第4章萃取设备
4章萃取3第二节萃取过程的流程和计算
4-2-0 萃取过程概述
中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 化 工 系
萃取设备可以分为“级式” 萃取设备可以分为“级式”和“连续式”两类。对于前 连续式”两类。 者，既可以进行间歇操作也可以进行连续操作， 既可以进行间歇操作也可以进行连续操作， 其主要计算是求所需的理论级数 相当于 其主要计算是求所需的理论级数(相当于 T)；后者计算传质 理论级数 相当于N ；后者计算传质 单元数(NOE)。 单元数 。 因为一个实际萃取级达不到一个理论级的分离能力， 因为一个实际萃取级达不到一个理论级的分离能力，所 理论级的分离能力 以要用“级效率”予以校正。级效率通常是由实验测得。 以要用“级效率”予以校正。级效率通常是由实验测得。
B, Xn-1
n 级
S,Yn
SYS + BX n1 = SYn + BX n
B B Yn = Xn + (Ys + Xn1) S S
S,YS
B, Xn
(4-15)
4-15为B，S完全不互溶时的操作线方程 是斜率为-B/S，通过点（Xn-1，Ys）的直线 且当n=1时， Xn-1=XF
中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 化 工 系
Rn ↑ Rn
E1
S↓
E1
S↑
2.级间的物衡 级间的物衡
E1'
中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 化 工 系
F 1 E1
R1 2 E2
R2 3 E3
Rn-1 N En
Rn S R n'
第1级：F+E2=E1+R1 级 第2级：R1+E3=E2+ R2 级 第n级：Rn-1+S=En+ Rn 级 …
制药工程原理与设备习题集.
第1章1.稳态流动、非稳态流动、理想流体、表压强、真空度、直管阻力、局部阻力2．依据雷诺准数从高到低，管内流动流体的流动状态可划分为层流区、过渡区、湍流区。
3.大气压强为9.81×104Pa时，真空度1×104Pa对应的绝对压强是 8.81*10^4 Pa。
4. 一定流量的水在圆形直管内呈层流流动，若将管内径增加一倍，流速将为原来的（ A）倍。
A 0.25B 0.5C 2D 45.某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则层流时，流动阻力变为原来的(C )。
A．4 倍 B．8 倍 C．16 倍 D．32 倍6.大气压强为9.81×104Pa时，表压1.2×103Pa对应的绝对压强是（A ）Pa.A 9.93×104 B9.69×104 C 9.81×104 D 9.69×1037. 水以2m·s-1的流速在Ø35mm×2.5mm钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s，密度为1000kg·m-3,其流动类型为（ B ）。
A. 层流B. 湍流C. 过渡流D.无法确定8. 装在某设备进口处的真空表读数为-50kPa,出口压力表的读数为100kPa, 此设备进出口之间的绝对压强差为( A )kPa。
A. 150B. 50C. 759. 如左图安装的压差计，当拷克缓慢打开时，压差计中的汞面将（ B ）。
A. 左低右高B. 等高C. 左高右低D. 无法确定10.现要输送45m3.h-1的水，若管内水的流速约取2.5m.s-1，则可选（B ）钢管。
A. φ76×3mmB. φ88.5×4mmC. φ108×4mm11.请用所学知识，解释空气能够托起沉重的飞机飞行的原因。
12.请用所学知识，解释“船吸现象”。
化工原理(下)第4章液液萃取
组成在等腰直角三角形坐标图上的表示方法
二、各组分量之间的关系－杠杆规则
M = MA + MB
M A OB M B OA
MA
M
O 和点
MB
A
差点
B
差点
M A OB M AB M B OA M AB
杠杆规则
A
xS zS
液相 R r kg xA、xS、xB
液相 E e kg yA、yS、yB
用质量比 计算方便
YA K A X A
分 配 系 数
萃余相中溶 质的质量比
萃取相中溶 质的质量比
三、分配曲线
以xA为横坐标，yA为纵坐标，在直角坐标图上， 每一对共轭相可得一个点，将这些点联结起来，得 到曲线称为分配曲线。
溶解度曲线 分配曲线
y yx
P P
x
分配曲线的作法
第4章 液－液萃取
一、以质量分数表示的平衡方程
气液平衡方程 液液平衡方程
萃取相中 溶质分数
yA k A xA yA k A xA
分配 系数 萃余相中 溶质分数
yA kA xA
yB kB xB
二、以质量比表示的平衡方程
若 S与 B完全不互溶
萃取相中不含 B，S 的量不变
萃余相中不含 S ，B 的量不变 液液平衡方程
三角形坐标图
组成的表示方法
液－液萃取过程也是以相际的平衡为极限 三元体系难以用直角坐标系来表示 三元体系的相平衡关系用三角坐标图来表示 在三角形坐标图中常用质量百分率或质量分 率表示混合物的组成 少数采用体积分率或摩尔分率表示的 本教程中均采用质量百分率或质量分率
中药化学第四章中药化学成分的分离技术
K=CU/CL CU：上层浓度，CL：下层浓度。 若有两种成份时（A，B），则A，B各有其分
配系数KA，KB，则两者差别越大，分离效果越 好。
如，KA＝10说明振摇一次平衡后，A则有90 ％以上溶于上层溶液中。
而KB＝0.l时，振摇一次平衡后，B则有90％ 以上溶于下层中，过样A和B两成份就有较大程 度分离，连续分离萃取几次，就可能达到A，B 的全部分离。
仪器装置
该装置有3个部分组成。 输液部分。包括微型泵、移动相溶剂储槽和试样
液注射器。 萃取部分。由300～500根内径约2 mm、长度为
20～40 cm的萃取管连接而成。 收集检出部分。包括检出器及分步自动收集仪。
适用范围
目前DCCC法广泛用于皂苷、生物碱、酸性成分、蛋 白质、糖类等天然产物的分离和精制，特别是用于 皂苷类的分离，并取得良好效果。
三、铅盐沉淀法
原理 此法是利用中性醋酸铅和碱式醋酸铅在水和 稀醇溶液中能与许多天然药物化学成分生成 难溶性的铅盐或铅络合物沉淀的性质，使有 效成分和杂质分离。此法既可使杂质生成铅 盐沉淀除去，又可以使有效成分生成铅盐沉 淀。
铅盐沉淀法适用范围
中性醋酸盐(Pb(Ac)2)可用于沉淀天然药物成 分中的有机酸、蛋白质、氨基酸、黏液质、 鞣质、树脂、酸性皂苷、部分黄酮苷、蒽醌 苷、香豆素苷和某些色素等具有羧基、邻二 酚羟基的酸性或酚性物质。
氯仿：乙醚 由 某些苷类，如强心苷
乙酸乙酯
小 某些苷类，如黄酮苷
正丁醇
到 某些苷类，如皂苷，黄酮苷
丙酮、乙醇 大 极性很大的苷、糖类、氨基酸、某些生物
碱盐
水
蛋白质、黏液质、果胶、糖类、无机盐
（强亲水性）
二、适用范围
此法是早年研究天然药物有效成分的一种最重要的 方法，主要用于分离提纯含有极性不同的各种化 学成分的中药提取液。目前仍是最常用的方法，
生物工程设备第4章
第四节 膜分离设备
一、膜分离
膜分离技术是借助于膜的孔径，在推动力作用下，把大于标示膜孔径的 物质分子截留，实现溶质的分离、分级、浓缩的过程 膜分离与其他一些分离手段相比，具有干净（比萃取）、效率高（比薄 膜蒸发浓缩）、投资小（比大型离心机）、易验证（比有机溶剂沉淀）、 连续操作、易于放大等优点 缺点：膜分离设备价格昂贵、易堵塞、处理量小
滤饼过滤
深层过滤
膜过滤
2. 沉降原理
沉降是利用液固间密度差异，在重力场或离心 力场中的速度差实现液固分离的过程。密度差 越大越有利于分离，重力场或离心力场越大越 有利于分离。
3. 沉降速度
gd p ( ρ p − ρ ) wt = 18 μ
2
沉降速度的计算
假设wt t处斯托克斯定律区时 d pρw t Re p = <2 μ 计算沉降速度 验证是否符合假设？如符合，OK;如不符合，设 其他区，直至符合。 校正 看例题
πω h( 3R 2 + R 1 ) Σ= 2g
2
2
2
碟片式离心机
2πω s( R 2 − R 1 ) Σ= 3g tan θ
2
3
3
卧螺机
πl1ω ( 3R 1 + R 2 ) πl 2ω ( R 2 + 3R 2R 1 + 4R 1 ) Σ= + 2g 4g
2 2
2
2
2
2
6. 离心机的生产能力
明流
暗流
2. 板框压滤机的特点
结构简单、操作容易、故障少、保养方便，机器使用 寿命长，所需辅助设备少 对物料的适应性强，既能分离难以过滤的低浓度悬浮 液和胶体悬浮液，又能分离料液黏度高和接近饱和状态 的悬浮液 2间选用 过滤面积选择范围广，可在3~1250m2 滤饼含湿量较低 固相回收率高、滤液澄清度好 滤布的检查、洗涤、更换较方便 过滤操作压力大，可达1 MPa，过滤操作稳定 造价低、投资小 间歇操作，辅助时间长，劳动强度大
第四章 萃取1
双水相萃取是近年来发展起来的一种 新萃取方法，主要用于酶和蛋白质的萃 取。其特点是用两种不互相溶的聚合物， 如聚乙二醇（PEG）和葡聚糖（DX）进 行萃取，而不用常规的有机溶剂为萃取 剂。因为所获得的两相，均含有很高的 水含量，一般达70－90％，故称双水相 系统。
定义：双水相萃取法是指利用物质在不相容 的两水相间分配系数的差异进行萃取 的方法。 优点： (1):平衡时间短,含水量高,界面张力小, 特别适合于生物活性物质的分离纯化 (2):操作简单,容易实现连续操作 (3):易于放大
1、双水相系统
1.1 双水相系统的形成图
1.2 双水相系统的类型 双水相系统分为两大类： 1）高聚物／高聚物 如：PEG/DX,聚丙二醇/PEG,甲基纤维素/DX 2）高聚物／低分子 如：PEG/磷酸钾, PEG /磷酸铵, PEG/硫酸钠
2、双水相中的分配平衡和相平衡 溶质在双水相中的分配系数：
3、影响分配系数因素（操作条件）
的综合考察
影响双水相萃取的因素： 聚合物种类；聚合物的浓度；聚合 物的分子量；离子种类；离子强度； pＨ值和温度。
3.1 成相聚合物 1）分子量M： 若降低聚合物的M，则pro分配于富 含该聚合物的相中。如PEG/DX系统， 若降低DX的M，则m减小。这一规律 具有普遍意义
如果原料中有两种溶质，A(产品)与B （杂质），由于溶质A、B的分配系数不同， 这样经萃取后A和B得到了一定程度的分离， 产品的纯度提高。溶剂对溶质A、B分离能 力的大小用分离因数来表示。
mA y A / x A mB y B / x B
β为分离因数，或称选择性，β值的大小 反映了萃取分离的效果。
萃取过程
萃取剂S 原料液 A+B 1 图 11－ 1 萃 取 过 程 示 意 图 1－ 混 合 器 ； 2－ 分 层 器 2 萃余相R
第4章 反胶束萃取
生物分离工程前沿技术
表 面 活 性 剂 极 性 头 的 面 积 为 As (m /m ol), 水 的 摩 尔 体 积 为 VH
2
2
(m /m ol), O
3
W 0为 反 胶 束 所 含 水 分 子 数 与 表 面 活 性 剂 分 子 数 之 比 ， 反 胶 束 内 水 池 的 半 径 为 R m、 表 面 积 为 Am、 体 积 为 V m , 每 个 胶 束 平 均 含 有 n m ol 表 面 活 性 剂 分 子 ， 则 ： V m = n W 0V H 2 O = A m = n As 上两式相除得到： Rm = 3 W 0V H 2 O As 4 3
生物分离工程前沿技术
生物分离工程前沿技术
3.4 反胶团萃取操作
多步间歇混合－澄清萃取操作
生物分离工程前沿技术
连续循环萃取－反萃取操作
萃取
反萃取
料液
产物1
反萃液
产物2
பைடு நூலகம்
生物分离工程前沿技术
3.5 反胶束萃取蛋白质的应用
从发酵液中提取细胞外酶
直接提取细胞内酶
从植物中同时提取油和蛋白质 油溶于有机相，蛋白质进入内水相 纯化和分离蛋白质
生物分离工程前沿技术
第3章 反胶团萃取 3.1 概述 传统液液有机溶剂萃取的缺点
蛋白质与有机溶剂接触，易引起蛋白质变性 蛋白质分子表面带有许多电荷，普通的离子缔 合型萃取剂很难奏效
与一般有机溶剂萃取的区别：
利用表面活性剂在有机相中形成反胶团 （reversed micelles)，从而在有机相内形成分 散的亲水微环境。 生物分子可溶解在反胶团的亲水微环境中，消 除了蛋白质类生物活性物质难溶解在有机相中， 或在有机相中发生变性的现象。
生物分离工程复习
生物分离工程复习题第一章导论一解释名词生物下游加工过程（生物分离工程），生物加工过程二简答题1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？（生物下游加工过程特点是什么？生物分离工程的特点是什么？）2 生物分离工程在生物技术中的地位？3 分离效率评价的主要标准有哪些？各有什么意义？4 生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？（简述或图示分离工程一般流程及基本操作单元）5 在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？6 下游加工过程的发展趋势有哪些方面？7 纯化生物产品的得率是如何计算的？若每一步纯化产物得率为90%，共6步纯化得到符合要求产品，其总收率是多少？第二章发酵液预处理一解释名词凝聚，絮凝，凝聚剂，过滤，离心，细胞破碎，包含体二简答题1 为什么要进行发酵液的预处理？常用处理方法有哪几种？2 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？常用的絮凝剂有哪些？3 发酵液预处理中凝聚剂主要起什么作用？絮凝机理是什么？4 细胞破碎的方法包括哪几类？工业上常用的方法有哪些？为什么？5 沉降与离心的异同？6 离心设备可分为哪两大类？按分离因子Fr不同，离心机一般分为哪几类？7 常用的离心沉降设备有哪些？常用的过滤设备有哪些？8 固-液分离主要包括哪些方法和设备？9 试比较固液分离中过滤和离心分离技术的特点。
10 高压匀浆与高速珠磨破碎法各有哪些优缺点？11 比较工业常用的过滤设备优缺点。
离心与过滤各有什么优缺点？第三章沉淀与结晶一解释名词沉淀，结晶，盐析，盐溶，盐析结晶，盐析沉淀，硫酸铵饱和度，晶种，晶核，晶型, 饱和溶液，过饱和溶液，饱和度二简答题1 根据加入沉淀剂的不同沉淀分离主要包括哪几类？）2 常用的蛋白质沉淀方法有哪些？有机溶剂沉淀蛋白质的机理什么？用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项？3 影响盐析的主要因素有哪些？在工艺设计中如何应用？4 如何确定盐析过程中需要加入硫酸铵的量？5 简述有机溶剂沉淀的原理。
萃取化学原理与应用第四章、中性络合萃取体系
i) 假设萃合物的组成为： Mw(NO3)y • mR3P=O • pH2O
ii) H2O的配位数：利用Karl Fisher滴定的方法进行确认
mR3P=O(O) + wMn+(a) + yNO3-(a)
Mw(NO3)y • mR3P=O(O)
Ke = [Mw(NO3)y•mR3P=O](O) / [R3P=O]m(O) [Mn+]w(a) [NO3-]y(a)
有机相中TBP的总浓度： CTBP(O) = [TBP](O) + ∑[TBP•jHNO3](O)
= [TBP](O) + ∑Βj[TBP](O) [HNO3]j(a)
= [TBP](O) (1 + ∑Βj[HNO3]j (a))
有机相中HNO3的总浓度 CHNO3(O) = [HNO3](O) + ∑j[TBP•jHNO3](O) = [HNO3](O) + ∑jΒj[TBP](O) [HNO3]j(a) = [HNO3](O) + [TBP](O)∑jΒj [HNO3]j (a)
实验思路如下：
i) 设计TBP的起始浓度为：0.1M、0.3M、0.5M、1M、2M、3M、纯 TBP；
ii) 设计HNO3的起始浓度为：0.1M、0.5M、1.05M、2.0M、3.0M、 4.0M、5.0M、…………….10M、12M;
iii) 让不同起始浓度TBP与不同起始浓度的HNO3混合、震荡、分相之后， 可以测得一系列平衡时水相中硝酸总浓度CHNO3(a)，以及相应的有机相中
HNO3对TBP的平均配位数ñ为
ñ = CHNO3(O)-[HNO3](O) / CTBP(O) = ∑jΒj[HNO3]j(a) / (1 + ∑Βj[HNO3]j(a))
第四章 萃取
六、萃取过程的类型
1. 单级萃取
2. 多级萃取
•
•
错流多级萃取
逆流多级萃取
七、萃取过程的设备
1. 混合设备
• 搅拌罐
• 管式混合器
• 喷嘴式混合器
2、分离设备
• 重力分离设备——沉降式
• 离心力分离设备——碟式、管式、倾析式
思考题
1. 2. 3. 何谓溶媒萃取？其分配定律的适用条件是什么？ 在溶媒萃取过程中pH值是如何影响弱电解质的提取？ 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？
第四章 萃取分离法
一、 概述
1. 定义——利用物质在互不相溶的水相与有机相间的
分配系数不同而达到分离的过程，也称溶媒萃取。
2. 特点——浓缩倍数和纯化倍数较高，可连续、多级
操作，溶剂耗量大，对设备、安全要求高
3. 应用——生物小分子物质：抗生素、有机酸、氨基
酸等
4、萃取的原理——分配定律
1)
•
分配定律公式推导
– – – 盐析效果 去乳化 增大水相密度
c) 温度
– T↑，K↑，互溶性↑，效率↓
–
T↓，K↓，稳定性↑，传质速率↓
d) 带溶剂
– 酸性物质+脂肪碱（十二烷胺、四丁胺等）
– 碱性物质+脂肪酸（月桂酸等）
7、乳化现象和去乳化
1) 乳化现象
有机相
乳化层 水 相
2）乳状液及其类型
• • 乳状液——一种液体以细小液滴分散在另一种互不相溶的 液体中所构成的分散体系，也称乳浊液。 类型——油包水（W/O ）型和水包油（O/W ）型两大类
K 有机相（萃取相、轻相）
AH
A- + H+
生物制药工艺学 第4章 萃取法
（四）、分离因素
料液中的溶质并非是单一的组分，除了所需 产物（A）外，还存在有杂质（B）。分离因 素(separation factor)，常用表示，其定义为： 在同一萃取体系内两种溶质在同样条件下分 配系数的比值
CA1 / CB1 KA β CA 2 / CB 2 K B
二、溶剂萃取法的基本原理
1
n2，理论收率
21 8.75 8.75 1 100% 98.84% 21 8.75 1
若改为二级错流萃取，第一级用1/4体积的醋 酸丁酯，第二级用1/10体积的醋酸丁酯，则
1/ 4 E1 35 8.75 1
1 / 10 E 2 35 3.5 1
（二）、分配定律
能斯特分配定律：在一定温度、一定压 力下，某一溶质在互不相溶的两种溶剂 间分配时，达到平衡后，在两相中的活 度之比为一常数。如果是稀溶液，可以 用浓度代替活度，即： CL 萃取相浓度 K CR 萃余相浓度 K 称为分配系数
应用分配定律时，须符合下列条件： ①必须是稀溶液，即适用于接近理想溶 液的萃取体系； ②溶质对溶剂的互溶度没有影响； ③溶质在两相中必须是同一分子形式， 即不发生缔合或解离。
三、温度和萃取时间的影响
高温不稳定 高温时溶剂间互溶度增大
四、盐析作用的影响
①由于盐析剂与水分子结合，降低了药物 在水中的溶解度，使其易转入有机相； ②盐析剂降低有机溶剂在水中的溶解度； ③盐析剂增大萃余相比重，有助于分相。
五、溶剂种类、用量及萃取方式
①分配系数愈大愈好，若分配系数未知， 则可根据“相似相溶”的原则，选择与药 物结构相近的溶剂； ②选择分离因素大于1的溶剂； ③料液与萃取溶剂的互溶度愈小愈好； ④尽量选择毒性低的溶剂。 ⑤溶剂的化学稳定性高，腐蚀性低，沸 点不宜太高，挥发性要小，价格便宜，来 源方便，便于回收。
食品分离机械与设备(一)
分离机械与设备
食品分离机械与设备(一)
第四章 食品分离机械与设备
第一节* 过滤机械 第二节* 离心机械 第三节 旋流分离机械 第四节 溶剂萃取设备 第五节 膜分离设备 第六节 超临界流体萃取设备 第七节 分子蒸馏设备
食品分离机械与设备(一)
主要内容、重点与难 点
主要内容：分离的方法与分类、过滤机械、离心 机械、各种分离机械的分离原理
重点：过滤机械中板框式过滤机械和离心机械中 的卧式螺旋卸料离心机的结构、工作原理和工作 过程及其应用
难点：过滤分离的工作过程和分离机械的分离原 理的比较。
食品分离机械与设备(一)
几种典型的过滤装置：
中空纤维超滤
二氧化碳过滤器
活性碳过滤器
食品分离机械与设备(一)
概述
食品生产的分离操作是将不同物理、化学等属性的物质， 根据其颗粒大小、相、密度、溶解性、沸点等表现出的不同特 点而将物质分开的一种操作过程。
作等。
食品分离机械与设备(一)
5.2 缺点
➢ 过滤的滤液不均匀； ➢ 滤布磨损严重； ➢ 间歇式操作，装卸板框的劳动强度大，生产效率低； ➢ 滤饼洗涤慢；
食品分离机械与设备(一)
食品分离机械与设备(一)
食品分离机械与设备(一)
4 .工作过程 板框压滤机video
食品分离机械与设备(一)
5 特点
5.1优点：
✓ 过滤面积大； ✓ 过滤推动力大（最大可达1MPa，一般在0.3~0.5MPa）； ✓ 无运动部件，动力消耗小； ✓ 使用可靠、结构简单、制造方便、造价低、便于检查操
✓ 洗涤：停止过滤后，滤饼的毛细孔中包含有许多滤液 ，须用清水或其他液体洗涤，以得到纯净的固粒产品 或尽量多的滤液；
化学实验中的萃取方法
总结
化学实验中的萃取方法是一项重要的实验技术， 在实验过程中需要严格按照基本步骤进行操作， 并注意实验中的细节和注意事项，以确保实验结 果的准确性和可靠性。
● 03
第3章 有机相/有机相萃取方 法
有机相/有机相萃 取原理
有机相/有机相萃取 是利用两种互不相溶 的有机溶剂，根据物 质在两种溶剂中的分 配系数来实现分离的 方法。通过适当选择 有机溶剂，可以提高 萃取效果，对于实验 过程有重要作用。
物纯度
有机相/有机相萃 取示例
假设我们要将苯和乙 酸进行有机相/有机 相萃取。首先，将混 合溶液加入试管中， 然后进行震荡混合， 静置后可以观察到两 相分层，最后使用分 液漏斗分离上下两层 溶液，获得不同相的 物质。这个示例展示 了有机相/有机相萃 取的基本操作步骤和 效果。
● 04
第四章 有机相/水相萃取方 法
溶剂挥发和 残留问题
需考虑溶剂挥发 和残留对环境的
影响
萃取方法的发展趋势
01 绿色化学更加普及
注重环保和可持续发展
02 自动化、智能化分离设备的发展
实验设备智能化程度不断提高
03 与其他分离技术结合
综合利用不同技术优势，提高分离效率
案例分析
分析某一化合物的 提取过程
确定目标物质 选择适当的溶剂 进行提取操作
重要性总结
01 提高实验效率
萃取方法能够帮助提取所需物质，加快实验 进度
02 净化物质
通过萃取可以去除杂质，提高实验准确性
03 节约资源
合理使用萃取方法可以节约实验用品和成本
发展方向
提高效率
绿色化
探索更加高效的提取技术 优化萃取操作流程
研究更环保的萃取溶剂 减少对环境的影响
化学工程与工艺作业指导书
化学工程与工艺作业指导书第1章绪论 (4)1.1 化学工程与工艺概述 (4)1.2 工艺流程与设备选择 (4)1.3 化学工程与工艺发展趋势 (4)第2章物料平衡与能量平衡 (5)2.1 物料平衡 (5)2.1.1 物料平衡基本原理 (5)2.1.2 物料平衡计算方法 (5)2.1.3 物料平衡在工艺中的应用 (5)2.2 能量平衡 (5)2.2.1 能量平衡基本原理 (5)2.2.2 能量平衡计算方法 (5)2.2.3 能量平衡在工艺中的应用 (6)2.3 平衡计算实例分析 (6)2.3.1 实例描述 (6)2.3.2 物料平衡计算 (6)2.3.3 能量平衡计算 (6)2.3.4 结果分析 (6)第3章流体流动与输送 (6)3.1 流体动力学基础 (6)3.1.1 流体的性质 (6)3.1.2 流体流动的基本方程 (6)3.1.3 流体流动的分类 (6)3.2 流体输送设备 (7)3.2.1 管道输送 (7)3.2.2 风机与泵 (7)3.2.3 流体输送过程中的控制系统 (7)3.3 流体流动与输送过程中的实际问题 (7)3.3.1 流体流动阻力 (7)3.3.2 管道磨损与腐蚀 (7)3.3.3 泵与风机的故障分析与维护 (7)3.3.4 流体输送过程中的节能措施 (7)第4章传热过程与设备 (7)4.1 传热基本理论 (7)4.1.1 传热方式 (7)4.1.2 传热定律 (8)4.1.3 传热系数 (8)4.2 传热设备 (8)4.2.1 换热器 (8)4.2.2 蒸发器 (8)4.2.3 冷却塔 (8)4.3.1 传热过程强化 (8)4.3.2 传热过程优化 (8)4.3.3 传热过程节能 (9)第5章质量传递与分离过程 (9)5.1 质量传递基本理论 (9)5.1.1 质量传递概述 (9)5.1.2 质量传递方程 (9)5.1.3 质量传递系数 (9)5.2 混合与分离过程 (9)5.2.1 混合过程 (9)5.2.2 分离过程 (9)5.3 常见分离设备及其应用 (9)5.3.1 蒸馏设备 (9)5.3.2 吸收设备 (9)5.3.3 萃取设备 (10)5.3.4 膜分离设备 (10)5.3.5 结晶设备 (10)5.3.6 离子交换设备 (10)第6章化学反应工程 (10)6.1 化学反应动力学 (10)6.1.1 反应速率与反应机理 (10)6.1.2 反应速率方程 (10)6.1.3 反应动力学参数的测定与估算 (10)6.2 反应器设计与分析 (11)6.2.1 反应器类型及特点 (11)6.2.2 反应器设计原则与步骤 (11)6.2.3 反应器功能评价 (11)6.3 反应器操作与控制 (11)6.3.1 反应器操作参数的优化 (11)6.3.2 反应器控制策略 (11)6.3.3 反应器安全与故障处理 (11)第7章化工过程控制与优化 (11)7.1 过程控制系统 (11)7.1.1 系统概述 (11)7.1.2 控制器设计 (11)7.1.3 传感器与执行器 (12)7.2 控制策略与优化方法 (12)7.2.1 控制策略 (12)7.2.2 优化方法 (12)7.3 化工过程模拟与优化 (12)7.3.1 过程模拟 (12)7.3.2 过程优化 (12)第8章化工设备设计与选型 (12)8.1.1 设计依据 (12)8.1.2 设计原则 (13)8.1.3 设计步骤 (13)8.2 常见化工设备设计与选型 (13)8.2.1 反应釜 (13)8.2.2 储罐 (13)8.2.3 蒸馏塔 (14)8.3 设备材料与防腐 (14)8.3.1 设备材料选择 (14)8.3.2 防腐措施 (14)第9章环境保护与安全工程 (14)9.1 化工环境污染与防治 (14)9.1.1 化工污染源及其特点 (14)9.1.2 化工污染防治技术 (14)9.1.3 化工环保法规与标准 (14)9.2 安全生产与预防 (15)9.2.1 化工企业安全生产概述 (15)9.2.2 化工安全技术 (15)9.2.3 安全生产管理体系 (15)9.3 应急处理与案例分析 (15)9.3.1 应急处理原则与程序 (15)9.3.2 化工案例分析 (15)9.3.3 应急救援设备与设施 (15)9.3.4 应急演练与培训 (15)第10章化工工艺案例分析 (15)10.1 石油化工工艺 (15)10.1.1 乙烯工业 (15)10.1.2 苯工业 (16)10.1.3 催化裂化工艺 (16)10.2 精细化工工艺 (16)10.2.1 化妆品生产工艺 (16)10.2.2 染料生产工艺 (16)10.2.3 农药生产工艺 (16)10.3 生物化工工艺 (16)10.3.1 发酵工艺 (16)10.3.2 生物制药工艺 (16)10.3.3 生物燃料工艺 (16)10.4 其他典型化工工艺案例解析 (16)10.4.1 煤化工工艺 (16)10.4.2 金属提取工艺 (17)10.4.3 废水处理工艺 (17)第1章绪论1.1 化学工程与工艺概述化学工程与工艺是研究化学工业生产过程中物料转化、能量传递和质量传递的规律，以及将这些规律应用于工艺设计、设备选型和过程控制的学科。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
（2）.混合管
混合排管，萃取剂及料液在一定 流速下进入管道一端，混合后从 另一端导出，为了保证较高的萃 取效果，料液在管道内应维持足 够的停留时间，并使流动呈完全 涡流状态，强迫料液充分混合。 一般要求 Re=(5~10)×104，流体 在管内平均停留时间10～20s。混 合管的萃取效果高于混合罐，且 为连续操作。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
物理萃取
• 利用溶剂(萃取剂)对待分离组分(溶质)有较高的 溶解能力，分离过程属物理过程。 –溶质：被萃取的物质; –原溶剂：原先溶解溶质的溶剂; –萃取剂：加入的第三组分;
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生物工程设备——第4章 萃取设备
萃取剂选择原则
• (1)价廉易得； • (2)与水相不互溶； • (3)与水相有较大的密度差，并且粘度小，表面张
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生物工程设备——第4章 萃取设备
1
1 E 1
错流萃取收率计算
•
经一级萃取后，未被萃取的分率
1
为：1
1 E 1
•
经二级萃取后：
2
1 (E1)2
• 依次类推，经n级萃取后，未被萃取的
分率 n 为
n
1 (E1)n
• 而理论收得率为 1n1(E 11)n(E (E 1)1n ) n1
• 主要用于水溶性强的氨基酸和抗生素的提取。在 有机相中的分配系数很小甚至为零，利用一般的 物理萃取效率很低，需采用化学萃取。
• 常用化学萃取剂： – 季铵盐、叔胺 – 长链脂肪酸、烃基磺酸等。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
化学萃取原理
离子对(ion-pair) R 3N H AR 3 C NH •AC
氢键(H-bonding)
R 3NHA C R 3N•HAC
离子交换(ion exchange)
R 3 N C H lA C R 3 N • H AC
调节PH至酸性，从新得到醋酸。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
双水相萃取
• 主要适用于难溶于有机溶剂的胞内酶的分离。分离原 理是将亲水性聚合物加入水中会形成两相，聚合物以 不同的比例分配于两相中，目标产物进入双水相体系 后，使其在上、下相的浓度不同实现分离的目的。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
多级逆流萃取流程
萃取相
萃取相
由于只在最后一级中加入萃取剂，故与错流萃取相比，萃取 剂用量少，因而萃取液浓度高。多级逆流萃取与同级错流萃取相 比，在相同的萃取剂用量下，可获得更高的产品得率。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
三、液-液萃取设备
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பைடு நூலகம்
生物工程设备——第4章 萃取设备
（3）. 喷射式混合器
两种常见的喷射式混合器示意图。其中（a）为器内混合过 程，即萃取剂及料液由各自导管进入器内进行混合；（b）则 为两液相已在器外汇合，后经喷嘴或孔板进入器内，从而加强 了湍流程度，提高了萃取效率。喷射式混合柱是一种体积小效 率高的混合装置，特别适用于低黏度、易分散的料液。这种设 备投资小，但需要料液在较高的压力下进入混合器。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
1. 混合设备
（1）.混合罐
混合罐的结构与机械搅拌的密闭式反 应罐类似。为防止中心液面下凹，在罐壁 设置挡板，罐顶上有萃取剂、料液、调节 pH的酸（碱）液及去乳化剂的进口管，底 部有排料管。料液在罐内的平均混合停留 时间约1～2min。
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第一节 液-液萃取分离设备
• 一、液-液萃取分类 • 二、液-液萃取过程与计算 • 三、液-液萃取设备
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生物工程设备——第4章 萃取设备
一、液-液萃取分类
何谓萃取过程？ 利用待萃取物（目标产物）在两个互不相溶的液相 中溶解度的不同，从而达到分离的目的。
萃取
溶媒萃取 双水相萃取
物理萃取 化学萃取
力适中，相分散和相分离较容易； • (4)容易回收和再利用； • (5)毒性低，腐蚀性小，使用安全； • (6) 不与目标产物发生反应。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
萃取原理
Light phase
杂质
萃取剂
溶质 原溶剂
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Heavy phase
化学萃取
• 萃取剂(非极性物质)与目标产物发生反应进行萃 取的过程。
萃取设备分类：
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生物工程设备——第4章 萃取设备
（一） 混合澄清设备
• 混合设备、分离设备和溶剂回收设备。
• 混合设备是真正进行萃取的设备，它要求料液与 萃取剂充分混合形成乳浊液，使分离的生物产品 自料液转入萃取剂中。分离设备是将萃取后形成 的萃取相和萃余相进行分离。溶剂回收设备需要 把萃取液中的生物产品与萃取溶剂分离并加以回 收。有的设备将混合与分离设备结合在一起（萃 取沉清槽）（见演示）。
• 双水相萃取剂：聚乙二醇-葡萄糖；聚乙二醇-无机盐。 • 优点：直接从细胞破碎浆液中萃取蛋白质而无需将细
胞碎片分离，一步操作可达到固液分离和纯化的目的 。 • 此外产物不易失活。
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二、液-液萃取过程与计算
• （一） 单级萃取 • （二） 多级萃取
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生物工程设备——第4章 萃取设备
取因素（E）：
E
K：
VS VF
式中 E——萃取因素。
由E可求得未被萃取的分率 和理论收得率1-
1 E 1
1
E E1
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未被萃取分率
理论萃取率
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（二） 多级萃取
多级错流萃取
多级错流萃取流程
特点：萃取理论收率高，萃取完全但多级萃取流程长， 一般情况下，萃取剂用量大，因而得到的萃取液浓度低。
（一） 单级萃取
流程:
F为待处理液； S为萃取剂； E萃取相； R为萃余相； E′ 为萃取液（目标产物） R′为萃余液。 （萃取过程见演示）
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生物工程设备——第4章 萃取设备
单级萃取计算
K-分配系数，即萃取相中溶质浓度与萃余相中溶质浓度的比值
• 当分配系数为K，料液的体积为VF，溶媒的体积为VS，则经 过萃取后，溶质在萃取相与萃余相中数量之比值为称为萃
第四章 萃取过程设备
液-液萃取：萃取的混合物料为液体； 液-固萃取（浸取或浸提）：萃取的混合物料为固体； 超临界流体萃取：超临界状态下的流体对各组分溶解度不 同而分离。
第一节 液-液萃取分离设备 第二节 液-固萃取分离设备 第三节 超临界萃取分离设备
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生物工程设备——第4章 萃取设备