第五章萃取.ppt

第四章 萃取技术 本章内容： 1.萃取的基本过程 2.萃取的理论基础 3.新型萃取技术 萃取： 又称溶剂萃取，是一种用液态的萃取剂处理与之不互溶的双组分或多组分溶液或固体物，实现组分分离的传质分离过程，是一种广泛应用的物理单元操作。 溶剂萃取在生物工程领域上应用范围很广，可用于有机酸、氨基酸、抗生素、激素和生物碱等非极性或弱极性小分子的分离和纯化。 在传统有机溶剂萃取的基础上，20世纪60年代出现了反胶团萃取，可应用于生物大分子（如多肽、蛋白质、核酸等）的分离纯化；20世纪70年代以后，双水相萃取技术迅速发展，为蛋白质特别是胞内蛋白质的提取、纯化提供了有效地手段。 一、溶剂萃取的基本过程 溶剂萃取法是利用液体混合物各组分在某有机溶剂中的溶解度的差异而实现分离的。 在溶剂萃取中，被提取的溶液称为料液，其中欲提取的物质称为溶质，用以进行萃取的溶剂称为萃取剂。经接触分离后，大部分溶质转移到萃取剂中，得到的溶液称为萃取液，而被萃取出溶质的料液称为萃余液。 溶液萃取过程 工业上的萃取过程 工业上萃取过程通常包括三个步骤： (1) 混合：料液和萃取剂充分混合形成具有很大比表面积的乳浊液，产物自料液转入萃取相。 （2）分离：将乳浊液分离成萃取相和萃余相 （3）溶剂回收：从萃取相（有时也从萃余相）分离出有机溶剂，并加以回收。 因此，工业萃取中须有混合器、分离器和溶剂回收装置。 2 多级萃取 （1）多级错流萃取 （2）多级逆流萃取 多级错流萃取的特点： 每级均加入新鲜溶剂，溶剂消耗量大，萃取液产物平均浓度较稀，但萃取完全。 多级逆流萃取的特点： 料液走向与萃取剂走向方向相反，只在最后一级加入萃取剂，萃取剂消耗量较小，萃取液产物平均浓度较高，产物收率最高。 二、萃取的理论基础 萃取是发生在两相间的传质过程，不同溶质在两相分配平衡的差异是实现物质分离的根本原因，因而相平衡理论是萃取操作的基础。 1.分配定律： 在一定温度、压力条件下，溶质分配在两个互不相溶的溶剂中达到平衡时，这溶质在两相中的浓度之比为一常数。 2.弱电解质的分配系数 在生物工程领域，萃取的目的产物，如抗生素、氨基酸、有机酸等都属于弱有机酸或弱有机碱等弱电解质，其分配平衡除受分配定律的影响外，还受弱电解质的电离特性以及相关因素的影响。 影响弱电解质分配系数的因素有： （1） pH ： pH 越低，弱有机酸的分配系数就越大，弱有机碱的分配系数就越小。 （2）游离酸或游离碱的分配系数Ka、Kb：取决于游离酸或游离碱的脂溶性大小。脂溶性越大，分配系数就越大。 （3）温度：由于生物产物在较高温度下不稳定，故萃取操作一般在常温或低温下进行。 （4）无机盐：无机盐的存在可降低溶质在水溶液中的溶解度，有利于萃取。（盐析作用的影响） 例：在维生素B12的提取中，加入硫酸铵，有利于维生素B12从水相转移到有机相；在青霉素提取时，加入氯化钠，有利于青霉素从水相转移到有机相。 3. 分离因素 如果原来料液中除溶质A以外，还含有溶质B，则由于A、B的分配系数不同，萃取相中溶质A和溶质B的相对含量就不同于萃余相中溶质A和溶质B的相对含量。 萃取剂对溶质A和B分离能力的大小可用分离因素（β）来表征。 三、乳化和去乳化 1 乳化： 水或有机溶剂以微小液滴分散在有机相或水相中的现象。这样形成的分散体系称乳浊液。 乳化带来的问题： 乳化产生后会使有机溶剂相和水相分层困难，发酵液废液中夹带有机溶剂微滴和溶剂相中夹带发酵液的微滴，前者意味着发酵单位的损失；后者会给以后的精制造成困难。 2.去乳化方法 乳状液虽有一定的稳定性，但乳状液具有高分散度、表面积大、表面自由能高的特点，是一个热力学不稳定体系，有具结分层、降低体系能量的趋势。 常用去乳化的方法： （1）顶替法：加入一种乳化剂，将原先的乳化剂从界面顶替出来： ① 形成的乳浊液类型与原来的一致 ② 它本身的表面活性 原来的表面活性 ③ 不能形成坚固的保护膜 （2）转型法： 加入一种乳化剂，条件： ① 形成的乳浊液类型与原来的相反，使原乳浊液转型 ② 在转型的过程中，乳浊液破坏，控制条件不允许形成相反的乳浊液 （3）稀释法： 加入连续相，可使乳化剂浓度降低而减轻乳化。 （4）无机吸附剂吸附法： 很多无机吸附剂，如硅胶、氧化铝、碳酸钙等容易被水润湿，但是不能被有机溶剂润湿，可将乳状液通过这些吸附剂，其中的水分被吸附，