《Ch溶剂萃取》ppt课件

1、 Organic solvent Extration 第六章第六章 溶剂萃取溶剂萃取萃取：萃取：ExtractionExtraction 液液液萃取液萃取 液固萃取液固萃取 液膜萃取液膜萃取 双水相萃取双水相萃取 反胶团萃取或逆胶束萃取反胶团萃取或逆胶束萃取 超临界流体萃取等。超临界流体萃取等。溶剂萃取突出的特点：溶剂萃取突出的特点：溶剂萃取运用范围溶剂萃取运用范围: :第一节第一节 溶溶 剂剂 萃萃 取取一、溶剂萃取过程的实际根底一、溶剂萃取过程的实际根底根本概念：根本概念：1 1、料液；溶质；萃取剂；萃取相萃、料液；溶质；萃取剂；萃取相萃取液；萃余相萃余液取液；萃余相萃余液2 2、物理萃取

2、；化学萃取、物理萃取；化学萃取杂质杂质溶质溶质原溶剂原溶剂萃取剂萃取剂Light phaseHeavy phase3 3、分配系数：在研讨萃取过程中，常用、分配系数：在研讨萃取过程中，常用分配系数表示平衡的两个共存相中溶分配系数表示平衡的两个共存相中溶质浓度的关系。衡量萃取体系能否合质浓度的关系。衡量萃取体系能否合理的重要参数。理的重要参数。 对互不混溶的两液相系统中，到达对互不混溶的两液相系统中，到达萃取平衡时有：萃取平衡时有：k k为分配系数为分配系数= = 浓度平衡时溶质在萃余相中浓度平衡时溶质在萃取相中21CC二、分配定律和分别因数：二、分配定律和分别因数：一分配定律的表达式：一分配定

3、律的表达式： 恒温恒压下萃取操作到达平衡态时，溶质恒温恒压下萃取操作到达平衡态时，溶质在萃取相在萃取相E E或或L L和萃余相和萃余相R R或或H H水相水相的化学势是相等的。的化学势是相等的。 (E)(E)、 (R)(R)分别为溶质在萃分别为溶质在萃取相、萃余相中的规范化学位。取相、萃余相中的规范化学位。 1 1、22分别为溶质在萃取相、萃余相分别为溶质在萃取相、萃余相中的活度。中的活度。RR气体常数气体常数TT绝对温度绝对温度(E)= (R)(E)= (R)(E)=(E)=(E)+RTln1 (E)+RTln1 (R)=(R)=(R)+RTln2 (R)+RTln2 由、式得由、式得(E)

4、 +RTln1= (E) +RTln1= (R) +RTln2(R) +RTln221=exp (常数常数) ； 令令 RTEuRu21=k 假设溶解在两相中溶质浓度很低假设溶解在两相中溶质浓度很低, ,那那么可用浓度替代活度么可用浓度替代活度, , 即即k= k= 分配分配定律表达式定律表达式21cc二分配定律的含义及成立条件：二分配定律的含义及成立条件：1 1含义：含义：2 2成立条件：成立条件：三分别要素：三分别要素： 萃取剂用的溶剂除对产物有较大的溶解度萃取剂用的溶剂除对产物有较大的溶解度外，还应有良好的选择性。外，还应有良好的选择性。 溶剂的选择性用分别要素溶剂的选择性用分别要素或或

5、或或AB来表征。来表征。=AB = = =AB = = = =定义为产物与杂质分配系数之比。定义为产物与杂质分配系数之比。BA/CCBCAC221/1BAKK杂产KK越大，表示越大，表示A A、B B两溶质分别效果越好。两溶质分别效果越好。三、弱电解质在有机溶剂三、弱电解质在有机溶剂- -水相间的分配平衡水相间的分配平衡AH 有机相有机相 K0 AH Ka A-+H+水相水相 弱酸分配和电离平衡弱酸分配和电离平衡 B 有机相有机相 K0BH+ Kb B+H+水水相相 弱碱分配和电离平衡弱碱分配和电离平衡三、弱电解质在有机溶剂三、弱电解质在有机溶剂- -水相间的分配平衡水相间的分配平衡对于弱酸性

6、抗生素对于弱酸性抗生素 AH A-+H+ Kp Kp= AHHA A-= HAHKp 在有机溶剂和水相存在分配平衡在有机溶剂和水相存在分配平衡: : AH AH有有 K0 在水溶液中存在电离平衡：在水溶液中存在电离平衡：K0= = AHAH 水相中游离酸浓度有机相中游离酸浓度HA =K0AH K0K0为真分配系数为真分配系数 C=AH+A-水中弱电解质总浓度水中弱电解质总浓度 表观分配系数定义为：表观分配系数定义为：K K表表= = AAHAH 将、式代入式得：将、式代入式得： K K表表= = = = HAHKp0AHAHKKpHKH0-lgKp=pKp Kp=10-pkp -lgKp=pK

7、p Kp=10-pkp -lgH+=pH H+=10-pH 代入代入得得 K K表表= = pKapHK 1010 式阐明了弱酸性电解质表观分配系式阐明了弱酸性电解质表观分配系数与数与pHpH的关系。的关系。 同样道理推测出大环内酯类抗生素即同样道理推测出大环内酯类抗生素即弱碱性电解质的表观分配系数为弱碱性电解质的表观分配系数为K K表表= =pHpKbK 1010式阐明了弱碱性电解质表观分配系数与式阐明了弱碱性电解质表观分配系数与pHpH的关系。的关系。 从上可见，溶质在两相的分配决议于选择何种溶剂从上可见，溶质在两相的分配决议于选择何种溶剂和水相的和水相的pHpH。例：用醋酸丁酯从例：用醋

8、酸丁酯从pHpH为为2.52.5的发酵液中萃取苄的发酵液中萃取苄基青霉素，在基青霉素，在00，pH2.5pH2.5时测得时测得K K表表=30=30，Ka=10-2.75Ka=10-2.75。求两相中浓度相等时的。求两相中浓度相等时的pHpH值。值。 解：根据式得解：根据式得K0=30K0=301+102.5-2.751+102.5-2.75=47=47 当苄基青霉素在两相中浓度相等即当苄基青霉素在两相中浓度相等即K K表表=1=1时，时， 1= pKapH 1014747-1= pKapH1010pH=4.4 pH=4.4 表观分配系数表观分配系数=1=1即苄基霉素在醋酸丁即苄基霉素在醋酸丁

9、酯相与水相中的浓度相等，其酯相与水相中的浓度相等，其pH=4.4pH=4.4，当，当pHpH4.44.4时，苄基青霉转移到丁酯相称为萃时，苄基青霉转移到丁酯相称为萃取；取；pHpH4.44.4时时, ,苄基青霉素又从丁酯相转苄基青霉素又从丁酯相转移到水相移到水相, ,称为反萃取。称为反萃取。阐明：阐明：第二节第二节 溶剂的选择溶剂的选择1、溶解度、溶解度2、分别要素、分别要素3、类似相溶的原那么、类似相溶的原那么4、选择适宜溶剂的条件：、选择适宜溶剂的条件：第三节第三节 水相条件的影响水相条件的影响1、pH值值2、温度、温度3、盐析、盐析4、带溶剂：、带溶剂：第四节第四节 乳化和去乳化乳化和去

10、乳化 乳化：是一种液体分散相分散在另一种乳化：是一种液体分散相分散在另一种不相混溶的液体延续相中的景象，不相混溶的液体延续相中的景象，这种体系是不均一的，不稳定的体系，这种体系是不均一的，不稳定的体系，生成的这种液体称为乳状液或乳浊液。生成的这种液体称为乳状液或乳浊液。一、乳浊液的构成：一、乳浊液的构成：1 1、构成与类型：外表活性剂、乳化剂、构成与类型：外表活性剂、乳化剂类型类型: :乳浊液乳浊液根据内相、外相的性质，根据内相、外相的性质，乳状液分为乳状液分为 O/ W O/ W型；型； W/O W/O 型两种类型型两种类型乳化剂乳化剂是一类外表活性剂的物质。是一类外表活性剂的物质。构成乳浊

11、液的根本条件构成乳浊液的根本条件: :分散相分散相 ( (内相内相):):不延续相不延续相分散介质外相：延续相分散介质外相：延续相n COONan烃基烃基 SO3Nan 憎水性憎水性 极性部分极性部分OSO3Nan 非极性部分非极性部分 N+(cH3)3Cl-n降低界面张力的物质降低界面张力的物质 OH 亲亲 油油 基基 亲水亲水基基图：外表活性剂的模型图：外表活性剂的模型 外表活性剂分子在相的界面上定向陈列单分子层。外表活性剂分子在相的界面上定向陈列单分子层。 二、乳浊液的稳定条件和乳浊液的类型二、乳浊液的稳定条件和乳浊液的类型一乳浊液稳定与以下几个要素有关：一乳浊液稳定与以下几个要素有关：

12、1 1、降低油水界面张力，提高了体系的稳定性。、降低油水界面张力，提高了体系的稳定性。2 2、乳微粒的界面上维护膜能否构成。、乳微粒的界面上维护膜能否构成。3、微滴能否带电：、微滴能否带电： 分散液的液珠带电主要是由于液珠外表上吸分散液的液珠带电主要是由于液珠外表上吸附了电离的乳化剂离子。根据阅历，两物接触时，附了电离的乳化剂离子。根据阅历，两物接触时，介电常数高的物质带正电，低的带负电。介电常数高的物质带正电，低的带负电。O-/W+ O-/W+ W+/O-W+/O- 由于某些由于某些prot prot 是憎水性亲油基强度亲水基是憎水性亲油基强度亲水基故发酵液故发酵液( (含有大量含有大量pr

13、ot)prot)和有机溶剂构成的乳状和有机溶剂构成的乳状液很多属于液很多属于W/OW/O型。而由蛋白质引起的乳化多为型。而由蛋白质引起的乳化多为O/WO/W型的。型的。4 4、介质的粘度：、介质的粘度：二乳浊液的类型表征二乳浊液的类型表征1 1、普通来讲，外表活性剂的亲水基亲油基，、普通来讲，外表活性剂的亲水基亲油基，那么易构成那么易构成O/WO/W型乳浊液，反之，易构成型乳浊液，反之，易构成W/OW/O型。型。2 2、H L BH L B数：数：hydrophile-lipophile balancehydrophile-lipophile balance又称亲憎平衡值它表示亲水和亲又称亲憎

14、平衡值它表示亲水和亲油的平衡程度，外表活性剂上亲水和油的平衡程度，外表活性剂上亲水和亲油基团的相对强弱称为亲油基团的相对强弱称为HLBHLB值。值。pHLBHLB值普通在值普通在 0 02020之间。之间。pHLBHLB值越大值越大, ,亲水性越强亲水性越强, ,构成构成O/WO/W型乳浊液型乳浊液; ;pHLBHLB值越小值越小, ,亲油性越强亲油性越强, ,构成构成W/OW/O型乳浊液型乳浊液; ;pHLBHLB的运用：的运用：在水中分散在水中分散分散程度很低分散程度很低猛烈震荡后得牛乳状分散液猛烈震荡后得牛乳状分散液稳定的牛乳状分散液稳定的牛乳状分散液半透明到透明分散液半透明到透明分散液

15、透明溶液透明溶液 14 36 68 810 1013 大于大于13外外 观观HLB范围范围 表：各种分散程度的外表活性剂的表：各种分散程度的外表活性剂的HLB数数 36 79 815 1315 1518 W/O乳浊液乳浊液润湿剂润湿剂 O/W乳浊液乳浊液洗涤剂洗涤剂 助溶剂助溶剂 HLB数数运用运用表：各种外表活性剂的用途表：各种外表活性剂的用途三、乳浊液的破坏三、乳浊液的破坏l1 1、过滤和离心分别：、过滤和离心分别：l2 2、加热：、加热：l3 3、稀释法：、稀释法： l4 4、加电解质：、加电解质：l5 5、吸附法：、吸附法： l6 6、顶替法：当前最主要的破乳方法、顶替法：当前最主要的

16、破乳方法 戊醇戊醇l7 7、转型法：、转型法：四、常见的去乳化剂破乳剂四、常见的去乳化剂破乳剂外表活外表活性剂性剂1 1、溴代十五烷基吡啶、溴代十五烷基吡啶P.P.BP.P.B阳离子外表活性剂阳离子外表活性剂 构造式构造式:CH3:CH3CH2CH210CH210CH2CH2CH23N + Br- 3N + Br- 2 2、十二烷基磺酸钠：、十二烷基磺酸钠：阴离子型外表活性剂阴离子型外表活性剂3 3、溴代四烷基吡啶：、溴代四烷基吡啶：第五节第五节 萃取方式和实际收得率的计算萃取方式和实际收得率的计算一、工业上萃取操作包括三个步骤：一、工业上萃取操作包括三个步骤：1 1、混合：混合器：在搅拌罐中

17、进展；管道、混合：混合器：在搅拌罐中进展；管道萃取；放射萃取萃取；放射萃取2 2、分别：分别器：常用碟片式离心机、分别：分别器：常用碟片式离心机3 3、溶剂回收：回收器、溶剂回收：回收器 根据料液与萃取剂的接触方式，萃取操作流根据料液与萃取剂的接触方式，萃取操作流程可分为：程可分为： 单级萃取单级萃取: :混合混合廓清式萃取廓清式萃取 多级萃取多级萃取: : 微分萃取微分萃取: : 又叫塔式萃取又叫塔式萃取二、实际收得率：二、实际收得率：萃取操作实际收得率计算须符合两个假定：萃取操作实际收得率计算须符合两个假定： 很快到达平衡、溶质在两相中完全不互溶。很快到达平衡、溶质在两相中完全不互溶。多级

18、错流接触萃取多级错流接触萃取多级逆流接触萃取多级逆流接触萃取单级萃取单级萃取n使含溶质的溶液使含溶质的溶液hn和萃取剂和萃取剂L解出混解出混n合，静止后分成两层。合，静止后分成两层。1 1、单级萃取、单级萃取 ： 根据萃取过程中的分配定律以及萃取前根据萃取过程中的分配定律以及萃取前后溶质的质量守衡定律，后溶质的质量守衡定律， y=kx y=kx 其中：其中：H-给料溶剂量给料溶剂量kg； L-萃取剂量萃取剂量kg； x0 -给料中溶质浓度；给料中溶质浓度； y0-进入萃取系统的溶质浓度通常进入萃取系统的溶质浓度通常y0=0； x-萃取平衡后萃余相中溶质浓度；萃取平衡后萃余相中溶质浓度； y-萃

19、取平衡后萃取相中溶质浓度。萃取平衡后萃取相中溶质浓度。LyHxLyHx00 综合上两式，可求得平衡后萃取相中溶质浓综合上两式，可求得平衡后萃取相中溶质浓度为度为 y=kx0/(1+E) y=kx0/(1+E) 式中式中E=kL/H,EE=kL/H,E称作萃取因子，称作萃取因子， 相应地，萃余相中溶质浓度为相应地，萃余相中溶质浓度为x=x0/(1+E)x=x0/(1+E)； 令令P P为萃取回收率，那么为萃取回收率，那么P=Ly/Hx0=E/(1+E),P=Ly/Hx0=E/(1+E), 假设萃取相和萃余相互不混溶，那么操作过假设萃取相和萃余相互不混溶，那么操作过程中程中H H和和L L的量不变

20、。的量不变。结论：假设结论：假设k值越大，那么溶质产物越浓集值越大，那么溶质产物越浓集于萃取相中。于萃取相中。 用用表示萃余分率表示萃余分率( (体积比体积比) )，那么，那么 =1/(E+1) =1/(E+1)；而萃取分率或称萃取回收率为：而萃取分率或称萃取回收率为： 1-=E/(E+1) 1-=E/(E+1)； 从以上分析可知，假设从以上分析可知，假设K K值越大，那么溶质产值越大，那么溶质产物越浓集于萃取相中。物越浓集于萃取相中。 萃取因子萃取因子extraction factorextraction factorE E，即萃取，即萃取平衡后萃取相和萃余相中溶质量之比等于分配系平衡后萃取

21、相和萃余相中溶质量之比等于分配系数除以浓缩比。数除以浓缩比。 E=K/m E=K/m m=VF/VSm=VF/VS；2 2、多级萃取：、多级萃取：n是工业消费最常用的萃取流程是工业消费最常用的萃取流程n分别效率高分别效率高n产品回收率高产品回收率高n溶剂用量少溶剂用量少 产物萃取收率的计算：产物萃取收率的计算： 见见P79P79 P=(En+1-E)/ (En+1-1)P=(En+1-E)/ (En+1-1)例例1 1：拟用醋酸戊酯为萃取剂从发酵液中分别苏氨酸，：拟用醋酸戊酯为萃取剂从发酵液中分别苏氨酸，其平衡方程为其平衡方程为y=y=2x2x1/2 1/2 ，y y和和x x的单位为的单位为mol/Lmol/L。现用。现用1m31m3的醋酸戊酯，单级间歇萃取的醋酸戊酯，单级间歇萃取5 5 m3m3发酵液的苏氨酸，知该发酵液中苏氨酸的浓发酵液的苏氨酸，知该发酵液中苏氨酸的浓度为度为0.02mol/L,0.02mol/L,求产品萃取的回收率。求产品萃取的回收率。解：根据平衡方程式解：根据平衡方程式y=f(x)y=f(x)和操作线方程式和操作线方程式 Hx+ly= Hx0 Hx+ly= Hx0 分别有分别有y=y=2x2x1/2 ,Y=5(0.02-x)1/2 ,Y=5(0.02-x)方程方程可求出可求出x=0.00343mol