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116 5 萃取 5 萃取 1 基本概念 2 分配定律与分配平衡 3 有机溶剂萃取 4 液-液萃取设备及其设计的理论基础 5 双水相萃取 6 液膜萃取 7 反胶团萃取 8 液固萃取 9 超临界流体萃取 萃取是生物分离中常用的单元操作 萃取的分类 按参与溶质分配的两相不同而分为 液-液萃取 (liquid-liquid extraction) 液-固萃取 (liquid-solid extraction) 固相萃取 (solid phase extraction, SPE) 双水相萃取 (two water phase extraction) 超临界流体萃取 (supercritical fluid extraction) 萃取的分类 按原理不同分为 传统萃取技术 溶剂液-液萃取 液-固萃取 固相萃取 双水相萃取 液膜萃取(liquid membrane extraction) 反胶团萃取(reversed micellar extraction) 超临界萃取 萃取的优点 1 萃取过程具有选择性 2 能与其他纯化方法相配合 3 通过相转移，减少目标产物的降解 4 规模放大极为容易 5 传质快、生产周期短 6 便于连续操作、易于计算机控制 7 无相变、能耗低、成本低 8 方法成熟、易于设计 5.1 基本概念 5.1.1 萃取(Extraction)： 利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法称为萃取。 萃取剂(extractant)、轻相(light phase)、萃取相(solvent phase)、萃余相、重相(heavy phase)。 液液萃取： 以液体为萃取剂，当含有目标产物的原料也为液体时，则为液液萃取。 液固萃取或浸取（Leaching）： 含有目标产物的原料为固体，则为液固萃取。 5.1 基本概念 萃取速率可用下式表示： c: 料液相溶质浓度(mol/l), c*: 与萃取相中的溶质浓度呈相平衡的料液相溶质浓度(mol/l), t: 时间(s), k: 传质系数(m/s), a: 以料液相体积为基准的相间接触比表面积(m-1) 5.1 基本概念 5.1.2 反萃取(Back extraction)： 当萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下步分离操作，往往需要将目标产物转移到水相。这种调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的萃取操作称为反萃取。 5.1 基本概念 洗涤操作(washing processing)：对于一个完整的萃取过程，常在萃取和反萃取之间增加洗涤操作 萃取 – 洗涤 – 反萃取 5.1.3 物理萃取和化学萃取 物理萃取： 溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。例如，用乙酸丁酯萃取青霉素。 物理萃取广泛应用于石油化工、抗生素及天然植物中有效成分的提取过程。 5.1.3 物理萃取和化学萃取 如用萃取剂季铵盐(氯化三辛基甲铵，R+Cl-)萃取氨基酸A-。 5.1.3 物理萃取和化学萃取 化学萃取：用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。萃取剂与溶质之间的化学反应，包括离子交换和络合反应等。如用萃取剂季铵盐(氯化三辛基甲铵，R+Cl-)萃取氨基酸A-。 稀释剂(diluent)：化学萃取中通常用煤油、已烷、苯等溶解萃取剂，改善萃取相的物理性质，此时的有机溶剂称为稀释剂。 化学萃取主要用于金属提取，也用于氨基酸、抗生素、有机酸等生物产物的分离回收。 5.2 分配定律与分配平衡 分配定律(distribution law) 在恒温恒压下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，溶质在两相中的平衡浓度之比为常数 A 适应条件：相同分子形态（相对分子质量相同）存在于两相中的溶质浓度之比。 不适合于化学萃取， 因溶质在各相中 并非以同一种 分子形态存在。 分配定律与分配平衡 –常用的液液平衡关系 Henry型平衡关系 适用于：溶质浓度较低时，分配系数为常数。 分配定律与分配平衡 –常用的液液平衡关系 Langmuir型平衡关系 溶质浓度较高时： 5.3 有机溶剂萃取 5.3.1弱电解质的分配平衡 p95 A、弱电解质的萃取理论 弱碱和弱酸的解离平衡关系分别为： AH(light phase) Ka Kb AH ? A- + H+ BH