第五章萃取技术.ppt

超临界流体条件下的溶解度 溶质在一种溶剂中的溶解度取决于两种分子之间的作用力，这种溶剂-溶质之间的相互作用随着分子的靠近而强烈地增加，也就是随着流体相密度的增加而强烈的增加。 因此，超临界流体在高的或类液体密度状态下是“好”的溶剂，而在低的或类气体密度状态下是“不好”的溶剂。 图示为萘在不同密度的超临界CO2中的溶解度。 在恒定温度下，溶解度随CO2密度的增加而增加。 选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相似，溶解能力就越大。 物质在超临界流体中的溶解度C与超临界流体的密度ρ之间的关系可以用下式表示： （5-22） 式中m为正数；b为常数。m和b值与萃取剂及溶质的化学性质有关。 在实际应用中，压力比密度更容易操作，可在保持温度恒定的条件下，通过调节压力来控制超临界流体的萃取能力或保持密度不变改变温度来提高其萃取能力。 溶剂和溶质之间的分离(即萃取物的释放)可通过超临界相的等温减压膨胀来实现。 超临界流体的传递性质 超临界流体的传递性质介于气体和液体之间。 在超临界流体中的扩散系数比在液相中要高出10～100倍，但是黏度就比其小10～100倍。 超临界流体是一种低黏度、高扩散系数易流动的相，所以能又快又深地渗透到包含有被萃取物质的固相中去，使扩散传递更加容易。 超临界流体的选择性 超临界流体萃取过程能否有效地分离产物或除去微杂质，关键是超临界流体萃取中使用的溶剂必须具有良好的选择性。 ①表面活性剂以非离子表面活性剂为佳，易制成液状物并在低浓度时乳化性能良好，所以在液膜技术中普遍采用； ②要用憎水基与被乳化物结构相似并有很好亲和力的乳化分散剂，这样乳化效果好； ③乳化分散剂在被乳化物中易溶解，乳化效果好。 表面活性剂选择的其它依据 Span80(山梨糖醇单油酸酯) Saponin(皂角甙) ENJ-3029(聚胺)等。 常用表面活性剂 膜溶剂的选择 应考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度。 在有流动载体时溶剂能溶解载体而不溶解溶质；在无流动载体时能对欲分离的溶质优先溶解而对其他溶质溶解度很小。 Sloon(中性油) Isopar-M(异链烷烃) 辛醇 聚丁二烯 其它有机溶剂 常用膜溶剂 液膜体系组成的影响 根据处理体系的不同，选择适宜的配方，保证液膜有良好的稳定性、选择性和渗透速度，可以提高分离效果。 液膜的稳定性是液膜分离过程的关键，它包括液膜的溶胀和破损两个方面。 溶胀是指外相水透过膜进入了液膜内相，从而使液膜体积增大；破损则是由于液膜被破坏，使内相水溶液泄漏到外相。 影响液膜溶胀的因素 影响溶胀的因素主要体现在外界对膜相物性的影响、内外水相化学位的影响和膜相与水结合的加溶作用，其中表面活性剂和载体起重要作用。 此外，影响因素还有： ① 搅拌强度 ② 温度 ③ 膜溶剂 影响液膜破损的因素 外界剪切力作用产生破损 膜结构及其性质变化产生破损 其它因素：搅拌、温度、膜溶剂、外相电解质 搅拌速度的影响 搅拌速度过低，料液与乳液不能充分混合； 搅拌速度过高，液膜易破裂。 接触时间的影响 由于液膜表面积大，渗透很快，料液与乳液在最初接触的一段时间内，溶质会迅速渗透过膜进入内相； 如果延长接触时间，那么乳液滴则容易破裂，造成料液相中的溶质浓度上升。 料液的浓度和酸度的影响 液膜分离特别适合于低浓度物质的分离提取。 料液中酸度决定了渗透物的存在状态，在一定的pH值下，渗透物能与液膜中的载体形成络合物而进入膜相，则分离效果好，反之分离效果就差。 液膜乳化体积与料液体积之比称为乳水比。 对液膜分离来说，乳水比愈大，渗透过程的接触面积愈大，则分离效果越好； 但是，乳水比过大会导致乳液消耗增多，不经济。 乳水比的影响 膜内比（Roi）的影响 膜相体积与内相体积之比称为膜内比。 传质速率随Roi的增加而增大，但这种增加趋势不大。 一方面Roi增加，载体量也增大，对苯丙氨酸提取过程有利； 另一方面，Roi增加亦使膜厚度增大，从而增加传质阻力，不利于提取过程。 操作温度的影响 一般在常温或料液温度下进行分离操作。 提高温度虽能加快传质速率，但降低了液膜的稳定性和分离效果。 液膜分离技术的应用 良好的选择性和定向性 分离效率高 能达到浓缩、净化和分离目的 液膜分离萃取有机酸 传统的柠檬酸的提取方法为钙盐法，该工艺存在流程长、产品收率低、原材料消耗大、污染环境等问题。 液膜分离技术可用于分批或连续萃取发酵产物。 选用的液膜体系 萃取剂为Alamine336(三元胺)； 稀释剂为正庚烷； 反萃取剂为Na2CO3； 乳化剂为Span80。