液-液萃取过程设计

　　本书是作者在多年大量液-液萃取研究的基础上总结萃取过程设计中的若干重要规律的一部著作，亦可视为已出版的《液-液萃取》一书的续篇，或称之为其“应用篇”。作者从自身的研究和生产实践中选取了金属元素萃取和抗生素、有机酸萃取等多项具有代表性的液-液萃取流程进行了深度剖析，具体讨论了针对不同萃取对象时萃取溶剂的选择，萃取机制分析，萃取工艺和操作条件的确定，萃取流程的设计和萃取设备的选择等诸问题，揭示了萃取技术的“高效提取，精细分离，节能低碳”的技术特点。文中首次披露了大量的原始研究实验数据，“解禁”了先前有所保留的萃取工艺技术。同时介绍了在相关领域液-液萃取技术应用的进展。 作者通过研究实践，总结了若干成功和失利两方面的经验教训，这些在本文中均有所体现，希望这方面的论述能对广大读者有所启示和帮助。 和《液-液萃取》一书同样，本书适用于化工和相关专业的本科、专科大学生，特别适合在湿法冶金、核化工、医药化工、环境化工等领域从事液-液萃取技术研究和生产的广大科技人员作为参考书。

　　李洲，清华大学教授，长期从事与萃取技术有关的教学与科研工作。主要科研成果：有关萃取研究的科研成果获国家科技进步奖二等奖二项；国家发明专利四项；多项科研成果已转化为生产力，获显著经济效益。

第1章概述/ 001
1.1液-液萃取过程设计的基本内容/ 001
1.1.1萃取剂和萃取有机相体系的选择确定/ 001
1.1.2萃取和反萃取工艺条件与操作条件的确定/ 011
1.1.3萃取方式的确定和萃取流程的设计/ 012
1.1.4萃取设备的选型、设计/ 013
1.1.5萃取车间的设计/ 014
1.2液-液萃取过程的研发程序和方法/ 014
1.2.1实验室实验研究阶段/ 014
1.2.2工厂现场试验阶段/ 016
1.2.3工业生产验证阶段/ 017
1.3萃取流程剖析/ 017
附表1-1若干代表性萃取剂和溶剂及其物性参数/ 018
符号表/ 040
希腊字母/ 040
参考文献/ 040

第2章铀、钚萃取分离的典型流程——Purex萃取流程剖析/ 042
2.1Purex萃取流程处理对象的特点和要求/ 042
2.2Purex萃取流程中采用的对应技术措施/ 044
2.2.1选择适宜的萃取剂和萃取剂-稀释剂体系/ 044
2.2.2优化萃取工艺条件/ 046
2.2.3通过调节钚的价态实现钚和铀的萃取分离/ 050
2.2.4利用温度效应/ 051
2.2.5发挥流比的调节作用/ 054
2.2.6采取多萃取循环和分馏萃取方式/ 054
2.3三萃取循环Purex萃取流程工艺和操作条件的确定/ 054
2.3.1共去污萃取循环/ 055
2.3.2铀、钚分离萃取循环/ 056
2.3.3钚净化萃取循环/ 056
2.3.4铀净化萃取循环/ 056
2.4三萃取循环Purex萃取流程中萃取和反萃理论级数的计算示例/ 057
2.4.1HA共去污柱分馏萃取理论级数的计算/ 057
2.4.2HC反萃柱反萃取理论级数的计算/ 058
2.5简化的二萃取循环的Purex萃取流程/ 059
2.6萃取设备的选择/ 059
2.6.1核燃料后处理用萃取设备的选择原则/ 059
2.6.2萃取设备在核燃料后处理厂中的应用/ 061
符号表/ 063
希腊字母/ 063
参考文献/ 063

第3章稀土元素萃取分离流程/ 065
3.1稀土元素的组成和特性/ 065
3.2稀土元素的溶剂萃取法提取分离精制/ 066
3.2.1稀土萃取剂和萃取机制/ 066
3.2.2稀土元素萃取分离的若干影响因素/ 070
3.2.3稀土元素的萃取动力学/ 084
3.2.4稀土元素萃取分离过程中工艺和操作条件的确定原则/ 087
3.2.5稀土元素萃取串级的级数计算/ 087
3.2.6稀土元素的萃取分离流程示例/ 087
3.2.7稀土元素萃取的萃取设备选择/ 095
符号表/ 095
希腊字母/ 095
参考文献/ 095

第4章溶剂萃取法处理电镀污泥浸出液回收有价金属元素（Fe、Cu、Zn、Cd、Cr、Ni）的工艺流程剖析/ 098
4.1电镀污泥的产生和治理/ 098
4.1.1电镀污泥的产生/ 098
4.1.2电镀污泥再资源化的方案设计/ 099
4.2实验步骤和方法/ 100
4.3Fe（Ⅲ）的萃取分离/ 101
4.3.1萃取剂的选择/ 101
4.3.2P507萃取Fe（Ⅲ）的工艺/ 102
4.4Cu（Ⅱ）的萃取/ 104
4.4.1萃取剂的选择/ 104
4.4.2Cu（Ⅱ）的萃取动力学/ 104
4.4.3Cu（Ⅱ）的萃取平衡/ 105
4.4.4N510萃取和反萃取Cu（Ⅱ）的工艺条件——Cu（Ⅱ）的萃取串级实验/ 106
4.5Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Cr（Ⅲ）、Ni（Ⅱ）四元体系的萃取分离/ 108
4.5.1萃取剂的选择/ 108
4.5.2Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Cr（Ⅲ）、Ni（Ⅱ）四元体系中各金属元素的萃取平衡数据的测定/ 124
4.5.3Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Cr（Ⅲ）、Ni（Ⅱ）四元体系萃取分离的萃取串级实验/ 131
4.5.4Cd（Ⅱ）、Cr（Ⅲ）、Ni（Ⅱ）三元体系萃取分离的萃取台架试验/ 133
4.5.5几点结论/ 136
4.6Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）三元体系的萃取分离/ 136
4.6.1Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）三元体系中萃取平衡数据的测定/ 136
4.6.2Cd（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）二元体系中萃取平衡数据的测定/ 141
4.6.3Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）三元体系的萃取串级实验/ 143
4.6.4Cd（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）二元体系的萃取串级实验/ 145
4.6.5Ni（Ⅱ）萃取和反萃取的串级实验/ 147
4.7Zn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）二元体系的萃取分离/ 148
4.7.1P204萃取分离Zn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）萃取平衡数据的测定/ 148
4.7.2Zn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）二元体系的萃取串级实验/ 149
4.7.3Ni（Ⅱ）的萃取和反萃取/ 154
4.8萃取流程工艺和操作条件总汇/ 155
4.8.1实验研究内容/ 155
4.8.2Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）体系萃取分离的工艺和操作条件/ 155
4.8.3Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）体系萃取分离的工艺和操作条件/ 157
4.9反萃液的处理——产品制备/ 157
4.9.1反萃液处理的工艺路线/ 157
4.9.2产品质量分析/ 158
4.10Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）体系和Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）体系萃取分离的工艺流程/ 159
4.11萃取设备的选择/ 161
4.12过程经济估算/ 161
4.12.1经济估算基准/ 162
4.12.2产值计算/ 162
4.12.3萃取和反萃取过程的能耗（电耗、煤耗）和溶剂消耗/ 162
4.12.4主要操作费用估算/ 163
4.13可供参考的多金属萃取分离流程/ 164
4.13.1从电镀废水或污泥浸出液中萃取分离有价金属/ 164
4.13.2从电器和电子废物/垃圾的硫酸浸出液中萃取分离有价金属Cu、Zn、Cd、Ni/ 166
4.13.3从湿法冶金废水中萃取分离有价金属/ 167
符号表/ 169
希腊字母/ 169
参考文献/ 169

第5章青霉素的萃取/ 172
5.1青霉素的理化特性/ 172
5.1.1青霉素的结构和酸碱性/ 172
5.1.2青霉素的溶解度/ 173
5.1.3青霉素的稳定性/ 173
5.1.4青霉素的聚合反应/ 177
5.2青霉素的萃取工艺/ 177
5.2.1青霉素若干新萃取体系的开发/ 177
5.2.2石油亚砜和二异辛基亚砜萃取青霉素G的工艺研究/ 184
5.3青霉素萃取过程中的乳化和破乳/ 206
5.3.1乳化成因/ 206
5.3.2如何破乳/ 206
5.4建议的萃取流程/ 207
5.5青霉素萃取的常用萃取设备/ 208
符号表/ 209
参考文献/ 209

第6章大环内酯类抗生素的萃取（1）——红霉素萃取工艺流程的剖析/ 211
6.1红霉素的分子结构和理化性质/ 211
6.1.1红霉素的分子结构/ 211
6.1.2红霉素的理化性质/ 212
6.2红霉素的生产工艺流程/ 216
6.3红霉素的中性配合萃取体系的研发/ 218
6.3.1萃取剂和萃取体系的筛选/ 218
6.3.2异辛醇-加氢煤油体系的研发/ 223
6.3.3红霉素的协同萃取体系/ 246
6.4红霉素萃取和反萃取的理论级数的计算/ 251
6.4.1异辛醇-煤油萃取体系/ 251
6.4.2异辛醇-二甲苯协萃体系/ 252
6.5红霉素生产厂现场试验结果/ 252
6.6乙酸丁酯、异辛醇-煤油、异辛醇-二甲苯三种萃取体系的技术经济比较/ 257
6.6.1萃取机制/ 257
6.6.2生产工艺过程/ 257
6.6.3经济效益的估算/ 257
6.6.4采用异辛醇萃取体系的可行性/ 258
6.7红霉素生产用的萃取设备/ 258
符号表/ 259
希腊字母/ 259
参考文献/ 259

第7章大环内酯类抗生素的萃取（2）——麦白霉素的萃取/ 262
7.1麦白霉素的分子结构和理化性质/ 262
7.1.1麦白霉素的分子结构/ 262
7.1.2麦白霉素的理化性质/ 262
7.2麦白霉素的萃取工艺/ 263
7.2.1萃取剂和萃取体系的筛选/ 264
7.2.2异辛醇萃取麦白霉素萃取机制的判定/ 265
7.2.3异辛醇-煤油体系萃取麦白霉素的萃取平衡和萃取动力学实验/ 265
7.2.4异辛醇-煤油体系中麦白霉素的萃取工艺条件实验/ 268
7.2.5异辛醇-煤油体系中麦白霉素的反萃取工艺条件实验/ 270
7.2.6异辛醇-煤油体系萃取麦白霉素的生产全流程实验/ 272
7.2.7麦白霉素的协同萃取/ 275
7.3异辛醇萃取体系的经济效益分析/ 276
7.4麦白霉素生产用萃取设备/ 277
符号表/ 277
希腊字母/ 277
参考文献/ 277

第8章林可霉素的萃取工艺流程剖析/ 278
8.1林可霉素的理化特性/ 279
8.1.1林可霉素的组分组成和分子结构式/ 279
8.1.2林可霉素的稳定性/ 279
8.1.3林可霉素的解离/ 280
8.1.4林可霉素的自缔合和构象/ 281
8.2林可霉素的中性配合萃取/ 282
8.2.1萃取剂的选择/ 282
8.2.2辛醇法萃取/ 282
8.2.3林可霉素的协同萃取/ 284
8.3林可霉素的有机羧酸萃取/ 288
8.3.1实验体系、装置和方法/ 289
8.3.2实验结果/ 289
8.4林可霉素各萃取工艺的技术经济比较/ 295
8.5林可霉素萃取流程的另一设计（萃取+离子交换）/ 296
8.6林可霉素萃取设备的选择、比较/ 297
8.7林可霉素萃取工艺和技术的新进展/ 298
8.7.1采用双水相萃取（aqueous two-phase extraction，ATPE）体系/ 298
8.7.2采用双水相浮选技术（aqueous two-phase floatation，ATPF）/ 298
符号表/ 300
希腊字母/ 300
参考文献/ 300

第9章有机衣康酸的萃取工艺/ 303
9.1有机酸及其萃取的一般规律/ 303
9.1.1有机酸萃取的基本萃取体系/ 303
9.1.2有机酸萃取的影响因素/ 305
9.1.3有机酸的反萃取/ 306
9.2衣康酸的提取/ 307
9.2.1衣康酸的结构和理化性质/ 307
9.2.2衣康酸提取方法的比较/ 307
9.2.3溶剂萃取法提取衣康酸/ 307
9.3衣康酸萃取的研究进展/ 311
9.3.1衣康酸的物理萃取/ 312
9.3.2衣康酸的反应萃取/ 312
9.3.3衣康酸的发酵-萃取偶联（一体化）生产工艺/ 314
符号表/ 315
希腊字母/ 315
参考文献/ 315

第10章赤霉素的萃取工艺流程剖析/ 317
10.1赤霉素的结构和理化性质/ 317
10.2赤霉素的提取工艺/ 318
10.3采用萃取-反萃取循环代替蒸发浓缩工艺/ 320
10.3.1萃取剂的选择和萃取体系的确定/ 320
10.3.2TBP-辛醇-磺化煤油体系/ 324
10.3.37402-辛醇-磺化煤油体系/ 331
10.3.4TBP-辛醇-煤油萃取体系萃取过程的乳化和破乳/ 335
10.3.5萃取设备的选择/ 339
10.3.6萃取浓缩工艺的技术经济分析/ 339
10.4赤霉素萃取工艺的研究进展/ 340
符号表/ 341
参考文献/ 342

第11章乙二醛的萃取纯化工艺流程剖析/ 343
11.1乙二醛的生产工艺/ 343
11.1.1乙二醇气相氧化法/ 343
11.1.2乙醛硝酸氧化法/ 343
11.2乙二醛水溶液的纯化方法/ 344
11.2.1乙二醇氧化物产品的纯化/ 344
11.2.2乙醛氧化物产品的纯化/ 345
11.3乙二醇氧化液中乙二醛的溶剂萃取法纯化工艺研究/ 346
11.3.1萃取体系的筛选/ 346
11.3.2异辛醇-磺化煤油体系和异辛醇-二甲苯体系的萃取工艺研究/ 348
11.3.3萃取动力学实验/ 349
11.3.4萃取理论级数的计算/ 351
11.3.5萃取串级实验/ 352
11.3.6萃取台架试验/ 352
11.4萃取设备的选择和设计/ 354
11.5萃取过程生产运行数据/ 355
11.62D树脂和乌洛托品副产品的制备/ 356
11.7萃取溶剂的处理和循环复用/ 357
11.8萃取法纯化乙二醛水溶液的技术经济分析/ 357
符号表/ 358
希腊字母/ 358
参考文献/ 358

第12章液-液萃取技术的扩展应用/ 360
12.1代替沉淀法进行产物的直接提取/ 360
12.2代替重结晶和离子交换法用于产物的提取分离/ 362
12.3代替蒸发法用于产物的浓缩/ 362
12.4代替水蒸气蒸馏法用于产物的纯化/ 362
12.5代替精馏法用于性质相近产物的精细分离/ 362
12.6用于产物的介质转换/ 363
12.7萃取法制备硫酸钾、磷酸二氢钾等无机盐/ 363
12.7.1萃取法制备硫酸钾/ 363
12.7.2萃取法制备磷酸二氢钾/ 365
12.8用于废水、废渣处理，进行综合回收/ 366
12.9溶剂萃取在化学分析中的应用/ 367
符号表/ 368
参考文献/ 368

第13章液-液萃取过程的环境评价/ 372
13.1液-液萃取过程中可能产生的二次污染/ 372
13.2消除或降低有机溶剂二次污染的可行措施/ 372
13.2.1料液的处理和萃取溶剂的选择/ 372
13.2.2萃取和除油设备的选择及操作/ 373
13.2.3采用对萃余液或废水中的有机溶剂能进行有效“消化”“降解”的生化或其他处理技术/ 373
13.2.4装设监测装置/ 374
13.2.5研究开发新型萃取溶剂和技术/ 374
13.2.6研究采用发酵-萃取偶联的就地（in situ）提取技术/ 377
参考文献/ 377

第14章液-液萃取过程设计的优化/ 379
14.1“三位一体”的优化目标/ 379
14.2液-液萃取过程设计的优化要点/ 379
参考文献/ 381

结束语/ 382