《Ch溶剂萃取》PPT课件
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解：由题设，可求出萃取系数 E=kL/H=48×0.045/0.45=4.8
又根据产物萃取收率公式，得出含级数n的方 程:
P=(En+1-E)/ (En+1-1) 求出n=2.35 ，取3。
• 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
常用萃取设备
重点： 难点：
一、乳浊液的形成：
1、形成与类型：表面活性剂、乳化剂
①形成乳浊液的基本条件:
分散相 (内相):不连续相
②类型:乳浊液 分散介质（外相）：连续相
根据内相、外相的性质，
乳状液分为 O/ W型； W/O 型两种类型 乳化剂—是一类表面活性剂的物质。
亲 烃基基
—COONa
油
亲水 基
—SO3Na
憎水性 （极性部分）—OSO3Na
β越大，表示A、B两溶质分离效果越好。
三、弱电解质在有机溶剂-水相间的分配平衡
三、弱电解质在有机溶剂-水相间的分配平衡
AH
有机相
K0
AH Ka A-+H+（水相） BH+
B 有机 相 K0
Kb B+H+（水相）
弱酸分配和电离平衡
弱碱分配和电离平衡
对于弱酸性抗生素
◆在水溶液中存在电离平衡：
Kp
AH
2、分离：（分离器）：常用碟片式离心机 3、溶剂回收：（回收器）
根据料液与萃取剂的接触方式，萃取操作流 程可分为：
单级萃取:（混合——澄清式萃取）
多级萃取:
多级错流接触萃取 多级逆流接触萃取
微分萃取: （又叫塔式萃取）
二、理论收得率：
萃取操作理论收得率计算须符合两个假定： 很快达到平衡、溶质在两相中完全不互溶。
• 使含溶质的溶液（h） 和萃取剂（L）解出混 合，静止后分成两层。
单级萃取
1、单级萃取 ： 根据萃取过程中的分配定律以及萃取前
后溶质的质量守衡定律，
y=kx
Hx0 Ly0 Hx Ly
其中：H-给料溶剂量（kg）； L-萃取剂量（kg）； x0 -给料中溶质浓度；
y0-进入萃取系统的溶质浓度（通常y0= 0）；
同样道理推测出大环内酯类抗生素（即弱碱性电解质）的表观分配系数为
K表=
K0 110 pKb pH
…… ⑥
⑥式表明了弱碱性电解质表观分配系数与pH的关系。
从上可见，溶质在两相的分配决定于选择何种溶剂 和水相的pH。
例：用醋酸丁酯从pH为2.5的发酵液中萃取苄基青霉素，在0℃，pH2.5时测得K表=30，Ka= 10-2.75。求两相中浓度相等时的pH值。
AH
AH A
…③
将①、②式代入③式得：
K表==
K= 0 AH… … ④ H K0 AH KpAH H Kp
H
∵-lgKp=pKp ∴Kp=10-pkp
-lg[H+]=pH
[H+]=10-pH 代入④
得ຫໍສະໝຸດ Baidu
K表=
K0 110pH pKa
…… ⑤
⑤式表明了弱酸性电解质表观分配系 数与pH的关系。
从以上分析可知，若K值越大，则溶质（产物） 越浓集于萃取相中。
2、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
产物萃取收率的计算： （见P79）
P=(En+1-E)/ (En+1-1)
例1：拟用醋酸戊酯为萃取剂从发酵液中分离苏氨酸 ，其平衡方程为y=（2x）1/2 ，y和x的单位为m ol/L。现用1m3的醋酸戊酯，单级间歇萃取5 m 3发酵液的苏氨酸，已知该发酵液中苏氨酸的 浓度为0.02mol/L,求产品萃取的回收率。
解：根据平衡方程式y=f(x)和操作线方程式 Hx+ly= Hx0
分别有y=（2x）1/2 ,Y=5(0.02-x)方程 可求出x=0.00343mol/L;y=0.0828mol/L;
产品的回收率: P=yL/x0H=0.0828×1/0.02 ×5=82.8%
例2：用醋酸戊酯从发酵液中萃取青霉素，已知发 酵液中青霉素的浓度为0.26kg/ m3,萃取平衡 常数为k=48，处理能力为0.45 m3/h，萃取溶 剂流量为0.045 m3/h。若要产品回收率达98% ，试计算理论上所需萃取级数n。
本章小结：
作业： 1、溶剂萃取的原理如何？ 2、简述形成乳浊液的原因和必要条件？乳浊液的类型决定于哪些因素？
感谢下 载
感谢下 载
（非极性部分）
—N+(cH3)3Cl-
降低界面张力的物质
—OH
图：表面活性剂的模型 表面活性剂分子在相的界面上定向排列单分子层。
二、乳浊液的稳定条件和乳浊液的类型
（一）乳浊液稳定与下列几个因素有关：
1、降低油水界面张力，提高了体系的稳定性。 2、乳微粒的界面上保护膜是否形成。
3、微滴是否带电：
分散液的液珠带电主要是由于液珠表面上吸 附了电离的乳化剂离子。根据经验，两物接触时， 介电常数高的物质带正电，低的带负电。（O-/W+ W+/O-）
HLB值一般在 0～20之间。 ∴HLB值越大,亲水性越强,形成O/W型乳浊液; HLB值越小,亲油性越强,形成W/O型乳浊液; HLB的应用：
外
观
在水中分散
分散程度很低 剧烈震荡后得牛乳状分散液 稳定的牛乳状分散液 半透明到透明分散液
透明溶液
HLB范围
1~4 3~6 6~8 8~10 10~13 大于13
…②
μ °(E)、 μ °(R)—分别为溶质在萃 取相、萃余相中的标准化学位。
α1、α2—分别为溶质在萃取相、萃余相中 的活度。
R——气体常数
T——绝对温度
由①、②式得 μ°(E) +RTlnα1= μ°(R) +RTlnα2
1 2
=exp
u Ru
RT
E
令
(常数1) ；=k 2
如果溶解在两相中溶质浓度很低,则 可用浓度代替活度, 即k= c1 —分配定
第二节 溶剂的选择
1、溶解度 2、分离因素 3、相似相溶的原则 4、选择合适溶剂的条件：①②③④
第三节 水相条件的影响
1、pH值 2、温度 3、盐析 4、★带溶剂：
第四节 乳化和去乳化
乳化：是一种液体（分散相）分散在另一种 不相混溶的液体（连续相）中的现象 ，这种体系是不均一的，不稳定的体 系，生成的这种液体称为乳状液或乳 浊液。
第六章 溶剂萃取 （Organic solvent Extrati on ）
萃取：（Extraction）
▪ 液—液萃取 ▪ 液固萃取 ▪ 液膜萃取 ▪ 双水相萃取 ▪ 反胶团萃取（或逆胶束萃取） ▪ 超临界流体萃取等。
溶剂萃取突出的特点： ①②③④
溶剂萃取应用范围:
第一节 溶 剂 萃 取
一、溶剂萃取过程的理论基础 基本概念：
c2
律表达式
（二）分配定律的含义及成立条件：
1．含义：
2．成立条件：①②③
（三）分离因素：
萃取剂用的溶剂除对产物有较大的溶 解度外，还应有良好的选择性。
溶剂的选择性用分离因素β或（或α AB）来表征。
β=αAB =
C1A/C1B =
C2 A/C2B
K K
A=
B
K产 K杂
β定义为产物与杂质分配系数之比。
1、料液；溶质；萃取剂；萃取相（萃 取液）；萃余相（萃余液）
2、物理萃取；化学萃取
Light phase 萃取剂
Heavy phase
杂质 溶质 原溶剂
3、分配系数：在研究萃取过程中，常用 分配系数表示平衡的两个共存相中溶质
浓度的关系。衡量萃取体系是否合理的重 要参数。
对互不混溶的两液相系统中，达到 萃取平衡时有：
A-+H+
[A-]= KpAH …
[H ]
Kp=
A H
AH
①
◆在有机溶剂和水相存在分配平衡:
AH K0
A
H有
K0= [ AH =]
AH
有机相中游离酸浓度 水相中游离酸浓度
AH =K0[AH] …… ② K0—为真分配系数
C=[AH]+[A-]（水中弱电解质总浓度）
表观分配系数定义为：K表=
x-萃取平衡后萃余相中溶质浓度； y-萃取平衡后萃取相中溶质浓度。
假设萃取相和萃余相互不混溶，则操作过程 中H和L的量不变。
综合上两式，可求得平衡后萃取相中溶质浓 度为
y=kx0/(1+E)
式中E=kL/H,E称作萃取因子， 相应地，萃余相中溶质浓度为x=x0/(1+E)； 令P为萃取回收率，则P=Ly/Hx0=E/(1+E),
四、常见的去乳化剂（破乳剂——表面活 性剂）
1、溴代十五烷基吡啶（P.P.B）—阳离子表面活性剂
结构式:[CH3（CH2）10CH2（CH2）3N +] Br2、十二烷基磺酸钠：—阴离子型表面活性剂
3、溴代四烷基吡啶：
第五节 萃取方式和理论收得率的计算
一、工业上萃取操作包括三个步骤：
1、混合：（混合器）：在搅拌罐中进行；管道 萃取；喷射萃取
解：根据⑤式得K0=30（1+102.5-2.75）=47 当苄基青霉素在两相中浓度相等即K表=1时，
1=
47 110p H p Ka
∴pH=4.4
47-1= 10pH 10 pKa
说明：
表观分配系数=1即苄基霉素在醋酸丁 酯相与水相中的浓度相等，其pH=4.4，当p H＜4.4时，苄基青霉转移到丁酯相称为萃 取；pH＞4.4时,苄基青霉素又从丁酯相转 移到水相,称为反萃取。
表：各种分散程度的表面活性剂的HLB数
HLB数 3~6 7~9 8~15
13~15 15~18
表：各种表面活性剂的用途
应用
W/O乳浊液 润湿剂 O/W乳浊液
洗涤剂 助溶剂
三、乳浊液的破坏
1、过滤和离心分离： 2、加热： 3、稀释法： 4、加电解质： 5、吸附法： 6、顶替法：当前最主要的破乳方法 （戊醇） 7、转型法：
k为分配系数=
C1 平 衡 时 溶 质 在 萃 取 相 中浓 度 C2 平 衡 时 溶 质 在 萃 余 相 中浓 度
二、分配定律和分离因数：
（一）分配定律的表达式：
恒温恒压下萃取操作达到平衡态时，溶质 在萃取相（E或L）和萃余相（R或H）（水相） 的化学势是相等的。
μ(E)=μ (R)………①
μ(E)=μ°(E)+RTlnα1 μ(R)=μ°(R)+RTlnα2
结论：若k值越大，则溶质（产物）越浓集于萃 取相中。
萃取因子（extraction factor）E，即萃取 平衡后萃取相和萃余相中溶质量之比等于分配系 数除以浓缩比。
E=K/m （m=VF/VS）；
用φ表示萃余分率(体积比)，则 φ=1/(E+1)；
而萃取分率（或称萃取回收率）为： 1-φ=E/(E+1)；
由于某些prot 是憎水性（亲油基强度＞亲水基） 故发酵液(含有大量prot)和有机溶剂形成的乳状 液很多属于W/O型。而由蛋白质引起的乳化多为O/W型的。
4、介质的粘度：
（二）乳浊液的类型表征
1、一般来讲，表面活性剂的亲水基＞亲油基， 则易形成O/W型乳浊液，反之，易形成W/O型。
2、H L B数：（hydrophile-lipophile balance） 又称（亲憎平衡值）它表示亲水和亲 油的平衡程度，表面活性剂上亲水和 亲油基团的相对强弱称为HLB值。
又根据产物萃取收率公式，得出含级数n的方 程:
P=(En+1-E)/ (En+1-1) 求出n=2.35 ，取3。
• 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
常用萃取设备
重点： 难点：
一、乳浊液的形成：
1、形成与类型：表面活性剂、乳化剂
①形成乳浊液的基本条件:
分散相 (内相):不连续相
②类型:乳浊液 分散介质（外相）：连续相
根据内相、外相的性质，
乳状液分为 O/ W型； W/O 型两种类型 乳化剂—是一类表面活性剂的物质。
亲 烃基基
—COONa
油
亲水 基
—SO3Na
憎水性 （极性部分）—OSO3Na
β越大，表示A、B两溶质分离效果越好。
三、弱电解质在有机溶剂-水相间的分配平衡
三、弱电解质在有机溶剂-水相间的分配平衡
AH
有机相
K0
AH Ka A-+H+（水相） BH+
B 有机 相 K0
Kb B+H+（水相）
弱酸分配和电离平衡
弱碱分配和电离平衡
对于弱酸性抗生素
◆在水溶液中存在电离平衡：
Kp
AH
2、分离：（分离器）：常用碟片式离心机 3、溶剂回收：（回收器）
根据料液与萃取剂的接触方式，萃取操作流 程可分为：
单级萃取:（混合——澄清式萃取）
多级萃取:
多级错流接触萃取 多级逆流接触萃取
微分萃取: （又叫塔式萃取）
二、理论收得率：
萃取操作理论收得率计算须符合两个假定： 很快达到平衡、溶质在两相中完全不互溶。
• 使含溶质的溶液（h） 和萃取剂（L）解出混 合，静止后分成两层。
单级萃取
1、单级萃取 ： 根据萃取过程中的分配定律以及萃取前
后溶质的质量守衡定律，
y=kx
Hx0 Ly0 Hx Ly
其中：H-给料溶剂量（kg）； L-萃取剂量（kg）； x0 -给料中溶质浓度；
y0-进入萃取系统的溶质浓度（通常y0= 0）；
同样道理推测出大环内酯类抗生素（即弱碱性电解质）的表观分配系数为
K表=
K0 110 pKb pH
…… ⑥
⑥式表明了弱碱性电解质表观分配系数与pH的关系。
从上可见，溶质在两相的分配决定于选择何种溶剂 和水相的pH。
例：用醋酸丁酯从pH为2.5的发酵液中萃取苄基青霉素，在0℃，pH2.5时测得K表=30，Ka= 10-2.75。求两相中浓度相等时的pH值。
AH
AH A
…③
将①、②式代入③式得：
K表==
K= 0 AH… … ④ H K0 AH KpAH H Kp
H
∵-lgKp=pKp ∴Kp=10-pkp
-lg[H+]=pH
[H+]=10-pH 代入④
得ຫໍສະໝຸດ Baidu
K表=
K0 110pH pKa
…… ⑤
⑤式表明了弱酸性电解质表观分配系 数与pH的关系。
从以上分析可知，若K值越大，则溶质（产物） 越浓集于萃取相中。
2、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
产物萃取收率的计算： （见P79）
P=(En+1-E)/ (En+1-1)
例1：拟用醋酸戊酯为萃取剂从发酵液中分离苏氨酸 ，其平衡方程为y=（2x）1/2 ，y和x的单位为m ol/L。现用1m3的醋酸戊酯，单级间歇萃取5 m 3发酵液的苏氨酸，已知该发酵液中苏氨酸的 浓度为0.02mol/L,求产品萃取的回收率。
解：根据平衡方程式y=f(x)和操作线方程式 Hx+ly= Hx0
分别有y=（2x）1/2 ,Y=5(0.02-x)方程 可求出x=0.00343mol/L;y=0.0828mol/L;
产品的回收率: P=yL/x0H=0.0828×1/0.02 ×5=82.8%
例2：用醋酸戊酯从发酵液中萃取青霉素，已知发 酵液中青霉素的浓度为0.26kg/ m3,萃取平衡 常数为k=48，处理能力为0.45 m3/h，萃取溶 剂流量为0.045 m3/h。若要产品回收率达98% ，试计算理论上所需萃取级数n。
本章小结：
作业： 1、溶剂萃取的原理如何？ 2、简述形成乳浊液的原因和必要条件？乳浊液的类型决定于哪些因素？
感谢下 载
感谢下 载
（非极性部分）
—N+(cH3)3Cl-
降低界面张力的物质
—OH
图：表面活性剂的模型 表面活性剂分子在相的界面上定向排列单分子层。
二、乳浊液的稳定条件和乳浊液的类型
（一）乳浊液稳定与下列几个因素有关：
1、降低油水界面张力，提高了体系的稳定性。 2、乳微粒的界面上保护膜是否形成。
3、微滴是否带电：
分散液的液珠带电主要是由于液珠表面上吸 附了电离的乳化剂离子。根据经验，两物接触时， 介电常数高的物质带正电，低的带负电。（O-/W+ W+/O-）
HLB值一般在 0～20之间。 ∴HLB值越大,亲水性越强,形成O/W型乳浊液; HLB值越小,亲油性越强,形成W/O型乳浊液; HLB的应用：
外
观
在水中分散
分散程度很低 剧烈震荡后得牛乳状分散液 稳定的牛乳状分散液 半透明到透明分散液
透明溶液
HLB范围
1~4 3~6 6~8 8~10 10~13 大于13
…②
μ °(E)、 μ °(R)—分别为溶质在萃 取相、萃余相中的标准化学位。
α1、α2—分别为溶质在萃取相、萃余相中 的活度。
R——气体常数
T——绝对温度
由①、②式得 μ°(E) +RTlnα1= μ°(R) +RTlnα2
1 2
=exp
u Ru
RT
E
令
(常数1) ；=k 2
如果溶解在两相中溶质浓度很低,则 可用浓度代替活度, 即k= c1 —分配定
第二节 溶剂的选择
1、溶解度 2、分离因素 3、相似相溶的原则 4、选择合适溶剂的条件：①②③④
第三节 水相条件的影响
1、pH值 2、温度 3、盐析 4、★带溶剂：
第四节 乳化和去乳化
乳化：是一种液体（分散相）分散在另一种 不相混溶的液体（连续相）中的现象 ，这种体系是不均一的，不稳定的体 系，生成的这种液体称为乳状液或乳 浊液。
第六章 溶剂萃取 （Organic solvent Extrati on ）
萃取：（Extraction）
▪ 液—液萃取 ▪ 液固萃取 ▪ 液膜萃取 ▪ 双水相萃取 ▪ 反胶团萃取（或逆胶束萃取） ▪ 超临界流体萃取等。
溶剂萃取突出的特点： ①②③④
溶剂萃取应用范围:
第一节 溶 剂 萃 取
一、溶剂萃取过程的理论基础 基本概念：
c2
律表达式
（二）分配定律的含义及成立条件：
1．含义：
2．成立条件：①②③
（三）分离因素：
萃取剂用的溶剂除对产物有较大的溶 解度外，还应有良好的选择性。
溶剂的选择性用分离因素β或（或α AB）来表征。
β=αAB =
C1A/C1B =
C2 A/C2B
K K
A=
B
K产 K杂
β定义为产物与杂质分配系数之比。
1、料液；溶质；萃取剂；萃取相（萃 取液）；萃余相（萃余液）
2、物理萃取；化学萃取
Light phase 萃取剂
Heavy phase
杂质 溶质 原溶剂
3、分配系数：在研究萃取过程中，常用 分配系数表示平衡的两个共存相中溶质
浓度的关系。衡量萃取体系是否合理的重 要参数。
对互不混溶的两液相系统中，达到 萃取平衡时有：
A-+H+
[A-]= KpAH …
[H ]
Kp=
A H
AH
①
◆在有机溶剂和水相存在分配平衡:
AH K0
A
H有
K0= [ AH =]
AH
有机相中游离酸浓度 水相中游离酸浓度
AH =K0[AH] …… ② K0—为真分配系数
C=[AH]+[A-]（水中弱电解质总浓度）
表观分配系数定义为：K表=
x-萃取平衡后萃余相中溶质浓度； y-萃取平衡后萃取相中溶质浓度。
假设萃取相和萃余相互不混溶，则操作过程 中H和L的量不变。
综合上两式，可求得平衡后萃取相中溶质浓 度为
y=kx0/(1+E)
式中E=kL/H,E称作萃取因子， 相应地，萃余相中溶质浓度为x=x0/(1+E)； 令P为萃取回收率，则P=Ly/Hx0=E/(1+E),
四、常见的去乳化剂（破乳剂——表面活 性剂）
1、溴代十五烷基吡啶（P.P.B）—阳离子表面活性剂
结构式:[CH3（CH2）10CH2（CH2）3N +] Br2、十二烷基磺酸钠：—阴离子型表面活性剂
3、溴代四烷基吡啶：
第五节 萃取方式和理论收得率的计算
一、工业上萃取操作包括三个步骤：
1、混合：（混合器）：在搅拌罐中进行；管道 萃取；喷射萃取
解：根据⑤式得K0=30（1+102.5-2.75）=47 当苄基青霉素在两相中浓度相等即K表=1时，
1=
47 110p H p Ka
∴pH=4.4
47-1= 10pH 10 pKa
说明：
表观分配系数=1即苄基霉素在醋酸丁 酯相与水相中的浓度相等，其pH=4.4，当p H＜4.4时，苄基青霉转移到丁酯相称为萃 取；pH＞4.4时,苄基青霉素又从丁酯相转 移到水相,称为反萃取。
表：各种分散程度的表面活性剂的HLB数
HLB数 3~6 7~9 8~15
13~15 15~18
表：各种表面活性剂的用途
应用
W/O乳浊液 润湿剂 O/W乳浊液
洗涤剂 助溶剂
三、乳浊液的破坏
1、过滤和离心分离： 2、加热： 3、稀释法： 4、加电解质： 5、吸附法： 6、顶替法：当前最主要的破乳方法 （戊醇） 7、转型法：
k为分配系数=
C1 平 衡 时 溶 质 在 萃 取 相 中浓 度 C2 平 衡 时 溶 质 在 萃 余 相 中浓 度
二、分配定律和分离因数：
（一）分配定律的表达式：
恒温恒压下萃取操作达到平衡态时，溶质 在萃取相（E或L）和萃余相（R或H）（水相） 的化学势是相等的。
μ(E)=μ (R)………①
μ(E)=μ°(E)+RTlnα1 μ(R)=μ°(R)+RTlnα2
结论：若k值越大，则溶质（产物）越浓集于萃 取相中。
萃取因子（extraction factor）E，即萃取 平衡后萃取相和萃余相中溶质量之比等于分配系 数除以浓缩比。
E=K/m （m=VF/VS）；
用φ表示萃余分率(体积比)，则 φ=1/(E+1)；
而萃取分率（或称萃取回收率）为： 1-φ=E/(E+1)；
由于某些prot 是憎水性（亲油基强度＞亲水基） 故发酵液(含有大量prot)和有机溶剂形成的乳状 液很多属于W/O型。而由蛋白质引起的乳化多为O/W型的。
4、介质的粘度：
（二）乳浊液的类型表征
1、一般来讲，表面活性剂的亲水基＞亲油基， 则易形成O/W型乳浊液，反之，易形成W/O型。
2、H L B数：（hydrophile-lipophile balance） 又称（亲憎平衡值）它表示亲水和亲 油的平衡程度，表面活性剂上亲水和 亲油基团的相对强弱称为HLB值。