制药工程原理与设备-液膜萃取课件

（四）液膜萃取（四）液膜萃取（四）液膜萃取1 1一、一、概述概述二、二、膜相的组成膜相的组成三、三、液膜萃取的机理液膜萃取的机理四、四、影响液膜萃取的因素影响液膜萃取的因素一、概述2 2一、概述一、概述液膜：由水溶液或有机溶剂构成的液体薄膜。液膜：由水溶液或有机溶剂构成的液体薄膜。1.特点特点：液膜可以将与之不互溶的液体分隔开：液膜可以将与之不互溶的液体分隔开来，可同时实现萃取和反萃取。来，可同时实现萃取和反萃取。2.种类种类：根据液膜的结构分为：根据液膜的结构分为：1）乳状液膜）乳状液膜 2）支撑液膜）支撑液膜 3）流动液膜）流动液膜一、概述液膜：由水溶液或有机溶剂构成的液体薄膜。3 31）乳状液膜）乳状液膜分类分类分类分类：（：（：（：（W/OW/O）/W /W （O/WO/W）/O/O乳状液膜膜溶液的乳状液膜膜溶液的乳状液膜膜溶液的乳状液膜膜溶液的组成组成组成组成：膜溶剂、表面活性剂、膜溶剂、表面活性剂、膜溶剂、表面活性剂、膜溶剂、表面活性剂、添加剂。添加剂。添加剂。添加剂。膜溶剂膜溶剂膜溶剂膜溶剂：实现萃取的主：实现萃取的主：实现萃取的主：实现萃取的主要物质；要物质；要物质；要物质；表面活性剂表面活性剂表面活性剂表面活性剂：稳定液膜：稳定液膜：稳定液膜：稳定液膜的作用；的作用；的作用；的作用；添加剂添加剂添加剂添加剂：促进溶质跨膜：促进溶质跨膜：促进溶质跨膜：促进溶质跨膜输送；输送；输送；输送；1）乳状液膜分类：（W/O）/W 4 42）支撑液膜）支撑液膜支撑液膜是将多孔高分支撑液膜是将多孔高分支撑液膜是将多孔高分支撑液膜是将多孔高分子固体膜浸在膜溶剂中，子固体膜浸在膜溶剂中，子固体膜浸在膜溶剂中，子固体膜浸在膜溶剂中，使膜溶剂充满膜的空隙使膜溶剂充满膜的空隙使膜溶剂充满膜的空隙使膜溶剂充满膜的空隙形成液膜。形成液膜。形成液膜。形成液膜。特点：比乳状液膜结构特点：比乳状液膜结构特点：比乳状液膜结构特点：比乳状液膜结构简单，放大容易。简单，放大容易。简单，放大容易。简单，放大容易。2）支撑液膜支撑液膜是将多孔高分子固体膜浸在膜溶剂中，使膜溶5 53）流动液膜）流动液膜流动液膜采用可循环流动的流动液膜采用可循环流动的流动液膜采用可循环流动的流动液膜采用可循环流动的液膜相，不仅弥补了支撑液液膜相，不仅弥补了支撑液液膜相，不仅弥补了支撑液液膜相，不仅弥补了支撑液膜膜相容易流失的缺点，而膜膜相容易流失的缺点，而膜膜相容易流失的缺点，而膜膜相容易流失的缺点，而且萃取操作可以实现连续操且萃取操作可以实现连续操且萃取操作可以实现连续操且萃取操作可以实现连续操作，不必为了液膜的再生停作，不必为了液膜的再生停作，不必为了液膜的再生停作，不必为了液膜的再生停止萃取。止萃取。止萃取。止萃取。结构：流动的液膜在一多孔结构：流动的液膜在一多孔结构：流动的液膜在一多孔结构：流动的液膜在一多孔膜内部流动膜内部流动膜内部流动膜内部流动3）流动液膜流动液膜采用可循环流动的液膜相，不仅弥补了支撑液6 6二、膜相的组成二、膜相的组成1）膜溶剂：对液膜的性能和液膜萃取操作影）膜溶剂：对液膜的性能和液膜萃取操作影响很大。响很大。研究表明：膜溶剂的研究表明：膜溶剂的粘度粘度是影响乳状膜稳是影响乳状膜稳定性、液膜厚度和液膜传质阻力的重要参定性、液膜厚度和液膜传质阻力的重要参数：数：膜溶剂粘度大，可以增大液膜的厚度，膜溶剂粘度大，可以增大液膜的厚度，提高液膜的稳定性，但溶质穿过液膜的传提高液膜的稳定性，但溶质穿过液膜的传质阻力增大，不利于溶质的快速迁移；质阻力增大，不利于溶质的快速迁移；膜溶剂的粘度较小，液膜厚度小，传质膜溶剂的粘度较小，液膜厚度小，传质系数大，但液膜不够稳定，操作中容易破系数大，但液膜不够稳定，操作中容易破损，影响分离。损，影响分离。二、膜相的组成1）膜溶剂：对液膜的性能和液膜萃取操作影响很大7 72）表面活性剂）表面活性剂表面活性剂对乳状液膜有稳定作用，同时对液膜表面活性剂对乳状液膜有稳定作用，同时对液膜表面活性剂对乳状液膜有稳定作用，同时对液膜表面活性剂对乳状液膜有稳定作用，同时对液膜的渗透有显著的影响。的渗透有显著的影响。的渗透有显著的影响。的渗透有显著的影响。原理原理原理原理：加入表面活性剂明显改变了相界面的表面：加入表面活性剂明显改变了相界面的表面：加入表面活性剂明显改变了相界面的表面：加入表面活性剂明显改变了相界面的表面张力。张力。张力。张力。规律规律规律规律：表面活性剂的浓度越大，液膜的稳定性越：表面活性剂的浓度越大，液膜的稳定性越：表面活性剂的浓度越大，液膜的稳定性越：表面活性剂的浓度越大，液膜的稳定性越高，液膜萃取效果越好；但，表面活性剂的浓度高，液膜萃取效果越好；但，表面活性剂的浓度高，液膜萃取效果越好；但，表面活性剂的浓度高，液膜萃取效果越好；但，表面活性剂的浓度增大，液膜的厚度和粘度也增大，萃取速率就会增大，液膜的厚度和粘度也增大，萃取速率就会增大，液膜的厚度和粘度也增大，萃取速率就会增大，液膜的厚度和粘度也增大，萃取速率就会下降。下降。下降。下降。2）表面活性剂表面活性剂对乳状液膜有稳定作用，同时对液膜的渗8 83）流动载体）流动载体流动载体有萃取剂的作用，可以促进溶质流动载体有萃取剂的作用，可以促进溶质的迁移。这使得液膜具有了生物膜活性的的迁移。这使得液膜具有了生物膜活性的功能。功能。对流动载体的要求：对流动载体的要求：（1）流动载体仅溶于液膜。）流动载体仅溶于液膜。（2）流动载体对目标分子有特异性的输送）流动载体对目标分子有特异性的输送功能。功能。3）流动载体流动载体有萃取剂的作用，可以促进溶质的迁移。这使9 9三、液膜萃取的机理三、液膜萃取的机理根据待分离溶质种类的不根据待分离溶质种类的不根据待分离溶质种类的不根据待分离溶质种类的不同，分为：单纯迁移、反同，分为：单纯迁移、反同，分为：单纯迁移、反同，分为：单纯迁移、反萃相化学反应促进迁移、萃相化学反应促进迁移、萃相化学反应促进迁移、萃相化学反应促进迁移、膜相载体输送。膜相载体输送。膜相载体输送。膜相载体输送。1.1.单纯迁移单纯迁移单纯迁移单纯迁移 原理原理原理原理：根据料液中各种溶质：根据料液中各种溶质：根据料液中各种溶质：根据料液中各种溶质在膜相中的溶解度（分配在膜相中的溶解度（分配在膜相中的溶解度（分配在膜相中的溶解度（分配系数）和扩散系数的不同系数）和扩散系数的不同系数）和扩散系数的不同系数）和扩散系数的不同进行萃取分离。进行萃取分离。进行萃取分离。进行萃取分离。三、液膜萃取的机理根据待分离溶质种类的不同，分为：单纯迁移、10102.反萃相化学反应促进迁移反萃相化学反应促进迁移原理：原理：原理：原理：在反萃取相中存在一种或几种化学物质与膜传过在反萃取相中存在一种或几种化学物质与膜传过在反萃取相中存在一种或几种化学物质与膜传过在反萃取相中存在一种或几种化学物质与膜传过的溶质发生反应，保持溶质在膜两侧的浓度差，的溶质发生反应，保持溶质在膜两侧的浓度差，的溶质发生反应，保持溶质在膜两侧的浓度差，的溶质发生反应，保持溶质在膜两侧的浓度差，促进迁移的进行。促进迁移的进行。促进迁移的进行。促进迁移的进行。2.反萃相化学反应促进迁移原理：11113.膜相载体输送膜相载体输送在膜相加入可与目标产物发生可逆化学反在膜相加入可与目标产物发生可逆化学反应的萃取剂应的萃取剂C，目标产物与该萃取剂，目标产物与该萃取剂C在在膜相的料液一侧发生正向反应生成中间产膜相的料液一侧发生正向反应生成中间产物。此中间产物在浓差作用下扩散到膜相物。此中间产物在浓差作用下扩散到膜相的另一侧，释放出出目标产物。的另一侧，释放出出目标产物。利用膜相中流动载体选择性输送作用的传利用膜相中流动载体选择性输送作用的传质机理称为载体输送。质机理称为载体输送。类别：反向迁移、同向迁移类别：反向迁移、同向迁移3.膜相载体输送在膜相加入可与目标产物发生可逆化学反应的萃取12121）反向迁移）反向迁移供能物质与目标溶质迁移方供能物质与目标溶质迁移方供能物质与目标溶质迁移方供能物质与目标溶质迁移方向相反。向相反。向相反。向相反。特点：反向迁移实现了目标特点：反向迁移实现了目标特点：反向迁移实现了目标特点：反向迁移实现了目标溶质从低浓度区向高浓度区溶质从低浓度区向高浓度区溶质从低浓度区向高浓度区溶质从低浓度区向高浓度区的迁移，但它以另外一种溶的迁移，但它以另外一种溶的迁移，但它以另外一种溶的迁移，但它以另外一种溶质（供能溶质）从高浓度区质（供能溶质）从高浓度区质（供能溶质）从高浓度区质（供能溶质）从高浓度区向低浓度区迁移为代价。向低浓度区迁移为代价。向低浓度区迁移为代价。向低浓度区迁移为代价。1）反向迁移供能物质与目标溶质迁移方向相反。13132）同向迁移）同向迁移供能物质与目标溶质迁移方供能物质与目标溶质迁移方供能物质与目标溶质迁移方供能物质与目标溶质迁移方向相同。向相同。向相同。向相同。过程：过程：过程：过程：（1 1）目标溶质离子和流动载）目标溶质离子和流动载）目标溶质离子和流动载）目标溶质离子和流动载体反应生成配离子；体反应生成配离子；体反应生成配离子；体反应生成配离子；（2 2）配离子和另外一种溶质）配离子和另外一种溶质）配离子和另外一种溶质）配离子和另外一种溶质离子缔和形成一种新物质扩离子缔和形成一种新物质扩离子缔和形成一种新物质扩离子缔和形成一种新物质扩散到反萃相。散到反萃相。散到反萃相。散到反萃相。2）同向迁移供能物质与目标溶质迁移方向相同。1414四、影响液膜萃取的因素四、影响液膜萃取的因素1.PH1.PH值值值值 对于氨基酸和有机酸等弱电解对于氨基酸和有机酸等弱电解对于氨基酸和有机酸等弱电解对于氨基酸和有机酸等弱电解质溶质，料液的质溶质，料液的质溶质，料液的质溶质，料液的pHpH值直接影响值直接影响值直接影响值直接影响其荷电形式及不同电荷形式溶其荷电形式及不同电荷形式溶其荷电形式及不同电荷形式溶其荷电形式及不同电荷形式溶质的存在分率，从而影响萃取质的存在分率，从而影响萃取质的存在分率，从而影响萃取质的存在分率，从而影响萃取率。率。率。率。选择性选择性选择性选择性S S随着随着随着随着pHpH的增大而增大。的增大而增大。的增大而增大。的增大而增大。P PA A-目标成分的透过系数目标成分的透过系数目标成分的透过系数目标成分的透过系数;P PX X-杂质的透过系数；杂质的透过系数；杂质的透过系数；杂质的透过系数；四、影响液膜萃取的因素1.PH值15152.流速（搅拌速度）流速（搅拌速度）流体流动状态为滞流，透流体流动状态为滞流，透流体流动状态为滞流，透流体流动状态为滞流，透过系数随流速的增大而增过系数随流速的增大而增过系数随流速的增大而增过系数随流速的增大而增大。当流速增大一定程度，大。当流速增大一定程度，大。当流速增大一定程度，大。当流速增大一定程度，透过系数不再随流速的增透过系数不再随流速的增透过系数不再随流速的增透过系数不再随流速的增大而增大了。显然，当流大而增大了。显然，当流大而增大了。显然，当流大而增大了。显然，当流速较低时，水相滞流底层速较低时，水相滞流底层速较低时，水相滞流底层速较低时，水相滞流底层的液膜传质阻力不能忽略。的液膜传质阻力不能忽略。的液膜传质阻力不能忽略。的液膜传质阻力不能忽略。2.流速（搅拌速度）流体流动状态为滞流，透过系数随流速的增大16163.共存杂质共存杂质利用选择性较低的离子交利用选择性较低的离子交利用选择性较低的离子交利用选择性较低的离子交换萃取剂为流动载体，当换萃取剂为流动载体，当换萃取剂为流动载体，当换萃取剂为流动载体，当料液中存在与目标分子带料液中存在与目标分子带料液中存在与目标分子带料液中存在与目标分子带相同电荷的杂质时，由于相同电荷的杂质时，由于相同电荷的杂质时，由于相同电荷的杂质时，由于杂质与载体发生竞争性反杂质与载体发生竞争性反杂质与载体发生竞争性反杂质与载体发生竞争性反应，减小了用于目标分子应，减小了用于目标分子应，减小了用于目标分子应，减小了用于目标分子和供能离子输送的载体量，和供能离子输送的载体量，和供能离子输送的载体量，和供能离子输送的载体量，从而可引起目标分子透过从而可引起目标分子透过从而可引起目标分子透过从而可引起目标分子透过通量的下降。通量的下降。通量的下降。通量的下降。3.共存杂质利用选择性较低的离子交换萃取剂为流动载体，当料液17174.反萃相反萃相 对于反萃相化学反应促进迁移和膜相流动对于反萃相化学反应促进迁移和膜相流动载体促进迁移的萃取过程，反萃相的组成和载体促进迁移的萃取过程，反萃相的组成和浓度影响萃取速率和选择性。浓度影响萃取速率和选择性。5.操作温度操作温度 提高操作温度，溶质的扩散系数增大，有提高操作温度，溶质的扩散系数增大，有利于萃取速率的提高。但在较高的温度下，利于萃取速率的提高。但在较高的温度下，液膜粘度降低，膜相挥发速度加快，甚至造液膜粘度降低，膜相挥发速度加快，甚至造成表面活性剂的水解，对维持液膜的稳定性成表面活性剂的水解，对维持液膜的稳定性不利。因此，液膜萃取分离一般在常温下操不利。因此，液膜萃取分离一般在常温下操作可保持较好的萃取效率，并可节省热能消作可保持较好的萃取效率，并可节省热能消耗。耗。4.反萃相18186.萃取操作时间萃取操作时间乳状液膜为高度分散体系，相间接触乳状液膜为高度分散体系，相间接触比表面积极大，并且液膜很薄，传质比表面积极大，并且液膜很薄，传质阻力小。因此在短时间内即可萃取完阻力小。因此在短时间内即可萃取完全。如果萃取时间过长，反而会引起全。如果萃取时间过长，反而会引起液膜的破坏，降低分离效果。液膜的破坏，降低分离效果。6.萃取操作时间乳状液膜为高度分散体系，相间接触比表面积极大1919