有机溶及剂萃取.pptVIP

Chapter 4萃 取Solvent Extraction 萃取是生物分离中常用的单元操作 何谓萃取 利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的 相似相溶的原理，选择与目的物结构相近的溶剂 分子结构相似:组成,官能团 根据萃取目标物的介电常数寻找极性相近的溶剂为萃取溶剂. 一个良好的溶剂要满足以下几方面要求: 有大的萃取容量:即单位体积的萃取溶剂能萃取大量的产物 有良好选择性:理想情况只萃取产物而不萃取杂质 与被萃取的液相(通常是水相)互溶度小,且粘度低,;界面张力不或适中,有利于相的分散和两相分离. 溶剂的回收和再容易 化学稳定性好,不易分解,对设备腐蚀性小 经济性好,价廉易得 安全性好,无毒性或毒性低. 不同的萃取剂对溶质的萃取效果不同。如疏水性的青霉素G和V酸性很强，其pKa值为2.5～3.1，相对分子质量分别为334和350，适宜用有机溶剂从发酵液中萃取，在pH 2.5～3.0范围内，用乙酸戊酯和乙酸丁酯作为萃取剂的萃取效率高（如下表）。 青霉素在不同萃取剂中的分配系数 物理萃取和化学萃取 物理萃取即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，利用乙酸丁酯萃取发酵液中的青霉素即属于物理萃取。 化学萃取则利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。 由于氨基酸和一些极性较大的抗生素的水溶性很强，在有机相中的分配系数很小甚至为零，利用一般的物理萃取效率很低，需采用化学萃取。 可用于抗生素的化学萃取剂有长链脂肪酸(如月桂酸)、烃基磺酸、三氯乙酸、四丁胺和正十二烷胺等。它们与抗生素形成复合物分子的疏水性比抗生素分子本身高得多，从而在有机相中有很高的溶解度。 萃取和反萃取 在溶剂萃取分离过程中，当完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，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(Back extraction)。除溶剂萃取外，其他萃取过程一般也要涉及反萃取操作。 对于一个完整的萃取过程，常常在萃取和反萃操作之间增加洗涤操作，如下图所示，洗涤操作的目的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂质，提高反萃液中目标产物的纯度。下图中虚线表示洗涤段出口溶液中含有少量目标产物，为提高收率，需将此溶液返回到萃取段。经过萃取、洗涤和反萃取操作，大部分目标产物进入到反萃相(第二水相)，而大部分杂质则残留在萃取后的料液相(称作萃余相)。 萃取、洗涤和反萃操作过程示意图 萃取体系的构成 料液:供提取的溶液,通常水溶液 溶质:从料液中提取出来的物质 萃取剂:用来萃取产物的溶剂 萃取液:溶质转移到萃取剂中形成的溶液 萃余液:被萃取出溶质后的料液称为~. 分配系数 在一定温度和压力下，溶质分配在两个不相溶的溶剂中达到平衡后，溶质在这两相的浓度比为一常数K，此常数称为分配系数 是衡量萃取体系是否合理的重要参数： y-----平衡时溶质在萃取相中的浓度 X-----平衡时溶质在萃余相中的浓度 操作过程中，分配系数K越大，提取效率也越大，萃取就越容易进行完全。当K值较小时，可以采取分次加入溶剂、连续对此提取来提高萃取率。 产物的萃取效率与萃取溶剂和水相的性质有关. 水相条件对萃取的影响 1）PH 影响选择性.如青霉素在PH2萃取,萃取液中(醋酸_酯)青霉烯酸可达青霉素_量度2.5%,在PH3中则下降到4%,PH选择在使产物稳定的范围内. 2）温度:影响稳定性,一般在低温下进行,影响分配子数 3）盐析:降低产物在水中的溶解度.如提Vb12时加硫铵，促进Vb12从水转入有机相中；提青霉素进加NaCl.促进青霉素从水转入有机相中 4）带溶剂:它们能与产物形成复合物,使产物易溶于有机溶剂中.复合物在一定条件下又要易分解.如青霉素可用脂肪碱作带溶剂.（化学萃取） 萃取操作 (1)混合:料液与萃取剂充分混合形成具有很大比表面积的乳浊液.产物自料液转入萃取剂中. (2)分离:分离或萃取相和萃余相 (3)溶剂回收:从萃取相中分离出有机溶剂. 所需设备：混合器（如搅拌混合器）、分离器（如碟片式离心机）、溶剂回收装置（如蒸馏塔） 混合萃取和分离也可在同一台设备中，如Alfa-Laval萃取机。 萃取流程 单级萃取： 料液与萃取剂加入混合物中搅拌平衡后的溶液送到分离器内分离得萃取相L萃余相R,L送到回收器. 多级萃取：是工业生产最常用的萃取流程 分离效率高 产品回收率高