化工 溶剂萃取法课件.pdf

漆剂萃取概述i 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 它杂底（如中间衣谢产物、杂密占等）分配在另一箱 中，这样就能达到某种程度的提纯和浓缩。革总位化工上是合离液体混合麴年用的章先舔作，去 发布和其它金麴工殁金产上的盛用电相由广达，萃取韩作不衩可应提取和精浓产麴，使产物获得初步 的艳化，所以广辿成用去就金索、有机稳金索、激素等发酵产物的提琅上。2溶剂率取糊述萃取过程溶质A 稀释剂B溶剂S萃取液S+A萃余液B+A（s）3Light phase萃取剂原溶剂Heavy phase溶剂率取糊述杂质 IP-溶质4溶剂率取糊述萃取的基本概念萃取：泳质从料液转移到萃取剂的过程。反萃取：麻质从萃取剂转移到反草剂的过程。龛成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步 分禽操作的实彩，将目标产物从有机和转入水相的操 作就称为反萃取(Back extraction)物理萃取和化学萃取：物理萃取的理论基础是 分配定律，而化事萃取服从相律及一般化学反 应的平衡定律。5溶剂率取糊述萃取的基存就含萃取法是利用液体混合物各组分在某有机漆剂中 的泳解度的差异而实现分肉的。料液：在添到萃取中，被提取的漆液，漆质：其中欲提取的物质，萃取剂：用以进行萃取的漆剂，萃取液：经接触分毒后，大部分麻质转移到萃 取剂中，得到的麻液，余波：板萃取出漆质的料液称为。6溶剂萃取挑述实验量液液萃取过程一般工业液液萃取过程萃取液（待分离物质+少量杂质料液（待分离物 质+杂质剂萃取剂+稀释剂（待返回使用）洗涤反萃取 待萃物质萃取剂+稀释剂产物（待萃物质）萃 取A洗 涤反 萃 剂V 杂质+少量萃残液待萃物质（杂质）8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，主要表现在生物分青 往往需要从浓度很稀的水漆液中除去大部分的水,两且反应液中存在多种副产物和杂质，使生物革 取具有特殊性。成分复杂 传质速率不同 相分寓性能不同 产物的不稳定性9泳剂萃取法的特点 萃取过程有选择性 能与其它步聚相配合 通过相转将减少产品水斛 透用于不同规模 传质快 周期短，便于连姨操作 害性与安全环境问题1018.1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，溶质在两相干浓度之比为常数。K-分配系数 K=&=萃取相的浓度G 萃余相的浓度在常温常压下K为常数；应用前提条件()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11I 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：ML=MH。（乙）+RTnaL=*（）+LHRT当温度一定时，标准化学位为常数*=长如为稀溶液，用浓度代替活度|K=G=萃取相的浓度 一 G 一萃余相的浓度12分毒因素rpj1 如果原来料液中除漆质A以外，还含有漆质B,则由于A、B的分配系教不同，萃取相中A和B的 相对含量就不同于单余相中A和B的相对含量。如A的分配系教较B大,则萃取相中A的含量r液 度）较B多，这样A和B就得到一定程度的分亮。萃取剂对泳质A和B分禽能力的大小可用分肉因素来表征。13$-分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度oKAP=-KBP=1 KA=KB分离效果不好；P1 KAKB分离效果好；0越大，KA越大于KB，分离效果越好。14弱也解质在有机漆剂水瓶的分配平衡-分配系数中CL和CH必须是同一种分子类型，即不发生缔合 或离解。对于弱电解质，在水中发生解离，则只有两相中的 单分子化合物的浓度才符合分配定律。例如青霉素在水中部分离解成负离子（青C00一）,而在 溶剂相中则仅以游离酸（青COOH 的形式存在，则只有两 相中的游离酸分子才符合分配定律。此时，同时存在着两种平衡，一种是青霉素游离酸分子在有 机溶剂相和水相间的分配平衡；另一种是青霉素游离酸在水 中的电离平衡（图18-2。前者用分配系数K0来表征，后 者用电离常数Kp来表征。对于弱碱性物质也有类似的情况。15青霉素的分配平衡K,着,COOH=青00-+H+(CBA)(%)0 18-2靛索的分聊螭平街0HA一有机糊相楣称游螭的横 CHL水相帽联游辘的确cr-水柳M献M子皴；金+-鞋子槌s弱电解质的分配系数:热力学分配系数勺：萃取平衡时，单分子化 合物溶质在两相中活度之比。弱酸性曲解质 K=AHK,H+)弱碱性电解质K0=B/B=B(KP+H+)C017弱也解质的表现分配余数K：分配达平衡时，溶质在两相的总浓度之比 对于弱骏性也斛质K _K 厉Ij 历+对于弱碱性曲解质=K0/(1+10 PH PK)K=KKpK+历=K0/(1+10PK pH)10一只与丁、P有关；K与T、P和pH有关K可通过实验求出，而KO不能，可由公式求出。18思考题:将青霉素由水相萃取到丁酯相中，其pK=2.75,萃取条 件：pH=2.5,T=10,VF：Vs=11,测得萃取前发酵液(水相)效价20000 u/ml,平衡后废液效价6452 u/ml,求分配系数K和Ko弱酸的表观分配系数：K=Ko/(1+10PH-PK)弱酸的表观分配系数：K=K0/(1+10 PK-PH)举例:青霉素（pK2.75 工业钾盐：预处理及过滤发酵液A滤洗液萃取调 pH2.02.5 1/3 v/v丁酯逆流萃取萃取液NaCl盐析脱水结晶液共沸蒸馈结晶pen-k成品活性炭脱色红霉素(pK9.4)：预处理和过滤发酵液-滤液萃取调 pH98102,1/4V/V丁酯逆流萃取萃取液乳酸沉淀 分解转碱-红霉素乳酸盐J调PH)溶于丙酮红霉素碱加水A红霉素碱成品结晶为什么青霉素在酸性(pHW2.5)条件下，而红霉素却要】在碱性(pH29.8)条件下才能被萃取到丁酯中去呢？1根据表观分配系数公式可知，弱酸的表观分配系数：K=Ko/(1+10PH-PK)弱酸的表观分配系数：K=Ko/(1+1 0 PK-PH)对于弱酸：pH pK时，分配系数大2不同pH条件影响弱电解质电离，从而影响分子的极性,根据相似相溶原则，在弱极性的丁酯中极性小的分子溶？解度比水中大 3为什么青霉素在酸性(pHW2.5)条件下，而红霉素却要 在碱性(pH29.8)条件下才能被萃取到丁酯中去呢？青霉素红霉素酸碱性 pH pK弱酸性(2.75)弱碱性(9.4)游离分子“+”游离分子根据相似相溶原则，在弱极性的丁酯中游离分子极性小，溶解 度比水中大，故从水相转入丁酯相中，而发酵液中存在的其它 杂质由于极性情况与抗生素不同，故很少进入丁酯中，这样就 达到一定程度的纯化酸性物质：pH pK时，主要以负离子存在；pH pK时，主要以游离分子存在;pH=pK时，两种形式各占50%2318.2有机漆剂萃取的影响因素 L-2.3,影响萃取操作的因素：pH、温度、盐析有机漆剂的选择 带漆剂 4.乳化与去乳化24jtpH的影响-pH对表观分配系数的影响（pHK pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分配在水相。对弱酸随pHKf,当pHvvpK时，K-Ko例：已知pen pK=2.75 T=1O K0=47求：pH4.4 pH2.5 pH2.0时的K?r 47pH4.4时：K=+044二2万pH2.5 时：K=30pH2.0时：K=39.9:.pH；K$解释原理：pH pen 易溶于丁酯25目萃取机理和KpH的关系式可得出如下结论:酸性物质碱性物质萃取 反萃取pHpKpHpK pHpK生化物质的稳定性乳化程度26控制pH,去除杂质例：pen当pHpK时,萃取一丁酯中碱性杂质 pKpen pK碱杂当 pH v pKpen(2.75)pH pK碱杂碱性杂质呈正离子状态，易溶于水相中，自然分离除去酸性杂质pK酸杂 pKpen例：青霉烯酸pK烯v pKpenpH控制：pK酸杂负离子|酸杂pH pKpen例：苯乙酸 pK乙(4.8)pKpen(2.75)萃取时无法去除；反萃时4.8 pH 2.7527与杂质的分离程度归纳生化物质杂质萃取操作条件的控制酸性碱性 pK碱杂pK生）酸性 pK酸杂vpK生）酸性 pK酸杂pK生）萃取时杂质自然除去pK酸杂v pH v pK生萃取时无法去除 反萃取pK酸杂pH pK生碱性酸性 pK酸杂vpK生）碱性 pK碱杂pK生）碱性 pK碱杂vpK生）萃取时杂质自然除去pK碱杂pH pK生 萃取时无法去除 反萃取pK碱杂pH 亲油性基团强度（HLB数越大），O/W；亲油性基团强度 亲水性基团强度（HLB数越小），W/O乳化固体粉末乳化剂：除表面活性剂外，能同时为两种液体所润湿的固体粉末也能作为乳化剂，如粉末对水的润湿 性强于对油的润湿性，则根据自由能最小的原则，形成 水包油0/W型乳浊液。反之形成油包水型a b发酵液乳化的原因:蛋白质的存在，起到表面活性剂固体粉末对界面的稳定作用362 乳浊液的稳定条件4乳液液稳定性和下列几个q素有关:界面上保护膜是否形成;液靖是否带电；介质的粘度。图187肥皂分子油滴负电荷 表面活性剂分子在分散相液请周围形成保护联。保护膜具有一定的机械强度，不易破裂，能防 止液请碰会而引起聚届。介质枯度较大时能增强保护膜的机械强度。37HL&亲憎平衡值）表面活性利的亲水与亲油程度的相对强弱,在工业上常用HLB教来表示。即亲水与亲油平衡程 度，HLB数越大，亲 水性越强，形成O/W 型乳/液，HLB数越 小，亲油性越强，形 成W/。型乳浊液。HLB数应用36W/0乳浊液79润湿剂8150/W乳浊液1315洗涤剂1518助溶剂表18-3各种表面活性剂的用途383).乳浊液的破坏措施物理法：离心、加热，吸附，稀释 化学法：加电解质、其他表面活性剂*转型法加入一种乳化剂，条件：形成的乳浊液类型与原来的相反，使原乳浊液转型在转型的过程中，乳浊液破坏，控制条件不允许形成相反的乳浊液，*顶替法加入一种乳化剂，将原先的乳化剂从界面顶替出来：形成的乳浊液类型与原来的一致 它本身的表面活性 原来的表面活性不能形成坚固的保护膜。39G常用的去乳化剂，十二烷基硫酸钠酸性阴离子型表面活性剂溟代十五烷基毗陡(PPB),碱性，阳离子表面活性剂去乳化剂选择原则:去乳化能力强；不破坏生化物质；不污染成品i去乳化剂不能跟随生化物质一起进入萃取相，应留在水相18.4萃取方式与过程计算W-萃取过程：1 混和2 分离3 溶剂回收操作方式f单级萃取理级萃取f多级错流欧级逆流X理论收率计算假定：两相中的分配很快达到平衡；小两相完全不互溶，完全分离：萃取因素：石二萃取液溶质总量XS_KCSK%=K 1 一萃余液溶质总量XF%加 一耳一 m41.单级草琅单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器萃取剂F料液萃取器回收器分 离单级萃取流程示意图，萃余相R421.单级萃取未被萃取的分率6和理论收得率1-4)萃取因素E=萃取液溶质总量Xs 匕 Cs K匕 萃余液溶质总量XF%G 已未被萃取的分率中=%XCFVFxCF+VsxCs1E+l18-9理论收率1-中=-CsX-CFVF+CSVS 1+E432）多级错流萃取 料流经萃取后，萃余液再与新等萃取剂接触，再进行亲取。第一级的单余液进入第二级作为料液，并加入 会邦萃取剂进行萃取；第二级的革余液再作为 第三级的料液，以此类推。此法特点在于每级中都加添剂，故漆剂消耗量大，而得到的萃取剂平均浓度较稀，但萃取较龛全。44多级错流萃取示意图萃余液出口 重相出45流萃取未被萃取分率和理论收率 经一级萃取后，未被 力=-萃取的分率41：E+1 经二级萃取后，未被 力_萃取的分率力2：2(石+1尸 经n级萃取后，未被 _ 1萃取的分率：(E+l)n(18-10)理论收率：1小一 1(E+iy-i1 一1-=-(E+ir(E+ir46多级错流萃取未被萃取分率、级数n、萃取因数E 之间的关系未被萃取分率6n 583）多级逆流萃取 在多级逆流萃取中，在第一级中连续加入料液,并逐渐向下一级移动，而在最后一级中连续加 入萃取剂，并逐渐向前一级移动。料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故 称为逆流萃取。在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂，故和错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少，因 而萃取液平均浓度较高。48级逆流萃取图分 离 器分A离器L3第一级第二级第三级混合f器49青霉素的多级逆流萃取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（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，送去蒸储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。504-多级逆液萃取计算公式推导令Qk代表第k级中溶质总量（萃取相和萃余相），因为是 连续操作，则表示单位时间内通过第k级溶质总量。先求出相邻三级所含溶质总量Qi，Qk和Qk+i之间关系自第（k+1 级进入第k级的溶质的量=*如二,0川E+1E而自（k-l 级进入第k级的量=1一）Qi则第K级的溶剂总量为。女 10女一1+厂10忆+1E+1 E+151多级逆液萃取计算公式推导未被萃取的分率:口二早 En+1-1理论收得率:1 一n=En+i-EEn+1-152条件：萃取相和萃余相很快达到平衡 两相完全不互溶，完全分离 每级的萃取因素E相同单级萃取:隼=1E+1 cp 多级错流萃取1（P S=-（石+1”EE+1多级逆流萃取E 10“=匕 例子：不同萃取方式理论收率 1利用乙酸乙酯萃取发酵液中的放线菌素 D,pH=3.5时，k=57,料液流速450L/h,萃取剂流量39L/h,计算采用三级错流萃 取和三级逆流萃取的萃取因素E和理论收 率各为多少？2教材84页复习题554器模图：把一个数学方 程式的几个变量之间的 函数关系，成相应的 具有刻度的直线灰蜀线 表示的计算图标j萃取计算诺模图 为了便于计算，选择合理的萃取条件和相应的设备，必须 适当地分析主要因素的影响。可利用未被萃取分率巾，浓缩倍数m,水相pH和使用设备 的理论级数n等定量连系的诺模图来完成。1m1 1 1E=K*（萃取）E=一*（反萃取）二 K mK=弱酸）+0P-PK V 7?（逆流萃取）L 1 主要是求取在一定温度下分配系数K和溶液pH的关系 m 和n可任选），然后通过计算机运算得到诺模图。55在0。3 pH2.5醋酸丁酯-节青霉素-水系统47+0pH-2.75o oo o o o o 1&Z.E 4 3Doo o 5 4 3 26PHE5 05.5o 3/4:57O.53.0-zJ o 2.&L.098 lo.a一 w，rQO图18-17青霉素萃取计算诺模图f-E=f(PH,m),适用于青霉素自水相萃取到丁酯相；H 9=f(E，m：.一*，4一 BW，T tz 育 p iXf(iL 士a 上面讨论的萃取属于物理萃取，是指用一个有 机漆剂择优濠解目标泳质，符合分配定律。在物理萃取的应用中一个主要的限制是需要发 现一个发有机相和未相之间对目标泳质分能条 数足够需的漆剂 除此以外，用有机濠剂萃取弱电解质r有机酸 或有机碱）时而要调节漆液的pH使其小于pKa（各有机酸J贵大于pKa（对有机我J,这样 会影响目标泳质的稳定性，因此启发人们寻找 新的萃取体条。57 离子对/反应萃取就是使目标溶质与溶剂 通过络合反应，酸碱反应或离子交换反 应生成可泳性的复合络合物，易从水相 转移到有机溶剂/萃取系统中。主要有两类萃取剂：1.有机砚类萃取剂 2.胺类萃取剂58OC4H9 0=P4OC4H9 丘4H9O8 8 8 c c C0 鸿0H_-OCH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH3 OCH2-CH-CH2-CH2-CH2CH3C2H5磷酸三丁酯(TBP)氧化三辛基瞬(TOPO)二-2-乙基己基磷酸(DEHPA)有机磷类萃取剂与目标溶质发生络合反应，而易于 转移到萃取相，在类似的条件下，用有机磷类化合 物萃取弱有机酸比醋酸丁酯等碳氧类率取剂分配比 要高很多。59胺类萃取剂/C8H 17NC 8Hl 了 了DOATOA胺类萃取剂（三辛胺）可与目标溶质发生反应，用胺类长链脂肪酸从水溶液中萃取带质子的有机 化合物是一个可行的过程，并用于从发酵液中大 规模回收柠檬酸。60寄子对/反应萃取-稀痔剂此类萃取剂都要添解在稀释剂中，稀释札 漆解萃取疝 次上萃取相的物理性质的有机灌剂，如 螺油、己烷、辛烷、o稀释剌的选择：分配系数：稀释剂能够影响分配系数，特别是通过萃取剂/溶 剂复合物的诙剂化作用。选择性：为萃取尽可能少的杂质，使用非极性稀释剂更好。水溶性：低的水溶性，使溶剂的损失最少。毒性：对食品和药品应低毒或无毒的溶剂，长链烷没由于它 们具有低毒和低水溶性，因此理应优先使用。粘度和密度：低粘度和低密度的稀释剂会使分相更容易。稳定性：烷浸比醇、酯和卤代浸更难降解第三相的形成：61离子对/反应萃取的应用 1.青霉素-TBP（磷酸三丁酯）萃取：体系中存在电离平衡Kp和萃取反应平衡Ks HP 邯）+nS（）HP-Sn（0）化学萃取表观分配系数：对比物理分配K：KsSV0.-TT 二1+1QPH-PK溶髀 鑫一引才 一性物捌料 溶原 于业由工是于 但用1，可 OM点些发V优那开腕 秒定只研 螂稳，步 虢康)健王 对、响待子小 离耗性故 然损毒，虽剂留值62思考题:1理解概念：分配系数，表观分配系数，分离 因素，介电常数，HLB值，萃取因素，带溶剂，未被萃取分率，理论收率，离子对/反应萃取，化学萃取2 pH对弱电解质的萃取效率有何影响?3发酵液乳化现象产生原因与影响？如何消除乳化现象?4萃取方式包括哪些，其理论收率如何计算?63第二讲64泳到萃取法新技术近20年来研究漆剌萃取技术与其他技术相结合从而卢卜 生了 一系列新的分禽技术,如：i 超临界萃取 Supercritical Fluid ExtractionJ 逆度束萃取 f Reversed Micelle Extraction J 波膜萃取 CLiquid Membrane Extraction J 微波辅助萃的(microwave-assisted extraction)两水相萃取(aqueous two-phase system)65一超临界流体萃取 概念：利用超临界流体的特殊性质，使其 在超临界状态下，与待分离的物料(液体或 固体)接触，萃取出目的产物，然后通过降 压或升温的方法，使萃取物得到分离。所谓超临界流体(SCF)即处于临界温度、临 界压力以上的流体。茬临界温度、压力以 上，无论压力多高，流体都不能液化但流 体的密度随压力增高而增加。特点：密度接近液体 萃取能力强 粘度接近气体 传质性能好66Phase Diagram:超临界流体萃取Cntcal Pressure:73 bar极性萃取剂：乙醇、甲醇、水（难）非极性萃取剂：二氧化碳（易）超临界二氧化碳临界点：Tc=31.26.Pc=7.2MP优点：-临界条件温和-产品分离简单-无毒、无害-不燃弃无腐蚀性-价格便宜缺点：设资大68超临界流体的应用超临界流体(supercritical fluid,SCF)对脂肪峻、植物碱、酸类、酮类，甘油脂等具有特殊的泳解作用,】此可用于这类物质的萃取分肉O咖啡因萃取 植物油：胚芽油、玉米油、Y-亚麻酸 天然香料：杏仁油、柠檬油 尼古丁69珈啡因超临界萃取流程取 萃咖啡因C02+咖啡因C02水咖啡因脱气70大型超临界流体萃取装置71反胶束萃取技术（Reversed micellar extraction 是近年来发展起来的一种新型萃取分离技术，主要适 合于蛋白质的提取和分离。亲油性基团（非极性尾）亲水性基团（极性头）表面活性剂的分子结构是利用表面活性剂在有机溶剂中自发形成一种纳米级?A Y 口，土 勺亡 Hr 1，7 1 FT，一 上豆胶束萃取的原理:静电引力：主要是蛋白质的表面电荷与反胶束内表面电荷（离子型表面活性剂）之间的静电引力作用。空间位阻作用：增大反胶束极性核的尺寸，以 减小大分子蛋白进入胶核的传质阻力。凡是能够引起静电引力，能够促使反胶束尺寸 增大的因素均有利于提高分配系数。这些因素主要是pH、离子强度、表面活性剂种类和浓度等，通过因素优化，实现选择性地萃 弗反萃取。73rI反胶束法的优点G在反胶束内部包含了水溶液，蛋白质等生物 分子萃取后进入反胶团内部的“水池”中，避免了与有机溶剂直接接触，反胶束内的微环 境与生物膜内相似，故能很好保持其生物活性,解决了蛋白质在有机溶剂中容易变性失活和难 溶于有机溶剂的问题，为蛋白质的提取和分离 开辟了一条新的途径。G成本低，有机溶剂可反复使用；容易放大和 实现连续操作展束萃取是一条具有工业发展前景的蛋白 蛔离技术。74三液膜萃取9液膜：通常是由溶剂、表面活性剂和添加 剂制成的。溶剂构成膜基体；表面活性剂 起乳化作用，可以促进液膜传质速度并提 高其选择性；添加剂用于控制膜的稳定性 和渗透底。9液膜萃取：通常将含有被分离组分的料液 作连续相，称为外相；接受被分离组分的 流体，称内相；处于两者之间的成膜的流 体称为膜相，三者组成液膜分离体系。液 骐把两个组成不同而又互溶的内、外相溶 液隔开，并通过渗透现象起到分离作用。75液膜的种类液膜根据其结构可分为多种，但具 体有实际应用价值的主要有三种:76乳状液膜乳状液膜(emulsion liquid membrance,ELM)是N.N.Li发明专利中使 用的液膜。乳状液膜根据成膜流体 的不同，分为(W/0)/W和(0/W)/0两种。在生物分 离中主要应用(W/0)/W型 乳状液膜。(W/Q/W型乳液液膜.77支撑液膜支撑液膜是将固体膜凝在膜漆 剂（如有机漆空中）使晨漆剂充 满联的犯陈形成液膜。攵撑液膜分隔料液相和反革相，实现渗遗麻质的选择性萃取。米 当液膜为油*1时，常用的多列 膜为聚四氯乙舜、聚乙埠和聚 丙坤等志疏水性联。与乳状液膜相比，支撑液膜结 相施敖大.容易O 卷膜4|1X交1川篇支撑液膜78流动液膜流动液膜也是一种支撑 液膜，是为了弥补上述支撑液 膜的膜相容易流失的缺 点而提出的，液膜相可循环流动，因 此在操作过程中即使有 所损失也很容易补充，不必停止萃取操作进行 片定膜再生。流动液膜79液膜分离技术由于其葭好的选择性和定向性 分离效羊高，而且能达到浓缩、净化和分离 的目的,因此，广泛用于化工、食品、制药 环保、湿法冶金、气体分离和生物制品等工 业中。近年来液膜分离技术在发酵液产物分离领域 中也引想了人们的关注，进行了较为广泛的 研究和开发工作。80纥内相膜相料液半气uL L柠檬酸 萃取物循环S/V2版装置 2 发酵罐3混合-分离装置4 一破乳装常微波和传统的溶剂提取法相结合的一种萃取方法,9微波萃取机理微波作用包括:一方面微波使细胞内的一些极性分子成为激发态，或者使极性分子变性，细胞结构不再“正常”，或者极性分 子释放能量回到基态，所释放的能量传递给其他物质分 子，加速其热运动，缩短萃取组分的分子由物料内部扩散到溶剂界面的时间，从而提高萃取速率;另一方面微波不仅加热溶剂，而且提高溶剂的活性，使其更多地溶解有效成分，并高效率传递入溶剂。83微波提取仅适用于对热稳定的产物,微波提取要求被处理的物 料具有良好的吸水性，大多在实验室中 进行，工业化生产还不太普及，85课堂讨论题1:4螺旋霉素（SPM）为一弱碱性抗生素，分子结构中有两个二甲胺基,Y pK1=7.1 pK2=8.4,文献报导，螺旋霉素游离碱易溶于氯仿、醇类、ar 类、酯类、己烷和苯等。螺旋霉素的盐类极性较大，能溶于水和低级醇。在pHv2.0和pH9.5溶液中不稳定，特别在酸性条件下稳定性更差。1.为什么萃取时适宜的pH=9.0左右？不能过大的理由。2.萃取时温度为什么应升至35左右？3.反萃取主要为了除去哪类杂质？4.适宜的反萃取pH应满足哪些条件?过高或过低有何不利？5,若萃取液中混有一碱性杂质，极性较弱（pK杂VP&PM，如何除去？6,若萃取液中混有一碱性杂质，极性较强（pKpKSPM）,如何除去？86解答：1.为什么萃取时适宜的pH=9.0左右？碱性物质：随着pHf,Kf,应满足pH8.4,SPM游离分子含量增加在弱极性的有机溶剂中溶解度增大。不能过大的理由？pH超过9.0以后，K增加不明显;SPM稳定性下降;极性比SPM更强的杂质（如pK杂2 9,容易被萃取到有机相中，造成纯度降低。872.萃取时温度为什么应升至35左右？螺旋霉素在水中的溶解度随温度升高而减小，低温时溶度较大。因此，萃取时应适当提高温度，有利于螺旋霉素进入有机相。400 KpH=93000020000100000 20 40 60 8020 T/r图3温度对溶解度的影响温度对萃取分配系数的影响温度过高，容易破坏，因此适宜的萃取温度为35左右883.反萃取主要为了除去哪类杂质？V极性比螺旋霉素弱的碱性杂质 pKpKSPM 如何除去？用适当pH的缓冲液洗涤萃取液，要求杂质较多进入缓冲液,而SPM尽可能少被洗下来o缓冲液pH应满足：pKpHpKSPM（使杂质解离度大，而SPM解离度小）。90课堂讨论题2：林可霉素性质：碱性抗生素，分子中有一个胺基pK=7.pHv 2.0的溶液中不稳定；盐酸盐易溶于水，游离碱在解度较小，易溶于有机溶剂，如醇类（甲醇、乙醇、异丙嚣、丁醇）；酯类（乙酯，丁酯）；酮类（丙酮、甲乙酮）等，J醇类中溶解性比酯和酮类中好。1.设计提取工艺路线：能否用萃取法提取？选用什么溶剂最好？理由?萃取时pH范1 欲提高分配系数，可采取什么措施?如需进一步反萃取，考虑反萃取的pH范围。原因?2.若采用二级逆流萃取，a=3,K0=15.56,求萃取的理论91息1.a.萃取法适用于弱酸弱碱性物质Lin pK=7.6弱碱性物质，不同形态时溶解度不同。b.选丁醇，原因：q醇类中溶解度最大 丁醇c链长，与水互溶度小。c.pH7.6,Lin游离分子浓度f 1当pHlO.O时,C=99.6%C+=0.4%:.选pH10pH再升高是否更好？Lin几乎都呈游离分子,溶解度不会再增大;且耗碱量专被同时萃取的碱性杂质T,分离效率I 一Lin稳定性受影响92d.加NaCl,盐析作用：水中溶解度进一步Kf(1828)两相互溶度I易分层。e.反萃pH:2.0 pH7.6 原因：pH 2.0:Lin 稳定性。932.二级逆流萃取a=3 K0=15.56cp T E 今 KK=K15.56+PK_pH +JQ7.6-10.0=15.5E=Kcc15.53=5.170=E 1En+1-15.17-15.173-1=3.0%1 0=97%课堂讨论题3：某一弱碱性生化物质，在pH9.0时，用醋酸丁酯 萃取，整个萃取过程包括三级，前二级为逆流萃取，将萃余液再经第三级萃取。已知第三级中新鲜丁酯的加入量是发酵滤液的1/10,该物质在pH9.0时的表观分配系数为15,把 最终所得的萃取液合并，测得浓缩倍数为3.3。求经三 级萃取后的理论收率。95K 15 F A 3-1二级逆流：=羡=彳=3。2=声=-=。77CZ2。口 1 J 1单级：E3=-=1.5 例=一=0.4%10 E+1 1.5+10=0.03=0.077 X 0.4=0.03081 0=1 0.0308=96.9%96微波萃取机理加热微波是一种频率在300MHz 300kMHz的电境（波长lmm Im）,具有直线性、吸收性、穿透性和非亳 离性，频率为915MHz2450MHz。加热原理是通过f 离子传导和偶极子转动而直接作用于分子。离子传导美 离子在电磁场中的电泳移动形成电流，介质对离子流用 阻碍而产生热效应。偶极子转动是偶极子在电场中依照电场的极性重新定p 排列，当外加电场方向改变时重排随之变化，这一过3 造成极性分子运动和相互摩擦，使极性分子获得能量为式表现出来，介质的温度也不断升高。97