第四节_固液浸提与浸提设备剖析.ppt

第四节 固－液浸提与浸提设备 一、固－液浸提原理 二、单级浸提与多级浸提 问题讨论与练习 三、浸提设备 * 一、固－液浸提原理 二、单级浸提与多级浸提 三、浸提设备 The solid liquid of － immerses to lift and immerse to lift the equipments 1.浸提过程 　　在生物化工的分离提取过程中，许多目的成分存在于固体材料中，可采用无机溶剂或有机溶剂将其溶解转入溶液，从而使目的成分与固体材料分离，此操作常称为固－液浸提，简称浸提或浸取。 例如，迷迭香抗氧化剂的提取 迷迭香 (枝叶) 水蒸气蒸馏 馏分 油水分离 粗油 精制 精油 迷迭香精油 预处理 (晾干、粉碎) 浸提 渣 浸提液 95％C2H5OH ⑴浸提 　　固－液浸提是液相(溶剂)与固相(材料)通过接触而进行的传质过程，一般认为可包含以下五个步骤。 ⑵浸提过程 界面 液相主体 固相主体 液膜 ③溶解 　　固相内部的溶质(目的成分)在与溶剂的相互作用下，进入溶剂(溶解)形成溶液。 溶液 ②溶剂扩散到固体内部 　　到达固相表面的溶剂微粒，进一步通过扩散进入到固相内部，并与固体相内部的溶质(目的成分)作用。 溶质 ①溶剂穿过液膜到达固相表面 　　液相主体的溶剂微粒(分子团)，通过扩散穿过液膜到达固相表面。 溶剂 界面 液相主体 固相主体 液膜 溶液 溶质 ④溶液扩散到固相表面 　　固相内部的溶质与溶剂形成的溶液，通过固体空隙以扩散的形式到达固相表面。 溶剂 ⑤溶液进入液相主体 　　通过固扩散到达固相表面的溶液，再以扩散的形式穿过液膜进入液相主体。 　　在生物化工生产中，固相物质(材料)通常是粉碎成颗粒以后再进行浸提。这样，我们可以此可认为，上述五个步骤中，溶液中的溶质通过固相空隙以扩散的形式到达固相表面是传质阻力的控制步骤。 　　实验告诉我们，在浸提操作中，通常随着浸提过程的进行，浸提速度将越来越慢。 Why？ 2.浸提过程中的平衡关系 从浸提过程可知，浸提速度主要与固体颗粒内部的溶质与溶剂形成的溶液向固相表面扩散，并穿过液膜进入液相主体的速度有关，这里面就涉及到两股流体间的平衡关系： 假设：固体载体(B)不溶于溶剂，并且在浸提过程中固体颗粒不吸附其内部的溶质。 这样，离开某一级的液相溶液（称为溢流液）与离开该级的沉降浆液（称为底流或浆液流）中的残留溶液是相同的。即： 溢流液中溶质的浓度与底流溶液中溶质的浓度相等。 溢流液 浆液(底流) 浸 提 若固体材料中可溶组分为溶质 A，溶解溶质的溶剂为浸提剂C，载体 B 在浆液中的浓度为N；溶质 A 在溢流液中的质量分数为xA，在底流液中的质量分数为yA。 若溶质 A 在浸提剂 C中的溶解度为无穷大，根据实际浸提操作可绘制出 N 与yA 的关系曲线(上图)；N = 0的坐标轴表示固体完全除尽时，溢流液的组成。 由于xA = yA ，故在x－y相图上，平衡线是45o线(下图)。 底流曲线与平衡线的关系，由连接线连接(垂直N = 0的坐标轴)。 xA yA 平衡线 底流(N与yA) 溢流(N与xA) 连接线 xA、yA 浸提平衡相图 1.单级浸提 所谓单级浸提，是指浸提剂 C 和溶质 A 只进行一次溶解、传质的浸提分离过程，其流程如右图所示。 ⑴单级浸提流程 L0,N0,y0,B 浆液 浆液 L1,N1,y1,B V2，x2 溢流液 V1，x1 溢流液 流程图中：V、L 分别表示组成为 xA 的溢流液量和组成为 yA 底流液(浆液)量，V、L 不包括固体；B 为固体载体的量，N 为载体 B 在浆液中的浓度。 若 M 为溶质和溶剂的总质量流量，则单级浸提的物料衡算式为： ⑵单级浸提物料衡算 L0,N0,y0,B 浆液 浆液 L1,N1,y1,B V2，x2 溢流液 V1，x1 溢流液 ①总质量流量 M = L0 + V2 = L1 + V1 ②溶质 A 的质量 M?xAM = L0?yA0 + V2?xA2 = L1?yA1 + V1?xA1 ③溶质 B 的质量 B = N0?L0 + 0 = N1?L1 + 0 = NM?M 底流(N与yA) L1 L0 M N NM V2 V1 xM xA、yA 单级浸提物料衡算 例1 某厂以己烷为浸提剂，从大豆片中（单级）浸 提豆油。用100kg己烷浸提含油20％（质量分数）的大豆100kg。已知，底流 N = 1.5(kg不溶固体/kg底流液)为常量。求溢流液量 V1 及其组成，确定离开该级的底流液量 L1。 解： 已知： 进入系统的溶剂 V2 = 100kg，xA2