1.4 液液萃取技术的研究内容及方法

液液萃取,作为化学工业过程中的一个重要的单元操作,尽管其过程可能依据不同的萃取原理,适应于不同的体系,最终会达到不同的生产目的,但在所发生的萃取过程中,单元操作的特性同样从本质上服从动量传递、热量传递和质量传递这三种传递的基本规律。可以看出,传递过程原理也是研究萃取单元操作的主线。

具体地说,液液萃取技术的研究内容主要包括萃取剂种类和组成的筛选、萃取平衡特性研究、萃取动力学特性研究、萃取方式及萃取工艺流程和条件的建立、萃取设备的选型及设计、新型萃取分离技术的研究开发等。

工业生产中的萃取分离过程,由多种物理过程和化学过程交织在一起,情况十分复杂,必须综合运用热力学、动力学、传递过程原理的理论和成果进行研究分析。同时,随着化工工艺的发展,特别是石油化工的发展和生产的大型化,对过程开发与设备放大设计提出了更高的要求。综合处理工程性问题,研究系统的模拟、分析和优化,使萃取过程的研究内容具有多元化、复杂性等工程科学的特点。

液液萃取单元操作的研究发展过程中,形成了两种基本的研究方法,即实验研究方法和数学模型方法。

实际的液液萃取过程往往十分复杂,涉及的影响因素很多,各种因素的影响还不能完全用迄今已掌握的物理、化学和数学等基本原理定量地预测,必须通过实验方法来分析。实验研究方法在液液萃取过程的研究开发中仍旧占据着重要的位置。通过小型实验确定各种因素的影响规律和适宜的工艺条件,然后应用研究结果指导生产实际,进行实际生产过程与设备的设计与改进。

数学模型方法是液液萃取研究的另一种方法。用数学模型方法研究萃取过程时,首先要分析过程的机理,在充分认识的基础上,对过程机理进行不失真的合理简化,得出反映过程机理的物理模型;然后,用数学方法描述这一物理模型,得到数学模型,并用适当的数学方法求解数学模型,所得的结果一般包括反映过程特性的模型参数;最后通过实验,求出模型参数。数学模型方法可用于过程和设备的设计计算。这种方法是在理论指导下得出的数学模型,同时又通过实验求出模型参数并检验模型的可靠性,属于半理论半经验方法。由于计算技术的发展,特别是计算机技术的发展,使复杂数学模型的求解成为可能,目前,数学模型方法已逐步发展成为主要的研究方法。

符号说明

[A]——被萃取组分A的浓度,mol/L

D——分配系数

L——料液相体积(m3)或料液相体积流量(m3/s)

R——相比

V——萃取相体积(m3)或萃取相体积流量(m3/s)

希腊字母

ρ——萃取率,%

β——萃取分离因数

ε——萃取因子,质量分配系数

Λ——Nernst分配常数

下标

o——萃取相

w——料液相