第3章 萃取和浸取技术

1- Ψ =18/(18+1)=94.7% 1- Ψ = 6/(6+1)=85.7%
当分配系数相同而萃取剂用量减少时，其萃取 率下降。
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2、多级错流萃取
料 液 入 口
重相入 轻相入 轻相出
轻 相 入
第一级
轻相出
第二级
多级错流萃取示意图
第三级 萃余液出口
轻相出
重相出
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多级错流萃取未被萃取分率和理论收率
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苯及羟基衍生物在水中的溶解度（20℃） 单位g/100g
化合物 溶解度 苯 0.072 苯酚 9.06 临二苯酚 45.1
醇的同系物在水中的溶解度（20℃） 醇 溶解度 甲醇 无限互溶 乙醇 无限互溶
单位g/100g 丙醇 丁醇 8.3 戊醇 2.0 己醇 0.5
无限互溶
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羟基和巯基化合物在水中的溶解度（20℃）单位g/100g

经一级萃取后，未被 萃取的分率φ1：
1 φ１ E 1
1 φ2 ( E 1) 2

经二级萃取后，未被 萃取的分率φ2：
经n级萃取后，未被 萃取的分率： 理论收率：

1 n＝ ( E 1) n

P=(1+E)n-1/(1+E)n
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萃取
例：红霉素在20℃ 和pH9.8时分配系数（醋酸丁 酯/水）为44.5。用1/2体积的醋酸丁酯进行单级 萃取和二级错流萃取其理论收率分别是多少？ (1) E = 44.5×1/2/1 = 22.25 1- Ψ = 22.25/(22.25+1) = 95.7% (2) E = 44.5×1/4/1=11.125 1- Ψ =[(11.125+1)2-1]/(11.125+1)2 =99.32% 当萃取剂用量相等时，多级错流萃取比单级 萃取收率高。
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萃取
萃余率：
Ψn = (E-1)/(En+1-1)
理论收率：1- Ψn = (En+1-E)/(En+1-1)
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例：青霉素在0℃ 和pH2.5时分配系数（醋酸丁酯 /水）为35。用1/2体积的醋酸丁酯进行二级错流 萃取和二级逆流萃取其理论收率分别是多少？ (1) E = 35×1/4/1= 8.75 1- Ψ =[(8.75+1)2-1]/(8.75+1)2 =98.12% (2) E = 35×1/2/1= 17.5 n = 2 1- Ψ = (17.52+1-17.5)/(17.52+1-1) = 99.69%
乳化现象
有机相
乳化层 水 相
6.2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
水包油（O/W）型
油包水（W/O）型
表面活性剂在界面 上的定向排列
6.3 乳状液形成的条件
a.互不相溶的两相溶剂 b.表面活性剂使有机溶剂（油）和水的 表面张力降低
羟基化合物 C2H5OH C6H5OH 溶解度 无限互溶 9.06 巯基化合物 C2H5SH C6H5SH 溶解度 1.5 不溶
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三、 萃取方式与过程计算
※ 萃取过程：1）混和 2） 分离 3）溶剂回收 ※ 操作方式 单级萃取 多级萃取 多级错流 多级逆流
※ 理论收率计算
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1、单级萃取
单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器
（二）浸取溶剂的影响
浸取溶剂的选择是关键问题，而溶剂的用量也是 浸取过程的重要问题。 浸取溶剂用量大，溶质的浸取率高，但溶剂消耗 量大，进一步分离难度增加，使生产成本提高。
（三）浸取操作条件的影响
1.浸取温度 2. 搅拌 3.浸取时间
浸取过程达平衡前，时间与浸取量成正比； 达平衡时，浸取量为最大，但所需时间较长，影响生 产效率。 当扩散达到平衡后，时间不起作用。
同样用量，对多级逆流收率影响不大；
一般采用三级逆流萃取
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萃取
五、溶剂回收
1、蒸馏－ 适用于回收沸点相差很大的混合
溶剂或质量要求不高的粗分离
萃取
2、精馏－ 适用于沸点比较接近的组分分离
其他萃取方式

微分萃取 分馏萃取 离子对/反应萃取
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乳化现象和去乳化
乳化定义： 液体以细小液滴（分散相）的形式分散在另 一互不相容的液体（连续相）中。 如：水以细小液滴的形式分散在有机相；或有机 溶剂以细小液滴的形式分散在水相中。 在发酵液的溶剂萃取中发生乳化现象后，水 相和有机相分层困难，影响萃取分离操作的进行， 且可能产生夹带：萃余相中夹带溶剂，目标产物 收率降低；萃取相中夹带发酵液，给分离提纯造 成困难。
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3、多级逆流萃取
Ｌ １ 混 合 器 F
第一级 第二级 第三级
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Ｌ 2 混 合 器 分 离 器
S Ｌ ３ 混 合 器 分 离 器
R３
分 离 器
青霉素的多级逆流萃取
第一级 含青霉素乙酸戊酯 第二级 第三级
废液 青霉素滤液 乙酸戊脂
青霉素发酵过滤液进入第一级萃取罐，在此与从第二级分离器来的萃取相 在三级逆流萃取装置中用乙酸戊酯从澄清的发酵液中分离青霉素 （含产品青霉素）混合萃取，然后流入第一级分离器分成上下层， 上层为萃取相，富含目的产物，送去蒸馏回收溶剂和产物进一步精制； 下一层为萃余相，含目的产物浓度比新鲜料液低得多，送第二级萃取； 如此经三级萃取后，最后一级的萃余相作为废液排走。
生物类料液引起的乳化现象 a.种类——大多形成O/W型
b.原因——蛋白质是一种天然乳化剂
去乳化方法


加热、稀释、吸附 离心或过滤（乳化现象不严重 ） 加强电解质，破坏乳状液双电层 转型：加相反的界面活性剂，促使乳状液转型。 （如：对于o /w乳状液，加亲油性表面活性剂，可 使o /w向w/o转化，但由于溶液条件不允许w/o的形 成，从而达到破乳目的，相反对于w/o型乳浊液， 加 入 亲 水 性 表 面 活 性 剂 如 SDS 可 达 到 破 乳 的 目 的） 。 加入表面活性更强的物质，把界面活性剂替代出 来的顶替法 凝聚或絮凝等预处理
萃取的基本概念
萃取法：利用液体混合物各组分在某有机溶剂中 的溶解度的差异而实现分离。 料液：在溶剂萃取中，被提取的溶液； 溶质：其中欲提取的物质； 萃取剂：用以进行萃取的溶剂； 萃取液：经接触分离后，大部分溶质转移到萃 取剂中，得到的溶液； 萃余液：被萃取出溶质的料液。
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萃取的基本概念
4．浸取压力
当固体物料组织密实，较难被浸取溶剂浸润，提高浸取压力，促进浸润 的进行，提高固体物料组织内充满溶剂的速度，缩短浸取时间； 在较高压力下的渗透，还可将固体物料组织内的某些细胞壁破坏，利于 溶质的浸出。 一旦固体物料被完全浸透而充满溶剂后，加大压力对浸出速率的影响 将迅速减弱。
三、浸取方法、工艺与设备
2、温度和萃取时间的影响
一般应在低温下进行，尽量缩短时间。
3、盐析作用的影响
1)使其易转入有机相中
2)降低有机溶剂在水中的溶解度
3)有助于分相
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4、溶剂的种类、用量及萃取方式
（1）溶剂的选择
1）分配系数越大越好 2）选择分离因素大于1的溶剂 3）料液与萃取剂的互溶度越小越好 4）选择毒性低的溶剂 5）化学稳定性高、腐蚀性低等。
第三章 萃取和浸取技术
第一节 溶剂萃取 第二节 浸取 第三节 新型萃取技术
学习目标





①了解溶剂的互溶剂性规律，理解分配定律； ②掌握溶剂萃取操作，会用有机溶剂进行溶质萃取， 能对影响萃取效率的有关因素进行正确分析，正确处 理萃取过程中相关问题； ③理解浸取理论，掌握浸取操作，会用溶剂进行固体 物料中溶质的提取，能对影响浸取效率的有关因素进 行正确分析，正确处理浸取过程中相关问题； ④理解双水相萃取系统构成原理，掌握双水相萃取操 作； ⑤了解超临界流体的性质，掌握超临界流体萃取操作； ⑥了解反胶团概念及基本性质，理解反胶团的溶解作 用，掌握反胶团萃取操作。
①萃取 :溶质从料液转移到萃取剂的过程。 ②反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。
有些污染物，在水中溶解度小，而在某些有机溶剂中溶解度却非 常大，而这种有机溶剂又不溶于水。这样便可以让该溶剂与废水充 分搅拌混合，使废水中的污染物都转移到该溶剂中。停止搅拌之后， 水与溶剂的密度不同，自动分为两层，水中的污染物便被去除了。 这种有机溶剂称之为萃取剂，可以从含酚废水中把苯酚完全萃取到 萃取剂中，使废水中苯酚浓度低于排放标准( 1.0mg/l )。然后，向 萃取液中投加NaOH，使苯酚生成酚钠。酚钠是盐，不溶于萃取剂之 中，以酚钠溶液的形态与萃取剂分离，从而使萃取剂得到再生，又 可以重新使用 。此过程称之为反萃取。
（一）浸取方法（泡）
以中药材为例主要包括浸渍法、煎煮法和渗漉法。 1．浸渍法 常用于制备药酒、酊剂；浸出效率差。中国药典中规定了 浸渍方法： 取适当粉碎的药材，置于有盖容器中；加入规定量的溶 剂，密闭搅拌或振摇，浸渍3~5h或规定的时间，使有效成分浸 出。浸出效率差
2．煎煮法（煮）
萃取剂 S
萃 取 器 分 离 萃取相L 器 回 收 器
F 料液
产物 萃余相R
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未被萃取的分率φ和理论收得率1－φ 萃取因素
萃取液溶质总量 S V S C S X VS E ＝ ＝K 萃余液溶质总量 F V F C F X VF
未被萃取的分率
Φ＝1-η=1／1+ε
理论收率
η=ε／1+ε
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例：洁霉素在20℃ 和pH10.0时分配系数（丁醇/ 水）为18。用等量的丁醇萃取料液中的洁霉素和 用1/3体积的丁醇萃取其理论收率分别是多少？ (1) E =K×1/1＝18 (2) E =K×1/3/1=6
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（2）用量和萃取方式
不同萃取方式提取洁霉素的理论收率
收率(%) 体积比
单级
1 1/2 94.7 90.0
二级错流
99.0 96.7
二级逆流
99.7 98.9
三级逆流
99.98 99.88
1/3
1/4
85.7
81.8
93.8
90.5
97.7
96.1
99.61
99.14
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溶剂用量越小收率越低，特别对单级萃取；
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4、分离因数（β）
同一萃取体系内两种溶质在同样条 件下分配系数的比值。
β=(CA1/CB1)/(CA2/CB2)=KA/KB A、B分别表示溶质A和B β越大或越小，说明两种溶质分离效果越好， 若β为1则两种溶质不能分开。
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二、溶剂萃取法的基本原理
相似相溶原理 分子结构（如分子组成、官能团、形态结 构）相似和能量（相互作用力）相似的两种物 质能互相溶解。 与水相似的物质易溶于水，与油相似的物 质易溶于油。
当萃取剂用量相等时，多级逆流萃取比多级 错流萃取收率高。
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四、影响溶剂萃取的因素
1、pH的影响
pH影响弱酸弱碱性溶质的分配系数， 应选择合适的溶液pH值。
K表＝[AH]/ [AH]+[A-]=K/ 1+10(pH-pKp)
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青霉素的分配平衡
青霉素采用醋酸丁酯萃取时
pH=4.4 pH>4.4 pH<4.4 不能进行 青霉素由有机相转入水相（反萃取） 青霉素被萃取到有机相
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实验室液液萃取过程
分液漏斗
Hale Waihona Puke Baidu
有机相 水相
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一、萃取过程的理论基础
1、分配定律（能斯特定律）
一定T、P下，溶质在两个互不相溶的溶剂中分配， 达到平衡后溶质在两相中浓度之比为分配常数（K）。
K C1 萃取相的浓度 C2 萃余相的浓度
在常温常压下Ｋ为常数，条件： （1） 稀溶液 （2） 溶质对溶剂互溶没有影响 （3） 必须是同一分子类型，不发生缔合或离解

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2、萃取因素（E）
也称萃取比，被萃取溶质进入萃取 相的总量与该溶质在萃余相中的总量之比。 E＝萃取相中溶质总量/萃余相中溶质总量 ＝M1V1/M2V2=KV1/V2
M－浓度；V体积 与相比、萃取剂浓度、温度、pH等因素有关。
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3、萃取率（η）
表示一种萃取剂对某种溶质的萃取能力。 η =萃取相中溶质总量/料液中溶质总量 =M1V1/(M1V1+M2V2) =E/(E+1) 与萃取因素有关 萃余率:Ψ=1/(E+1)
第二节 浸取技术
一、浸取基本知识和基本理论 浸取：溶质从固相转移至液相的传质过程。 被萃取的物质在原固体中形态： 固体形式 也可能以液体形式（如挥发物或植物油）
二、影响浸取过程的因素
（一）固体物料颗粒度的影响
根据扩散理论，固体颗粒度越小，固液两相接触界 面越大，扩散速率越大，传质速率越高，浸出效果越好 另一方面也会使有害物质浸出量增大，给下一步的分 离纯化造成困难 另外，过度粉碎将消耗大量能量，且使液体的流动阻 力增大而不利于浸取。