生物分离工程第四章萃取

生物分离工程第四章综合测试

生物分离工程第四章综合测试第四章萃取一、名词解释萃取：是利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。

反萃取：通过调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作成为反萃取。

分配系数：在恒温恒压条件下，溶质在互不相容的两相中达到分配平衡时，其在两相中的浓度之比为一常数，该常数称为分配系数。

即K=溶质在萃取相中的浓度/溶质在萃余相中的浓度=C2/C1。

分离因子：萃取剂对溶质A和B的选择或分离能力可以用分离因子表示。

即α=(C2A/CIA)/(C2B/C1B)=KA/KB (C:浓度；下标1,2分别表示萃余相和萃取相；A、B：溶质；α越大，A和B越容易分离，分离效果越好)超临界流体：物质均具有其固有的临界温度和临界压强，在P-T 相图上称为临界点，在临界点以上物质处于即非液体也非气体的超临界状态，这时的物质称为超临界流体。

化学萃取：化学萃取是指利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合因子实现水溶性溶质向有机相的分配，主要用于一些氨基酸和极性较大的抗生素的萃取。

双水相体系：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，并且在两相水分均占有很大比例，即形成双水相系统。

萃取因子：即萃取平衡后萃取相和萃余相中质量之比。

用E表示。

盐效应：由于同一双水相系统中添加不同的盐产生的相间电位不同，故分配系数与静电荷数的关系因无机盐而异，这称为盐效应。

二、选择1.萃取利用的是物质在两相之间的___B___不同来实现分离或纯化。

A.溶解度比B.分配系数C.分离系数D.稳定常数2.下列搭配中不适合双水相萃取的是____C__。

A.聚乙二醇/磷酸盐B.葡聚糖/甲基纤维素C.聚乙二醇/丙三醇D. 聚乙二醇/葡聚糖3.荷电溶质分配系数的对数与溶质的净电荷数成___A___关系，称为______。

A.正比/盐效应B.指数/塞曼效应C.非线性/道南效应D.反比/法拉第效应4.对于超临界流体萃取，溶解萃取物时通常__C____；分离萃取物时通常______。

生物分离工程萃取

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。
优点 a) 比化学沉淀法分离程度高； b) 比离子交换法选择性好、传质快； c) 比蒸馏法能耗低； d) 生产能力大、周期短、便于连续操作、易实现自动化控制。
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：
浸取的过程：
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。
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
萃取方法
液-固萃取
表1 几种萃取方法的料中有多用于提取存在于胞内的有效
用成分的扩散分离操作。
成分。
溶剂萃取
利用溶质在两个互不混溶的液相（通常为水相和有机溶剂相）可用于有机酸、氨基酸、维生中溶解度和分配性质上的差异进素等生物小分子的分离纯化。行的分离操作。
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
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。
反胶团的亲水微环境中。
-
液膜萃取
超临界流体萃取
液膜能将与之不互溶的液体分适用于金属离子、烃类、有机
开，使其中一侧液体中的溶质选酸、氨基酸和抗生素的分离及废

《生物分离工程》课程笔记

《生物分离工程》课程笔记第一章绪论一、生物分离工程的历史及应用1. 历史生物分离工程的历史可以追溯到古代酿酒和面包制作时期，但作为一个独立领域的发展始于20世纪。

早期的生物分离技术主要依靠自然现象，如沉淀、结晶等。

随着科技的发展，尤其是生物技术的崛起，生物分离工程逐渐形成一门独立的学科，并得到了迅速发展。

2. 应用生物分离技术在医药、食品、农业、环境保护等领域有广泛的应用。

例如，在疫苗生产中，需要从细胞培养液中分离出病毒或细菌；在抗生素提取中，需要从发酵液中提取抗生素；在蛋白质纯化中，需要从混合蛋白质中分离出目标蛋白质；在果汁澄清中，需要去除果汁中的悬浮固体等。

二、生物分离过程的特点1. 复杂性生物分离过程涉及生物大分子（如蛋白质、核酸、多糖等）的分离和纯化，这些生物大分子在结构和性质上具有很高的复杂性，因此生物分离过程也具有较高的复杂性。

2. 多样性生物分离过程中，针对不同的生物大分子和混合物，需要采用不同的分离方法和工艺，因此生物分离过程具有很高的多样性。

3. 灵敏度生物大分子在分离过程中容易受到外界因素的影响，如温度、pH值、离子强度等，因此生物分离过程需要严格控制条件，具有很高的灵敏度。

4. 易失活性生物大分子在分离过程中容易发生变性、降解等失活现象，因此生物分离过程需要尽量减少这些失活现象的发生。

5. 高价值生物大分子往往具有很高的经济价值，如药物、生物制品等，因此生物分离过程需要高效、高收率地分离目标物质，以满足市场需求。

第二章过滤一、过滤基本概念及预处理1. 过滤基本概念过滤是一种基于孔径大小实现固体与流体分离的技术。

在生物分离工程中，过滤技术被广泛应用于细胞培养液、发酵液、酶反应液等混合物的初步分离和纯化。

过滤过程中，混合物通过过滤介质（如滤纸、滤膜等），固体颗粒被拦截在过滤介质上，而流体则通过过滤介质流出，从而实现分离。

2. 预处理为了提高过滤效率，通常需要对混合物进行预处理。

生物分离工程-溶剂萃取

CoVo 100% CoVo CwVw
多级连续萃取的计算
设V（水）为水相体积，V（有）为每次加入的有机相体积， m0为被萃取前试样中A的质量，m1、m2…mn为1次、2 次…n次萃取后水相中剩余的A的质量，求m1、m2…mn？
解: D cA总（有机） (m0 m1) /V(有机）
cA总 (水）
❖ 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。
乳化和去乳化
❖ 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。
之比，即： D C有机相 C水相
▪ 只有在简单的萃取体系中，溶质在两相中的存在形式又完全相同时，D= KD；在实际情况中,情况往往比较复杂.所以D≠ KD。
萃取效率E
❖ 当溶质A的水溶液用有机溶剂萃取时，如已知水溶液的体积为V水，有机溶剂的体积为V有，则萃取效率E可表示为：
E A有机相 100% A两相
▪ 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
萃取反萃取
酸性物质 pH<pK pH>pK
碱性物质 pH>pK pH<pK
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↑

生物分离工程ppt第04篇章精馏在生物产品分离中的应用

该企业将固体废弃物进行分类处理，其中一部分废渣经过加工制成砖块，用于建筑领域，实现了固体废弃物的资源化利用。
通过实施废弃物资源化利用措施，该企业不仅降低了处理成本，还获得了出售资源化产品的收益，同时减少了对环境的污染，实现了经济效益与环境效益的双赢。
06
总结与展望
精馏在生物产品分离中作用回顾
先进控制算法
多变量控制
采用预测控制、模糊控制等先进算法，提高精馏过程的稳定性和控制精度。
对精馏过程中的多个关键变量进行同时控制，确保产品质量和产量稳定。
数据驱动建模
利用历史数据建立精馏过程的数据驱动模型，实现实时优化和控制。
智能化、自动化发展趋势预测
智能化传感器
研发具有高灵敏度、高选择性的智能化传感器，实现对精馏过程关键参数的实时监测。
通过加入共沸剂形成最低共沸物，从而改变原组分的挥发度。优势在于能够处理具有恒沸现象的混合物，降低能耗。
节能降耗措施探讨
优化操作条件
通过调整操作参数如回流比、进料位置等，降低能耗和提高分离效率。
采用高效设备
采用高效塔板、填料等，提高传质效率，降低设备投资和运行成本。
热集成技术
应用热集成技术如热泵精馏、内部热集成精馏等，实现能量的有效利用和降低能耗。
发展趋势
随着生物技术的不断发展和创新，精馏技术将向更高效率、更低能耗、更环保的方向发展，同时与其他分离技术的集成应用也将成为研究热点。
挑战应对
针对精馏过程中存在的能耗高、分离效率低等问题，建议加强新型精馏技术的研究和开发，如反应精馏、分子蒸馏等，提高分离效率和降低能耗。同时，加强精馏技术与其他分离技术的联合应用，形成优势互补，提高整体分离效果。此外，还应关注精馏过程对环境的影响，积极采取环保措施，推动绿色

生物分离工程公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

胶束和反胶束形成都是表面活性剂分子自汇集结果, 是热力学稳定系统。
第6页
胶团和反胶团形状
micelles
Reverse micelles
表面活性剂分子汇集使反胶团内形成极性核(polar core), 因此有机溶剂中反胶团可溶解水。反胶束内溶解水通常称为微水相或“水池”(water pool)
第7页
子提供易于生存亲水微环境. 因此,反胶团萃取可用于氨基酸、肽和蛋白
质等生物分子分离纯化, 尤其是蛋白质类生物大分子。
蛋白质溶解模型:
a、水壳模型: 蛋白质位于水池中心，
周围存在水层将其与反胶团壁隔开；
b、半岛模型: 蛋白分子表面存在强
烈疏水区，该区直接与有机相接触；
c、蛋白吸附于反胶团内壁；
d、蛋白疏水区与几种反胶团S疏水
Diameter of “Water Pool”
反胶束大小与溶剂和S种类与浓度、温度、离子强度等原因相关, 普通为5-20nm
反胶束不是刚性球体, 而是热力学稳定汇集体；在有机相中反胶束以非常高速度生成和破灭, 不断地互换其构成份子（表面活性剂和水）, 速率常数约 106~107m3/kmol·s
临界胶束浓度(critical micelle concentration,CMC): 表面活性剂在水溶剂中形成胶束最低浓度
第5页
有机溶剂中反胶团
反胶团（reversed micelle）
Cross section
反胶团(reverse micelles): 若向有机溶剂（油）中加入油溶性表面活性剂, 当 [S]超出一定值时, S在有机溶剂中也会形成胶团。通常将S在有机溶剂中形成胶团称为反胶团, 也称反胶束或反微团
AOT在异辛烷中形成反胶团直径:

生物分离工程：04-萃取-1(2007)

2
IB抯
RENATURATION
CONCENTRATION
* Dissolution * Refolding
* Ultrafiltration * Evaporation * Reverse Osmosis * Precipitation * Crystallization * Extraction * Adsorption * Distillation
Immiscible solvents
• 平衡关系
• y = f (x) Usually y = mx at equilibrium
L,y H,x
• 溶质物料平衡
• Solute in (feed + extracting solvent) = solute in (extract + raffinate)
• 图解法
• When y = non-linear function of x • Equilibrium line: y = f (x) • Operating line: y = (H/L) (xF – x)
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支撑液膜（Supported liquid membrane）
Feed Extract Raffinate membrane Extracting phase
27
间歇萃取
Batch extraction
28
Aqueous penicillin G solution
抗生素的萃取
Butyl acetate Organic extract
• 萃取分率
萃取相溶质量 Ly Ly E 1−ϕ = = = = 溶质总量 Hx F Hx + Ly 1 + E