Ch6 溶剂萃取-3

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。 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。
K0
…… 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。
解：根据⑤式得K0=30（1+102.5-2.75）=47
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: ②类型:乳浊液
分散相 (内相):不连续相
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。
亲油基 烃基
亲 水 基
—COONa
—SO3Na 憎水性 （极性部分）—OSO3Na （非极性部分） —N+(cH3)3Cl降低界面张力的物质 —OH
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。
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
HLB范围 1~4 3~6 6~8 8~10 10~13 大于13
AH =K [AH]
0
…… ② K —为真分配系数 0
AH … ③ 表观分配系数定义为：K表= AH A

C=[AH]+[A-]（水中弱电解质总浓度）
将①、②式代入③式得：
K表==
K 0 AH H K0 Kp AH = AH H Kp
H
如果溶解在两相中溶质浓度很低,则 c1 可用浓度代替活度, 即k= —分配定 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αAB） 来表征。
β =α
AB
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）
BH+ Kb B+H+（水相）
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：
AH
百度文库[A-]=
Kp
A-+H+

A H Kp=

Kp AH [H ]
AH
… ①
◆在有机溶剂和水相存在分配平衡:
AH
K0
AH有
[ AH ] 有机相中游离酸浓度 K0= = AH 水相中游离酸浓度
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
k为分配系数=
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
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：
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
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。
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。

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=k0x
Hx0 Ly0 Hx Ly
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
mol/L。现用1m3的醋酸戊酯，单级间歇萃取5
m3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%
第二节
1、溶解度 2、分离因素
溶剂的选择
3、相似相溶的原则
4、选择合适溶剂的条件：①②③④
第三节
1、pH值 2、温度
水相条件的影响
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。
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
表：各种分散程度的表面活性剂的HLB数
HLB数
应用
W/O乳浊液 润湿剂 O/W乳浊液
3~6 7~9 8~15 13~15 15~18
表：各种表面活性剂的用途
洗涤剂 助溶剂
三、乳浊液的破坏
1、过滤和离心分离：
基本概念：
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
杂质
溶质 萃取剂 原溶剂
Heavy phase
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：
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 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
当苄基青霉素在两相中浓度相等即K表=1时，
1=
47 110 pH pK a
10 pH 47-1= 10 pK a
∴pH=4.4
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 pH＜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。
…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
u R u E 1 =exp RT 2
1 (常数) ； 令 =k 2

…… ④
∵-lgKp=pKp ∴Kp=10-pkp
-lg[H+]=pH
得 K 表=
[H+]=10-pH
K0
代入④
110 pH pK a
…… ⑤
⑤式表明了弱酸性电解质表观分配系 数与pH的关系。
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=
110
pK b pH
式中E=k0L/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), 结论：若k0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）；
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

本章小结：
重点： 难点：
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？
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）； 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=k0x0/(1+E)
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-）
第六章 溶剂萃取
（Organic solvent Extration ）
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
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)；
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)
=
C1 A / C1B C2 A/C2 B
=
KA KB
=
K产 K杂
β 定义为产物与杂质分配系数之比。 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
B 有机相 K0
K0
AH Ka A-+H+（水相）
弱酸分配和电离平衡