【生物工程下游技术】第五章-溶剂萃取和浸取.ppt

第五章 溶剂萃取和浸取 第一节 溶剂萃取 一、溶剂萃取过程的理论基础 1．物质的溶解和相似相溶原理 从热力学角度考虑，一个过程要能自动进行，体系的自由能应下降，自由能的变化包括焓变化和熵变化两部分： 为了简单起见，忽略熵的变化，并忽略压力和体积变化(一般溶解过程压力和体积的变化很小)，这样只要考虑体系能量的变化即可。 溶解过程的三个能量变化过程 (1)溶质B各质点的分离 ； 原先是固态或液态的溶质B，先分离成分子或离子等单个质点。此过程需要吸收能量，这种能量的大小通常与分子之间的作用力有关，一般顺序为： 非极性物质＜极性物质＜氢键物质＜离子型物质 (2)溶剂A在溶质B的作用下形成可容纳B质点的空位；此过程也需要吸收能量，其大小与溶剂分子A之间的相互作用力有关，一般顺序与上述相同： 非极性物质＜极性物质＜氢键物质 该能量还与溶质分子B的大小有关。 (3)溶质质点B进入溶剂A形成的空位； 此过程放出能量，放出能量的大小有以下规律： A、B均为非极性分子＜一非极性分子、另一极性分子 ＜均为极性分子＜B被A溶剂化 （1）两种惰性溶剂互溶 （2）水向油中溶解 （3）油向水中溶解 （4）水和乙醇的溶解 “相似相溶”原理 分子之间可以有两方面的相似：一是分子结构相似，如分子的组成、官能团、形态结构的相似；二是能量(相互作用力)相似，如相互作用力有极性的和非极性的之分，两种物质如相互作用力相近，则能互相溶解。与水“相似”的物质易溶于水，与油“相似”的物质易溶于油就是相似相溶原理的表现。 2．溶剂的互溶性规律 物质分子之间的作用力与物质种类有关，包括较强的氢键力和较弱的范德华力。氢键力与化合键能相比较弱，但比范德华力要强得多。按照生成氢键的能力，可将溶剂分成四种类型。 (1)N型溶剂 不能形成氢键，如烷烃、四氯化碳、苯等,称惰性溶剂。 (2)A型溶剂 只有电子受体的溶剂，如氯仿、二氯甲烷等，能与电子供体形成氢键。 (3)B型溶剂 只有电子供体的溶剂，如酮、醛、醚、酯等，萃取溶剂中的TBP(磷酸三丁酯)、叔胺等。 (4)AB型溶剂 同时具备电子受体A—H和供体B的溶剂,可缔合成多聚分子，因氢键的结合形式不同又可分成三类： AB(1)型：交链氢键缔合溶剂，如水、多元醇、多元羧酸、 多酚等。 AB(2)型：直链氢键缔合溶剂，如醇、胺、羧酸等。 AB(3)型：生成内氢键分子，例如邻硝基苯酚等，这类溶剂中 的电子受体A—H因已形成内氢键而不再起作用。故 AB(3)型溶剂的氢键性质与N型或B型相似。 3．溶剂的极性 溶剂萃取的关键是萃取溶剂的选择，而选择的依据是“相似相溶”的原则。 “相似”有两个方面： 一是分子结构相似，这相对容易考察；另一个是分子间作用能相似，即分子问相互作用力相似。在生物工业上，对后一点考察较多的是分子极性。 介电常数是一个化合物摩尔极化程度的量度，如果已知介电常数，就能预测该化合物是极性的还是非极性的。物质的介电常数可通过测定该物质在电容器二极板间的静电容量C来决定。 根据萃取目标物质的介电常数，寻找极性相接近的溶剂作为萃取溶剂，也是溶剂选择的重要方法之一。 一个良好溶剂要满足的要求： (1)有很大的萃取容量，即单位体积的萃取溶剂能萃取大量的产物； (2)有良好的选择性，理想情况是只萃取产物而不萃取杂质； (3)与被萃取的液相互溶度要小，且粘度界面张力小或适中，这样有利于相的分散和两相分离； (4)溶剂的回收和再生容易； (5)化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小； (6)经济性好，价廉易得； (7)安全性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。 小知识： 闪点又叫闪燃点，是指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而初次发生闪光时的温度。闪点可通过标准仪器测定。闪点温度比着火点温度低些。 燃点又叫着火点，是指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而发生火焰能继续燃烧不少于5s时的温度。可在测定闪点后继续在同一标准仪器中测定。 可燃性液体的闪点和燃点表明其发生爆炸或火灾的可能性的大小，对运输、储存和使用的安全有极大关系。 4．分配定律和分离因数 分配定律：在一定温度一定压力的条件下，溶质分配在两个互不相溶的溶剂中，达到平衡时溶质在两相中的活度之比为一常数。如果是稀溶液，活度可用浓度代替，则达到平衡时溶质在两相中