生物工业下游技术萃取省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第五章 溶剂萃取和浸取对于对于对于对于“液态发酵液态发酵液态发酵液态发酵”，产物溶于液相中，浓度低，产物溶于液相中，浓度低，产物溶于液相中，浓度低，产物溶于液相中，浓度低，副产物及杂质含量高。副产物及杂质含量高。副产物及杂质含量高。副产物及杂质含量高。溶剂萃取溶剂萃取是生物分离中惯用单元操作是生物分离中惯用单元操作是生物分离中惯用单元操作是生物分离中惯用单元操作第1页萃取萃取（extraction）指任意两相之间传质过程。在液液萃取过程中惯用有机溶指任意两相之间传质过程。在液液萃取过程中惯用有机溶剂作为萃取试剂，因而经常称剂作为萃取试剂，因而经常称“液液萃取液液萃取”为溶剂萃取。为溶剂萃取。原理原理利用一个利用一个溶质溶质组分组分（通常指产物或杂质）（通常指产物或杂质）在两个在两个互不混溶互不混溶液液相相（如水相和有机溶剂相）（如水相和有机溶剂相）中竞争性溶解和分配性质上差异来进中竞争性溶解和分配性质上差异来进行分离操作。行分离操作。浸取浸取用溶剂把用溶剂把溶质溶质从固体原料中提取到溶液中过程称为从固体原料中提取到溶液中过程称为浸取浸取，也，也称之为称之为浸出浸出。浸出物浸出物通常是混合物。通常是混合物。几个概念：几个概念：几个概念：几个概念：第2页三个不一样概念：溶液、溶剂、溶质溶液、溶剂、溶质萃取液萃取液萃余液萃余液萃取 平衡 后产品多数进入溶剂相，产品多数进入溶剂相，少许杂质也进入，产品少许杂质也进入，产品相对得到纯化相对得到纯化萃取原理溶液溶液 发酵液发酵液萃取剂萃取剂 溶剂溶剂重液轻液萃取 前杂质杂质产品产品轻液与重液轻液与重液互不相溶互不相溶重液轻液产物平衡：产物平衡：C1产产/C2产产=定值定值=K产产1相相上相上相2相相下相下相杂质平衡：杂质平衡：C1杂杂/C2杂杂=定值定值=K杂杂第3页第一节第一节 溶剂萃取溶剂萃取 溶剂溶剂萃取中，萃取中，溶质溶质必须在两相中有不一样溶解度，必须在两相中有不一样溶解度，在两相中溶解能力差异越大，对萃取越有利。在两相中溶解能力差异越大，对萃取越有利。因而了解溶液中物质溶解作用是必须，也是因而了解溶液中物质溶解作用是必须，也是溶剂萃取技术开发中溶剂选择前提。中溶剂选择前提。5.1.1萃取理论基础萃取理论基础溶剂：如，油、乙醇如，油、乙醇等等 可了解为可了解为载体：载体：船、车船、车溶质：如，产品、杂质如，产品、杂质可了解为可了解为货物：货物：如，如，茶多酚、蛋白茶多酚、蛋白馒头与面包区分？馒头与面包区分？第4页物质溶解是物质溶解是自发进行自发进行，如如“糖糖”自发溶于自发溶于“水水”它遵照它遵照“相同相溶”原理原理/热力学原理热力学原理分子之间能够有分子之间能够有两个方面相同两个方面相同 （1）分子结构相同分子结构相同如分子组成、官能团、形态结构相同如分子组成、官能团、形态结构相同 （2）能量相同能量相同（相互作用力相同（相互作用力相同）如，相互作用力有极性和非极性之分。如，相互作用力有极性和非极性之分。两种物质如相互作用力相近，则能相互溶解。两种物质如相互作用力相近，则能相互溶解。根本上还是根本上还是“能量相同能量相同”，因为，因为分子结构相同能够归纳到能量相同中。分子结构相同能够归纳到能量相同中。“臭味相投臭味相投”了解了解溶解溶解原理原理非常主要！非常主要！第5页1 1、相同相溶原理：从热力学角度考虑，一个过程要能自动进行，则体从热力学角度考虑，一个过程要能自动进行，则体系自由能应下降，自由能改变包含系自由能应下降，自由能改变包含焓变焓变化和化和熵变熵变化两部化两部分：分：简单起见，忽略熵改变。简单起见，忽略熵改变。只考虑能量改变只考虑能量改变萃取中压力和体积基萃取中压力和体积基本不变，能够忽略不计本不变，能够忽略不计只要考虑能量改变只要考虑能量改变：G=E第6页G=E从从能量改变能量改变定性角度定性角度可将溶解过程分为可将溶解过程分为三个过程三个过程/B溶入溶入A：（1）溶质）溶质B各质点分离各质点分离：此过程需要：此过程需要吸收能量吸收能量 小 非极性物质非极性物质 极性物质极性物质 氢键物质氢键物质 离子型物质离子型物质 大（2）溶剂）溶剂A在溶质在溶质B作用下形成可容纳作用下形成可容纳B质点空位质点空位：此过程也需要此过程也需要吸收能量吸收能量 小非极性物质非极性物质 极性物质极性物质 氢键物质氢键物质 大（3）溶质质点）溶质质点B进入溶剂进入溶剂A形成空位形成空位：此过程此过程放出能量放出能量 A、B均为非极性分子均为非极性分子 一非极性分子、另一极性分子一非极性分子、另一极性分子小 均为极性分子均为极性分子 1 1 为孔隙率为孔隙率 4 4、固相中分子扩散、固相中分子扩散第44页第45页5.2.3 浸出其它问题浸出其它问题 1、相平衡、相平衡 浸取过程中相平衡用分配系数浸取过程中相平衡用分配系数KD表示：表示：2、溶剂选择溶剂选择 为了高效，快速地从固体中将目标物浸取出来，同为了高效，快速地从固体中将目标物浸取出来，同时尽可能将不希望物质留在固体中，选择适当溶剂是时尽可能将不希望物质留在固体中，选择适当溶剂是很主要。很主要。溶剂选择最主要依据仍是溶剂选择最主要依据仍是“相同相溶相同相溶”原理，原理，与溶与溶剂萃取有相通之处。剂萃取有相通之处。Y:平衡后溶质在液相浓度平衡后溶质在液相浓度X :平衡后溶质在固相浓度平衡后溶质在固相浓度第46页3、增溶作用增溶作用 生物工业浸取过程中往往包含增溶作用。原先不生物工业浸取过程中往往包含增溶作用。原先不溶或难溶性生物大分子物质向可溶性、分子量较小生溶或难溶性生物大分子物质向可溶性、分子量较小生物物质转变。物物质转变。浸取过程有时会促使一些溶质向不溶性浸取过程有时会促使一些溶质向不溶性物质转变。物质转变。4、固体原料预处理、固体原料预处理 为加速浸取过程，往往要对原料进行预处理。应为加速浸取过程，往往要对原料进行预处理。应该注意是原料粉碎该注意是原料粉碎/并非越细越好。并非越细越好。第47页基本概念基本概念：物质溶解原理介电常数介电常数萃取分配定律分离因子 表观分配系数 相同相溶相同相溶浸取浸取 拖带剂 问答题问答题：画出单级萃取设备流程，并说明。怎样选取萃取剂，并解释理由。怎样选取萃取剂，并解释理由。什么是乳化现象？在萃取过程中，乳化起什么作用？作业作业第48页