萃取分离技术
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常用萃取设备
混合－沉降器 旋转圆筒萃取塔 离心萃取器 填充塔 喷雾塔 旋转圆盘塔
19
离心萃取器
20
萃取罐
21
22
萃取分离的特点： （1）简便快速。有分液漏斗即可。 （2）有较高的灵敏度、选择性。 （3）应用广泛 （4）手工操作，工作量大。 （5）所用有机溶剂易挥发、易燃和有毒。
通过本章学习应掌握以下内容：
萃取的概念 液－液萃取从机理上分析可分为哪些？ 常见物理萃取体系由那些构成要素？ 何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？ 何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？ 何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？ 反胶团的构成以及反胶团萃取的基本原理。
1
萃取是生物分离中常用的单元操作
单级萃取或并流接触萃取 多级错流萃取 多级逆流萃取 连续逆流萃取 微分萃取 分馏萃取
双组分萃取（回流萃取）
11
对于一种液体混合物，究竟是采用蒸馏还是萃取加以分离， 主要取决于技术上的可行性和经济上的合理性。 一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。 （1） 原料液中各组分间的相对挥发度接近于1或形成恒沸物， 若采用蒸馏方法不能分离或很不经济； （2）原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若 采用蒸馏方法 须将大量稀释剂汽化，能耗较大； （3）原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分 解、聚合或发 生其它变化。 （4）其它，如多种金属物质的分离，核工业材料的制取， 治理环境污染 等。
12
单级萃取 使含溶质的溶液（h） 和萃取剂（L）解出混 合，静止后分成两层。
13
连续逆流萃取装置
14
多级萃取
是工业生产最常用的萃取流程
分离效率高 产品回收率高 溶剂用量少
15
物理萃取 化学萃取
三元萃取 多元萃取
连续接触式 分级接触式
原料液
萃取剂 S
S
S
连续接触式
R1
R2
R3
E1
E2
通过改变原溶剂中的pH值
8
优点:
★萃取过程具有选择性 ★能与其他需要的纯化步骤(如结晶,蒸馏)相配合 ★通过转移到具有不同物理或化学特性的第二相中,来减
少由于降解(水解)引起的产品损失 ★可从潜伏的降解过程中(如代谢或微生物过程)分离产
物 ★适用于各种不同的规模 ★传质速度快,生产周期短,便于连续操作,容易实现计算
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
萃取剂选择原则：使溶质在萃取相中有最大的溶 解度
4
Light phase 萃取剂 Heavy phase
杂质 溶质 原溶剂
5
分配系数 衡量萃取体系是否合理的重要参数：
k y/x
y-----平衡时溶质在轻相中的浓度 X-----平衡时溶质在重相中的浓度
分级接触式
E3
16
操作流程:
17
步骤:
①萃取剂(S)和含有组分的料液混合接触,进行萃 取,溶质(A)从料液转移到萃取剂中
②分离互不相溶的两相并回收溶剂 ③萃余液脱溶剂
其中离开液-液萃取器的萃取剂相称为萃取液,用E表示;经萃取剂相接触后离开的料液 相称为萃余液,用R表示.
选用的溶剂称为萃取剂，以S表示； 原料液中易溶于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。
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wk.baidu.com
萃取过程的本质:
是将物质由亲水性转化为疏水性的过程。
任务：选择适当的萃取剂，在适当的条件下，促 使物质由亲水性向疏水性转化。
物质亲水性与疏水性强弱的规律：
（1）凡是离子都有亲水性。 （2）物质含亲水性基团越多，其亲水性越强。
常见的亲水基团：-OH，-SO3H，-NH2，=NH等。 （3）物质含疏水性基团越多，其疏水性越强。
常见的疏水基团：烷基、芳香基等。
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25
26
萃取溶剂的选择
1. 选择一种对被分离物质溶解度大而对杂质溶解度小的溶剂， 使被分离物质从混合组分中有选择性地分离；
2. 选择一对被分离物质溶解度小而对杂质溶解度大的溶剂，使 杂质分离；
3. 溶剂的选择原则：“相似相溶”；
常见溶剂的极性大小顺序： 饱和烃类<全氯代烃类<不饱和烃类<醚类<未全氯代烃类< 酯类<芳胺类<酚类<酮类<醇类<水
原料 前处理
生物反应 工程
生物分离 工程
产品
固
分
纯
精
液 分
离 提
化
制
离取
2
第一节 萃取分离的基本原理
利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目 的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的 物理萃取 化学萃取
3
物理萃取
利用溶剂对需分离组分有较高的溶解能力，分离 过程纯属物理过程
萃取体系的构成
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常见溶剂极性表
化合物 i-pentane (异戊烷) n-pentane (正戊烷) Petroleum ether (石油醚) Hexane (己烷) Cyclohexane (环己烷) Isooctane (异辛烷) Trifluoroacetic acid (三氟乙酸) Trimethylpentane (三甲基戊烷) Cyclopentane (环戊烷) n-heptane (庚烷) Butyl chloride (丁基氯; 丁酰氯) Trichloroethylene (三氯乙烯; 乙炔化三氯) Carbon tetrachloride (四氯化碳) Trichlorotrifluoroethane (三氯三氟代乙烷) i-propyl ether (丙基醚; 丙醚) Toluene (甲苯) p-xylene (对二甲苯) Chlorobenzene (氯苯) o-dichlorobenzene (邻二氯苯) Ethyl ether (二乙醚; 醚)
6
分配系数为:
k y exp[ (h) (l)]
x
RT
分配系数的对数值与标准状态下的化学势的 差值有关
7
因此，要提高溶质的分配系数，必须提高 标准状态下，其在重相与轻相的化学势之 差
可以采取的方法：
改变溶剂 改变溶质的特性
生成有用离子对－－可溶于萃取剂的离子对 将强酸弱碱盐或强碱弱酸盐生成弱酸弱碱盐
机控制
9
萃取的分类:
1 按组分数目分： 多组元体系：原料液中有两个以上组分或溶剂为两种
不互溶的溶剂 三元体系：原料液中含有两个组分，溶剂为单溶剂
2 按有无化学反应分： 物理萃取：萃取过程中，萃取剂与原料液中的有关组
分不发生化学反应 化学萃取
本章主要讨论三元体系的物理萃取。
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萃取方式
单组分萃取 萃取
常用萃取设备
混合－沉降器 旋转圆筒萃取塔 离心萃取器 填充塔 喷雾塔 旋转圆盘塔
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离心萃取器
20
萃取罐
21
22
萃取分离的特点： （1）简便快速。有分液漏斗即可。 （2）有较高的灵敏度、选择性。 （3）应用广泛 （4）手工操作，工作量大。 （5）所用有机溶剂易挥发、易燃和有毒。
通过本章学习应掌握以下内容：
萃取的概念 液－液萃取从机理上分析可分为哪些？ 常见物理萃取体系由那些构成要素？ 何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？ 何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？ 何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？ 反胶团的构成以及反胶团萃取的基本原理。
1
萃取是生物分离中常用的单元操作
单级萃取或并流接触萃取 多级错流萃取 多级逆流萃取 连续逆流萃取 微分萃取 分馏萃取
双组分萃取（回流萃取）
11
对于一种液体混合物，究竟是采用蒸馏还是萃取加以分离， 主要取决于技术上的可行性和经济上的合理性。 一般地，在下列情况下采用萃取方法更为有利。 （1） 原料液中各组分间的相对挥发度接近于1或形成恒沸物， 若采用蒸馏方法不能分离或很不经济； （2）原料液中需分离的组分含量很低且为难挥发组分，若 采用蒸馏方法 须将大量稀释剂汽化，能耗较大； （3）原料液中需分离的组分是热敏性物质，蒸馏时易于分 解、聚合或发 生其它变化。 （4）其它，如多种金属物质的分离，核工业材料的制取， 治理环境污染 等。
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单级萃取 使含溶质的溶液（h） 和萃取剂（L）解出混 合，静止后分成两层。
13
连续逆流萃取装置
14
多级萃取
是工业生产最常用的萃取流程
分离效率高 产品回收率高 溶剂用量少
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物理萃取 化学萃取
三元萃取 多元萃取
连续接触式 分级接触式
原料液
萃取剂 S
S
S
连续接触式
R1
R2
R3
E1
E2
通过改变原溶剂中的pH值
8
优点:
★萃取过程具有选择性 ★能与其他需要的纯化步骤(如结晶,蒸馏)相配合 ★通过转移到具有不同物理或化学特性的第二相中,来减
少由于降解(水解)引起的产品损失 ★可从潜伏的降解过程中(如代谢或微生物过程)分离产
物 ★适用于各种不同的规模 ★传质速度快,生产周期短,便于连续操作,容易实现计算
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
萃取剂选择原则：使溶质在萃取相中有最大的溶 解度
4
Light phase 萃取剂 Heavy phase
杂质 溶质 原溶剂
5
分配系数 衡量萃取体系是否合理的重要参数：
k y/x
y-----平衡时溶质在轻相中的浓度 X-----平衡时溶质在重相中的浓度
分级接触式
E3
16
操作流程:
17
步骤:
①萃取剂(S)和含有组分的料液混合接触,进行萃 取,溶质(A)从料液转移到萃取剂中
②分离互不相溶的两相并回收溶剂 ③萃余液脱溶剂
其中离开液-液萃取器的萃取剂相称为萃取液,用E表示;经萃取剂相接触后离开的料液 相称为萃余液,用R表示.
选用的溶剂称为萃取剂，以S表示； 原料液中易溶于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。
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萃取过程的本质:
是将物质由亲水性转化为疏水性的过程。
任务：选择适当的萃取剂，在适当的条件下，促 使物质由亲水性向疏水性转化。
物质亲水性与疏水性强弱的规律：
（1）凡是离子都有亲水性。 （2）物质含亲水性基团越多，其亲水性越强。
常见的亲水基团：-OH，-SO3H，-NH2，=NH等。 （3）物质含疏水性基团越多，其疏水性越强。
常见的疏水基团：烷基、芳香基等。
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萃取溶剂的选择
1. 选择一种对被分离物质溶解度大而对杂质溶解度小的溶剂， 使被分离物质从混合组分中有选择性地分离；
2. 选择一对被分离物质溶解度小而对杂质溶解度大的溶剂，使 杂质分离；
3. 溶剂的选择原则：“相似相溶”；
常见溶剂的极性大小顺序： 饱和烃类<全氯代烃类<不饱和烃类<醚类<未全氯代烃类< 酯类<芳胺类<酚类<酮类<醇类<水
原料 前处理
生物反应 工程
生物分离 工程
产品
固
分
纯
精
液 分
离 提
化
制
离取
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第一节 萃取分离的基本原理
利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目 的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的 物理萃取 化学萃取
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物理萃取
利用溶剂对需分离组分有较高的溶解能力，分离 过程纯属物理过程
萃取体系的构成
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常见溶剂极性表
化合物 i-pentane (异戊烷) n-pentane (正戊烷) Petroleum ether (石油醚) Hexane (己烷) Cyclohexane (环己烷) Isooctane (异辛烷) Trifluoroacetic acid (三氟乙酸) Trimethylpentane (三甲基戊烷) Cyclopentane (环戊烷) n-heptane (庚烷) Butyl chloride (丁基氯; 丁酰氯) Trichloroethylene (三氯乙烯; 乙炔化三氯) Carbon tetrachloride (四氯化碳) Trichlorotrifluoroethane (三氯三氟代乙烷) i-propyl ether (丙基醚; 丙醚) Toluene (甲苯) p-xylene (对二甲苯) Chlorobenzene (氯苯) o-dichlorobenzene (邻二氯苯) Ethyl ether (二乙醚; 醚)
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分配系数为:
k y exp[ (h) (l)]
x
RT
分配系数的对数值与标准状态下的化学势的 差值有关
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因此，要提高溶质的分配系数，必须提高 标准状态下，其在重相与轻相的化学势之 差
可以采取的方法：
改变溶剂 改变溶质的特性
生成有用离子对－－可溶于萃取剂的离子对 将强酸弱碱盐或强碱弱酸盐生成弱酸弱碱盐
机控制
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萃取的分类:
1 按组分数目分： 多组元体系：原料液中有两个以上组分或溶剂为两种
不互溶的溶剂 三元体系：原料液中含有两个组分，溶剂为单溶剂
2 按有无化学反应分： 物理萃取：萃取过程中，萃取剂与原料液中的有关组
分不发生化学反应 化学萃取
本章主要讨论三元体系的物理萃取。
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萃取方式
单组分萃取 萃取