萃取方式及計算單級萃取萃取操作流程多級萃取錯流逆流一、溶劑萃取方式在工業生產操作中，萃取操作流程可分為單級和多級萃取流程。在多級萃取流程中，又可分為多級錯流和多級逆流萃取流程。1、單級萃取原料液與萃取劑加入混合槽內，在攪拌器的作用下，使兩相充分接觸。由混合槽排出的兩相在澄清槽中分為萃取相和萃余相，然后分別引入回收設備。單級萃取只用一個混合器和一個澄清器。一、溶劑萃取方式5單級萃取收率計算：

R=VE:VR≈VS:VF,稱為相比令：E稱為萃取因子由于萃取劑與原料液互溶度較小，溶質含量較低，故可認為VE≈VS，VR≈VF6由上式可看出，當分配系數K一定時，相比R增大，即萃取劑體積增大，萃取因子E提高，理論收率η增大；當相比R=1時，即等體積萃取時，上式可寫為顯然，當分配系數K增大時，萃取因子E提高，理論收率η也增大，在實際生產中，一般選用分配系數K較大的溶劑作為萃取劑，以提高萃取操作的理論收率。7例3-1已知20℃、pH10.0的條件下，潔霉素在丁醇相和水相中的分配系數為18。當萃取劑丁醇的用量與原料液（水相）的量相等時，計算潔霉素的理論收率；當萃取劑丁醇的用量減少一半時，計算潔霉素的理論收率，并分析計算結果。

8例3-2青霉素在0℃、pH2.5的條件下，在醋酸丁酯相和水相中的分配系數為35。當萃取劑醋酸丁酯的用量與原料液（水相）的量相等時，計算進行單級萃取的理論收率；當萃取劑丁醇的用量減少至1/4，計算青霉素的理論收率。

一、溶劑萃取方式2、多級錯流萃取由幾個萃取器串聯組成，原料液自第一級進入，各級均加入新鮮萃取劑S1，S2，……，Sn，直到第n級引出的萃余相Rn中含溶質A的含量達到規定的值，將Rn引入溶劑回收得萃余液R’。102、多級錯流萃取由幾個單級萃取單元串聯組成，新鮮的萃取劑分別加入各萃取單元，萃取推動力較大，萃取效率較高；溶劑總用量為各級用量之和，據計算得知，只有在各級溶劑用量相等時，達到同樣的分離程度，溶劑的總用量為最少；仍需加入大量萃取劑，因而產品濃度稀，需消耗較多能量回收萃取劑。工業上該流程較少。一、溶劑萃取方式特點：11多級錯流萃取時計算，它可以看成單級萃取計算的多次重復：當各級萃取因素E值都相同時，上式可寫為：當E相同且一定時，級數n越多，收率越高當級數n一定時，E越大，收率越高12例3-3已知在pH=3.5時，放線菌素D在乙酸乙酯相與水相中的分配系數為57；原料液的處理量為450dm3/h（流量），所用萃取劑的量之和為39dm3/h（流量）1、采用單級萃取時，放線菌素D的理論收率。2、采用三錯流萃取時，各級加入萃取劑的量均為13dm3/h，計算放線菌素D的理論收率。3、采用三錯流萃取時，各級加入萃取劑的量分別為20dm3/h、10dm3/h、9dm3/h，放線菌素D的理論收率。4、對計算結果進行比較分析。13計算結果可看出：1、當萃取劑用量相同時，萃取級數越多，萃取收率越高；2、多級錯流萃取時，各級萃取劑流量相等時，萃取收率最大。3、多級逆流萃取一、溶劑萃取方式由幾個單級萃取單元串聯組成，料液和萃取劑分別從兩端連續加入，互成逆流接觸。FF153、多級逆流萃取進入最后一級萃取器中的Rn-1濃度已經很低，但與新鮮萃取劑S接觸，仍有一定的傳質推動力，可繼續傳質萃取，可使最終Rn含量較低；第一級萃取器是含溶質最多的原料液F與第二級萃取相接觸，因此，E1中所含溶質濃度可以達到相當高的程度；在三種操作方式中，萃取效率最高，萃取劑用量最少，因而工業上普遍采用。一、溶劑萃取方式特點：16當各級萃取因素E值都相同時，經n級逆流萃取后，理論收率可由下式計算

多級逆流萃取計算：當E一定時，級數n越多，收率越高當級數n一定時，E越大，收率越高但級數越多，增加設備成本，而收率的增加量有限17例3-4已知在pH=3.5時，放線菌素D在乙酸乙酯相與水相中的分配系數為57；原料液的處理量為450dm3/h（流量），所用萃取劑的量之和為39dm3/h（流量）計算采用采用三級逆流萃取時，放線菌素D的理論收率，并與單級操作和三級錯流萃取的理論收率比較分析。18計算結果可看出：1、同樣條件下，多級逆流萃取的理論收率高于多級錯流萃取的理論收率。2、在實際生產中，由于兩相分配一般不能達到相平衡、分相往往不完全、乳化問題等原因，實際收率比理論收率要低得多。19思考題1.不同的萃取方式，各有什么特點？相同級數的錯流萃取和逆流萃取，哪一種萃取效率高？達到相同的萃取效率，哪一種萃取方式用的萃取劑S少？2.已知在pH=3.5時，放線菌素D在乙酸乙酯相與水相中的分配系數為57；原料液的處理量為4.5m3/h，所用萃取劑的量為0.39m3/h，試分別計算：（1）采用單級萃取時，放線菌素D的理論收率；（2）采用三級逆流萃取時，放線菌素D的理論收率；（3）采用三級錯流萃取時，各級加入萃取劑的量分別為0.2m3/h、0.1m3/h、0.09m3/h時，放線菌素D的理論收率。萃取過程影響因素21（1）萃取劑（2）溫度（3）原溶液pH值（4）鹽析劑（5）萃取時間（6）兩相體積比（7）分散程度（8）原液中被萃取組分濃度萃取過程影響因素22（1）萃取劑S的選擇萃取劑對溶質A的分配系數要大，且要有較好的選擇性；與原溶劑B互溶度要小，越小，溶質A在萃取相E中的濃度就越高；與原溶劑B有較大密度差，有利于萃取后分層；表面張力要適中，相分散和相凝聚容易；溶劑粘度小利于傳質、混合和分離，若粘度大，需要加入稀釋劑；價廉易得；容易回收和再利用；毒性低，腐蝕性小，使用安全；不與目標產物發生反應。萃取過程影響因素23（2）溫度的影響T升高：溶質溶解度增大，同時兩相的互溶度也增大，使萃取效果降低，甚至無法進行。T降低：溶解度減小。但溫度過低，溶劑粘度增大，不利于傳質。許多生物產物在高溫下不穩定，易失活，故萃取一般應在低溫下進行。選擇適宜的操作溫度。萃取過程影響因素24（3）原溶液pH值對溶劑萃取的影響pH影響弱酸或弱堿性物質的解離平衡和分配平衡，使分配系數發生變化，直接影響產品收率；pH對生物產物穩定性的影響很大。如：青霉素在pH=2時，醋酸丁酯萃取液中青霉素可達青霉素含量的12.5%，當pH>6.0時，青霉素幾乎全部分配在水相中。萃取過程影響因素25（4）鹽析作用對溶劑萃取的影響無機鹽類如（NH4）2SO4、NaCl等在水相中的存在：可降低溶質A在水中的溶解度，使溶質A向有機相中轉移；鹽析劑與水分子結合使游離水分子減少，降低藥物在水中的溶解度，使其易轉入有機相；鹽析劑使萃余相比重增大，有助于分離兩相。

如：萃取青霉素時可加入NaCl，萃取維生素B12時添加（NH4）2SO4等。但鹽析劑的添加要適量，用量過多時可能促使雜質也轉入有機相。萃取過程影響因素26（5）萃取時間萃取時間越長，萃取過程越接近平衡狀態，萃取收率越高；但過分延長萃取時間對萃取收率的提高效果并不明顯，特別是當萃取趨于萃取平衡時，萃取速率很小，延長時間沒有實際意義萃取時間過長，會影響某些藥物的穩定性萃取時間過長，會降低設備的生產能力，同時加大了雜質在萃取相中的含量萃取過程影響因素27（6）兩相的體積比增大萃取劑與原溶劑的體積比，有助于提高被萃取組分向有機相的擴散，提高萃取收率但兩相的體積比過大，也會使被萃取組分在萃取相中濃度降低，不利于后序的處理，也加大有機溶劑回收的成本，同時也會使雜質成份在有機相中含量加大。萃取過程影響因素28（7）不連續相的分散程度不連續相的分散程度越大，越有利于提高兩相的接觸面積，有助于傳質，提高萃取速度，提高被萃取組分的萃取收率若不連續相的分散程度過大，會過于分散，對于兩相分層不利，會使兩相分層所需時間延長，不利于萃取操作。不連續相的分散程度與兩相的湍動程度有關，一般提高流速、加強攪拌等會提高不連續相的分散程度。

萃取過程影響因素29（8）原液中被萃取組分的濃度提高原液中被萃取組分的濃度，有助于提高萃取速度，有利于快速達到萃取平衡。但被萃取組分濃度提高也可能使雜質濃度提高，影響萃取質量。

萃取過程影響因素30思考題1.影響溶劑萃取的因素有哪些？2.試分析各因素對萃取的影響是怎樣的？萃取設備混合攪拌罐分離混合-澄清槽溶媒回收精餾或蒸餾設備萃取崗位一、萃取單元工藝構成管式混合器塔式萃取設備碟片式離心機離心萃取機溶媒回收崗位需要的理論級數<2～3級，各種萃取設備均可>4～5級，可選用篩板塔；>10～20級，可選用有外加能量的設備，如脈沖塔生產能力處理量較小時，可選用填料塔、脈沖塔處理量較大時，可選用離心萃取器。物系的物性密度差較大、界面張力較小的物系，可選用無外加能量的設備對密度差較小、界面張力較大的物系，宜選用有外加能量的設備物系的穩定性穩定性差，要求在設備內停留時間短的物系，宜選用離心萃取器穩定性好的物系，可選用混合澄清器二、萃取設備的選擇

選擇萃取設備的原則是：在滿足工藝條件和要求的前提下，使成本（設備費和操作費等）趨于最低。最傳統的設備

攪拌罐管式混合器噴嘴式混合器1、混合設備三、萃取設備混合孔板式同向射流混合交錯噴嘴混合

萃取劑及料液由各自導管進入器內進行混合

兩液相已在器外匯合，然后進入器內經噴嘴或孔板后，增強了湍流程度最傳統的設備

攪拌罐1、混合設備三、萃取設備靜置分液，出料管特征攪拌罐1、混合設備三、萃取設備37三、萃取設備2、分離設備1、單級萃取混合-澄清槽38三、萃取設備2、分離設備2、多級萃取混合-澄清槽39三、萃取設備2、分離設備2、多級萃取塔式萃取設備轉盤萃取塔

旋轉不產生軸向力，兩相在垂直方向上的流動仍靠密度差來推動。適合于含固體物料的場合。40三、萃取設備2、分離設備2、多級萃取塔式萃取設備

結構簡單、造價低廉，可有效的減少軸向返混。塔式萃取設備比較適用于生產規模大，連續操作，輕重相差別較大，在混合后比較容易分離的萃取過程。41三、萃取設備2、分離設備2、多級萃取碟片式離心機原理：靠兩相互不相溶的液體的密度不同，在離心力的作用下，將液體分離。適用于分離乳濁液或含少量固體的乳濁液。42三、萃取設備2、分離設備2、多級萃取碟片式離心機其結構大體可分為三部分：機械傳動部分；由轉鼓碟片架、碟片分液蓋和碟片組成的分離部分；輸送部分，在機內起輸送已分離好的兩種液體的作用，由向心泵等組成。43三、萃取設備2、分離設備2、多級萃取碟片式離心機底部碟片和其它碟片不同，只有一排孔。但底片有兩種，區別在于孔的位置不同，分別和其他碟片上二排孔的位置相對應。應按輕重液的比例不同而選用不同的底片。45三、萃取設備2、分離設備2、多級萃取波德離心萃取機（POD機）當參與萃取的兩液體密度差很小，或界面張力甚小而易乳化，或粘度很大時，兩相的接觸狀況不佳，特別是很難靠重力使萃取相與萃余相分離，這時可以利用比重力大得多的離心力來完成萃取所需的混合和澄清兩過程。46三、萃取設備2、分離設備2、多級萃取波德離心萃取機（POD機）當參與萃取的兩液體密度差很小，或界面張力甚小而易乳化，或粘度很大時，兩相的接觸狀況不佳，特別是很難靠重力使萃取相與萃余相分離，這時可以利用比重力大得多的離心力來完成萃取所需的混合和澄清兩過程。47三、萃取設備2、分離設備2、多級萃取波德離心萃取機（POD機）當轉子高速旋轉產生離心力作用時，重相從中心向外沿流動，輕相從外沿向中心流動，兩相在逆流流動過程中，通過帶上的小孔被分散，可同時完成混合與分離過程，最后重液和輕液分別從不同的通道引出。48三、萃取設備2、多級萃取波德離心萃取機（POD機）萃取效率高，溶劑消耗量小，設備結構緊湊，占地面積小的特點，特別適用于處理兩相密度差小（可至10kg/m3），或界面張力較小而易乳化或黏度很大，僅依靠重力的作用難以使兩相間很好地混合或澄清的料液；另外，由于兩液體接觸萃取時間短，可有效減少不穩定藥物成份的分解破壞，在青霉素生產中廣泛應用。49四、青霉素生產萃取工藝簡圖丁酯相發酵液-水相50思考題萃取操作的主要設備有哪些？各有何特點？乳化和破乳化乳化劑表面活性劑1.油相2.水相乳化是一種液體以微小液滴形式均勻地分散在互不相溶的另一種液體中的現象乳化的定義乳化和破乳化WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW水油油-水界面水包油型乳濁液親水基強度大親油基強度大WWWW親水基

親油基WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW水油油-水界面油包水型乳濁液乳化劑表面活性劑乳化和破乳化乳化和破乳化水包油型油包水型乳液乳霜乳化和破乳化010203界面上的保護膜液滴帶電荷介質的粘度大形成穩定乳濁液的因素：

乳狀液雖有一定的穩定性，但乳狀液具有高的分散度，表面積大，表面自由能高，是一個熱力學不穩定體系，它有聚結分層，降低體系能量的趨勢。乳化和破乳化萃取相中夾帶原料液原料液相中夾帶萃取劑乳化和破乳化乳化劑的含量達到最低濃度預處理、過濾消除乳化層破乳化措施保證萃取操作順利進行乳化和破乳化加熱、稀釋、吸附、離心物理法轉型法電解質中和法破乳的原理主要是破壞它的膜和雙電層

帶負電的油滴表面氯化鈉的Na+乳化和破乳化油油油油水電解質中和法水親油乳化劑：親油基團強度大親水乳化劑油乳化和破乳化轉型法油相十二烷基磺酸鈉

溴代十五烷基吡啶乳化和破乳化轉型法水相乳化和破乳化思考題1.乳化現象是如何發生的？2.在生產中怎樣防止乳化現象的發生？如何破乳？液-液萃取過程液-液萃取（也稱溶劑萃取）的實質是溶質在兩個不互溶的液相之間通過傳質實現再分配的過程，通過萃取操作溶質優先溶于溶解度高的液相中。在萃取操作中，一相以細小液滴或股流形式分散在另一相中，稱為分散相，另一相在設備內占有較大體積，不間斷，連成一體，稱為連續相。一、萃取的實質65一、萃取的實質碘水溶液CCl4層水層CCl4層水層66溶劑回收溶劑回收二、液-液萃取過程雜質B溶質A原溶劑、少量S萃取劑S萃取相E萃余相RA在兩相之間重新分配后，上層為輕相，通常以萃取劑S為主，并溶入較多溶質A，同時含有少量B，稱為萃取相，以E表示；下層為重相，以雜質B為主及未擴散溶質A，同時含有少量S，稱為萃余相，以R表示。在實際操作中，也有輕相為萃余相，重相為萃取相的情況。

萃取相和萃余相都是A、B、S的均相混合物。雜質B溶質A68綜上所述，液-液萃取過程包括下列步驟：①原料液F=（A+B）與萃取劑S的混合接觸,完成溶質A由原溶劑轉移到萃取劑S的傳質過程②萃取相E與萃余相R的分離③從兩相中分別回收萃取劑S二、液-液萃取過程液-液萃取實驗室操作過程溶劑體積為樣品溶液的30％-35％。振蕩幾次打開活塞氣體蒸氣逸出（也叫放氣）液-液萃取實驗室操作過程絮狀物（乳化）有機相水相水相和絮狀物靜置分層激烈振搖1-

2min液-液萃取實驗室操作過程有機相3～5次液-液萃取實驗室操作過程工業上萃取操作通常包括三個步驟：混合萃取—分離—溶劑回收因而工業萃取的流程中須有混合器(如攪拌混合器)、分離器(如碟片式離心機)和溶劑回收裝置(如蒸餾塔)。若產品穩定性差，則需要選取合適的萃取設備，使萃取過程很快進行，如果接觸表面足夠大，則在15-60s之內就可完成。液-液萃取工業操作過程74思考題1.液-液萃取（也稱溶劑萃取）的實質是什么？2.液-液萃取過程包括哪些步驟？液-液萃取原理76液-液萃取涉及三種物質

原料液中的溶質A原溶劑或雜質B加入的萃取劑S77相似物易溶解在相似物中相似體現在兩個方面：一是結構相似。如分子的組成，官能團，形態結構和極性相似；二是能量相似。即溶質A與溶劑S的相互作用力相似。而分子間作用力與分子的極性緊密相關。因此，根據相似相溶原理，分子的極性相似，是選擇溶劑的重要依據之一。兩種物質極性相似，則能互相溶解。一、相似相溶原理78溶劑萃取的關鍵是萃取劑S的選擇，萃取劑S既要與原溶劑互不相溶，又要與目標產物有很好的互溶度。極性液體與極性液體易于相互混合，非極性液體與非極性液體易于相互混合。鹽類和極性固體易溶于極性液體中，而非極性化合物易溶于低極性或沒有極性的液體中。一、相似相溶原理79衡量一個化合物極性的物理常數是介電常數ε。兩物質的介電常數相似，兩物質的極性相似。一、相似相溶原理常用溶劑介電常數（25℃，水：78.5）溶劑介電常數溶劑介電常數溶劑介電常數乙烷1.90二乙醚4.34丙酮20.7環乙烷2.02氯仿4.87丙醇22.2四氯化碳2.24乙酸乙酯6.02乙醇24.3苯2.281-丁醇17.8甲醇32.6甲苯2.371-戊醇20.1甲酸59氫鍵力分子間力范德華力二、溶劑的互溶性規律在萃取操作中，萃取劑與原溶劑的互溶度對萃取操作有重大影響。分子間作用力包括氫鍵力和范德華力，氫鍵在溶劑互溶性中扮演了重要角色！81化合物分子中凡是和電負性大的原子相連的氫原子都有可能再和同一分子或另一分子內的另一個電負性較大的原子相連接，這樣形成的鍵，叫做氫鍵。根據生成氫鍵的能力，將溶劑分成四種類型N型溶劑不能形成氫鍵A型溶劑只有電子受體的溶劑，如氯仿，二氯甲烷等B型溶劑只有電子供體的溶劑，如酮、醛、醚、酯等AB型溶劑同時具備電子受體A—H和供B的溶劑，可締合成多聚分子分直鏈、交鏈、分子內三種二、溶劑的互溶性規律82二、溶劑的互溶性規律各類溶劑互溶性的規律，可由氫鍵形成的情況來推斷。由于氫鍵形成的過程，是釋放能量的過程，如果兩種溶劑混合后能形成氫鍵或形成的氫鍵強度更大，則有利互溶，否則不利于互溶。各類溶劑的互溶規律，可概括于右圖中，為選擇萃取劑S提供了依據。83定義：在恒溫恒壓條件下，溶質A在互不相溶的兩相中達到分配平衡時，如果其在兩相中以相同的分子形態存在，則其在兩相中的平衡濃度之比為常數，稱為分配常數。

K——分配常數；C2——A在萃取相E中的濃度，mol/L；C1——A在萃余相R中的濃度，mol/L。三、分配定律84關于分配定律的幾點說明：分配定律的適用條件為：①必須是稀溶液；②溶質對溶劑的互溶度沒有影響；③溶質在兩相中是同一種分子形式，即不發生締合或解離。大多數情況下，以上條件很難滿足，因此，實際生產中，并不完全服從分配定律，分配常數K也不一定是常數，而是隨萃取體系中各組分濃度、混合液的pH值、溫度、分子存在狀態等