萃取过程及设备
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分配定律推导
根据相律(F=C-P+2),在一定温度和压力下萃取达到 平衡时,溶质在两相中的化学位相等:μL=μH
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ当温度一定时,标准化学位为常数
如为稀溶液,用浓度代替活度
K
C1 C2
萃取相的浓度 萃余相的浓度
分离因素(β)
如果原来料液中除溶质A以外,还含有溶质B, 则由于A、B的分配系数不同,萃取相中A和B的 相对含量就不同于萃余相中A和B的相对含量。
实验室液液萃取过程
溶剂萃取概述
分液漏斗
有机相 水相
一般工业液液萃取过程
料液 (待分离物
质+杂质 萃 取
萃取液 (待分离物 质+少量杂质
洗 涤 剂
洗 涤
萃取剂 +稀释剂
杂质+少量 萃残液 待萃物质 (杂质)
反
萃 萃取剂+稀释剂
剂
(待返回使用)
待反 萃萃 物取 质
产物(待萃物质)
生物萃取与传统萃取相比的特殊性
生物工程不同于化工生产,主要表现在生物分离 往往需要从浓度很稀的水溶液中除去大部分的水, 而且反应液中存在多种副产物和杂质,使生物萃 取具有特殊性。
① 成分复杂 ② 传质速率不同 ③ 相分离性能不同 ④ 产物的不稳定性
溶剂萃取法的特点
萃取过程有选择性 能与其它步聚相配合 通过相转移减少产品水解 适用于不同规模 传质快 周期短,便于连续操作 毒性与安全环境问题
结晶液
pen-k 成品
红霉素( pK9.4 ) :
预处理和过滤
发酵液
滤液
萃取
调 pH9.810.2, 1/4V/V
丁酯逆流萃取
萃取液
乳酸沉淀
分解转碱
③物理萃取和化学萃取:物理萃取的理论基础是 分配定律,而化学萃取服从相律及一般化学反 应的平衡定律。
萃取的基本概念
溶剂萃取概述
萃取法是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的。 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, 余液:被萃取出溶质的料液称为。
18.1 萃取过程的理论基础
液液萃取是以分配定律为基础 分配定律:一定T、P下,溶质在两个互不相溶的溶剂中 分配,平衡时,溶质在两相中浓度之比为常数。
K-分配系数
K
C1 C2
萃取相的浓度 萃余相的浓度
在常温常压下K为常数;应用前提条件
(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
如A的分配系数较B大,则萃取相中A的含量(浓 度)较B多,这样A和B就得到一定程度的分离。
萃取剂对溶质A和B分离能力的大小可用分离因 素(β)来表征。
分离因素(β)
分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。 KA
β= KB
β=1 KA = KB 分离效果不好; β>1 KA > KB 分离效果好; β越大,KA 越大于KB,分离效果越好。
Light phase 萃取剂
Heavy phase
溶剂萃取概述
杂质
溶质
原溶剂
萃取的基本概念
溶剂萃取概述
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。
在完成萃取操作后,为进一步纯化目标产物或便于下一步 分离操作的实施,将目标产物从有机相转入水相的操 作就称为反萃取(Back extraction)
Kp=
弱酸性电解质K0= [AH]/[AH]=
[AH](K P [H ]) C [H ]
弱碱性电解质K0 = [B]/[B]=
[B](KP [H ]) CKP
弱电解质的表观分配系数K:
分配达平衡时,溶质在两相的总浓度之比
对于弱酸性电解质
K
K0
H Kp H
萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作,在 发酵和其它生物工程生产上的应用也相当广泛,
萃取操作不仅可以提取和增浓产物,使产物获得初步 的纯化,所以广泛应用在抗生素、有机酸、维生素、 激素等发酵产物 的提取上。
萃取过程
溶剂萃取概述
} 溶质A 料液 稀释剂B
萃取液S+A(B)
溶剂S
萃余液B+A(s)
此时,同时存在着两种平衡,一种是青霉素游离酸分子在有 机溶剂相和水相间的分配平衡;另一种是青霉素游离酸在水 中的电离平衡(图18-2)。前者用分配系数K0来表征,后 者用电离常数Kp来表征。对于弱碱性物质也有类似的情况。
青霉素的分配平衡
弱电解质的分配系数:
热力学分配系数K0 :萃取平衡时,单分子化 合物溶质在两相中浓度之比。
第一讲
溶剂萃取概述
萃取:当含有生化物质的溶液与互不相溶的第二相接 触时,生化物质倾向于在两相之间进行分配,当条件 选择得恰当时,所需提取的生化物质就会有选择性地 发生转移,集中到一相中,而原来溶液中所混有的其 它杂质(如中间代谢产物、杂蛋白等)分配在另一相 中,这样就能达到某种程度的提纯和浓缩。
弱酸的表观分配系数:K=K0 /(1 +10 pH - pK ) 弱酸的表观分配系数: K=K0 /(1 +10 pK - pH )
举例:
青霉素 ( pK2.75 ) 工业钾盐 :
预处理及过滤
发酵液
滤洗液
萃取
调 pH2.02.5 1/3 v/v
丁酯逆流萃取
萃取液
NaCl 盐析脱水
活性炭脱色
丁酯逆共流萃沸取蒸馏结晶
弱电解质在有机溶剂-水相的分配平衡
分配系数中CL和CH 必须是同一种分子类型,即不发生缔合 或离解。对于弱电解质,在水中发生解离,则只有两相中的 单分子化合物的浓度才符合分配定律。
例如青霉素在水中部分离解成负离子(青COO-),而在 溶剂相中则仅以游离酸(青COOH)的形式存在,则只有两 相中的游离酸分子才符合分配定律。
=K0 /(1 +10 pH - pK )
对于弱碱性电解质
K
K0
Kp
Kp H
=K0 /(1 +10 pK - pH )
K0-只与T、P有关; K-与T、P和pH有关 K可通过实验求出,而K0不能,可由公式求出。
思考题: 将青霉素由水相萃取到丁酯相中,其pK=2.75,萃取条 件:pH=2.5,T=10℃,VF∶VS = 1∶1,测得萃取前发酵 液(水相)效价20000 u/ml,平衡后废液效价645.2 u/ml,求分配系数K和K0