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第五章 萃取

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化工原理第五章 萃取

化工原理第五章 萃取

图 连结线斜率的变化
二.相平衡关系在三角形相图上的表示方法
1.溶解度曲线与联接线 一定温度下，测定体 系的溶解度曲线时，实验 测出的联结线的条数（即 共轭相的对数）总是有限 的，此时为了得到任何已 知平衡液相的共轭相的数 据，常借助辅助曲线（亦 称共轭曲线） 。
图 辅助曲线
2.辅助曲线和临界混溶点
第二节
液液相平衡
一. 三角形坐标图及杠杆规则 1.三角形坐标图 等边三角形 等腰直角三角形 不等腰直角三角形
一般而言，在萃取过程中很少遇到恒摩尔流的简化情况， 故在三角形坐标图中混合物的组成常用质量分数表示。 习惯 上，在三角形坐标图中，AB边以A的质量分率作为标度，BS 边以B的质量分率作为标度，SA边以S的质量分率作为标度。 三角形坐标图的每个顶点分别代表一个纯组分，即顶点A表示 纯溶质A，顶点B表示纯原溶剂（稀释剂）B，顶点S表示纯萃 取剂S。 三角形坐标图三条边上的任一点代表一个二元混合 物系，第三组分的组成为零。例如AB边上的E点，表示由A、 B组成的二元混合物系，由图可读得：A的组成为0.40，则B 的组成为（1.0-0.40）= 0.60，S的组成为零。
3. 分配系数和分配曲线
（1）分配系数 一定温度下，某组分在互相平衡的 E 相与 R 相中的组成之比称为该组分的分配系数，以 yA k表示，即溶质A
kA
yB 原溶剂B k B xB
xA
式中 yA、yB ——萃取相E中组分A、B的质量分数； xA、xB——萃余相R中组分A、B的质量分数。
分配系数kA表达了溶质在两个平衡液相中的分
第五章
▲ 第一节 概述
萃取
▲ 第二节 液液相平衡 ▲ 第三节 萃取分离效果及主要影响因数
▲ 第四节 萃取过程的计算

第五章 液膜萃取及萃取色层法分离提取稀土元素 稀土金属冶金 教学课件

第五章 液膜萃取及萃取色层法分离提取稀土元素 稀土金属冶金 教学课件

85℃，保温12hr, 95℃,保温10hr
水相
悬浮有机相
一、萃取色层分离的基本原理
１．分配系数与分离系数
分配系数: D Cs / Cm 分离系数: D1 / D2 金属离子在流动相中的 分数 : Nm R Nm Ns 1 1 1 N C V V 1 s 1 s s 1 D s Nm Cm Vm Vm
中RE3+浓度↑，峰距↓（分离度RS↓）
– 淋洗液流速：流速↑→理论塔板数↓→RS↓ – 温度：一般50±５℃为宜
2. 萃取色层分离稀土的工艺实践
– 装柱——负载——淋洗——淋洗液浓缩沉淀
装柱
负载 淋洗
长径比17～20，树脂粒度0.13～0.074mm
料液RE2O3 60 ～ 80g/L, 酸度0.２～ 0.3mol/L 50±５℃， 梯度淋洗（Gd-Tb-Dy分离：0.5,0.7,0.9mol/L HCl）
单组成色谱图
2.分离度（分辨率）
• • • •
每个组成都有一个色谱峰，且有特定的保留体积VR 每个色谱峰都有特征的峰宽W (VR2-VR1)越大，W越小分离效果越好
分离度 RS VR 2 VR1 2(VR 2 VR1 ) (W1 W2 ) / 2 W1 W2 ( RS 1.3时可定量分离 )
• 特点:萃取、反萃合二为一；萃取剂用量少、成本低
• 液膜分离的一般流程 • 乳状液膜从低含量稀土浸出液中回收稀土 １．制膜
混合（萃取剂＋溶剂＋表面活性剂＋膜内相） 搅拌 生成油包水（W/O）乳状液
– 稳定性特别重要（以破损率表示）
• 破乳率ε=膜外相中酸的总量／原始酸的总量 • 如放置１hr后， ε＜2％，稳定
二、萃取色层法分离提纯高纯稀土化和物

第五章萃取技术.课件

第五章萃取技术.课件
有机溶剂中胶束 的表面活性剂分子的 疏水尾部向外，而亲 水头部向内，称为反 胶束。
当表面活性剂在有机溶剂中形成 反胶束时，水在有机溶剂中的溶解 度随表面活性剂浓度线性增大。
通过测定有机相中平衡水浓度的 变化，可以确定形成反胶束的最低 表面活性剂浓度。
反胶束的形成是表面活性剂分子 自发形成的纳米尺度的聚集体，是热 力学稳定的体系。
K a AH
（5-3）
其中，Ka为弱酸的解离常数；
[AH]和[A-]分别为游离酸和其酸根离 子的浓度。
如果在有机相中溶质不发生缔和， 仅以单分子形式存在，则游离的单分 子溶质符合分配定律，其分配常数为
Aa
AH
AH
（5-4）
其中，AH 表示有机相中游离酸的
浓度，Aa为游离酸的分配常数。
利用一般的分析方法测得的水 相浓度为游离酸和酸根离子的总 浓度，故为方便起见，用水相总
3．物理萃取和化学萃取
物理萃取
定义：溶质根据相似相溶原理在两相间 达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生 化学反应。
应用：广泛应用于抗生素及天然植物中 有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取 青霉素。
化学萃取
定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化 学反应生成脂溶性复合分子，使溶质 向有机相分配。
应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸 等生物产物的分离回收。
液体
双水相萃取
萃取剂
液固萃取（浸取）
固体原料 超临界流体
液体原料
2．反 萃 取
定义：调节水相条件，将目标产物从有机相 转入水相的操作。
作用：为了进一步纯化目标产物或便于后续 分离操作。
洗涤：常常加在萃取与反萃取操作之间，目 的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂 质，提高反萃取液中目标产物纯度。

萃取课件专题知识课件

萃取课件专题知识课件

=K0 /(1 ＋10 pH － pK )
对于弱碱性电解质
K
K0
Kp
Kp H
=K0 /(1 ＋10 pK － pH )
K0－只与T、P有关； K－与T、P和pH有关 K可经过试验求出，而K0不能，可由公式求出。
有机溶剂旳选择
根据相同相溶旳原理，选择与目旳产物极性相近 旳有机溶剂为萃取剂，能够得到较大旳分配系数 （根据介电常数判断极性）；
溶剂萃取概述
分液漏斗
有机相 水相
一般工业液液萃取过程
料液 （待分离物
质＋杂质 萃 取
萃取液 （待分离物 质＋少量杂质
洗 涤 剂
洗 涤
萃取剂 ＋稀释剂
杂质+少量 萃残液 待萃物质 （杂质）
反
萃 萃取剂＋稀释剂
剂
（待返回使用）
待反 萃萃 物取 质
产物（待萃物质）
生物萃取与老式萃取相比旳特殊性
生物工程不同于化工生产，主要体现在生物 分离往往需要从浓度很稀旳水溶液中除去大 部分旳水，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。
青霉素旳分配平衡
弱电解质旳分配系数：
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。
Kp=
弱酸性电解质K0＝ [AH]/[AH] 弱碱性电解质K0 ＝ [B]/[B]
弱电解质旳表观分配系数K：
分配达平衡时，溶质在两相旳总浓度之比
对于弱酸性电解质
H K K0 K p H
亲水
亲油基团 亲油
亲水基团伸向水中，亲油基团伸向油中。
乳浊液类型
当将有机溶剂（通称为油）和水混在一起搅拌时，可
能产生两种形式的乳浊液。

第五章萃取设备计算

第五章萃取设备计算
= 2×22.05＝44.1 mm • 则堤圈内径范围：
大于轻液出口内径：DL = 30 mm 同时应该小于DH = 44.1mm
• 可以选择37.4、39.0、41.1、43.8。
• 校核轻液和重液界面半径 rs
需要校核rs
rs
H rH 2 LrL2 H L
1000
43.2
2
880152
时，分界半径rS仅随重液出口半径rH而变
化。
rH ，rS
此时，界面外移，有利于轻液分离，反之
rH ，rS
界面内移，有利于重液分离。
重液出口半径rH的取值范围
重液出口半径rH的上限（最大值），当rS = rf 轻液混入重液出口.
rsrf rH 2H H rL L 2 L
可 r H 得 r f2 H L r L 2L H
– 液－固萃取：（浸取）(Leaching )。如用丙酮提 取菌丝体中的灰黄霉素。
– 液－液萃取： 溶剂萃取（溶媒萃取） – 双水相萃取
第一节 萃取设备
分段式萃取 混合过程和分离过程在分别在两个独立的设备
中进行；
连续式萃取： 若上述两过程在一个综合性设备中。
液-液萃取设备：
• 分段萃取 • 混合设备 混合罐
dm的液体在半径r处所受到的离心力dF：
dF 2 r dm dm 2r h dr dF 2h2r2dr
在r处圆筒面上所受压强
dp dF 2 rdr 2rh
• 对于轻液，在轻液出口至分界半径范 围内，积分得：
psdp p1
2
rs
L rL rdr
ps p122L(rs2rL2)
对于重液相，在重液出口至分界 半径范围内，积分得：
psdp p2

生化工程下游技术知识课件第五章溶剂萃取和浸取

生化工程下游技术知识课件第五章溶剂萃取和浸取

03
浸取技术简介
浸取技术的原理
01
浸取技术是一种分离和提取固体物料中可溶性组分的方法，其 原理是利用溶剂将固体物料中的可溶性组分溶解，然后通过固
液分离，将溶剂和溶解的组分分离。
02
浸取过程中，溶剂和固体物料在一定条件下充分接触，使可溶 性组分从固体物料表面逐渐扩散到溶剂中，形成浓集。
03
浸取过程通常在常温或加热条件下进行，根据不同物料和 组分的性质选择合适的溶剂和操作条件。
萃取剂的再生与循环使用
01
萃取剂的再生与循环使用是溶 剂萃取技术中的重要环节，通 过再生和循环使用可以降低生 产成本、减少环境污染。
02
萃取剂的再生方法包括蒸馏、 结晶、吸附等，根据不同的萃 取剂和分离需求选择合适的再 生方法。
03
为了实现萃取剂的循环使用， 需要将再生后的萃取剂进行纯 化和浓缩，以便再次用于萃取 过程。
浸取技术的应用领域
矿物浸取
通过浸取技术提取矿物中的有价组分，如铜、 金、银等。
固体废弃物资源化
通过浸取技术提取固体废弃物中的有用组分， 实现资源化利用。
植物资源提取
利用浸取技术提取植物中的有用成分，如草 药、茶叶、香料等。
环境治理
利用浸取技术处理环境污染问题，如土壤修 复、水处理等。
04
溶剂萃取与浸取的比较与选择
进料液与萃取剂的混合。
混合过程中还需注意控制温度、压力等参数，以确保萃取过程
03
的稳定性和安全性。
分相过程
分相过程是将混合后的料液与 萃取剂进行分离，使各个组分 得到分离。
分相的方法包括静置分层、离 心分离等，根据不同的分离需 求选择合适的分相方法。
分相过程中需要控制好温度、 压力等参数，以获得较高的分 离效果和纯度。

第五章萃取技术

第五章萃取技术

分配系数或分配比
m c2,t c1,t
（5-2）
其中，c1,t和c2,t为溶质在相1和相2中的总摩 尔浓度，m为分配系数。
第二节 溶剂萃取
特点：处理量大、能耗低、速度快，且 易于实现连续操作和自动化控制。
应用：生物产物分离中用于抗生素、有 机酸、维生素等发酵产物的提取。
一．弱电解质的分配平衡
例：
利用季铵盐(如氯化三辛基甲铵，R+Cl-)为 萃取剂萃取氨基酸时，阴离子氨基酸(A-)通 过与萃取剂在水相和萃取相间发生下述离子 交换反应而进入萃取相。
R Cl A R A Cl
其中横杠表示该组分存在于萃取相。
A c2 c1
二．分配定律与分配平衡
分配定律即溶质的分配平衡规律，即：
3．物理萃取和化学萃取
物理萃取
定义：溶质根据相似相溶原理在两相间 达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生 化学反应。
应用：广泛应用于抗生素及天然植物中 有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取 青霉素。
化学萃取
定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化 学反应生成脂溶性复合分子，使溶质 向有机相分配。
应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸 等生物产物的分离回收。
（5-8）
二．化学萃取平衡
氨基酸等两性电解质不能采用物理 萃取，而需采用化学萃取方法。
常用氨基酸的萃取剂有季铵盐类 （如氯化三辛基甲铵）、磷酸酯类等。
氨基酸解离平衡为
其中K1和K2为解离平衡常数。分 别用A、A+、A-表示偶极离子、阳 离子、阴离子型氨基酸。
A H K1 A
K2
A H
通过调节水相的pH值，控制溶质的 分配行为，从而提高萃取率的方法已广 泛应用于抗生素和有机酸等弱电解质的 萃取操作。

湿法冶金第五章

湿法冶金第五章

五、主要溶剂萃取体系及萃取机理 萃取体系至少包括三个组分，即水、有机溶剂和一种
溶质，关于萃取体系的分类很不统一，根剧萃取剂的特 性和萃取机理，可把萃取体系分成：中性络合萃取体系； 酸性络合萃取体系；碱性萃取剂的萃取体系；协同萃取 体系。
1、中性络合萃取体系 特点：萃取剂是中性有机化合物（如：TBP、P350、
KD
Ci (or ) Ci ( aq )
KD－分配系数，Ci(or)是溶质i 在有机相中浓度；Ci（aq）是
溶质i在水相中浓度。KD >1，萃取能进行；KD <1萃
取不利于进行。
浓度较大时，分配系数应以溶质i在两相中的活度比Ka表示：
Ka
ai(or ) ai ( aq )
C i(or ) i(or ) KD
在萃取中，要求有机相具有最小的水溶性，工业萃取剂使 用的有机酸，含碳在C7－C16范围内。
四、萃取剂、稀释剂 1．萃取剂的选择 溶剂萃取中，萃取剂的选择十分重要。选择萃取剂
的要求主要有： ① 至少有一个萃取官能团，通过官能团可与金属离子 形成萃合物，常见的萃取官能团有含O、S、C、P的基 团，如：－OH、－SO3H、－SH、 、＝NOH等； ② 油溶性大、水溶性小、须具备相当长的碳氢链或苯 环，但碳原子数过多或分子量大于500也不宜； ③ 具有较高的选择性，分离系数大；
(3)螯合萃取剂 有两种官能团，即酸性官能团和配位官能团。和金属离子形成
螯合物进入有机相，金属离子与酸性官能团作用，置换出 氢离子，形成一个离子键，配位官能团又与金属离子形成 一个配位键。常用的螯合萃取剂有：LiX63、LiX64、LiX64N ① 螯合剂必须含有二个或二个以上的官能团 ② 被萃金属置换－OH或－SH上的氢并与碱性官能团配位 而形成稳定的五原子环或六原子环状化合物。参加反应的 二个官能团之间要间隔2-3个碳原子，否则不能生成五环或 六环络合物。 ③ 入支链，使空间位阻增大，可以增加选择性，但引入支 链过多或位置不当也不行。 ④ －OH或－SH基的酸性越强，则形成螯合物的趋势越大， 即能在很低的PH下萃取。

生物分离工程-第五章-萃取技术PPT课件

生物分离工程-第五章-萃取技术PPT课件

mCl
[R Cl - ] [Cl - ]
则
mAKeC mlCl1[H K 2][K H 1 K ]2 21
43
-化学萃取平衡之分配平衡（2）
二（2－乙基己基）磷酸萃取氨基酸为例，其所对应的离 子交换反应
A2(H2RA ) R(3H H R )
KeH[A[AR]([(HH3R]R[2)H])]
氨基酸的表观分配系数为
6
生物产品萃取根据分子量大小划分
小分子类 化合物相对分子量约小于1000，如氨基酸、 抗生素、维生素、有机酸等，采用有机溶 剂萃取
大分子类 相对分子量大于1000，如酶，抗体，蛋白 质等，有机溶剂不适用，可选用反胶团萃 取、双水相萃取等
7
工业上生产青霉素
大多采用醋酸丁酯为萃取剂，pH=1.8～2.2， 相比VO/VW=1/2～1/2.5，温度5℃，反萃取过 程采用碳酸氢钾或碳酸钾水溶液为反萃取剂。
A
A+
A+
AA+
A AClA
有机相
R+Cl-
RR++CA-l-
R+Cl-
R+Cl-
R+Cl-
42
化学萃取平衡之分配平衡
季胺盐萃取氨基酸为例，其所对应的离子交换反应
R C lA R A -C l
[RA-][Cl- ] KeCl [RCl- ][A- ]
氨基酸和氯离子对应的表观分配系数分别为
[R A- ] mA cA
51
2、双水相形成
当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作 用时，即一种分子周围将聚集同种分子而 排斥异种分子，则在达到平衡时，就形成 分别富含不同聚合物的两相 。

第五章萃取分离技术

第五章萃取分离技术

酶的固定化

6、反胶束萃取技术研究新进展
¾
酶通过一定方法固定在反胶束中,酶系统可以反复使用,而且反胶 束对酶形成保护作用,使其与有机溶剂分隔而保持活性。 目前反胶束酶系统的应用主要有以下几方面: 油脂的水解和合成 脂酶仅能催化油水界面上的脂肪分子,对纯样脂肪体系无能为 力,利用反胶束就可以解决这个问题,反胶束中的脂酶可催化脂 肪的合成或分解。 肽和氨基酸的合成 反胶束酶催化合成肽的优点是能够溶解非极性和极性的底物 有害物质的降解 Crecchio等将这种酶成功固定于反胶束中,用于水中的芳香族 化合物的解毒,反应产物是水不溶性的,易于分离。
③疏水性相互作用 aa的疏水性各不相同 , 研究表明 , aa或肽的 m随 aa疏水性的增大而增大 。 蛋白质的疏水性影响其在反胶团中的溶解形式 , 因而影响其分配系数 . 疏水性较大的 pro可能以 “半岛 式 ”形式溶解。
¾ B. 在各pro的pI处(排除了静电相互作用的影响)，反胶团萃
取实验研究表明: 随着M增大 , pro的分配系数 (m, 溶解率 )下 降。表明随M增大 , 空间排阻作用增大 , pro的溶解率降低 . 所以可以根据pro间M的差别选择性对 pro进行萃取分离
W0 - 有 机 相 中 水 与 S 的 摩 尔 比 ， 又 称 为 含 水 率 (water content) ； M-水的相对分子质量； asurf- 界面处一个 S的面积； N-阿弗加德罗常数。
2、反胶束萃取蛋白质的基本原理
内水的性质： 当 W0较低 (如 S = AOT, W0 = 6~8)时 , 微水相的水分子受 S亲水基团的强烈束缚 , 表观粘度上升 50倍 , 疏水性也极高。随 W0的增大 , 这些现象逐渐减弱 , 当 W0>16时 , 微水相的水与正 常的水接近 , 反胶团内可形成双电层。但即使当 W0值很大 , 水 池内水的理化性质也不能与正常的水完全相同 , 特别是在接近 S亲水头的区域内。 改变水相条件 (如 pH值、离 子种类或离子强度 ) ,又可使蛋 白质从有机相中返回到水相中， 实现反萃取过程。

生物分离工程-第5章-萃取技术

生物分离工程-第5章-萃取技术
多级错流 多级萃取 操作方式 多级逆流
单级萃取
假定：两相中的分配很快达到平衡； 两相完全不互溶，完全分离。
X S VS CS VS 1 ★ 萃取因素： E 萃取液溶质总量 ＝ ＝K K 萃余液溶质总量 XF VF CF VF m
单级萃取
单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器
分离因素（β）
分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。
KA KB
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。
弱电解质在有机溶剂-水相的分配平衡
分配系数中CO和CW 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－），而在有机溶剂相 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。
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。
有机溶剂萃取的影响因素
pH的影响
pH对表观分配系数的影响（pH-K）
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pH↓，K↑, 当pH << pK时，K→K0
由萃取机理和K～pH的关系式可得出如下结论
酸性物质 萃取 反萃取 pH<pK pH>pK 碱性物质 pH>pK pH<pK

生物工程下游技术-第五章_萃取技术

生物工程下游技术-第五章_萃取技术

1896年Beijerinck观察到当把明胶与琼脂 或把明胶和可溶性淀粉的水溶液混合时， 先得到一混浊不透明的溶液，随后分成 两相，上相含有大部分明胶，下相含有 大部分琼脂(或可溶性淀粉)。
2.2％的葡聚糖水溶液与等体积的0.72％甲基 纤维素钠的水溶液相混合并静置后，可得到两 个粘稠的液层。
多级逆流萃取图
Ｌ１
Ｌ2
S
Ｌ３
混 分混 分混 分 合 离合 离合 离 器 器器 器器 器
F
第一级
第二级
R３ 第三级
青霉素的多级逆流萃
取 第一级
第二级
第三级
含青霉素乙酸戊酯
青霉素滤液
废液 乙酸戊脂
青（霉含素产发品酵青过霉在三滤素级液）逆进混流入合萃取第 萃装一取置级，中用萃然乙取后酸罐流戊，入酯从在第澄此一清与级的发从分酵第离液二器中级分分离分成青离上霉器下素来层的，萃取相
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 轻
料
相 入
液重相入Leabharlann 轻相入入口
轻相出
第一级
第二级
轻相出
第三级 萃余液出口
轻相出 重相出
图9-5 转筒式离心萃取器
5.2 双水相萃取
➢ 双水相萃取技术又称水溶液两相分配技术，是近 年来出现的引人注目的、极具前途的新型分离技 术。已被广泛的应用于生物化学、细胞生物学和 生物化工领域。
➢ 用此种方法已提取的酶已达数十种，其分离也达 到了相当的规模，如甲酸脱氢酶的分离已达到了 几十公斤的湿细胞规模，半乳糖苷酶的提取已进 行了中试规模实验，该法具有广阔的应用前景。

生物分离工程 第五章 萃取

生物分离工程 第五章 萃取

多级逆流萃取
L1, y0 1 H, x1
y1 2 x2
y2
yn-2 n-1
yn-1 n xn
yn, L
x3
xn-1
xn+1, H
确定要达到一定的回收率所需萃取的级数
E=kL/H （E萃取因子，k分配系数） 1- φn= (En+1-E)/ (En+1-1) 1- φn=n/(n+1) (φ萃余分数）(E=1时，据罗比塔极限法得之）
and Solid phase extraction.利用在两个互不相溶的液相中各种组分
（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的 （萃取剂、萃 取液、萃余液）
The extraction classifications萃取的分类：

By physical conditions of extract solvents and materials: L-L extraction, L-S extraction and SFE根据萃取剂和原料的物理状态分：液液萃取（有机溶剂萃取、 双水相萃取、液膜萃取和反胶束萃取等），液固萃取，超临界流体萃取等
表面活性剂：稳定油水分界面的重要组成，相当于生物膜类脂双
分子层的亲水端，含量在1%-5%

流动载体：相当于生物膜的蛋白质载体 膜增强剂：
液膜分类（p87-88） 乳状液膜：（W/O)/W型和(O/W)/O型，在生物分离中主要是（W/O)/W
型
支撑液膜： 流动液膜： 液膜萃取机理 单纯迁移：又称物理渗透


By extraction flowsheet: single stage extraction and multistage extraction.根

萃取化学原理与应用第五章螯合萃取体系和酸性萃取体系

萃取化学原理与应用第五章螯合萃取体系和酸性萃取体系

萃取化学原理与应用第五章螯合萃取体系和酸性萃取体系螯合萃取体系（Chelating Extraction System）和酸性萃取体系（Acidic Extraction System）是两种常见的萃取化学方法，广泛应用于分离纯化、浓缩和提取金属离子等过程中。

本文将分别介绍螯合萃取体系和酸性萃取体系的原理和应用。

一、螯合萃取体系1.原理螯合剂是一种具有多个配位原子的有机分子，能够形成稳定的配合物和离子对。

螯合剂通常含有一或多个亲配体基团，它们与金属离子形成配位键，使金属离子在溶液中稳定存在。

螯合萃取体系通常由螯合剂和有机溶剂组成。

在螯合剂的作用下，金属离子会与有机溶剂中的亲配位基团形成配合物，并从水相中萃取到有机相中。

通过控制螯合剂和金属离子的配比、溶液的酸碱度和温度等条件，可以实现对金属离子的选择性萃取。

2.应用螯合萃取体系在环境分析、药学和化工等领域有着广泛的应用。

例如，在环境分析中，可以利用螯合剂来测定水中的重金属离子浓度。

螯合剂能够与特定的金属离子形成稳定的络合物，从而提高测定的灵敏度和准确性。

此外，在药学和化工领域，螯合萃取体系常用于分离纯化和提取天然产物、药物和化学品中的金属离子。

1.原理酸性萃取体系是一种基于酸碱中和反应的萃取方法。

在酸性溶液中，金属离子通常以水合形式存在。

酸性溶液中的阴离子可与金属离子形成络合物，使其溶解度增加。

通过酸性萃取体系中的酸性萃取剂，可以将金属离子从水相中转移到有机相中。

常用的酸性萃取剂有磷酸、草酸和胺类化合物等。

2.应用酸性萃取体系在核工业、冶金和环境保护等领域有着重要的应用。

例如，在核工业中，酸性萃取体系常用于浓缩和分离铀和钚等放射性元素。

此外，在冶金领域，酸性萃取体系可用于从矿石中提取金、银和铜等有价金属。

在环境保护中，酸性萃取体系常用于处理废水中的重金属污染物，帮助减少对环境的污染。

总结：螯合萃取体系和酸性萃取体系是两种常见的萃取化学方法，它们通过不同的机制实现对金属离子的分离和提取。

第五章 双水相萃取

第五章 双水相萃取
完全互溶形成均一相2双水相体系的种类dex聚丙二醇dex等其中一种是无机盐磷酸盐硫酸盐等二双水相系统的相图三双水相萃取的分配平衡公式kt高聚物的分子量对于给定的双水相萃取系统如物大分子物质将有利于在低分子量高聚物的一相富集
第五章 双水相萃取
（Aqueous Two-phase Extraction）
2)双水相体系的种类
–
–
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）
二、双水相系统的相图
三、双水相萃取的分配平衡公式
c1 1 A Z（U 1 U 2） exp c2 KT
四、影响双水相萃取分配平衡的因素
• 高聚物的种类与浓度 • 高聚物的分子量
一般规律：对于给定的双水相萃取系统，如果其中一种高 聚物被较低分子量同种高聚物所代替，则被萃取的生物大 分子物质将有利于在低分子量高聚物的一相富集。
• 盐离子 • pH值 • 温度
五、双水相萃取工艺流程
六、双水相萃取应用
一、概述
1、定义——利用生物物质在
互不相溶的两水相间分配系数的 差异进行分离的过程
PEG——聚乙二醇 Dextran(DEX)——葡聚糖
图1 PEG/DEX形成的双水相的组成
2、双水相体系
1) 双水相体系的形成——高聚物分子间的作用力
• 作用力为斥力：形成双水相体系 • 作用力为引力：形成两相，其中一相为两高聚物相，一相 为水相 • 作用力没有强烈的引力或斥力：完全互溶，形成均一相
1）蛋白酶的提取、纯化 2）核酸的提取、纯化 3）细胞调节生长因子的提取：β—干扰素、EPO等 4）病毒的提取、纯化 5）生物活性物质的分析检测

第五章-萃取

第五章-萃取

带来问题： • 产生乳化后使有机相和水相分层困难，出 现夹带：
1、水相夹带有机相，产物损失，有机溶剂回收 损失； 2、有机溶剂夹带水相，给后处理带来困难。
•
需尽量避免出现乳化，如出现乳化，需采取一定 措施破坏乳化。
1. 预处理，去除蛋白质能消除乳化。 2. 离心，离心力场中碰撞聚沉。实验室通过轻轻搅拌也 可促使其破坏。 3. 加入表面活性剂（转型法）O/W型乳浊液中，加入亲 油型乳化剂，在乳浊液油从O/W转为W/O的趋向，但 条件还不允许形成W/O，因而在转变过程中，乳浊液 就被破坏。常用破乳剂：阳离子 溴代十五烷基吡啶， 阴离子 十二烷基磺酸钠。 4. 加热，降低黏度，促使乳浊液破坏。
n
E n 1 1
计算得到n=2.74，故需三级萃取操作。 计算采用三级逆流萃取操作的收率为99.3%，高于错流 萃取操作。 说明多级逆流接触萃取效率优于多级错流萃取。
5.5 双水相萃取(aqueous two-phase extraction)
某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度 后可形成两相，并且在两相中水分均占很大比例， 即形成双水相系统。 利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相 的性质，Albertsson于20世纪50年代后期开发了双 水相萃取法，又称双水相分配法（aqueous twophase partitioning）。
一般初始萃取相中溶质浓度为0，所以上式变为 HxF=Hx+Ly 因为H和L可以认为是常数，结合线性平衡（Henry） 关系式，可得：
mx F y 1 E
mL E H 式中E为萃取因子（extraction factor），即萃取平衡 后萃取相和萃余相中溶质量之比。
由E 可求得萃余分数 φ 和萃取分数 1- φ

化工原第五章 萃取

化工原第五章 萃取
xA——萃取相E中组分A的质量分数 ； yA——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。
图 有一对组分部分互溶时的分配曲线
如图所示 ，若以为xA横坐标 ， 以yA为纵坐标， 则可在y-x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 ， 即分配系数kA ＞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。
通常 ， 一定温度下的三元物系溶解度曲线 、联 结线 、辅助曲线及临界混溶点的数据均由实验测得， 有时也可从手册或有关专著中查得。
3. 分配系数和分配曲线
（ 1）分配系数 一定温度下 ， 某组分在互相平衡的E相与R 相中的组成之比称为该组分的分配系数 ， 以 k表示 ， 即溶质A
原溶剂B
式中 yA、yB ——萃取相E中组分A、B的质量分数 ； xA、xB——萃余相R中组分A 、B的质量分数。
图 辅助曲线
2.辅助曲线和临界混溶点
辅助曲线的作法如图所示 ，通过 已
知点R1 、R2 、… 分别作BS边的平 行
线 ， 再通过相应联结线的另一端点 E1 、E2分别作AB边的平行线 ，各线 分别相交于点F 、G 、… ，联接这些 交点所得的平滑曲线即为辅助曲线。 利用辅助曲线可求任何已知平衡液 相知平衡液相 ， 自点R作BS边的平 行线交辅助曲线于点J ， 自点J作AB 边的平行线 ， 交溶解度曲线于点E，

第5章液液萃取

第5章液液萃取
萃取模型。它假定塔内同一截面上任一点 每一相的流速相等，两相在塔内作活塞流 动；两相的传质只发生在水平方向上，在 垂直方向上，每一相内没有物质传递。
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活塞流模型
两相在塔内作活塞流 轻相为萃取相，重相 为萃余相，相间传质 只在水平方向发生。
取微元体，对溶质A作 物料恒算，结合其速率方程可推出萃取塔高的计 算式，与填料塔汽液传质类似： 塔高=传质单元高度×传质单元数
④溶质的分配系数为一常数。
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二、轴向扩散模型
Ex 、Ey分别为两相的
扩散系数；
K0x 为基于萃余相的 总传质系数
稳态下传质方程为：
Ex
d 2cx dz 2
Vx
dcx dz
K0xa
cx c*x
0
Ey
d 2cy dz 2
Vy
dcy dz
K0xa
cx c*x
溶解度曲线: ys=φ(yA); xs=φ(xA) 3）平衡联结线: yA= f (xA)
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5.3 萃取设备与流程
两相接触方式：
微分接触 如喷洒塔 级式接触 如萃取槽
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级式接触：
多级错流萃取
多级错流是单级萃取的 多次重复，可得含溶质 很低的萃余相，但溶剂 用量较多。
组分i的分配系数为：mi
yi xi
vi li
V L
定义萃取因子：
i
miV L
其倒数为：ui
1
i
L miV
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吸收中的吸收因子法
vN1 v1 vN AN l0 A1 A2....AN A2 A3....AN ... AN

第五章反胶团萃取与双水相萃取

第五章反胶团萃取与双水相萃取

反胶团溶液形成的条件和特性
5. 反胶团的含水率、大小
Wo
C水 C表面活性剂
R 3WoVW As
一般为10-100 nm
反胶团萃取蛋白质的基本原理
反胶团的溶解作用
由于反胶团内存在微水池，故可溶解氨基酸、肽和蛋白 质等生物分子，为生物分子提供易于生存的亲水微环境。 因此反胶团萃取特别蛋适合白质类生物大分子。
反胶团溶液形成的条件和特性
3. 胶团、反胶团的形成
将表面活性剂溶于水中，当其浓度超过临界胶束浓 度(CMC)时，表面活性剂就会在水溶液中聚集在一起 而形成聚集体，在通常情况下，这种聚集体是水溶 液中的胶束，称为胶团。
若将表面活性剂溶于 非极性的有机溶剂中， 并使其浓度超过临界胶 束浓度(CMC)，便会在 有机溶剂内形成聚集体， 这种聚集体称为反胶团。
3、混合澄清槽
混合-澄清式萃取器是一种最常用的液 -液萃取设备，该设备由料液与萃取剂的混 合器和用于两相分离的澄清器组成，可进 行间歇或连续的液-液萃取。
但该设备最大的缺点是反胶团相与水 相相混合时，混合液易出现乳化现象，从 而增加了相分离时间。
反胶团萃取的应用
➢ 蛋白质分离
反胶团萃取的应用
➢ 浓缩α-淀粉酶
将亲和配基（活性色素辛巴蓝）加入 到大豆卵磷酯-正已烷系统中，制成亲和反 胶团相，并将此胶团相固定于聚丙烯中空 纤维膜内，从而构建起亲和反胶团萃取膜 的分配色谱装置（AMPC）。
2、离心萃取器
反胶团溶液-水-蛋白质所组成的萃取体 系，由于表面活性剂的存在，界面张力低， 易乳化。另外，由于萃取的目标产物是蛋 白质，易变性失活。为了尽量避免蛋白质 的变性，应尽量缩短操作时间，因而反胶 团离心萃取是一项很合适的蛋白质萃取分 离技术。
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按照生成氢键的能力，可将溶剂分成四种类型。 N型溶剂：不能形成氢键 A型溶剂：只有电子受体的溶剂 B型溶剂：只有电子供体的溶剂

AB型溶剂：同时具备电子受体A—H和供体B的 溶剂，可缔合成多聚分子，因氢键的结合形成 不同，又可分成三类：AB（1）型、AB（2）型、 AB（3）型。
5.2.3 溶剂的极性
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。
多级逆流萃取

未被萃取的分率
E 1 n n 1 E 1
理论收率
特点： 收率高 溶剂的用量小，回收费用低 工业中大多数操作为逆流萃取。
5.2.7 操作流程

过程 —— 间歇、连续
多级错流

级数 —— 单级、多级
多级逆流
单级萃取
萃取剂 S
=
，
F 料液
萃 取 器
分 离 萃取相L 器
回 收 器
产物 萃余相R
V 对于稀溶液，两相互不相溶，有： L = VS
，
VR
=
VF
单级萃取
几个概念：
萃取因素E 、未被萃取的分率φ、理论收得率1－φ
取系统中。
主要有两类萃取剂：

有机磷类萃取剂 胺类萃取剂
5.2.6溶剂选择


较大K值、 值
溶剂与溶液的关系

毒性低（酯类物质）
5.2.6溶剂选择
①较大K值，值


K值升高，则溶剂用量降低
值升高，意味着杂质分离效果提高。
极性相似——>溶解度大 介电常数升高——>极性也提高
5.2.6溶剂选择
理论收率 1- n
1 n＝ ( E 1) n
1 ( E 1) n 1 1 n＝1 n ( E 1) ( E 1) n
多级错流萃取
特：

收率高 溶剂用量大——>回收费用高
多级逆流萃取
多级逆流萃取

在多级逆流萃取中，在第一级中加入料液，并逐 渐向下一级移动，而在最后一级中加入萃取剂，
5.2.1 物质的溶解与相似相溶原理
溶剂化：也称溶剂含化，是指一定数目的溶剂分 子较多，因此结合在溶质质点上。若溶剂是水， 则称为水（合）化。 有溶剂化能力的溶剂称为溶剂化溶剂。 目前，还不能定量地解释溶解的规律，用得较多 的仍是相似相溶原理。 分子间，可以有两方面的相似： 分子结构相似：如分子的组成官能团，形态结 构等的相似。 能量（相互作用）相似：如相互作用力有极性 与非极性之分，两种物质如相互作用力相近则能 互溶。
②溶剂与溶液的关系
a.互溶度小
b.粘度小
c.有一定比重差，如果比重差太大，则混合不易，
如果比重差太小，则分离不易。 ③毒性低（酯类物质）
一个良好的溶剂应满足的条件
a. 萃取容量大 b. 选择性好，只萃取产物不萃取杂质 c. 与被萃取的液相互溶度小 d. 易回收与再生 e. 稳定性好，不易分解 f. 经济性好，价廉 g. 安全无毒
冷凝器
水+ 溶质
萃取器
热交换器 溶剂/溶质塔 汽提塔
分离器
蒸汽 溶剂
废水
废水 溶剂
液-液萃取过程图
5.1.5 浸取

用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取 到溶液中的过程称为浸取或浸出。
5.2 溶剂萃取

5.2.1 物质的溶解与相似相溶原理 5.2.2 溶剂的互溶性规律 5.2.3 溶剂的极性 5.2.4 分配定律 5.2.5 影响萃取过程的因素 5.2.6 溶剂选择 5.2.7 操作流程
多级错流萃取
轻 相 入 重相入 轻相入
轻相出
轻相出
轻相出
重相出
多级错流萃取

经一级萃取后，未被萃取的分率φ 1为
1 φ１ E 1
经二级萃取后
1 φ2 2 ( E 1)
多级错流萃取

经n级萃取后，未被萃取的分率为 n
而VF=VR1=VR2=…=VRn
若VS1=VS2=…=VSn 则E1=E2=…=En

溶液萃取过程
分液漏斗
有机相 水相
5.2.1 物质的溶解与相似相溶原理

溶剂萃取是把目标物质从第一个液相中依靠更 强大的溶解力抽提到第二个液相中，如把水相 中的醋酸抽提到醋酸乙酯中，也就是说，萃取 是通过溶质在两个液相之间的竞争性溶解（分 配）而实现的。 为了便于理解，可假定溶解过程从纯物质和纯 溶剂开始，到形成均匀的分子混合物结束。
5.2.4 分配定律
K-分配系数
C 萃取相的浓度 C11 萃取相的浓度 K K C 萃余相的浓度 C22 萃余相的浓度
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，不发生缔合或解离

5.2.4 分配定律
分离因素（β）

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（β ）来表征：
5.2 溶剂萃取

萃取过程
料液 ｝ 稀释剂Ｂ
溶质Ａ
萃取液Ｓ＋Ａ(B)
溶剂Ｓ
萃余液Ｂ＋Ａ(s)

萃取过程
Light phase 杂质
溶质
萃取剂
原溶剂
Heavy phase
溶剂萃取法

萃取过程
萃取剂 S
萃 取 器 分 离 萃取相L 器 回 收 器
F 料液
产物 萃余相R
单级萃取流程示意图
实验室液液萃取过程

5.2.1 物质的溶解与相似相溶原理
从热力学角度考虑，一个过程要能自动进行， 体系的自由能下降。 自由能的变化 焓变化、熵变化 即： ⊿G= ⊿H-T⊿s ⊿ H=⊿E+⊿(PV) 为简单起见，忽略熵的变化，并忽略压力和 体积变化（一般溶解过程压力和体积的变化很 小），这样，只要考虑体系能量的变化即可。
多级错流萃取

在此法中，料液经萃取后，萃余液再与新鲜萃取 剂接触，再进行萃取。上图表示三级错流萃取过 程，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，也同样用 新鲜萃取剂进行萃取。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。

不适合萃取（适合离子交换）
5.1.3 特点
①选择性较好 ②操作条件温和（低温） ③能耗较少，设备简单 ④传质快—>生产能力较大 ⑤可达到较高的分离程度

5.1.4 工艺过程
①培养液预处理 ②混合与分离 ③产物回收与溶剂回收

5.1.4 工艺过程
溶质

溶液萃取过程
溶剂+ 溶质



溶剂萃取法广泛应用于抗生素、有机酸、维生素、 激素等发酵产物工业规模的提取上。 萃取过程 溶剂与水互不相溶 目标产物在溶剂中的溶解度较大 产物大部分被萃取至溶剂中

5.1.2 萃取方法的适应性

①非极性物质——最适合萃取（胞内产物） ②既溶于水也溶于有机溶剂的极性化合 物——尚可萃取（大多胞外） ③大多数极性化合物（酸碱性物质）——
①萃取因素E ：溶质在两相中数量之比
K
Vs 溶质在萃取相中的数量 Vs C1 E ＝ K 溶质在萃余相中的数量 VF C2 VF
C1 溶质在萃取相中的浓度 C2 溶质在萃余相中的浓度
单级萃取
未被萃取的溶质分率φ
＝ VF C2 VF C2 VS C1
1 C V ＝1 1 S 1 E C2 VF

青霉素的分配平衡
弱电解质在有机溶剂-水间的分配平衡

弱酸性电解质的解离平衡为
AH A H



弱碱性电解质的解离平衡为
BH B H


5.2.5 影响萃取过程的因素
由于产物所在的发酵液或水相中往往还存在与 产物性质相近的杂质，未完全利用的底物、无机盐、 供微生物生长代谢的其它营养成分等，必须考虑这 些物质对萃取过程的影响。如:
下进行。

影响分配系数：温度通过影响溶质的化学位
而影响其在两相中的分配。
5.2.5 影响萃取过程的因素
③盐析 无机盐类如：硫酸铵、氯化钠等。

一方面：可降低产物在水中的溶解度，而使其
更易于转入有机溶剂相中。

另一方面：还能减小有机溶剂在水相中的溶解
度。
注意：加入的盐要适量，过量使杂质转入溶剂相，
考虑经济性，注意回收。
C1 A / C1B K A A C 2 A / C2 B K B B
弱电解质的分配定律
弱电解质的表观分配系数K、分配系数K0、 电离平衡常数Kp、溶液氢离子浓度[H+]之间的关 系： 对于弱酸性电解质 对于弱碱性电解质
K K0
H K H
p
K K0
Kp
Kp H
5.2.5 影响萃取过程的因素
④带溶剂

为提高分配系数K，常添加带溶剂。 带溶剂：是指这样一种物质，它们能和产物 形成复合物，使产物更易溶于有机溶剂相中， 该复合物在一定条件下又要容易分解。
5.2.5 影响萃取过程的因素
离子对/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 的复合的络合物，易从水相转移到有机溶剂/萃