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第四章_萃取剖析

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化工原理(下)第4章液液萃取

化工原理(下)第4章液液萃取


组成在等腰直角三角形坐标图上的表示方法
二、各组分量之间的关系－杠杆规则
M = MA + MB
M A OB M B OA
MA
M
O 和点
MB
A
差点
B
差点
M A OB M AB M B OA M AB
杠杆规则
A
xS zS
液相 R r kg xA、xS、xB
液相 E e kg yA、yS、yB
用质量比 计算方便
YA K A X A
分 配 系 数
萃余相中溶 质的质量比
萃取相中溶 质的质量比
三、分配曲线
以xA为横坐标，yA为纵坐标，在直角坐标图上， 每一对共轭相可得一个点，将这些点联结起来，得 到曲线称为分配曲线。
溶解度曲线 分配曲线
y yx
P P
x
分配曲线的作法
第4章 液－液萃取
一、以质量分数表示的平衡方程
气液平衡方程 液液平衡方程
萃取相中 溶质分数
yA k A xA yA k A xA
分配 系数 萃余相中 溶质分数
yA kA xA
yB kB xB
二、以质量比表示的平衡方程
若 S与 B完全不互溶
萃取相中不含 B，S 的量不变
萃余相中不含 S ，B 的量不变 液液平衡方程
三角形坐标图
组成的表示方法





液－液萃取过程也是以相际的平衡为极限 三元体系难以用直角坐标系来表示 三元体系的相平衡关系用三角坐标图来表示 在三角形坐标图中常用质量百分率或质量分 率表示混合物的组成 少数采用体积分率或摩尔分率表示的 本教程中均采用质量百分率或质量分率
第四章 溶剂萃取法分离稀土元素01

第四章 溶剂萃取法分离稀土元素01


它们是弱酸，在分子中既含有一个酸性OH基，可按 阳离子交换萃取金属，同时含有 基于金属配位 P O 。 ⅲ .胺类萃取剂： 伯、仲、叔、胺及季胺盐。分子量应在250-600之 间。（分子量太低的胺易溶于水，∴不能做萃取剂。） 由于胺上N原子有孤对电子，呈弱碱性，与强酸形 成稳定的盐，与金属络阴离子结合而萃取。 ⅳ .含硫、氧萃取剂： 亚砜类， S=O 基团，与金属离子形成中性络合物 萃取。亚砜的三种共轭形式：
特点： ⅰ 萃取剂中性有机化合物（TBP,P350,DOSO,TOPO环辛基 磷酸）， 被萃物也是中性：（La（NO3 ）3,Ce(CNS)3等），结 合成中性络合物，而进入有机相。 ⅱ 中性络合萃取剂，也可看成不带电荷的萃取剂和 稀土化合物络合成溶剂合物。故此类萃取剂又成 为溶剂合萃取。
3
ⅲ
D：表示在一定的条件下萃取剂萃取金属离 子的能力，分配比→大， 萃取金属离子 能力越强。 b.萃取率: 萃取率是被萃取物（溶质）进入有机相 的量占被萃取物原始总量的百分率。 以q表示。
q

被萃物在有机相的量 100% 被萃取物原始总量 C有V有 100%(上下同除C水V有) C有V有 C水V水 D D V有 （通常： 称为相比R） C水V水 V水 V水 D D C水V有 V有 D 1 D R

同时TBP也萃取HNO3
HNO 3 TBP 有 TBP HNO 3有
因此TBP萃取酸的能力将影响金属离子萃取分配 比。 金属离子的分配比与萃取平衡常数的关系：
3 D K [ NO3 ] [TBP]3 有 LgD LgK 3 Lg[ NO3 ] 3Lg[TBP]有
分配比： 萃取体系达平衡时，被萃取物在有机相中的 总浓度与它在水相中总浓度比值，以D表示：
化工原理第四章-萃取

化工原理第四章-萃取


4.1.3 分配系数和分配曲线
（2）分配曲线
由相律可知，温度、压力一定时，三组分体系两液相呈平
衡时，自由度为1。故只要已知任一平衡液相中的任一组分的组
成，则其它组分的组成及其共轭相的组成就为确定值。换言之，
温度、压力一定时，溶质在两平衡液相间的平衡关系可表示为
yA f (xA)
（4-5）
x A ——萃取相E中组分A的质量分数；
y A——萃余相R中组分A的质量分数。
此即分配曲线的数学表达式。
4.1.3 分配系数和分配曲线
图4-7 有一对组分部分互溶时的分配曲线
4.1.3 分配系数和分配曲线
如图4-7所示，若以为 x横A 坐标，以 y为A 纵坐标，则可
在 x ~ y直角坐标图上得到表示这一对共轭相组成的点N。每一对 共轭相可得一个点，将这些点联结起来即可得到曲线ONP，称为 分配曲线。曲线上的P点即为临界混溶点。分配曲线表达了溶质A 在互成平衡的E相与R相中的分配关系。若已知某液相组成，则可 由分配曲线求出其共轭相的组成。 若在分层区内y均大于x，即分
图4-6 辅助曲线
4.1.2 三角形相图
辅助曲线与溶解度曲线的交点为P，显然通过P点的联结线无 限短，即该点所代表的平衡液相无共轭相，相当于该系统的临界 状态，故称点P为临界混溶点。P点将溶解度曲线分为两部分：靠 原溶剂B一侧为萃余相部分，靠溶剂S一侧为萃取相部分。由于联 结线通常都有一定的斜率，因而临界混溶点一般并不在溶解度曲 线的顶点。临界混溶点由实验测得，但仅当已知的联结线很短即 共轭相接近临界混溶点时，才可用外延辅助曲线的方法确定临界 混溶点。
成的增大而降低。一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时，kA 值才 可视为常数。对于萃取剂S与原溶剂B互不相溶的物系，溶质在两液相中
萃取分离讲解

萃取分离讲解

问题： DA 和DB相差不太大，如何处理？
分配比可以衡量被萃物在一定条件下进入有机相的
难易程度，但它不能直接表示出被萃物有多少量已 被萃取出来。那么，如何表示萃取完全程度 呢？
萃取率 （Extractability / Percent Extration)）
被萃物在有机相中的量 E (%) 被萃物在两相中的总量 100
许多非极性有机化合物，如烷烃、油脂、萘、 蒽等难溶于水，而易溶于有机溶剂，物质的这 种性质称为疏水性（亲油性）。
萃取过程
萃取过程可以看作是被萃物M在水相和 有机相中两个溶解过程之间的竞争。萃取 过程为：
S-S + 2(M-Aq) —→ Aq-Aq + 2(M-S)
★ 有机物（包括一些在水中不离解的非极性 的共价化合物）的萃取原理适用于“相似相 溶原理”。 ★ 从水溶液中将某些离子萃取到有机相，必 须设法将离子的亲水性转化为疏水性。
在实际工作中，人们所关注的是被萃物分 配在两相中的实际总浓度各为多少，而不 是它们的具体存在的型体。
分配比
D CA(有) C A( 水 )
即，在一定条件下，当达到萃取平衡时，被萃物质 在有机相和在水相的总浓度之比。
分配系数和分配比的比较
●概念不同，关注的对象有差别 ●两者有一定的联系
分配比随着萃取条件变化而改变。 因而改变萃取条件，可使分配比按照 所需的方向改变，从而使萃取分离更 加完全。
KD 表 示 在 特 定 的 平 衡 条 件 下 ， 被 萃 物 在 两 相中的有效浓度（即分子形式一样）的比值； 而D表示实际平衡条件下被萃物在两相中总浓 度（即不管分子以什么形式存在）的比值。 分配比随着萃取条件变化而改变。
②分离系数： A/B = DA / DB “表示两种分离组分分离的可能性和效果”
化工原理(天大版)---(下册)第四章 萃取

化工原理(天大版)---(下册)第四章 萃取


选择性系数与kA、kB有关。 kA越大， kB越小，就越大， 说明：
A、B的分离也就越容易 凡是影响kA、kB的因素都影响（温度、组成） 若 =1，则萃取相和萃余相在脱除溶剂S后将具有相同的 组成，并且等于原料液的组成，故没有分离能力 萃取剂的选择性越高，对A的溶解能力就大，则一定的分离 任务，可越少萃取剂用量，降低回收溶剂操作的能耗，并且 可获得高纯度的产品A 当组分B、S完全不互溶时，则选择性系数趋于无穷大，这 是最理想的情况。
MF FN F ( xF xM ) (4 7) SF F xM y S MS NB
R'
B
（b）
S
EM
M ( xM x R ) 其中yE、xM、xR 由相图读出 y E xR R) 把4-6、4-7代入4-9得： E F ( xF x 其中xF、x' 'R、y''E由相图读出 y E x R R F E
表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系。 A值愈大，萃取分离的效果 愈好 A值与联结线的斜率有关 不同的物系具有不同的分配系数 A值 同一物系， A值随温度和组成而变。 一定温度下，仅当溶质组成范围变化不大时， A值才可视为常数 Y KX 式中：Y——萃取相E中溶质A的质量比组成；
X ——萃余相R中溶质A的质量比组成； K——以质量比表示相组成时的分配系数
4.2.2 液-液相平衡关系
3、分配系数和分配曲线
分配曲线：若以xA为横坐标，以yA为纵坐标，则可在x-y直角坐标图上得到
表示互成平衡的一对共轭相组成的点N。将这些点联结起来即可得到曲线 ONP，称为分配曲线
曲线上的P点即为临界混溶点。 分配曲线表达了溶质A在互成平衡的E相与R相中的分配关系。若已知某液相组成， 则可由分配曲线求出其共轭相的组成。 若在分层区内y均大于x，即分配系数 A ＞1，则分配曲线位于y=x直线的上方，反 之则位于y=x直线的下方。 若随着溶质A组成的变化，联结线倾斜的方向发生改变，则分配曲线将与对角线出 现交点，这种物系称为等溶度体系
第四章反相微胶团萃取技术

第四章反相微胶团萃取技术

第四章反相微胶团萃取技术
临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration CMC)
临界胶束浓度,是胶束形成时所需表面活性剂的最 低浓度，用CMC来表示，这是体系特性，与表面活 性剂的化学结构、溶剂、温度和压力等因素有关。 CMC的数值可通过测定各种物理性质的突变(如表 面张力、渗透压等)来确定。
表面活性剂是由亲水憎油的极性基团和亲油憎水的非极性基团 两部分组成的两性分子，可分为阴离子表面活性剂、阳离子表 面活性剂和非离子型表面活性剂，它们都可用于形成反胶束。 常用的表面活性剂及相应的有机溶剂见下表
第四章反相微胶团萃取技术
在反胶束萃取蛋白质的研究中，用得最多的是阴离子表面活性 剂AOT(AerosolOT，丁二酸-2-乙基己基磺酸钠)。
第四章反相微胶团萃取技术
一、反胶束萃取原理和制备
• 1 基本原理 • 表面活性剂溶于水中，当其浓度超过临界胶束浓
度(CMC) 时，便形成聚集体,称为正常胶束；表面 活性剂溶于有机溶剂，当浓度大于临界胶团浓度 时，会在有机相中形成聚集体,称为反胶束。反胶 束中极性头朝内，非极性尾朝外排列形成亲水内 核，称为“水池”。 • 萃取时，待萃取的原料液以水相形式与反胶束体 系接触，调节各种参数，使其中要提取的物质以 最大限度转入反胶束体系(前萃取) ，后将含该物 质的前萃液与另外一个水相接触。 再次调节pH、 离子强度等参数分出要提取物质。
• 反胶束中，酶的动力学与水中相似，只是由于酶与 表面活性剂作用，底物分配和交换，因而Km(米氏 常数) Kcat (转换数) 是复杂的多变量函数。
第四章反相微胶团萃取技术
• 4 制备方法 • 目前常用转移法、注入法、溶解法制备反
胶束体系。 • 相转移法：将含有生物大分子的水相与溶
化工原理萃取PPT课件

化工原理萃取PPT课件


M
0.6
0.8
B
0.8 0.6 0.4 0.2
S
三角形的三个顶点分别表示A、B、S三个纯组分。
三条边上的任一点代表某二元混合物的组成，不含 第三组分。E 点： xA =0.4， xB =0.6
组成表示法
A
A
0.8
0.2
0.8
0.2
0.6
0.4
E
0.4
M
0.6
0.2
0.8
0.6 E 0.4
0.2
0.4
D 1 CM 1
C
DM
D C CM DM
C
DM
M CD
4-1
C DM
D MC M CD
4-1a
二、三角形相图 (三元体系的液-液平衡关系)
按组分间互溶度的不同，可将三元混合液分为： (1) 溶质A可完全溶解于B及S中，而B、S不互溶； (2) 溶质A可完全溶解于B及S中，而B、S只能部分 互溶； (3) 溶质A与B完全互溶，B与S和A与S为二对部分 互溶组分。 通常，将（1）（2）中只有一对部分互溶组分的三 元溶合物体系称为第I类物质。 如丙酮（A）-水（B）-甲基异丁基酮（S） 醋酸（A）-水（B）-苯（C） 萃取中(I)类物系较普遍，故主要讨论该类物系的液 -液相平衡。
(1) M点为C与D点的和点，C点
为M点与D点的差点，D点
A
为M点与C点的差点。分点
与合点在同一条直线上，分
点位于合点的两边；
xAC
C
(2) 分量与合量的质量与直线上 相应线段的长度成比例，即：
xAM xAD
M D
B xSD xSM xSC
S
C / D DM CM
电子教案与课件：《化工原理下册》 第4章萃取

电子教案与课件：《化工原理下册》 第4章萃取

❖ 萃取剂的选择是萃取操作的关键
第4章 液—液萃取
❖ 萃取的基本流程
第4章 液—液萃取
❖ 下列情况下采用萃取比蒸馏更经济合理
1、组分间相对挥发度接近“1“或者形成恒沸物的混合液 2、溶质在混合液中的含量很低且为难挥发组分 。 3、有热敏性组分的混合液
第4章 液—液萃取
❖ 萃取相 萃余相
1、萃取相（E）含萃取剂（S）多；萃余相（R）含 原溶剂（B）多。
第4章 液—液萃取
4.2.2多级错流接触萃取的计算 若单级萃取所得的萃余相溶质含量较高，
未低于规定值，则需采用多级萃取。
多级错流接触萃取流程
（1）每级都加入新鲜溶剂 （2）前级的萃余相为后级的原料
第4章 液—液萃取
4.2.2多级错流接触萃取的计算
已知条件:相平衡数据、原料液F的量、组成 xF及其各级S的用量，同时规定最终萃余相要 达到的组成为xn
第4章 液—液萃取
➢ 三角形相图上的相平衡关系
1、溶解度曲线和联结线
•实验获取溶解度曲线
•联结线的意义
●★
★ ★●
第4章 液—液萃取
➢ 三角形相图上的相平衡关系
2、临界混溶点和辅助曲线
•临界混溶点 •临界混溶点是萃取相 与萃余相的分界点。
第4章 液—液萃取
➢ 三角形相图上的相平衡关系
2、临界混溶点和辅助曲线
最小用量
➢ 原料一定，萃取剂S用量越
小，混合点M越靠近F点，但
不能超过溶解度线上的RC点
RC
对应RC点的萃取剂用量为 其最小用量Smin
第4章 液—液萃取
4.2.1.4单级萃取的最大萃取液组成及相应的萃取剂 用量
➢ 从S点作溶解度曲线的切线 与AB边相交，交点是单级 萃取所能得到的最大萃取 液组成。
第四章 萃取1

第四章 萃取1


双水相萃取是近年来发展起来的一种 新萃取方法，主要用于酶和蛋白质的萃 取。其特点是用两种不互相溶的聚合物， 如聚乙二醇（PEG）和葡聚糖（DX）进 行萃取，而不用常规的有机溶剂为萃取 剂。因为所获得的两相，均含有很高的 水含量，一般达70－90％，故称双水相 系统。
定义：双水相萃取法是指利用物质在不相容 的两水相间分配系数的差异进行萃取 的方法。 优点： (1):平衡时间短,含水量高,界面张力小, 特别适合于生物活性物质的分离纯化 (2):操作简单,容易实现连续操作 (3):易于放大
1、双水相系统
1.1 双水相系统的形成图
1.2 双水相系统的类型 双水相系统分为两大类： 1）高聚物／高聚物 如：PEG/DX,聚丙二醇/PEG,甲基纤维素/DX 2）高聚物／低分子 如：PEG/磷酸钾, PEG /磷酸铵, PEG/硫酸钠
2、双水相中的分配平衡和相平衡 溶质在双水相中的分配系数：
3、影响分配系数因素（操作条件）
的综合考察
影响双水相萃取的因素： 聚合物种类；聚合物的浓度；聚合 物的分子量；离子种类；离子强度； pＨ值和温度。
3.1 成相聚合物 1）分子量M： 若降低聚合物的M，则pro分配于富 含该聚合物的相中。如PEG/DX系统， 若降低DX的M，则m减小。这一规律 具有普遍意义
如果原料中有两种溶质，A(产品)与B （杂质），由于溶质A、B的分配系数不同， 这样经萃取后A和B得到了一定程度的分离， 产品的纯度提高。溶剂对溶质A、B分离能 力的大小用分离因数来表示。
mA y A / x A mB y B / x B
β为分离因数，或称选择性，β值的大小 反映了萃取分离的效果。
萃取过程
萃取剂S 原料液 A+B 1 图 11－ 1 萃 取 过 程 示 意 图 1－ 混 合 器 ； 2－ 分 层 器 2 萃余相R
第四章 萃取-双水相萃取.ppt.Convertor

第四章 萃取-双水相萃取.ppt.Convertor

第二节双水相萃取主要内容一、概述二、物质在两相中的分配三、双水相萃取工艺流程四、双水相萃取技术的应用一、概述过滤和离心技术（取决于分离颗粒的尺寸或密度差异）难于进行收集微生物的细胞器、分离除去细胞碎片、提取和浓缩胞内物质的操作。

萃取已广泛用于液液分离，但一般的有机溶剂萃取难于分离蛋白质：（1）许多蛋白质有极强的亲水性，不溶于有机溶剂；（2）蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。

在一定条件下，水相也可形成两相甚至多相。

使将水溶性的酶、蛋白质等生物活性物质从一个水相转移到另一水相中成为可能。

1、最早的双水相萃取现象:1896年Be jerinck，把明胶与琼脂或把明胶和可溶性淀粉的水溶液混合，可分为两相（大部分明胶/大部分琼脂），聚合物的“不相溶性”。

多种不相溶的聚合物可得到多相体系。

原因？（1）聚合物的空间阻碍作用，相互间无法渗透。

（2）聚合物与无机盐可形成聚合物-盐双水相。

2、双水相萃取的优势（见表，有一系列数据说明问题）3、双水相萃取的特点：(1) 条件温和，保留产物活性；(2) 含水量高，表面张力低，耗能少(3) 大分子及小分子（红霉素、氨基酸等）萃取；(4) 易于放大(5) 影响因素复杂；(6) 成本高4、两水相体系形成聚合物混合时，是分层或成一相，取决于两种因素：一是体系熵增加，表明系统混沌程度的量，与分子数量有关；二是分子间作用力，与分子量有关，分子量越大，分间作用力也越大。

分子之间作用力：（1）A-A >A-B 相分离（2）A-A<A-B 混合（3）A-B>>A-A凝聚复合5、两水相体系类型两种都是非离子型高聚物（PEG / DEX、聚丙二醇/ DEX等）其中一种是离子型高聚物（羧甲基纤维素钠/葡聚糖DEX）两种都是离子型高聚物（羧甲基纤维素/羧甲基葡聚糖钠）其中一种是无机盐（磷酸盐、硫酸盐等）6、相图（见课件中图）理解：双结线(TKB)；；结点(T/B)；临界点(K)；系线(TB)上相（T，轻相）；下相（B，重相）当M点下移时，系线长度缩短，两相差别减小，到K点时，系线长度为0，两相差别消失而成为一相。

生物工业下游技术第四章溶剂萃取法解析

生物工业下游技术第四章溶剂萃取法解析


2019/8/26
31
DMF
DMF是多种高聚物如聚乙烯 、聚氯乙烯、 聚丙烯腈、聚酰胺等的优良溶剂，广泛用 于塑料制膜、油漆、纤维等工业；也可作 除去油漆的脱漆剂。
它能溶解某些低溶解度的颜料，使颜料带 有染料的特点。 DMF还可作从石蜡中分离 非烃成分的有效试剂。它对对苯二甲酸和 间苯二甲酸的溶解性有良好的选择性，可 在DMF中将它们分离。
2019/8/26
3
浸取
• 用有机溶剂把有用物质从固体原材料中提取到溶 液中的过程。
• 热水浸取茶叶；药酒；有机溶剂提取大豆、花生 等中的食用油。
• 浸出油：是用化学制油方法使油脂从油料中分离 出来而形成的油品。采用“六号”溶剂油将食用 油原料充分“浸泡”然后高温提取，经脱脂、脱 胶、脱水、脱色、脱臭、脱酸加工而成。油品色 浅味淡易形成溶剂油的残留。
• 乙醇具有一般伯醇的化学性质，比较活泼，是有 机合成的重要原料及溶剂。医药上常用做消毒剂 和防腐剂。乙醇还广泛用做饮料和燃料。过去， 工业乙醇中常加入少量毒性物质如甲醇等（称变 性酒精）以防止饮用。
乙醇
• 普通酒精是含95.6％乙醇和4.4％水的恒沸混合物， 沸点为78.15℃，其中的少量水分无法用蒸馏法除 去。实验室中常在普通酒精中加入生石灰回流， 再进行蒸馏，可得99.5％的乙醇。再加入金属镁 和少量碘（催化剂）回流后蒸馏，可得无水乙醇 （又叫绝对乙醇）。
2019/8/26
34
常用语
• 将供提取的溶液称为——料液（F） • 从料液中提取出来的物质 ——溶质 • 用来萃取产物的溶剂——萃取剂（S） • 溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成的溶
液——萃取液（L或E’） • 被萃取出溶质后的料液——萃余液（R）

第四章萃取——精选推荐

第四章 萃 取萃取：利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法 物理萃取：萃取剂与溶质间不发生化学反应。

化学萃取：利用萃取剂与溶质间发生的化学反应实现溶质向有机相的分配。

萃取方式 互不相溶的两相溶剂萃取 固相或水相和有机溶剂相反胶团萃取 自由水相、结合水相与有机溶剂相 双水相萃取 两个互不相溶的水溶高聚物相 超临界萃取 超临界流体与固相或液相常用名词： 料液：含有目标产物的供提取的溶液，通常是水溶液萃取剂：用来萃取产物的溶剂 萃取液：溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成的溶液 萃余液：被萃取出溶质后的料液分配定律： 在恒温、恒压条件下，溶质在两个互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的相对分子量相等，则其在两相中的平衡浓度之比为一常数K0，这个常数即分配常数。

上式成立必须符合以下条件：（1）必须是稀溶液；（2）溶质对溶剂的互溶没有影响；（3）必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。

分配系数 在恒温、恒压条件下，溶质在两个互不相溶的两相中达到分配平衡时，则其在两相中的总浓度之比称为分配系数。

分离因子：溶剂萃取： 将选定的某种溶剂，加入到液体混合物中，由于混合物中不同组分在同种溶剂中的溶解度不同，就可将所需要的组分分离出来，这个操作过程称为溶剂萃取。

应用领域： 主要用于分离相对分子量小于1000的化合物，如抗生素、有机酸等。

萃取剂的选择依据：依据相似相溶原理选择萃取剂相似：1）分子的组成、官能团、形态结构相似； 2）相互作用力相似相互作用力有极性与非极性之分，常用介电常数作为一个化合物摩尔极化程度的量度。

萃取剂的选择依据根据萃取目标产物的介电常数，寻找极性相接近的溶剂作为萃取剂，是溶剂选择的重要方法。

分子的极化程度可用介电常数D 表示。

各种溶剂的介电常数（在25?C 时） 溶剂 介电常数D ／(F ·m-1) 溶剂 介电常数D ／(F ·m-1)己烷 1.90（极性最小） 1—丁醇 17.8 环己烷2.02 1—戊醇 20.1 氯 仿 4.87 甲酸 59四氮化碳 2.24 丙 酮20.7苯 2.28 丙 醇 22.2 甲 苯 2.37 乙 醇 24.3 二乙醚 4.34 甲 醇 32.6 乙酸乙酯 6.02 水 78.54(极性最强) 2一丁醇 15.8一个良好的萃取剂应满足以下要求：1） 有很大的萃取容量2）有良好的选择性3）与被萃取的液相互溶度要小，且粘度和界面张力均较低，有利于传质和相分离4）溶剂的回收和再生容易5）化学性质稳定，不易分解，对设备腐蚀性小6）经济性好，价廉易得，安全性好，闪电高、低毒等 生物工业上常用的萃取剂有酯类、醇类和酮类等物理萃取 以青霉素（弱酸）为例，在溶液中存在下述电离平衡方程式： 不解离的青霉素的分配系数K0为： 萃余相浓度萃取相浓度==R L c c K 0t ,1t,2c c m =杂产m m =αHL RCOOH RCOOH K ][][0=表观分配系数K 为：HH LRCOO RCOOH RCOOH K ][][][-+=电离平衡常数Ka 为：HHa RCOOH RCOO H K ][]][[-+=由上面四个关系可以导出：apK pH a a K H K H K H K K K -++++=+=+=1011][][]/[11000 对于弱碱，得到类似的结果：pHpK b K K -+=10110 水相物理条件对萃取的影响pH ：弱酸性电解质pH 低有利，若碱性电解质则相反无机盐的存在可降低溶质在水相中的溶解度，有利于溶质向水相中分配。

第四章 萃取


分配系数：在一定温度、压力下，溶质分布在两 个不相容的溶剂里，达到平衡后，它在两相中 的浓度比为一常数，这个常数称为分配系数。
物理萃取：溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配 平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。例如，用乙
酸丁酯萃取青霉素。
化学萃取：用脂溶性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。萃取剂与 溶质之间的化学反应，包括离子交换和络合反应等。


2.4.1 单级萃取
图 单级萃取流程图

萃取操作理论收得率的计算须符合以下两个假定：
① 萃取相和萃余相很快达到平衡 ② 两相完全不互溶，在分离器中能完全分离。

设K为分配系数，VF为料液体积，VS为萃取剂体积，E为萃取因 子(extraction factor)即萃取平衡后，溶质在萃取相与萃余相中 质量的比值，则：
下标1、2分别代表萃取相和萃余相，A、B为溶质
(2-4)
如果A是产物，B为杂质，分离因数可写为：
β ＝ K产／K杂 β越大，A、B的分离效果越好，即产物与杂质越容易分离。
2.1萃取剂或稀释剂的选择
选择原则：根据相似相溶的原理 ( 最重要参数：介电常数，极性 ) ， 选择与目标产物性质相近的萃取剂，可以得到较大分配系数。 此外，有机溶剂还应满足以下要求：
加热 稀释 离心 过滤 静电 电解质 顶替法 转型法
2.4 萃取方式和理论收得率

工业上萃取操作通常包括三个步骤：
混合—分离—溶剂回收

因而工业萃取的流程中须有混合器(如搅拌混合器)、 分离器(如碟片式离心机)和溶剂回收装臵(如蒸馏塔)。 混合萃取和分离也可在同一台设备内完成。 一般萃取过程很快，如果接触表面足够大，则在 15~60 s之内就可完成。 萃取操作流程可分为单级萃取和多级萃取。

化工原理(下)第四章 萃取426

E/R RM EM
3.脱溶剂
从萃取相 E 中除去萃取剂 S 后得萃取液 E’；
从萃余相 R 中除去萃取剂 S 后得萃余液 R’；
单级萃取中，萃取相能达到的最大 A 组分含量为 Emax 点 的组成， 对应的萃取液组成点为 E’max。
4.3.2萃取过程的计算 理论级：离开萃取器的萃取相与萃余相互成平衡。 对分级式萃取过程，可先求出所需理论级数，然后由基于 质量传递速度的级效率确定所需的实际级数。 由相际传质所产生的热效应较小，可视为等温过程。
26
4.3.2多级错流萃取的计算：萃取剂与稀释剂部分互溶
单级萃取分离程度有限，可采用多级萃取进一步降低萃 余相中溶质的浓度。多级错流的计算只是单级的多次重复。
料液 F, xF M1
设各级萃取剂用量均为S0
R1 M2 E2 R2
M
3
R3
Rn-1 En
M
n
萃取剂 S, yS Rn 萃余相 Raffinate
P
E4
E3
E2 E1 S
B
已知共轭相中任一相的组成，可利用 辅助线得出另一相的组成。
5
6.温度对相平衡的影响 相图上两相区的大小，不仅取决于物系本身的性质，而 且与操作温度有关。一般情况下，温度上升，互溶度增加，两 相区减小，不利于萃取操作。温度特别高时，两相区会完全消 失，致使萃取分离不能进行。 7、分配曲线：
0
mS
E1
MF MS
mF
M S
1.0
可见，y A y A max
B 图解萃取液的最大组成
20
注意：如果M点在两相区外相交，说明超出萃取范围，不 能进行萃取操作，由R1点确定的溶剂用量为该操作条件下的最

第四章 萃取


六、萃取过程的类型
1. 单级萃取
2. 多级萃取
•
•
错流多级萃取
逆流多级萃取
七、萃取过程的设备
1. 混合设备
• 搅拌罐
• 管式混合器
• 喷嘴式混合器
2、分离设备
• 重力分离设备——沉降式
• 离心力分离设备——碟式、管式、倾析式
思考题
1. 2. 3. 何谓溶媒萃取？其分配定律的适用条件是什么？ 在溶媒萃取过程中pH值是如何影响弱电解质的提取？ 何谓乳化液？乳化液稳定的条件是什么？常用去乳化方法有那些？
第四章 萃取分离法
一、 概述
1. 定义——利用物质在互不相溶的水相与有机相间的
分配系数不同而达到分离的过程，也称溶媒萃取。
2. 特点——浓缩倍数和纯化倍数较高，可连续、多级
操作，溶剂耗量大，对设备、安全要求高
3. 应用——生物小分子物质：抗生素、有机酸、氨基
酸等
4、萃取的原理——分配定律
1)
•
分配定律公式推导
– – – 盐析效果 去乳化 增大水相密度
c) 温度
– T↑，K↑，互溶性↑，效率↓
–
T↓，K↓，稳定性↑，传质速率↓
d) 带溶剂
– 酸性物质+脂肪碱（十二烷胺、四丁胺等）
– 碱性物质+脂肪酸（月桂酸等）
7、乳化现象和去乳化
1) 乳化现象
有机相
乳化层 水 相
2）乳状液及其类型
• • 乳状液——一种液体以细小液滴分散在另一种互不相溶的 液体中所构成的分散体系，也称乳浊液。 类型——油包水（W/O ）型和水包油（O/W ）型两大类
K 有机相（萃取相、轻相）
AH
A- + H+

环境工程原理第四章-萃取

环境工程原理第四章-萃取
目录
CONTENTS
• 萃取原理简介 • 萃取过程 • 萃取实验方法 • 萃取技术发展与展望 • 案例分析
01
CHAPTER
萃取原理简介
萃取的定义
萃取是一种分离技术，通过将溶质从 一种溶剂转移到另一种溶剂中，实现 溶质的分离和纯化。
在环境工程中，萃取常用于处理废水、 废气和土壤等介质中的有害物质，将 其从一种介质转移到另一种介质中， 从而达到净化和治理的目的。
萃取技术的发展
随着科学技术的进步，萃取技术不断改进和完善，为环境工程领域 提供了更多有效的处理方法。
新型萃取技术的研究与应用
01
超临界流体萃取
利用超临界流体的特殊性质，实 现对目标污染物的快速、高效提 取。
02
03
反相微胶团萃取
双水相萃取
通过形成反相微胶团，提高目标 污染物在有机相中的溶解度，实 现选择性提取。
研究表明，通过优化萃取剂种 类、浓度、温度和时间等参数 ，可提高底泥中有机污染物的
萃取效率。
实际应用中，需综合考虑底泥 的实际情况和处理要求，选择 合适的萃取工艺参数。
THANKS
谢谢
萃取分离阶段利用萃 取剂与水相的互溶性 差异，将油类物质从 水相转移到萃取剂中。
后处理阶段包括反萃 取、再生萃取剂和废 水排放等步骤，以实 现资源的回收利用和 废水的达标排放。
某工业废水中的重金属离子萃取去除实例
某工业废水含有重金属离子如铜、铅、锌等，采用萃取 法进行去除。
萃取剂的选择需考虑与重金属离子的结合能力、萃取剂 的稳定性以及再生性能等因素。
萃取剂的种类
根据目标物质的性质和萃取要求， 选择适当的萃取剂种类，如有机 溶剂、酸性或碱性溶液等。

制药分离工程：第四章-超临界萃取

不腐蚀设备，廉价易得，使用安全。
17
可以作为超临界流体的物质虽然多， 但仅有极少数符合要求。
TC在0～100℃以内ห้องสมุดไป่ตู้pC在2～10Mpa以内。 且蒸发潜热较小的物质有CO2 （TC 31.3℃、
pC 7.15Mpa、蒸发潜热25.25kJ/mol）、丙烷（TC 96.8℃、pC 4.12Mpa、蒸发潜热 15.1kJ/mol） 考虑到廉价易得、使用安全等因素则二氧化碳最 适合用作于萃取的超临界流体。
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(2) 超临界流体的萃取能力取决于流体密度, 因而可方便地通过调节温度和压力来控制,这对
保证产品质量的稳定是非常有利的。 (3) 萃取剂可循环使用，其分离与回收方法远
比精馏和液液萃取简单，且能耗较低。 实际操作中，常采用等温减压或等压升温的方
法，将溶质与萃取剂分离开来。
14
(4) 超临界流体萃取的操作温度与 萃取剂的临界温度有关。
⑵ 被萃取成分与超临界流体发生 溶剂化作用而溶解;
⑶ 溶解的被萃取成分经内扩散和外扩 散进入超临界流体主体。
∵超临界流体的扩散系数较高,而溶质在超临界流体中的
溶解度很低, ∴步骤⑶常常为过程的控制步骤。
10
11
烘箱
240o C 萃取釜:
5mL to 2 Liter 同时处理2 – 4个
12
4.3 超临界萃取的特点
极性超临界萃取剂。 在各种萃取剂中，以非极性的CO2最为常用，
这是由超临界CO2所具有的特点所决定的。
16
选用什么介质做超临界萃取溶剂， 要根据实际应用的需要做多方面的考虑。
从生产成本上考虑，① 超临界流体的溶解度要大 尽量减少溶剂的使用量；
② 选择要足以得到纯度较高的萃取物。 ③ 它的临界压力和临界温度不要太高。 ④ 被选用的超临界流体还应有化学稳定性，
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萃取剂与被分离混合物应有较大于分层；界面张力过大，难以使两 相混合良好；界面张力较小时，两相难以分离。
首要考虑的还是满足分层的要求。 一般不选界面张力过小的萃取剂。
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16
3）粘度
粘度小对萃取剂有利
5、一般工业要求
化学稳定性、不易聚合、分解，有阻垢的热稳定性，
萃余相中分配达到平衡时，其浓度比为一常数，
通常称为分配系数KA：
组分A在E相中的组成 y A KA 组分A在R相中的组成 x A
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组分B在E相中的组成 y B KB 组分B在R相中的组成 x B
在常温常压下特定体系Ｋ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） 必须是同一分子类型，不发生缔合或 离解，若解离分配系数还与pH有关
（2）用溶剂洗取固体中的少量杂质，以 提高固体产品或中间体的纯度。

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44
一、中药材中所含成分—— （按作用可分类） ①有效成分，能起主要药效的物质，如生 物碱、甙类、挥发油等； ②辅助成分，本身没有特殊疗效，但能增 强或缓和有效成分作用的物质，如皂甙、 有机酸或蛋白质等； ③无效成分，本身无效甚至有害成分，如 脂肪、糖类、淀粉、酶、蛋白质、树脂、 粘液质、果胶等；
38
（五）、离心萃取器
优点：处理量大，效率较高，
提供较多理论级，结构紧凑，
驱动槽轮
占地面积小，应用广泛。
轻相进
机械密封
重相进
缺点：能耗大，结构复杂， 设备及维修费用高。
轻相出 重相出
应用：适用于处理两相密度 差很小或易发生乳化以及贵 重、易变质的物料。
转鼓清洗通道栓塞
波式离心萃取器示意图
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溶质Ａ
料液 ｝ 稀释剂Ｂ
萃取液Ｓ＋Ａ(B)
溶剂Ｓ
萃余液Ｂ＋Ａ(s)
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5
Light phase
杂质
溶质 萃取剂 原溶剂
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Heavy phase
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实验室液液萃取过程
分液漏斗
有机相 水相
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液-液萃取步骤
Gas
振荡几次
打开活塞
溶剂体积为样品溶液的30 ％～35％。
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有些苷类成分的酶解 有些脂溶性成分溶解不完全 水提液易发霉、变质 水溶性杂质多，过滤困难 沸点高，浓缩困难
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亲水性有机溶剂
（和水可任意混溶） 溶解范围广 水溶性杂质溶出少 乙醇 可抑制酶的活性 提取液不易发霉、变质 大部分可回收利用 但有挥发性、易燃烧 除多糖、 蛋白质外 大多数 化学成分 均可溶解 渗滤法 浸渍法 回流法 连续回流法
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扩散方程
溶质在边界层内扩散速度， Fick’s方程来描述：
dM dc DF dt dx
Cs C x
扩散系数：
D RT 1 N 6r
粘度小，物质的分子量小，提高系统温度， 则扩散系数D大，扩散速度就快。
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根据Fick’s方程，提高溶质的浓度梯度是提高扩 散速率的有效方法之一。 在浸出过程中，用新鲜溶剂或低浓度浸出液随时 置换药材周围的浸出液以降低浸出溶剂的浓度 是保持溶质的最大浓度梯度，提高浸出效果与 浸出速度的有效措施。
4．置换浸出阶段
△C ↓
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△C ↑ △C ↓
△C↑
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四、常用提取剂与提取辅助剂
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1、常用提取溶剂性能特点
提取溶剂 性能特点 强极性溶剂 溶解范围广 穿透能力强 易得、安全 适宜提取成分
生物碱盐 苷类 糅质 糖类 氨基酸 蛋白质
提取方法
水
煎煮法
渗漉法
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3
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原料液：在溶剂萃取中，被提取的溶液。 溶质（A）：其中欲提取的物质。 原溶剂（B）：料液中不溶或难溶的组分。 萃取剂（S）：萃取操作中所用的液态溶剂。 萃取相（E）：经接触分离后，大部分溶质转移到 萃取剂中，得到的溶液。 萃余相（R）：被萃取出溶质的料液。
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4
萃取过程
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1.浸润、渗透阶段
当浸出溶剂加入到药材中时，首先溶剂附着于 药材表面使之润湿，然后通过毛细管或细胞 间隙渗入细胞内。

溶剂对药材的润湿——浸出的首要条件。
溶剂的界面张力或接触角越小，药材易被润 湿，反之亦然。

故溶剂中加入表面活性剂以降低界面张力， 是提高药材润湿性的有效方法之一。 2018/9/16 49
特点：填料萃取塔结构简单，造价 低廉，操作方便，处理量较大，比
填料 轻液
较适合于腐蚀性料液的萃取。
重液
填料萃取塔
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（三）、筛板萃取塔
轻液
重液
分散相聚 集界面
筛板 轻液分散 在重液内 的混合液 重液
溢流管
特点：分离效率较高；结 构简单、操作方便、处理 量大； 缺点：不能处理含混悬颗 粒的料液。
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④组织物：指构成药材细胞的不溶性物 质，如：纤维素、栓皮等。
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二、中药提取的类型

单体成分提取 单味药提取 中药复方提取
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三、药材有效成分的提取过程及机理
概括起来是固 — 液相间的萃取问题， 即可溶性物质从药材固相转移到液相 中的传质过程，系以扩散原理为基础。
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物系界面张力较小，或两相密度差较大— 重力流动式。
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（4）生产能力
生产处理量小 — 填料塔或脉冲塔；
生产处理量大 — 筛板塔，转盘塔，混合-澄清槽等。 （5）防腐蚀及防污染要求 具有腐蚀性 — 结构简单的填料塔； 具有污染性 — 屏蔽性能良好的脉冲塔。 （6）建筑物场地要求 空间高度有限 — 混合-澄清槽；
第四章 萃取
萃取是分离液体或固体混合物的一种常用单元操 作，原理是利用混合物各组分在溶剂中的溶解度 的差异而将目标组分从混合物中分离。
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1
第一节液液萃取
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2
液-液萃取原理
利用样品中不同组分
分配在两种不混溶的溶
剂中溶解度或分配比的
水相 有机相
不同来达到分离、提取
或纯化的目的。
22
3、多级逆流萃取的流程
特点：原料液与萃取剂在各级萃取器的流向相反；优 点：传质推动力较大，分离程度较高，萃取剂的用量 较小；缺点：若原料液中溶质含量较低，则不可能获 得高浓度的最终萃取相。
原料液
萃取剂
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4、有回流的多级逆流萃取流程
萃余相 萃取剂
原料液
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选择性系数表示有效成分A与杂质B的分离程度。
A在萃取相中的质量分率 B在萃取相中的质量分率
yA xA yB xB
yA yB
xA k A kB xB
A在萃余相中的质量分率 B在萃余相中的质量分率
β=1 KA = KB 分离效果不好； β>1 KA > KB 分离效果好； β越大，KA 越大于KB，分离效果越好。
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四、液液萃取设备
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分类：
（1）按两相接触方式划分
逐级接触式——浓度呈阶跃式变化， 连续接触式——浓度连续变化。
（2） 按外界是否输入机械能划分
重力流动设备、离心萃取设备。 （3）按设备结构特点和形状划分
组件式——由单级萃取设备组合；
塔式——板式塔、喷洒塔、填料塔。
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（一）、 混合 — 澄清槽
（1）结构
重相 轻相
轻相
重相
混合－澄清器
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29
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（2）优点
① 处理量大，级效率高； ② 结构简单，容易放大和操作； ③ 两相流量比范围大，运转稳定可靠，易于开、停工；
对物系的适应性好，对含有少量悬浮固体的物料也能 处理；
2．解吸、溶解阶段
有效成分-溶剂间的亲和力＞有效成分-植物组 织间的亲和力——解吸
选用溶剂——应具有解吸作用，如乙醇。 适量的碱、甘油或表面活性剂可助解吸。 溶剂不同，可溶解的对象也不同。 水——浸出液中多含胶体物质而呈胶体型溶液 乙醇——浸出液中则含有较少的胶质。 非极性溶剂——浸出液中不含胶质。
抗氧化的稳定性，对设备的腐蚀性小，无毒，来源容易，
价格便宜等
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三、液液萃取流程
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1、单级萃取的流程
优点：设备简单，操作容易。
单级萃取的工艺流程 缺点：溶剂消耗量较大，且 溶质在萃余相中的残存量较 多，故分离效率不高。 萃余相R
萃取器
原料液F
xF
萃取剂S
xR
轻液
2018/9/16 萃取过程中的筛板塔
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36
（四）、转盘萃取塔
轻液 界面 重液 格栅
特点：结构简单，分离效率较 高，造价低廉，维修方便，操 作弹性和生产能力较大，常应
定环 转盘 轻液
用于含混悬颗粒及易乳化料液
的萃取。
重液
转盘萃取塔
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