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1、第四節(jié)固－液浸提與浸提設(shè)備一、固－液浸提原理二、單級(jí)浸提與多級(jí)浸提三、浸提設(shè)備Thesolidliquidof－immersestoliftandimmersetolifttheequipments一、固－液浸提原理1.浸提過程在生物化工的分離提取過程中，許多目的成分存在于固體材料中，可采用無機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑將其溶解轉(zhuǎn)入溶液，從而使目的成分與固體材料分離，此操作常稱為固－液浸提，簡稱浸提或浸取。例如，迷迭香抗氧化劑的提取迷迭香(枝葉)水蒸氣蒸餾餾分油水分離粗油精制精油迷迭香精油預(yù)處理(晾干、粉碎)浸提渣浸提液95％C2H5OH⑴浸提固－液浸提是液相(溶
2、劑)與固相(材料)通過接觸而進(jìn)行的傳質(zhì)過程，一般認(rèn)為可包含以下五個(gè)步驟。⑵浸提過程界面液相主體固相主體液膜③溶解固相內(nèi)部的溶質(zhì)(目的成分)在與溶劑的相互作用下，進(jìn)入溶劑(溶解)形成溶液。溶液②溶劑擴(kuò)散到固體內(nèi)部到達(dá)固相表面的溶劑微粒，進(jìn)一步通過擴(kuò)散進(jìn)入到固相內(nèi)部，并與固體相內(nèi)部的溶質(zhì)(目的成分)作用。溶質(zhì)①溶劑穿過液膜到達(dá)固相表面液相主體的溶劑微粒(分子團(tuán))，通過擴(kuò)散穿過液膜到達(dá)固相表面。溶劑界面液相主體固相主體液膜溶液溶質(zhì)④溶液擴(kuò)散到固相表面固相內(nèi)部的溶質(zhì)與溶劑形成的溶液，通過固體空隙以擴(kuò)散的形式到達(dá)固相表面。溶劑⑤溶液進(jìn)入液相主體通過固擴(kuò)散到達(dá)固相
3、表面的溶液，再以擴(kuò)散的形式穿過液膜進(jìn)入液相主體。在生物化工生產(chǎn)中，固相物質(zhì)(材料)通常是粉碎成顆粒以后再進(jìn)行浸提。這樣，我們可以此可認(rèn)為，上述五個(gè)步驟中，溶液中的溶質(zhì)通過固相空隙以擴(kuò)散的形式到達(dá)固相表面是傳質(zhì)阻力的控制步驟。實(shí)驗(yàn)告訴我們，在浸提操作中，通常隨著浸提過程的進(jìn)行，浸提速度將越來越慢。Why？2.浸提過程中的平衡關(guān)系從浸提過程可知，浸提速度主要與固體顆粒內(nèi)部的溶質(zhì)與溶劑形成的溶液向固相表面擴(kuò)散，并穿過液膜進(jìn)入液相主體的速度有關(guān)，這里面就涉及到兩股流體間的平衡關(guān)系：假設(shè)：固體載體(B)不溶于溶劑，并且在浸提過程中固體顆粒不吸附其內(nèi)部的溶質(zhì)。這樣
4、，離開某一級(jí)的液相溶液（稱為溢流液）與離開該級(jí)的沉降漿液（稱為底流或漿液流）中的殘留溶液是相同的。即：溢流液中溶質(zhì)的濃度與底流溶液中溶質(zhì)的濃度相等。溢流液漿液(底流)浸提若固體材料中可溶組分為溶質(zhì)A，溶解溶質(zhì)的溶劑為浸提劑C，載體B在漿液中的濃度為N；溶質(zhì)A在溢流液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為xA，在底流液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為yA。若溶質(zhì)A在浸提劑C中的溶解度為無窮大，根據(jù)實(shí)際浸提操作可繪制出N與yA的關(guān)系曲線(上圖)；N=0的坐標(biāo)軸表示固體完全除盡時(shí)，溢流液的組成。由于xA=yA，故在x－y相圖上，平衡線是45o線(下圖)。底流曲線與平衡線的關(guān)系，由連接線連接(垂直N=
5、0的坐標(biāo)軸)。xAyA平衡線底流(N與yA)溢流(N與xA)連接線xA、yA浸提平衡相圖二、單級(jí)浸提與多級(jí)浸提1.單級(jí)浸提所謂單級(jí)浸提，是指浸提劑C和溶質(zhì)A只進(jìn)行一次溶解、傳質(zhì)的浸提分離過程，其流程如右圖所示。⑴單級(jí)浸提流程L0,N0,y0,B漿液漿液L1,N1,y1,BV2，x2溢流液V1，x1溢流液流程圖中：V、L分別表示組成為xA的溢流液量和組成為yA底流液(漿液)量，V、L不包括固體；B為固體載體的量，N為載體B在漿液中的濃度。若M為溶質(zhì)和溶劑的總質(zhì)量流量，則單級(jí)浸提的物料衡算式為：⑵單級(jí)浸提物料衡算L0,N0,y0,B漿液漿液L1,N1,y1
6、,BV2，x2溢流液V1，x1溢流液①總質(zhì)量流量M=L0+V2=L1+V1②溶質(zhì)A的質(zhì)量M?xAM=L0?yA0+V2?xA2=L1?yA1+V1?xA1③溶質(zhì)B的質(zhì)量B=N0?L0+0=N1?L1+0=NM?M底流(N與yA)L1L0MNNMV2V1xMxA、yA單級(jí)浸提物料衡算例1某廠以己烷為浸提劑，從大豆片中（單級(jí)）浸提豆油。用100kg己烷浸提含油20％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的大豆100kg。已知，底流N=1.5(kg不溶固體/kg底流液)為常量。求溢流液量V1及其組成，確定離開該級(jí)的底流液量L1。解：已知：進(jìn)入系統(tǒng)的溶劑V2=100kg，xA2=0，x
7、C2=1.0L0,N0,y0,B漿液漿液L1,N1,y1,BV2，x2溢流液V1，x1溢流液進(jìn)入系統(tǒng)的漿液B=[100×(1.0-0.2)=80(kg)L0=100×0.2=20[kg(A)]N0=B/A=80/20(kg固體/kg溶液)=4(kg固體/kg溶液)yA0=1.0浸提劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)載體質(zhì)量根據(jù)單級(jí)浸提的物料衡算式有：M=L0+V2=20+100=120(kg)（總質(zhì)量流量）L0?yA0+V2?xA2=20×1.0+100×0=120?xAM（溶質(zhì)A的質(zhì)量）M點(diǎn)的位置則：xAM=20/120=0.167yA1點(diǎn)的位置由于：B=N0?L0=40×
8、20=120NM(溶質(zhì)B的質(zhì)量)則：NM=80/120=0.667⑴根據(jù)杠桿原理，作物料衡算圖
