液液萃取原理

　　萃取（Extraction）指利用化合物在兩種互不相溶（或微溶）的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，使化合物從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中。經(jīng)過反復多次萃取，將絕大部分的化合物提取出來的方法。萃取又稱溶劑萃取或液液萃取（以區(qū)別于固液萃取，即浸取），亦稱抽提（通用于石油煉制工業(yè)），是一種用液態(tài)的萃取劑處理與之不互溶的雙組分或多組分溶液，實現(xiàn)組分分離的傳質(zhì)分離過程，是一種廣泛應用的單元操作。

　　基本原理
　　利用化合物在兩種互不相溶（或微溶）的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，使化合物從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中。經(jīng)過反復多次萃取，將絕大部分的化合物提取出來。
分配定律是萃取方法理論的主要依據(jù)，物質(zhì)對不同的溶劑有著不同的溶解度。同時，在兩種互不相溶的溶劑中，加入某種可溶性的物質(zhì)時，它能分別溶解于兩種溶劑中，實驗證明，在一定溫度下，該化合物與此兩種溶劑不發(fā)生分解、電解、締合和溶劑化等作用時，此化合物在兩液層中之比是一個定值。不論所加物質(zhì)的量是多少，都是如此。屬于物理變化。用公式表示。

　　CA/CB=K

　　CA.CB分別表示一種化合物在兩種互不相溶地溶劑中的量濃度。K是一個常數(shù)，稱為“分配系數(shù)”。

　　有機化合物在有機溶劑中一般比在水中溶解度大。用有機溶劑提取溶解于水的化合物是萃取的典型實例。在萃取時，若在水溶液中加入一定量的電解質(zhì)（如氯化鈉），利用“鹽析效應”以降低有機物和萃取溶劑在水溶液中的溶解度，常可提高萃取效果。

　　要把所需要的化合物從溶液中完全萃取出來，通常萃取一次是不夠的，必須重復萃取數(shù)次。利用分配定律的關系，可以算出經(jīng)過萃取后化合物的剩余量。

　　設：V為原溶液的體積

　　w0為萃取前化合物的總量

　　w1為萃取一次后化合物的剩余量

　　w2為萃取二次后化合物的剩余量

　　wn為萃取n次后化合物的剩余量

　　S為萃取溶液的體積

　　經(jīng)一次萃取，原溶液中該化合物的濃度為w1/V；而萃取溶劑中該化合物的濃度為(w0-w1)/S；兩者之比等于K，即：

　　w1/V =K w1=w0 KV

　　(w0-w1)/S KV+S

　　同理，經(jīng)二次萃取后，則有

　　w2/V =K 即

　　(w1-w2)/S

　　w2=w1 KV =w0 KV

　　KV+S KV+S

　　因此，經(jīng)n次提取后:

　　wn=w0 ( KV )

　　KV+S

　　當用一定量溶劑時，希望在水中的剩余量越少越好。而上式KV/(KV+S)總是小于1，所以n越大，wn就越小。也就是說把溶劑分成數(shù)次作多次萃取比用全部量的溶劑作一次萃取為好。但應該注意，上面的公式適用于幾乎和水不相溶地溶劑，例如苯，四氯化碳等。而與水有少量互溶地溶劑乙醚等，上面公式只是近似的。但還是可以定性地指出預期的結(jié)果。

　　方法介紹

　　向待分離溶液（料液）中加入與之不相互溶解（至多是部分互溶）的萃取劑，形成共存的兩個液相。利用原溶劑與萃取劑對各組分的溶解度（包括經(jīng)化學反應后的溶解）的差別，使它們不等同地分配在兩液相中，然后通過兩液相的分離，實現(xiàn)組分間的分離。如碘的水溶液用四氯化碳萃取，幾乎所有的碘都移到四氯化碳中，碘得以與大量的水分開。

　　最基本的操作是單級萃取。它是使料液與萃取劑在混合過程中密切接觸，讓被萃組分通過相際界面進入萃取劑中，直到組分在兩相間的分配基本達到平衡。然后靜置沉降，分離成為兩層液體，即由萃取劑轉(zhuǎn)變成的萃取液和由料液轉(zhuǎn)變成的萃余液。單級萃取達到相平衡時，被萃組分B的相平衡比，稱為分配系數(shù)K，即：

　　K=yB/xB

　　式中yB和xB分別為B組分在萃取液中和萃余液中的濃度。濃度的表示方法需考慮組分的各種存在形式，按同一化學式計算。

　　若料液中另一組分D也被萃取，則組分B的分配系數(shù)對組分D的分配系數(shù)的比值，即B對D的分離因子，稱為選擇性系數(shù)α，即：

　　α=KB·KD=yB·xD/(xB·yD)

　　α>1時，組分B被優(yōu)先萃取;α=1表明兩組分在兩相中的分配相同，不能用此萃取劑實現(xiàn)此兩組分的分離。

　　單級萃取對給定組分所能達到的萃取率（被萃組分在萃取液中的量與原料液中的初始量的比值）較低，往往不能滿足工藝要求，為了提高萃取率，可以采用多種方法：①多級錯流萃取。料液和各級萃余液都與新鮮的萃取劑接觸，可達較高萃取率。但萃取劑用量大，萃取液平均濃度低。②多級逆流萃取。料液與萃取劑分別從級聯(lián)（或板式塔）的兩端加入，在級間作逆向流動，最后成為萃余液和萃取液，各自從另一端離去。料液和萃取劑各自經(jīng)過多次萃取，因而萃取率較高，萃取液中被萃組分的濃度也較高，這是工業(yè)萃取常用的流程。③連續(xù)逆流萃取。在微分接觸式萃取塔（見萃取設備）中，料液與萃取劑在逆向流動的過程中進行接觸傳質(zhì)，也是常用的工業(yè)萃取方法。料液與萃取劑之中，密度大的稱為重相，密度小的稱為輕相。輕相自塔底進入，從塔頂溢出；重相自塔頂加入，從塔底導出。萃取塔操作時，一種充滿全塔的液相，稱連續(xù)相;另一液相通常以液滴形式分散于其中，稱分散相。分散相液體進塔時即行分散，在離塔前凝聚分層后導出。料液和萃取劑兩者之中以何者為分散相，須兼顧塔的操作和工藝要求來選定。此外，還有能達到更高分離程度的回流萃取和分部萃取。