分离工程第四章1.ppt

第四章 萃 取 通过本章学习应掌握以下内容： 萃取的概念 液－液萃取从机理上分析可分为哪两类？ 何谓物理萃取和化学萃取？ 何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？ 了解单级萃取的计算方法。 了解多级萃取的计算方法。 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 萃取原理：利用溶质在互不相溶两相间分配系数的不同使溶质得到纯化或浓缩的方法。 单级萃取 使含溶质的溶液（h） 和萃取剂（L）解出混 合，静止后分成两层。 萃取技术的发展 传统有机溶剂萃取 ? 液膜萃取、反胶团萃取 ? 双水相萃取、超临界流体萃取 第一节基本概念 一、萃取 定义：利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。 萃取剂：萃取操作中的流体 根据萃取剂类型分类： 二、反萃取 定义：调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的操作。 作用：为了进一步纯化目标产物或便于后续分离操作。 洗涤：有时加在萃取与反萃取之间，除去与目标产物同时萃取到有机相的杂质，提高反萃液中目标产物纯度。 物理萃取 定义：溶质根据相似相溶原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生化学反应。 应用：广泛应用于抗生素及天然植物中有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取青霉素。 化学萃取 定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化学反应生成脂溶性复合分子，使溶质向有机相分配。萃取剂与溶质之间的化学反应包括离子交换和络合反应。 应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸等生物产物的分离回收。如利用季铵盐萃取氨基酸。 季铵盐：氯化三辛基甲铵，阴离子的氨基酸通过与萃取剂在水相和萃取相间发生离子交换而进入萃取相。 R+Cl-+A- R+A-+Cl- 萃取相 萃取相 PH高，酸性氨基酸带负电 PH低，酸性氨基酸带正电 分配定律：一定温度、压力下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡后，在两相的浓度比为一常数,即分配系数m。 萃取因子E：萃取平衡后萃取相与萃余相中目标产物质量之比，是衡量萃取效率的指标之一。 分离因素?：产物与杂质分配系数之比， 反映萃取选择性或分离程度的高低。 1、名词解释: 萃取 反萃取 物理萃取 化学萃取 分配定律 萃取因子 (E) 分离因素(?) 2、萃取的原理是什么？生物分离中常用的萃取技术有哪些？ 第二节 有机溶剂萃取 特点：处理量大、能耗低、速度快，且易于实现连续操作和自动化控制。 应用：生物产物分离中用于抗生素、有机酸、维生素等发酵产物的提取，不能用于大分子如多肽、酶、蛋白质、核酸。 一、影响因素 （一）萃取剂 ①选择与目标产物极性相近的有机溶剂 ②价廉易得； ③与水相不互溶； ④与水相有较大密度差，粘度小，表面张力适中，相分散和相分离容易； ⑤容易回收和再利用； ⑥毒性低，腐蚀性小，使用安全； ⑦不与目标产物发生反应。 举例：常用于抗生素萃取的有机溶剂有醇类、乙酸酯类及甲基异丁基甲酮等。 （二）水相pH 对弱电解质萃取，水相pH影响分配系数。 如青霉素在水中电离，电离平衡常数用Ka表示。 （三）乳化现象 1、乳化指一种液体以微小液滴（分散相）形式分散在另一不相溶液体（连续相）中，这种现象称为乳化现象，生成的这种液体称为乳状液或乳浊液。 2、对萃取的影响：两相分离困难，并产生两种夹带： 萃余液中夹带有机溶剂，造成目标产物损失； 萃取相中夹带萃余液，给后处理带来困难。 3、产生原因：发酵液中存在蛋白质和固体颗粒等物质，具有表面 活性剂的作用。 4、乳化与去乳化： ①乳化和去乳化的本质是表面现象 乳化是自发过程 ，乳状液又是不稳定的热力学系统。 Gibbs公式 Γ=-c/RT×dσ/dc Γ:溶液单位表面上与溶液内部相比时溶质的过剩量 C:本体溶液浓度 ②乳状液的类型及消除 乳状液可分为水包油（O/W）和油包水（W/O）两种。在生成过程中形成何种类型的乳状液，主要由表面活性剂性质决定。 由蛋白质引起的乳化，构成O/W型，液滴平均粒径在 2.5~30μm 之间。 这种界面乳状液可放置数月不凝聚。 乳浊液稳定性： ①界面上保护膜是否形成； ②液滴是否带电； ③介质黏度。 破坏乳状液常用以下几种方法 A、过滤或离心分离 当乳化不严重时，可用过滤或离心分离的方法，分散相在重力或离心场中运动时，常可引起碰撞而聚沉，在实验室中，用玻璃棒轻轻搅动乳浊液也可促使其破坏。 B、加热 加热能使黏度降低，