第二章 萃取課件

第二章萃取萃取--利用各種物質(zhì)在選定溶劑中溶解度的不同，以分離混合物中組分的一種方法。以液態(tài)溶劑分萃取劑液體混合物的萃取操作稱(chēng)為液液萃取；將用萃取劑分離固體混合物中組分的方法，稱(chēng)為固液萃取，也稱(chēng)為提取或浸提；而以超臨界流體為萃取劑，則稱(chēng)為超臨界流體萃取。

1第二章萃取液液萃取體系至少是三元體系（溶劑和原料液中的兩個(gè)組分）。本節(jié)以三元體系為例進(jìn)行學(xué)習(xí)。液液萃取的基本過(guò)程如下：其中組分A在萃取劑S中溶解度較大（易分離），組分B則難溶（稀釋劑）。操作時(shí)，萃取劑與混合液在萃取釜中充分混合后，組分A即從混合液向萃取劑S中轉(zhuǎn)移，而B(niǎo)則較難進(jìn)入萃取劑S中。第一節(jié)液液萃取2第二章萃取萃取后的液體進(jìn)入分離器，形成萃取相E和萃取相R。萃取結(jié)束后的兩相E和R都是均相混合物，一般還需要采取蒸餾、蒸發(fā)等分離手段回收溶劑（萃取劑）以獲得各組分A和B。萃取過(guò)程的實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)由一相轉(zhuǎn)移至另一相的傳質(zhì)過(guò)程。一、分配系數(shù)k—反映某組分在兩平衡液相中的分配關(guān)系。同一溶質(zhì)在不同體系中具有不同的分配系數(shù)。對(duì)于特定體系，溶質(zhì)的分配系數(shù)隨溫度和組成（濃度）而變。溫度升高或者溶質(zhì)濃度增大，k減小。

3第二章萃取二、萃取劑的選擇選擇萃取劑時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下因素：1、萃取劑的選擇性（對(duì)于組分A和B的溶解能力差異）2、萃取劑與稀釋劑（組分B）間的互溶度——越小越好3、溶劑的回收4、萃取劑的性質(zhì)--密度，界面張力，粘度和凝固點(diǎn)等物性一般難以找到能符合上述全部要求的萃取劑。主要考慮萃取分離效果和萃取劑回收的難易程度。4第二章萃取三、液液萃取流程本部分內(nèi)容與固液萃取合并講解。

1、單級(jí)萃取5第二章萃取四、液液萃取設(shè)備自學(xué)

萃取設(shè)備

生產(chǎn)能力/m3/(m2·h)理論級(jí)數(shù)或級(jí)效率或理論級(jí)當(dāng)量高度典型應(yīng)用混合－澄清器噴淋塔填料塔篩板塔轉(zhuǎn)盤(pán)塔離心萃取器變動(dòng)范圍大15～756～453～63～604～9575％～95％he=3~6mhe=1.5~6m對(duì)HT＝100～300mm時(shí)微30％

3.4～12.5級(jí)潤(rùn)滑油工藝，核燃料加工用氨水從NaOH中萃取NaC1回收苯酚糠醛處理潤(rùn)滑油工藝廢水中脫酚表2－1萃取設(shè)備的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例萃取設(shè)備的類(lèi)型很多。按萃取設(shè)備的構(gòu)造特點(diǎn)大體上可以分為三類(lèi)：一是單件組合式；二是塔式；三式離心式。6第二章萃取1、混合-澄清器混合-澄清器是一種但見(jiàn)組合式萃取設(shè)備，每一級(jí)均由一混合器與一澄清器組成，如圖所示。該萃取設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)使可根據(jù)需要靈活增減級(jí)數(shù)，既可連續(xù)操作也可間歇操作，級(jí)效率高，操作穩(wěn)定，彈性打，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗大，占地面積大。7第二章萃取2、塔式萃取設(shè)備(1)填料塔常用的填料由拉西環(huán)和弧鞍等，材料由陶瓷、塑料和金屬，以易為連續(xù)相濕潤(rùn)而不為分散相潤(rùn)濕為宜。(2)篩板塔若選擇重液作為分散相，則需使塔身倒轉(zhuǎn)。8第二章萃取3、離心式萃取設(shè)備離心萃取劑結(jié)構(gòu)緊湊，處理能力打，能有效地強(qiáng)化萃取過(guò)程，特別使用與其他萃取設(shè)備難以處理的物系。缺點(diǎn)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，能耗大，使其應(yīng)用受到限制。9第二章萃取第二節(jié)固液萃取利用溶劑將原料藥材中的可溶性組分溶解，使其進(jìn)入液相，再將不溶性固體與溶液分開(kāi)的單元操作成為固液萃取，也叫提取或浸提。其實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)由固相傳遞至液相的傳質(zhì)過(guò)程。這一方法可用于提取固體原料中的可溶性組分，也可用于除去不溶性固體物中所夾帶的可溶性物質(zhì)（雜質(zhì)）。10第二章萃取

萃取操作過(guò)程：在萃取設(shè)備中，原料F與萃取劑S充分混合接觸，使溶質(zhì)從原料擴(kuò)散于萃取劑中，從而形成共存的兩相。一相以溶有溶質(zhì)的萃取劑為主（萃取相E）；另一相以從原料中萃取出溶質(zhì)的萃余料為主（萃余相R）。萃取相與萃余相分離后，分別利用設(shè)備回收萃取劑，分別得到萃取物和萃余物，回收的萃取劑可循環(huán)使用。11第二章萃取萃取設(shè)備萃取劑S原料F萃取劑回收設(shè)備萃取物E′萃取相E萃余相R萃取劑回收設(shè)備萃余物R′回收萃取劑S’萃取過(guò)程12第二章萃取一、中藥材中的成分分為有效成分，輔助成分，無(wú)效成分和組織物。在提取中，前兩者應(yīng)盡量提取完全，后兩者盡量除去。二、中藥提取的類(lèi)型分為單體成分提取、單味藥提取和中藥復(fù)方提取。13第二章萃取三、藥材有效成分的提取過(guò)程和原理

提取過(guò)程實(shí)質(zhì)上是有效成分從藥材固相中傳遞到溶劑液相中的傳質(zhì)過(guò)程，按擴(kuò)散原理可分為四個(gè)階段：1、浸潤(rùn)階段提取時(shí)溶劑首先附著于藥材表面使之潤(rùn)濕，再通過(guò)毛細(xì)管和細(xì)胞間隙進(jìn)入細(xì)胞組織內(nèi)部。2、溶解階段溶劑進(jìn)入細(xì)胞后，可溶性成分逐漸溶解，有效成分（溶質(zhì)）轉(zhuǎn)入到溶劑中。14第二章萃取3、擴(kuò)散階段細(xì)胞中含有有效成分的溶劑濃度逐漸增大，在較高的滲透壓下溶質(zhì)向細(xì)胞外不斷擴(kuò)散，直到達(dá)到平衡。4、置換階段采取攪拌或不斷更新溶劑的方法，使細(xì)胞內(nèi)外濃度差始終較大，保持提取進(jìn)度。15第二章萃取提取時(shí)的擴(kuò)散速率

菲克第一定律：式中JA——組分A的擴(kuò)散速率，kmol/（m2·s）；CA——組分A的摩爾濃度，kmol/m3；dCA/dx——沿x方向上的濃度梯度,kmol/m4D——質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。

式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散沿著濃度下降的方向進(jìn)行。

16第二章萃取在中藥提取中，溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)通常在10-8~10-10之間。大多數(shù)藥材的質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定。

增加提取溫度、減少溶劑粘度、增大物料表面積、減少擴(kuò)散距離、增加濃度差都會(huì)增加提取速率。17第二章萃取常用提取劑：1、水具有極性大、溶解范圍廣、價(jià)廉易得等優(yōu)點(diǎn)。生物堿、鹽類(lèi)、苷、蛋白質(zhì)、糖、樹(shù)膠、色素、多糖類(lèi)（果膠、粘液質(zhì)和淀粉）以及酶等均能被水提取。

缺點(diǎn)是選擇性較差，后處理困難，且某些有效成分易水解。2、乙醇可提取生物堿及其鹽類(lèi)、苷類(lèi)和糖、樹(shù)膠、揮發(fā)油、內(nèi)酯和芳烴類(lèi)化合物。乙醇能與水以任意比例混溶，因此常采用乙醇與水的混合液作為提取劑。缺點(diǎn)：易燃易揮發(fā)。四、常用提取劑與提取輔助劑

18第二章萃取3、酒黃酒和白酒（黃酒中含16%~20%乙醇以及糖、酯類(lèi)，白酒中含有38%~70%乙醇以及酯類(lèi)）。4、丙酮常用于新鮮動(dòng)物性藥材的脫水、脫脂，具有防腐功能。缺點(diǎn)是易燃易揮發(fā)，且有一定毒性。5、氯仿能溶生物堿、苷類(lèi)、揮發(fā)油和樹(shù)脂，不能溶蛋白質(zhì)和鞣質(zhì)。能防腐且不易燃燒，但有毒。6、乙醚溶解樹(shù)脂、游離生物堿、脂肪、揮發(fā)油及某些苷類(lèi)，選擇性好。但極易燃且有毒。7、石油醚選擇性較強(qiáng)（非極性成分中的脂肪油、揮發(fā)油、蠟），用于脫脂。易燃。19第二章萃取五、提取方法1、煎煮法用水作溶劑，將藥材飲片或粗粉加熱煮沸一定的時(shí)間，以浸出有效成分的方法。

適用于有效成分能溶解于水且對(duì)濕、熱穩(wěn)定的藥材。

常用提取輔助劑：主要是酸、堿和表面活性劑。20第二章萃取2、浸漬法用定量溶劑，在一定的溫度下將藥材飲片或顆粒浸泡一定時(shí)間，以浸出有效成分的方法。按浸漬溫度的不同，可分為冷浸漬法（室溫），溫浸漬法（40℃~60℃），熱浸漬法（沸點(diǎn)以下）。按每批藥材被浸漬的次數(shù)，可分為單次浸漬和重浸漬。

浸漬法適用于粘性藥物，無(wú)組織結(jié)構(gòu)的藥材，價(jià)格低廉的芳香性藥材的提取。

21第二章萃取3、滲漉法將潤(rùn)濕的藥材置于滲漉器內(nèi)，從滲漉器上部不斷地加入溶劑，滲漉液不斷地從滲漉器底部流出，從而浸出藥材成分的一種方法。按滲漉液是否用作溶劑分為單滲漉和重滲漉。

滲漉法適用于貴重藥材、毒性藥材和有效成分含量較低的藥材。22第二章萃取4、回流法將藥材飲片或粗粉用容易揮發(fā)的有機(jī)溶劑（如乙醇）提取藥材成分，在提取過(guò)程中對(duì)放出的提取液加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)出的揮發(fā)溶劑蒸汽被冷凝后回流到提取器中重復(fù)使用至有效成分被充分浸出的一種方法。按提取過(guò)程溫度的不同，分為回流冷提法（室溫）、回流溫提法（40℃~60℃）和回流熱提法（沸點(diǎn)以下）。

回流熱提法適用于熱穩(wěn)定的藥材的提取。

23第二章萃取5、水蒸氣蒸餾法用相互不溶也不起化學(xué)反應(yīng)的液體，以蒸餾法的方法提取有效成分。適用于有揮發(fā)性且與水不發(fā)生反應(yīng)的活性成分，如揮發(fā)油的提取，以及某些小分子生物堿或酚如麻黃堿、牡丹酚的提取。6、超聲提取利用超聲波在液體介質(zhì)中產(chǎn)生特有的空化效應(yīng)，即不斷產(chǎn)生高壓的微小氣泡，氣泡不斷破裂產(chǎn)生沖擊波，使藥材植物細(xì)胞破壁或變形，加快溶劑滲透到細(xì)胞內(nèi)部，加速化學(xué)成分的溶解。

24第二章萃取7、超臨界萃取法將臨界狀態(tài)下的流體如CO2，以一定的溫度下通入提取器中，可溶組分溶解在超臨界流體中，并隨著該流體一起經(jīng)過(guò)減壓閥降壓后進(jìn)入分離器，溶質(zhì)從氣體中分離出來(lái)，而超臨界流體經(jīng)壓縮后可循環(huán)使用。該法主要適用于揮發(fā)性成分和脂溶性成分的提取以及熱敏性成分的提取。優(yōu)點(diǎn)：提取效率高、溶劑無(wú)污染易回收、后處理簡(jiǎn)單、提取成分純度較高。

25第二章萃取六、提取工藝流程1、單級(jí)單次提取單級(jí)單次提取為簡(jiǎn)單一級(jí)提取——將藥材和溶劑一次加入提取罐中，通常在常壓下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的提取后放出提取液，并排出藥渣。此法提取工藝簡(jiǎn)單，提取效率低。常用于小批量、價(jià)值不高的藥材提取。26第二章萃取2、單級(jí)多次提取一批藥材在同一提取罐中提取2~3次，每次放出提取液后加入新鮮溶劑的方法。單級(jí)二次提取在中成藥生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。27第二章萃取3、索式提?。ɑ亓骼浣ǎ┲饕糜谥兴幋继?。將藥材和溶劑加入提取罐中，待潤(rùn)濕后進(jìn)行常溫提取，提取液達(dá)到要求的濃度后輸送到濃縮罐中濃縮，濃縮罐中排放的蒸汽經(jīng)汽液分離器后，再先后經(jīng)過(guò)冷凝器和冷卻器，冷卻成為常溫的溶劑，再加入到提取罐中反復(fù)浸提。

優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省溶劑；保持最大濃度差，增大了擴(kuò)散速率，提高了提取率。缺點(diǎn)：提取液中雜質(zhì)較多，分離困難，不適用于熱敏性藥材成分。28第二章萃取29第二章萃取4、回流溫浸法工藝流程與回流冷浸法相似，只是增加了加熱程序及提取罐溶劑蒸汽回收裝置流程。

與回流冷浸法相比，生產(chǎn)期短，但操作比較復(fù)雜，一般用于藥酒的生產(chǎn)。30第二章萃取5、回流熱浸法與前兩者相比，少了濃縮罐。該法生產(chǎn)周期短,適用于容易揮發(fā)溶劑或揮發(fā)油的提取，多用于外用藥和酊劑。6、強(qiáng)制外循環(huán)提取工藝采用浸漬法動(dòng)態(tài)間歇式提取。提取液在泵的作用下進(jìn)行強(qiáng)制外循環(huán)流動(dòng)，固液兩相邊界層表面不斷更新，從而提高了提取速率。該法要求液固比大，溶劑用量大，因此提取液的澄明度高。31第二章萃取32第二章萃取工藝采用浸漬法動(dòng)態(tài)間歇式提取。在提取罐中安裝了一個(gè)螺帶式攪拌槳，藥材在螺帶式攪拌槳的作用下從罐底部向上運(yùn)動(dòng)，固液兩相邊界層表面不斷更新，使提取速率得以提高。兼有回流提取法和強(qiáng)制外循環(huán)提取的特點(diǎn)。

7、螺帶式攪拌槳提取33第二章萃取34第二章萃取

根據(jù)藥材有效成分是否對(duì)熱敏感，分別采用不升溫加壓和升溫加壓兩種。加壓提取可加速藥材的浸潤(rùn)過(guò)程，縮短提取時(shí)間，節(jié)省蒸汽消耗量，提取速率比常壓略高。

適用于質(zhì)地堅(jiān)實(shí)的藥材。8、加壓提取35第二章萃取用重滲漉法進(jìn)行加壓靜態(tài)間歇式提取，通常由三個(gè)或三個(gè)以上提取罐組成。提取過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)每一個(gè)罐稱(chēng)為一級(jí)，提取級(jí)數(shù)由藥材特性和實(shí)際需要確定，比較靈活。各罐串聯(lián)連接，依次輪流與提取系統(tǒng)分離進(jìn)行卸料與加料，溶劑則從首罐順次通過(guò)各級(jí)，提取液在流動(dòng)過(guò)程中濃度逐漸升高。9、罐組提取

優(yōu)點(diǎn)：提取液濃度和提取率較高，適用于大批量生產(chǎn)；缺點(diǎn):熱敏性藥材不適合，占地面積大。36第二章萃取37第二章萃取10、連續(xù)逆流提取采用浸漬法或重滲漉法動(dòng)態(tài)連續(xù)式提取，藥材的總體運(yùn)動(dòng)方向和溶液的總體流動(dòng)方向相反，藥材連續(xù)不斷地進(jìn)入提取器的同時(shí)藥渣和提取液連續(xù)不斷地排出。提取率高，適合大規(guī)模提取。

11、連續(xù)混流提取藥材的總體運(yùn)動(dòng)方向和溶液的總體流動(dòng)方向有同相順流和反相逆流的混流情況，藥材連續(xù)不斷地進(jìn)入提取器的同時(shí)藥渣和提取液連續(xù)不斷地排出。提取率高，適合大規(guī)模提取。38第二章萃取七、提取工藝參數(shù)對(duì)提取過(guò)程的影響

1、藥材的粒徑、粉碎程度粉碎度越大(粒徑越小)則提取速率越快。但粒徑過(guò)小則引起一些問(wèn)題，如藥渣分離困難，細(xì)胞破碎影響產(chǎn)品質(zhì)量等。一般要求粒度適宜均勻。

2、溫度溶質(zhì)的溶解度、擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高均增大，但溫度升高，熱敏性組分容易分解，易揮發(fā)成分損失加大，雜質(zhì)混入增多，因此應(yīng)適當(dāng)控溫。39第二章萃取

3、溶劑用量及提取次數(shù)增加溶劑用量和提取次數(shù)，均有利于溶質(zhì)成分溶出，但也使浸提液變稀，會(huì)給溶質(zhì)有效成分的回收帶來(lái)困難，同時(shí)使生產(chǎn)成本上升，因此兩者必須適宜。

4、浸提時(shí)間浸提時(shí)間越長(zhǎng)，浸出率越高，但浸提超過(guò)一定時(shí)間后，浸出達(dá)到平衡狀態(tài)，若再延長(zhǎng)時(shí)間，則會(huì)使浸提液中雜質(zhì)增加影響產(chǎn)品質(zhì)量。

5、浸提壓力提高壓力有利于增加浸潤(rùn)速度，從而使開(kāi)始發(fā)生溶質(zhì)擴(kuò)散過(guò)程所需要時(shí)間縮短。40第二章萃取八、提取設(shè)備（一）間歇式提取設(shè)備1、多能提取罐

罐體具夾層，可通入蒸汽加熱。

多能提取罐適用范圍廣，既可常溫提取，也可加壓、加熱提??；可用于水提、醇提以及水蒸氣提取藥材中揮發(fā)油，還可以用于回收藥渣中的溶劑。

該設(shè)備提取效率高，能耗少，操作方便，可以單獨(dú)使用，也可以串聯(lián)成罐組逆流提取。常用于植物性藥材的提取。41第二章萃取42第二章萃取多能提取罐43第二章萃取2、動(dòng)態(tài)提取罐

功能與多能提取罐相同。在罐內(nèi)裝有螺帶式攪拌器，提取速率比多能提取罐高。44第二章萃取3、翻斗提取罐

利用機(jī)械裝置將罐體翻轉(zhuǎn)以利于卸料和清洗。適用于中小型生產(chǎn)。

45第二章萃取（二）連續(xù)提取設(shè)備

連續(xù)提取器的加料、排渣和提取液的收集均可連續(xù)進(jìn)行，提取率高，速率較快，自動(dòng)化程度高。

1、U形螺旋式提取器由進(jìn)料管、水平管、出料管以及螺旋輸送器組成，各管均有蒸汽夾層，用于加熱提取。溶劑與藥材成逆流連續(xù)流動(dòng)，形成逆流提取。整個(gè)系統(tǒng)處于密閉狀態(tài)，特別適合于低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑提取。該設(shè)備的提取效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，但清洗不方便。46第二章萃取47第二章萃取2、螺旋推進(jìn)式提取器

藥材在該提取器中由螺旋板推動(dòng)與提取液逆向流動(dòng)。

該提取器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易清洗，適合于加熱提取。不適合于粉末及提取難度較大的藥材提取。48第二章萃取49第二章萃取3、波爾曼式連續(xù)提取器

為連續(xù)混流提取設(shè)備。50第二章萃取4、履帶式連續(xù)提取器該設(shè)備提取均勻，效率高，適用于適合滲漉法提取的藥材。51第二章萃取第三節(jié)超臨界流體萃取超臨界流體兼有氣體和液體的優(yōu)點(diǎn)，其粘度小，擴(kuò)散系數(shù)大，密度大，具有良好的溶解特性和傳質(zhì)特性。超臨界流體具有以下四個(gè)主要特性：（1）超臨界流體密度接近液體，具有與液體相當(dāng)?shù)娜芙饽芰?。一、概?2第二章萃?。?）超臨界流體擴(kuò)散系數(shù)界于氣體與液體之間，粘度接近氣體，具有氣體傳質(zhì)速率較快的特性。（3）流體接近臨界區(qū)時(shí)，汽化熱急劇下降，在臨界點(diǎn)處進(jìn)行分離操作有利于傳熱和節(jié)能。（4）超臨界流體具有很大的可壓縮性，壓力和溫度的較小變化會(huì)引起超臨界流體密度的極大變化，借助于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的溫度和壓力可在較寬的范圍內(nèi)變動(dòng)其溶解能力。53第二章萃取

生產(chǎn)中使用最多、最廣泛的是超臨界萃取劑是二氧化碳。