有机溶剂萃取法生物分离工程.ppt

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1、溶剂萃取概述萃取：当含有生化物质的溶液与互不相溶的第二相接触时，生化物质倾向于在两相之间进行分配，当条件选择得恰当时，所需提取的生化物质就会有选择性地发生转移，集中到一相中，而原来溶液中所混有的其它杂质（如中间代谢产物、杂蛋白等）分配在另一相中，这样就能达到某种程度的提纯和浓缩。萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作，在发酵和其它生物工程生产上的应用也相当广泛，萃取操作不仅可以提取和增浓产物，使产物获得初步的纯化，所以广泛应用在抗生素、有机酸、维生素、激素等发酵产物的提取上。萃取过程溶剂萃取概述杂质溶质原溶剂萃取剂LightphaseH

2、eavyphase溶剂萃取概述萃取的基本概念①萃取:溶质从料液转移到萃取剂的过程。②反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。在完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操作就称为反萃取（Backextraction)③物理萃取和化学萃取：物理萃取的理论基础是分配定律，而化学萃取服从相律及一般化学反应的平衡定律。溶剂萃取概述萃取法是利用液体混合物各组分在某有机溶剂中的溶解度的差异而实现分离的。料液：在溶剂萃取中，被提取的溶液，溶质：其中欲提取的物质，萃取剂：用以进行萃取的溶剂，萃取液：经接触分

3、离后，大部分溶质转移到萃取剂中，得到的溶液，余液：被萃取出溶质的料液称为。溶剂萃取概述萃取的基本概念实验室液液萃取过程溶剂萃取概述一般工业液液萃取过程生物萃取与传统萃取相比的特殊性生物工程不同于化工生产，主要表现在生物分离往往需要从浓度很稀的水溶液中除去大部分的水，而且反应液中存在多种副产物和杂质，使生物萃取具有特殊性。①成分复杂②传质速率不同③相分离性能不同④产物的不稳定性萃取过程有选择性能与其它步聚相配合通过相转移减少产品水解适用于不同规模传质快周期短，便于连续操作毒性与安全环境问题溶剂萃取法的特点6.1萃取过程的理论基础液液萃取是以分

4、配定律为基础分配定律：一定T、P下，溶质在两个互不相溶的溶剂中分配，平衡时，溶质在两相中浓度之比为常数。K-分配系数在常温常压下Ｋ为常数；应用前提条件（1）稀溶液（2）溶质对溶剂互溶没有影响（3）必须是同一分子类型，不发生缔合或离解分配定律推导当温度一定时，标准化学位为常数如为稀溶液，用浓度代替活度根据相律（F=C-P+2），在一定温度和压力下萃取达到平衡时，溶质在两相中的化学位相等：μL=μH分离因素（β）如果原来料液中除溶质A以外，还含有溶质B，则由于A、B的分配系数不同，萃取相中A和B的相对含量就不同于萃余相中A和B的相对含量。如A的

5、分配系数较B大，则萃取相中A的含量（浓度）较B多，这样A和B就得到一定程度的分离。萃取剂对溶质A和B分离能力的大小可用分离因素（β）来表征。分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。ＫＡβ=ＫＢβ=1KA=KB分离效果不好；β>1KA>KB分离效果好；β越大，KA越大于KB，分离效果越好。分离因素（β）弱电解质在有机溶剂-水相的分配平衡分配系数中CL和CH必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。对于弱电解质，在水中发生解离，则只有两相中的单分子化合物的浓度才符合分配定律。例如青霉素在水中部分离解成负离子（青COO－），而在溶剂相中则仅以游

6、离酸（青COOH）的形式存在，则只有两相中的游离酸分子才符合分配定律。此时，同时存在着两种平衡，一种是青霉素游离酸分子在有机溶剂相和水相间的分配平衡；另一种是青霉素游离酸在水中的电离平衡。前者用分配系数K0来表征，后者用电离常数Kp来表征。对于弱碱性物质也有类似的情况。青霉素的分配平衡弱电解质的分配系数：热力学分配系数K0：萃取平衡时，单分子化合物溶质在两相中浓度之比。弱酸性电解质K0＝[AH]/[AH]=弱碱性电解质K0＝[B]/[B]=Kp=弱电解质的表观分配系数K：分配达平衡时，溶质在两相的总浓度之比对于弱酸性电解质对于弱碱性电解质=

7、K0/(1＋10pH－pK)=K0/(1＋10pK－pH)K0－只与T、P有关；K－与T、P和pH有关K可通过实验求出，而K0不能，可由公式求出。思考题：将青霉素由水相萃取到丁酯相中，其pK=2.75，萃取条件：pH=2.5，T=10℃，VF∶VS=1∶1，测得萃取前发酵液（水相）效价20000u/ml，平衡后废液效价645.2u/ml，求分配系数K和K0弱酸的表观分配系数：K=K0/(1＋10pH－pK)弱酸的表观分配系数：K=K0/(1＋10pK－pH)为什么青霉素在酸性（pH≤2.5）条件下，而红霉素却要在碱性（pH≥9.8）条件下才

8、能被萃取到丁酯中去呢？2不同pH条件影响弱电解质电离，从而影响分子的极性，根据相似相溶原则，在弱极性的丁酯中极性小的分子溶解度比水中大1根据表观分配系数公式可知，弱酸的表观分配系