生物工程设备第九章萃取和离子交换分离设备.ppt
《生物工程设备第九章萃取和离子交换分离设备.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物工程设备第九章萃取和离子交换分离设备.ppt(63页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、萃取和离子交换分离设备,9.1 萃取分离原理及设备9.2 浸取9.3 超临界萃取 9.4 离子交换分离原理及设备,9.1 萃取分离原理及设备,9.1.1 溶剂萃取流程 实现组分分离的萃取操作过程由混合、分层、萃取相分离、萃余相分离等一系列步骤组成。这些步骤相关设备的合理组合就构成了萃取操作流程。工业生产中常见的萃取流程有单级萃取和多级逆流萃取两种。,9.1 萃取分离原理及设备,1单级萃取流程 单级萃取流程是液-液萃取中最简单的操作形式,一般用于间歇操作。如图9-1所示。原料液 F与萃取剂S一起加入混合器1内,并用搅拌器加以搅拌,使两种液体充分混合,然后将混合液M引入分离器2 经静置后分层,萃取
2、相E进入分离器3,经分离后获得萃取剂 S和萃取液E;萃余相进入分离器4,经分离后获得萃取剂S和萃余液R,分离器3和分离器4的萃取剂S循环使用。单级萃取操作不能对原料液进行较完全的分离,萃取液E浓度不高,萃余液R中仍含有较多的溶质A;但是,流程简单,操作可以间歇也可以连续。,9.1 萃取分离原理及设备,图 9-1 单级萃取流程,1混合器;2分层器;3萃取相分离器;4萃余相,9.1 萃取分离原理及设备,2多级逆流萃取流程 图9-2所示为多级逆流萃取流程。原料液F从第一级加入,依次经过各级萃取,成为各级的萃余相,其溶质A含量逐级下降,最后从第N级流出;萃取剂则从第N级加入,依次通过各级与萃余相逆相接
3、触,进行多次萃取,其溶质含量逐级提高,最后从第1级流出。最终的萃取相E1送至溶剂回收装置中分离出E和S,S循环使用;最终的萃余相RN送至溶剂回收装置中分离出R和S,S循环使用。,9.1 萃取分离原理及设备,图9-2 多级逆流萃取流程,9.1 萃取分离原理及设备,9.1.2 萃取操作过程及设备 液-液萃取设备包括三个部分: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,欲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液分离并加以回收。混合通常在搅拌罐中进行,也可将
4、料液与萃取剂在管道内以很高速度混合,称管道萃取,也有利用喷射泵进行涡流混合,称喷射萃取。,9.1 萃取分离原理及设备,1混合设备(1)混合罐 混合罐的结构类似于带机械搅拌的密闭式反应罐,如图9-3所示。搅拌器采用螺旋桨式,转速为4001000r/min,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。由于搅拌器的作用,罐内几乎处于全混流状态,使罐内两液相的平均浓度与出口浓度近似相等。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,每个室中都设有搅拌器。,9.1 萃取分离原理及设备,图
5、9-3 混合罐,9.1 萃取分离原理及设备,(2)混合管 通常采用混合排管。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,并使流动呈完全湍流状态,强迫料液充分混合。一般要求Re=(510)104,流体在管内平均停留时间1020s。混合管的萃取效果高于混合罐,且为连续操作。,9.1 萃取分离原理及设备,(3)喷射式混合器 三种常见的喷射式混合器示意图如图9-4所示。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)则为两液相已在器外混合,然后进入器内经喷嘴或孔板后,加强了湍流程度,从而提高了萃取
6、效率。喷射式混合器是一种体积小效率高的混合装置,特别适宜于低黏度、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。另外,若两液相容易混合时,可直接利用离心泵在循环输送过程中进行混合。,9.1 萃取分离原理及设备,图9-4 三种常见的喷射式混合器,(a)交错喷嘴混合;(b)同向射流混合;(c)混合孔板,9.1 萃取分离原理及设备,2离心萃取机 离心萃取机是利用离心力的作用使两相快速混合、快速分离的萃取设备。可按两相接触的方式分为逐级接触式和微分接触式两类。(1)转筒式离心萃取器 转筒式离心萃取器是一种单级接触式设备,如图9-5所示。重液和轻液由设备底部的三通管同时进入混合室,在
7、搅拌桨的作用下,两相被充分混合传质,然后一起进入高速的转鼓。转鼓中混合液在离心力的作用下,重液被甩向转鼓外缘,轻液被挤向转鼓的中心部位。,9.1 萃取分离原理及设备,图9-5 转筒式离心萃取器,9.1 萃取分离原理及设备,(2)卢威式离心萃取器 卢威式离心萃取器的优点是:可以靠离心力的作用处理密度差小或易产生乳化现象的物系;设备结构紧凑,占地面积小,效率较高。缺点是:动能消耗大,设备费用也较高。卢威式离心萃取器简称LUWE离心萃取器,是一种立式逐级接触式离心萃取设备。如图9-6所示为三级离心萃取器,其主体是固定在外壳上的环形盘,此盘随壳体作高速旋转。在壳体中央有固定不动的垂直空心轴,轴上装有圆
8、形圆盘且开有若干个喷出口。,9.1 萃取分离原理及设备,萃取操作时,原料液和萃取剂均由空心轴的顶部加入,重液沿空心轴的通道下流至萃取器的底部而进入第3级的外壳内,轻液由空心轴的通道流入第1级,在空心轴内,轻液与来自下一级的重液混合,进行相际传质,然后混合物经空心轴上的喷嘴沿转盘与上方固定盘之间的通道被甩到外壳的四周。靠离心力的作用使轻、重相分开,重液由外部沿着转盘与下方固定盘之间的通道而进入轴的中心,并由顶部排出,其流向为由第3级经第2级再到第1级,然后进入空心轴的排出通道。,9.1 萃取分离原理及设备,图9-6 卢威式离心萃取器,9.1 萃取分离原理及设备,(3)波德式离心萃取器 波德式离心
9、萃取器又称离心薄膜萃取器,简称POD离心萃取器,是一种微分接触式萃取设备,如图9-7所式。主要由一水平空心轴和一随轴高速旋转的圆柱形转鼓以及固定外壳组成。转鼓由一多孔的长带卷绕而成,其转速一般为20005000r/min,产生的离心力为重力的几百至几千倍。操作时,在带有机械密封装置的套管式空心转轴的两端分别引入重液和轻液,重液引入转鼓的中心,轻液由外向内,重液由内向外,两相沿径向逆流通过螺旋带上的各层筛孔,分散并进行相际传质。,9.1 萃取分离原理及设备,图9-7 波德式离心萃取器,返回,9.2 浸取,浸取或固-液萃取是让固体与某一种液体(即溶剂)相接触,通过两相的密切接触,固体中的一种或几种
10、有用物质透过界面扩散到液相中,从而使固体中某些组分达到分离的目的。浸取的原料,多数情况下是溶质与不溶性固体所组成的混合物。溶质是浸取所需要的可溶组分,一般在溶剂中不溶解的固体,称为载体或惰性物质。浸取操作广泛应用于食品工业、制药工业和冶金工业中。所使用的溶剂也是多种多样的,如表9-1所示。,9.2 浸取,表9-1 浸取常用溶剂,9.2 浸取,在浸取过程中,物质由固相转移到液相是一个传质过程。整个过程中,固体物料是否需要进行预处理,固体物料中的溶质能否很快地接触溶剂,是影响浸取速率的一个最大因素。预处理的方法包括粉碎、研磨、切片等。通常工业上是将这类物质加工成一定的形状,如在甜菜提取中加工成的甜
11、菜丝,或在植物籽的提取中将其压制加工成薄片。对于动植物细胞,溶质存在于细胞中,如果细胞壁没有破裂,细胞壁产生的阻力会使浸取速率降低,所以,要进行细胞破碎。,9.2 浸取,9.2.1 多级间歇逆流浸取器 这种工艺是从单级接触简歇式改进而来的。它主要是建立在使用相同量的溶剂浸取,溶剂分成几次浸取所得的结果比一次浸取的效果好的基础上。该工艺应用了许多间歇浸取器所组成的浸提器组,被浸取物先加入第一级,经浸取后再送到第二级,依次类推。如图9-8所示。这种浸提器组最初应用于制糖工业中,其后在但宁和药物的提取中也使用。在制糖工业中,从甜菜中提取糖,应用封闭型的槽,用7177的热水来提取糖。,9.2 浸取,图
12、9-8 浸提器组的原理,(a)第三槽进料时(b)第三槽排料时,9.2 浸取,9.2.2 移动床式连续浸取器 移动床式连续浸取器,如图9-9所示。它是一种斗式浸取器,由多个悬挂于环行链上的吊斗组成。当链轮转动时,吊斗以顺时针方向循环回转。溶剂从此处的吊斗中通过饼渣淋入下面的吊斗。因此,它与移动的固定床以逆流接触,溶剂与豆油组成的溶液,层层下流后最后到达浸取器的底部左面的溶液池A 中,由泵将半浓液送到半浓液储槽。在浸取器右侧的吊斗向下移动时,在顶部加料斗内加入一定量的固体物料。,9.2 浸取,图9-9 移动床浸取器,1-纯溶剂2-出料斗3-螺旋运输机4-密闭外壳5-溶液池A6-溶液池B7-粗油溶液
13、到过滤机8-泵9-环行链10-链轮11-多孔旋链12-启动装置13-半浓液14-来自半浓液贮槽15-加料斗,返回,9.3 超临界萃取,超临界萃取是近二十年来发展起来的一种新型的萃取分离技术。这类技术利用超临界流体作为萃取剂,从液体或固体中萃取出待分离的组分。与萃取和浸取操作相比较,它们同是加入溶剂,在不同的相之间完成传质分离。不同的是,超临界萃取中所用的溶剂是超临界状态下的流体,该流体具有气体和液体之间的性质,且对许多物质均有很强的溶解能力,分离速率远比液体溶剂萃取快,可以实现高效的分离过程。,9.3 超临界萃取,9.3.1 超临界流体的性质 超临界流体最重要的物理性质是密度、粘度和扩散系数,
14、见表9-2。超临界流体的性质介于气液两相之间,主要表现在:有近似于气体的流动行为,黏度小、传质系数大,但其密度大,溶解度也比气相大得多,又表现出一定的液体行为。此外,介电常数、极化率和分子行为与气液两相均有着明显的差别。,9.3 超临界萃取,表9-2 超临界流体、气体、液体的性质比较,密度/(g/cm,10,10,10,10,10,扩散系数/cm,s,10,10,10,9.3 超临界萃取,作为超临界萃取的溶剂可以分为非极性和极性溶剂两种。表9-3列出了一些常用超临界萃取剂的临界温度和临界压力。表中最后五个萃取剂为极性萃取剂,由于极性和氢键的缘故,具有较高的临界温度和临界压力。,9.3 超临界萃
15、取,表9-3 一些超临界萃取剂的临界性质,9.3 超临界萃取,在常用的超临界流体萃取剂中,非极性的二氧化碳应用最为广泛。这主要是由于二氧化碳的临界点较低,特别是临界温度接近常温,并且无毒无味、稳定性好、价格低廉、无残留。图9-10为CO2的p-V(p)T相图,图中饱和蒸汽曲线和饱和液体曲线包围的区域为气液共存区。从图中可以看出,在临界点附近的超临界状态下等温线的斜度平缓,即温度或压力的微小变化就会引起密度发生很大的变化。,9.3 超临界萃取,图9-10 CO2的p-V-T相图,9.3 超临界萃取,9.3.2 超临界萃取的过程特征1超临界流体萃取一般选用化学性质稳定,无腐蚀性,其临界温度不过高或
16、过低的物质做萃取剂,这类分离技术特别适宜于提取或精制热敏性、易氧化物质。2超临界流体萃取剂具有良好的溶解能力和选择性,且溶解能力随压力增加而增大。降低超临界相的密度可以将其包含的溶质凝析出来,过程无相变。,9.3 超临界萃取,3由于超临界流体兼有液体和气体的特性,其萃取效率一般要高于液体溶剂萃取。4选用无毒性的超临界流体(如CO2)做萃取剂,不会引起被萃取物质的污染,可以用于医药、食品等工业。5超临界流体萃取属于高压技术范围,相平衡关系较为复杂,需要有与此相适应的设备,且设备费和安全要求高,需要大量溶剂循环,连续化生产较困难。,9.3 超临界萃取,9.3.3 超临界萃取的典型过程及应用实例1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生物工程 设备 第九 萃取 离子交换 分离
链接地址:https://www.31ppt.com/p-6316701.html