各种萃取技术(不错).ppt

Chapter5萃取SolventExtraction NanjingUniversityofTechnologyYaoZhong 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 Lightphase Heavyphase 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P83 85 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 SupercriticalFluidExtraction 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 1P 73 8bar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 SupercriticalCarbonDioxideExtraction 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 AqueousTwoPhaseExtraction 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 PEG DEXTRAN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 4N cm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10g 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 ReversedMicellesExtraction 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 ChemicalExtraction 离子对 ion pair 氢键 H bonding 离子交换 ionexchange 本章作业