萃取和浸取.
溶剂萃取原理
原理示意图利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数[1]的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。
经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物提取出来。
分配定律是萃取方法理论的主要依据，物质对不同的溶剂有着不同的溶解度。
同时，在两种互不相溶的溶剂中，加入某种可溶性的物质时，它能分别溶解于两种溶剂中，实验证明，在一定温度下，该化合物与此两种溶剂不发生分解、电解、缔合和溶剂化等作用时，此化合物在两液层中之比是一个定值。
不论所加物质的量是多少，都是如此。
属于物理变化。
用公式表示。
CA/CB=KCA.CB分别表示一种化合物在两种互不相溶地溶剂中的量浓度。
K是一个常数，称为“分配系数”。
有机化合物在有机溶剂中一般比在水中溶解度大。
用有机溶剂提取溶解于水的化合物是萃取的典型实例。
在萃取时，若在水溶液中加入一定量的电解质（如氯化钠），利用“盐析效应”以降低有机物和萃取溶剂在水溶液中的溶解度，常可提高萃取效果。
要把所需要的化合物从溶液中完全萃取出来，通常萃取一次是不够的，必须重复萃取数次。
利用分配定律的关系，可以算出经过萃取后化合物的剩余量。
设：V为原溶液的体积w0为萃取前化合物的总量w1为萃取一次后化合物的剩余量w2为萃取二次后化合物的剩余量w3为萃取n次后化合物的剩余量S为萃取溶液的体积经一次萃取，原溶液中该化合物的浓度为w1/V；而萃取溶剂中该化合物的浓度为(w0-w1)/S；两者之比等于K，即：w1/V =K w1=w0 KV(w0-w1)/S KV+S同理，经二次萃取后，则有w2/V =K 即(w1-w2)/Sw2=w1 KV =w0 KVKV+S KV+S因此，经n次提取后:wn=w0 ( KV )KV+S当用一定量溶剂时，希望在水中的剩余量越少越好。
而上式KV/(KV+S)总是小于1，所以n越大，wn就越小。
也就是说把溶剂分成数次作多次萃取比用全部量的溶剂作一次萃取为好。
但应该注意，上面的公式适用于几乎和水不相溶地溶剂，例如苯，四氯化碳等。
溶剂萃取和浸取
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。
用温水从甜菜中提取糖， 用有机溶剂从大豆、花生等油料作物中提取食用油， 用水或有机溶剂从植物中提取药物、香料或色素等。
几种萃取方法的比较
萃取方法
液-固萃取
原
理
应 用
属于用液体提取固体原料中有 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。 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。
超临界流体萃取
第一节 溶剂萃取
一、溶剂萃取过程的理论基础
1．物质的溶解和相似相溶原理
从热力学角度考虑，一个过程要能自动进行，体系的自
由能应下降，自由能的变化包括焓变化和熵变化两部分：
为了简单起见，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。
若原来料液中除溶质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就得到了一定程度
的分离。 β越大，A、B的分离效果越好，即产物与杂质越容易 分离。
5．水相条件的影响
发酵液中存在与产物性质相近的杂质、未完全利用的底物、无机
溶剂萃取应用
1）青霉素萃取
青霉素是有机酸 , pH 值对 其分配系数有很大影响。很 明显 , 在较低 pH 下有利于青 霉素在有机相中的分配 , 当 pH 大于 6.0 时 , 青霉素几乎完 全分配于水相中。从图中可 知 , 选择适当的 pH, 不仅有利 于提高青霉素的收率 , 还可 根据共存杂质的性质和分配 系数 , 提高青霉素的萃取选择 性。
萃取
二2乙基己基磷酸（DEHPA）
有机磷类萃取剂与目标溶质发生络合反应，而易于 转移到萃取相，在类似的条件下，用有机磷类化合 物萃取弱有机酸比醋酸丁酯等碳氧类萃取剂分配比 要高很多。
胺类萃取剂(三辛胺) 可与目标溶质发生反应， 用胺类长链脂肪酸从水溶液中萃取带质子的有机 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。
弱酸的表观分配系数：K=K0 /(1 ＋10 pH － pK ) 弱酸的表观分配系数： K=K0 /(1 ＋10 pK － pH )
举例：
青霉素 ( pK2.75 ) 工业钾盐 ：
预处理及过滤
发酵液
滤洗液
调
萃 取
pH2.02.5 1/3 v/v
丁酯逆流萃取
萃取液
NaCl 盐析脱水
丁酯逆流萃取
结晶液
溶剂萃取概述
5.1萃取的基本概念
①萃取(extraction)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。 溶质从料液转移到萃取剂的过程
Light phase
溶剂萃取概述
杂质
溶质 萃取剂 原溶剂
Heavy phase
溶质在两相中的分配平衡是状态的函数，与 萃取操作形式(两相接触状态)无关。 达到分配平衡所需的时间与萃取速率有关， 而萃取速率不仅是两相性质的函数，更主要 的是受相间接触方式即萃取操作形式的影响。
适用于不同规模 传质快 周期短，便于连续操作 毒性与安全环境问题
5.2萃取过程的定律
液液萃取是以分配定律为基础 分配定律：一定T、P下，溶质在两个互不相溶的溶剂中 分配，平衡时，溶质在两相中浓度之比为常数。
A-分配常数
A
C1 萃取相的浓度 C2 萃余相的浓度
萃取技术 认识萃取设备
填料萃取塔
01 任务一 认识萃取装置
填料萃取塔的特点： ① 结构简单，造价低廉，操作方便； ② 生产强度小，传质效率较低。填 料萃取塔适用于腐蚀性料液、处理量 较小、工艺要求的理论级数小于3的 场合。
01 任务一 认识萃取装置
⑶ 转盘萃取塔
1951年，Reman研究开发了转盘萃取塔，其基本结构如图所示。
认 识 萃 取 设 备
01 任务一 认识萃取装置
子任务1 认识萃取设备
萃取设备是溶剂萃取过程中实现两相接触与分离的装置。在液液萃取过程中， 轻重两相在萃取设备内充分接触，呈湍流流动，实现两相之间的质量传递后， 又能较快地分离，包括混合和分离两个部分。
01 任务一 认识萃取装置
子任务1 认识萃取设备
一般地，液体混合物（原料液以F表示）中，易溶于溶剂的组分称为溶质 （以A表示），难溶于溶剂的组分称为原溶剂（以B表示），选定的溶剂为萃取 剂（以S表示）。萃取剂应对原料液中的溶质应具有尽可能大的溶解度，而对 原溶剂应完全不互溶或部分互溶。
(1)若萃取剂对原溶剂完全不互溶，则萃取剂与原料液混合后会成为两相， 其中一相以萃取剂为主，溶有较多的溶质，称为萃取相（以E表示）；另一相 以原溶剂为主，溶有未被萃取的溶质，称为萃余相（以R表示）。
在萃取过程中，轻、重两相分别由塔底和塔顶进入，由塔顶 和塔底排出。萃取时，连续相充满整个填料塔，分散相由分布器 分散成液滴，与连续相逆流接触中进行传质。为了使分散相更好 地分散成液滴，有利于两相接触传质分离，萃取塔宜选用不易被 分散相润湿的填料，通常，陶瓷材料易为水溶液润湿，塑料填料 易被大部分有机液体润湿，而金属材料无论对水或者是对有机溶 剂均能润湿，常用的填料有拉西环、鲍尔环以及鞍型等。
筛板萃取塔
萃取的方法
萃取的方法
萃取是一种常用的化学分离方法，其基本原理是利用物质在两种不互溶的溶剂中的溶解度或分配比的不同，从而实现物质的分离。
以下是一些常见的萃取方法：
1. 液-液萃取：这是最常见的萃取方法，涉及两种不互溶的液体（通常是水和有机溶剂）之间的分离。
例如，油和水可以通过在油水混合物中加入有机溶剂来分离。
2. 液-固萃取：也称为浸提，这种方法用于从固体物质中提取某些成分。
通常是将固体物质浸泡在溶剂中，然后通过加热或其他方式使溶剂蒸发，从而提取出所需的成分。
3. 固-液萃取：也称为升华，这种方法通常用于从固体物质中提取某些挥发性成分。
通过加热固体物质，使所需的成分从固体中升华出来，然后将其冷凝并收集。
4. 微型萃取技术：微型萃取技术是在实验室规模上应用的微小型化
萃取技术，通过这种方法可以在微小的体积上完成样品的处理和分离。
这种技术可以提高效率并减少试剂的使用量。
5. 超临界流体萃取：超临界流体萃取是一种使用超临界流体作为萃取剂的萃取方法。
超临界流体是一种介于气体和液体之间的状态，具有高密度和低粘度。
这种方法可以用于从固体或液体中提取某些成分。
溶剂萃取和浸取
要成功地运用两水相萃取的方法，应满足下列 条件（×）
① 欲提取的酶和细胞应分配在不同的相中； ② 酶的分配系数应足够大，使在一定的相体积
比时，经过一次萃取，就能得到高的收率； ③ 两相用离心机很容易分离。
2. 两水相反应器
在两水相系统中进行转化翻译功能，如酶促反 应，可以把产物移入另一相中，消除产物抑制， 因而提高了产率。这实际上是一种反应和分离 耦合的过程，有时也称为萃取生物转化；如果 发生的是一种发酵过程，则也称为萃取发酵， 因而此时也可以把两水相系统称为两水相反应 器。
6.2 溶剂萃取技术
就是在液体混合物(原料液)中加入一种与其 基本不相混溶的液体作为溶剂，构成第二相， 利用原料液中各组分在两个液相中的溶解度 不同而使原料液混合物得以分离。选用的溶 剂称为萃取剂，以S表示；原料中容易溶于S 的组分，称为溶质，以A表示；难溶于S的组 分称为原溶剂(或稀释剂)，以B表示。
概念：萃取是利用溶质在互不混溶的两相之间分 配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的技术。
分类：
参与溶质 分配的两 相不同
液-固萃取 液-液萃取
萃取原理
物理萃取 化学萃取 双水相萃取 超临界萃取
液-固萃取
概念：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固-液萃取，也称浸取 或浸出。
应用：
溶媒剂(带溶剂)
为提高分配系数K，常添加带溶剂。带溶剂是指 能和产物形成复合物，促使产物更易溶于有机溶 剂相中，在一定条件下又要容易分解的物质。
青霉素作为一种酸，可用脂肪碱作为带溶剂。青霉素能 和正十二烷胺、四丁胺等形成复合物而溶于氯仿中。这 样萃取收率能够提高，且可以在较有利的pH范围内操作。 这种正负离子结合成对的萃取，也称为离子对萃取。
萃取分离
萃取分离技术Extraction 5.1 概述利用物质在互不相容的两相之间溶解度的不同而使物质得到分离纯化或浓缩的方法称为萃取。
目标物液体：液液萃取固体：液固萃取（浸取）有机溶剂萃取双水相萃取液膜萃取反胶束萃取超临界萃取5.2 液固萃取（浸取）¾液固萃取，又称浸取或提取，是一种分离和富集某些天然产物、生化试剂和添加剂的有效手段。
由于溶剂渗入固体试样内部是比较缓慢的过程，因此液固萃取需要较长的时间，一般需要连续萃取。
浸提分为冷浸和热浸两种：¾冷浸法：适用于提取遇热易被破坏的物质及含淀粉、树胶、果胶、黏液质的样品。
¾热浸法：由于提高温度有利于有效成分的溶解度故提取效果较冷浸好。
该方法操作时间长，浸出溶剂用量大，往往浸出效率差，不易完全浸出，不适合有效成分含量低的原料。
为了有效成分的浸出，固体样品尽量粉碎传统的液固萃取装置是利用索氏（Soxhlet）提取器浸取在食品工业中的应用食用油¾除了采用传统的压榨法外，常采用溶剂浸提其中所含的油脂。
黄豆经溶剂浸提后，豆渣中残油量往往低于l%，远较压榨法的豆渣的残油率2%~2.5%为低。
除了油料种籽可以采用浸提法抽取其所含的油脂外，有时还采用浸提法抽取鱼肝或鱼皮的油脂。
常用溶剂：己烷、庚烷、环己烷速溶咖啡¾从咖啡豆中浸提出可溶性成分，经喷雾干燥或冷冻干燥可制得速溶咖啡。
食品功能成分的提取5.3 溶剂萃取法(Solvent Extraction)杂质目的产物料液萃取剂Light phaseHeavy phase溶剂萃取过程示意图实验室溶剂萃取过程分液漏斗有机相水相溶剂萃取法的原理萃取是根据不同物质在两相中分配平衡的差异是实现分离的。
物理萃取：利用溶剂对需分离的组分有较高的溶解能力，分离过程纯属物理过程，理论基础是分配定律；化学萃取：溶剂首先有选择性地与溶质化合或络合，从而在两相中重新分配而达到分离目的，服从相律及一般化学反应的平衡定律。
生物工程下游技术教案-第四章
第四章萃取一、本章基本要求：（1）掌握溶剂萃取法的基本理论、工艺过程以及基本的计算；（2）掌握双水相萃取的一般方法；（3）掌握反胶束溶液形成的条件及反胶束萃取的适用范围；（4）掌握超临界的萃取原理；（5）了解溶剂萃取法所用设备；（6）了解影响双水相萃取的因素；（7）了解SC- CO2萃取流程在及在生物、食品工业中的应用。
二、教学的重点和难点：重点：超临界的萃取原理；反胶束萃取蛋白质的基本原理及影响反胶束萃取蛋白质的主要因素；双水相萃取理论及影响因素；溶剂萃取过程的理论基础及萃取剂的选择。
难点：超临界的萃取原理；反胶束萃取蛋白质的基本原理；双水相萃取理论；溶剂萃取过程的理论基础三、主要教学设计（方法、手段等）：本章第一次课对本章的内容做一大致介绍，以一张萃取的分类图表示。
每次课之前5分钟对上次的内容进行复习，以加深学生印象。
对本章的内容主要是用讲述的形式，中间以提问的形式加强有力互动和提高学生的注意力，每小节给予一定的思考题。
四、学时分配：1.溶剂萃取和浸取（4学时）2.双水相萃取法（2学时）3.反胶束萃取法（2学时）4.超临界CO2萃取（2学时）五、参考资料及补充习题：思考题：1、何谓溶剂萃取？其分配定律的适用条件是什么？3、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？4、在发酵工业中，去乳化有何实际意义？5、类固醇萃取：含有6.8mg/l类固醇的水溶液被二氯甲烷提取,已知类固醇的平衡常数为170,萃取中水与溶剂的比例为82,问提取后有机相的浓度是多少?类固醇被提取的收率是多少?6、比较溶剂萃取与浸取的异同点？7、生物萃取与传统萃取相比的特殊性。
8、描述浸出的基本过程？9、溶剂萃取、反萃取、浸取、乳化、分离因素、表面活性剂10、已知弱酸和弱碱在水相中的电离平衡Kp，由下图试推导出K和K0、KP的关系式可经理论推导如下：K=K0[H+]/（KP +[H+]）（弱酸）K=K0KP /（KP +[H+]）（弱碱）11、某澄清的发酵液中含260mg/l放线菌D,现用醋酸丁酯进行多级萃取。
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8．影响因素
02
（1）萃取剂
萃取剂S的选择性 要求萃取剂S对溶质A的分配系数大， 对原溶剂B的分配系数小，选择性系数β值大。
萃取剂S与原溶剂B的互溶度要小。
萃取剂S与原溶剂B之间要有密度差。界面溶剂的张力要 适中。 溶剂的粘度要低。必要时，加稀释剂。 （2）温度 温度升高，溶解度增加；两相互溶度增大； 温度过低，溶剂粘度增大，不利于传质。萃取操作一般 在室温或较低温度下进行。
当萃取因子E相同时，萃取级数n越多，理论收率η越高； 实际不超过4级。 当萃取级数n相同时，萃取因素E越大（萃取剂用量）， 理论收率η越高。
3.多级逆流萃取
萃余液 萃余液 废液
料液
混合分离器1
混合分离器2
混合分离器n
溶剂
产物＋溶剂
多级逆流萃取流程的特点：料液走向和萃取剂走向相反，只 在最后一级中加入萃取剂，萃取剂消耗少，萃取液产物平均 浓度高，产物收率较高。 工业上多采用多级逆流萃取流程。
油 相 水相 油相 水 相 油相
油 相
油 相 去三废 冷 盐 水
板框 过滤机
水
离 心机
废甲 苯贮罐
萃取分率
( E1 1)(E2 1)( En 1) 1 100% ( E1 1)(E2 1)( En 1)
当各级萃取因素E值都相同时
( E 1) n 1 100% n ( E 1)
（7）不连续相的分散程度 不连续相的分散程度越大，越有利于提高 两相的接触面积，有助于传质，提高萃取速度，但过分分散不利两相分
层，会使两相分层所需时间延长，不利于萃取操作。
（8）原液中被萃取组分的浓度 提高原液中被萃取组分的浓度，有助 于提高萃取速度，有利于快速达到萃取平衡。但被萃取组分浓度提高也
4．微分萃取
塔内溶质在其流动方向的浓
度变化是连续的，需用微分 方程来描述塔内溶质的质量
守恒定律，称为微分萃取。
塔式液液萃取流程
03
第三节 溶剂萃取技术实施
一、萃取单元工艺构成
萃取操作包括三个步骤：Fra bibliotek
①混和
②分离
可分为2步操作或合并为一步
③溶媒回收。
二、萃取设备
1．萃取设备选择
HxF Hx Ly y kx
x xF 1 kx y F 1
kL 规定 H
萃取因子
y Lx 萃取分率或收率 HxF 1
2.多级错流萃取
料液 萃余相 萃余相 萃余相
混合分离器1
萃取相 溶剂 溶剂
混合分离器2
萃取相 溶剂
混合分离器n
萃取相
蒸出溶剂
（3）原溶液pH值 pH值对分配系数有显著影响。 如青霉素在pH=2时，醋酸丁酯萃取液中青霉素酸含量达12.5%， 当pH>6.0时，青霉素几乎全部分配在水相中。红霉素是碱性，在乙 酸戊酯和pH=9.8的水相之间分配系数为44.7，pH=5.5时，分配 系数降至14.4。
反萃取 调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作。 例如，在pH值为10~10.2的水溶液中萃取红霉素，而反萃取则在 pH=5.0的水溶液中进行。 （4）盐析剂 降低溶质A在水中的溶解度，使其向有机相中转移。如 萃取青霉素加入NaCl，萃取维生素B12时添加（NH4）2SO4
萃取液
多级错流萃取的特点： 每级均加新鲜溶剂，溶剂消耗量大，得到的萃取液产物平 均浓度较稀，但萃取较完全；萃取剂价廉时才用 。
多级错流萃取流程示意图
萃取罐
中和 罐
NaOH
酸化混 合罐
分离罐
混 合罐
分离罐
混合 罐
分离罐
脱色 罐
结 晶罐
酸
盐酸 水 水 相 蒸汽
水
苯 水 相 蒸汽
水
活性炭
水 相 蒸汽
蒸汽
（1）级数 当需要理论级数不超过2～3级时，各种萃取设备均可满 足要求；当需要理论级数达4～5级时，可选用筛板塔；当需要的理 论级数达10～20级时，可选用有外加能量的设备，如脉冲塔、往复 筛板塔、转盘塔等。
（2）生产能力 处理量较小时，可选用填料塔、脉冲塔；处理量较 大时，可选用混合澄清器、筛板塔、转盘塔或离心萃取器。 （3）物系性质 密度差较大、界面张力较小的物系，可选用无外加 能量的设备；对密度差较小、界面张力较大的物系，宜选用有外加能 量的设备；对密度差甚小、界面张力小、易乳化的物系，应选用离心 萃取器。
01
第四章 萃取和浸取技术
第一节 溶剂萃取单元的主要任务
一、萃取的目的 ①分离 ②相转移 ③浓缩
二、萃取单元的主要任务
对混合物进行分析，选择适宜的萃取剂； 按生产能力，综合考虑安全、生产成本、工艺的可控性，选择操作方式： 逆流萃取或并流萃取，单级萃取或多级萃取； 混合，使溶质在两个液相间转移，实现目标产物与其它组分分离。控制好 相应的工艺条件，尽可能提高溶质的萃取率和减少对药物的破坏； 分相，从成本考虑以及结合循环经济，尽可能做到萃取剂的循环使用； 安全生产，大多萃取剂易燃，在生产过程中，要注意防火防爆。
多级逆流液液流程示意图
溶剂萃取
萃取分率
n1 1 n n1 1
当萃取因素ε相同时，萃取级数n越多，理论收率η越高； 实际不超过4级。 当萃取级数n相同时，萃取因素E越大（萃取剂用量）， 理论收率η越高。
当萃取剂用量相同时，萃取级数越多，理 论收率越高； 多级逆流萃取的理论收率高于多级错流萃 取的理论收率。
盐析剂的添加要适量，用量过多时可促使杂质也转入有机相。
（5）萃取时间 一般10~15min。
（6）两相的体积比 增大萃取剂与原溶剂的体积比，有助于提高被萃
取组分向有机相的扩散，提高萃取分率（收率），萃取剂体积过大，会 使被萃取组分在萃取相中浓度降低，不利于后序处理，加大有机溶剂回
收的成本，使杂质成份在有机相中含量加大。
可能使杂质浓度提高，影响萃取质量。
三、溶剂萃取方式及有关计算
1．单级萃取
图4-4 单级萃取
溶质A在萃取前、后总质量相等
HxF Ly F Hx Ly
H-料液中溶剂的质量或物质的量；L-萃取剂S的质量或物质的量； xF-初始料液中溶质A的浓度；yF-萃取剂中溶质A的浓度； X-平衡后萃余相R中溶质A的浓度；y-平衡后萃取相E中溶质A的浓度