1、精品课程精品课程主讲：刘常金主讲：刘常金溶剂萃取法溶剂萃取法原料液原料液细胞分离细胞分离(离心，过滤离心，过滤)细胞胞内产物细胞胞内产物路线一路线一路线二路线二细胞破碎细胞破碎碎片分离碎片分离路线一路线一A A路线一路线一B B清液胞外产物清液胞外产物粗分离粗分离(盐析、萃取、超过滤等盐析、萃取、超过滤等)纯化纯化(层析、电泳层析、电泳)脱盐脱盐(凝胶过滤、超过滤凝胶过滤、超过滤)浓缩浓缩(超过滤超过滤)精制精制(结晶、干燥结晶、干燥)包含体包含体溶解溶解(加盐酸胍、脲加盐酸胍、脲)复性复性溶剂萃取法溶剂萃取法概述概述溶剂萃取概述溶剂萃取概述溶剂萃取法溶剂萃取法概述概述 萃取是分离液体混合物常
2、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，其中，萃取操作不仅可以提取和增浓产物，还可以除掉部分其它类似的物质，使产物获得初步的纯化，所以广泛应用在抗生素、有机酸、维生素、激素等发酵产物 的提取上。溶剂萃取概述溶剂萃取概述溶剂萃取法溶剂萃取法概述概述 从发酵或其它生物反应溶液中除去不溶性固体物质后，通常就进入产物提取阶段。生物工程不同于化工生产，主要表现在生物分离往往需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，在分离提取产物的同时，也往往使物理化学性质类似的杂质浓集，因而使产物的提取精制费用增加。溶剂萃取概述溶剂萃取法溶剂萃取法概述概述 近20年来研
3、究溶剂萃取技术与其他技术相结合从而产生了一系列新的分离技术，如：逆胶束萃取（Reversed Micelle Extraction）超临界萃取（Supercritical fluid Extraction）液膜萃取（Liquid Membrane Extraction）微波辅助萃助（microwaveassisted extraction，MAE)溶剂萃取的应用溶剂萃取的应用溶剂萃取法溶剂萃取法概述概述生物产品溶剂萃取的典型应用主要在二个方面:从发酵培养液中萃取化合物（产物）萃取的目标产物是在微生物细胞发酵期间或者微生物细胞生长时产生的，但是也不完全如此，被萃取的产物释放在发酵培养基中，溶剂萃
4、取过程的主要目的是将化合物从细胞释放的其他类似物中有效地分离出来。从生物液或生物转化液中萃取产物，在这种情况下，是利用不同纯化度的细胞或酶来进行生化反应，使底物转化为目标产物，其溶剂萃取过程与发酵液中的萃取情况不同，它是从未反应的底物中分离反应得到的产物。溶剂萃取法的特点溶剂萃取法的特点溶剂萃取法溶剂萃取法概述概述（1 1）萃取过程有选择性萃取过程有选择性（2 2）能与其它步聚相配合能与其它步聚相配合（3 3）通过相转移减少产品水解通过相转移减少产品水解（4 4）适用于不同规模适用于不同规模（5 5）传质快传质快（6 6）毒性与安全环境问题毒性与安全环境问题18.118.1溶液萃取过程溶液萃取
5、过程溶液萃取过程溶液萃取过程溶剂萃取法溶剂萃取法杂质杂质溶质溶质原溶剂原溶剂萃取剂萃取剂Light phaseHeavy phase溶剂萃取法溶剂萃取法溶液萃取过程溶液萃取过程实验室液液萃取过程实验室液液萃取过程溶液萃取过程溶液萃取过程溶剂萃取法溶剂萃取法溶剂萃取法的萃取原理是以分溶剂萃取法的萃取原理是以分配定律为基础的配定律为基础的溶剂萃取法溶剂萃取法溶液萃取过程溶液萃取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
6、萃取液，而被萃取出溶质的料液称为萃余液。溶液萃取过程溶液萃取过程溶剂萃取法溶剂萃取法 生物萃取与传统萃取相比的特生物萃取与传统萃取相比的特殊性殊性溶剂萃取法溶剂萃取法溶液萃取过程溶液萃取过程 成分与相复杂 传质速率不同 相分离性能不同 产物的不稳定性基本概念基本概念 溶剂萃取法溶剂萃取法溶液萃取过程溶液萃取过程 萃取反萃取物理萃取与化学萃取萃取的基本概念萃取的基本概念溶剂萃取法溶剂萃取法溶液萃取过程溶液萃取过程萃取 :溶质从料液转移到萃取剂的过程 。反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。物理萃取和化学萃取：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。在溶剂萃取分
7、离过程中，当完成萃取操作后，为进一步在溶剂萃取分离过程中，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（物从有机相转入水相的操作就称为反萃取（Back Back extraction)extraction)溶液萃取过程溶液萃取过程溶剂萃取法溶剂萃取法18.2 18.2 萃取过程的理论基萃取过程的理论基础础萃余相的浓度萃取相的浓度21CCK在常温下为常数；的单位通常用在常温下为常数；的单位
8、通常用mol/Lmol/L或或质量单位质量单位/mLmL 溶剂萃取法溶剂萃取法萃取过程的理论基础萃取过程的理论基础分配定律 K-分配系数应用前提条件（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，不发生缔合或离解分配定律推导分配定律推导萃取过程的理论基础萃取过程的理论基础当温度一定时，标准化学位为常数当温度一定时，标准化学位为常数如为稀溶液，用浓度代替活度如为稀溶液，用浓度代替活度萃余相的浓度萃取相的浓度21CCK溶剂萃取法溶剂萃取法分离因素（分离因素（）BABABAKKCCCC2211/溶剂萃取法溶剂萃取法萃取过程的理论基础萃取过程的理论基础如果原来料液中除溶质A以外，还含
9、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：18.3 18.3 有机溶剂萃取有机溶剂萃取溶剂萃取法溶剂萃取法有机溶剂萃取有机溶剂萃取1影响萃取操作的因素2有机溶剂的选择3化学萃取剂（带溶剂）4乳化1 1影响萃取操作的因影响萃取操作的因素素溶剂萃取法溶剂萃取法有机溶剂萃取有机溶剂萃取pH值：pH低，有利于酸性物质分配在有机相，有利于碱性物质分配在水相。温度：一般采用较低的温度。无机盐：无机盐的存在，有利
10、于溶质转移到有机相。2 2有机溶剂的选择有机溶剂的选择溶剂萃取法溶剂萃取法有机溶剂萃取有机溶剂萃取根据相似相溶的原理，选择与目标产物极性相近的有机溶剂为萃取剂，可以得到较大的分配系数。有机溶剂应当价廉易得，与水不互溶，与水有较大的密度差，黏度小，表面张力适中，相分散和相分离容易，容易回收，毒性低，腐蚀性小，不与目标产物反应。常用于抗生素类萃取的有机溶剂有丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等。3 3化学萃取剂（带溶剂）化学萃取剂（带溶剂）溶剂萃取法溶剂萃取法有机溶剂萃取有机溶剂萃取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。氨基酸萃取剂：氯化三辛基甲铵。抗生素萃取剂
11、：月桂酸、其它有机酸或胺类。稀释剂：溶解萃取剂，改善萃取相的物理性质的有机溶剂，如煤油、己烷、辛烷、十二烷、四氯化碳、苯。4 4乳化乳化溶剂萃取法溶剂萃取法有机溶剂萃取有机溶剂萃取乳化即水或有机溶剂以微小液滴分散在有机相或水相中的现象。乳化带来的问题：有机相和水相分相困难，出现夹带。乳化与去乳化乳化与去乳化溶剂萃取法溶剂萃取法有机溶剂萃取有机溶剂萃取（1）表面现象 Gibbs方程（2）乳浊液类型及消除 O/W,W/O HLB 值（亲水亲油平衡值）发酵液乳化的原因：a 蛋白质的存在 b 固体粉末对界面的稳定作用 破乳方法 a 离心 b 化学法 c 物理（加热，吸附，稀释）d 加入其它表面活性剂1
12、8.4.1 18.4.1 乳浊液的形成乳浊液的形成溶剂萃取法溶剂萃取法乳浊液的形成乳浊液的形成当将有机溶剂（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。一种是以油滴分散在水中，称为水包油型或O/W型乳浊液；另一种是水以水滴分散在油中，称为油包水型或W/O型乳浊液。见图18-4和18-5。乳浊液的稳定条件和乳浊液乳浊液的稳定条件和乳浊液的类型的类型溶剂萃取法溶剂萃取法乳浊液的形成乳浊液的形成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。其中以第一个因素最重要。如上所述，表面活性剂分子聚集在界面上，在分散相液滴周围形成保护膜。保护膜应具有一定的机械强度
13、，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。（亲憎平衡值）（亲憎平衡值）溶剂萃取法溶剂萃取法乳浊液的形成乳浊液的形成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。它最早由经验得来，现在有一些经验公式用来计算，也可用实验方法测定。HLB数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。当HLB数未知时，可根据其溶解度或分散程度粗略估计，见表18-2。不同HLB数的表面活性剂的用途见表18-3。表表18-2 18-2 各种分散程度的表面活性各种分散程度的表面活性剂的剂的HLBHLB
14、数数乳浊液的形成乳浊液的形成外观HLB范围范围在水中不分散14分散程度很低36剧烈震荡后得牛乳状分散液68稳定的牛乳状分散液810半透明到透明分散液1013透明溶液大于大于13溶剂萃取法溶剂萃取法表表18-3 18-3 各种表面活性剂的用各种表面活性剂的用途途乳浊液的形成乳浊液的形成HLB数应用36W/O乳浊液79润湿剂815O/W乳浊液1315洗涤剂1518助溶剂溶剂萃取法溶剂萃取法18.4.2 18.4.2 弱电解质在有机溶剂弱电解质在有机溶剂-水间的分配平衡水间的分配平衡HAAHHBBH溶剂萃取法溶剂萃取法乳浊液的形成乳浊液的形成弱酸性电解质的解离平衡为弱碱性电解质的解离平衡为弱电解质的
15、表观分配系数弱电解质的表观分配系数K K、分配系数分配系数K K0 0、电离平衡常数电离平衡常数KpKp、溶液氢离子浓度溶液氢离子浓度HH+之之间的关系：间的关系：HKHKKp0HKKKKpp0溶剂萃取法溶剂萃取法乳浊液的形成乳浊液的形成对于弱酸性电解质对于弱酸性电解质对于弱碱性电解质对于弱碱性电解质ppKpHKK1/log0pHpKKKp1/log0溶剂萃取法溶剂萃取法乳浊液的形成乳浊液的形成对于弱酸性电解质对于弱碱性电解质通过调节溶液的通过调节溶液的pHpH值来改变溶质值来改变溶质的性质的性质溶剂萃取法溶剂萃取法乳浊液的形成乳浊液的形成弱电解质以非离子化的形式溶解在有机溶剂中，而在水中会部
16、分离子化并存在有电离平衡，反映在分配系数上，除了热力学常数外，还有表观分配系数（或称分配比），它们之间存在有一定的依赖关系。青霉素的分配平衡青霉素的分配平衡乳浊液的形成乳浊液的形成溶剂萃取法溶剂萃取法分配系数分配系数与与pHpH关系关系乳浊液的形成乳浊液的形成溶剂萃取法溶剂萃取法水相条件对萃取的影响水相条件对萃取的影响溶剂萃取法溶剂萃取法乳浊液的形成乳浊液的形成 1 pH 2 温度3 盐析4 带溶剂（离子对）18.4 18.4 萃取方式与过程萃取方式与过程计算计算溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算（1 1）混合混合（2 2）分离分离（3 3）溶媒回收溶媒回收单级萃取单级萃
17、取溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算（1 1）解析计算解析计算（2 2）图解方法图解方法单级萃取流程示意图单级萃取流程示意图萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算溶剂萃取法溶剂萃取法E E称为萃取因素称为萃取因素由由E E可求得未被萃取的分率可求得未被萃取的分率和理论收得和理论收得率率1 1萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算溶质在萃余相中的浓度溶质在萃取相中的浓度21CCK12EssFFVCVKVCV溶质在萃取相中的数量溶质在萃余相中的数量122CVCVCVSFFEVVCCFS11121溶剂萃取法溶剂萃取法单级萃取计算单级萃取计算1EE11E118-9溶剂萃取法溶剂萃取法
18、萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算所以有下式成立18.5.218.5.2多级错流萃取多级错流萃取溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算（1）设备（2）计算 a 解析 b 图解多级错流萃取设备多级错流萃取设备萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算溶剂萃取法溶剂萃取法多级错流萃取多级错流萃取溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算在此法中，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，
19、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。经一级萃取后，未被萃取的分率1为多级错流萃取11E经二级萃取后22)1(1E溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算经一级萃取后，未被萃取的分率1为经经n级萃取后，未被萃取的分率为级萃取后，未被萃取的分率为萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算nnE)1(1 nnnnnEEE)1(1)1()1(111)1018()1118(溶剂萃取法溶剂萃取法多级逆流萃取多级逆流萃取萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算溶剂萃取法溶剂萃取法18.5.3 18.5.3 多级逆流萃取多级逆流萃取溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过
20、程计算 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，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。多级逆液萃取计算公式推导多级逆液萃取计算公式推导萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算11K-1kK+1n-1nLFSR令k代表第k级中溶质总量（包括萃取相和萃余相），因为是连续操作，则表示单位时间内通过第k级的溶质总量。.先求出相邻三级k-1,k,k+1级中所含溶质总量k-1，Qk 和 Qk+1 之间的关系自第(k+1)级进入第k
21、级的溶质的量Qk+1而自(k-1)级进入第k级的量111kQE11)1(1kkQQEE12211CVCVCVESFF未被萃取的分率未被萃取的分率溶剂萃取法溶剂萃取法多级逆液萃取计算公式推导多级逆液萃取计算公式推导kkkQQEQEE111110)1(11kkkQEQEQ对于第一级，有2222111)1)(1(111QEEQEEEQEQ对于第二级，有312)1(11QEQEEQ溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算两者之和等于K 所以多级逆液萃取计算公式推导多级逆液萃取计算公式推导萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算312)1(11QEQEEQ2222111)1)(1(111QE
22、EQEEEQEQ代入上式代入上式3112)1(1111QEQEEQEE3112)1(1111QEQEEQEE得得溶剂萃取法溶剂萃取法多级逆液萃取计算公式推导多级逆液萃取计算公式推导萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算33111QEEQnnQEEQ111依次类推，可以得到溶剂萃取法溶剂萃取法 多组萃取过程应用多组萃取过程应用溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算 下面是三级逆流混合器萃取设备流程，青霉素发酵料液经过滤除悬浮固体后，进入第一级混合萃取罐，在此与从第二级沉降器来的萃取相（含产品青霉素）混合接触，然后流入第一级沉降器分成上下两液层，上层为萃取相，富含目的产物，送去经蒸
23、馏等回收溶剂和产物的进一步精制；而下一层为萃余相，含目的产物的浓度已比新鲜料液低得多，送第二级萃取回收产物。如此经三级萃取后，最后一级的萃余相作为废液排走。多级逆流萃取萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算溶剂萃取法溶剂萃取法溶剂萃取法溶剂萃取法离子对离子对/反应萃取反应萃取我们上面讨论的液液萃取属于物理萃取，是指用一个有机溶剂择优溶解目标溶质。在物理萃取的应用中一个主要的限制是需要发现一个在有机相和水相之间对目标溶质分配系数足够高的溶剂。除此以外，用有机溶剂萃取弱电解质（有机酸或有机碱）时都要调节溶液的pH使其小于pKa（对有机酸）或大于pKa（对有机碱），这样会影响目标溶质的稳定性，因此启发
24、人们寻找新的萃取体系。溶剂萃取法溶剂萃取法离子对离子对/反应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的络合物，易从水相转移到有机溶剂/萃取系统中。主要有两类萃取剂：1.有机磷类萃取剂2.胺类萃取剂OH POOCH2CH CH2C2H5CH2CH2CH3OCH2CH CH2C2H5CH2CH2CH3POC4H9OC4H9OC4H9OPH17C8H17O8H17O8OPOH17C8H17C8H17C8磷酸三丁酯（磷酸三丁酯（TBP）氧化三辛基膦（氧化三辛基膦（TOPO）二二 2 乙基己基磷酸（乙基己基磷酸（DEHPA）在类似的条件下，用有
25、机磷类化合物在类似的条件下，用有机磷类化合物萃取弱的有机酸比醋酸丁酯萃取弱的有机酸比醋酸丁酯等碳氧类萃取剂分配比要高很多。等碳氧类萃取剂分配比要高很多。离子对离子对/反应萃取反应萃取溶剂萃取法溶剂萃取法离子对离子对/反应萃取反应萃取用溶解在稀释剂中长链脂肪酸从水溶液中萃取带质子的有机用溶解在稀释剂中长链脂肪酸从水溶液中萃取带质子的有机化合物是一个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。有机酸的可行的过程并用于从发酵液中大规模回收柠檬酸。有机酸的可萃性取决于可萃性取决于有机相的组成，胺萃取剂和稀释剂，典型的烷基胺类萃取剂有机相的组成，胺萃取剂和稀释剂，典型的烷基胺类萃取剂有：有：
26、三辛胺（三辛胺（TOA）和二辛胺（）和二辛胺（DOA）其分子式如上：）其分子式如上：溶剂萃取法溶剂萃取法上面两种情况所使用的萃取剂都要溶解在上面两种情况所使用的萃取剂都要溶解在稀释剂中，稀释剂必需符合某些重要参数，稀释剂中，稀释剂必需符合某些重要参数，并且会影响萃取剂与溶剂的结合，下列因并且会影响萃取剂与溶剂的结合，下列因素对稀释剂的选择是很重要的：素对稀释剂的选择是很重要的：溶剂萃取法溶剂萃取法离子对离子对/反应萃取反应萃取分配系数：在萃取时分配系数应大于1.0，而在反萃取时应小于0.1，才能使反萃取的提取液中获得较高的浓度，稀释剂能够影响分配系数，特别是通过萃取剂/溶剂复合物的溶剂化作用。
27、选择性：非特异性萃取应该萃取尽可能少的杂质，这时使用非极性稀释剂更好。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性和低的水溶性，因此理应优先使用。水溶性：低的水溶性，使溶剂的损失最少。稳定性：烷烃比醇、酯和卤代烃更难降解。粘度和密度：低粘度和低密度的稀释剂会使分相更容易。第三相的形成：18.6.2 18.6.2 离子对离子对/反应萃取的应反应萃取的应用用溶剂萃取法溶剂萃取法离子对离子对/反应萃取反应萃取1.青霉素萃取 用中性磷萃取剂磷酸三丁酯（TBP）进行萃取，2.柠檬酸的萃取 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
28、毒性会引起产品残留毒性影响健康，所以国外还无应用实例，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。思考题：思考题：溶剂萃取法溶剂萃取法离子对离子对/反应萃取反应萃取1 理解概念：分配系数，分离因子，溶解度参数，介电常数，HLB 值，萃取因素，带溶剂。2 生物物质的萃取与传统的萃取相比有哪些不同点？3 pH 对弱电解质的萃取效率有何影响？4 发酵液乳化现象是如何产生的？对分离纯化产生何影响?如何有效消除乳化现象？溶剂萃取法溶剂萃取法萃取过程的理论基础萃取过程的理论基础萃余相的浓度萃取相的浓度21CCK在常温下为常数；的单位通常用在常温下为常数；的单位通常用mol/L或或质量
29、单位质量单位/mL 溶剂萃取法溶剂萃取法离子对离子对/反应萃取反应萃取分配定律 K-分配系数应用前提条件（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，不发生缔合或离解分离因素（分离因素（）BABABAKKCCCC2211/溶剂萃取法溶剂萃取法离子对离子对/反应萃取反应萃取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：18.4 18.4 萃取方式与过程计
30、算萃取方式与过程计算溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算混合混合分离分离溶媒回溶媒回收收单级萃取单级萃取溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算（1 1）解析计算解析计算（2 2）图解方法图解方法单级萃取流程示意图单级萃取流程示意图萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算溶剂萃取法溶剂萃取法E E称为萃取因素称为萃取因素由由E E可求得未被萃取的分率可求得未被萃取的分率和理论收得和理论收得率率1 1萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算溶质在萃余相中的浓度溶质在萃取相中的浓度21CCK12ssFFEVCVKVCV溶质在萃取相中的数量溶质在萃余相中的数量221FFS
31、VCVCVCEVVCCFS11121溶剂萃取法溶剂萃取法单级萃取计算单级萃取计算1EE11E118-9溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算所以有下式成立18.5.218.5.2多级错流萃取多级错流萃取溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算（1）设备（2）计算 a 解析 b 图解多级错流萃取设备多级错流萃取设备萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算溶剂萃取法溶剂萃取法多级错流萃取多级错流萃取溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算在此法中，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
32、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。经一级萃取后，未被萃取的分率1为多级错流萃取多级错流萃取11E经二级萃取后22)1(1E溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算经一级萃取后，未被萃取的分率1为经经n级萃取后，未被萃取的分率为级萃取后，未被萃取的分率为萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算nnE)1(1 nnnnnEEE)1(1)1()1(111)1018()1118(溶剂萃取法溶剂萃取法多级逆流萃取多级逆流萃取萃取方式与过程计算萃取方
33、式与过程计算溶剂萃取法溶剂萃取法 多级逆流萃取多级逆流萃取溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算 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，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。多级逆液萃取计算公式推导多级逆液萃取计算公式推导萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算11K-1kK+1n-1nLFSR令k代表第k级中溶质总量（包括萃取相和萃余相），因为是连续操作，则表示单位时间内通过第k级的溶质总量。.先
34、求出相邻三级k-1,k,k+1级中所含溶质总量k-1，Qk 和 Qk+1 之间的关系自第(k+1)级进入第k级的溶质的量Qk+1而自(k-1)级进入第k级的量111kQE11)1(1kkQQEE12211CVCVCVESFF未被萃取的分率未被萃取的分率溶剂萃取法溶剂萃取法多级逆液萃取计算公式推导多级逆液萃取计算公式推导kkkQQEQEE111110)1(11kkkQEQEQ对于第一级，有2222111)1)(1(111QEEQEEEQEQ对于第二级，有312)1(11QEQEEQ溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算两者之和等于K 所以多级逆液萃取计算公式推导多级逆液萃取计算
35、公式推导萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算312)1(11QEQEEQ2222111)1)(1(111QEEQEEEQEQ代入上式代入上式3112)1(1111QEQEEQEE3112)1(1111QEQEEQEE得得溶剂萃取法溶剂萃取法多级逆液萃取计算公式推导多级逆液萃取计算公式推导萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算33111QEEQnnQEEQ111依次类推，可以得到溶剂萃取法溶剂萃取法 多组萃取过程应用多组萃取过程应用溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算 下面是三级逆流混合器萃取设备流程，青霉素发酵料液经过滤除悬浮固体后，进入第一级混合萃取罐，在此与从第二级沉降器
36、来的萃取相（含产品青霉素）混合接触，然后流入第一级沉降器分成上下两液层，上层为萃取相，富含目的产物，送去经蒸馏等回收溶剂和产物的进一步精制；而下一层为萃余相，含目的产物的浓度已比新鲜料液低得多，送第二级萃取回收产物。如此经三级萃取后，最后一级的萃余相作为废液排走。多级逆流萃取萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算溶剂萃取法溶剂萃取法溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算我们上面讨论的液液萃取属于物理萃取，是指用一个有机溶剂择优溶解目标溶质。在物理萃取的应用中一个主要的限制是需要发现一个在有机相和水相之间对目标溶质分配系数足够高的溶剂。除此以外，用有机溶剂萃取弱电解质（有机酸或有
37、机碱）时都要调节溶液的pH使其小于pKa（对有机酸）或大于pKa（对有机碱），这样会影响目标溶质的稳定性，因此启发人们寻找新的萃取体系。溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算离子对/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/萃取系统中。主要有两类萃取剂：1.有机磷类萃取剂2.胺类萃取剂OH POOCH2CH CH2C2H5CH2CH2CH3OCH2CH CH2C2H5CH2CH2CH3POC4H9OC4H9OC4H9OPH17C8H17O8H17O8OPOH17C8H17C8H17C8磷酸三丁酯（磷酸三丁
38、酯（TBP）氧化三辛基膦（氧化三辛基膦（TOPO）二二 2 乙基己基磷酸（乙基己基磷酸（DEHPA）在类似的条件下，用有机磷类化合物在类似的条件下，用有机磷类化合物萃取弱的有机酸比醋酸丁酯萃取弱的有机酸比醋酸丁酯等碳氧类萃取剂分配比要高很多。等碳氧类萃取剂分配比要高很多。萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算用溶解在稀释剂中长链脂肪酸从水溶液中萃取带质子的有机用溶解在稀释剂中长链脂肪酸从水溶液中萃取带质子的有机化合物是一个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。有机酸的可行的过程并用于从发酵液中大规模回收柠檬酸。有机酸的可萃
39、性取决于可萃性取决于有机相的组成，胺萃取剂和稀释剂，典型的烷基胺类萃取剂有机相的组成，胺萃取剂和稀释剂，典型的烷基胺类萃取剂有：有：三辛胺（三辛胺（TOA）和二辛胺（）和二辛胺（DOA）其分子式如上：）其分子式如上：溶剂萃取法溶剂萃取法上面两种情况所使用的萃取剂都要溶解在上面两种情况所使用的萃取剂都要溶解在稀释剂中，稀释剂必需符合某些重要参数，稀释剂中，稀释剂必需符合某些重要参数，并且会影响萃取剂与溶剂的结合，下列因并且会影响萃取剂与溶剂的结合，下列因素对稀释剂的选择是很重要的：素对稀释剂的选择是很重要的：溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算分配系数：在萃取时分配系数应大于
40、1.0，而在反萃取时应小于0.1，才能使反萃取的提取液中获得较高的浓度，稀释剂能够影响分配系数，特别是通过萃取剂/溶剂复合物的溶剂化作用。选择性：非特异性萃取应该萃取尽可能少的杂质，这时使用非极性稀释剂更好。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性和低的水溶性，因此理应优先使用。水溶性：低的水溶性，使溶剂的损失最少。稳定性：烷烃比醇、酯和卤代烃更难降解。粘度和密度：低粘度和低密度的稀释剂会使分相更容易。第三相的形成：离子对离子对/反应萃取的应用反应萃取的应用溶剂萃取法溶剂萃取法萃取方式与过程计算萃取方式与过程计算1.青霉素萃取 用中性磷萃取剂磷酸三丁酯（TBP）进行萃取
41、，2.柠檬酸的萃取 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，所以国外还无应用实例，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。溶剂萃取法溶剂萃取法超临界流体萃取超临界流体萃取超临界流体萃取超临界流体萃取溶剂萃取法溶剂萃取法超临界流体萃取超临界流体萃取超临界流体(supercritical fluid,SCF)对脂肪酸、植物碱、醚类、酮类、甘油脂等具有特殊的溶解作用，因此可用于这类物质的萃取分离。利用超临界流体为萃取剂的萃取操作称为超临界流体萃取(SCF extraction).超临界流
42、体萃取超临界流体萃取溶剂萃取法溶剂萃取法超临界流体萃取超临界流体萃取超临界流体具有溶解许多物质的能力，这是100年前早就知道的事，但是直到50年代美国的Todd和lgin才从理论上提出将超临界流体用于萃取分离的可能性，60年代以后，联邦德国继续对这方面的工作进行深入的研究，并于1963年首次申请了专利。近20年来超临界萃取技术已经发展成为一项新的化工分离技术，并被用于石油、医药、食品、香料中许多特定组分的分离。对于萃取有很高经济价值的小规模生产，超临界萃取由于存在种种优点，将是一项很有发展前途的分离工艺。超临界流体萃取超临界流体萃取溶剂萃取法溶剂萃取法超临界流体萃取超临界流体萃取超临界流体萃取
43、它是利用超临界条件下的流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的的技术。所谓超临界流体(SCF)即处于临界温度、临界压力以上的流体。在临界温度、压力以上，无论压力多高，流体都不能液化但流体的密度随压力增高而增加。超临界流体萃取超临界流体萃取溶剂萃取法溶剂萃取法超临界流体萃取超临界流体萃取超临界流体：当一种流体处于其临界点的温度和压力之下，则称之为超临界流体。特点：密度接近液体 萃取能力强 粘度接近气体 传质性能好 溶剂萃取法溶剂萃取法超临界流体萃取超临界流体萃取超临界流体萃取的基本思想超临界流体萃取的基本思想溶剂萃取法溶剂萃取法超临界流体萃取超临界流体萃取利用超临界流体的
44、特殊性质，使其在超临界状态下，与待分离的物料接触，萃取出目的产物，然后通过降压或升温的方法，使萃取物得到分离。常用萃取剂 极性萃取剂：乙醇、甲醇、水（难）极性萃取剂：乙醇、甲醇、水（难）非极性萃取剂：二氧化碳（易）非极性萃取剂：二氧化碳（易）超临界二氧化碳萃取超临界二氧化碳萃取溶剂萃取法溶剂萃取法超临界流体萃取超临界流体萃取临界点：Tc=31.26、Pc=7.2MPa 优点：缺点：临界条件温和 设备投资大 产品分离简单 无毒、无害 不燃 无腐蚀性 价格便宜超临界流体的应用超临界流体的应用溶剂萃取法溶剂萃取法超临界流体萃取超临界流体萃取咖啡因萃取植物油：胚芽油、玉米油、亚麻酸天然香料：杏仁油、柠
45、檬油啤酒花尼古丁大型超临界流体萃取装置大型超临界流体萃取装置超临界流体萃取超临界流体萃取溶剂萃取法溶剂萃取法咖啡因超临界萃取流程咖啡因超临界萃取流程超临界流体萃取超临界流体萃取溶剂萃取法溶剂萃取法溶剂萃取法溶剂萃取法液膜萃取液膜萃取液液 膜膜 萃萃 取取溶剂萃取法溶剂萃取法液膜萃取液膜萃取 由于固体膜存在选择性低和通量小的缺点，人们试图用改变固体高分子膜的状态，使穿过膜的扩散系数增大、膜的厚度减小，从而使透过速度跃增，并再现生物膜的高度选择性迁移。这样，在60年代中期诞生了一种新的膜分离技术液膜萃取法(Liquid membrance extraction)，又称液膜分离法(Liquid me
46、mbrance separation),这是一种以液膜为分离介质、以浓度差为推动力的膜分离操作。它与溶剂萃取虽然机理不同，但都属于液液系统的传质分离过程。液膜的定义和组成液膜的定义和组成溶剂萃取法溶剂萃取法液膜萃取液膜萃取 液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。它能把两个组成不同而又互溶的溶液隔开，并通过渗透现象起到分离作用。乳液微粒通常是由溶剂（水和有机溶剂）、表面活性剂和添加剂制成的。溶剂构成膜基体；表面活性剂起乳化作用，它含有亲水基和疏水基，可以促进液膜传质速度并提高其选择性；添加剂用于控制膜的稳定性和渗透性。通常将含有被分离组分的料液作连续相，称为外相；接受被分离组分的流体，称内相；处
47、于两者之间的成膜的流体称为膜相，三者组成液膜分离体系。液膜的种类液膜的种类溶剂萃取法溶剂萃取法液膜萃取液膜萃取液膜根据其结构可分为多种，但具体有实际应用价值的主要有三种：乳状液膜支撑液膜流动液膜 (W/O)/W(W/O)/W(W/O)/W型乳液液膜型乳液液膜内水相内水相液膜液膜溶剂萃取法溶剂萃取法液膜萃取液膜萃取乳状液膜（emulsion liquid membrance,ELM）是N.N.Li发明专利中使用的液膜。乳状液膜根据成膜流体的不同，分为(W/O)/W和(O/W)/O两种。在生物分离中主要应用(W/O)/W型乳状液膜。见图(W/O)/W(W/O)/W型乳状液膜的形型乳状液膜的形成成溶
48、剂萃取法溶剂萃取法液膜萃取液膜萃取向加入表面活性剂和添加剂的油中加入水溶液，进行高速搅拌或超声波处理，制成(W/O)油包水型乳化液，再将该乳化液分散到第二个水相（通常为待分离的料液）进行第二次乳化即可制成(W/O)/W型乳状液膜，此时第二个水相为连续相。支撑液膜支撑液膜溶剂萃取法溶剂萃取法液膜萃取液膜萃取支撑液膜是将多孔高分子固体膜浸在膜溶剂(如有机溶剂中)使膜溶剂充满膜的孔隙形成的液膜。支撑液膜分隔料液相和反萃相，实现渗透溶质的选择性萃取回收和除去。当液膜为油相时，常用的多孔膜为利用聚四氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯等制造的高疏水性膜。与乳状液膜相比，支撑液膜结构简单，放大容易。流动液膜流动液膜溶剂
49、萃取法溶剂萃取法液膜萃取液膜萃取流动液膜也是一种支撑液膜，是为了弥补上述支撑液膜的膜相容易流失的缺点而提出的，其结构如图，液膜相可循环流动，因此在操作过程中即使有所损失也很容易补充，不必停止萃取操作进行液膜再生。液膜相的强制流动或降低流路厚度可降低液膜相的传质阻力。液膜分离技术的应用液膜分离技术的应用溶剂萃取法溶剂萃取法液膜萃取液膜萃取液膜分离技术由于其良好的选择性和定向性，分离效率又高，而且能达到浓缩、净化和分离的目的，因此，广泛用于化工、食品、制药、环保、湿法冶金、气体分离和生物制品等工业中。近年来液膜分离技术在发酵液产物分离领域中也引起了人们的关注，进行了较为广泛的研究和开发工作。液膜分
50、离分批萃取柠檬酸液膜分离分批萃取柠檬酸液膜萃取液膜萃取膜相膜相柠檬酸柠檬酸萃取物萃取物内相内相空气空气底物底物废液废液循环循环乳液装置乳液装置242发酵罐发酵罐 混合混合-分离装置分离装置 4破乳装置破乳装置溶剂萃取法溶剂萃取法液膜萃取连续分离柠檬酸液膜萃取连续分离柠檬酸液膜萃取液膜萃取乳化装置乳化装置2发酵分离装置发酵分离装置3破乳装置破乳装置溶剂萃取法溶剂萃取法微波辅助萃助微波辅助萃助(microwaveassisted extraction，MAE)微波辅助萃取微波辅助萃取溶剂萃取法溶剂萃取法微波萃取微波萃取溶剂萃取法溶剂萃取法微波辅助萃取微波辅助萃取微波萃取又称微波辅助提取，是指使用适
