Ch溶劑萃取培訓(xùn)資料

1、1,Organic solvent Extration,第六章 溶劑萃取,2,萃?。海‥xtraction,液液萃取 液固萃取 液膜萃取 雙水相萃取 反膠團(tuán)萃?。ɑ蚰婺z束萃?。?超臨界流體萃取等,3,溶劑萃取突出的特點(diǎn),溶劑萃取應(yīng)用范圍,4,第一節(jié) 溶 劑 萃 取,一、溶劑萃取過程的理論基礎(chǔ),基本概念,1、料液；溶質(zhì)；萃取劑；萃取相（萃取液）；萃余相（萃余液,2、物理萃取；化學(xué)萃取,5,雜質(zhì),溶質(zhì),原溶劑,萃取劑,Light phase,Heavy phase,6,3、分配系數(shù)：在研究萃取過程中，常用分配系數(shù)表示平衡的兩個(gè)共存相中溶質(zhì)濃度的關(guān)系。衡量萃取體系是否合理的重要參數(shù),對(duì)互不混溶的兩液

2、相系統(tǒng)中，達(dá)到萃取平衡時(shí)有,k為分配系數(shù),7,二、分配定律和分離因數(shù),一）分配定律的表達(dá)式,恒溫恒壓下萃取操作達(dá)到平衡態(tài)時(shí)，溶質(zhì)在萃取相（E或L）和萃余相（R或H）（水相）的化學(xué)勢是相等的,8,(E)、 (R)分別為溶質(zhì)在萃取相、萃余相中的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位,1、2分別為溶質(zhì)在萃取相、萃余相中的活度,R氣體常數(shù),T絕對(duì)溫度,E)= (R) (E)=(E)+RTln1 (R)=(R)+RTln2,9,由、式得 (E) +RTln1= (R) +RTln2,exp (常數(shù)) ； 令,k,如果溶解在兩相中溶質(zhì)濃度很低,則可用濃度代替活度, 即k= 分配定律表達(dá)式,10,二）分配定律的含義及成立條件,1含義,

3、2成立條件,三）分離因素,萃取劑用的溶劑除對(duì)產(chǎn)物有較大的溶解度外，還應(yīng)有良好的選擇性。 溶劑的選擇性用分離因素或（或AB）來表征,11,AB = =,定義為產(chǎn)物與雜質(zhì)分配系數(shù)之比,越大，表示A、B兩溶質(zhì)分離效果越好,12,三、弱電解質(zhì)在有機(jī)溶劑-水相間的分配平衡,13,AH 有機(jī)相,K0,AH Ka A-+H+（水相,弱酸分配和電離平衡,B 有機(jī)相,K0,BH+ Kb B+H+（水相,弱堿分配和電離平衡,三、弱電解質(zhì)在有機(jī)溶劑-水相間的分配平衡,14,對(duì)于弱酸性抗生素,AH A-+H,Kp,A-,在有機(jī)溶劑和水相存在分配平衡,AH AH有,在水溶液中存在電離平衡,15,K0=,K0AH,K0為

4、真分配系數(shù),C=AH+A-（水中弱電解質(zhì)總濃度,表觀分配系數(shù)定義為：K表,將、式代入式得,16,K表= =,lgKp=pKp Kp=10-pkp,lgH+=pH H+=10-pH,代入,得 K表=,式表明了弱酸性電解質(zhì)表觀分配系數(shù)與pH的關(guān)系,17,同樣道理推測出大環(huán)內(nèi)酯類抗生素（即弱堿性電解質(zhì)）的表觀分配系數(shù)為,K表,式表明了弱堿性電解質(zhì)表觀分配系數(shù)與pH的關(guān)系,從上可見，溶質(zhì)在兩相的分配決定于選擇何種溶劑和水相的pH,18,19,例：用醋酸丁酯從pH為2.5的發(fā)酵液中萃取芐基青霉素，在0，pH2.5時(shí)測得K表=30，Ka=10-2.75。求兩相中濃度相等時(shí)的pH值,解：根據(jù)式得K0=30（

5、1+102.5-2.75）=47 當(dāng)芐基青霉素在兩相中濃度相等即K表=1時(shí),1,47-1,pH=4.4,20,表觀分配系數(shù)=1即芐基霉素在醋酸丁酯相與水相中的濃度相等，其pH=4.4，當(dāng)pH4.4時(shí)，芐基青霉轉(zhuǎn)移到丁酯相稱為萃取；pH4.4時(shí),芐基青霉素又從丁酯相轉(zhuǎn)移到水相,稱為反萃取,說明,21,第二節(jié) 溶劑的選擇,1、溶解度 2、分離因素 3、相似相溶的原則 4、選擇合適溶劑的條件,22,第三節(jié) 水相條件的影響,1、pH值 2、溫度 3、鹽析 4、帶溶劑,23,第四節(jié) 乳化和去乳化,乳化：是一種液體（分散相）分散在另一種不相混溶的液體（連續(xù)相）中的現(xiàn)象，這種體系是不均一的，不穩(wěn)定的體系，生

6、成的這種液體稱為乳狀液或乳濁液,一、乳濁液的形成,1、形成與類型：表面活性劑、乳化劑,24,類型:乳濁液,根據(jù)內(nèi)相、外相的性質(zhì),乳狀液分為 O/ W型； W/O 型兩種類型,乳化劑是一類表面活性劑的物質(zhì),形成乳濁液的基本條件,分散相 (內(nèi)相):不連續(xù)相分散介質(zhì)（外相）：連續(xù)相,25,COONa 烴基 SO3Na 憎水性 （極性部分）OSO3Na （非極性部分） N+(cH3)3Cl- 降低界面張力的物質(zhì) OH,親 油 基,親水基,圖：表面活性劑的模型,表面活性劑分子在相的界面上定向排列單分子層,26,27,二、乳濁液的穩(wěn)定條件和乳濁液的類型,一）乳濁液穩(wěn)定與下列幾個(gè)因素有關(guān),1、降低油水界面張

7、力，提高了體系的穩(wěn)定性,2、乳微粒的界面上保護(hù)膜是否形成,3、微滴是否帶電,分散液的液珠帶電主要是由于液珠表面上吸附了電離的乳化劑離子。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，兩物接觸時(shí)，介電常數(shù)高的物質(zhì)帶正電，低的帶負(fù)電。（O-/W+ W+/O,28,由于某些prot 是憎水性（親油基強(qiáng)度親水基） 故發(fā)酵液(含有大量prot)和有機(jī)溶劑形成的乳狀 液很多屬于W/O型。而由蛋白質(zhì)引起的乳化多為O/W型的,4、介質(zhì)的粘度,二）乳濁液的類型表征,1、一般來講，表面活性劑的親水基親油基，則易形成O/W型乳濁液，反之，易形成W/O型,29,2、H L B數(shù)：（hydrophile-lipophile balance）又稱（親憎平衡

8、值）它表示親水和親油的平衡程度，表面活性劑上親水和親油基團(tuán)的相對(duì)強(qiáng)弱稱為HLB值,HLB值一般在 020之間,HLB值越大,親水性越強(qiáng),形成O/W型乳濁液,HLB值越小,親油性越強(qiáng),形成W/O型乳濁液,HLB的應(yīng)用,30,31,32,表：各種分散程度的表面活性劑的HLB數(shù),33,表：各種表面活性劑的用途,34,三、乳濁液的破壞,1、過濾和離心分離： 2、加熱： 3、稀釋法： 4、加電解質(zhì)： 5、吸附法： 6、頂替法：當(dāng)前最主要的破乳方法 （戊醇） 7、轉(zhuǎn)型法,35,四、常見的去乳化劑（破乳劑表面活性劑,1、溴代十五烷基吡啶（P.P.B）陽離子表面活性劑,結(jié)構(gòu)式:CH3（CH2）10CH2（CH

9、2）3N + Br,2、十二烷基磺酸鈉：陰離子型表面活性劑,3、溴代四烷基吡啶,36,第五節(jié) 萃取方式和理論收得率的計(jì)算,一、工業(yè)上萃取操作包括三個(gè)步驟,1、混合：（混合器）：在攪拌罐中進(jìn)行；管道萃??；噴射萃取,2、分離：（分離器）：常用碟片式離心機(jī),3、溶劑回收：（回收器,37,根據(jù)料液與萃取劑的接觸方式，萃取操作流程可分為,單級(jí)萃取:（混合澄清式萃取） 多級(jí)萃取: 微分萃取: （又叫塔式萃取,二、理論收得率,萃取操作理論收得率計(jì)算須符合兩個(gè)假定： 很快達(dá)到平衡、溶質(zhì)在兩相中完全不互溶,多級(jí)錯(cuò)流接觸萃取 多級(jí)逆流接觸萃取,38,單級(jí)萃取,使含溶質(zhì)的溶液（h） 和萃取劑（L）解出混 合，靜止后

10、分成兩層,39,1、單級(jí)萃取 ： 根據(jù)萃取過程中的分配定律以及萃取前后溶質(zhì)的質(zhì)量守衡定律， y=kx,其中：H-給料溶劑量（kg）； L-萃取劑量（kg）； x0 -給料中溶質(zhì)濃度； y0-進(jìn)入萃取系統(tǒng)的溶質(zhì)濃度（通常y0=0）； x-萃取平衡后萃余相中溶質(zhì)濃度； y-萃取平衡后萃取相中溶質(zhì)濃度,40,綜合上兩式，可求得平衡后萃取相中溶質(zhì)濃度為 y=kx0/(1+E) 式中E=kL/H,E稱作萃取因子， 相應(yīng)地，萃余相中溶質(zhì)濃度為x=x0/(1+E)； 令P為萃取回收率，則P=Ly/Hx0=E/(1+E,假設(shè)萃取相和萃余相互不混溶，則操作過程中H和L的量不變,結(jié)論：若k值越大，則溶質(zhì)（產(chǎn)物）越

11、濃集于萃取相中,41,用表示萃余分率(體積比)，則 =1/(E+1)； 而萃取分率（或稱萃取回收率）為： 1-=E/(E+1)； 從以上分析可知，若K值越大，則溶質(zhì)（產(chǎn)物）越濃集于萃取相中,萃取因子（extraction factor）E，即萃取平衡后萃取相和萃余相中溶質(zhì)量之比等于分配系數(shù)除以濃縮比。 E=K/m （m=VF/VS,42,2、多級(jí)萃取,是工業(yè)生產(chǎn)最常用的萃取流程 分離效率高 產(chǎn)品回收率高 溶劑用量少,產(chǎn)物萃取收率的計(jì)算： （見P79） P=(En+1-E)/ (En+1-1,43,例1：擬用醋酸戊酯為萃取劑從發(fā)酵液中分離蘇氨酸，其平衡方程為y=（2x）1/2 ，y和x的單位為m

12、ol/L。現(xiàn)用1m3的醋酸戊酯，單級(jí)間歇萃取5 m3發(fā)酵液的蘇氨酸，已知該發(fā)酵液中蘇氨酸的濃度為0.02mol/L,求產(chǎn)品萃取的回收率,解：根據(jù)平衡方程式y(tǒng)=f(x)和操作線方程式 Hx+ly= Hx0 分別有y=（2x）1/2 ,Y=5(0.02-x)方程 可求出x=0.00343mol/L;y=0.0828mol/L; 產(chǎn)品的回收率: P=yL/x0H=0.08281/0.025=82.8,44,例2：用醋酸戊酯從發(fā)酵液中萃取青霉素，已知發(fā)酵液中青霉素的濃度為0.26kg/ m3,萃取平衡常數(shù)為k=48，處理能力為0.45 m3/h，萃取溶劑流量為0.045 m3/h。若要產(chǎn)品回收率達(dá)98%，試計(jì)算理論上所需萃取級(jí)數(shù)n,解：由題設(shè)，可求出萃取系數(shù)