生物分离工程 第四章 萃取

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1、第四章萃取（extraction）主讲：杨丽芬一、基本概念萃取的概念利用溶质在互不相溶(稳定后能够分层)的两相之间溶解度的不同而使溶质得到分离的方法。萃取体系的构成溶质：被提取的目标物质。原溶剂：原先溶解目标产物的溶剂。萃取剂：加入的第三组分，用于提取目标产物，在萃取操作中应用，故称为萃取剂；萃取为流体。萃取液：含有大部分溶质及少部分杂质的萃取剂相。萃余液：失去大部分溶质的料液相。萃取的分类①分类依据：原料或萃取剂的物理状态（相态）有机溶剂萃取a.液-液萃取双水相萃取液膜萃取反胶团萃取b.液固萃

2、取（浸取）c.超临界流体萃取：萃取剂为超临界流体，原料可以是液体，也可以是气体。一、基本概念②萃取依据：萃取原理a.物理萃取b.化学萃取物理萃取：溶质根据相似相容原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质不发生化学反应（物理因素）。化学萃取：利用脂溶性萃取剂与溶质之间发生化学反应（如离子交换和络合反应）生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。稀释剂：化学萃取中通常用煤油、己烷、四氯化碳和苯等有机溶剂溶解萃取剂，改善萃取剂的物理性质，此时的有机溶剂称为稀释剂。一、基本概念③分类依据：操作方式a.分批

3、式萃取b.连续式萃取④分类依据：萃取流程a.单极萃取b.多级萃取多级错流萃取、多级逆流萃取、微分萃取一、基本概念萃取技术的优点①比化学沉淀法分离度高。②比离子交换法选择性好、传质快③比蒸馏法能耗低，生产能力大，周期短，连续操作，可以实现自动化。④和其他新型的技术结合产生一系列新型分离方法，大大提高了应用范围。一、基本概念杂质溶质原溶剂萃取剂Lightphase(密度小，为萃取相)Heavyphase（密度大，为料液相）液液萃取模型一、基本概念料液相中溶质浓度的变化用萃取速率表示：萃取速率不仅受两

4、相性质的影响，更重要的受萃取操作形式的影响（接触方式）。但是溶质在两相中的分配平衡是状态的函数，与萃取操作形式无关（两相接触状态）当两相的状态一定时，达到分配平衡时，溶质在两相的浓度是一定的。一、基本概念传质指化学过程中发生了物质质量的传递,包括精馏蒸发吸收萃取浸提膜过滤等等化学过程。传质系数是指单位面积上在单位推动力的作用下的质扩散速率。反萃取：将目标产物从有机相转入水相的萃取操作。完整的萃取操作除了萃取和反萃取外，还在两者之间增加了洗涤作。洗涤：本质是萃取；目的是除去与目标产物同时萃取到有机

5、相的杂质。洗涤剂：用于洗涤的萃取剂。一、基本概念一、基本概念实现萃取的主要因素是不同溶质在两相中分配平衡的差异。分配定律：Nerst1891年提出的，在恒温恒压条件下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的相对分子质量相（同一种分子形态）等，则其在两相中的平衡浓度之比为一常数：即分配常数。分配定律的推到：利用热力学理论推到出来的任何物质存在于两相时，必从化学位较大的一相向化学位较小的一相传递，当在两相中达到平衡时，该物质在两相中的化学位(μ)相等。（化学位是反应物质传递的推动力的

6、物理量）二、分配定律与分配平衡化学势是活度的函数：二、分配定律与分配平衡所以，分配定律只有在较低浓度范围内成立。A是一个重要的特征参数，与溶质浓度和两相性质有关。分配系数：在多数情况下，溶质在各相中并非以一种分子形态存在，特别是在化学萃取中，通常用溶质在两相中的总浓度之比表示溶质的分配平衡，该比值称为分配系数。或二、分配定律与分配平衡相比：指一个萃取体系中，一个液相和另一个液相的体积之比。用R表示：R=分离系数β（分离因子）生物工程中料液一般含多种溶质，我们为了表示萃取剂对两种溶质A和B的分离能

7、力的大小，引入了分离系数：一定条件下进行萃取分离时，被分离的两种组分的分配系数的比值。是目标产物分离纯化程度的指标。β=β越大，溶质A和B越易分离，β=1时，A和B根本不能分离。二、分配定律与分配平衡V1V2mAmB三、液液萃取设备及其设计的理论基础溶质在料液相和萃取相的分配平衡关系是液液萃取设备及过程的设计基础。混合：料液与萃取剂充分混合形成乳浊液的过程。一般在搅拌罐中完成，也可利用管道和喷射泵完成。分离：将乳浊液分开形成萃取相和萃余相的过程（分层）。通常利用离心机完成。溶剂回收：从萃取相或萃

8、余相中回收溶剂的过程。用回收器完成，如液体蒸馏设备。㈠单级萃取（混合-澄清式萃取）一个混合器和一个分离器组成，一般用于分批式操作，也可用于连续操作。三、液液萃取设备及其设计的理论基础对萃取过程进行物料衡算：H、L分别代表料液相和萃取相的体积（连续操作中为流量），xF、yF分别代表料液相和萃取相中溶质的初始浓度；x、y分别带表萃取达到平衡时料液相和萃取相中溶质的浓度。萃取因子或萃取因素E溶质在萃取相和萃余相中数量（质量或物质的量）的比值萃余分率（）：萃余相中溶质的数量与料液相中溶质的初始数量之比。