生物工程下游技术 萃取课件.ppt

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1、Chapter4萃取SolventExtraction4.1概述4.2有机溶剂萃取过程的基本理论4.3工业萃取技术及其计算4.4其它萃取方法4.1概述4.1.1基本概念萃取(Extraction):利用一种组分在两个互不相溶的两液相中溶解度的不同达到分离的目的。其实质是组分在两相之间的传质过程。一般是目标物从水相转移到有机相的过程反萃取(BackExtraction):调节反水相条件，将目标物从有机相转移到水相的萃取操作溶质(solute)：目标物质，被提取的物质萃取剂(extractan)：加入的第三组分，用于萃取目标物的溶剂萃取相(e

2、xtractionphase):萃取剂萃取到目标物后所得的混合组分萃余相(extractionraffinate):原溶液被萃取剂萃取后剩余的混合物4.1.2萃取操作的分类按原料分：液液萃取；固液萃取(浸取Leaching)按原理分：物理萃取-萃取剂与目标物之间无化学反应化学萃取-萃取剂有选择地与目标物化合或络合，从而使目标物在两相中重新分配按原料和萃取剂接触的方式及流动情况分：单级萃取(Single-stepextraction)多级萃取(Poly-stepextraction)：错流接触萃取(cross-flowextraction)

3、逆流接触萃取(reverse-flowextraction)按萃取剂的不同分：超临界，反胶团，双水相液－液萃取过程图萃取器溶剂/溶质塔汽提塔分离器冷凝器热交换器萃取、洗涤和反萃操作过程示意图液中含有少量目标产物，为提高收率，需将此溶液返回到萃取段。经过萃取、洗涤和反萃取操作，大部分目标产物进入到反萃相(第二水相)，而大部分杂质则残留在萃取后的料液相(称作萃余相)。4.1.3萃取分离的特点（1）萃取过程有选择性（2）能与其它步聚相配合（3）通过相转移减少产品水解（4）适用于不同规模（5）传质快（6）毒性与安全环境问题4.2有机溶剂萃取过程的

4、基本理论4.2.1物质的溶解和相似相溶原理(similaritysolution)物质的溶解过程(体系自由能下降可使过程自发进行):Ⅰ--溶解过程忽略ΔS、P、V，则只考虑体系能量变化则从能量角度将溶解分三个过程：①溶质各质点(B)的分离(吸能)—②溶剂(A)在溶质作用下形成可容纳溶质质点的空位(吸能)—③B进入A的空位(放能)Ⅱ--溶解时的能量：①吸能的大小与溶质分子间作用力有关--非极性<极性<氢键<离子型物质；②与溶液分子A间的相互作用力有关--非极性<极性<氢键<离子型物质；③与溶质和溶液分子间作用力有关--A、B为非极性<非-极

5、

6、③步均为极性物，H键强，放能，溶解Ex:苯几乎不溶于水，但引入-OH后溶解度增大；甲醇的同系物，C链愈长，醇分子与水不“相似”的部分愈多，溶解度愈低。4.2.2溶剂的互溶性规律物质分子之间的作用力包括较强的氢键和弱的范德华力，形成氢键的过程是放能的过程，则可根据形成氢键的情况推断各类溶剂相互溶解的规律。根据氢键的强度：若两种溶剂混合后形成的氢键强于混合前，有利互溶。根据氢键的数目：如-OH、-NH2多易溶。根据溶济的极性：第二个相似性在工业上参考得多，物质极性是根据介电常数的大小来判断—ε相近，则相似相溶。杂质溶质原溶剂萃取剂Lightp

7、haseHeavyphaseHeavyphase4.2.3分配定律和分离因素分配系数衡量萃取体系是否合理的重要参数：Y-----平衡时溶质在轻相中的浓度X-----平衡时溶质在重相中的浓度L,yH,x应用前提条件-Henry平衡（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否则见P95-Langmuier平衡萃取分离的基本方程由物化理论可知：萃取操作达到平衡时，溶质在轻相和重相中的化学势相等。式中下标1和2分别表示相1(下相)和相2(上相)(下同)。化学位是溶质活度的函数，与溶质活度的关系为而a=γc即分配常数为溶质在相

8、l和相2中活度系数的比与Nerst分配常数的乘积。活度系数是溶质浓度的函数，只有当溶质浓度非常低时才有γ＝1，A＝A0为常数，所以，分配定律只有在较低浓度范围内成立。当溶质浓度较高时，如果γ1