各种萃取技术(不错).ppt

Chapter 5 萃 取 Solvent Extraction,Nanjing University of Technology Yao Zhong（姚忠） ,国家精品课程生物分离工程,萃取的概念 液液萃取从机理上分析可分为哪两类？ 常见物理萃取体系由那些构成要素？ 何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？ 掌握单级萃取过程的计算解析方法。 掌握多级萃取萃取级数的计算方法。,通过本章学习应掌握以下内容：,何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？ 何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？ 反胶团的构成以及反胶团萃取的基本原理。,萃取是生物分离中常用的单元操作,固液分离,分离提取,纯 化,精 制,利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的 物理萃取 化学萃取,何谓萃取,利用溶剂对需分离组分有较高的溶解能力，分离过程纯属物理过程 萃取体系的构成 溶质：被萃取的物质 原溶剂：原先溶解溶质的溶剂 萃取剂：加入的第三组分 萃取剂选择原则：使溶质在萃取相中有最大的溶解度,物理萃取,杂质,溶质,原溶剂,萃取剂,Light phase,Heavy phase,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,分配系数,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。,单级萃取,分配系数为,分配系数的对数值与标准状态下的化学势的差值有关,因此，要提高溶质的分配系数，必须提高标准状态下，其在重相与轻相的化学势之差 可以采取的方法： 改变溶剂 改变溶质的特性 生成有用离子对可溶于萃取剂的离子对 将强酸弱碱盐或强碱弱酸盐生成弱酸弱碱盐 通过改变原溶剂中的pH值,使含溶质的溶液（h） 和萃取剂（L）解出混 合，静止后分成两层。,单级萃取,连续逆流萃取装置,假定传质处于平衡状态 有,y萃取相中溶质的浓度 x萃余相中溶质的浓度 由质量守恒定律：,单级萃取过程的解析计算方法,由以上两式可得：,其中萃取因子：,若P为萃取回收率,是工业生产最常用的萃取流程 分离效率高 产品回收率高 溶剂用量少,多级萃取,三级错流萃取装置a艾德连式 三级错流萃取装置b泵混合分离器 三级错流萃取装置c加挡齐格勒接触器 三级错流萃取装置d霍米莫脱接触器,确定要达到一定的回收率所需萃取的级数 P8385,多级逆流萃取的解析方法,混合沉降器 旋转圆筒萃取塔 离心萃取器 填充塔 喷雾塔 旋转圆盘塔,常用萃取设备,离心萃取器,超临界流体：当一种流体处于其临界点的温度和压力之下，则称之为超临界流体。 特点：密度接近液体萃取能力强 粘度接近气体传质性能好,超临界流体萃取 (Supercritical Fluid Extraction),利用超临界流体的特殊性质，使其在超临界状态下，与待分离的物料接触，萃取出目的产物，然后通过降压或升温的方法，使萃取物得到分离 常用萃取剂 极性萃取剂：乙醇、甲醇、水（难） 非极性萃取剂：二氧化碳（易）,超临界流体萃取的基本思想,临界点： T：304.1 P：73.8 bar 优点： 缺点： 临界条件温和 设备投资大 产品分离简单 无毒、无害 不燃 无腐蚀性 价格便宜,超临界二氧化碳萃取 （Supercritical Carbon Dioxide Extraction）,超临界二氧化碳萃取流程图,等温法 等压法 吸附法,超临界萃取典型流程,咖啡因萃取 植物油：胚芽油、玉米油、亚麻酸 天然香料：杏仁油、柠檬油 啤酒花 尼古丁,超临界流体的应用,大型超临界流体萃取装置,双水相现象是当两种聚合物或一种聚合物与一种盐溶于同一溶剂时，由于聚合物之间或聚合物与盐之间的不相容性，当聚合物或无机盐浓度达到一定值时，就会分成不互溶的两相。 因使用的溶剂是水，因此称为双水相，在这两相中水分都占很大比例(85一95)，活性蛋白或细胞在这种环境中不会失活，但可以不同比例分配于两相，这就克服了有机溶剂萃取中蛋白容易失活和强亲水性蛋白难溶于有机溶剂的缺点。,双水相萃取 (Aqueous Two Phase Extraction),双水相萃取是利用物质在不相溶的，两水相间分配系数的差异进行萃取的方法 是否分层或混合成一相，取决于： 熵增与分子数目有关 分子间作用力与分子大小有关 可以构成双水相的体系有： 离子型高聚物非离子型高聚物（分子间斥力） PEGDEXTRAN 高聚物相对低分子量化合物（盐析作用） PEG硫酸铵,操作条件温和，在常温常压下进行； 两相的界面张力小，一般在10-4Ncm量级，两相易分散， 两相的相比随操作条件而变化； 上下两相密度差小，一般在10 g/L。因此两相分离较困难，目前这方面研究较多 易于连续操作，处理量大，适合工业应用。,双水相萃取的优点,依据悬浮粒子与其周围物质具有的复杂的相互作用： 氢键 电荷力 疏水作用 范德华力 构象效应,双水相萃取的原理,成相高聚物浓度界面张力 成相高聚物的相对分子量 一般来说，蛋白等高分子量物质易集中于低分子量相 电化学分配 双水相萃取时，蛋白质的分配系数受离子强度的影响很小 疏水反应 生物亲和分配 温度及其它因素,双水相系统中目标物分配系数的影响因素,表面活性剂在非极性有机溶剂中形成的一种聚集体 当表面活性剂浓度超过临界微团浓度时，表面活性剂会在水溶液中形成聚集体 微团和反微团,反胶束萃取 （Reversed Micelles Extraction）,微团： 表面活性剂的极 性头朝外，疏水 的尾部朝内，中 间形成非极性的 “核”,反微团： 表面活性剂的极 性头朝内，疏水 的尾部向外，中 间形成极性的“核”,极性“水核”具有较强的溶解能力。 生物大分子由于具有较强的极性，可溶解于极性水核中，防止与外界有机溶剂接触，减少变性作用。 由于“水核”的尺度效应，可以稳定蛋白质的立体结构，增加其结构的刚性，提高其反应性能。,反微团的优点,阴离子表面活性剂 AOT 阳离子表面活性剂 季铵盐,构成反胶团的表面活性剂种类,利用可与被萃目标物发生反应的非极性物质作为萃取剂进行的反应 络合萃取分离有机酸（醋酸） 季铵盐 叔胺 络合萃取体系构成 萃取剂 稀释剂,化学萃取 （Chemical Extraction）,离子对(ion-pai