新型分离技术习题解答——第7章

第七章 新型萃取分离技术（习题解答）

7-1 超临界流体用作萃取剂有哪些优缺点？

答：超临界流体用作萃取剂，该萃取剂在常压和室温下为气体，萃取后易与萃余相和萃取组分分离；在较低温度下操作，特别适合于天然物质的分离；可通过调节压力、温度和引入夹带剂等调整超临界流体的溶解能力，并可通过逐渐改变温度和压力把萃取组分引入到希望的产品中去。但超临界流体萃取剂的选取，需综合考虑对溶质的溶解度、选择性、化学反应可能性等一系列因素，因此，可用作超临界萃取剂的物质并不太多。

7-2 将超临界流体与萃取质分离可采用哪些方法，各有何优缺点？在选用时应考虑哪些因素？ 答：超临界流体与萃取质分离可通过调节压力，调节温度，引入夹带剂等方法。

7-3 在压力为14MPa 、温度为35℃条件下，用CO 2从发酵液中萃取乙醇，所用萃取设备为高2m 的鼓泡塔，乙醇质量分数为6.5％的发酵液置于塔内，流量为1000cm 3/h 的超临界CO 2鼓泡通过发酵液，若要求乙醇萃取率为80％，计算萃取开始及结束时，萃取相CO 2中乙醇的浓度（脱气及非脱气浓度），在操作条件下，水-乙醇- CO 2的相平衡数据如图7-51所示。 解：根据题意，80%R F X R X F = 5.2%R R F X =⇒= 读图得：萃取结束时：1%E X =

萃取开始时：0%E X =

7-4 在一金属板填料塔内用超临界CO 2从异丙醇-水溶液中萃取异丙醇，萃取压力为8.0MPa ，温度35℃，连续相（液相）表观流速为3.8m/h ，分散相（超临界流体）流速为7.1m/h ，二相逆流。已测得该超临界萃取填料塔液相总传质系数K DL 为6.5/h ，求得该填料塔的传质单元数N 和传质单元高度H 。

解：提示：0*i x ol olp x c

hK dx N V x x α==-⎰ 111ol c d K a K K mdc αα-⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦，其中32Re m n Ad d D K A Sc d =，12

2Ac c c D K πθ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦

7-5 用超临界流体从某种植物或果实内萃取一种化疗物质，其在CO 2中的溶解度常为超临界流体相密度的函数，假定为0.07％。如果植物或果实中化疗物质的含量为1.2％，在逆流接触器生物质的流量为100g/min ，CO 2超临界流体为5L/h ，现假定提取90％的化疗物质，需要几级才能实现。

解：因为0 1.2%,0x y ==，100/min H g =

∴()()35//10000.07%60

0.35 =

/min 6L h g cm L g ρρ⨯⨯⨯=

∵

KL E H =而K 可查得，根据公式：

0111?Kx E y y =+⇒= ()()10011?L y y H x x x -=-⇒= 而 0211Kx E E y E ⎛⎫=+- ⎪+⎝⎭ 03111Kx E E E y E E ⎡⎤⎢⎥+-⎢⎥⎢⎥+-⎣+⎦

以此类推：1

01111

n

j j n n j j Kx E y E

-=-==+∑∑，即可得n ；

7-6 已知一流体混合物在不同浓度下其随温度的变化关系如图（见书本）所示，请画出对应4个浓度区间的相变行为曲线图。

解：相变行为曲线图如下图：

7-7 采用PEG/磷酸盐系统萃取肌红蛋白，肌红蛋白的等电点为7.0，当系统中分别含有0.1mol/dm 3氯化钾与0.05 mol/dm 3硫酸钠时，分配系数随pH 值如何变化，并图示说明。

解：当系统中含有3

0.1/mol dm 氯化钾时，分配系数随PH 增大而增大；

当系统中含有30.05/mol dm 氯化钾时，分配系数随PH 增大而减小；

7-8 已知胰蛋白酶的等电点为10.6，在PEG/Dx 系统中，随pH 值的增大，胰蛋白酶的分配系数如何变化？ 解：根据公式0110

HA PH PKa K K -=-，其中PKa 是等电点 由上式可以得到：随PH 值得增大，胰蛋白酶的分配系数减小。在PH 增大过程中，在到达等电点10.6之前，分配系数减小的速度慢慢增大，到达等电点时，速度达到最大，超过等电点之后，速度逐渐减小。

7-9 采用双水相系统从变性DNA 中分离DNA ，在4％PEG-6000/5％Dx 双水相系统中，使用5mmol/LNaH 2PO 4和5mmol/L Na 2HPO 4的缓冲液，变性DNA 和DNA 的㏒K 分别为1.0和1.6。试求：⑴对10mg/L 的DNA 溶液，其中变性蛋白为20％，假定流率比L/H=2，当采用五级错流接触器萃取时，试求DNA 的回收率和其纯度；⑵当采用五级逆流接触器萃取时，DNA 的纯度和产量为多少？⑶仍使用五级微分萃取器，当进料流率为1/4H 并从第三级进入，那么DNA 的纯度和产量为多少？

解：（1）根据错流萃取公式

0120%0.8x =-= 1.610279.62KL E H =

=⨯= ∴ ()()100

5550.8 2.3510179.621x x E -===⨯++ 050

1x x x η-=≈ 50.4y = 对于变性的DNA ：'020%x = '20E =

∴ ()

05''85' 4.8101x x E -=

=⨯+ '50.05y = （2）采用逆流萃取 ∵对于蛋白质来说， 1.610K =

∴()()5

1

1.624015525111080%179.6279.6279.620.479.6279.6279.6211j j j j Kx E y E

-=-=⨯⨯++++===+++++∑∑

∴()500Ly H x x x =-⇒≈

对于变性蛋白质，'

10K = ∴()()5

1

24015525111020%12020200.120202011j j j j Kx E y E

-=-=⨯⨯++++===+++++∑∑

∴产量100.88/mg L ⨯=