生物分离工程 第7章-萃取1.ppt

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1、第七章 萃取（Extraction）,萃取：利用物质在互不相溶的两相之间溶解度的不同，使所需提取的生化物质有选择性地发生转移，集中到一相中，而其它杂质（如中间代谢产物、杂蛋白等）分配在另一相中，从而达到某种程度的提纯和浓缩。 反萃取：完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操作就称为反萃取（Back extraction) 萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作，在发酵和其它生物工程生产上的应用也相当广泛， 萃取操作可以提取和增浓产物，使产物获得初步的纯化，甚至获得纯的天然产物。,溶剂萃取法广泛应用于抗生素、有机酸、维生素、激素等发酵产物

2、工业规模的提取上。,利用一种溶质组分（如产物）在两个互不混溶的液相（如水相和有机溶剂相）中竞争性溶解和分配性质上的差异来进行分离操作的。,溶剂萃取法,比化学沉淀法分离程度高； 比离子交换法选择性好、传质快； 比蒸馏法能耗低； 生产能力大、周期短、便于连续操作、易实现自动化控制。,优点,溶剂萃取法和其他新型分离技术相结合，产生了一系列新型分离技术： 双水相萃取技术（Partition of two aqueous phase system）等。 反胶团萃取（Reversed micelle extraction） 超临界流体萃取（Supercritical fluid extraction） 用

3、于高品质的天然物质、胞内物质（胞内酶、蛋白质、多肽、核酸等）的分离提取上。,萃取方法分类,物理萃取：根据相似相溶的原理，溶质在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应的萃取过程。 化学萃取: 利用萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。 物理萃取的理论基础是分配定律，而化学萃取服从相律及一般化学反应的平衡定律。 液-固萃取：用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶液中的过程，又称为浸取或浸出。 液-液萃取： 溶剂萃取、双水相萃取、反胶团萃取、液膜萃取等 超临界萃取,表1 几种萃取方法的比较,第一节 液-固萃取,液-固萃取又叫浸取或浸出，是将固相物质萃取到溶

4、剂相中，在许多行业中得到应用。,表2 浸取的应用举例,溶剂传递到固体颗粒表面； 溶剂扩散到固体内部微孔隙中； 溶质溶解到溶剂中； 溶质通过固体微孔隙通道扩散到固体表面，并进入溶剂主体。 一般而言，第一、二两步都很迅速，不是浸取过程总速率的控制性步骤。 溶质通过多孔固体的扩散可用有效扩散系数来描述，而有效扩散系数与Fick定律有关。,浸取的过程：,浸取的影响因素,1相平衡 浸取过程中的相平衡用分配系数KD表示 KD y / x y达到平衡时溶质在液相中的浓度 x平衡时溶质在固相中的浓度 2溶剂的选择 KD大且对目的物质的选择性高，溶剂的价格应低廉，无腐蚀性，无毒，闪点高，无爆炸性，产品中易去除,

5、容易回收。 3增溶作用 原先不溶或难溶性的生物大分子物质向可溶性的、分子量较小的生物物质转变，但不能过度。也有向不溶性转变的。 4固体原料的预处理： 如粉碎、干燥等。,浸取过程的前加工： 干燥：有助于细胞膜的破裂，溶剂也容易进入细胞内部，直接溶解溶质。 滚压：将原料滚压成片，使其减小到0.1一0.5mm，则大豆及许多植物种子的细胞壁极大地破裂，植物油容易进入溶剂。 切片：减小水溶剂从水相主体扩散到每个细胞的距离，细胞基本上保持完好，水溶性物质可以通过半透性细胞膜扩散进入水溶剂中，蛋白质和胶体组分因透不过细胞膜而不能溶入水相。 粉碎:,液-固萃取设备,美国Applied Separ-ations

6、 (ASI)公司产one/fast PSE型压力/快速溶剂提取仪。15分钟内可同时处理6个样品，全自动溶剂分配系统，可自由实现4种不同溶剂的切换。该法具有环保、高效、清洁、快速等诸多特点，已被美国EPA推荐为3545A标准方法。,美国戴安公司产ASE快速溶剂萃取仪 ，可对固体、半固体样品中的目标分析物进行快速全自动地萃取。系统带有多项安全特性以避免潜在的危险。,德国产IKA固液萃取仪，所需化学溶剂更少，可减少废料处理费用。全电脑控制，可同时进行4个萃取过程。labworldsoft软件组合，可方便的建立自动化的处理程序，一套软件可同时控制八台仪器。,瑞士产B-811索氏抽提仪（固液萃取设备），

7、抽提速度快，45-60分钟即可完成抽提，无须烘干。提供4种抽提方法：索氏抽提，索氏双加热，热抽提，连续流法。,美国产AutoTrace, RapidTrace固相萃取自动工作站，计算机程序控制，可在15分钟内完成六个样品的萃取。可以配合自动浓缩工作站使用，自动浓缩萃取出来的样品。,法国吉尔森公司生产的ASPEC Xli全自动固相萃取仪，可在线自动进行样品的固相萃取。采用正相液压技术控制液体流速，保证液体传送的准确性和重现性，便于方法的实验室间转移及建立行业乃至国家的实验室标准。,意大利Milestone公司 Milestone微波萃取系统，可溶剂萃取12份样品，在15分钟内完成。专业的计算机控

8、制终端，自动控制温度、压力、时间、微波功率等参数。,上海产ME-3000微波萃取/合成系统,ZCT转盘萃取塔,转盘塔是一种靠外输入能量强化液液萃取过程的设备。可用于含固体粒子液体的纯化，已广泛用于食油纯化、核燃料处理、原油净化、维生素纯化、废水处理等行业中，具有良好的工业背景。 该装置可全视萃取过程，具有优良的教学效果，也可广泛用于科研和生产部门的实验室，作过程研究与参数测定之用。,装置特点： 该装置由转盘萃取塔、情、重相供料系统、转速无级调节装置和仪表控制柜组成一体。 1.轻重相流体经稳压装置处理，流量稳定。 2.选用0起动直流调速装置，确保设备运行安全。 3.塔节为优质无机玻璃制作，视觉效

9、果好，塔径 871300mm。 4.塔内构件及管道均由不锈钢材质制作。 5.选用优质磁力泵为供料泵，无泄漏。,吊篮式萃取设备,适用产业: 1、中药单方、复方之萃取浓缩。 2、茶、青草茶、咖啡及健康食品之萃取。 3、肉类、鱼类之萃取、分离、浓缩。 4、药酒之泡制。 5、生物科技。 特点： 1、适用于：量少，种类多生产工厂。 2、药材置于冲孔编制的药篮内，利用吊车升降作业。 3、构造简单，所需空间较小。 4、萃取温度自动操作。 5、盖予启闭采用气动操作。 6、附冷凝器，可在完全密闭的状况下操作。（在大氮压力下作业） 7、附过滤装置，可减少沉淀物。,搅拌机萃取设备,1、入料、加水、萃取、排液、过滤、

10、药渣积压、排渣、自动清洗，可完全电脑化，在中央控制室操控。 2、适用于量大，种类较少的生产工厂 3、立体式设计，占地面积小。 4、使用容积大，所需加的水比吊篮式少。 5、被萃取物经搅拌作用，萃取效率高。 6、不需使用吊篮，作业轻松，并减少萃取液滴在地上。 7、入水可加自动计量，精确又方便。 8、萃取温度，计时，自动控制。 9、送料：可使用真空输送方式，密闭又快速。 10、所需工作售货员12位就可以。,11、可加入机介面触控书面，直接在中央控制室操控。 12、配合振动过滤，液渣分离及过滤效果非常好。 13、自动排液（第一次萃取）排料（第二次萃取）。 14、排出的药渣可经过挤压机，将残留的萃取液在

11、挤出。 15、挤压后的药渣可经输送带输送至室外。 16、工作环境，温度较低及干净。 17、完全密闭合乎安全卫生要求。 18、附冷凝器，可在大气压力下完全密闭操作，使香气及酒精不流失。 19、可加CIP自动清洗。 20、若使用酒精，可加防爆装置。 21、可加装精油回收装置。,CTL型离心萃取机,CTL型离心萃取机是新一代圆筒式离心萃取机，处理能力大、功耗低、运转平稳、清洗维护方便；可单机使用，也可多机串联使用，该机还可根据不同萃取体系及使用条件通过调整转速、搅拌浆及重相堰直径等参数来改善萃取时两相混合程度及分离效果和萃取效率。可完全替代萃取塔等传统萃取设备。 该机工作包括两个过程即混合传质过程与

12、两相分离过程，而这两个过程都是在同一机内完成的。,性能特点： 处理能力大，萃取速度快，效率高。对物料的适应性好，能处理两相密度差很小，难以利用重力分离的物系； 当物料情况出现波动时，可更换相堰板，以适应物料的变化；适用于物料情况经常变化的场合，如中药萃取； 物料在机内停留的时间短，适用于处理易变质的物料，如抗菌素等。利用轮式搅拌原理，能使两相充分混合，传质效率高、效果好； 结构紧凑，占地面积小，占用空间少，结构优化，拆装方便，维护费用、操作费用低廉，可实现密闭防爆要求；,自动化操作，无需人工参与，劳动强度小，能耗低，节约运行成本； 可单机使用，也可多机串联使用； 易实现多级串联及反萃取工艺。

13、该机还可根据不同萃取体系及使用条件通过调整转速、搅拌浆及重相堰直径等参数来改善萃取时两相混合程度及分离效果和萃取效率。扩大了机器的使用范围。,溶剂萃取(Solvent Extraction)是生物工业中重要的分离提纯方法，它是利用一种溶质组分在两个互不相溶的液相中（通常为水相和有机相）分配特性不同来进行分离的过程。,第二节 溶剂萃取法,料液：在溶剂萃取中，要被提取的原料溶液； 溶质：欲提取出来的物质； 萃取剂：用以进行萃取的溶剂； 萃取液：经接触分离后，大部分溶质转移到萃取剂中所得到的溶液； 萃余液：被萃取出溶质后剩余的料液。,一、溶剂萃取的基本概念,溶剂萃取包含两步：混合；分层。,在溶剂萃取

14、分离过程中，当完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，往往需要将目标产物转移到水相。这种调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的操作就称为反萃取（Back extraction)。,溶剂萃取的操作流程,萃取过程具有选择性； 能与其他需要的纯化步骤相配合； 通过转移到具有不同物理或化学特性的第二相中，来减少由于降解（水解）引起的产品损失； 可从潜伏的降解过程中（如代谢或微生物过程）分离产物； 适用于各种不同的规模； 传质速度快，生产周期短，便于连续操作，容易实现计算机控制。,溶剂萃取的优点,生物萃取与传统萃取相比的特殊性,生物工程不同于化工生产，主要表现在生物分离往往需

15、要从浓度很稀的水溶液中除去大部分的水，而且反应液中存在多种副产物和杂质，使生物萃取具有特殊性。 成分复杂 传质速率不同 相分离性能不同 产物的不稳定性,生物产品溶剂萃取的典型应用主要在两个方面： 从发酵培养液中萃取产物； 从生物反应液或生物转化液中萃取产物。,根据被萃取物的分子大小，一般可区分为两种主要类型： 小分子类； 大分子类。,二、萃取过程的理论基础,液液萃取是以分配定律为基础 分配定律：一定温度、压力下，溶质在两个互不相溶的溶剂中分配，平衡时，溶质在两相中浓度之比为常数。 K-分配系数 在常温常压下为常数；应用前提条件 （1） 稀溶液 （2） 溶质对溶剂互溶没有影响 （3） 必须是同一

16、分子类型，不发生缔合或离解,分配定律推导,当温度一定时，标准化学位为常数,如为稀溶液，用浓度代替活度,根据相律（F=C-P+2），在一定温度和压力下萃取达到平衡时，溶质在两相中的化学位相等：L=H,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A和B的相对含量就不同于萃余相中A和B的相对含量。 如A的分配系数较B大，则萃取相中A的含量（浓度）较B多，这样A和B就得到一定程度的分离。 萃取剂对溶质A和B分离能力的大小可用分离因素（）来表征。,分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。 = =1 KA = KB 分离效果不好； 1 KA KB 分离效果

17、好； 越大，KA 越大于KB，分离效果越好。,分离因素（）,弱电解质在有机溶剂-水相的分配平衡,分配系数中CL和CH 必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。对于弱电解质，在水中发生解离，则只有两相中的单分子化合物的浓度才符合分配定律。 例如青霉素在水中部分离解成负离子（青COO），而在溶剂相中则仅以游离酸（青COOH）的形式存在，则只有两相中的游离酸分子才符合分配定律。 此时，同时存在着两种平衡，一种是青霉素游离酸分子在有机溶剂相和水相间的分配平衡；另一种是青霉素游离酸在水中的电离平衡（图18-2）。前者用分配系数K0来表征，后者用电离常数Kp来表征。对于弱碱性物质也有类似的情况。,青霉素

18、的分配平衡,弱电解质的分配系数：,热力学分配系数K0 ：萃取平衡时，单分子化合物溶质在两相中浓度之比。 弱酸性电解质K0 AH/AH= 弱碱性电解质K0 B/B=,Kp=,弱电解质的表观分配系数K：,分配达平衡时，溶质在两相的总浓度之比 对于弱酸性电解质 对于弱碱性电解质,=K0 /(1 10 pH pK ),=K0 /(1 10 pK pH ),K0只与T、P有关； K与T、P和pH有关 K可通过实验求出，而K0不能，可由公式求出。,思考题： 将青霉素由水相萃取到丁酯相中，其pK=2.75，萃取条件：pH=2.5，T=10，VFVS = 11，测得萃取前发酵液（水相）效价20000 u/ml

19、，平衡后废液效价645.2 u/ml，求分配系数K和K0,弱酸的表观分配系数：K=K0 /(1 10 pH pK ) 弱酸的表观分配系数： K=K0 /(1 10 pK pH ),为什么青霉素在酸性（pH2.5）条件下，而红霉素却要在碱性（pH9.8）条件下才能被萃取到丁酯中去呢？,2 不同pH条件影响弱电解质电离，从而影响分子的极性，根据相似相溶原则，在弱极性的丁酯中极性小的分子溶解度比水中大。,1 根据表观分配系数公式可知， 弱酸的表观分配系数：K=K0 /(1 10 pH pK ) 弱酸的表观分配系数： K=K0 /(1 10 pK pH ) 对于弱酸：pH pK 时，分配系数大,根据相

20、似相溶原则，在弱极性的丁酯中游离分子极性小，溶解度比水中大，故从水相转入丁酯相中，而发酵液中存在的其它杂质由于极性情况与抗生素不同，故很少进入丁酯中，这样就达到一定程度的纯化,酸性物质：pH pK时， 主要以负离子存在； pH pK时 ， 主要以游离分子存在； pH pK时 ， 两种形式各占50,三、溶剂萃取的影响因素,1影响萃取操作的因素：pH、温度、盐析 2有机溶剂的选择 3带溶剂 4乳化与去乳化,1. 影响萃取操作的因素,（1） pH对表观分配系数的影响（pHK） pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分配在水相。 对弱酸随pHK, 当pH pK时，KK0,例：已知pen pK=2.

21、75 T=10 K0=47 求: pH4.4 pH2.5 pH2.0时的K? pH4.4时: pH2.5时: K=30 pH2.0时: K=39.9 pHK,解释原理:,pH pen- 易溶于丁酯, 控制pH，去除杂质 例: pen 当pHpK时, 萃取丁酯中,(1) 碱性杂质 pKpen pK碱杂 当pH pKpen(2.75) pH pK碱杂 碱性杂质呈正离子状态，易溶于水相中， 自然分离除去,(2) 酸性杂质 pK酸杂 pKpen 例: 青霉烯酸 pK烯 pKpen pH控制: pK酸杂负离子,(3)酸性杂质 pK酸杂 pKpen 例: 苯乙酸 pK乙(4.8) pKpen(2.75)

22、萃取时无法去除; 反萃时 4.8 pH 2.75,与杂质的分离程度归纳,萃取时 杂质自然除去,pK酸杂 pH pK生,萃取时无法去除 反萃取pK酸杂pH pK生,萃取时杂质自然除去 pK碱杂 pH pK生 萃取时无法去除 反萃取pK碱杂 pH pK生,（2） 温度T T，分子扩散速度，故萃取速度 T影响分配系数 例：pen T 水中的溶解度 萃取时 T使K；反萃时 T使K反 红霉素、螺旋霉素 T 水中的溶解度 萃取时 T使K；反萃时 T使K反 T影响两溶剂的互溶度 一般生化物质的萃取在室温或较低温度下进行,（3）盐析： 无机盐如氯化钠、硫酸铵等，作用： 可以使生化物质在水中溶解度,提高有机相中

23、含量，消除有机相中的水滴；两相比重差 两相互溶度 例：A: pen从水相丁酯中，加氯化钠洗涤， 消除有机相水滴，提高质量和收率； B: spm的丁酯萃取液 + 饱和盐水洗涤， 减少spm在水中溶解度；消除有机相水滴；分相容易。,2. 萃取溶剂的选择,是溶剂萃取的关键，而选择的依据是“相似相溶”的原则。 “相似相溶”原理：分子之间可以有两方面的相似，一是分子结构相似，如分子的组成、官能团、形态结构的相似；二是能量(相互作用力)相似，如相互作用力有极性的和非极性的之分，两种物质如相互作用力相近，则能互相溶解。 与水“相似”的物质易溶于水，与油“相似”的物质易溶于油就是相似相溶原理的表现。,在生物工

24、业上，选择溶剂时考察较多的是分子极性。 介电常数是一个化合物摩尔极化程度的量度，如果已知介电常数，就能预测该化合物是极性的还是非极性的。物质的介电常数可通过测定该物质在电容器二极板间的静电容量C来决定。 根据萃取目标物质的介电常数，寻找极性相接近的溶剂作为萃取溶剂，也是溶剂选择的重要方法之一。 溶剂的介电常数与极性成正比。,一个良好溶剂要满足的要求：,(1)有很大的萃取容量，即单位体积的萃取溶剂能萃取大量的产物； (2)有良好的选择性，理想情况是只萃取产物而不萃取杂质； (3)与水不互溶，与水的密度差较大，粘度小或表面张力适中，这样有利于相的分散和两相分离； (4)溶剂的回收和再生容易； (5

25、)化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小； (6)经济性好，价廉易得； (7)安全性好，对人体无毒性或毒性低。,常用于生化萃取的有机溶剂有丁醇、丁酯、乙酸乙酯、 乙酸丁酯、乙酸戊酯等。,表1 萃取溶剂的选择准则,3带溶剂,对于水溶性强的溶质，可利用脂溶性萃取剂与溶质间的化学反应生成脂溶性复合分子，使溶质向有机相转移。 抗生素萃取剂：月桂酸、脂肪碱或胺类等。 氨基酸萃取剂：氯化三辛基甲铵。 溶质与带溶剂之间的作用：离子对萃取、离子交换萃取、反应萃取。,离子对/反应萃取就是使目标溶质与溶剂通过络合反应、酸碱反应或离子交换反应生成可溶性的复合物，从水相转移到有机溶剂相中。 主要有两类萃取剂： 1.有

26、机磷类萃取剂 2.胺类萃取剂,离子对/反应萃取介绍,有机磷类萃取剂,磷酸三丁酯（TBP） 氧化三辛基膦（TOPO） 二2乙基己基磷酸（DEHPA）,有机磷类萃取剂与目标溶质发生络合反应，从而转移到萃取相，在类似的条件下，用有机磷类化合物萃取弱有机酸，比醋酸丁酯等碳氧类萃取剂分配比要高很多。,胺类萃取剂,胺类萃取剂(三辛胺) 可与目标溶质发生反应，用胺类长链脂肪酸从水溶液中萃取带质子的有机化合物是一个可行的过程，并用于从发酵液中大规模回收柠檬酸。,此类萃取剂都要溶解在稀释剂中，用于改善萃取相的物理性质。 稀释剂：煤油、己烷、辛烷、苯等。 稀释剂的选择： 分配系数：稀释剂能够影响分配系数，特别是通

27、过萃取剂/溶剂复合物的溶剂化作用。 选择性：为萃取尽可能少的杂质，使用非极性稀释剂更好。 水溶性：低的水溶性，使溶剂的损失最少。 毒性：对食品和药品应低毒或无毒的溶剂，长链烷烃由于它们具有低毒和低水溶性，因此理应优先使用。 粘度和密度：低粘度和低密度的稀释剂会使分相更容易。 稳定性：烷烃比醇、酯和卤代烃更难降解 第三相的形成：,虽然离子对/反应萃取体系对生物产物的萃取具有选择性高、溶剂损耗小、产物稳定等优点，但是由于溶剂的毒性会引起产品残留毒性影响健康，只有那些可用于工业原料的产物，才有使用价值，故有待进一步研究开发。,离子对/反应萃取的应用,1.青霉素-TBP(磷酸三丁酯)萃取： 体系中存在

28、电离平衡Kp和萃取反应平衡Ks HP(W) +nS (0) HPSn (0) 化学萃取表观分配系数： 对比物理分配K：,其他应用： 1. 青霉素：加入四丁胺，形成复合物易溶于氯仿。 2. 氯化正丁胺：加入氯仿，K=1.3；加入NaAc，K=132,4乳 化,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：有机相和水相分相困难，出现夹带，收率低，纯度低。 出现两种夹带：发酵液中夹带有机溶剂微滴，使目标产物受到损失；有机溶剂中夹带发酵液给后处理操作带来困难。 原因：是发酵液中存在的蛋白质和固体颗粒等物质，这些物质具有表面活剂性的作用，使有机溶剂

29、和水的表面张力降低。,由蛋白质引起的乳化多为水包油（O/W)型。,（亲憎平衡值）,表面活性剂的亲水与亲油程度的相对强弱，在工业上常用HLB数来表示。 即亲水与亲油平衡程度，HLB数越大，亲水性越强，形成O/W型乳浊液，HLB数越小，亲油性越强，形成W/O型乳浊液。,HLB,表18-3 各种表面活性剂的用途,固体粉末乳化剂：除表面活性剂外，能同时为两种液体所润湿的固体粉末也能作为乳化剂，如粉末对水的润湿性强于对油的润湿性，则根据自由能最小的原则，形成水包油O/W型乳浊液。反之形成油包水型。,发酵液乳化的原因： a 蛋白质的存在，起到表面活性剂的作用 b 固体粉末对界面的稳定作用,2）乳浊液的稳定

30、条件,乳浊液稳定性和下列几个因素有关： 界面上保护膜是否形成； 液滴是否带电； 介质的粘度。 表面活性剂分子在分散相液滴周围形成保护膜。保护膜具有一定的机械强度，不易破裂，能防止液滴碰撞而引起聚沉。 介质粘度较大时能增强保护膜的机械强度。,3）破乳化方法,1.过滤或离心分离破乳法； 2.化学法：加电解质中和离子型乳油液的电荷； 3.物理法：加热、稀释、吸附等； 4.顶替法：加入表面活性更大，但因其碳链较短难以形成坚固的保护膜的物质，取代界面上的乳化剂； 5.转型法：如在O/W中加入亲油性乳化刑，使乳化液有生成W/O的倾向，但又不稳定，从而达到破乳目的。 最好的方法是防止乳化，如蛋白质是乳化起因

31、，就应设法去除杂蛋白。,四、萃取方式和理论收得率,工业萃取的流程,实验室中的混合器常用分离漏斗，工业上常用搅拌罐或管道，将料液和萃取剂以湍流方式混合，或用喷射泵进行涡流混合。分离器常用碟片式离心机，或管式离心机。,对各种萃取流程进行计算时，一般先假定： 萃取相与萃余相之间能很快达到平衡； 两相完全不互溶，并能完全分离。,单级萃取,液液萃取中最简单的操作型式，一般用于间歇操作，也可用于连续操作。,图3 单级萃取流程示意图,料液F与萃取溶剂S一起加入混合器内搅拌混合萃取， 达到平衡后的溶液送到分离器内分离得到萃取相L和萃余相R， 萃取相送到回收器，萃余相R为废液。 在回收器内产物与溶剂分离（如蒸馏

32、、反萃取等），溶剂则可循环使用。,1.单级萃取,使用一个混合器和一个分离器的萃取操作：,L,对于稀溶液，建立平衡关系如下： 式中X为溶质在萃取剂中的浓度； Y为溶质在料液中的浓度。,单级萃取过程计算,（1）,溶质的质量平衡式为： 式中YF为料液中溶质的浓度；XF为萃取剂中溶质的浓度；H及L分别为两相的体积。由（1）式和（2）式解得萃取操作达到平衡时，溶质在两相的浓度：,（2）,（3）,式中E为萃取因子， 单级萃取过程的收率由下式定义： 未被萃取分率为：,（4）,（5）,（6）,多级萃取是工业生产最常用的萃取流程。 分离效率高 产品回收率高 溶剂用量少 分为多级错流萃取和多级逆流萃取,2. 多级

33、萃取,1）多级错流萃取,多级错流萃取是由几个萃取器串联组成。料液经萃取后，萃余液再与新鲜萃取剂接触，再进行萃取。 第一级的萃余液进入第二级作为料液，并加入新鲜萃取剂进行萃取；第二级的萃余液再作为第三级的料液，以此类推。 此法特点在于每级中都加溶剂，故溶剂消耗量大，而得到的萃取剂平均浓度较稀，但萃取较完全。,多级错流萃取示意图,料液入口,第一级,第二级,第三级,萃余液出口,多级错流萃取未被萃取分率和理论收率,经一级萃取后，未被萃取的分率1： 经二级萃取后，未被萃取的分率2： 经n级萃取后，未被萃取的分率： 理论收率：,多级错流萃取,未被萃取分率、级数n、萃取因数E之间的关系,未被萃取分率,级数n

34、,2）多级逆流萃取,在多级逆流萃取中，在第一级中连续加入料液，并逐渐向下一级移动，而在最后一级中连续加入萃取剂，并逐渐向前一级移动。 料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为逆流萃取。 在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂，故和错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少，因而萃取液平均浓度较高。 工业上多采用多级逆流萃取流程。,多级逆流萃取图,青霉素的多级逆流萃取,青霉素发酵过滤液进入第一级萃取罐，在此与从第二级分离器来的萃取相（含产品青霉素）混合萃取，然后流入第一级分离器分成上下层， 上层为萃取相，富含目的产物，送去蒸馏回收溶剂和产物进一步精制； 下一层为萃余相，含目的产物浓度比新鲜料液低得多，

35、送第二级萃取； 如此经三级萃取后，最后一级的萃余相作为废液排走。,多级逆液萃取计算公式推导,1,2,K-1,k,K+1,n-1,n,L,F,S,R,令k代表第k级中溶质总量（萃取相和萃余相），因为是连续操作，则表示单位时间内通过第k级溶质总量。 先求出相邻三级所含溶质总量k-1，Qk 和 Qk+1 之间关系 自第(k+1)级进入第k级的溶质的量 而自(k-1)级进入第k级的量 则第K级的溶剂总量为,多级逆液萃取计算公式推导,理论收得率：,未被萃取的分率：,条件：萃取相和萃余相很快达到平衡 两相完全不互溶，完全分离 每级的萃取因素E相同,萃取计算诺模图,为了便于计算，选择合理的萃取条件和相应的设

36、备,必须适当地分析主要因素的影响。 可利用未被萃取分率，浓缩倍数m，水相pH和使用设备的理论级数n等定量连系的诺模图来完成。 主要是求取在一定温度下分配系数K和溶液pH的关系（m和n可任选)，然后通过计算机运算得到诺模图。,诺模图：把一个数学方程式的几个变量之间的函数关系，画成相应的具有刻度的直线或曲线表示的计算图标,在00C，pH2.5醋酸丁酯-苄青霉素-水系统,五、萃取设备简介,1单级萃取设备 在单级萃取基本完全的情况下，用一套混合器和分离机即可。 2多级萃取设备 (1)脉动筛板塔 (2)转盘塔,1）青霉素萃取 青霉素是有机酸, pH值对其分配系数有很大影响。很明显, 在较低pH下有利于青霉素在有机相中的分配, 当pH大于6.0时,青霉素几乎完全分配于水相中。从图中可知,选择适当的pH, 不仅有利于提高青霉素的收率, 还可根据共存杂质的性质和分配系数,提高青霉素的萃取选择性。,六、溶剂萃取应用举例,2）红霉素萃取 红霉素是碱性电解质，在乙酸戊酯和pH9.8的水相之间分配系数为44.7，而水相pH降至5.5时, 分配系数降至14.4。 3）红霉素反萃取 反萃取操作同样可通过调节pH值实现。如，红霉素在pH9.4的水相中用醋酸戊酯萃取，而反萃取则用pH5.0的水溶液。,