第四章 萃取分离法
一, 概述
1,定义 ——利用物质在互不相溶的水相与有机相间的
分配系数不同而达到分离的过程, 也称 溶媒萃取 。
2,特点 ——浓缩倍数和纯化倍数较高, 可连续, 多级
操作, 溶剂耗量大, 对设备, 安全要求高
3,应用 ——生物小分子物质：抗生素, 有机酸, 氨基
酸等
4、萃取的原理 ——分配定律
1) 分配定律公式推导
? μ1 = μ2 (μ=μ0 + RT lna )
μ02—μ01
? ln( a1 / a2) = —————— a1 / a2 = K
RT
? C1/C2=K
2) 分配定律的适用条件
? 稀溶液
? 溶质对溶剂的互溶性没有影响
? 溶质在两相中同为一种分子类型
5、弱电解质的分配平衡
1） 分配定律公式推导 （ 以酸性电解质为例 ）
AH
K 有机相 （ 萃取相, 轻相 ）
AH A- + H+
KP 水相（萃余相、重相）
[AH] K得出,K
表 = ———— = ————[AH]+[A-] 1+10(pH-pKp)
[AH] K碱性电解质，同理得出,K
表 = ———— = ————[AH]+[A-] 1+10(pKp - pH)
2）分离因素（ β）
C(L,A) / C(L,B) 1 KA
β= —————— = KA× —— = ——
C(R,A) / C(R,B) KB KB
其中,C(L,A), C(L,B) —分别为萃取相中溶质 A,B的浓度
C(R,A), C(R,B)—分别为萃余相中溶质 A,B的浓度
6、萃取工艺条件的选择
1）萃取剂的选择
1) 分配系数 K
2) 互不相溶性
3) 毒性低、黏度低、安全性好、价格低、易回收等
☆ 常用的萃取剂有：
乙酸乙酯，乙酸丁酯，丁醇等
2）水相条件的选择
a) pH值
– 分配系数 K
– 分离因素 β
[AH] K
K表 = ———— = ————
[AH]+[A-] 1+10(pH-pKP)
– 稳定性
b) 离子浓度
– 盐析效果
– 去乳化
– 增大水相密度
c) 温度
– T↑,K↑,互溶性 ↑,效率 ↓
– T↓,K↓,稳定性 ↑,传质速率 ↓
d) 带溶剂
– 酸性物质 +脂肪碱 （ 十二烷胺, 四丁胺等 ）
– 碱性物质 +脂肪酸 （ 月桂酸等 ）
7、乳化现象和去乳化
1) 乳化现象
有机相
乳化层
水 相
2） 乳状液及其类型
? 乳状液 ——一种液体以细小液滴分散在另一种互不相溶的
液体中所构成的分散体系, 也称乳浊液 。
? 类型 ——油包水 （ W/O） 型和水包油 （ O/W） 型两大类
3）乳状液稳定条件 =乳化剂 =表面活性剂
? 降低界面张力, 降低表面自由能
? 界面电荷
? 界面膜
? 增大介质黏度
表面活性剂在界面
上的定向排列 水包油（ O/W）型 油包水（ W/O）型
5）去乳化方法
? 加热
? 稀释
? 离心
? 过滤
? 静电
? 电解质
? 顶替法
? 转型法
4）生物类料液引起的乳化现象
? 原因 ——蛋白质是一种天然乳化剂
? 种类 ——大多形成 W/O型
六、萃取过程的类型
1,单级萃取
2,多级萃取
? 错流多级萃取
? 逆流多级萃取
七、萃取过程的设备
1,混合设备
? 搅拌罐
? 管式混合器
? 喷嘴式混合器
2、分离设备
? 重力分离设备 ——沉降式
? 离心力分离设备 ——碟式, 管式, 倾析式
思考题
1,何谓溶媒萃取？ 其分配定律的适用条件是什么？
2,在溶媒萃取过程中 pH值是如何影响弱电解质的提取？
3,何谓乳化液？ 乳化液稳定的条件是什么？ 常用去乳化方法有那些？
4,在发酵工业中, 去乳化有何实际意义？
5,某澄清的发酵液中含 260mg/l放线菌 D,现用醋酸丁酯进行多级萃取 。
已知平衡常数 K=57.0,料液流量 450升 /时, 有机相流量 20升 /时 。
为达到此抗生素收率为 98%的要求, 需要多少级的萃取过程？ 分
别用解析法和图解法计算 。
表面活性剂
? 定义, 由亲水憎油的极性基团（亲水基）和亲油憎水
的非极性基团（疏水基）两部分组成的分子。
? 种类,离子型（阴离子、阳离子）、非离子型
? HLB值（ hydrophile-lipophile balance）, 0—20
亲水基团的分子量 HLB越大 →O/W
HLB值 =——————————× 20 HLB越小 →W/O
疏水基团的分子量
亲水基 疏水基
吉布斯 （ Gibbs） 吸附公式
c dσ
Γ= - ————
RT d c
当 pKp=5.0
pH值 K表
… …
3.0 K/1.01
4.0 K/1.1
5.0 K/2
6.0 K/11
7.0 K/101
8.0 K/1001
… …
一, 概述
1,定义 ——利用物质在互不相溶的水相与有机相间的
分配系数不同而达到分离的过程, 也称 溶媒萃取 。
2,特点 ——浓缩倍数和纯化倍数较高, 可连续, 多级
操作, 溶剂耗量大, 对设备, 安全要求高
3,应用 ——生物小分子物质：抗生素, 有机酸, 氨基
酸等
4、萃取的原理 ——分配定律
1) 分配定律公式推导
? μ1 = μ2 (μ=μ0 + RT lna )
μ02—μ01
? ln( a1 / a2) = —————— a1 / a2 = K
RT
? C1/C2=K
2) 分配定律的适用条件
? 稀溶液
? 溶质对溶剂的互溶性没有影响
? 溶质在两相中同为一种分子类型
5、弱电解质的分配平衡
1） 分配定律公式推导 （ 以酸性电解质为例 ）
AH
K 有机相 （ 萃取相, 轻相 ）
AH A- + H+
KP 水相（萃余相、重相）
[AH] K得出,K
表 = ———— = ————[AH]+[A-] 1+10(pH-pKp)
[AH] K碱性电解质，同理得出,K
表 = ———— = ————[AH]+[A-] 1+10(pKp - pH)
2）分离因素（ β）
C(L,A) / C(L,B) 1 KA
β= —————— = KA× —— = ——
C(R,A) / C(R,B) KB KB
其中,C(L,A), C(L,B) —分别为萃取相中溶质 A,B的浓度
C(R,A), C(R,B)—分别为萃余相中溶质 A,B的浓度
6、萃取工艺条件的选择
1）萃取剂的选择
1) 分配系数 K
2) 互不相溶性
3) 毒性低、黏度低、安全性好、价格低、易回收等
☆ 常用的萃取剂有：
乙酸乙酯，乙酸丁酯，丁醇等
2）水相条件的选择
a) pH值
– 分配系数 K
– 分离因素 β
[AH] K
K表 = ———— = ————
[AH]+[A-] 1+10(pH-pKP)
– 稳定性
b) 离子浓度
– 盐析效果
– 去乳化
– 增大水相密度
c) 温度
– T↑,K↑,互溶性 ↑,效率 ↓
– T↓,K↓,稳定性 ↑,传质速率 ↓
d) 带溶剂
– 酸性物质 +脂肪碱 （ 十二烷胺, 四丁胺等 ）
– 碱性物质 +脂肪酸 （ 月桂酸等 ）
7、乳化现象和去乳化
1) 乳化现象
有机相
乳化层
水 相
2） 乳状液及其类型
? 乳状液 ——一种液体以细小液滴分散在另一种互不相溶的
液体中所构成的分散体系, 也称乳浊液 。
? 类型 ——油包水 （ W/O） 型和水包油 （ O/W） 型两大类
3）乳状液稳定条件 =乳化剂 =表面活性剂
? 降低界面张力, 降低表面自由能
? 界面电荷
? 界面膜
? 增大介质黏度
表面活性剂在界面
上的定向排列 水包油（ O/W）型 油包水（ W/O）型
5）去乳化方法
? 加热
? 稀释
? 离心
? 过滤
? 静电
? 电解质
? 顶替法
? 转型法
4）生物类料液引起的乳化现象
? 原因 ——蛋白质是一种天然乳化剂
? 种类 ——大多形成 W/O型
六、萃取过程的类型
1,单级萃取
2,多级萃取
? 错流多级萃取
? 逆流多级萃取
七、萃取过程的设备
1,混合设备
? 搅拌罐
? 管式混合器
? 喷嘴式混合器
2、分离设备
? 重力分离设备 ——沉降式
? 离心力分离设备 ——碟式, 管式, 倾析式
思考题
1,何谓溶媒萃取？ 其分配定律的适用条件是什么？
2,在溶媒萃取过程中 pH值是如何影响弱电解质的提取？
3,何谓乳化液？ 乳化液稳定的条件是什么？ 常用去乳化方法有那些？
4,在发酵工业中, 去乳化有何实际意义？
5,某澄清的发酵液中含 260mg/l放线菌 D,现用醋酸丁酯进行多级萃取 。
已知平衡常数 K=57.0,料液流量 450升 /时, 有机相流量 20升 /时 。
为达到此抗生素收率为 98%的要求, 需要多少级的萃取过程？ 分
别用解析法和图解法计算 。
表面活性剂
? 定义, 由亲水憎油的极性基团（亲水基）和亲油憎水
的非极性基团（疏水基）两部分组成的分子。
? 种类,离子型（阴离子、阳离子）、非离子型
? HLB值（ hydrophile-lipophile balance）, 0—20
亲水基团的分子量 HLB越大 →O/W
HLB值 =——————————× 20 HLB越小 →W/O
疏水基团的分子量
亲水基 疏水基
吉布斯 （ Gibbs） 吸附公式
c dσ
Γ= - ————
RT d c
当 pKp=5.0
pH值 K表
… …
3.0 K/1.01
4.0 K/1.1
5.0 K/2
6.0 K/11
7.0 K/101
8.0 K/1001
… …
