4.1液液萃取过程4.2液液相平衡4.3萃取过程计算4.4萃取设备4.5萃取过程的新进展TSHY4.1基本概念利用组分在两个互不相溶的液相中的溶解度差而将其从一个液相转移到另一个液相的分离过程称为液液萃取，也叫溶剂萃取，简称萃取。待分离的一相称为被萃相，萃取后成为萃余相，用做分离剂的相称为萃取相中起萃取作用的组分称为萃取剂，起溶剂作用的组分称为稀释剂或溶剂。具有处理量大、分离效果好、回收率高、可连续TSHY4.1炼油和石化工业中石油馏分的分离和精制，如烷烃和芳烃的分离，润滑油的精制湿法冶金：铀等放射性元素、稀土、铜等有色金属、金等贵金属的分离和提取；医药工业中的多种抗生素和生物碱的分离提取；环保处理中有害物质的脱除等。TSHY4.1.1(1)萃取过程的传质前提是两个液相之间的相互接触；(2)两相的传质过程是分散相液滴和连续相之间相际传质(5)液液萃取过程可以在多种形式的装置中通过连续或间TSHY4.1.1(1)确定萃取体系包括被萃相体系和萃取相体系的构成，如被萃相的酸碱度、萃取相的稀释剂等。(2)测定相平衡数据分配系数和分离系数(3)确定工艺和操作条件相比、萃取剂和稀释剂用量、被萃物浓度、萃取温度等。(4)萃取流程的建立完整的萃取和反萃流(5)设备的确定设备形式和结构。TSHY4.1.2萃取剂中至少要有一个能与被萃物形成萃合物的官能团。常见的萃取官能团通常是一些包含N、O、P、S的基团。萃取剂中还应包含具有较强亲油能力结构或基团，如长链烃、芳烃等，以利于萃取剂在稀释剂中的溶解，并防止被萃相对它的溶解夹带损失。TSHY4.1.2(2)萃取剂选择要点选择性好表现为分离系数大。萃取容量大表现为单位体积或单位质量溶解化学稳定性强耐酸碱、抗氧化还原、耐热、无腐蚀。易与原料液相分层不乳化、不产生第三相。易于反萃或分离便于萃取剂的重复利用。安全性好无毒或低毒、不易燃、难挥发、环经济性好成本低、损耗小。TSHY4.1.2中性萃取剂包括含磷类、含氧类和含硫类重型萃取剂，如磷酸三丁酯(TBP)、甲基异丁基酮(MIBK)、二辛基亚砜(DOSO)等。有机酸萃取剂包括有机磷酸、有机磺酸、羧酸等。胺类萃取剂各种有机胺和胺盐。螯合萃取剂各种有机螯合物、冠醚等。TSHY4.1.3分配比达到萃取平衡时，被萃物在两相中的浓度比称为被萃物的分配比，也称为分配系数。其中，分配比D的值越大，被萃物越容易进入萃取相。D通常不是常数，要受萃取体系和萃取条件的影响，应根据实验来测定；D=0，表示待萃取物完全不被萃取，D=，表示完全被萃取。TSHY4.1.3相比萃取体系中萃取相为萃取相流量，为被萃相流量。TSHY4.1.3分离系数分离系数又称为分离因子，表示被萃相中两种物质可被某种萃取剂所分离的难易程度，它等于这两种物质在相同萃取条件下的分配比之比与相对挥发度一样，分离系数值越远离1，两种物质越容易分离；反之则不容易。TSHY4.34.3.1萃取过程分析常用的工业萃取过程根据使用的设备通常分为逐级萃取过程和微分萃取过程。以多级混合澄清槽为萃取设备的连续萃取过程。特点是每一个萃取级构成一个平衡级，易实现过程分解、组合与控制。以各种塔为萃取设备的连续萃取过程。特点是设备紧凑，操作简单，结构形式选择多；但易出现轴向返混，影响萃取效率。TSHY4.3.2(2)逐级计算法逐级计算法是逐级萃取过程的基本计算方法，特别是各萃取级分配系数不同时，采用逐级计算法计算萃取过程所需理论级数和各级浓度分布是最常用和最稳妥的方法。在实际萃取过程中，经常会出现各级分配系数发生变化的情况，如用酸性萃取剂萃取电解质溶液中的金属离子时，随着金属离子量的增加，被萃相中的H+浓度会随之增大，导致被萃相的酸度逐级增大，因而影响到被萃离子在两相中的分配比TSHY4.44.4.1萃取设备的分类TSHY4.4.2萃取设备的选择除技术因素外，还包括以下主要因素有：操作者素质TSHY4.4.2TSHY4.4.5逐级萃取与反萃流程的组合TSHY4.4.5分散区：通常情况下选择被萃物浓度低的一相作为连续相先注入设备的分散区内，启动分散机制后再同时通入分散相和连续相。分散区的大小应满足两相实现要求传质量的接触时间(停留时间)。分散相分散粒径越小，传质面积越大，但聚并将越困难。聚并区：在分散区内完成传质过程的两相需要在相对平稳的区域内进行聚并分相，以便于两相分离。聚并区的大小应满足分散相完全迁移聚并的时间，并设置分散相的连续排出机制TSHY4.4.5多级萃取或反萃设备——混合澄清槽TSHY4.4.5设计要点混合池容积与处理能力和相比有关，与两相接触时间(即达到萃取平衡的时间)有关。澄清池容积和长度与处理能力和两相完全分层时间有关。分散搅拌强度与分散相的稳定性(粘度、乳化性等)有关。萃取级数与被萃物质的分配比、两相的相比有关。反萃级数与被萃物质的分配比、两相的相比有关。TSHY4.4.5设计要点塔高与两相接触时间(即达到萃取平衡的时间)有关，与被萃物质的分配比、两相的相比有关。内构件与分散相的传质特性和稳定性(粘度、乳化性等)有关。反萃方式与萃取相性质有关，与萃合物性质有关。TSHY4.54.5.1超临界流体萃取4.5.2反胶束萃取4.5.3双水相萃取TSHY4.5.1概述什么是超临界流体：物质在的温度和压力分别超过其临界温度(Tc)和临界压力(pc)时形成的流体(SCF)。处于临界点状态的物质可实现液态到气态的连续过渡，两相相界面消失，汽化热为零。超过临界点的物质，无论加多大的压力都不会液TSHY4.5.1超临界流体萃取的基本原理超临界流体的基本性质流体密度(g/cm粘度(Pa.s)扩散系数(cm常压气体15-30(0.6~2)10-3(1~3)10-50.1~0.4临界流体Tc，Pc0.2~0.5(1~3)10-50.710-3超临界流体Tc，4Pc0.4~0.9(3~9)10-50.210-3常压液体15-300.6~1.6(0.2~3)10-3(0.2~2)10-5TSHY流体临界温度临界压力MPa流体临界温度临界压力MPa乙烯9.255.04乙烷32.254.88三氟甲烷26.154.86一氧化36.57.24甲烷28.83.87丙烯91.84.60二氧化碳31.047.38丙烷96.64.25TSHY4.5.1超临界流体萃取的特点优点：用超临界流体萃取具有与液体相近的溶解能力，比液体溶剂渗透快，渗透深，能更快达到萃取平衡。操作参数主要为压力和温度，比较容易控制。超临界流体萃取集精馏和液液萃取特点于一体，可能分离一些常规方法难以分离TSHY缺点：高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏；高压装置与高压操作，投资费用高，安 全要求也高； 超临界流体中溶质浓度相对还是较低， 故需大量溶剂循环； 超临界流体萃取过程固体物料居多，连 续化生产较困难。 4.5.1 TSHY 4.5.2 反胶束和反胶束系统反胶束是表面活性剂在有机溶剂中自发形成的纳 米尺度的一种聚集体。 (1)反胶束的形成 表面活性剂通常都有一个亲水的极性头和疏水的 非极性尾。当表面活性剂在有机溶剂中的浓度超 过其临界胶束浓度后，其疏水的非极性尾向外伸 入有机溶剂主体中，亲水的极性头则自发向内聚 集排列成一个极性核。核中的空间具有溶解水和 大分子的能力，称为池(pool)。 表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)可通过表面活 性剂手册查得，通常在110-4~110-3mol/L范 TSHY 4.5.2 反胶束溶液体系的特性受表面活性剂结构、溶剂种类、温度和压力等因素有关。 反胶束中心约束的水量通常用束水比来表示，即：Wo=[约束水摩尔数]/[表面活性剂摩尔 Wo值与表面活性剂和溶剂的种类、助表面活性剂、水相中盐的种类和浓度等有关。 反胶束中心池的大小可在一定范围内变化，当Wo值超过一定限度后，反胶束将发生破裂 TSHY 4.5.2 影响反胶束萃取的主要因素(1)与反胶束有关的因素 表面活性剂的种类、浓度，有机溶剂的种类，助表面活性剂及其浓度。 (2)与水相有关的因素 pH值，离子种类，离子强度。(3)与萃取物有关的因素 分子大小，浓度，电荷情况等。(4)与环境有关的因素 系统温度、压力等。TSHY 4.5.2 反胶束萃取技术的应用(1)分离蛋白质混合物 如用二烷基磷酸盐/异辛烷反胶束溶液萃取分离溶菌酶和肌红蛋白。 (2)浓缩α-淀粉酶 如用TOMAC/异辛烷反胶束溶液萃取水相中的α-淀粉酶，以实现α-淀粉酶的浓缩。 (3)直接提取细胞内酶 如用CTAB/己醇-辛烷反胶束溶液直接从棕色固氮菌细胞内提取胞内脱氢酶，既不破坏菌细胞，也可 保持酶的活性。 (4)从动植物资源中提取蛋白质 TSHY 6、反胶束萃取蛋白质的过程开发 （1）新型的反胶束体系 （2）蛋白质的反萃取 （3）反胶束萃取的工业化 4.5.2 TSHY 4.5.3 双水相体系就是由两个互不相容的水相合在一起构成的体系。 双水相体系的形成主要是由于水相中高聚物之间的互不相容性，即高聚物分子的空间阻碍 ，导致相互不能渗透，不能形成均一相而产生 通常，只要两聚合物水溶液的憎水程度有所差异，混合时就可能发生相分离。憎水程度相 差越大，相分离倾向就越大。 TSHY 双水相萃取的特点系统的含水量多达75%-90%，两相界面 张力极低(10-6～10-4N/m)，有助于保持生 物活性和强化相际间的质量传递，也有易乳 化的问题； 分相时间短（特别是聚合物/盐系统）， 一般只有5-15min； 易于连续操作； 目标产物的分配系数一般大于3，有较高 收率； 4.5.3 TSHY 4.5.3 常见的双水相体系TSHY 4.5.3 (5)从天然植物中提取有效药用成分TSHY 4.5.3