚从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰。1903 L. Edilanu用液态二氧化硫从煤油中萃取芳烃,这是萃取的首次工业应用。20世纪40年代末,生产核燃料的需要促进了提取技术的研究和发展。现在炼油工业普遍采用萃取,化工、冶金、食品、原子能等行业也广泛采用萃取。例如,萃取已应用于石油馏分的分离和提炼,铀、钍和钋的提取和提纯,有色金属、稀有金属和贵金属的提取和分离,抗生素、有机酸和生物碱的提取,以及废水处理。方法在待分离的溶液中加入一种不溶(至多部分溶解)的萃取剂,形成两个液相。利用原溶剂和萃取剂溶解度(包括化学反应后的溶解)的差异,使它们在两个液相中不均匀分布,进而实现两个液相的分离。比如用四氯化碳萃取碘的水溶液,碘几乎全部移动到四氯化碳中,这样就可以从大量的水中分离出碘。最基本的操作是单级提取。在混合过程中,料液与萃取剂紧密接触,被萃取的组分通过相间界面进入萃取剂,直至两相之间的组分分布基本平衡。然后静置沉降,分离成两层液体,即萃取剂转化的萃取液和料液转化的萃余液。单级萃取达到相平衡时,被萃取组分B的相平衡比称为分配系数K,即K = y B/ x B,其中y B和x B分别为萃取液和萃余液中组分B的浓度。浓度的表示方法需要考虑组分的各种存在形式,按照同一个化学式计算。如果料液中的另一组分D也被萃取,则组分B的分配系数与组分D的分配系数之比,即B对D的分离因子,称为选择性系数α,即α= kB kD = YB xD/(xB yD)α>;在1,组分B被优先提取;α=1说明两组分在两相中的分布是相同的,不能用这种萃取剂来分离两组分。单级萃取对给定组分的萃取率(萃取液中被萃取组分的量与原料溶液中初始量的比值)较低,往往不能满足工艺要求。为了提高提取率,可以采用多种方法:①多级错流提取。各级料液和萃余液与新鲜萃取剂接触,可达到较高的萃取率。但萃取剂用量大,萃取液平均浓度低。②多级逆流提取。料液和萃取剂分别从级联(或板式塔)的两端加入,在级间逆流,最终成为萃余液和萃取液,分别从另一端离开。料液和萃取剂经过多次萃取,因此萃取率高,萃取液中被萃取成分的浓度也高,是工业萃取的常用工艺。③连续逆流提取。在微分接触萃取塔(见萃取设备)中,料液与萃取剂在逆流过程中接触传质,这也是一种常用的工业萃取方法。料液和萃取剂中,密度高的称为重相,密度低的称为轻相。轻相从塔底进入,从塔顶溢出;重相从塔顶加入,从塔底引出。萃取塔运行时,充满整个塔的液相称为连续相;另一种液相通常以液滴的形式分散在其中,称为分散相。分散相液体在进入塔内时被分散,然后在离开塔前被冷凝和分层。必须考虑塔的操作和工艺要求来选择哪种进料液体和萃取剂是分散相。此外,还有回流提取和分级提取,可以实现更高程度的分离。与其他分离溶液组分的方法相比,应用萃取具有室温操作、节能、不涉及固体和气体、操作方便等优点。萃取通常在以下情况下是有利的:①料液各组分沸点相近,甚至形成沸点较高的物质,不易精馏,如石油馏分中烷烃和芳烃的分离,煤焦油的脱酚;②对于低浓度、高沸点组分的分离,蒸馏消耗大量能量,如稀醋酸脱水;(3)各种离子的分离,如矿物浸出液的分离提纯,如果加入化学药品进行部分沉淀,不仅分离质量差,还要进行过滤操作,损失也很大;④分离不稳定物质(如热敏性物质),如从发酵液中制取青霉素。多级液-液萃取器的应用仍在发展中。元素周期表中的大部分元素都可以通过萃取来提取和分离。萃取剂的选择和开发,工艺和操作条件的确定,工艺和设备的设计计算,都是萃取操作发展中的课题。比如在萃取实验中,将碘水与四氯化碳或苯混合,摇匀,然后蒸馏得到碘晶体。