萃取ppt精选文档.ppt
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1、萃取ppt本讲稿第一页,共五十九页第一节第一节 萃取分离原理及设备萃取分离原理及设备一一.简介简介 萃取:萃取:是利用液体或超临界流体为溶剂是利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。提取原料中目标产物的分离纯化操作。液液-液萃取液萃取:以液体为萃取剂时,如果含以液体为萃取剂时,如果含有目标产物的原料也为液体。有目标产物的原料也为液体。液液-固萃取固萃取:如果含有目标产物的原料为如果含有目标产物的原料为固体,则称此操作为或浸取。固体,则称此操作为或浸取。超临界流体萃取超临界流体萃取:以超临界流体为萃取剂以超临界流体为萃取剂时,含有目标产物的原料可以是液体,也可时,含有目标产物
2、的原料可以是液体,也可以是固体。以是固体。本讲稿第二页,共五十九页二、二、分配定律与分配平衡分配定律与分配平衡 不同溶质在两相中分配平衡的差异是实现萃取分离的主要因素。1.分配常数A在两相中达到分配平衡时候 A=c 2/c 1 为常数 本讲稿第三页,共五十九页分配常数是以相同分子形态(相对分子质量相同)存在于两相中的溶质浓度之比,但在多数情况,溶质在各相中并非以同一种分子形态存在,因此,萃取过程中常用溶质在两相中的总浓度之比表示溶质的分配平衡,该比值称为分配系分配系数数。分配常数分配常数是分配系数的一种特殊情况特殊情况,用用K表示表示。本讲稿第四页,共五十九页三、有机溶剂萃取三、有机溶剂萃取(
3、一)水相物理条件的影响1、pH的影响水相pH 值对弱电解质分配系数具有显著影响;弱酸性电解质的分配系数随pH 降低(即氢离子浓度增大)而增大,而弱碱性电解质则正相反。本讲稿第五页,共五十九页2.温度的影响温度的影响 温度升高则引起两相互溶的程度增加,甚至可使两相区消失。故降低系统的温度可提高萃取效率与料液的分离程度。降低温度对热敏产物的提取有利。但另一方面,降低操作温度会使粘度粘度增大,扩散系数减少,并增加整个系统的冷却负荷和动力消耗,所以应对这些因素加以综合考虑,然后选取适合的温度。本讲稿第六页,共五十九页3.盐的影响盐的影响无机盐的存在可降低溶质在水相中的溶解度,有利于溶质向有机相中分配。
4、盐加入料液中,使萃余相的密度增大,有利于相分离。本讲稿第七页,共五十九页(二)有机溶剂的选择(二)有机溶剂的选择(1)价廉易得;(2)与水相不互溶;(3)与水相有较大的密度差,并且粘度小,表面张力适中,相分散和相分离较容易;(4)容易回收和再利用;(5)毒性低,腐蚀性小,闪点高,使用安全;(6)不与目标产物发生反应。本讲稿第八页,共五十九页(三)化学萃取剂(三)化学萃取剂 有些极性较大的物质在有机相中的分有些极性较大的物质在有机相中的分配系数很小。因此加入化学萃取剂与之配系数很小。因此加入化学萃取剂与之形成复合物,疏水性高,在有机相中分形成复合物,疏水性高,在有机相中分配系数增加。配系数增加。
5、本讲稿第九页,共五十九页(四)乳化现象乳化现象 乳化乳化:是两相互不相溶的液体(极性不同的液体),在搅拌或活化剂等条件的影响下,其中一种液体以极细微液滴分散到另一相中去,形成一种相对稳定的悬浊相对稳定的悬浊液液。破坏乳浊液的方法有很多,一般使用的有:加热:加热:使乳浊液粘度降低而被破坏(产物热稳定较高时);过滤或离心分离:过滤或离心分离:当乳化不严重时,可采用此法使分散的微细颗粒互相碰撞而聚析;加电解质:加电解质:乳浊液常因分散相带电荷而稳定,加入适量电解质后可使其电荷中和而聚析;使用去乳化剂:使用去乳化剂:去乳化剂为阳离子或阴离子表面活性剂。本讲稿第十页,共五十九页四、双水相萃取的原理双水相
6、萃取的原理(一)双水相的形成原理(一)双水相的形成原理 聚合物的不相溶性聚合物的不相溶性:当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作用时,一种聚合物分子的周围将聚集同种分子而排斥异种分子,当达到平衡时,即形成分别富含不同聚合物的两相。这种含有聚合物分子的溶液发生分相的现象称为聚合物的不相容性。本讲稿第十一页,共五十九页本讲稿第十二页,共五十九页几种典型的双水相系统几种典型的双水相系统 聚丙二醇聚乙二醇、聚乙烯醇聚丙二醇葡聚糖(Dex)聚丙二醇羟丙基葡聚糖聚乙二醇(PEG)聚乙烯醇、Dex聚乙二醇(PEG)磷酸钾、硫酸铵聚乙二醇(PEG)硫酸钠、硫酸镁硫酸葡聚糖钠盐聚丙烯乙二醇羧基甲基葡聚糖钠盐甲基纤
7、维素羧甲基葡聚糖钠盐羧甲基甲基纤钠盐本讲稿第十三页,共五十九页(二)双水相的应用优势(二)双水相的应用优势双水相萃取法的一个主要应用是是胞内酶提取胞内酶提取。目前已知的胞内酶2000多种,由于提取困难而很少用于生产。采用双水相系统可使欲提取的酶与细胞碎片以较大的分配系数分配在不同的相中,省去了离心分离或膜分离的步骤。分离的纯度与色谱层析还有一定的距离。因此该技术用于初步纯化。本讲稿第十四页,共五十九页1一细胞悬浮液2一细胞破碎机3一冷却器4PEG、盐贮罐5一混合器6一离心机7一废渣相贮罐8一暂存罐9一盐贮罐10一酶液贮罐本讲稿第十五页,共五十九页五、萃取分离的理论计算五、萃取分离的理论计算(一
8、)单级萃取(一)单级萃取 单级萃取只包括一个混合器和一个分离器单级萃取只包括一个混合器和一个分离器本讲稿第十六页,共五十九页设设K-分配系数分配系数:即萃取相中溶质即萃取相中溶质浓度与萃余相中溶质浓度的浓度与萃余相中溶质浓度的比值(比值(C1/C2)E萃取因数萃取因数(extraction factor),即溶质在萃取相中的数量,即溶质在萃取相中的数量与在萃余相中的数量与在萃余相中的数量(重量(重量或摩尔量)的比值;或摩尔量)的比值;m体积浓缩倍数,即料液体积浓缩倍数,即料液体积与溶剂体积的比值。体积与溶剂体积的比值。VF/VS另外,用另外,用 表示萃余分率,表示萃余分率,1-为理论得率,则在
9、单级萃为理论得率,则在单级萃取时有:取时有:本讲稿第十七页,共五十九页(二)多级萃取多级萃取 1.多级错流萃取多级错流萃取本讲稿第十八页,共五十九页当当 n 时,萃取分率时,萃取分率 1-n=1(E0)本讲稿第十九页,共五十九页(三)多级逆流萃取本讲稿第二十页,共五十九页六、萃取设备(一)混合设备(一)混合设备 1.混合罐混合罐 为防止中心液面下凹,在罐壁设置挡板。罐顶上有萃取剂、料液、调节pH的酸(碱)液及去乳化剂的进口管,底部有排料管。搅拌混合使得罐内两相的平均浓度和出口浓度基本相等。为了加大罐内两相间的传质推动力,可用带有中心孔的圆形水平隔板将混合罐分隔成上下连通的几个混合室,每个室中都
10、设有搅拌器。这样只有底部一个室中的混合液浓度与出口浓度相同。除机械搅拌混合罐外,尚有气流搅拌混合罐,即将压缩空气通入料液中,借鼓泡作用进行搅拌,特别适用于化学腐蚀性强的料液,但不适用搅拌挥发性强的料液。本讲稿第二十一页,共五十九页2.混合管混合管萃取剂及料液在一定流速下进入管道一端,混合后从另一端导出,为了保证较高的萃取效果,料液在管道内应维持足够的停留时间,并使流动呈完全涡流状态,强迫料液充分混合。混合管的萃取效果高于混合罐,且为连续操作。本讲稿第二十二页,共五十九页3.喷射式混合器喷射式混合器其中(a)为器内混合过程,即萃取剂及料液由各自导管进入器内进行混合;(b)、(c)则为两液相已在器
11、外汇合,后经喷嘴或孔板进入器内,从而加强了湍流程度,提高了萃取效率。本讲稿第二十三页,共五十九页1 1、填料萃取塔、填料萃取塔、填料萃取塔、填料萃取塔 重相作为连续相由上部进入,下部排出;而轻重相作为连续相由上部进入,下部排出;而轻相作为分散相从下部进入,顶部排出。相作为分散相从下部进入,顶部排出。填料的作用:填料的作用:填料的作用:填料的作用:填料可以减少连续相的纵向返混,有助于分散的液滴不断地破裂与再生,促使表面不断更新。填料的选择填料的选择填料的选择填料的选择:(1)、填料对物料有耐腐蚀性。(2)、填料只能被连续相所润湿,而不被分散相所润湿,有利于液滴的生成和稳定。一般情况,陶瓷易被水相
12、所润湿,塑料和石墨填料易被有机相所润湿,而金属填料对水溶液、有机溶液均可润湿,且润湿性能无显著差别。特点:特点:特点:特点:结构简单,操作方便,处理量大,适合于处理结构简单,操作方便,处理量大,适合于处理腐蚀性液体。腐蚀性液体。(二)分离设备(二)分离设备本讲稿第二十四页,共五十九页2 2、筛板萃取塔、筛板萃取塔、筛板萃取塔、筛板萃取塔组成:组成:组成:组成:塔内装有若干层筛板,筛孔直径比气液传质的孔径要小,工业生产中用孔径为39mm,孔距为孔径34倍,板间距为150600mm。(1)、若以轻相为分散相,则它们通过板上筛孔分成细滴向上流,然后又凝聚于上一层筛板下面,而连续相由溢流管流至下层,横
13、向流过筛板并与分散相接触。(2)、若以重相为分散相,则重相的液滴凝聚于筛板上面,然后穿过筛孔分散成液滴落入连续的轻相中,轻相则连续地从升液管进入上一层塔板直到塔顶。本讲稿第二十五页,共五十九页3 3、搅拌填料萃取塔(夏贝尔塔)、搅拌填料萃取塔(夏贝尔塔)、搅拌填料萃取塔(夏贝尔塔)、搅拌填料萃取塔(夏贝尔塔)在塔中垂直轴上安装有多层涡轮式搅拌器,为改善凝聚状况,在搅拌器之间的分离区域内装填粒状填料或金属丝网填料。两相经搅拌区充分混合,以改善接触和分散状况,促进传质;两相流经填料层时,填料促进液滴合并,防止乳化,有利于分相,可抑制轴向返混。搅拌区起到混合器的作用,填料层起澄清作用。特点:特点:特
14、点:特点:分离效果好,返混程度较低,效率达到每米35个理论级。但是拆卸困难,分离易结垢,轴承易腐蚀磨损。目前工业上应用较少。本讲稿第二十六页,共五十九页4 4、转盘萃取塔、转盘萃取塔、转盘萃取塔、转盘萃取塔组成:组成:组成:组成:塔内壁安有若干个环形挡板(固定环),固定环将塔内分隔成许多小室,中心轴上安装有多层圆盘,处于两固定环中间,起搅拌作用。可以抑制轴向返混,增大相际接触界面和传质系数。应用:应用:应用:应用:适合于低分散,高流量的场合,如:石油化工、从废水中萃取酚或回收溶剂。本讲稿第二十七页,共五十九页特点:特点:特点:特点:由于偏心搅拌使轴向混合效应大大减弱,从而提高萃取效率。该塔对物
15、系的物性(密度差、粘度、界面张力等)有较宽的适应范围,适用于易发生乳化或带有悬浮固体的物料。偏心转盘萃取塔偏心转盘萃取塔偏心转盘萃取塔偏心转盘萃取塔组成:组成:组成:组成:带有搅拌转盘的转轴安在塔体的偏心位置,塔内不对称地设置垂直挡板,将其分成混合区和澄清区,混合区有水平挡板分割成许多小室,每个小室内转盘起搅拌作用,澄清区又由环形水平挡板分割成许多小室。本讲稿第二十八页,共五十九页5 5、脉冲萃取塔、脉冲萃取塔、脉冲萃取塔、脉冲萃取塔 脉冲萃取塔是由于外力作用使液体在塔内产生脉冲运动的筛板塔或填料塔。萃取受脉冲频率影响较大,受振幅影响较小。采用较高频率和较小振幅萃取效果较好。如脉冲过分激烈,会
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