第4章萃取设备

1. 混合设备
（1）.混合罐
混合罐的结构与机械搅拌的密闭式反 应罐类似。为防止中心液面下凹，在罐壁
设置挡板，罐顶上有萃取剂、料液、调节
pH的酸（碱）液及去乳化剂的进口管，底 部有排料管。料液在罐内的平均混合停留 时间约1～2min。
生物工程设备——第4章 萃取设备
（2）.混合管
混合排管，萃取剂及料液在一定 流速下进入管道一端，混合后从 另一端导出，为了保证较高的萃 取效果，料液在管道内应维持足 够的停留时间，并使流动呈完全 涡流状态，强迫料液充分混合。 一般要求 Re=(5~10)×104，流体 在管内平均停留时间10～20s。混 合管的萃取效果高于混合罐，且 为连续操作。


(4)容易回收和再利用；


(5)毒性低，腐蚀性小，使用安全；
(6) 不与目标产物发生反应。
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萃取原理
Light phase 杂质
溶质 萃取剂 原溶剂
Heavy phase
化学萃取

萃取剂(非极性物质)与目标产物发生反应进行萃 取的过程。
主要用于水溶性强的氨基酸和抗生素的提取。在 有机相中的分配系数很小甚至为零，利用一般的 物理萃取效率很低，需采用化学萃取。 常用化学萃取剂：



季铵盐、叔胺 长链脂肪酸、烃基磺酸等。
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化学萃取原理
离子对(ion-pair)
R3 N HAC R3 NH AC
氢键(H-bonding)


R3 N HAC R3 N HAC
离子交换(ion exchange)
R3 NH Cl AC R3 NH AC
喷嘴式混合器的工作原理:
利用工作流体在一定压力下经过喷嘴以高速度射
出，当流体流至喷嘴时速度增大，压力降低产生真空， 这样就将第二种液体吸入达到混合目的。
喷嘴 扩大管
料液
出口
吸入口 图9-5 喷嘴式混合器
2. 分离设备
分离设备分离目的:
将含目标产物的萃取相与萃余相分离。
分离主要依靠萃取相与萃余相的密度不同（互不相


当筛板向上运动时，筛板上侧液体经筛 孔向下喷射；当筛板向下运动时，筛板 下侧的液体向上喷射，故使两相接触表 面及湍动程度增加，因而传质效率高。
往复筛板塔的传质效率高，流动阻力小， 生产能力大，故在生产上应用日益广泛。 （见演示）
生物工程设备——第4章 萃取设备

第二节 固-液萃取设备

固-液萃取是在一定条件下用一定浸出溶剂从固体原料中 浸出有效成分的过程。依溶剂流动与否又分为静态浸出和 动态浸出。静态浸出是间歇的加入溶剂和一定时间的浸渍；
理论萃取率
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（二） 多级萃取
多级错流萃取
多级错流萃取流程 特点：萃取理论收率高，萃取完全但多级萃取流程长，
一般情况下，萃取剂用量大，因而得到的萃取液浓度低。
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1 1
E 1
错流萃取收率计算
1 E 1
经一级萃取后，未被萃取的分率 1 为： 1
调节PH至酸性，从新得到醋酸。
生物工程设备——第4章 萃取设备





双水相萃取

主要适用于难溶于有机溶剂的胞内酶的分离。分离原 理是将亲水性聚合物加入水中会形成两相，聚合物以
不同的比例分配于两相中，目标产物进入双水相体系
后，使其在上、下相的浓度不同实现分离的目的。

双水相萃取剂：聚乙二醇-葡萄糖；聚乙二醇-无机盐。 优点：直接从细胞破碎浆液中萃取蛋白质而无需将细 胞碎片分离，一步操作可达到固液分离和纯化的目的。
第四章 萃取过程设备
液-液萃取：萃取的混合物料为液体； 液-固萃取（浸取或浸提）：萃取的混合物料为固体；
超临界流体萃取：超临界状态下的流体对各组分溶解度不
同而分离。
第一节 第二节 第三节
液-液萃取分离设备 液-固萃取分离设备 超临界萃取分离设备
生物工程设备——第4章 萃取设备
第一节

液-液萃取分离设备
相液逆向运动的相对速度小，界面湍动程度低，从
而限制了传质效率的进一步提高。引入脉冲作用目
的是为了提高流体间的湍动程度。产生脉冲的方法 有往复泵、隔膜泵、压缩空气等。脉冲振幅范围为 9~50mm，频率为30~200/min。
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往复筛板塔

原理与脉冲筛板塔相同，采用将筛板固 定在中心轴上，由塔顶的传动机构带动 作上下往复运动。如图所示， 往复振动的幅度范围3~5mm，频率可达 1000次/min。

利用溶剂(萃取剂)对待分离组分(溶质)有较高的
溶解能力，分离过程属物理过程。

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;
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萃取剂选择原则
(1)价廉易得；
(2)与水相不互溶； (3)与水相有较大的密度差，并且粘度小，表面张 力适中，相分散和相分离较容易；

1 经二级萃取后： 2 ( E 1)2
依次类推，经n级萃取后，未被萃取的 分率n 为
n
1 ( E 1)n
n 1 ( E 1) 而理论收得率为 1 1 1 n ( E 1)n ( E 1)n

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多级逆流萃取流程
萃取相
食品工厂设备——第4章 原料分离机械与设备
二、 半连续萃取流程

新鲜溶剂从1-6号罐顺序加入，萃取液从2-5号罐 顺序流过，从5号罐排出萃取液，萃取液浓度较高。
新鲜溶剂 1 2 卸渣装料 6 3 5 5 浓溶液 4 4 3 浓溶液 6 2 卸渣装料 1 新鲜渣剂
(a)
(b)
图9-19 逆流多级固液萃取罐级操作转示意图 （a）6号轮空卸渣打装料 （b）1号轮空卸渣装料
萃取液
残渣 图9-16 夹套加热间隙萃取装置 --冷却盐水 --萃取液 --蒸汽或热水 --真
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单极萃取设备及流程
1来自百度文库

结构： 提取罐、冷凝器、冷却器和油水 分离器，主要目的是分离顶部气 水
2 3 5 6 7 4
固体物料
体中含的有效成分。
提取罐为带夹套的加热结构，由 气动装置带动轴上下移动，从而 油
K-分配系数，即萃取相中溶质浓度与萃余相中溶质浓度的比值

当分配系数为K，料液的体积为VF，溶媒的体积为VS，则经 过萃取后，溶质在萃取相与萃余相中数量之比值为称为萃 取因素（E）：
VS EK VF
：
式中 E——萃取因素。
由E可求得未被萃取的分率

和理论收得率1-

1
E 1
未被萃取分率
1 E E 1
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三、 立式连续浸泡式浸取器
生物工程设备——第4章 萃取设备


脉冲筛板塔

脉冲筛板塔的基本结构与普 通筛板基本相同，没有溢流 管和降液管。 往复泵

重液由上而下流动，轻相自 下而上流动。往复给予系统 脉动压力。
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工作原理

操作时，轻、重液相均穿过筛板面作逆流运动，
分散在筛板之间不分层。由于普通筛板塔内轻、重
溶），在离心力的作用下，将萃取相和萃余相分离。
1、碟片式离心机； 2、管式离心机。
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（二）离心萃取设备

将混合与分离操作结合在一台设备中
利用离心力连续完成的高效萃取设备。

连续逆流离心萃取设备
生物工程设备——第4章 萃取设备
连续逆流离心萃取设备
将萃取剂与料液在逆流情况下进行多次接触和多 次分离的萃取设备。其主要部件为由10个不同直 径的同心圆筒组成的转鼓，每个圆筒上均在一端 开孔，作为料液和萃取剂流动的通道，由于相邻 转鼓之间开孔位置上下错开，使液体上下曲折流 动。从中心向外数第4～9筒的外壁上均焊有螺旋 形导流板，使两个液相的流动路程加长，延长两 液相的混合与分离时间，在螺旋形导流板上又开 设大小不同的缺口，使螺旋形长通道中形成很多 短路，增加了两液相之间的接触机会。 操作时，重液相（料液）由底部轴周围的套 管进入转鼓后，沿螺旋形通道由内向外顺次流经 各转鼓，最后由外筒经溢流环到向心泵室被排出。 轻液（萃取剂）则由底部的中心管进入转鼓，流 入最外层转鼓，从下端进入螺旋形通道，由外向 内顺次流过各转鼓，最后从中心经出口排出。
ABE－216型离心萃取机液体流向图
重液在10层转鼓中心由内 向外移动； 轻液由中心管进入由外向 内移动，轻重液逆流接触。
（三）塔式萃取设备

筛板萃取塔是常用的液—液传质设备之一， 不同形式的筛板萃取塔结构如所示。 普通筛板塔 脉冲筛板塔 往复筛板塔
生物工程设备——第4章 萃取设备



普通筛板塔

普通筛板塔内配有若干 层加工有许多小孔和一
个溢流管(也称为降液管)
的筛板。筛孔直径一般
为3~9mm，孔距为孔径的
3~4倍，板间距为
150~600mm。（筛板结构）
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工作原理
工作时两液相分为分散相和连续相，分别由塔底和 塔顶进入塔内。
若轻液为分散相，由塔底进入塔内后，首先与第一 块筛板接触，在密度差的作用下，通过筛板上小孔 分散成细滴并向上移动；而作为连续相的重液则由 重力作用沿各塔板横向流动，经降液管流至下层塔 板时与上升的滴状分散相相遇，实现两相接触传质。 液滴穿过连续相后，在第二层塔板之下又凝结形成 轻液层，该轻液层在两相密度差的作用下，经上层 筛板再次分散而上浮。由于塔内安装有很多塔板， 经分散相多次分散，多次凝结，实现传质，达到分 离目的。（见演示）
生物工程设备——第4章 萃取设备
（3）. 喷射式混合器
两种常见的喷射式混合器示意图。其中（a）为器内混合过 程，即萃取剂及料液由各自导管进入器内进行混合；（b）则 为两液相已在器外汇合，后经喷嘴或孔板进入器内，从而加强 了湍流程度，提高了萃取效率。喷射式混合柱是一种体积小效 率高的混合装置，特别适用于低黏度、易分散的料液。这种设 备投资小，但需要料液在较高的压力下进入混合器。

此外产物不易失活。
二、液-液萃取过程与计算

（一） 单级萃取 （二） 多级萃取

生物工程设备——第4章 萃取设备
（一） 单级萃取
流程:
F为待处理液；
S为萃取剂； E萃取相； R为萃余相； E′ 为萃取液（目标产物） R′为萃余液。 （萃取过程见演示）
生物工程设备——第4章 萃取设备
单级萃取计算
混合设备是真正进行萃取的设备，它要求料液与 萃取剂充分混合形成乳浊液，使分离的生物产品 自料液转入萃取剂中。分离设备是将萃取后形成 的萃取相和萃余相进行分离。溶剂回收设备需要
把萃取液中的生物产品与萃取溶剂分离并加以回
收。有的设备将混合与分离设备结合在一起（萃 取沉清槽）（见演示）。
生物工程设备——第4章 萃取设备
动态浸出是溶剂不断地流入和流出系统或溶剂与固体原料
同时不断地进入和离开系统。
生物工程设备——第4章 萃取设备
一、单级间隙萃取设备

由萃取罐、冷凝器、抽真空系统组 成。 萃取器材料常用不锈钢等材料制造。 物料和溶媒均由器顶一次加入，器 身下部带夹套部分为萃取室，在萃
物料

真空
取室中溶剂和物料充分接触，夹套 中通入蒸汽或热水使萃取在最适温 度下进行。有很多物质对温度较为 敏感，为了防止局部温度过高和降 低溶剂的沸腾温度，萃取器可接真 空系统使维持在某一真空度下操作。 --溶剂
萃取相
由于只在最后一级中加入萃取剂，故与错流萃取相比，萃取
剂用量少，因而萃取液浓度高。多级逆流萃取与同级错流萃取相
比，在相同的萃取剂用量下，可获得更高的产品得率。
生物工程设备——第4章 萃取设备
三、液-液萃取设备
萃取设备分类：
生物工程设备——第4章 萃取设备
（一） 混合澄清设备

混合设备、分离设备和溶剂回收设备。
一、液-液萃取分类
二、液-液萃取过程与计算 三、液-液萃取设备


生物工程设备——第4章 萃取设备
一、液-液萃取分类
何谓萃取过程？ 利用待萃取物（目标产物）在两个互不相溶的液相 中溶解度的不同，从而达到分离的目的。 物理萃取
溶媒萃取 萃取
化学萃取
双水相萃取
生物工程设备——第4章 萃取设备
物理萃取
含挥发油的水
蒸汽 使料叉排出固体料渣。罐体下部 是带有筛板的活底，活底的作用 是支承固体物料和固液分离， 活 11 底借助于气动系统进行启闭，方 残渣 图9-17 多功能提取罐及萃取流程 便自动排渣。 1-冷凝器 2-冷却器 3-油水分离器 4-上气动装置 5-固体进料口
6-盖 7-罐 8-上下移动轴 9-料叉 10-夹层 11-带筛板的活底