萃取是利用液相混合物中各组分在一定的溶剂中溶解度的差异来实现组分分离的方法。和吸收操作类似,萃取也是通过引入第二相(萃取剂)的方式来实现相际间传质分离,不同的是,萃取是液-液间的相际传质。
萃取过程中所用的溶剂,称为萃取剂,以S表示;混合液中的溶剂,称为稀释剂,又称原溶剂,以B表示;混合液中待分离的组分可以是挥发性物质(混合液称为挥发性混合液)或非挥发性物质(如无机盐类),称为溶质,以A表示。相对稀释剂而言,萃取剂应对溶质有较大的溶解能力,同时又与稀释剂不互溶或部分互溶。萃取的结果是萃取剂提取了溶质成为萃取相,然后通过精馏或反萃取等方法进行分离,得到溶质产品和溶剂,萃取剂供循环使用;分离出溶质的混合液成为萃余相。萃取相通常含有少量萃取剂,需用适当的分离方法回收萃取剂后排放。若萃取时萃取剂和原料液中的各组分间无化学反应,则称为物理萃取;否则,称为化学萃取。
萃取操作如图8-1所示,将一定量的萃取剂与原料液搅拌后充分混合,溶质经相界面由原料液扩散至萃取剂,属于相际间的传质过程。停止搅拌后,两液相因密度差而沉降分层:一层以溶剂S、大量溶质A、少量B为主;另一层含有未被萃取完的溶质,且出现了少量溶剂S。萃取分离操作并不能获得纯净组分,而是获得新混合液:萃取相、萃余相。要获得产品A,常通过蒸馏或蒸发的方法对这两相分别进行分离,并回收溶剂以供循环使用。萃取相、萃余相经脱除溶剂后分别得到萃取液、萃余液,以E′和R′表示。
图8-1 萃取操作示意图
萃取过程具有常温操作、无相变以及选择适当溶剂可以获得较高分离系数等优点,相对精馏单元操作分离挥发性混合物而言,萃取在很多的情况下有较大的技术经济优势。通常,下面几种情况可采取萃取分离操作:
(1)混合液中各组分间相对挥发度接近于1。
(2)混合液中的组分能形成恒沸物,用一般的精馏不能得到所需的纯度。
(3)混合液中待回收的组分属于热敏性物质,采取萃取可避免物体受热遭到破坏。
(4)待分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高,用精馏方法需蒸馏出大量稀释剂,耗能量较大。
当分离溶液中的非挥发性物质时,与吸附离子交换等方法比较,萃取过程处理的是两种流体,操作比较方便,常常是优先考虑的方法。