萃取设备的发展概述及展望 - 图文

萃取设备的发展概述及展望

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摘 要：萃取分离具有处理能力大、选择性好、常温操作、节约能源、易于实现连续操作和自动控制等一系列优点，自20世纪30年代以来，迅速在化工、石油、生物、医药、食品、原子能、湿法冶金等工业部门得到广泛应用。本文分析了超临界流体的萃取原理，描述了萃取设备的分类，简单总结了典型萃取设备的优缺点及适用领域，介绍了一些工业萃取设备及新型萃取设备，并提出了萃取分离的研究重点。 关键词：超临界流体萃取；典型萃取设备；新型萃取设备

Development Overview and Prospects Extraction

Equipment

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Abstract： Extraction separation has a series of advantages,large processing capacity,good selectivity,room temperature operation, energy saving, easy to implement continuous operation and automatic control.Since the 1930s, extraction separation rapid widely used in chemical,petroleum,biology,medicine,food,atomic energy,hydrometallurgy and other indusrial sectors.This paper analyzes the principle of supercritical fluid extraction,describles the classification of extraction equipment,and summarizes the advantages,disadvantages and application filed of typical extraction equipment.Besides,this paper introduces a number of industrial extraction equioment and new extraction equioment,and proposes extraction separation of research focus.

Key words：supercritical fluid extraction；typical extraction equipment；new extraction equipment

萃取是利用溶质在互不相溶两相之间分配系数的不同而使其得到纯化或浓缩的一种单元操作。由于可以根据分离对象的要求选择适当的萃取剂和流程，因而具有选择性高，分离效果好和适应性强等特点。溶剂萃取通常在常温或较低温度下进行，能耗低，特别适用于热敏性物质的分离，而且易于实现大规模连续化的生产。近年来，萃取在原子能、湿法冶金、石油、化工、医药和环保等工业过程以及生物工程和新材料等高科技领域得到越来越广泛的应用，萃取设备也随着萃取在工业中的广泛应用而不断的发展更新。

溶剂萃取最早用在实验室中进行化学元素的分离和分析。首次大型工业应用是20世纪初的芳烃抽提。随后的重要应用是青霉素的提纯和抗菌素的大规模生产。第二次世界大战期间在原子能工业中成功地应用萃取法分离铀、钚和放射性同位素，大大促进了溶剂萃取技术的研究和应用。20世纪60年代以来，溶剂萃取又成功地用于石油化工中的润滑油静止、丙烷脱沥青、芳烃抽提和湿法冶金工业中的铜萃取、镍钴分离和稀土元素分离等大规模的工业生产。[1-4]

按照萃取过程中是否发生化学反应来分类，液液萃取法可分为物理萃取法和化学萃取法两大类。其中物理萃取有超临界萃取，化学萃取法有络合萃取、阳离子交换萃取和离子缔合萃取。

在液液萃取领域里，萃取设备的选择是一个综合考虑和比较的结果。除了体系的特性外，分离的目标要求、成本控制以及设备维修的难易程度等都是影响萃取设备选择的因素[5-6]。

1 萃取方法

1.1 物理萃取法

物理萃取是利用溶质在两种互不相溶的液相中不同的分配关系从而达到分离目的的。物理萃取法是根据“相似相溶”的原理选择萃取剂。

超临界流体萃取，又称超临界萃取、压力流体萃取、超临界气体萃取等。20世纪60年代开始工业应用研究。现在，超临界流体萃取已成为新型萃取分离技术，应用于食品、制药、化工、能源、香精香料等工业部门。超临界流体萃取以高压、高密度的超临界流体为萃取剂，从液体或固体中提取高沸点或热敏性的有用成份，以达到分离或纯化的目的。与一般的萃取及浸取操作相比较，它们同是加入溶剂，在不同的相之间完成传质分离。不同之处在于，超临界流体萃取中，萃取剂是超临界状态下的流体，具有气体和液体之间的一些特征，且对许多物质有很强的溶解能力，分离速率比液—液萃取快，可以实现高效的分离过程。

表1-1 超临界流体与气体、液体传递性能的比较

物性 气体 （常温、常压） 超临界流体 液体 （常温、常压） TC,4PC 400～TC,PC 密度/kg/m3 2～6 200～500 900 3～9 600～1600 粘度*105/(Pa*s) 自421～3 数1～3 20～300 扩散系*10/(m/s) 0.1～0.4 0.7*10-3 0.2*10-3 2～6 从表中数据看出，超临界流体的密度与液体比较接近，粘度接近于普通气体，自扩散系数为液体的100倍左右。这意味着超临界流体具有与液体萃取剂相近的溶解能力，同时，超临界萃取时的传质速率将远大于溶剂萃取速率且能很快达到萃取平衡。

超临界流体中应用较多的包括：二氧化碳、水、甲醇、乙醇、氙、氨、乙烯、丙烯、丙烷、戊烷等。其中二氧化碳的临界温度（Tcr=31.3）接近室温，临界压力（Pcr=7.37MPa）较易达到，化学性质稳定，无毒、无臭、无色、无腐蚀性，因此是最常用的超临界流体。

超临界CO2流体萃取一般有三种基本操作方法，即等温法、等压法和吸附法，如图1-3所示

表1-2 常用超临界流体的临界特性

图1-1二氧化碳密度与压力的关系 图1-2二氧化碳气体扩散系数的温度指数

图1-3超临界流体萃取操作方式

1.2 化学萃取法

若在萃取过程中，伴有溶质与萃取剂之间的化学反应，则称此类过程为伴有化学反应的萃取，简称化学萃取，又称反应萃取。化学萃取主要应用于金属的提取与分离。

络合反应，同时以中性分子存在的溶质和萃取剂，通过络合结合成中性溶剂络合物，并进入有机相。典型的络合萃取是在湿法核燃料处理工艺中用磷酸三丁酯（TBP）萃取硝酸铀酰。络合萃取法在分离极性有机稀溶液（如废水脱酚及醋酸稀水溶液分离）中有以高效性和高选择性而显示突出的优点。

2 萃取设备的分类

在液液萃取过程中，要求在萃取设备内能使两相密切接触并伴有较高程度的湍动，以实现两相之间的质量传递；而后，又能较快地分离。但是，由于液液萃取中两相间的密度差较小，实现两相的密切接触和快速分离要比气液系统困难的多。为了适应这种特点，出现了多种结构型式的萃取设备。工业上常用萃取设备的分类情况，如图2-1所示[7]。

图2-1液液萃取设备的分类