不同温度下片碱产品浓度的变化

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        在一定温度下,测定萃取平衡时有机相和水相中被萃取物的浓度,然后以有机相的浓度对水相浓度作图,可以得到该温度下该有机相对被萃取物的萃取等温线。该曲线在开始时,有机相浓度随水相浓度的增大而迅速增大,但当水相浓度高到一定程度后,有片碱的浓度趋向平稳,说明有机相萃取达到饱和,增加水相浓度,有机相也不再多萃取了。也说明一定浓度的有机相对被萃物的萃取容量是定的,这个趋于饱和的容量就称为饱和容量。但在实际的萃取过程中,我们并不会使有机相的萃取达到饱和萃取,因为饱和萃取时,对不同物质之间的分离选择性不高,而且有机相的密度增大,黏度增大,分相性能变差,对萃取分离过程不利。实际生产过程的萃取容量一般是饱和容量的50%~90%,这个比例称为饱和度,这与萃取体系的性质有关。需要通过实验研究来确定,在保证分相性能和分离系数最好的前提下,饱和度越大越好,这样可以获得大的生产能力。片碱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。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,得岀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;最后通过实验求岀模型参数。

        这种方法是在理论指导下得岀的数学模型,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。如果按照萃取过程中是否发生了化学反应来进行分类的话,萃取分离可以分为物理萃取和化学萃取两大类。(1)片碱萃取被分离物在萃取过程中不发生化学反应的物质传递过程称为物理萃取。它利用溶质在两种互不相溶的液相中的不同分配关系将其分离开来。其基本依据是“相似相溶”规则。在不形成化合物的条件下,两种物质的分子大小与组成结构越相似,它们之间的相互溶解度就越大。物理萃取过程比较适合于用有机溶剂回收和处理疏水性较强的溶质体系,如含氮、含磷类有机农药,除草剂以及硝基苯等物理萃取对极性有机物稀溶液的分离常常是不理想的,选择对极性有机物有较大分配系数的溶剂来萃取时,该溶剂在水中的溶解度也大。这无疑会在工艺过程中带来较大的溶剂流失和二次污染,或加重残液脱溶剂的负荷。(2)化学萃取许多液液萃取体系,其过程常伴有化学反应,即存在溶质与萃取剂之间的化学作用。而且也正是这些化学反应的存在才使不同物质之间的差异性得以显现,并扩大了物质之间的分离差异。这类伴有化学反应的传质过程,称为化学萃取无机酸、金属离子(或金属配位离子)等的化学萃取曾经是十分活跃的领域,有关该类过程的化学萃取机理已形成了比较成熟的系列成果基于可逆配位反应的萃取分离方法(简称配位萃取法)对金属离子、无机化合物和极性有机物稀溶液的分离具有高效性和高选择性。在这类工艺过程中,稀溶液中待分离溶质与含有配位剂的萃取溶剂相接触,配位剂与待分离溶质反应形成配合物,并使其转移至萃取相内。

        相分离后再进行逆向反应使溶质与有机相分离并得以回收,萃取溶剂也得到循环使用。待分离溶质的配位萃取过程机理有其特定的复杂性。例如,由于配位剂之间、配位剂与稀释剂之间、配位剂与待分离溶质之间、配位剂与水分子之间都有出现氢键缔合的可能,这就使有机相内萃合物组成的确定十分复杂。又如,配位萃取法分离过程中的配位剂、稀释剂及待分离溶质都是有机化合物,这些有机分子所拥有的特殊官能团带来的诱导效应、共轭效应以及空间位阻效应等都将影响萃合物的成键机理等从萃取机理分析,液液萃取过程可以分为简单分子萃取、中性配位萃取、酸性配位萃取、离子缔合萃取和协同萃取5个类型。在众多的萃取体系中,简单分子的萃取和分离属于物理萃取范畴。但决定物质萃取能力的因素还是其化学组成和结构特征,需要从分子间的相互作用和界面相互作用来加以理解。而中性溶剂化配位萃取、酸性配位萃取、离子对缔合萃取和协同萃取等则属于化学萃取。这些萃取中,尽管萃取反应对萃取的发生和差异化起着重要的和决定性的作用,但还是需要通过形成产物的物理性能差异来实现相间传质过程。因此,所有萃取过程都涉及化学问题。即萃取化学研究的核心内容是掌握溶质分子的组成和结构与萃取分配的相关性,并通过调控和改变溶质分子的组成和结构来调控其萃取性能,实现物质之间性质差异的最大化。

2019年12月31日 16:57
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