第七章 萃取
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7 第七章 超临界萃取(2h)
二、 超临界流体萃取的基本原理
1．什么是超临界流体萃取技术？ 什么是超临界流体萃取技术？ 以超临界流体作萃取剂， 以超临界流体作萃取剂，利用它对溶质具有 特异增加的溶解能力的特性，将其从液体或 特异增加的溶解能力的特性，将其从液体或固体 液体 中萃取到超临界流体中，然后通过降压或升温析 中萃取到超临界流体中， 出产物的分离过程。 出产物的分离过程。
超临界流体萃取SCFE 超临界流体萃取
又称“气体萃取、流体萃取、 又称“气体萃取、流体萃取、稠密气体萃 取或蒸馏萃取，压力流体萃取”。 取或蒸馏萃取，压力流体萃取”
以超临界流体为萃取剂，从固体或液体 超临界流体为萃取剂， 固体或 中萃取出某种高沸点 热敏性成分 高沸点或 成分， 中萃取出某种高沸点或热敏性成分，以达 分离和提纯的目的。 到分离和提纯的目的。
2 超临界流体与气体和液体的物性比较
密度 g/mL 气体
(101.3KPa,15~30℃) (101.3KPa,15 30℃)
黏度 g/(cm•s) (1~3)×10-4 × (1~3)× 10-4 ×
扩散系数 cm2/s 0.1~0.4 0.7×10-3 ×
(0.6~2)×10-3 × 0.2~0.5 0.6~1.6
3.液相物料的超临界CO 3.液相物料的超临界CO2流体萃取 液相物料的超临界 液相物料SC SC- 萃取的特点： 液相物料SC-CO2萃取的特点： （1）萃取过程可以连续操作 萃取和精馏一体化， （2）萃取和精馏一体化，连续获得高纯 度和高附加值的产品。 度和高附加值的产品。
该装置有效 利用于超临界 CO2萃取和精 馏分离过程， 馏分离过程， 达到进一步分 离、纯化的目 的。
超临界流体条件下的溶解度 溶在一种溶剂中的溶解度取决于两种分子间 溶质在一种溶剂中的溶解度取决于两种分子间 的作用力。 的作用力。 流体密度—压力 流体密度 压力 物质化学性质相似性 3 提高选择性的基本原则： 提高选择性的基本原则： 应和T T应和TC相接近 流体的化学性质应和溶质化学性质相接近。 流体的化学性质应和溶质化学性质相接近。
分离工程_朱家文_第七章超临界萃取
分离工程
超临界萃取
7.3物质在超临界流体中的溶解度计算
假设物质溶解经历如下过程： （1）溶质分子A由其主流扩散到二相界面； （2）分子A穿过界面进入溶剂相；
（3）分子A在界面上或和溶剂相内与溶剂分子B发生缔合作用
A(s) nB (s) AB n(s)........1.)(. A(E) A(s)...............2.)..(
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分离工程
超临界萃取
Soave-Redlich-Kwong方程
P RT a (T ) V b V (V b)
b 0.08664
RT c Pc
; a(T
)
a
(Tc
)
(T
);
a (Tc ) 0.42748
R
2
T
2 c
;
Pc
(T ) [1 (0.480 10574 0.176 2 )(1 (T /T c) 0.5 )] 2
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分离工程
超临界萃取
为此，后人在此基础上进行了改进，其中的 Soave, Redlich and Kwong 和 Peng and Robinson 的改进较为成功。
S-R-K 方程建立于 1974 年，能对高压流体进 行 P-V-T 的关系有效计算，精度大大改进，但在 汽—液平衡计算尚存在不足。
计算式：
RT a
P
V b V2
a
8a
Vc 3b, Pc 27b2 , Tc 27Rb
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分离工程
超临界萃取
Van der Waals 假设物质为球形分子，且在一定的分子 距离内有吸力和斥力。方程中参数 b 为斥力，参数 a 为吸 引力。
萃取-课件
乳化现象
有机相 水相
乳化层
水包油（O/W）型 油包水（W/O）型
乳浊液的破坏措施
物理法：离心、加热，吸附，稀释 化学法：加电解质、其他表面活性剂 * 转型法 加入一种乳化剂，条件： ① 形成的乳浊液类型与原来的相反，使原乳浊液转型 ② 在转型的过程中，乳浊液破坏，控制条件不允许形成 相反的乳浊液， * 顶替法 加入一种乳化剂，将原先的乳化剂从界面顶替出来： ① 形成的乳浊液类型与原来的一致 ② 它本身的表面活性 > 原来的表面活性 ③ 不能形成坚固的保护膜。
1 你能叙述一下四氯化碳萃取碘水的过程吗？
我们把四氯化碳称为萃取剂，碘水中的水 2 称为原溶剂，你能归纳出选择萃取剂的原
则吗？
3 请你给萃取下一个定义
b. pH值
c. 相比 影响分配系数，影响物质解离情况
d. 盐分
溶媒比＝溶媒体积/萃取体积
溶媒比↑萃取效果↑溶媒回收费用↑
e. 乳化程度
盐分影响分配系数
尽量破坏乳浊液，如轻度乳化，要加热过滤离心（热 敏物质不用热）；重度乳化，加SDS、溴化十五烷基 吡啶等去乳化剂。
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
当含有生化物质的溶液与互不相溶的第二相接触时生化物质倾向于在两相之间进行分配当条件选择得恰当时所需提取的生化物质就会有选择性地发生转移集中到一相中而原来溶液中所混有的其它杂质如中间代谢产物杂蛋白等分配在另一相中这样就能达到某种程度的提纯和浓缩
本章主要内容
1.萃取概念及基本原理 2.萃取的操作过程 3. 萃取过程的影响因素
第七章 萃取
第三节
萃取过程的计算
萃取操作的自由度
在萃取过程的计算中,无论采用单级或多级萃取操作， 离开萃取器的两相互呈平衡。
萃取器的实际级数：
N P NT /
η——总的级效率，实验确定。
一、单级萃取的计算
1、工艺流程与相图
S
S
2、图解法求解
yS , y A k A xA , xR (或x ) 求解： S , E , R, y E
tg ( MR)
E R
x A ,M x A , R x S ,M x S , R
表示混合物组成的M点的位置必在R点E点的连线上。
E R
RM EM
物料衡算的简捷图示方法，称为杠杆定律
从上图中M可表示溶液R和溶液E混合之后的数量 和组成，则称M为R和E的和点；
反之当从M点中移去一定量与组成的液体E液体， 表示余下的溶液组成的点R必在EM联线的延长线上， 其具体位置同样可由杠杆定律确定：
E R
RM
R
RM ME
ME
▲
M
E
R· RM E· ME
即：
E R
RM ME
2、由物料衡算得到： A
混合物E的组成为:
xA, E、xB, E、xS , E
混合物R的组成为:
xA, R、xB, R、xS , R
混合物M的组成为:
xA,M xA,R
xA,E
xA,M、xB,M、xS ,M
B
xSR xSM xSE
溶剂S必须满足两个要求: (1)溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分互溶；
(2)溶剂对A、B两组分有不同的溶解能力，或者说溶剂具有选择性：
第七章 萃取
一个实际萃取级的分离能力达不到一个理论级，两者的差 异用级效率校正。 一、单级萃取的计算
二、多级错流接触萃取的计算
三、多级逆流接触萃取的计算
一、单级萃取的计算
萃取操作物系的平衡关系一般难以表示为简单的函数关系， 用三角形相图表示比较简便易行。基于杠杆定律的图解方法
kA
B
yA 分配系数 k A xA
yB
式中β --选择性系数 y --组分在萃取相E中的质量分率； x --组分在萃余相R中的质量分率； k --组分的分配系数。 （下标A组分A，B示组分B）
(2)溶剂与原溶剂的互溶度
互溶度越小，两相区越大，萃取操作的范围越大。对于B、S
完全不溶物系，选择性系数达到无穷大，选择性最好，对萃
四、分配系数和分配曲线
1. 分配系数(以kA表示)
溶剂B的分配系数：
分配系数与温度和浓度有关
kA越大，愈有利于萃取分离
对于溶剂S和原溶剂B完全不互溶物系，浓度常用质量分 率X、Y表示,其分配系数表示如下： 溶质A的分配系数：
原溶剂B 的分配系数：
2. 分配曲线
将共轭相组成转换到直角坐标中得到的曲线，将三角形相
y’max的萃取液。y’max 与组 分B、S 之间的互溶度密切相
八. 溶剂(萃取剂)的选择
萃取剂的选取是萃取操作分离效果和经济性的关键。 萃取剂的性能由以下几方面衡量： 选择性是指萃取剂对混合液中各组分的溶解能力的差异。 要求萃取剂对溶质的溶解度要大，对其他组份的溶解度要 小。这种选择性的大小或选择性的优劣通常用选择性系数 β 衡量。
(1) 萃取剂的选择性
选择性系数β 类似于蒸馏过程的α ，反映了A、B组分溶解
第七章脂类的测定p93第一节概述
脂肪酸，根据油样质量和消耗碱液的量计算出油脂酸价。 测定方法：
称取混匀试样3-5g注入锥形瓶内，加入混合溶剂50ml，摇动使试样溶解， 再加3滴酚肽指示剂，用0.1mol/L碱液滴定至出现微红色，在30s内不消失，记 下消耗的碱液体积（V）。 结果计算：油脂酸价＝（V×c×56.1）/m 式中：V－滴定消耗的氢氧化钾溶液体积，mL；
乳、脱脂乳等）、各种炼乳、奶粉、奶油及冰其淋等能在 碱性溶液中溶解的乳制品，也适用于豆乳或加水呈乳状的 食品。需采用抽脂瓶。
（3）操作方法： 取一定量样品于抽脂瓶中，加入1.25ml氨水，充分混匀，置于60℃水浴中加热
5min，再振摇2min，加入10ml乙醇，充分摇匀，于冷水中冷却后，加入25ml乙醚， 振摇半分钟，加入25ml石油醚，在振摇0.5min，静置30min，待上层液澄清时，读取 醚层体积，放出一定体积的醚层于一个已恒重的烧瓶中，蒸馏回收乙醚和石油醚，挥 发干残余醚后，放入100-105℃烘箱中干燥1.5h，取出放入干燥器中冷取至室温后称重， 重复操作至恒重。
别适宜于水产品、家禽、蛋制品等食品脂肪的提取。 采用乙醚提取脂类时，必须采用无水乙醚作提取剂，且要求样品必须烘干； 对于结合态脂类，必须预先用酸或碱破坏脂类和非脂成分的结合后才能提
取； 用溶剂提取食品中的脂类时，对样品要求一定的预处理，如粉碎、碾磨，
烘干等，目的是为了增加样品的表面积，减少样品含水量，使有机溶剂更有效 的提取出脂类。
（4）结果计算： 脂肪含量%= (m2-m1)/( m×V1/V) ×100
式中：m2——烧瓶和脂肪总质量，g； m1—空烧瓶质量，g； m—样品质量，g V－读取醚层总体积，mL； V1－放出醚层体积，mL
（5）说明与讨论：
3、巴布科克氏和盖勃氏法 （1）原理：
称取混匀试样3-5g注入锥形瓶内，加入混合溶剂50ml，摇动使试样溶解， 再加3滴酚肽指示剂，用0.1mol/L碱液滴定至出现微红色，在30s内不消失，记 下消耗的碱液体积（V）。 结果计算：油脂酸价＝（V×c×56.1）/m 式中：V－滴定消耗的氢氧化钾溶液体积，mL；
乳、脱脂乳等）、各种炼乳、奶粉、奶油及冰其淋等能在 碱性溶液中溶解的乳制品，也适用于豆乳或加水呈乳状的 食品。需采用抽脂瓶。
（3）操作方法： 取一定量样品于抽脂瓶中，加入1.25ml氨水，充分混匀，置于60℃水浴中加热
5min，再振摇2min，加入10ml乙醇，充分摇匀，于冷水中冷却后，加入25ml乙醚， 振摇半分钟，加入25ml石油醚，在振摇0.5min，静置30min，待上层液澄清时，读取 醚层体积，放出一定体积的醚层于一个已恒重的烧瓶中，蒸馏回收乙醚和石油醚，挥 发干残余醚后，放入100-105℃烘箱中干燥1.5h，取出放入干燥器中冷取至室温后称重， 重复操作至恒重。
别适宜于水产品、家禽、蛋制品等食品脂肪的提取。 采用乙醚提取脂类时，必须采用无水乙醚作提取剂，且要求样品必须烘干； 对于结合态脂类，必须预先用酸或碱破坏脂类和非脂成分的结合后才能提
取； 用溶剂提取食品中的脂类时，对样品要求一定的预处理，如粉碎、碾磨，
烘干等，目的是为了增加样品的表面积，减少样品含水量，使有机溶剂更有效 的提取出脂类。
（4）结果计算： 脂肪含量%= (m2-m1)/( m×V1/V) ×100
式中：m2——烧瓶和脂肪总质量，g； m1—空烧瓶质量，g； m—样品质量，g V－读取醚层总体积，mL； V1－放出醚层体积，mL
（5）说明与讨论：
3、巴布科克氏和盖勃氏法 （1）原理：
萃取分离讲解 ppt课件
4 萃取分离
● 溶剂萃取 ● 索氏萃取（提取） ● 微波萃取
PPT课件
1
§4.1 溶剂萃取(Solvent extraction)
溶剂萃取是利用液-液界面的平衡分配关系 进行的分离操作。液液界面的面积越大，达 到平衡的速度也就越快。因此要求两相的液 滴应尽量细小化。平衡后，各自相的液滴还 要集中起来再分成两相。通常溶剂萃取指物 质由水相转入另一与水相不互溶的有机相后 实现分离的方法。
M n nHR有 MRn有 nH
Kex
[ MRn ]有 [ H ]n [ M ][ HR]n有
当萃取反应达到平衡时，金属离子在两相中的分
配比为：
[
D
[
CM ]有
[ MRn ]有
CM ]水 [ M n ] [ MRn ]
上式可进一步简化：
D
[ MRn ]有 [ M n ]
PPT课件
6
Ni2+
CH3 C N OH
+2
Ni(H2O)62+
CH3 C N OH
丁二酮肟
H
O
O
CH3 C N
N C CH3
Ni
CH3 C N
N C CH3
O
O
H
中和电荷
NiDx2/CHCl3
引入疏水基
萃取剂----“运载工具”
PPT课件
7
亲水性水合阳离子→中性疏水螯合物→ 萃入有机相
+
8-羟基喹啉
PPT课件
28
索氏 (Soxhlet) 萃取器
常将试样置于索氏萃取器中，用 溶剂连续抽提，然后蒸出溶剂， 便可达到含量较原试样增加上百 倍的试液，有利于后续的测定。
● 溶剂萃取 ● 索氏萃取（提取） ● 微波萃取
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1
§4.1 溶剂萃取(Solvent extraction)
溶剂萃取是利用液-液界面的平衡分配关系 进行的分离操作。液液界面的面积越大，达 到平衡的速度也就越快。因此要求两相的液 滴应尽量细小化。平衡后，各自相的液滴还 要集中起来再分成两相。通常溶剂萃取指物 质由水相转入另一与水相不互溶的有机相后 实现分离的方法。
M n nHR有 MRn有 nH
Kex
[ MRn ]有 [ H ]n [ M ][ HR]n有
当萃取反应达到平衡时，金属离子在两相中的分
配比为：
[
D
[
CM ]有
[ MRn ]有
CM ]水 [ M n ] [ MRn ]
上式可进一步简化：
D
[ MRn ]有 [ M n ]
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6
Ni2+
CH3 C N OH
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Ni(H2O)62+
CH3 C N OH
丁二酮肟
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O
O
CH3 C N
N C CH3
Ni
CH3 C N
N C CH3
O
O
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中和电荷
NiDx2/CHCl3
引入疏水基
萃取剂----“运载工具”
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7
亲水性水合阳离子→中性疏水螯合物→ 萃入有机相
+
8-羟基喹啉
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28
索氏 (Soxhlet) 萃取器
常将试样置于索氏萃取器中，用 溶剂连续抽提，然后蒸出溶剂， 便可达到含量较原试样增加上百 倍的试液，有利于后续的测定。
(人教版)天津高中化学必修二第七章《有机化合物》知识点总结(培优)
一、选择题1．下列说法正确的是（）A．某有机物燃烧只生成CO2和H2O,且二者物质的量相等,则此有机物的组成为C n H2n B．一种烃在足量的氧气中燃烧并通过浓H2SO4,减少的体积就是生成的水蒸气的体积C．某气态烃C x H y与足量O2恰好完全反应,如果反应前后气体体积不变（温度>100℃）,则y=4;若体积减小,则y>4;否则y<4D．相同质量的烃,完全燃烧,消耗O2越多,烃中含氢元素的质量分数就越高2．乙烯的结构简式是A．C2H4B．CH2=CH2C．CH2CH2D．3．下列说法正确的是A．C240和C540互为同素异形体B．氕、氘、氚是氢元素的三种核素，其中子数相同C．CH3COOH与HCOOCH2CH3互为同系物D．C3H8的一氯取代物有3种4．下列各组物质互为同分异构体的是（）A．甲烷和乙烷B．乙烷和乙烯C．溴苯和硝基苯D．葡萄糖和果糖5．下列关于乙醇(CH3CH2OH)的说法不正确的是A．与乙烯互为同系物B．可与酸性高锰酸钾溶液反应C．与乙酸(CH3COOH)在一定条件能发生酯化反应D．分子中含有羟基6．下列过程属于物理变化的是A．乙烯聚合B．石油裂化C．石油分馏D．煤的干馏7．化学与抗击“新冠”病毒密切相关。
下列说法错误的是A．双氧水中含有H2O2分子B．“84”消毒液应该避光保存C．过氧乙酸(CH3COOOH)的相对分子质量为76D．75%的酒精消毒效果不如95%的酒精8．央视纪录片《稻米之路》全面展示了“稻米”这种古老食物所走过的奇妙之旅。
下列有关说法不正确的是A．淀粉属于糖类，但没有甜味B．淀粉是天然高分子化合物C．淀粉在人体内水解最终生成葡萄糖D．大米中所含的主要营养物质是纤维素9．下列反应属于取代反应的是A．乙烯和溴的四氯化碳溶液反应B．乙烯和酸性高锰酸钾溶液反应C．在光照条件下甲烷和氯气反应D．在镍作催化剂、加热的条件下苯和氢气的反应10．下列说法正确的是A．CH2=CH2、三种物质中都有碳碳双键，都可发生加成反应B．1 mol 与过量的NaOH溶液加热充分反应，能消耗3mol NaOHC．将溴水加入苯中，溴水的颜色变浅，这是由于发生了取代反应D．用溴水即可鉴别苯酚溶液、2，4一己二烯和甲苯二、填空题11．食品安全关系国计民生,影响食品安全的因素很多.下面是以食品为主题的相关问题,请根据要求回答.(1)聚偏二氯乙烯()具有超强阻隔性能,可作为保鲜食品的包装材料.它是由___________ (写结构简式) 单体发生加聚反应生成的.若以乙炔为原料,通过加成反应生成1,1,2三氯乙烷,再和氢氧化钠醇溶液反应可合成这种单体,则在加成反应中宜选择的试剂是_________.(选填编号字母)a．HCl b．Cl2 c．HClO d．NaCl(2)人们从食用植物油中摄取的亚油酸[]对人体健康是十分有益的,然而市场上经常会出现价格低廉的植物油,其中的亚油酸含量很低.下列关于亚油酸的说法中不正确的是___________(选填编号字母).a．分子式为C18H34O2b．在食用油中亚油酸通常是以甘油酯的形式存在c．亚油酸属于一种不饱和低级脂肪酸,所以能和NaOH溶液反应d．亚油酸含量高的植物油在空气中易氧化变质(3)食用酱油中的“氯丙醇”是多种氯代丙醇的总称,它们是在酱油配制过程中植物蛋白水解发生一系列化学变化而产生的,氯丙醇中部分异构体对人体有不同程度的致癌效应.则氯丙醇中三氯丙醇异构体共有_________种(已知卤原子和羟基一般不会连在同一碳原子上).(4)在淀粉中加入吊白块制得的粉丝有毒.淀粉最终的水解产物是葡萄糖,请设计实验证明淀粉已经全部水解,写出操作方法、现象和结论______________.(5)木糖醇[CH2OH(CHOH)3CH2OH]作为一种甜味剂,食用后不会引起血糖升高,比较适合于糖尿病人食用.预测木糖醇能和新制备的Cu(OH)2浊液发生化学反应的依据是___________. (6)酒精在人体肝脏内可转化为多种有害物质,有机物A是其中的一种,对A的结构进行如下分析：①通过样品的质谱分析测得A的相对分子质量为60.②对A的水溶液进行测定发现该溶液pH＜7.③核磁共振氢原子光谱能对有机物分子中同性氢原子给出相同的峰值,根据峰值可以确定分子中氢原子的种类和数目.例如乙醇有三种氢原子(图1).经测定有机物A的核磁共振氢谱示意图如图2根据以上分析,写出A 的结构简式__________.12．某物质只含C 、H 、O 三种元素，其分子模型如图所示，分子中共有12个原子（图中球与球之间的连线代表单键、双键等化学键）。
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萃取操作的基本条件：
目的产物在所选溶剂中的溶解度 较大 所选溶剂与混合液溶剂(水)互不相溶 目的产物大部 分转移到溶剂
萃取工艺过程：
（1）发酵培养液预处理： • 过滤或离心——除去细胞及其他悬浮颗粒； • 絮凝、沉淀等——除蛋白质等高分子化合物； • 沉淀、络合——除高价无机离子； • 膜过滤、蒸发等——浓缩以减少萃取剂用量。 （2）两相混合萃取——使目的产物大部分转移到 萃取相。 （3）两相分离——离心、沉降等。 （4）产品回收与溶剂回收——蒸馏、反相萃取等。
培养液 溶 剂
混合器
沉降器
萃取相 萃余相
溶剂回收
目的产物
二次萃取或废液处理
萃取：目的产物转移至萃取相
萃取操作的特点：
（1）选择性好（沉淀法的分离基础是不同物质 在一个液相中的溶解度，蒸馏法不适合于蒸汽 压相近的组分）； （2）操作条件温和，适合于热敏物料的分离； （3）能量消耗较少，成本较低； （4）传质快，生产能力大，便于连续化操作； （5）采用多级萃取可达较高的分离程度； （6）不适合极性强的物质的分离； （7）有机溶剂法不适合活性物质的分离。
7.1概述
分离机理： • 萃取——是利用物质溶解于某种液体的 一种提取方法，它基于混合物中各组分 在同种溶剂中的溶解度不同而使所需组 分得以分离和浓缩。 • 不同的物质具有不同的极性（介电常数 不同），当溶质与某种溶剂的极性接近 时，溶质 在该溶剂中的溶解度就高。
萃取方法的适用性： • 非极性化合物、非水溶性化合物——易于萃取 分离 • 既溶于水又能溶于溶剂的弱极性化合物——可 萃取分离 • 极性化合物（离子型化合物）——多用离子交 换法分离
例如：红霉素 乙酸戊酯/水
K K0 KP K P [H ]
pH9.8 pH5.5
K=44.7 K=14.7 K=45 K=1/237
青霉素
乙酸戊酯/水
pH2.5 pH7.0
• pH对产物稳定性的影响。
（pH对不同物质K值的 影响有所不同，选择合适的pH可除去某些杂质。 • 当水相为酸性时，酸性溶质较易萃取到有机相， 而碱性杂质则成盐被留在水相中。
F
•从最后一个分离器取出萃余相，而萃取相从各级分离 器单独取出。 •可达高的溶质 回收率，但溶剂用量大，回收费用高， 在工业生产中很少使用，而在实验操作中应用较多。
S1
L1
S2
L2
S3
L3
混 合 器 1
F
分 离 器 1
R1
混 合 器 2
分 离 器 2
R2
混 合 器 3
分 离 器 3
R3
未被萃取的溶质分率 ： 一级 二级 n级
7.2溶剂萃取
7.2.1萃取原理 7.2.2溶剂的选择 7.2.3萃取操作方式 7.2.4操作条件
7.2.1萃取原理
（1）分配定律 当温度一定时，溶质在萃取相中的浓度与萃 余相中的浓度之比为一常数K——分配常数
C1 溶质在萃取相中的浓度 K C2 溶质在萃余相中的浓度
• 只适合于稀溶液的萃取系统；
7.2.3萃取操作方式
间歇 操作方式 连续 单级 多级 错流 逆流
单 级 错流 多 级 逆流 回流分级
7.2.3.1单级萃取
萃取相 L 混 合 器 料液 F 连续操作 分 离 器 萃余相 R 间歇操作
溶剂 S
萃取相 VS，C1
萃余相 VF，C2
7.2.3.1单级萃取
萃取相 VS，C1
萃余相 VF，C2 间歇操作
• 单级萃取只有在较大的分配系数下，采用较多 的溶剂才能达到较高的分离程度。
(1 ) (VF / VS ) K
• 采用单级萃取，溶剂用量大，萃取效度低，在 工业生产中很少应用。
7.2.3.2多级错流（并流）萃取
S1 混 合 器 1 L1 分 离 器 1 R1 S2 混 合 器 2 L2 分 离 器 2 R2 S3 混 合 器 3 L3 分 离 器 3 R3
• 对于碱性产物则相反，在碱性条件下较易萃取到 有机相，而将酸性杂质留在水相中。 酸性产物
溶液pH↑→K值↓ →溶质易分配到水相 溶液pH ↓ →K值↑→溶质易分配到溶剂相
（3）溶剂比的影响
• 溶剂用量大，溶质 收率高，分离级数可 减少。 S/F↑→ E↑→ （1-φ ） ↑
• 溶剂比增大，溶质浓度（CL）下降，溶 剂回收费用增大，能耗也相应增加。
理论收得率： E n 1 E 1 n 1 E 1
例：对于K=20，E=4的3级逆流萃取系统，试计算其理 论收得率与溶质的浓缩倍数（CL/CF）。
E 4 E 44 4 解：理论收得率： Y 1 4 4 0.988 98.8% E 1 4 1
一些溶剂的介电常数（25℃ ）
溶剂 己烷 环己烷
2.02 氯仿 4.87 丙酮 20.7
四氯化碳
2.24 乙酸乙酯 6.02 丙醇 22.2
苯
2.28 2-丁醇 15.8 乙醇 24.3
甲苯
2.37 1-丁醇 17.8 水 78.54 极性最强
1.90 介电常数 极性最小 溶剂 介电常数 溶剂 介电常数 二乙醚 4.43 1-戊醇 20.1
R3
R2
R1
在第一级中加入溶剂（S），并逐渐向下一级移动；而 在最后一级加入料液（F），并逐渐向前一级移动。萃取相 （L3）自最后级取出，而萃余相（R3）自第一级取出。
S
分 离 器 1 R3 混 合 器 1
L1 分 离 器 2 R2 混 合 器 2
L2
分 离 器 3 R1
L3 混 合 器 3 F
未被萃取的溶质分率 ： E 1 n1 E 1
S1 S 2 S 3 S n F R1 R2 Rn E E1 E 2 E n 1 n ( E 1) n
而理论收得率： 1 1 n 1 n ( E 1)
7.2.3.3 多级逆流（对流）萃取
S 分 离 器 1 混 合 器 1 L1 分 离 器 2 混 合 器 2 L2 分 离 器 3 L3 混 合 器 3 F
•萃取因素——溶质在萃取相与萃 余相中的数量之比。
C1VS VS E K C 2VF VF
•未被萃取的溶质分率：
C2VF 1 C1VS C2VF E 1
•溶质理论收得率：
KVS E K 1 E 1 KVS VF K VF / VS
单级萃取：
KVS E K 1 E 1 KVS VF K VF / VS
• 溶质对原溶剂（料液）和溶媒（萃取剂）之间 的互溶 度没有影响； • 溶质在两相中为同一种分子类型，即不发生缔 合或离解。
（2）分离因素
• 设原液中有溶质A和B，若A、B的分配系数不 同，则俩溶质可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 因素来表示：
K A C1 A / C1B K B C2 A / C2 B
又：
VL C L Y VF C F
可得：
C L VF Y C F VL
VF ， 萃取因素： E K VS
浓缩倍数：
VF K 20 ＝ ＝ ＝5 VS E 4
CL 5 0.988 4.94 CF
习题：对于K=5，溶剂总用量VS=0.6VF的 萃取系统，试分别计算采用单级、三级 错流和三级逆流萃取流程时，溶质 的理 论收得率，并对计算结果进行讨论。
（2）较大的分离因素——分离效果好
• 当目的产物与杂质的分配系数相差较大 时，分离的效果就越好，所得产品的纯 度就越高。 • 当目的产物与杂质的分配系数相差较小， β 值接近于1时，产物与杂质的分离效果 就差。 • 在许多时候，要综合K值和β 值的大小来 选择溶剂。
（3）溶剂与溶液的关系——便于两相 分散与分离
1 E1 1
1 2 （E 1 1)(E 2 1) ( 1 n ( E1 1)(E 2 1) ( E n 1)
S1 混 合 器 1
L1 分 离 器 1 R1
S2 混 合 器 2
L2 分 离 器 2 R2
S3 混 合 器 3
L3 分 离 器 3 R3
F
设： 则：
设：[AH]‘——有机相中游离酸的浓度 [AH]——水相中游离酸的浓度 [A-]——水相中酸根离子的浓度
• 两相中的实际分配系数为 ： K0= [AH]‘/[AH] • 由于，水相中的弱酸浓度是游离酸与酸根离子 的总和，于是表观分配系数为： K= [AH]‘/([AH]+[A-] • 将以上三式化简后合并可得：
7.2.4操作条件
（1）温度 • 生物产品的稳定性； • 较高的温度常引起两相（溶剂与料液） 部分互溶，萃取效率下降。 • 温度低，液体粘度增大，扩散系数减少， 传质受一定影响。 • 采用低温萃取时，将增加萃取系统的冷 却负荷和动力消耗。
（2）pH
• pH影响分配系数，因而对萃取收率影响很大。
[H ] K K0 K P [H ]
S/F↓→ CL ↓→溶剂回收费用 ↑
（4）盐析剂的影响
• 加入一定量的盐析剂后，弱电解质在水 中的溶解度下降，K值增大。 如：在VB12提取时，常加入硫酸铵提高 K值；而用乙酸丁酯萃取青霉素，常加食 盐以提高K值。 • 加入盐析剂后，萃余相密度增大，有助 于两相分离。
（5）乳化与去乳化
第七章 萃取
7.1概述 7.2溶剂萃取 7.3固液萃取 7.4双水相萃取
7.1概述
萃取技术的发展： • 溶剂萃取法是20世纪40年代兴起的一项化工分 离技术。 • 60年代后在生物工业得以广泛应用，如抗生素、 有机酸、维生素、激素等。 • 80年代后，萃取技术与其他技术相结合产生了 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）、双水相萃取等。这些新 技术被用来分离DNA重组技术和动植物细胞工 程的生物产品。
目的产物在所选溶剂中的溶解度 较大 所选溶剂与混合液溶剂(水)互不相溶 目的产物大部 分转移到溶剂
萃取工艺过程：
（1）发酵培养液预处理： • 过滤或离心——除去细胞及其他悬浮颗粒； • 絮凝、沉淀等——除蛋白质等高分子化合物； • 沉淀、络合——除高价无机离子； • 膜过滤、蒸发等——浓缩以减少萃取剂用量。 （2）两相混合萃取——使目的产物大部分转移到 萃取相。 （3）两相分离——离心、沉降等。 （4）产品回收与溶剂回收——蒸馏、反相萃取等。
培养液 溶 剂
混合器
沉降器
萃取相 萃余相
溶剂回收
目的产物
二次萃取或废液处理
萃取：目的产物转移至萃取相
萃取操作的特点：
（1）选择性好（沉淀法的分离基础是不同物质 在一个液相中的溶解度，蒸馏法不适合于蒸汽 压相近的组分）； （2）操作条件温和，适合于热敏物料的分离； （3）能量消耗较少，成本较低； （4）传质快，生产能力大，便于连续化操作； （5）采用多级萃取可达较高的分离程度； （6）不适合极性强的物质的分离； （7）有机溶剂法不适合活性物质的分离。
7.1概述
分离机理： • 萃取——是利用物质溶解于某种液体的 一种提取方法，它基于混合物中各组分 在同种溶剂中的溶解度不同而使所需组 分得以分离和浓缩。 • 不同的物质具有不同的极性（介电常数 不同），当溶质与某种溶剂的极性接近 时，溶质 在该溶剂中的溶解度就高。
萃取方法的适用性： • 非极性化合物、非水溶性化合物——易于萃取 分离 • 既溶于水又能溶于溶剂的弱极性化合物——可 萃取分离 • 极性化合物（离子型化合物）——多用离子交 换法分离
例如：红霉素 乙酸戊酯/水
K K0 KP K P [H ]
pH9.8 pH5.5
K=44.7 K=14.7 K=45 K=1/237
青霉素
乙酸戊酯/水
pH2.5 pH7.0
• pH对产物稳定性的影响。
（pH对不同物质K值的 影响有所不同，选择合适的pH可除去某些杂质。 • 当水相为酸性时，酸性溶质较易萃取到有机相， 而碱性杂质则成盐被留在水相中。
F
•从最后一个分离器取出萃余相，而萃取相从各级分离 器单独取出。 •可达高的溶质 回收率，但溶剂用量大，回收费用高， 在工业生产中很少使用，而在实验操作中应用较多。
S1
L1
S2
L2
S3
L3
混 合 器 1
F
分 离 器 1
R1
混 合 器 2
分 离 器 2
R2
混 合 器 3
分 离 器 3
R3
未被萃取的溶质分率 ： 一级 二级 n级
7.2溶剂萃取
7.2.1萃取原理 7.2.2溶剂的选择 7.2.3萃取操作方式 7.2.4操作条件
7.2.1萃取原理
（1）分配定律 当温度一定时，溶质在萃取相中的浓度与萃 余相中的浓度之比为一常数K——分配常数
C1 溶质在萃取相中的浓度 K C2 溶质在萃余相中的浓度
• 只适合于稀溶液的萃取系统；
7.2.3萃取操作方式
间歇 操作方式 连续 单级 多级 错流 逆流
单 级 错流 多 级 逆流 回流分级
7.2.3.1单级萃取
萃取相 L 混 合 器 料液 F 连续操作 分 离 器 萃余相 R 间歇操作
溶剂 S
萃取相 VS，C1
萃余相 VF，C2
7.2.3.1单级萃取
萃取相 VS，C1
萃余相 VF，C2 间歇操作
• 单级萃取只有在较大的分配系数下，采用较多 的溶剂才能达到较高的分离程度。
(1 ) (VF / VS ) K
• 采用单级萃取，溶剂用量大，萃取效度低，在 工业生产中很少应用。
7.2.3.2多级错流（并流）萃取
S1 混 合 器 1 L1 分 离 器 1 R1 S2 混 合 器 2 L2 分 离 器 2 R2 S3 混 合 器 3 L3 分 离 器 3 R3
• 对于碱性产物则相反，在碱性条件下较易萃取到 有机相，而将酸性杂质留在水相中。 酸性产物
溶液pH↑→K值↓ →溶质易分配到水相 溶液pH ↓ →K值↑→溶质易分配到溶剂相
（3）溶剂比的影响
• 溶剂用量大，溶质 收率高，分离级数可 减少。 S/F↑→ E↑→ （1-φ ） ↑
• 溶剂比增大，溶质浓度（CL）下降，溶 剂回收费用增大，能耗也相应增加。
理论收得率： E n 1 E 1 n 1 E 1
例：对于K=20，E=4的3级逆流萃取系统，试计算其理 论收得率与溶质的浓缩倍数（CL/CF）。
E 4 E 44 4 解：理论收得率： Y 1 4 4 0.988 98.8% E 1 4 1
一些溶剂的介电常数（25℃ ）
溶剂 己烷 环己烷
2.02 氯仿 4.87 丙酮 20.7
四氯化碳
2.24 乙酸乙酯 6.02 丙醇 22.2
苯
2.28 2-丁醇 15.8 乙醇 24.3
甲苯
2.37 1-丁醇 17.8 水 78.54 极性最强
1.90 介电常数 极性最小 溶剂 介电常数 溶剂 介电常数 二乙醚 4.43 1-戊醇 20.1
R3
R2
R1
在第一级中加入溶剂（S），并逐渐向下一级移动；而 在最后一级加入料液（F），并逐渐向前一级移动。萃取相 （L3）自最后级取出，而萃余相（R3）自第一级取出。
S
分 离 器 1 R3 混 合 器 1
L1 分 离 器 2 R2 混 合 器 2
L2
分 离 器 3 R1
L3 混 合 器 3 F
未被萃取的溶质分率 ： E 1 n1 E 1
S1 S 2 S 3 S n F R1 R2 Rn E E1 E 2 E n 1 n ( E 1) n
而理论收得率： 1 1 n 1 n ( E 1)
7.2.3.3 多级逆流（对流）萃取
S 分 离 器 1 混 合 器 1 L1 分 离 器 2 混 合 器 2 L2 分 离 器 3 L3 混 合 器 3 F
•萃取因素——溶质在萃取相与萃 余相中的数量之比。
C1VS VS E K C 2VF VF
•未被萃取的溶质分率：
C2VF 1 C1VS C2VF E 1
•溶质理论收得率：
KVS E K 1 E 1 KVS VF K VF / VS
单级萃取：
KVS E K 1 E 1 KVS VF K VF / VS
• 溶质对原溶剂（料液）和溶媒（萃取剂）之间 的互溶 度没有影响； • 溶质在两相中为同一种分子类型，即不发生缔 合或离解。
（2）分离因素
• 设原液中有溶质A和B，若A、B的分配系数不 同，则俩溶质可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 因素来表示：
K A C1 A / C1B K B C2 A / C2 B
又：
VL C L Y VF C F
可得：
C L VF Y C F VL
VF ， 萃取因素： E K VS
浓缩倍数：
VF K 20 ＝ ＝ ＝5 VS E 4
CL 5 0.988 4.94 CF
习题：对于K=5，溶剂总用量VS=0.6VF的 萃取系统，试分别计算采用单级、三级 错流和三级逆流萃取流程时，溶质 的理 论收得率，并对计算结果进行讨论。
（2）较大的分离因素——分离效果好
• 当目的产物与杂质的分配系数相差较大 时，分离的效果就越好，所得产品的纯 度就越高。 • 当目的产物与杂质的分配系数相差较小， β 值接近于1时，产物与杂质的分离效果 就差。 • 在许多时候，要综合K值和β 值的大小来 选择溶剂。
（3）溶剂与溶液的关系——便于两相 分散与分离
1 E1 1
1 2 （E 1 1)(E 2 1) ( 1 n ( E1 1)(E 2 1) ( E n 1)
S1 混 合 器 1
L1 分 离 器 1 R1
S2 混 合 器 2
L2 分 离 器 2 R2
S3 混 合 器 3
L3 分 离 器 3 R3
F
设： 则：
设：[AH]‘——有机相中游离酸的浓度 [AH]——水相中游离酸的浓度 [A-]——水相中酸根离子的浓度
• 两相中的实际分配系数为 ： K0= [AH]‘/[AH] • 由于，水相中的弱酸浓度是游离酸与酸根离子 的总和，于是表观分配系数为： K= [AH]‘/([AH]+[A-] • 将以上三式化简后合并可得：
7.2.4操作条件
（1）温度 • 生物产品的稳定性； • 较高的温度常引起两相（溶剂与料液） 部分互溶，萃取效率下降。 • 温度低，液体粘度增大，扩散系数减少， 传质受一定影响。 • 采用低温萃取时，将增加萃取系统的冷 却负荷和动力消耗。
（2）pH
• pH影响分配系数，因而对萃取收率影响很大。
[H ] K K0 K P [H ]
S/F↓→ CL ↓→溶剂回收费用 ↑
（4）盐析剂的影响
• 加入一定量的盐析剂后，弱电解质在水 中的溶解度下降，K值增大。 如：在VB12提取时，常加入硫酸铵提高 K值；而用乙酸丁酯萃取青霉素，常加食 盐以提高K值。 • 加入盐析剂后，萃余相密度增大，有助 于两相分离。
（5）乳化与去乳化
第七章 萃取
7.1概述 7.2溶剂萃取 7.3固液萃取 7.4双水相萃取
7.1概述
萃取技术的发展： • 溶剂萃取法是20世纪40年代兴起的一项化工分 离技术。 • 60年代后在生物工业得以广泛应用，如抗生素、 有机酸、维生素、激素等。 • 80年代后，萃取技术与其他技术相结合产生了 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）、双水相萃取等。这些新 技术被用来分离DNA重组技术和动植物细胞工 程的生物产品。