课件 溶剂萃取

1、基本概念n萃取：利用流体为溶剂提取原料中目标产物的操作。n萃取剂：流体（液体，超临界流体）n目标物 固体：液固萃取（浸取）液体：液液萃取有机溶剂萃取有机溶剂萃取双水相萃取双水相萃取反胶团萃取反胶团萃取液膜萃取液膜萃取萃取相（轻相）萃余相（重相）操作的一般过程萃取萃取 洗涤洗涤 反萃取反萃取 分配常数 分配系数萃余相浓度萃取相浓度21ccK线性平衡LangmuirLangmuir型平衡型平衡适应条件：低浓度适应条件：高低浓度18.1.2 弱电解质的分配平衡弱电解质的萃取理论弱电解质的萃取理论弱碱和弱酸的解离平衡关系分别为： AH(light phase) Ka Kb AH A- + H+ BH+

2、 B + H+ AH = A- + H+(water)弱酸性电解质的分配系数弱酸性电解质的分配系数弱碱性电解质的分配系数弱碱性电解质的分配系数18.2 有机溶剂的选择选择原则：根据相似相溶的原理选择原则：根据相似相溶的原理( (最重要参数：介电常数，最重要参数：介电常数，极性极性) )，选择与目标产物性质相近的萃取剂，可以得到较，选择与目标产物性质相近的萃取剂，可以得到较大分配系数。此外，有机溶剂还应满足以下要求：大分配系数。此外，有机溶剂还应满足以下要求：1)1)、价廉易得；、价廉易得；2)2)、与水相不互溶；、与水相不互溶；3)3)、与水相有较大的密度差，并且粘度小，表面张力适中，、与水相

3、有较大的密度差，并且粘度小，表面张力适中，相分散和相分离较容易；相分散和相分离较容易；4)4)、容易回收和再利用；、容易回收和再利用；5)5)、毒性低，腐蚀性小，闪点低，使用安全；、毒性低，腐蚀性小，闪点低，使用安全；6)6)、不与目标产物发生反应。、不与目标产物发生反应。常用于抗生素类萃取剂有：丁醇等醇类、乙酸乙酯、乙酸丁常用于抗生素类萃取剂有：丁醇等醇类、乙酸乙酯、乙酸丁酯和乙酸戊酯等乙酸酯类以及甲异丁基甲酮（酯和乙酸戊酯等乙酸酯类以及甲异丁基甲酮（methyl methyl isobutyl ketoneisobutyl ketone）等。）等。18.3 水相条件的影响npHpH值值 一

4、方面，一方面，pHpH值影响分配系数；另一方面，值影响分配系数；另一方面，pHpH影影响选择性。响选择性。n温度：温度影响分配系数温度：温度影响分配系数n盐析剂盐析剂 一方面，盐析剂可使产物在水中溶解度降低，一方面，盐析剂可使产物在水中溶解度降低，而易于转入溶剂中去。另一方面，也能减少有机而易于转入溶剂中去。另一方面，也能减少有机溶剂在水中溶解度。溶剂在水中溶解度。n带溶剂带溶剂 能与目标物形成复合物，易于溶于有机溶剂能与目标物形成复合物，易于溶于有机溶剂中中乳化处理及破乳乳化处理及破乳 1)1)在操作前，对发酵液进行过滤或絮凝沉淀处理，在操作前，对发酵液进行过滤或絮凝沉淀处理，可除去大部分蛋

5、白质及固体微粒，防止乳化现象可除去大部分蛋白质及固体微粒，防止乳化现象的发生。的发生。 2)2)乳化产生后，采取适当的破乳手段。乳化产生后，采取适当的破乳手段。n如果乳化现象不严重，可采用过滤或离心沉降的如果乳化现象不严重，可采用过滤或离心沉降的方法。方法。n对于对于O/WO/W型乳浊液，加入亲油性表面活性剂，可型乳浊液，加入亲油性表面活性剂，可使乳浊液从使乳浊液从O/WO/W型转变成型转变成W/OW/O型，但由于溶液条件型，但由于溶液条件不允许不允许W/OW/O型乳浊液的形成，即乳浊液不能存在，型乳浊液的形成，即乳浊液不能存在，从而达到破坏的目的。从而达到破坏的目的。n 相反，对于相反，对于

6、W/OW/O型乳浊液，加入亲水性表面活性型乳浊液，加入亲水性表面活性剂，如剂，如SDSSDS可达到破乳的目的。可达到破乳的目的。溶剂萃取应用应用青霉素 (light phase) 青霉素 = 青霉素- + H+(water)1）青霉素萃取）青霉素萃取青霉素是有机酸青霉素是有机酸, pH, pH值对其分配值对其分配系数有很大影响。很明显系数有很大影响。很明显, , 在较在较低低pHpH下有利于青霉素在有机相中下有利于青霉素在有机相中的分配的分配, , 当当pHpH大于大于6.06.0时时, ,青霉素青霉素几完全分配于水相中。从图中可几完全分配于水相中。从图中可知知, ,选择适当的选择适当的pH,

7、 pH, 不仅有利于提不仅有利于提高青霉素的收率高青霉素的收率, , 还可根据共存还可根据共存杂质的性质和分配系数杂质的性质和分配系数, ,提高青霉提高青霉素的萃取选择性。素的萃取选择性。2)2) 青霉素反萃取青霉素反萃取3 3）红霉素萃取）红霉素萃取红霉素是碱性电解质，在红霉素是碱性电解质，在乙酸戊酯和乙酸戊酯和pH9.8pH9.8的水相的水相之间分配系数为之间分配系数为44.744.7，而，而水相水相pHpH降至降至5.55.5时时, , 分配分配系数降至系数降至14.414.4。4 4）红霉素反萃取）红霉素反萃取反萃取操作同样可通过调反萃取操作同样可通过调节节pHpH值实现。如，红霉素值

8、实现。如，红霉素在在pH9.4pH9.4的水相中用醋酸的水相中用醋酸戊酯萃取，而反萃取则用戊酯萃取，而反萃取则用pH5.0pH5.0的水溶液。的水溶液。红霉素 (light phase) 红霉素 + H+ = 红霉素+ (water)18.5 萃取方式和理论得率的计算混合混合-澄清式萃取器澄清式萃取器(Mixer-settler, 最常用的液液萃取设备最常用的液液萃取设备) 1混合-澄清式萃取 物料衡算物料衡算: : 如存在线性平衡,H和L为常数,有萃取因子萃取因子：萃余率：萃余率：萃取率：萃取率：意义：意义：问题问题: : 效率低, 为达到一定的萃取率, 间需大量萃取剂 例例1：利用乙酸乙酯

9、萃取发酵液中的放线菌素D(Actinomycin D), pH3.5时分配系数m =57。令H = 450 l/h,单级萃取剂流量为39 l/h。计算单级萃取的萃取率。解解: 单级萃取的萃取因子：E = 57*39/450 = 4.94 单级萃取率： = 4.94/（1+4.94）= 0.8322 多级错流接触萃取 多级错流接触过程2 多级错流接触萃取 假设每一级溶质分配均达到线性假设每一级溶质分配均达到线性平衡平衡, , 即即 且每一级萃取剂流量相等且每一级萃取剂流量相等(= L), (= L), 则第则第i i级物料衡算式为级物料衡算式为 其中，其中，萃余率萃余率: : 萃取率：萃取率：.

10、 .2 多级错流接触萃取n如每一级溶质分配为非线性平衡如每一级溶质分配为非线性平衡, , 或每一级萃取剂流量或每一级萃取剂流量不等不等, , 则各级的萃取因子则各级的萃取因子E Ei i也不相同也不相同, ,可采用逐级计算法，可采用逐级计算法，为为 萃余率萃余率: :萃取率：萃取率：= 1 - n 3 多级逆流接触萃取 n将多个混合-澄清器单元串联起来,分别在左右两端的混合器中连续通入料液和萃取液,使料液和萃取液逆流接触,即构成多级逆流接触萃取. 3 多级逆流接触萃取 第i级的物料衡算式为 (i = 1, 2, 3, , n) 萃取率为萃余率为例例3 3：设例：设例2 2中操作条件不变中操作条

11、件不变(L = 39 l/h), (L = 39 l/h), 计算采计算采用多级逆流接触萃取时使收率达到用多级逆流接触萃取时使收率达到99% 99% 所需的级所需的级数。数。解：解：E = mL/H = 4.94; E = mL/H = 4.94; 因为收率为因为收率为99%, 99%, 即即 1 - 1 - n n = 0.99, = 0.99, 则上式得则上式得n = 2.74, n = 2.74, 故需要三级萃故需要三级萃取操作。取操作。可计算采用三级逆流接解萃取的收率为可计算采用三级逆流接解萃取的收率为99.3%99.3%, , 高于例高于例2 2的错流萃取的错流萃取, , 说明多级逆

12、流接触萃取效说明多级逆流接触萃取效率优于多级错流萃取率优于多级错流萃取. .萃余率为萃取率为3 3多级逆流接触萃取 当萃取平衡关系为非线性方程时, 上述解析解不再适用, 此时可采用图解法. 设平衡线方程为式 y = f(x), 对整个萃取流程作物料衡算, 得操作线方程: 液膜萃取定义 液膜是由水溶液或有机溶剂构成的液体薄液膜是由水溶液或有机溶剂构成的液体薄膜。利用液膜将与之不能互溶的液体分隔开来，膜。利用液膜将与之不能互溶的液体分隔开来，使其中一侧的液体中的溶质选择性的透过液膜使其中一侧的液体中的溶质选择性的透过液膜进入另一侧，实现溶质之间的分离。进入另一侧，实现溶质之间的分离。液膜的种类n乳状液膜 乳状液膜根据成膜液体的不同，分 为 水 - 油 - 水(W/O)/W型和油-水-油(O/W)/O型两种。n支撑液