取因素（E）：
E

K：
VS VF
式中 E——萃取因素。
由E可求得未被萃取的分率 和理论收得率1-


1 E 1
1

E E1
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未被萃取分率
理论萃取率
生物工程设备——第4章 萃取设备
（二） 多级萃取
多级错流萃取
多级错流萃取流程
特点：萃取理论收率高，萃取完全但多级萃取流程长， 一般情况下，萃取剂用量大，因而得到的萃取液浓度低。
• 主要用于水溶性强的氨基酸和抗生素的提取。在 有机相中的分配系数很小甚至为零，利用一般的 物理萃取效率很低，需采用化学萃取。
• 常用化学萃取剂： – 季铵盐、叔胺 – 长链脂肪酸、烃基磺酸等。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
化学萃取原理
离子对(ion-pair) R 3N HA R C 3N H •AC
氢键(H-bonding)
R3NHA C R3N•HAC
离子交换(ion exchange)
R 3 N C H lA C R 3 N• H AC
调节PH至酸性，从新得到醋酸。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
双水相萃取
• 主要适用于难溶于有机溶剂的胞内酶的分离。分离原 理是将亲水性聚合物加入水中会形成两相，聚合物以 不同的比例分配于两相中，目标产物进入双水相体系 后，使其在上、下相的浓度不同实现分离的目的。
• 一、液-液萃取分类 • 二、液-液萃取过程与计算 • 三、液-液萃取设备
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生物工程设备——取过程？ 利用待萃取物（目标产物）在两个互不相溶的液相 中溶解度的不同，从而达到分离的目的。
萃取
溶媒萃取 双水相萃取
物理萃取 化学萃取
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生物工程设备——第4章 萃取设备
（2）.混合管
混合排管，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。 一般要求 Re=(5~10)×104，流体 在管内平均停留时间10～20s。混 合管的萃取效果高于混合罐，且 为连续操作。
萃取设备分类：
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生物工程设备——第4章 萃取设备
（一） 混合澄清设备
• 混合设备、分离设备和溶剂回收设备。
• 混合设备是真正进行萃取的设备，它要求料液与 萃取剂充分混合形成乳浊液，使分离的生物产品 自料液转入萃取剂中。分离设备是将萃取后形成 的萃取相和萃余相进行分离。溶剂回收设备需要 把萃取液中的生物产品与萃取溶剂分离并加以回 收。有的设备将混合与分离设备结合在一起（萃 取沉清槽）（见演示）。
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喷嘴式混合器的工作原理: 利用工作流体在一定压力下经过喷嘴以高速度射
出，当流体流至喷嘴时速度增大，压力降低产生真空 ，这样就将第二种液体吸入达到混合目的。
喷嘴
扩大管
料液
出口
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吸入口 图9-5 喷嘴式混合器
2. 分离设备
分离设备分离目的: 将含目标产物的萃取相与萃余相分离。 分离主要依靠萃取相与萃余相的密度不同（互不相溶
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生物工程设备——第4章 萃取设备
1. 混合设备
（1）.混合罐
混合罐的结构与机械搅拌的密闭式反 应罐类似。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。料液在罐内的平均混合停留 时间约1～2min。
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第四章 萃取过程设备
液-液萃取：萃取的混合物料为液体； 液-固萃取（浸取或浸提）：萃取的混合物料为固体； 超临界流体萃取：超临界状态下的流体对各组分溶解度不 同而分离。
第一节 液-液萃取分离设备 第二节 液-固萃取分离设备 第三节 超临界萃取分离设备
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生物工程设备——第4章 萃取设备
第一节 液-液萃取分离设备
生物工程设备——第4章 萃取设备
物理萃取
• 利用溶剂(萃取剂)对待分离组分(溶质)有较高的 溶解能力，分离过程属物理过程。 –溶质：被萃取的物质; –原溶剂：原先溶解溶质的溶剂; –萃取剂：加入的第三组分;
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生物工程设备——第4章 萃取设备
萃取剂选择原则
• (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
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生物工程设备——第4章 萃取设备
多级逆流萃取流程
萃取相
萃取相
由于只在最后一级中加入萃取剂，故与错流萃取相比，萃取 剂用量少，因而萃取液浓度高。多级逆流萃取与同级错流萃取相 比，在相同的萃取剂用量下，可获得更高的产品得率。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
三、液-液萃取设备
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生物工程设备——第4章 萃取设备
（3）. 喷射式混合器
两种常见的喷射式混合器示意图。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）则 为两液相已在器外汇合，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。喷射式混合柱是一种体积小效 率高的混合装置，特别适用于低黏度、易分散的料液。这种设 备投资小，但需要料液在较高的压力下进入混合器。
（一） 单级萃取
流程:
F为待处理液； S为萃取剂； E萃取相； R为萃余相； E′ 为萃取液（目标产物） R′为萃余液。 （萃取过程见演示）
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生物工程设备——第4章 萃取设备
单级萃取计算
K-分配系数，即萃取相中溶质浓度与萃余相中溶质浓度的比值
• 当分配系数为K，料液的体积为VF，溶媒的体积为VS，则经 过萃取后，溶质在萃取相与萃余相中数量之比值为称为萃
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生物工程设备——第4章 萃取设备
1

1 E 1
错流萃取收率计算
•
经一级萃取后，未被萃取的分率 1
为：1
1 E 1
•
经二级萃取后：
2

1 (E 1)2
• 依次类推，经n级萃取后，未被萃取的
分率 n 为
n

1 (E 1)n
• 而理论收得率为 1n1(E 11)n(E (E 1)1n) n1
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生物工程设备——第4章 萃取设备
脉冲筛板塔
• 脉冲筛板塔的基本结构与普 通筛板基本相同，没有溢流 管和降液管。
• 重液由上而下流动，轻相自 下而上流动。往复给予系统 脉动压力。
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往复泵
工作原理
• 操作时，轻、重液相均穿过筛板面作逆流运动 ，分散在筛板之间不分层。由于普通筛板塔内轻、 重相液逆向运动的相对速度小，界面湍动程度低， 从而限制了传质效率的进一步提高。引入脉冲作用 目的是为了提高流体间的湍动程度。产生脉冲的方 法有往复泵、隔膜泵、压缩空气等。脉冲振幅范围 为9~50mm，频率为30~200/min。
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生物工程设备——第4章 萃取设备
一、单级间隙萃取设备
• 由萃取罐、冷凝器、抽真空系统组
成。
• 萃取器材料常用不锈钢等材料制造 。物料和溶媒均由器顶一次加入，
物料
真空
器身下部带夹套部分为萃取室，在
萃取室中溶剂和物料充分接触，夹
套中通入蒸汽或热水使萃取在最适
温度下进行。有很多物质对温度较 萃取液
• 提取罐、冷凝器、冷却器和油水 水
分离器，主要目的是分离顶部气 2
4
3
体中含的有效成分。
提取罐为带夹套的加热结构，
油
含挥发油的水
由气动装置带动轴上下移动，从
固体物料
5 6 7
而使料叉排出固体料渣。罐体下 蒸 汽
部是带有筛板的活底，活底的作
用是支承固体物料和固液分离，
活底借助于气动系统进行启闭， 方便自动排渣。
• 普通筛板塔内配有若干
层加工有许多小孔和一
个溢流管(也称为降液管
)的筛板。筛孔直径一般
为3~9mm，孔距为孔径的
3~4倍，板间距为
150~600mm。（筛板结构
）
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生物工程设备——第4章 萃取设备
工作原理
• 工作时两液相分为分散相和连续相，分别由塔底和 塔顶进入塔内。
• 若轻液为分散相，由塔底进入塔内后，首先与第一 块筛板接触，在密度差的作用下，通过筛板上小孔 分散成细滴并向上移动；而作为连续相的重液则由 重力作用沿各塔板横向流动，经降液管流至下层塔 板时与上升的滴状分散相相遇，实现两相接触传质 。液滴穿过连续相后，在第二层塔板之下又凝结形 成轻液层，该轻液层在两相密度差的作用下，经上 层筛板再次分散而上浮。由于塔内安装有很多塔板 ，经分散相多次分散，多次凝结，实现传质，达到 分离目的。（见演示）
将萃取剂与料液在逆流情况下进行多次接触和多 次分离的萃取设备。其主要部件为由10个不同直 径的同心圆筒组成的转鼓，每个圆筒上均在一端 开孔，作为料液和萃取剂流动的通道，由于相邻 转鼓之间开孔位置上下错开，使液体上下曲折流 动。从中心向外数第4～9筒的外壁上均焊有螺旋 形导流板，使两个液相的流动路程加长，延长两 液相的混合与分离时间，在螺旋形导流板上又开 设大小不同的缺口，使螺旋形长通道中形成很多 短路，增加了两液相之间的接触机会。
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，使用安全； • (6) 不与目标产物发生反应。
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生物工程设备——第4章 萃取设备