《分离工程(黄国文)第七章其它分离方法.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分离工程(黄国文)第七章其它分离方法.ppt（138页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第七章第七章 其他分离方法其他分离方法 吸附吸附 液液萃取液液萃取 结晶结晶 膜分离膜分离 反应精馏反应精馏 离子交换离子交换 利用多孔性固体处理液体或气体混合物，利用多孔性固体处理液体或气体混合物，利用多孔性固体处理液体或气体混合物，利用多孔性固体处理液体或气体混合物，有选择地有选择地有选择地有选择地使其使其使其使其中的一种或中的一种或中的一种或中的一种或多多多多种组分种组分种组分种组分附着于固体附着于固体附着于固体附着于固体表面，以达到分离目的表面，以达到分离目的表面，以达到分离目的表面，以达到分离目的的一种单元操作。的一种单元操作。的一种单元操作。的一种单元操作。多孔性固体物料称为多孔性
2、固体物料称为多孔性固体物料称为多孔性固体物料称为吸附剂吸附剂吸附剂吸附剂，附着于固体表面的组分称，附着于固体表面的组分称，附着于固体表面的组分称，附着于固体表面的组分称为为为为吸附质吸附质吸附质吸附质。由吸附质单个原子、离子和分子与固体表面之间存在有由吸附质单个原子、离子和分子与固体表面之间存在有由吸附质单个原子、离子和分子与固体表面之间存在有由吸附质单个原子、离子和分子与固体表面之间存在有相互作用力，气体和液体有着吸着于固体的趋势，通常相互作用力，气体和液体有着吸着于固体的趋势，通常相互作用力，气体和液体有着吸着于固体的趋势，通常相互作用力，气体和液体有着吸着于固体的趋势，通常形成单分子层，
3、有时也形成多分子层。形成单分子层，有时也形成多分子层。形成单分子层，有时也形成多分子层。形成单分子层，有时也形成多分子层。吸附 (Adsorption)操作原理操作原理吸附 (Adsorption)吸附的分类吸附的分类 物理吸附物理吸附物理吸附物理吸附(范德华吸附范德华吸附范德华吸附范德华吸附)：吸附剂靠固体颗粒的表面力吸附剂靠固体颗粒的表面力吸附剂靠固体颗粒的表面力吸附剂靠固体颗粒的表面力(可以是可以是可以是可以是分子间引力即范德华力分子间引力即范德华力分子间引力即范德华力分子间引力即范德华力)使吸附质分子单层或多层地附着在使吸附质分子单层或多层地附着在使吸附质分子单层或多层地附着在使吸附质
4、分子单层或多层地附着在吸附剂表面。吸附热较小，在数值上与吸附质的冷凝热相吸附剂表面。吸附热较小，在数值上与吸附质的冷凝热相吸附剂表面。吸附热较小，在数值上与吸附质的冷凝热相吸附剂表面。吸附热较小，在数值上与吸附质的冷凝热相当。物理吸附的吸附力较弱，容易脱附。当。物理吸附的吸附力较弱，容易脱附。当。物理吸附的吸附力较弱，容易脱附。当。物理吸附的吸附力较弱，容易脱附。化学吸附化学吸附化学吸附化学吸附：吸附剂与吸附质之间发生了化学反应，吸附是：吸附剂与吸附质之间发生了化学反应，吸附是：吸附剂与吸附质之间发生了化学反应，吸附是：吸附剂与吸附质之间发生了化学反应，吸附是因吸附质与吸附剂表面原子间的化学键
5、合作用造成的。吸因吸附质与吸附剂表面原子间的化学键合作用造成的。吸因吸附质与吸附剂表面原子间的化学键合作用造成的。吸因吸附质与吸附剂表面原子间的化学键合作用造成的。吸附所放出的热较物理吸附的吸附热为高，数值上与化学反附所放出的热较物理吸附的吸附热为高，数值上与化学反附所放出的热较物理吸附的吸附热为高，数值上与化学反附所放出的热较物理吸附的吸附热为高，数值上与化学反应热相当。化学吸附的吸附力较强，一般不易脱附。应热相当。化学吸附的吸附力较强，一般不易脱附。应热相当。化学吸附的吸附力较强，一般不易脱附。应热相当。化学吸附的吸附力较强，一般不易脱附。吸附性能吸附性能吸附性能吸附性能物理吸附物理吸附物
6、理吸附物理吸附化学吸附化学吸附化学吸附化学吸附作用力作用力作用力作用力分子引力（范德华力）分子引力（范德华力）分子引力（范德华力）分子引力（范德华力）剩余化学键力剩余化学键力剩余化学键力剩余化学键力选择性选择性选择性选择性没有选择性没有选择性没有选择性没有选择性有选择性有选择性有选择性有选择性吸附层吸附层吸附层吸附层单分子或多分子吸附单分子或多分子吸附单分子或多分子吸附单分子或多分子吸附层层层层只能形成单分子吸附层只能形成单分子吸附层只能形成单分子吸附层只能形成单分子吸附层吸附热吸附热吸附热吸附热较小，较小，较小，较小，4.9kJ/mol4.9kJ/mol4.9kJ/mol4.9kJ/mol较
7、大，相当于化学反应热，较大，相当于化学反应热，较大，相当于化学反应热，较大，相当于化学反应热，83.7-418.7kJ/mol83.7-418.7kJ/mol83.7-418.7kJ/mol83.7-418.7kJ/mol吸附速度吸附速度吸附速度吸附速度快，几乎不要活化能快，几乎不要活化能快，几乎不要活化能快，几乎不要活化能较慢，需要活化能较慢，需要活化能较慢，需要活化能较慢，需要活化能温度温度温度温度放热过程，放热过程，放热过程，放热过程，低温有利于吸附低温有利于吸附低温有利于吸附低温有利于吸附温度升高，吸附速度增加温度升高，吸附速度增加温度升高，吸附速度增加温度升高，吸附速度增加可逆性可逆
8、性可逆性可逆性可逆，较易解析可逆，较易解析可逆，较易解析可逆，较易解析化学键大时，吸附不可逆化学键大时，吸附不可逆化学键大时，吸附不可逆化学键大时，吸附不可逆(1)(1)(1)(1)吸附面积大吸附面积大吸附面积大吸附面积大 吸附能力强吸附能力强吸附能力强吸附能力强 (2)(2)(2)(2)选择性高选择性高选择性高选择性高 一次吸附的分离完全一次吸附的分离完全一次吸附的分离完全一次吸附的分离完全(3)(3)(3)(3)机械强度好机械强度好机械强度好机械强度好 抗磨损抗磨损抗磨损抗磨损(4)(4)(4)(4)满足一般的工业要求满足一般的工业要求满足一般的工业要求满足一般的工业要求 化学稳定性、热稳
9、定性、对流体的阻力小、价廉易得化学稳定性、热稳定性、对流体的阻力小、价廉易得化学稳定性、热稳定性、对流体的阻力小、价廉易得化学稳定性、热稳定性、对流体的阻力小、价廉易得工业吸附对吸附剂的要求 常用吸附剂(3)(3)(3)(3)硅胶硅胶硅胶硅胶:一种亲水性吸附剂。多用于气体或液体的脱水。一种亲水性吸附剂。多用于气体或液体的脱水。一种亲水性吸附剂。多用于气体或液体的脱水。一种亲水性吸附剂。多用于气体或液体的脱水。(1)(1)(1)(1)活性炭活性炭活性炭活性炭:非极性吸附剂，具有疏水性，可用于溶剂蒸气非极性吸附剂，具有疏水性，可用于溶剂蒸气非极性吸附剂，具有疏水性，可用于溶剂蒸气非极性吸附剂，具有
10、疏水性，可用于溶剂蒸气的回收，油品和糖液的脱色，水的净化以及气体的脱臭。的回收，油品和糖液的脱色，水的净化以及气体的脱臭。的回收，油品和糖液的脱色，水的净化以及气体的脱臭。的回收，油品和糖液的脱色，水的净化以及气体的脱臭。(2)(2)(2)(2)分子筛分子筛分子筛分子筛:强极性吸附剂。多用于气体或液体的干燥和精强极性吸附剂。多用于气体或液体的干燥和精强极性吸附剂。多用于气体或液体的干燥和精强极性吸附剂。多用于气体或液体的干燥和精制，混合物的吸附分离等。制，混合物的吸附分离等。制，混合物的吸附分离等。制，混合物的吸附分离等。常用吸附剂(4)(4)(4)(4)活活活活性性性性氧氧氧氧化化化化铝铝铝
11、铝 极极极极性性性性吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂。由由由由于于于于对对对对水水水水分分分分子子子子的的的的吸吸吸吸附附附附能能能能力力力力较大，故多用于气体或液体的干燥。较大，故多用于气体或液体的干燥。较大，故多用于气体或液体的干燥。较大，故多用于气体或液体的干燥。(5)(5)(5)(5)各种活性土各种活性土各种活性土各种活性土(漂白土、铁钒土和酸性白土等漂白土、铁钒土和酸性白土等漂白土、铁钒土和酸性白土等漂白土、铁钒土和酸性白土等)主要成分为主要成分为主要成分为主要成分为硅藻土。硅藻土。硅藻土。硅藻土。多用于植物油或石油产品的脱色、脱硫和干燥等。多用于植物油或石油产品的脱色、脱硫和干燥等。多用于
12、植物油或石油产品的脱色、脱硫和干燥等。多用于植物油或石油产品的脱色、脱硫和干燥等。吸附相平衡 q q q q 通常用通常用通常用通常用KgKgKgKg吸附质吸附质吸附质吸附质/Kg/Kg/Kg/Kg吸附剂表示，简写成吸附剂表示，简写成吸附剂表示，简写成吸附剂表示，简写成 Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg Kg-1-1-1-1吸附相平衡：吸附相平衡：吸附相平衡：吸附相平衡：吸附剂与吸附质在一定条件下长时间接触后达到吸附剂与吸附质在一定条件下长时间接触后达到吸附剂与吸附质在一定条件下长时间接触后达到吸附剂与吸附质在一定条件下长时间接触后达到饱和，吸附质在气饱和，吸附质在气饱和，吸附质在气饱
13、和，吸附质在气(液液液液)、固两相中的浓度不再随时间改变，此、固两相中的浓度不再随时间改变，此、固两相中的浓度不再随时间改变，此、固两相中的浓度不再随时间改变，此时气时气时气时气(液液液液)、固两相的浓度称为平衡浓度。、固两相的浓度称为平衡浓度。、固两相的浓度称为平衡浓度。、固两相的浓度称为平衡浓度。吸附等温线：吸附等温线：吸附等温线：吸附等温线：在恒定温度下，平衡时吸附剂的吸附量在恒定温度下，平衡时吸附剂的吸附量在恒定温度下，平衡时吸附剂的吸附量在恒定温度下，平衡时吸附剂的吸附量 q q q q 与气与气与气与气(液液液液)相中的吸附质组分分压相中的吸附质组分分压相中的吸附质组分分压相中的吸
14、附质组分分压 p p p p(或吸附质浓度或吸附质浓度或吸附质浓度或吸附质浓度C C C C)的关系曲线。的关系曲线。的关系曲线。的关系曲线。25252525下不同吸附质在活性碳上的吸附等温线下不同吸附质在活性碳上的吸附等温线下不同吸附质在活性碳上的吸附等温线下不同吸附质在活性碳上的吸附等温线 吸附等温线 不同温度下不同温度下不同温度下不同温度下NHNHNHNH3 3 3 3在木炭上的吸附等温曲线在木炭上的吸附等温曲线在木炭上的吸附等温曲线在木炭上的吸附等温曲线 对于同样的吸附剂和吸附质：对于同样的吸附剂和吸附质：对于同样的吸附剂和吸附质：对于同样的吸附剂和吸附质：温度越高吸附量越小；温度越高
15、吸附量越小；温度越高吸附量越小；温度越高吸附量越小；组分分压越大吸附量越大。组分分压越大吸附量越大。组分分压越大吸附量越大。组分分压越大吸附量越大。提高组分分压和降低温度有利于吸附。提高组分分压和降低温度有利于吸附。提高组分分压和降低温度有利于吸附。提高组分分压和降低温度有利于吸附。吸附过程包括以下三步：吸附过程包括以下三步：吸附过程包括以下三步：吸附过程包括以下三步：（1 1 1 1）外外外外扩扩扩扩散散散散：吸吸吸吸附附附附质质质质从从从从流流流流体体体体主主主主体体体体通通通通过过过过分分分分子子子子扩扩扩扩散散散散以以以以对对对对流流流流扩扩扩扩散的形式传递到固体吸附剂的外表面。散的形
16、式传递到固体吸附剂的外表面。散的形式传递到固体吸附剂的外表面。散的形式传递到固体吸附剂的外表面。（2 2 2 2）内内内内扩扩扩扩散散散散：吸吸吸吸附附附附质质质质从从从从吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂的的的的外外外外表表表表面面面面进进进进入入入入吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂的的的的微微微微孔结构的内表面。孔结构的内表面。孔结构的内表面。孔结构的内表面。（3 3 3 3）表表表表面面面面吸吸吸吸附附附附过过过过程程程程：吸吸吸吸附附附附质质质质在在在在固固固固体体体体内内内内表表表表面面面面上上上上被被被被吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂所所所所吸附。吸附。吸附。吸附。物物物物理理理理吸吸吸吸附附附附过过过过
17、程程程程中中中中，在在在在固固固固体体体体颗颗颗颗粒粒粒粒表表表表面面面面上上上上的的的的吸吸吸吸附附附附质质质质吸吸吸吸附附附附过过过过程很快，吸附的速率由前面两步决定。程很快，吸附的速率由前面两步决定。程很快，吸附的速率由前面两步决定。程很快，吸附的速率由前面两步决定。单位时间内吸附的吸附质的量，单位时间内吸附的吸附质的量，单位时间内吸附的吸附质的量，单位时间内吸附的吸附质的量，kg/skg/skg/skg/s。外外扩扩散散控控制制的的吸吸附附：当当外外扩扩散散速速率率小小于于内内扩扩散散速速率率时时，总总吸附速率由外扩散速率决定，吸附为外扩散控制的吸附。吸附速率由外扩散速率决定，吸附为外
18、扩散控制的吸附。内内扩扩散散控控制制的的吸吸附附：当当内内扩扩散散速速率率小小于于外外扩扩散散速速率率时时，总总吸附速率由内扩散速率决定，吸附为内扩散控制的吸附。吸附速率由内扩散速率决定，吸附为内扩散控制的吸附。在在大大多多数数情情况况下下，内内扩扩散散的的速速率率较较外外扩扩散散慢慢，吸吸附附过过程程多多为内扩散控制。为内扩散控制。吸附速率 固定床吸附固定床吸附曲线固定床吸附曲线 透过曲线（Breakthrough curve）透过点透过点透过点透过点(c cb b =0.05=0.05=0.05=0.05c c c c0 0 0 0)失效点失效点失效点失效点(c ce e=0.95=0.9
19、5=0.95=0.95c c c c0 0 0 0)to:to:to:to:吸附质首先出现在床层出口端吸附质首先出现在床层出口端吸附质首先出现在床层出口端吸附质首先出现在床层出口端的流出物中。的流出物中。的流出物中。的流出物中。C C C Cb b b b:流出物中可允许的最大浓度流出物中可允许的最大浓度流出物中可允许的最大浓度流出物中可允许的最大浓度（破点浓度）。（破点浓度）。（破点浓度）。（破点浓度）。t t t tb:b:b:b:C Cb b对应的透过时间。对应的透过时间。对应的透过时间。对应的透过时间。t te e:床层被吸附质饱和所需的时间。床层被吸附质饱和所需的时间。床层被吸附质饱
20、和所需的时间。床层被吸附质饱和所需的时间。升温和降低吸附质的分压，改变平衡条件使吸附质脱附。升温和降低吸附质的分压，改变平衡条件使吸附质脱附。升温和降低吸附质的分压，改变平衡条件使吸附质脱附。升温和降低吸附质的分压，改变平衡条件使吸附质脱附。o o 变变变变温温温温吸吸吸吸附附附附。加加加加热热热热吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂，使使使使吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂的的的的吸吸吸吸附附附附能能能能力力力力降降降降低低低低。利利利利用用用用温度的变化实现吸附和解吸再生循环操作。温度的变化实现吸附和解吸再生循环操作。温度的变化实现吸附和解吸再生循环操作。温度的变化实现吸附和解吸再生循环操作。o o 变变变变
21、压压压压吸吸吸吸附附附附。降降降降低低低低压压压压力力力力或或或或抽抽抽抽真真真真空空空空使使使使吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂脱脱脱脱吸吸吸吸，利利利利用用用用压压压压力力力力的的的的变化完成循环操作。变化完成循环操作。变化完成循环操作。变化完成循环操作。o o 变变变变浓浓浓浓度度度度吸吸吸吸附附附附。液液液液体体体体混混混混合合合合物物物物中中中中的的的的某某某某些些些些组组组组分分分分在在在在环环环环境境境境条条条条件件件件下下下下选选选选择择择择性的吸附，然后用少量强吸附性液体脱吸再生。性的吸附，然后用少量强吸附性液体脱吸再生。性的吸附，然后用少量强吸附性液体脱吸再生。性的吸附，然后用少量
22、强吸附性液体脱吸再生。吸附循环吸附循环吸附循环吸附循环吸附、脱附吸附、脱附吸附、脱附吸附、脱附例例 双塔式变压吸附空气分离制氮的原理双塔式变压吸附空气分离制氮的原理 当当用用炭炭分分子子筛筛作作为为吸吸附附剂剂时时，由由于于空空气气中中氧氧与与氮氮分分子子的的动动力力直直径径不不同同，氧氧在在吸吸附附剂剂孔道中的扩散系数比氮要大两个数量级孔道中的扩散系数比氮要大两个数量级 当当干干燥燥的的空空气气通通过过装装填填了了炭炭分分子子筛筛吸吸附附剂剂颗颗粒粒的的固固定定床床吸吸附附塔塔时时，空空气气中中的的氧氧被被迅迅速吸附，而氮分子大多数随气流带出吸附塔。速吸附，而氮分子大多数随气流带出吸附塔。只
23、只要要吸吸附附剂剂装装填填量量足足够够多多，就就有有可可能能得得到到纯纯度度较较高高的的产产品品氮氮气气，通通常常氮氮的的浓浓度度可可以以达到达到99.5%(摩尔分数摩尔分数)加压、吸附、放空与吹扫加压、吸附、放空与吹扫为了节能，增加均压阶段为了节能，增加均压阶段就每一台吸附塔而言，其就每一台吸附塔而言，其循环过程包括加压吸附、循环过程包括加压吸附、均压和放空吹扫。由于放均压和放空吹扫。由于放空吹扫与加压吸附时间相空吹扫与加压吸附时间相等，一台吸附塔放空吹扫等，一台吸附塔放空吹扫时，另一台正处于加压吸时，另一台正处于加压吸附阶段附阶段双塔式变压吸附循环过程双塔式变压吸附循环过程双塔式变压吸附循
24、环过程双塔式变压吸附循环过程处理能力，处理能力，处理能力，处理能力，mm3 3/d/d18591859567567720720378.5378.51600016000除去的污染物除去的污染物除去的污染物除去的污染物染料染料染料染料杀虫剂杀虫剂杀虫剂杀虫剂酚酚酚酚多元醇多元醇多元醇多元醇炼油废水炼油废水炼油废水炼油废水CODCOD进水中有机物浓度，进水中有机物浓度，进水中有机物浓度，进水中有机物浓度，mgmgL L20020050-20050-200400-2500400-2500700700250250出水浓度，出水浓度，出水浓度，出水浓度，mgmgL L无颜色无颜色无颜色无颜色酚酚酚酚1 1
25、1 1223030流速，流速，流速，流速，mm3 3minmin1.321.320.360.360.50.50.260.261111接触时间，接触时间，接触时间，接触时间，minmin40-4440-445353757520-2420-245050活性炭规格，活性炭规格，活性炭规格，活性炭规格，mmmm1240124012401240830830830830活性炭用量，活性炭用量，活性炭用量，活性炭用量，mm3 356.656.68 8吨塔吨塔吨塔吨塔36.836.8384-578(kg/d)384-578(kg/d)260260吨吨吨吨吸附床吸附床吸附床吸附床(池池池池)尺寸，尺寸，尺寸，尺
26、寸，mm2.92.92.4410.7(22.4410.7(2个个个个)3.259.33.259.31.24.61.24.63.63.67.83.63.67.8装置类型装置类型装置类型装置类型升沉式移升沉式移升沉式移升沉式移动床动床动床动床升流式移动床串联升流式移动床串联升流式移动床串联升流式移动床串联 降流固定床降流固定床降流固定床降流固定床 升流式移动床升流式移动床升流式移动床升流式移动床 降流式吸附滤池降流式吸附滤池降流式吸附滤池降流式吸附滤池部分工业废水吸附处理实例部分工业废水吸附处理实例部分工业废水吸附处理实例部分工业废水吸附处理实例液液萃取液液萃取液液萃取液液萃取 利用组分在两个互不
27、相溶的液相中的利用组分在两个互不相溶的液相中的利用组分在两个互不相溶的液相中的利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解度溶解度溶解度溶解度差而将其从一差而将其从一差而将其从一差而将其从一个液相转移到另一个液相的分离过程称为个液相转移到另一个液相的分离过程称为个液相转移到另一个液相的分离过程称为个液相转移到另一个液相的分离过程称为液液萃取液液萃取液液萃取液液萃取，也叫，也叫，也叫，也叫溶溶溶溶剂萃取剂萃取剂萃取剂萃取，简称，简称，简称，简称萃取萃取萃取萃取。待分离的一相称为待分离的一相称为待分离的一相称为待分离的一相称为被萃相被萃相被萃相被萃相，萃取后成为，萃取后成为，萃取后成为，萃取后成为萃余相萃
28、余相萃余相萃余相，用做分离，用做分离，用做分离，用做分离剂的相称为剂的相称为剂的相称为剂的相称为萃取相萃取相萃取相萃取相。萃取相中起萃取作用的组分称为萃取相中起萃取作用的组分称为萃取相中起萃取作用的组分称为萃取相中起萃取作用的组分称为萃取剂萃取剂萃取剂萃取剂，起溶剂作用的组，起溶剂作用的组，起溶剂作用的组，起溶剂作用的组分称为分称为分称为分称为稀释剂或溶剂稀释剂或溶剂稀释剂或溶剂稀释剂或溶剂。1.1.1.1.基本概念基本概念基本概念基本概念2.一般萃取剂的性质 一一一一个个个个合合合合用用用用的的的的萃萃萃萃取取取取剂剂剂剂应应应应与与与与原原原原溶溶溶溶液液液液形形形形成成成成不不不不互互互
29、互溶溶溶溶的的的的两液相，萃取剂还应具备以下性质：两液相，萃取剂还应具备以下性质：两液相，萃取剂还应具备以下性质：两液相，萃取剂还应具备以下性质：两液相容易分开，不形成乳化液；两液相容易分开，不形成乳化液；两液相容易分开，不形成乳化液；两液相容易分开，不形成乳化液；萃取剂与任何进料组分之间不形成共沸物；萃取剂与任何进料组分之间不形成共沸物；萃取剂与任何进料组分之间不形成共沸物；萃取剂与任何进料组分之间不形成共沸物；萃取剂对关键组分的选择性尽可能地高；萃取剂对关键组分的选择性尽可能地高；萃取剂对关键组分的选择性尽可能地高；萃取剂对关键组分的选择性尽可能地高；萃取剂在萃余相中的溶解度应尽可能地低。
30、萃取剂在萃余相中的溶解度应尽可能地低。萃取剂在萃余相中的溶解度应尽可能地低。萃取剂在萃余相中的溶解度应尽可能地低。萃取剂的选择(1)(1)(1)(1)萃取剂应具备的特点萃取剂应具备的特点萃取剂应具备的特点萃取剂应具备的特点 萃萃萃萃取取取取剂剂剂剂中中中中至至至至少少少少有有有有一一一一个个个个能能能能与与与与被被被被萃萃萃萃物物物物形形形形成成成成萃萃萃萃合合合合物物物物的的的的官官官官能能能能团团团团。常见萃取官能团通常是一些包含常见萃取官能团通常是一些包含常见萃取官能团通常是一些包含常见萃取官能团通常是一些包含N N N N、OOOO、P P P P、S S S S的基团。的基团。的基团
31、。的基团。萃萃萃萃取取取取剂剂剂剂中中中中还还还还应应应应包包包包含含含含具具具具有有有有较较较较强强强强亲亲亲亲油油油油能能能能力力力力结结结结构构构构或或或或基基基基团团团团，如如如如长长长长链链链链烃烃烃烃、芳芳芳芳烃烃烃烃等等等等，以以以以利利利利于于于于萃萃萃萃取取取取剂剂剂剂在在在在稀稀稀稀释释释释剂剂剂剂中中中中的的的的溶溶溶溶解解解解，并并并并防防防防止止止止被萃相对它的溶解夹带损失。被萃相对它的溶解夹带损失。被萃相对它的溶解夹带损失。被萃相对它的溶解夹带损失。(2)(2)(2)(2)萃取剂选择要点萃取剂选择要点萃取剂选择要点萃取剂选择要点 选择性好选择性好选择性好选择性好 表
32、现为分离系数大。表现为分离系数大。表现为分离系数大。表现为分离系数大。萃取容量大萃取容量大萃取容量大萃取容量大 表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。表现为单位体积或单位质量溶解萃合物多。化学稳定性强化学稳定性强化学稳定性强化学稳定性强 耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。易与原料液相分层易与原料液相分层易与原料液相分层易与原料液相分层 不乳化、不产生第三相。不乳化、不产生第三相。不乳化、不产生第三相。不乳化、不产生第三
33、相。易于反萃或分离易于反萃或分离易于反萃或分离易于反萃或分离 便于萃取剂的重复利用。便于萃取剂的重复利用。便于萃取剂的重复利用。便于萃取剂的重复利用。安全性好安全性好安全性好安全性好 无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。无毒或低毒、不易燃、难挥发、环保。经济性好经济性好经济性好经济性好 成本低、损耗小。成本低、损耗小。成本低、损耗小。成本低、损耗小。常用萃取剂 中性萃取剂中性萃取剂 含磷类、含氧类和含硫类重型萃取剂，如磷酸三丁酯含磷类、含氧类和含硫类重型萃取剂，如磷酸三丁酯(TBP)(TBP)、甲基异丁基酮甲基异丁基酮(MIBK
34、)(MIBK)、二辛基亚砜、二辛基亚砜(DOSO)(DOSO)等。等。有机酸萃取剂有机酸萃取剂 包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸等。包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸等。胺类萃取剂胺类萃取剂 各种有机胺和胺盐。各种有机胺和胺盐。螯合萃取剂螯合萃取剂 各种有机螯合物、冠醚等。各种有机螯合物、冠醚等。萃取剂的搜寻方法：(1)搜寻数据库。(2)主要筛选方法：a)选择同系物为萃取剂，b）罗宾斯表，c）氢键，d）极性作用，e)特定萃取剂的认定。表表 溶质溶质-溶剂基团相互作用的罗宾斯溶剂基团相互作用的罗宾斯基基团团组组号号与拉乌尔定律的偏差与拉乌尔定律的偏差123456789101112结合氢的给予体结合氢的给予
35、体酚酚100 0 酸、硫醇酸、硫醇200 0 0000醇、水醇、水3 0 0 多盐杆菌的活性氢多盐杆菌的活性氢400 0 0结合氢的受体结合氢的受体酮、二取代基胺、砜、氢化氧磷酮、二取代基胺、砜、氢化氧磷5 0 叔胺叔胺6 0 0 000仲胺仲胺7 0 00000伯胺、氨、无取代基的氨基化物伯胺、氨、无取代基的氨基化物8 0 00 醚、氧化物、亚砜醚、氧化物、亚砜9 0 00 00酯、醛、碳酸酯、磷酸酯、硝酸酯、亚硝酯、醛、碳酸酯、磷酸酯、硝酸酯、亚硝酸酯、腈、分子内部结合体酸酯、腈、分子内部结合体10 0 0 0芳烃、烯烃、环芳烃芳烃、烯烃、环芳烃无活性氢的多环烷烃、单环烷烃无活性氢的多环烷
36、烃、单环烷烃11 0 00 000非氢键合非氢键合石蜡石蜡烃烃、二硫化碳、二硫化碳12 0 00萃取流程1.错流流程错流流程123S1R2S3S2R1R3E2E3E1F2.逆流萃取逆流萃取123FERS123WRESF3.分馏萃取分馏萃取多级逆流萃取 萃取过程新进展 超临界流体萃取超临界流体萃取 反胶束萃取反胶束萃取 双水相萃取双水相萃取 超临界流体萃取1.1.1.1.概述概述概述概述 什么是超临界流体：物质在的温度和压力分别超过其什么是超临界流体：物质在的温度和压力分别超过其什么是超临界流体：物质在的温度和压力分别超过其什么是超临界流体：物质在的温度和压力分别超过其临界温度临界温度临界温度临
37、界温度(T(T(T(Tc c c c)和临界压力和临界压力和临界压力和临界压力(p(p(p(pc c c c)时形成的流体时形成的流体时形成的流体时形成的流体(SCF)(SCF)(SCF)(SCF)。处于临界点状态的物质可实现液态到气态的连续过渡，处于临界点状态的物质可实现液态到气态的连续过渡，处于临界点状态的物质可实现液态到气态的连续过渡，处于临界点状态的物质可实现液态到气态的连续过渡，两相相界面消失，汽化热为零。两相相界面消失，汽化热为零。两相相界面消失，汽化热为零。两相相界面消失，汽化热为零。超过临界点的物质，无论加多大的压力都不会液化，超过临界点的物质，无论加多大的压力都不会液化，超过
38、临界点的物质，无论加多大的压力都不会液化，超过临界点的物质，无论加多大的压力都不会液化，而只会引起密度变化。而只会引起密度变化。而只会引起密度变化。而只会引起密度变化。萃取原理 超超临临界界流流体体具具有有选选择择性性溶溶解解物物质质的的能能力力，并并随随着着临临界界条条件件（T，P）而而变变化化。超超临临界界流流体体可可从从混混合合物物中中有有选选择择地地溶溶解解其其中中的的某某些些组组分分，然然后后通通过过减减压压，升升温温或或吸吸附附将其分离析出。将其分离析出。超超临临界界流流体体萃萃取取是是一一种种以以超超临临界界流流体体作作为为萃萃取取剂剂，从从固固体体或或液液体体中中提提取取出出待
39、待分分离离的的高高沸沸点点或或热热敏敏性性物质的新型萃取技术。物质的新型萃取技术。T T饱和蒸汽压饱和蒸汽压P P泡点（露点）泡点（露点）超超临临界界流流体体:处于临界温度和临界压力之上的物质状态。临临界界温温度度Tc:是通过增加压力使气体变为液体的最高温度；临临界界压压力力Pc:是通过增加温度使液体变为气体的最高压力。超临界流体的特性：性质随压力、温度的变化十分敏感性质随压力、温度的变化十分敏感性质随压力、温度的变化十分敏感性质随压力、温度的变化十分敏感 具有气体的高扩散系数，黏度低具有气体的高扩散系数，黏度低具有气体的高扩散系数，黏度低具有气体的高扩散系数，黏度低 具有液体的高密度性质，溶
40、解能力强具有液体的高密度性质，溶解能力强具有液体的高密度性质，溶解能力强具有液体的高密度性质，溶解能力强 界面张力为零界面张力为零界面张力为零界面张力为零低粘度气体的扩散能力高密度液体的溶解能力 超超超超临临临临界界界界流流流流体体体体具具具具有有有有选选选选择择择择性性性性溶溶溶溶解解解解物物物物质质质质的的的的能能能能力力力力，并并并并随随随随着着着着临临临临界界界界条条条条件件件件（T T T T，P P P P）而而而而变变变变化化化化。超超超超临临临临界界界界流流流流体体体体可可可可从从从从混混混混合合合合物物物物中中中中有有有有选选选选择择择择地地地地溶溶溶溶解解解解其其其其中中中
41、中的的的的某某某某些些些些组组组组分分分分，然然然然后后后后通通通通过过过过减减减减压压压压，升升升升温温温温或或或或吸吸吸吸附将其分离析出附将其分离析出附将其分离析出附将其分离析出。（。（。（。（压力开关压力开关压力开关压力开关）2.超临界流体萃取的基本原理超临界流体的基本性质超临界流体的基本性质超临界流体的基本性质超临界流体的基本性质流体流体流体流体密度密度密度密度(g/cm(g/cm3 3)粘度粘度粘度粘度(Pa.s)(Pa.s)扩散系数扩散系数扩散系数扩散系数(cm(cm2 2/s)/s)常压气体常压气体常压气体常压气体15-3015-30(0.62)10(0.62)10-3-3(13
42、)10(13)10-5-50.10.40.10.4临界流体临界流体临界流体临界流体TcTc、PcPc0.20.50.20.5(13)10(13)10-5-50.7100.710-3-3超临界流体超临界流体超临界流体超临界流体TcTc、4Pc4Pc0.40.90.40.9(39)10(39)10-5-50.2100.210-3-3常压液体常压液体常压液体常压液体15-3015-300.61.60.61.6(0.23)10(0.23)10-3-3(0.22)10(0.22)10-5-5很强的溶剂化能力，良好的传质性能，溶解性能随压力变化很强的溶剂化能力，良好的传质性能，溶解性能随压力变化物物质质沸
43、点沸点/临临界点数据界点数据临临界温度界温度Tc/临临界界压压力力Pc/Mpa临临界密度界密度/(g/cm3)二氧化碳二氧化碳78.578.531.0631.067.397.390.4480.448水水100100374.2374.222.0022.000.3440.344乙烷乙烷88.088.032.432.44.894.890.2030.203乙烯乙烯103.7103.79.59.55.075.070.200.20丙烷丙烷44.544.597974.264.260.2200.220丙烯丙烯47.747.792924.674.670.230.23nn丁烷丁烷0.50.5152.0152.03
44、.803.800.2280.228nn戊烷戊烷36.536.5196.6196.63.373.370.2320.232nn己烷己烷69.069.0234.2234.22.972.970.2340.234甲醇甲醇64.764.7240.5240.57.997.990.2720.272乙醇乙醇78.278.2243.4243.46.386.380.2760.276异丙醇异丙醇82.582.5235.3235.34.764.760.270.27苯苯80.180.1288.9288.94.894.890.3020.302甲苯甲苯110.6110.63183184.114.110.290.29氨氨33.
45、433.4132.3132.311.2811.280.240.24甲烷甲烷164.0164.083.083.04.64.60.160.16常用超常用超临临界流体的界流体的临临界性界性质质表表超临界流体萃取的热力学基础超临界流体萃取的热力学基础 固体超临界流体的相平衡 超临界流体萃取的热力学基础超临界流体萃取的热力学基础 由于固体的饱和蒸气压非常低，所以用来校正纯固体的饱和蒸气压的逸度系数值近乎等于1；因固体的摩尔体积通常很小，在压力变化为几十兆帕范围内，Poynting因子积分值通常不超过2；因此，决定增强因子E的大小的主要因素是高压流体混合物中溶质2的逸度系数。经热力学推导可得：在压力不高的
46、情况下（大约不超过轻组分临界压力的一半），E可由简化的维里方程计算：高压汽高压汽-液相平衡计算模型液相平衡计算模型高压汽-液平衡计算模型可以分为以下两类：第一类是混合模型关联（mixed model type correlation），此类模型的特点是将超临界流体看作液体，此模型将相平衡常数表示成：这类模型以Chao-Seader法为代表。第二类是状态方程法（EOS法），此法将超临界流体看作稠密气体，相平衡常数表示成：这类模型以SRK、PR法为代表。超临界流体萃取的特点 优点：优点：优点：优点：用超临界流体萃取具有与液体相近的溶解能力，比液体溶剂渗用超临界流体萃取具有与液体相近的溶解能力，比液
47、体溶剂渗用超临界流体萃取具有与液体相近的溶解能力，比液体溶剂渗用超临界流体萃取具有与液体相近的溶解能力，比液体溶剂渗透快，渗透深，能更快达到萃取平衡。透快，渗透深，能更快达到萃取平衡。透快，渗透深，能更快达到萃取平衡。透快，渗透深，能更快达到萃取平衡。操作参数主要为压力和温度，比较容易控制。操作参数主要为压力和温度，比较容易控制。操作参数主要为压力和温度，比较容易控制。操作参数主要为压力和温度，比较容易控制。超临界流体萃取集精馏和液液萃取特点于一体，可能分离一些超临界流体萃取集精馏和液液萃取特点于一体，可能分离一些超临界流体萃取集精馏和液液萃取特点于一体，可能分离一些超临界流体萃取集精馏和液液
48、萃取特点于一体，可能分离一些常规方法难以分离的物系。常规方法难以分离的物系。常规方法难以分离的物系。常规方法难以分离的物系。超临界流体可在常温下操作，故特别适合于热敏性、易氧化物超临界流体可在常温下操作，故特别适合于热敏性、易氧化物超临界流体可在常温下操作，故特别适合于热敏性、易氧化物超临界流体可在常温下操作，故特别适合于热敏性、易氧化物质的提取和分离。质的提取和分离。质的提取和分离。质的提取和分离。缺点：缺点：缺点：缺点：高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏；高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏；高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏；高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏；高压装置与高
49、压操作，投资费用高，安全要求也高；高压装置与高压操作，投资费用高，安全要求也高；高压装置与高压操作，投资费用高，安全要求也高；高压装置与高压操作，投资费用高，安全要求也高；超临界流体中溶质浓度相对较低，故需大量溶剂循环；超临界流体中溶质浓度相对较低，故需大量溶剂循环；超临界流体中溶质浓度相对较低，故需大量溶剂循环；超临界流体中溶质浓度相对较低，故需大量溶剂循环；超临界流体萃取过程固体物料居多，连续化生产较困难。超临界流体萃取过程固体物料居多，连续化生产较困难。超临界流体萃取过程固体物料居多，连续化生产较困难。超临界流体萃取过程固体物料居多，连续化生产较困难。溶剂萃取溶剂萃取溶剂萃取溶剂萃取超临
50、界萃取超临界萃取超临界萃取超临界萃取溶剂残留不可避免溶剂残留不可避免溶剂残留不可避免溶剂残留不可避免完全无溶剂残留，纯净完全无溶剂残留，纯净完全无溶剂残留，纯净完全无溶剂残留，纯净溶剂的溶解能力为定值溶剂的溶解能力为定值溶剂的溶解能力为定值溶剂的溶解能力为定值溶解能力随温度和压力变化溶解能力随温度和压力变化溶解能力随温度和压力变化溶解能力随温度和压力变化可能使用高温，热敏物质分解可能使用高温，热敏物质分解可能使用高温，热敏物质分解可能使用高温，热敏物质分解通常在较低温度下，不分解通常在较低温度下，不分解通常在较低温度下，不分解通常在较低温度下，不分解存在无机盐被萃取的问题存在无机盐被萃取的问题