食品分離技術1第一章緒論第一節食品的組成、性質和分離第二節分離過程、含量分析和數據處理

2第一節食品的組成、性質和分離什么是食品？食品為什么要分離？食品分離技術與化工分離技術的關系？3茶樹菇木糖醇雪茄紫菜火龍果蟲草明膠杜冷丁玉米芯肌苷酸老母雞枸杞酒4什么是食品？《食品工業基本術語》對食品的定義:可供人類食用或飲用的物質，包括加工食品，半成品和未加工食品，不包括煙草或只作藥品用的物質?！妒称沸l生法》對“食品”的法律定義:各種供人食用或者飲用的成品和原料以及按照傳統既是食品又是藥品的物品，但是不包括以治療為目的的物品。5《食品衛生法》《食品安全法》從食品衛生立法和管理的角度，廣義的食品概念還涉及到:

所生產食品的原料；

食品原料種植、養殖過程接觸的物質和環境；食品的添加物質；

所有直接或間接接觸食品的包裝材料、設施以及影響食品原有品質的環境。67是指來自于有機農業生產體系，根據國際有機農業生產要求和相應的標準生產加工的，即在原料生產和產品加工過程中不使用化肥、農藥、生長激素、化學添加劑、化學色素和防腐劑等化學物質，不使用基因工程技術。無污染是指在綠色食品生產、加工過程中，通過嚴密監測、控制，防范農藥殘留、放射性物質、重金屬、有害細菌等對食品生產各個環節的污染，以確保綠色食品產品的潔凈。無公害農產品是指產地環境、生產過程、產品質量符合國家有關標準和規范的要求，經認證合格獲得認證證書并允許使用無公害農產品標志的未經加工或初加工的食用農產品。

糧食食品——肉、蛋、奶、水果、蔬菜原糧食品——精細加工食品89食品為什么要分離？10食品的原輔料也是多種成分組成的混合物，生產中要按人們的需要，對食品原輔料進行取舍，進行這種處理的過程，就是食品分離過程。目的是排除某種特殊的組分，獲得較高純度的某組分，以便提升產品的價值或用于分析。獲得需要的產品（1）去除農作物中的非食用物質（雜質等）（2）人類逐步需求多層次、多樣化的產品來滿足必需的營養和能量。食品安全性的要求（1）去除農作物中的有害物質（農藥等）（2）植物生長過程中的次生代謝會產生一些有毒物質，必須把有害組分分離出去。1112從原料到成品（產品）這個過程叫食品的生產過程原料前處理食品加工后處理產品除去雜質達到必要的純度，物理變化過程除物理操作外，生成新的物質，化學變化過程，如食品風味形成精制、分離達必要的純度，物理變化過程物料有效成分的提取和分離；液體物料的濃縮；固形雜質的分離；提取或脫除物料中某一組分；過濾除菌。食品分離的目標1415玉米深加工產品：16171819國家發展和改革委員會2007年9月發布202010年8月9日，中國商業聯合會石油流通委員會（簡稱石油委）會長趙友山表示，石油委已上書國家發改委，呼吁立即叫停國內的玉米制乙醇汽油項目。目前在國內四個可以生產車用乙醇的廠家中，有三家是用玉米生產車用乙醇，以調配乙醇汽油，另外一家可以用小麥生產，生產調和乙醇汽油的車用乙醇必然消耗玉米等糧食作物。21舉例：22全脂乳粉生產的工藝流程F≥12%80～85℃，30sF≥40～45%空氣溫度180～200℃，牛乳溫度40～45℃再如：大豆萃取法制油的工藝流程大豆→預處理（篩選、粉碎、去皮、壓片）→浸?。ㄕ和椋^濾→蒸發脫溶劑→離心脫膠→堿煉（脫酸）→脫色（白土）→脫臭→…→檢驗→成品（產品）23食品工業是世界制造業中的第一大產業，世界各國都把食品工業作為戰略重點。深入研究食品資源的特性，食品原料的安全性評價，貯藏加工過程中有害因子的形成與轉化規律，食品檢測與安全控制技術等是現代食品科學領域的主要任務。24食品分離技術食品分離技術是指各種分離技術在食品科學與食品工程中的應用，它依據某些理化原理將食品物料中的不同組分進行分離，是食品加工中的一個主要操作過程。25食品分離技術的作用和重要性食品分離技術能提高食品原料的綜合利用度；食品分離技術能夠保持和提高食品的營養和風味；食品分離技術使食品符合食品安全法的需求；食品分離技術的發展能夠改變食品廠的面貌。26絕大多數食品都離不開分離技術，因此分離技術是食品工業的基礎。食品分離技術與分離科學的關系食品分離技術指各種分離技術在食品科學與食品工程中的應用，它依據某些理化原理將食品物料中的不同組分進行分離，是食品加工中的一個主要操作過程，是食品工業單元操作的深化和歸屬。

（一）分離過程與單元操作單元操作是分離過程的基本單元，單元操作逐步交叉、滲透和融合而形成了相對獨立的分離過程。

分離過程與單元操作的主要區別：分離過程側重分離方法的共性規律，而單元操作則側重分離方法的個性規律；分離過程側重多組分非理想物系，而單元操作則多側重二元理想物系。（二）食品分離技術與化工分離技術的關系化工分離技術與其它科學技術相互交叉滲透產生一些更新的邊緣分離技術，如生物分離技術、膜分離技術、環境化學分離技術、納米分離技術、超臨界流體萃取技術等?，F代食品分離技術是以化工分離技術為基礎和依托，根據化學分離過程的原理與方法，開發符合食品衛生與營養要求的新型分離技術。第二節分離過程、含量分析

和數據處理外加物質和能量31原料產品（食品）副產物和殘余物物質通過分離設備，在分離劑（質量分離劑和能量分離劑）作用下，得到產物或殘留物。食品分離過程的特點分離對象種類多，性質復雜；產品質量與分離過程密切相關；產品要求實用安全；分離對象在分離過程中易腐敗。32食品分離技術的分類物理法（離心過濾沉降等）化學法（離子交換沉淀反應等）物理化學法（凝膠色譜萃取等）33根據分離方法分類食品分離技術的分類實驗室規模工業應用規模34根據分離規模分類分析分離制備分離食品分離技術的分類機械分離（離心過濾沉降旋風分離）傳質分離35根據分離的推動力分類平衡分離（萃取蒸發結晶）速率控制（反滲透電泳色譜）食品分離方法的確定搜集待分離物質的基本研究資料；選擇和確立對該組分進行定性定量檢測的方法；了解原料的特性以及待分離組分的存在和含量；確定選用分離技術并對分離條件進行實驗選擇；對分離效果進行評價；中間試驗和工業生產應用放大。36食品分離技術的評價依據回收率和產品純度產品質量產品安全性簡化生產工藝降低能耗、場地，節約成本37綜合評價目標組分的含量分析分離過程需要對目標組分進行含量分析分析方法需要提前進行選擇和試驗常用的分析方法有：滴定法，比色法，薄層層析，高效液相色譜等。38大豆異黃酮的HPLC分析39黃豆苷染料木苷大豆苷黃豆黃苷黃豆黃素金雀異黃素分離過程的數據處理實驗數據需要進行分析和處理影響分離效果的因素較多，有時需要運用統計學的方法進行試驗，優化分離參數。處理統計學實驗數據的方法如平均，方差分析，多元回歸分析。4041食品分離技術的發展趨勢①優化傳統傳質分離設備的設計和操作;②研究和開發新的分離方法和傳質設備傳統分離技術得到發展（基于萃取機理超臨界萃取技術、基于吸附平衡機理的色譜分離技術）;③食品分離技術的集成化與多級化（優化組合，取長補短，提高分離質量、降低費用）;④化學反應和分離過程的有機結合（反應萃取、反應吸收、反應結晶）.主要內容第一節蒸發分離技術（單效和多效蒸發）第二節蒸餾分離技術（分子蒸餾）43第一節蒸發分離汽化液化蒸發沸騰1、任何溫度2、液體表面44基本概念使含有不揮發性溶質的溶液沸騰汽化并分離出蒸氣，從而使溶液中溶質濃度提高的單元操作稱為蒸發。

液體在任何溫度下發生在液體表面的一種緩慢的汽化現象。蒸發所用的設備稱為蒸發器，屬于熱交換設備。蒸發操作是從溶液中分離出部分溶劑，而溶液中所含溶質的數量不變，是一個熱量傳遞過程，其傳熱速率是蒸發過程的控制因素之一。45影響蒸發的因素要加快液體的蒸發，可以提高液體的溫度，增大液體的表面積和加快液體表面上的空氣流動；而要減慢蒸發，應該采取相反的措施。46蒸發技術的應用（1）稀溶液的增濃直接制取液體產品，或者將濃縮的溶液再經進一步處理（如冷卻結晶）制取固體產品，例如蔗糖水溶液的濃縮以及各種果汁、牛奶的濃縮等等；（2）純凈溶劑的制取，此時蒸出的溶劑是產品，例如海水蒸發脫鹽制取淡水。（3）同時制備濃溶液和回收溶劑，例如中藥生產中酒精浸出液的蒸發，蒸發技術廣泛應用于化工、輕工、制藥、食品等許多工業中。47蒸發技術的分類按操作方式：間歇式、連續式；按二次蒸汽的利用情況：單效蒸發、多效蒸發；

二次蒸汽：溶液中溶劑氣化所產生的蒸汽稱為二次蒸汽，以區別于加熱蒸汽。

單效蒸發：產生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出；多效蒸發：二次蒸汽作為串聯使用的下一個蒸發器的加熱蒸汽。按操作壓力：常壓、加壓、減壓（真空）。48蒸發技術選擇時的注意事項（1）溶液沸點升高被蒸發的料液是含有非揮發性溶質的溶液，由拉烏爾定律可知，在相同的溫度下，溶液的蒸汽壓低于純溶劑的蒸氣壓。即在相同壓力下，溶液的沸點t高于純溶劑的沸點t0。因此，當加熱蒸汽溫度T一定，蒸發溶液的傳熱溫度差(T-t)要小于蒸發純溶劑時的溫度差(T-t0)。溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。在進行蒸發設備的計算時，必須考慮溶液沸點上升的這種影響。在某一溫度下，稀溶液的蒸氣壓等于純溶劑的蒸氣壓乘以溶劑的摩爾分數。拉烏爾定律：49液體的蒸氣壓等于外界壓力時的溫度稱為該液體的沸點（2）物料的工藝特性有些物料在濃縮過程中可能結垢、析出結晶或產生泡沫；有些物料是熱敏性的；有些物料具有較大的腐蝕性或較高的粘度等等。在選擇蒸發的方法和設備時，必須考慮物料的這些工藝特性。（3）能量利用與回收蒸發需消耗大量的加熱蒸汽，溶液汽化又產生大量的二次蒸汽，如何充分利用二次蒸汽的潛熱，提高加熱蒸汽的經濟程度，是蒸發器設計中的重要問題。50引起沸點升高的原因a）溶質存在，使溶液飽和蒸汽壓降低；溶液沸點＞相同壓力下水沸點；b）維持一定液位，液柱作用使下部溶液沸點上升；即：液柱靜壓頭引起沸點升高。c）二次蒸汽從蒸發室流向冷凝器時，由于存在阻力而壓力降低,蒸發室中二次蒸汽的溫度高于冷凝室。因此，溶液的沸點升高51（一）單效蒸發真空旋轉蒸發器52533-中央循環管；不凝性氣體冷卻水二次蒸汽料液加熱蒸汽冷凝水完成液水單效蒸發流程中央循環管式蒸發器123451-加熱管；2-加熱室；4-蒸發室；5-除沫器；6-冷凝器654單效蒸發器的計算和選型確定水的蒸發量；加熱蒸汽消耗量；蒸發器所需傳熱面積;總傳熱系數的確定;蒸發能力和蒸發強度.55加熱蒸汽D,Ts,H原料F,x0,t0,h0二次蒸汽W,T’,H’冷凝液Ts,Hw完成液（F-W),x1,t1,h1加熱室單效蒸發的物料衡算示意圖溶質物料恒算：水的蒸發量：完成液濃度：1、水的蒸發量F:進料量kg/hW:蒸發量kg/hx0:初始料液中溶質的質量分數x1:完成液中溶質的質量分數56加熱蒸汽D,Ts,H原料F,x0,t0,h0二次蒸汽W,T’,H’冷凝液D,Ts,Hw完成液（F-W),x1,t1,h1加熱室單效蒸發的熱量衡算示意圖2、蒸發器的熱量平衡DH+Fh0=WH’+Lh1+DHw+QL或Q=D(H-Hw)=WH’+Lh1-Fh0+QLD—加熱蒸汽的消耗量kg/hH—加熱蒸汽的焓kJ/kgH’—二次蒸汽的焓kJ/kgHw—冷凝水的焓kJ/kgh0—原料液的焓kJ/kgh1—完成液的焓kJ/kgQ—蒸發室的熱負荷或稱傳熱速率QL—熱損失kJ/h熱量衡算公式57焓:單位質量的物質所含的全部熱能3、蒸發器的傳熱面積由蒸發器的傳熱方程可得

式中

Q-蒸發器的熱流量，W；

A-蒸發器的傳熱面積，m2;

K-蒸發器的傳熱系數,W/(

m2·K)；

Δtm-蒸發器的平均傳熱溫差,K。

由公式可見，計算傳熱面積需知傳熱溫差和傳熱系數。584、總傳熱系數K的確定蒸發器的總傳熱系數：上式中，Ri和

i

是設計和操作中的影響K值主要因素由于蒸發過程中，加熱面處溶液中的水分汽化，濃度上升,因此溶液很易超過飽和狀態，溶質析出并包裹固體雜質，附著于表面，形成污垢，所以Ri往往是蒸發器總熱阻的主要部分。αi-管內溶液沸騰的對流傳熱系數，W/(m2·℃)α0-管外蒸汽冷凝對流傳熱系數，W/(m2·℃)Ri-管內污垢熱阻，m2·℃/WR0-管外污垢熱阻，m2·℃/Wb/λ-管壁熱阻，m2·℃/W為降低污垢熱阻Ri，工程中常采用的措施有：加快溶液循環速度，在溶液中加入晶種和微量的阻垢劑等。59管外蒸汽管內料液影響

i的因素很多，如溶液的性質，沸騰傳熱的狀況，操作條件和蒸發器的結構等。提高

i的有效辦法是增加溶液的循環速度和湍動程度等。蒸發器的類型總傳熱系數K

W/(m2·℃)水平沉浸加熱式600-2300標準式（自然循環）600-3000標準式（強制循環）1200-6000懸筐式600-3000外加熱式（自然循環）1200-6000外加熱式（強制循環）1200-7000升膜式1200-6000降膜式1200-3500蛇管式350-2300蒸發器的總傳熱系數K經驗值605、蒸發器的生產能力與生產強度（1）、蒸發器的生產能力

蒸發器的生產能力可用單位時間內蒸發的水分量W（kg/h）來表示。由于蒸發水分量取決于傳熱量的大小，因此其生產能力也可以表示為：（2）、蒸發器的生產強度

蒸發器的生產強度u簡稱蒸發強度，是指單位時間單位傳熱面積上所蒸發的水量，kg/(m2·h)，它可以反映蒸發器的優劣。K—總傳熱系數W/(m2·℃)Q—蒸發室的傳熱速率kJ/hA—蒸發器的傳熱面積m2r’—加熱蒸汽的氣化潛熱kJ/kgW—蒸發量kg/hA—蒸發器的傳熱面積m261由式可知，若蒸發操作的壓力一定，則二次蒸氣的汽化熱r‘也可視為常數，因此，欲提高蒸發器的生產強度：主要途徑是提高總傳熱系數K和傳熱溫度差Δtm（T－t1）。前者，上面已述。提高傳熱溫度差的方法:采用真空蒸發或選用高溫熱源，如高溫導熱油、熔鹽或用電加熱等。提高蒸發強度的途徑62真空蒸發的優缺點降低溶液沸點，增大傳熱推動力，提高蒸發器生產強度；真空操作，溶液沸點降低，可減少或防止熱敏性物料分解；降低對熱源的要求。溶液沸點降低，其粘性會增加，使得總傳熱系數下降；真空設備增加動力消耗。優點：缺點：63

蒸發設備的作用是使進入蒸發器的原料液被加熱，部分氣化，得到濃縮的完成液，同時需要排出二次蒸氣，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。蒸發的主體設備是蒸發器，它主要由加熱室和蒸發室組成。蒸發的輔助設備包括：使液沫進一步分離的除沫器，和使二次蒸氣全部冷凝的冷凝器。減壓操作時還需真空裝置。蒸發設備64蒸發器的分類：

由于生產要求的不同，蒸發設備有多種不同的結構型式。對常用的間壁傳熱式蒸發器，按溶液在蒸發器中的運動情況，大致可分為以下兩大類：（1）循環型蒸發器（2）非循環型（單程型）蒸發器65（1）循環型蒸發器

這類蒸發器的特點是溶液在蒸發器內作循環流動。根據造成液體循環的原理的不同，又可將其分為自然循環和強制循環兩種類型。前者借助在加熱室不同位置上溶液的受熱程度不同，使溶液產生密度差而引起的自然循環；后者是依靠外加動力使溶液進行強制循環。目前常用的循環型蒸發器有以下幾種：

a.中央循環管式蒸發器；b.懸筐式蒸發器；c.外熱式蒸發器；d.列文式蒸發器；e.強制循環蒸發器。其中，前四種為自然循環蒸發器。66a.中央循環管式蒸發器結構和原理：下部的加熱室由垂直管束組成，中間由一根直徑較大的中央循環管。這種蒸發器結構緊湊，制造方便，傳熱較好，操作可靠等優點，應用十分廣泛，有“標準蒸發器”之稱。中央循環管的截面積，一般為其加熱管總截面積的40%～100%；加熱管的高度一般為1～2m；加熱管徑多為25～75mm之間。但實際上，由于結構上的限制，其循環速度一般在0.4～0.5m/s以下；

蒸發器內溶液濃度始終接近完成液濃度；清洗和維修也不夠方便。67b.懸筐式蒸發器加熱室像個懸筐，懸掛在蒸發器殼體的下部，可由頂部取出，便于清洗與更換。加熱介質由中央蒸汽管進入加熱室，而在加熱室外壁與蒸發器殼體的內壁之間有環隙通道，其作用類似于中央循環管。操作時，溶液沿環隙下降而沿加熱管上升，形成自然循環。一般環隙截面積約為加熱管總面積的100~150%，因而溶液循環速度較高（約為1~1.5m/s）。由于與蒸發器外殼接觸的是溫度較低的沸騰液體，故其熱損失較小。懸筐式蒸發器適用于蒸發易結垢或有晶體析出的溶液。它的缺點是結構復雜，單位傳熱面需要的設備材料量較大。68c.外熱式蒸發器

該蒸發器的特點是加熱室與分離室分開，這樣不僅便于清洗與更換，而且可以降低蒸發器的總高度。因其加熱管較長（管長與管徑之比為50－100），同時由于循環管內的溶液不被加熱，故溶液的循環速度大，可達1.5m/s。69d.列文式蒸發器在加熱室的上部增設一沸騰室。加熱室內的溶液由于受到這一段附加液柱的作用，只有上升到沸騰室時才能汽化。在沸騰室上方裝有縱向隔板，其作用是防止氣泡長大。此外，因循環管不被加熱，使溶液循環的推動力較大。循環管的高度一般為7~8m，其截面積約為加熱管總截面積的200~350%。因而循環管內的流動阻力較小，循環速度可高達2~3m/s。優點是循環速度大，傳熱效果好，由于溶液在加熱管中不沸騰，可以避免在加熱管中析出晶體，故適用于處理有晶體析出或易結垢的溶液。其缺點是設備龐大，需要的廠房高。此外，由于液層靜壓力大，故要求加熱蒸汽的壓力較高。70e.強制循環蒸發器

自然循環型蒸發器靠加熱管與循環管內溶液的密度差引起溶液的循環，這種循環速度一般都比較低，不宜處理粘度大、易結垢及有大量析出結晶的溶液。強制循環型蒸發器是利用外加動力（循環泵）使溶液沿一定方向作高速循環流動。循環速度的大小可通過調節泵的流量來控制。一般循環速度在2.5m/s以上。這種蒸發器的優點是傳熱系數大，對于粘度較大或易結晶、結垢的物料，適應性較好，但其動力消耗較大。71（2）非循環型（單程型）蒸發器特點：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進行循環。

優點：溶液停留時間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發；溫度差損失較小，表面傳熱系數K較大。

缺點：設計或操作不當時不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結晶、結垢物料的蒸發。此類蒸發器主要有：

a.升膜式蒸發器；

b.降膜式蒸發器；

c.刮板式蒸發器。

72a.升膜式蒸發器加熱室由一根或數根垂直長管組成，通常加熱管直徑為25~50mm，管長與管徑之比為100~150。原料液經預熱后由蒸發器的底部進入，加熱蒸汽在管外冷凝。當溶液受熱沸騰后迅速汽化，所生成的二次蒸汽在管內高速上升，帶動液體沿管內壁成膜狀向上流動，上升的液膜因受熱而繼續蒸發。升膜蒸發器適用于蒸發量較大（即稀溶液）、熱敏性及易起泡沫的溶液，但不適于高粘度、有晶體析出或易結垢的溶液。73b.降膜式蒸發器降膜蒸發器可以蒸發濃度較高的溶液，對于粘度較大的物料也能適用。但對于易結晶或易結垢的溶液不適用。此外，由于液膜在管內分布不易均勻，與升膜蒸發器相比，其傳熱系數較小。

74為使溶液能在壁上均勻成膜，在每根加熱管的頂部均需設置液體布膜器。布膜器的型式有多種，圖片所示為較常用的三種。圖片a采用一螺旋型溝槽的圓柱體作為導流管，液體沿溝槽旋轉下流分布在整個管內壁上；圖片b的導流管下部為圓錐體，錐體底面向下內凹，以免沿錐體斜面流下的液體再向中央聚集；圖片c中，液體是通過齒縫沿加熱管內壁成膜狀下降。75c.刮板式蒸發器

利用旋轉刮片的刮帶作用，使液體分布在加熱管壁上。它的突出優點是對物料的適應性很強，例如對于高粘度、熱敏性和易結晶、結垢的物料都能適用。在某些情況下，可將溶液蒸干而由底部直接獲得固體產物。

這類蒸發器的缺點是結構復雜，動力消耗大，傳熱面積小，一般為3~4m2，最大不超過20m2，故其處理量較小。76刮板蒸發器的殼體外部裝有加熱蒸汽夾套，其內部裝有可旋轉的攪拌刮片，旋轉刮片有固定的和活動的兩種。前者與殼體內壁的縫隙為0.75~1.5mm，后者與器壁的間隙隨攪拌軸的轉數而變。料液，在重力和旋轉刮片帶動下，溶液在殼體內壁上形成下旋的薄膜，并在下降過程中不斷被蒸發濃縮，在底部得到完成液。加熱蒸汽夾套攪拌刮片完成液刮片式蒸發器77d.直接接觸傳熱（浸沒燃燒）蒸發器燃料氣：煤氣和油燃燒室因為是直接接觸傳熱，所以它的傳熱效果很好，熱利用率高。而且不需要固定的傳熱壁面，故結構簡單，特別適用于易結晶、結垢和具有腐蝕性物料的蒸發。但是該蒸發器一般不適用于料液不允許被煙氣污染的情況。而且由于有大量煙氣的存在，限制了二次蒸氣的利用。此外噴嘴由于浸沒在高溫液體中，較易損壞。78常見蒸發器的一些主要性能79采用多效蒸發的目的是為了減少新鮮蒸氣用量，具體方法是將前一效的二次蒸氣作為后一效的加熱蒸氣。多效蒸發：把蒸發產生的二次蒸氣引至另一操作壓力較低的蒸發器作為加熱蒸氣，并把若干個蒸發器串聯組合使用，稱為多效蒸發。（二）多效蒸發根據料液與二次蒸氣的流向，可有不同的加料方法與相應的流程。以三效為例，有如下三種流程：并流加料、逆流加料、平流加料流程。801、并流加料流程不凝性氣體第一效第二效第三效第一效二次蒸汽第二效二次蒸汽第三效二次蒸汽料液加熱蒸氣完成液水冷卻水

加熱蒸氣和原料液均順次流經各效。這種加料的特點是前一效到后一效可自動加料，后一效中的物料會產生自蒸發，可多蒸出部分水汽，但溶液的黏度會隨效數的增加而增大，使傳熱系數逐效下降，所以并流加料不適宜處理黏度隨濃度增加而增加較高的物料。加熱蒸氣二次蒸氣料液二次蒸氣冷卻水812、逆流加料流程逆流加料蒸發流程完成液加熱蒸氣料液冷卻水水不凝性氣體

加熱蒸氣走向與物料走向相反。這種加料的特點是各效中的傳熱系數較均勻，適于處理黏度隨溫度變化較大的物料。加熱蒸氣二次蒸氣料液二次蒸氣冷卻水82水冷卻水不凝性氣體料液加熱蒸汽

平流加料蒸發流程3、平流加料流

加熱蒸氣走向與并流相同，但原料液和完成液則分別從各效中加入和排出。這種流程適用于處理易結晶物料。加熱蒸氣二次蒸氣料液二次蒸氣冷卻水完成液完成液完成液83(1)額外蒸汽的引出額外蒸氣：在多效蒸發中，可在前幾效引出部分二次蒸氣，作為其它加熱設備的熱源。料液加熱蒸氣完成液水冷卻水不凝性氣體引出額外蒸氣的蒸發流程提高加熱蒸汽經濟性的措施84其他需要加熱的設備加熱蒸氣二次蒸氣料液二次蒸氣冷卻水說明：上一效的冷凝水溫度較高，可將其通過閃蒸器減壓至下一效加熱室的壓力，則冷凝水由于過熱將閃蒸，產生部分蒸氣。將它和上一效的二次蒸氣一起作為下一效的加熱蒸氣，就相當于提高了生蒸氣的經濟性。(2)冷凝水的閃蒸加熱蒸氣進料二次蒸氣冷凝水12二次蒸氣冷凝水完成液ABA,B-蒸發器；1-冷凝水排出器；2-冷凝水閃蒸器加熱蒸氣二次蒸氣料液二次蒸氣冷卻水85單效蒸發時，可將二次蒸氣絕熱壓縮以提高其溫度，然后送回加熱室作為加熱蒸氣重新利用。熱泵蒸發的節能效果一般可相當于3～5效的多效蒸發。（3）熱泵蒸發：說明：該方法不適用于沸點隨氣壓升高較大物料的蒸發。另外，壓縮機的投資費用較高等，限制了它的應用。86(1)溫度差損失和有效溫度差

▲當完成液濃度相同時，多效蒸發中各效溫度差損失之和大于單效蒸發；

▲當理論傳熱溫度差一定時，多效蒸發的各效有效傳熱溫度差之和小于單效蒸發。多效蒸發與單效蒸發的比較有效傳熱溫度差溫度差損失87(2)經濟性

▲多效蒸發的生蒸氣經濟性（W/D）理論值與效數成正比，其經驗值也隨效數增多而增加，但不成正比。(3)生產能力和生產強度

▲當多效蒸發的Δtm及各效Ai

，Ki與單效相同時，雖然多效蒸發傳熱面積為單效蒸發的m倍，但生產能力小于單效蒸發,多效蒸發的生產強度小于單效蒸發的1/m；

▲為完成相同的生產任務，多效蒸發所需要的傳熱面積大于單效蒸發的m倍，多效蒸發經濟性的提高是以增加設備費為代價的。88(4)多效蒸發中效數的限制和選擇蒸發裝置中效數越多，溫度差損失越大，且對某些濃溶液的蒸發還可能發生總溫度差損失大于或等于有效總溫度差，導致蒸發無法進行，所以多效蒸發的效數有一定限制。多效蒸發中效數增加，單位蒸汽的消耗量會減小，降低操作費用，但是會增加設備投資費用。

傳熱溫度差的限制；設備費用的限制

▲效數選擇：原則上應使單位生產能力的設備費與操作費之和為最小。89蒸發器的附屬設備1、除沫器作用：進一步除去離開蒸發器的二次蒸氣中夾帶的液沫，避免造成產品損失、污染冷凝器和堵塞管道。結構：常見的幾種除沫器如下頁圖所示。其中，（a）-(e)裝于蒸發室頂部：（f）-（h）則在蒸發室之外，他們主要都是利用液體的慣性以達到氣液的分離。91922、冷凝器冷卻水由頂部加入，依次經過各淋水板的小孔和溢流堰流下，在和底部進入并逆流上升的二次蒸氣的接觸過程中，使二次蒸氣不斷冷凝。水和冷凝液沿氣壓管（俗稱“大氣腿”）流至地溝排走。不凝性氣體則由頂部抽出，并與夾帶的液沫分離。外殼氣壓管不凝性氣體管分離器溢流堰93蒸發器的選用

蒸發器的結構型式很多，選用時應結合具體的蒸發任務，如被蒸發溶液的性質、處理量、蒸濃程度等工藝要求，選擇適宜的型式。94傳熱過程和設備的強化與展望1、研制開發新型高效蒸發器主要從改變加熱管表面形狀著手；2、改善蒸發器內流體的流動狀況一是提高蒸發器循環速度；二是在蒸發器圓管內裝入湍流元件；3、改進溶液性質減少或消除泡沫、加入適量阻垢劑等；4、優化設計和操作95分子蒸餾蒸餾技術的發展分子蒸餾原理與概念分子蒸餾設備及應用96分子蒸餾在蒸餾過程中采用特殊措施，增大離開液相的分子流而減少返回液相的分子流，實現從液相到氣相的單一分子流向，即分子蒸餾（moleculardistillation）。分子包括蒸氣分子和不凝性氣體分子。97分子的自由程：當兩個分子離得較遠時，分子之間的作用力表現為吸引力；但當兩分子接近到一定程度后，分子之間的作用力就會變為排斥力，且這種排斥力隨其接近程度的增加而迅速增加。當兩分子接近到一定程度，排斥力的作用就會使兩分子分開，這種由接近而至排斥分離的過程就是分子的碰撞過程。指氣體分子在兩次連續碰撞之間所走路程的平均值。分子碰撞：氣體分子運動自由程:98當液體混合物沿加熱板流動并被加熱，輕、重分子會逸出液面而進入氣相，由于輕、重分子的自由程不同，因此，不同物質的分子從液面逸出后移動距離不同，若能恰當地設置一塊冷凝板，則輕分子達到冷凝板被冷凝排出，而重分子達不到冷凝板沿混合液排出。達到物質分離的目的。分子蒸餾的基本原理是：實現單流向的分子蒸餾的先決條件：①輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好。②蒸發面與冷凝面間距必須小于輕分子的平均自由程。991001、分子蒸餾可以在任何溫度下進行，只要冷熱兩面間存在著溫度差，就能達到分離目的。

2、分子蒸餾過程中，從蒸發表面逸出的分子直接飛射到冷凝面上，中間不與其它分子發生碰撞，理論上沒有返回蒸發面的可能性，所以，分子蒸餾過程是不可逆的。

3、分子蒸餾過程是液層表面上的自由蒸發，沒有鼓泡現象。

4、蒸餾真空度高，分子蒸餾裝置其內部可以獲得很高的真空度，因此物料不易氧化受損。5、蒸餾液膜薄,傳熱效率高。6、物料受熱時間短，液面逸出的輕分子幾乎未經碰撞就達到冷凝面。分子蒸餾特征101分子蒸餾的應用(1)對于高沸點、熱敏及易氧化物料的分離,分子蒸餾提供了最佳分離方法。因為分子蒸餾在遠低于物料沸點的溫度下操作,而且物料停留時間短;

(2)分子蒸餾可極有效地脫除液體中的物質如有機溶劑、臭味等,這對于采用溶劑萃取后液體的脫溶是非常有效的方法;

(3)分子蒸餾可有選擇地蒸出目的產物,去除其它雜質,通過多級分離可同時分離2種以上的物質;

(4)分子蒸餾的分餾過程是物理過程,因而可很好地保護被分離物質不受污染和侵害。102分子蒸餾的幾個參數液膜的厚度：Sm－名義膜厚［米］

－物料動力粘度［米2·秒-1］g－重力加速度［米·秒-2］Re－雷諾數，無因次Re＞400時，該方程成立u－表面載荷［米3·秒-1·米-1］v－物料的動力粘度［米2·秒-1］其中：103對機械式刮膜來說，文獻中所見到的所有膜厚都是由經驗公式確定的，它們介于0.05～0.5mm之間。主要參數是：*

表面載荷（取決于蒸發器的長度）*

物料粘度*

刮片元件施加于膜上的力104蒸發量公式：p—壓力，Pa;T—溫度，K;M—蒸發組分的相對分子量；Gm—蒸發的物料量,kg/(m2h）；105106分子蒸餾設備1.靜止式分子蒸餾器2.降膜式分子蒸餾器3.刮膜式分子蒸餾器4.離心式分子蒸餾器107該裝置的主要缺陷是液膜很厚，物料被持續加熱，容易分解，分離效率低，現已被淘汰。靜止式分子蒸餾器是最早出現的一種簡單、低廉的分子蒸餾設備。根據形狀可分為釜式、盤式等。1.靜止式分子蒸餾器蒸餾液108降膜式裝置也是早期形式，結構簡單，蒸餾效率遠遠高于靜止式分子蒸餾器.2.降膜式分子蒸餾器蒸餾液殘液109但由于蒸發面上的物料受流量和粘度的影響不能形成均勻的液膜，有時甚至不能完全覆蓋蒸發面，并且靠重力流動的液膜處于層流狀態，傳質傳熱效率不高，因而嚴重影響了蒸發有效面積和蒸餾效率。刮膜式是目前應用最廣的一種分子蒸餾器形式。刮膜器將料液在蒸發面上刮成厚度均勻，連續更新的渦流液膜，大大增強了傳質傳熱效率并有效控制了液膜厚度（0.25-0.76mm）、均勻性和物料停留時間，使蒸餾效率明顯提高，熱分解顯著降低。3.刮膜式分子蒸餾器110進料口轉子冷卻水殘液蒸餾液真空待分離料液從進料口被送到高速旋轉的轉盤上，在高速旋轉的離心力作用下逐漸擴散成均勻的薄膜，受熱后輕組分飛逸到冷凝面上冷凝，匯集到餾分接口，重組分從殘液接口排出。

4.離心式分子蒸餾器蒸餾液殘液111離心式分子蒸餾器的優點：①由于轉盤的高速旋轉，可形成非常?。?.04-0.08mm）且均勻的液膜，蒸發速率和分離效率都較好；②料液在轉盤上的停留時間更短，有效地避免了物料的熱分解；③轉盤和冷凝面的距離可調，可適用于不同物系的分離。缺點：由于其特殊的轉盤裝置，對密封技術提出了更高的要求，且結構復雜，投入成本較高。比較適合大規模生產和高經濟效益物質的分離。112MDL-150（離心式）113114115分子蒸餾的適用范圍1.分子蒸餾適用于不同物質分子量差別較大的液體混合物系的分離，特別是同系物的分離，分子量必須要有一定差別。2.分子蒸餾也可用于分子量接近但性質差別較大的物質的分離，如沸點差較大、分子量接近的物系的分離。3.分子蒸餾特別適用于高沸點、熱敏性、易氧化（或易聚合）物質的分離。1164.分子蒸餾適宜于附加值較高或社會效益較大的物質的分離。5.分子蒸餾不適宜于同分異構體的分離。117設備成本過高,結構復雜,設計技術要求高,相應的配套設備也多,投資過大。受設備結構和加熱面積的限制,設備體積比常規蒸餾設備體積大,在大規模生產應用中有不少困難。分子蒸餾技術的局限性118廣受科研人員歡迎的實驗型設備：MD-S80119120121分子蒸餾實用舉例單甘酯的生產分子蒸餾技術廣泛應用于食品工業,主要用于混合油脂的分離。單甘酯即甘油一酸酯,它是重要的食品乳化劑。單甘酯的用量目前占食品乳化劑用量的三分之二。在商品中它可起到乳化、起酥、蓬松、保鮮等作用,可作為餅干、面包、糕點、糖果等專用食品添加劑。從蒸餾液面上將單甘酯分子蒸發出來后立即進行冷卻,實現分離。利用分子蒸餾可將未反應的甘油、單甘酯依次分離出來?？傻玫絾沃舅岣视王?0%的高純度產品。此法是目前工業上高純度單甘酯生產方法中最常用和最有效的方法,所得到的單甘酯達到食品級要求。

分子蒸餾單甘酯產品以質取勝,逐漸代替了純度低、色澤深的普通單甘酯,市場前景樂觀,開發分子蒸餾單甘酯可為企業帶來豐厚的利潤。122本章內容回顧蒸發：使含有不揮發性溶質的溶液沸騰汽化并分離出蒸氣，從而使溶液中溶質濃度提高的單元操作。影響蒸發速率的因素：溫度、液體表面積、空氣流動。蒸發器的分類：間歇式蒸發、連續蒸發；單效蒸發、多效蒸發；加壓、常壓、減壓蒸發。蒸發技術選擇的注意事項：1、溶液沸點升高；2、物料的工藝特性；3、能量的回收利用。123單效蒸發的計算：單效蒸發的物料衡算與熱量衡算；生產能力與生產強度；提高生產強度的方法：提高總傳熱系數K；提高傳熱溫度差。多效蒸發的分類：并流加料流程、逆流加料流程、平流加料流程。單效蒸發與多效蒸發的比較：有效溫度差與溫度差損失；生蒸汽經濟性；生產能力與生產強度；多效蒸發的效數限制；124蒸發器的分類：循環型和非循環性蒸發器。a.中央循環管式蒸發器，

b.懸筐式蒸發器

c.外熱式蒸發器，

d.列文式蒸發器

e.強制循環蒸發器。a.升膜式蒸發器，

b.降膜式蒸發器，

c.刮板式蒸發器。循環型蒸發器非循環型蒸發器125126分子蒸餾在蒸餾過程中采用特殊措施，增大離開液相的分子流而減少返回液相的分子流，實現從液相到氣相的單一分子流向，即分子蒸餾。分子蒸餾原理：氣體分子運動自由程差異。實現分子蒸餾的條件：①輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好。②蒸發面與冷凝面間距必須小于輕分子的平均自由程。1271、分子蒸餾可以在任何溫度下進行，只要冷熱兩面間存在著溫度差，就能達到分離目的。

2、分子蒸餾過程中，從蒸發表面逸出的分子直接飛射到冷凝面上，中間不與其它分子發生碰撞，理論上沒有返回蒸發面的可能性，所以，分子蒸餾過程是不可逆的。

3、分子蒸餾過程是液層表面上的自由蒸發，沒有鼓泡現象。

4、蒸餾真空度高，分子蒸餾裝置其內部可以獲得很高的真空度，因此物料不易氧化受損。5、蒸餾液膜薄,傳熱效率高。6、物料受熱時間短，液面逸出的輕分子幾乎未經碰撞就達到冷凝面。分子蒸餾特征128主要內容基本概念萃取原理萃取分類主要萃取技術與設備129裝置圖130一、基本概念萃取是利用在兩個不相混溶的相中各組分溶解度的不同，從而增濃和提取分離目標產物的過程。提取、萃取、抽提英文都是Extraction習慣上，提取多指分離純化前期，被提取物從破碎的細胞中釋放出來的過程；而抽提則貫穿在分離純化整個過程中。131一般而言，待處理溶液中被萃取的物質稱為溶質；其他部分稱為原溶劑；加入的第三組分稱為萃取劑。當萃取劑加入到料液中混合靜置后分成兩個液相：以萃取劑為主（含溶質）的相稱為萃取相；另一相以原溶劑為主，稱為萃余相。萃取操作示意圖132物質在兩相中的分布服從分配定律，即：在一定溫度和壓力下，物質A在有機相與水相中分配達到平衡時，其濃度比為一常數，通常稱為分配系數Kd：分配系數133134分配系數：k=y/xy=kxY平衡時溶質在輕相中的溶解度；X平衡時溶質在重相中的溶解度。分配定律的適用條件稀溶液溶質與溶劑之間的互溶度沒有影響分子類型相同，不發生締合或解離135例含有I-的I2溶液在H2O//CCl4的分配，水溶液不僅有I2，還有I3-，這時分配系數并不是一個常數。

在實際工作中，人們所關注的是被萃物分配在兩相中的實際總濃度各為多少，而不是它們的具體存在的型體。即，在一定條件下，當達到萃取平衡時，被萃物質在有機相和在水相的總濃度之比。分配比136分配系數和分配比的比較●概念不同，關注的對象有差別●兩者有一定的聯系KD表示在特定的平衡條件下，被萃物在兩相中的有效濃度（即分子形式一樣）的比值；而D表示實際平衡條件下被萃物在兩相中總濃度（即不管分子以什么形式存在）的比值。分配比隨著萃取條件變化而改變。137②分離系數：

A/B=DA/DB

“表示兩種分離組分分離的可能性和效果”問題：DA

和DB相差不太大，如何處理？

分配比隨著萃取條件變化而改變。因而改變萃取條件，可使分配比按照所需的方向改變，從而使萃取分離更加完全。

分配比可以衡量被萃物在一定條件下進入有機相的難易程度，但它不能直接表示出被萃物有多少量已被萃取出來。138二、萃取原理溶解度不同溶質溶質溶劑溶劑分子間作用力139溶解度的判定方法已知物查閱有關資料手冊未知物根據物質溶解的一般規律作預實驗分子結構相似相似相溶分子間作用力大小相似140

無機鹽類溶于水，發生離解形成水合離子，它們易溶于水中，難溶于有機溶劑，物質的這種性質稱為親水性。離子化合物，極性化合物是親水性物質。物質的親水性和疏水性極性基團非極性基團

許多非極性有機化合物，如烷烴、油脂、萘、蒽等難溶于水，而易溶于有機溶劑，物質的這種性質稱為疏水性（親油性）。

141影響溶解度的因素pH溫度離子強度142●pH對表觀分配系數的影響（pH~K）

pH低有利于酸性物質分配在有機相，堿性物質分配在水相。

對弱酸隨pH↓K↑,當pH<<pK時，K→K0

1.pH：1431441452.溫度T

◆T↑，分子擴散速度↑，故萃取速度↑

◆

T影響分配系數例：pen―T↑水中的溶解度↑

∴萃取時T↓使K↑；反萃時T↑使K反↑

紅霉素、螺旋霉素―T↑水中的溶解度↓

∴萃取時T↑使K↑；反萃時T↓使K反↓◆

T影響兩溶劑的互溶度影響

一般生化物質的萃取在室溫或較低溫度下進行1463.離子強度(鹽析)：無機鹽——氯化鈉、硫酸銨，作用：生化物質在水中溶解度↓；兩相比重差↑兩相互溶度↓147三、萃取分類從萃取機理角度分：（1）物理萃?。豪萌軇π璺蛛x組分有較高的溶解能力，分離過程純屬物理過程。（2）化學萃?。喝軇┯羞x擇地與溶質化合或者絡合，是溶解度重新分配。148從目標溶質所在的位置分：（1）固——液萃?。耗繕巳苜|從固相轉入液相。（浸提）（2）液——液萃?。耗繕巳苜|原先就在液相，再轉入不互溶的另一液相。（抽提）149從料液和溶劑接觸和流動情況分：（1）單級萃取錯流萃?。?）多級萃取逆流萃取150單級萃取流程示意圖單級萃取：只包括一個混合器和一個分離器151料液經萃取后，萃余液再與新鮮萃取劑接觸，再進行萃取。第一級的萃余液進入第二級作為料液，并加入新鮮萃取劑進行萃?。坏诙壍妮陀嘁涸僮鳛榈谌壍牧弦海源祟愅啤４朔ㄌ攸c在于每級中都加溶劑，故溶劑消耗量大，而得到的萃取劑平均濃度較稀，但萃取較完全。錯流萃取152多級錯流萃取示意圖料液入口第一級第二級第三級萃余液出口153手工洗衣服為例

打完肥皂、揉搓后，如何將肥皂沫去除呢？經驗表明：每盆水揉搓的時間越長（即萃取越接近平衡），擰得越干（即萃取與萃余相相分離越徹底），所用漂洗次數越少（即錯流級數越少）。

1543）多級逆流萃取在多級逆流萃取中，在第一級中連續加入料液，并逐漸向下一級移動，而在最后一級中連續加入萃取劑，并逐漸向前一級移動。料液移動的方向和萃取劑移動的方向相反，故稱為逆流萃取。在逆流萃取中，只在最后一級中加入萃取劑，故和錯流萃取相比，萃取劑之消耗量較少，因而萃取液平均濃度較高。155多級逆流萃取圖156157青霉素的多級逆流萃取158從萃取劑角度分：（1）有機溶劑萃?。唬?）反萃取；（3）液膜萃??；（4）雙水相萃取；（5）反膠團萃取；（6）超臨界萃取。159（1）有機溶劑萃取以有機溶劑為萃取劑的萃取。常作為萃取劑的有機溶劑有：在水中溶解度大的：甲醇、乙醇、乙腈、丙酮

微溶于水的：正丁醇、乙酸乙酯、乙醚

不溶于水的：氯仿、石油醚160161萃取分離的依據物質親水性疏水性離子型化合物極性共價鍵化合物弱極性或非極性相互轉換162萃取百分率稱為相比R可近似地反映溶質濃縮的效率當R=1時，其中DE%1001.00.01100500D1101001000E%50919999.9增大萃取率減小相比增加萃取次數√163萃取劑的基本要求①選擇性系數要大，可使萃取分離操作簡便，容易得到純度高的萃取產品；②對溶質的溶解度要大(即萃取容量高)，操作用量就少；③與原溶劑的互溶度要小(即分離效果好)，萃取劑在萃余液中的損失較少；④粘度要小，界面張力適度，對料液有較大的密度差，以方便操作；⑤化學性質穩定,無毒性，揮發度低，不易燃燒；⑥價廉易得,容易回收。164萃取劑的分類單組分萃取劑①中性萃取劑，如醇、酮、醚、酯、醛及烴類。它們能夠直接溶解被萃組分或先與被萃組分生成溶劑絡合物。②酸性萃取劑，如羧酸、酸性磷酸酯等。③堿性萃取劑，主要用叔胺和季銨鹽。前者與料液中的游離酸結合而實現萃取，后者以自身的陰離子換取料液中的陰離子而萃取。多組分萃取劑由萃取反應劑、稀釋劑、調節劑復配而成。165一般水溶性較小的物質可用石油醚萃取。水溶性大的物質可用苯或乙醚；水溶性極大的物質可用乙酸乙酯。166

索氏(Soxhlet)萃取器固體樣品★萃取劑流向：Gas:C→D→E(g→l)Liq.:A→S(ex.)→B→C★新鮮溶劑循環萃取★“靜態”萃取液-固萃取167萃取劑

什么樣的溶質不適合采用索氏萃取器？168靜置分層振蕩萃取萃取過程

液-液萃取169170

1、選擇容積較液體體積大一倍以上的分液漏斗，把活塞擦干，在活塞上均勻涂上一層潤滑脂（切勿涂得太厚或使潤滑脂進入活塞孔中，以免污染萃取液）塞好后再把活塞旋轉幾圈，使潤滑脂均勻分布，看上去透明即可。

2、檢查分液漏斗的頂塞與活塞處是否滲漏（用水檢驗），確認不漏水時方可使用，將其放置在合適的并固定在鐵架上的鐵圈中，關好活塞。用分液漏斗進行萃取操作的步驟：1713、將被萃取液和萃取劑（一般為被萃取液體積的1∕3）依次從上口倒入漏斗中，塞緊頂塞（頂塞不能涂潤滑脂）。4、取下分液漏斗，用右手手掌頂住漏斗頂塞并握住漏斗頸，左手握住漏斗活塞處，大拇指壓緊活塞，把分液漏斗口略朝下傾斜，并前后振蕩：開始振蕩要慢，振蕩后，使漏斗口仍保持原傾斜狀態，下部支管口指向無人處，左手仍握在活塞支管處，用拇子和食指旋開活塞，釋放出漏斗內的蒸氣或產生的氣體，使內外壓力平衡，此操作也稱“放氣”。如此重復至放氣時只有很小壓力后，再劇烈振蕩2—3min,然后再將漏斗放回鐵圈中靜置。1725、待兩層液體完全分開后，打開頂塞，再將活塞緩緩旋開，下層液體自活塞放出至接受瓶：（1）若萃取劑的比重小于被萃取液的比重，下層液體盡可能放干凈，有時兩相間可能出現一些絮狀物，也應同時放去；然后將上層液體從分液漏斗的上口倒入三角瓶中，切不可從活塞放出，以免被殘留的被萃取液污染。再將下層液體到回分液漏斗中，再用新的萃取劑萃取，重復上述操作，萃取次數一般為3—5次。（2）若萃取劑的比重大于被萃取液的比重，下層液體從活塞放入三角瓶中，但不要將兩相間可能出現一些絮狀物放出；再從漏斗口加入新萃取劑，重復上述操作。6、將所有的萃取液合并，加入過量的干燥劑干燥。173注意事項：在萃取時，可利用“鹽析效應”，即在水溶液中加入一定量的電解質（如氯化鈉），以降低有機物在水中的溶解度，提高萃取效果。分液漏斗中的液體兩層之間的界面不能看得清楚。這時可以向分液漏斗中加少許活性碳，活性炭將在兩層之間的界面上被清楚看到。萃取原則：少量多次用同樣量的萃取劑，分多次萃取比一次萃取的效率高。分液漏斗使用后，應用水沖洗干凈，玻璃塞和活塞用薄紙包裹后塞回去。174影響有機溶劑萃取的主要因素(1)乳化與去乳劑乳化：液體分散在另一不相溶的液體中的分散體系乳濁液的形式：水包油、油包水常用的去乳化的方法：過濾和離心、加熱、稀釋法、加電解質、吸附法、頂替法、轉型法常用去乳劑：陽離子表面活性劑（溴代十五烷基吡啶）陰離子表面活性劑（十二烷基硫酸鈉）175（2）pH值紅霉素在pH9.8時，在乙酸戊酯與水相間的分配系數等于44.7，而在pH5.5時，紅霉素在水相與乙酸戊酯間的分配系數等于14.4。（3）溫度（4）鹽析（5）帶溶劑

帶溶劑是指這樣一種物質，能和被萃取物質形成復合物而易溶于溶媒中，形成的復合物在一定條件下又容易分解例如：鏈霉素在中性下能與二異辛基磷酸酯結合，從而從水相萃取到三氯乙烷中，然后在酸性下再萃取到水相176（2）反萃取萃取:一般是指用有機溶劑將水中的某些物質提取到有機溶劑中的過程。反萃?。壕褪瞧淠孢^程,即用水(或其他極性大的溶劑)將在有機溶劑中的某些物質萃取到水中,所以反萃取劑主要是水(或其他極性大的溶劑),要與有機溶劑互不相溶,與被萃取的物質不反應.對應的反萃取物應該是在水中溶解度較大的物質。177萃取、洗滌和反萃取操作過程示意圖178（3）液膜萃取液膜是指懸浮在液體中的很薄的一層乳液微粒。乳液通常是由溶劑(水或有機溶劑)、表面活性劑、載體和添加劑形成的。其中溶劑構成膜基體；表面活性劑起乳化作用，可以促進液膜傳質速度和提高其選擇性；添加劑用于控制液膜的穩定性和滲透性。液膜分乳化液膜和支撐液膜兩類。液膜萃取（Liquidmembraneextraction

）一種以液膜為分離介質，以濃度差為推動力的分離操作。通常將含有被分離組分的料液作連續相，稱為外相；接受被分離組分的液體稱內相，成膜的液體處于兩者之間稱為膜相，三者組成液膜分離體系。179在液膜萃取過程中，被分離組分從外相進入膜相，再轉入內相、濃集于內相。如果工藝過程有特殊要求，也可內、外相調換。液膜萃取系統中的外相、膜相和內相，分別對應于溶劑萃取系統的料液、萃取劑和反萃取劑，故萃取和反萃取在一個過程中完成，溶劑消耗量可大大減少。180①乳狀液膜乳狀液膜根據成膜流體的不同，分為(W/O)/W和(O/W)/O兩種。在常規分離中主要應用(W/O)/W型乳狀液膜。(W/O)/W型乳液液膜內水相液膜目標溶質料液181②支撐液膜支撐液膜是將固體膜浸在膜溶劑(如有機溶劑中)使膜溶劑充滿膜的孔隙形成液膜。支撐液膜分隔料液相和反萃相,實現滲透溶質的選擇性萃取。當液膜為油相時，常用的多孔膜為聚四氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯等高疏水性膜。與乳狀液膜相比，支撐液膜結構簡單，放大容易。182③流動液膜流動液膜也是一種支撐液膜，是為了彌補上述支撐液膜的膜相容易流失的缺點而提出的，液膜相可循環流動，因此在操作過程中即使有所損失也很容易補充，不必停止萃取操作進行液膜再生。183

常見的支撐液膜組件184液膜分離技術的應用液膜分離技術由于其良好的選擇性和定向性，分離效率高，而且能達到濃縮、凈化和分離的目的，因此，廣泛用于化工、食品、制藥、環保、濕法冶金、氣體分離和生物制品等工業中。近年來液膜分離技術在發酵液產物分離領域中也引起了人們的關注，進行了較為廣泛的研究和開發工作。185制備液膜液膜萃取澄清分離破乳液膜萃取的操作過程186液膜分離萃取檸檬酸膜相檸檬酸萃取物內相空氣料液廢液循環１－乳液裝置１2３42－發酵罐３－混合-分離裝置4－破乳裝置187液膜萃取分離氨基酸188（4）雙水相萃取

聚合物的不相溶性(incompatibility)：當兩種高分子聚合物之間存在相互排斥作用時，由于相對分子質量較大，分子間的相互排斥作用與混合過程的熵增加相比占主導地位，一種聚合物分子的周圍將聚集同種分子而排斥異種分子，當達到平衡時，即形成分別富含不同聚合物的兩相。這種含有聚合物分子的溶液發生分相的現象稱為聚合物的不相容性。189雙水相體系（AqueousTwo-PhaseSystem）

將兩種不同的水溶性聚合物的水溶液混合，當聚合物達到一定濃度時，體系會自然的分成互不相溶的兩相，這就是雙水相體系。雙水相萃?。╬artitionoftwoaqueousphasesystem）利用雙水相的成相現象及待分離組分在兩相間分配系數的差異，進行組分分離或多水相提純的技術。190發展歷史1896年荷蘭微生物學家Beijerinck發現明膠和可溶性淀粉兩種水溶性聚合物不相溶。1955年瑞典倫德大學Albertsson利用雙水相體系從單細胞類藻類中分離淀粉核。1979年德國GBF的Kula等人將雙水相萃取分離技術應用于生物產品分離，提取酶蛋白。國內自20世紀80年代起也開展了雙水相萃取技術研究。191常用的雙水相體系高聚物/高聚物體系：聚乙二醇(簡稱PEG)/葡聚糖(簡稱Dextran)高聚物/無機鹽體系：PEG/硫酸鹽或磷酸鹽體系。192P40193常用上向下相搭配一覽表類型上相下相非離子型聚合物/非離子型聚合物聚乙二醇聚乙烯醇、葡聚糖、聚蔗糖、聚乙烯吡咯烷酮聚丙二醇聚乙二醇、聚乙稀醇、葡聚糖、甲基聚丙二醇、羥丙基葡聚糖、聚乙烯吡咯烷酮羥丙基葡聚糖葡聚糖聚蔗糖葡聚糖乙基羥基纖維素葡聚糖甲基纖維素羥丙基葡聚糖、葡聚糖高分子電解質/非離子型聚合物羧甲基葡萄糖鈉鹽聚乙二醇高分子電解質/高分子電解質葡聚糖硫酸鈉羧甲基纖維素鈉羧甲基葡萄糖鈉鹽羧甲基纖維素鈉非離子型聚合物/低分子量化合物葡聚糖丙醇非離子型聚合物/無機鹽聚乙二醇磷酸鉀、硫酸銨、硫酸鎂、硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、甲酸鈉194分離物質實例體系蛋白質從奶酪中分離β乳球蛋白PEG/磷酸鹽從轉基因羊乳中純化藥物蛋白PEG/硫酸銨酶從細胞培養液中提取脂肪酶PEG/磷酸鹽從發酵液中分離提取α-淀粉酶和蛋白酶PEG/硫酸銨從發酵液中分離提取葡萄糖苷酶PEG/硫酸銨過氧化氫酶的分離PEG/葡聚糖核酸DNA、RNA的分離PEG/葡聚糖抗生素從發酵液中萃取丙酰螺旋霉素PEG/磷酸鹽從發酵液中提取青霉素PEG/硫酸銨多糖微生物牛乳糖的純化PEG/磷酸鹽線性和環狀低聚糖的分離PEG/磷酸鹽色素從豬心中提取細胞色素CPEG/硫酸銨抗體從禽卵黃中提取IgG抗體PEG/磷酸鹽雙水相萃取技術在食品生物分離中的應用195196雙水相萃取技術的特點體系的含水量多達70-90%，兩相界面張力極低，有助于保持生物物質的活性和相間的質量傳遞。上下密度差小，一般為10-2g/cm3左右。自然分相時間短。一般為5-60min。目標產物分配系數高，回收率高，效率高。易于連續操作和工程放大，可直接線性放大40000倍。處理容量大，聚合物循環使用，成本和能耗較低。197方法步驟流量Kg/h酶收率%純化倍數總純度%沉淀法30.77633.523雙水相法110-157712.843β-半乳糖苷酶不同純化方法的比較198雙水相中的分配平衡

與溶劑萃取相同，溶質在雙水相中的分配系數也用m=c2/c1表示。為簡便起見，用c1

和c2分別表示平衡狀態下下相和上相中溶質的總濃度。已有的大量研究表明，生物分子的分配系數取決于溶質與雙水相系統間的各種相互作用，其中主要有靜電作用、疏水作用和生物親和作用等。199影響物質分配平衡的因素（1）聚合物及其分子量的影響不同聚合物的雙水相系統顯示出不同的疏水性，水溶液中聚合物的疏水性按下列次序遞增:

葡萄糖硫酸鹽<甲基葡萄糖<葡萄糖<羥丙基葡聚糖<甲基纖維素<聚乙烯醇<聚乙二醇<聚丙三醇聚合物的類型（離子和非離子）和平均分子量的影響非常重要。200

同一聚合物的疏水性隨分子量增加而增加，其大小的選擇依賴于萃取過程的目的和方向，在PEG/DEX系統中，蛋白質的分配系數隨著DEX相對分子量的增加而增加。若想在上相獲得較高的蛋白質收率，對于PEG聚合物，應降低它的平均分子量，相反，若想在下相獲得較高的蛋白質收率，則平均分子量應增加。201（2）pH值的影響改變兩相的電位差如體系pH值與蛋白質的等電點相差越大，則蛋白質在兩相中分配越不均勻。

pH值的變化也會導致組成體系的物質電性發生變化，也會使被分離物質的電荷發生改變，從而影響分配的進行。202（3）離子環境對蛋白質在兩相體系分配的影響在雙水相聚合物系統中，加入電解質時，其陰陽離子在兩相間會有不同的分配。同時，由于電中性的約束,存在一穿過相界面的電勢差(Donnan電勢),它是影響荷電大分子如蛋白質和核酸等分配的主要因素。同樣，對于粒子遷移也有相似的影響，粒子因遷移而在界面上積累。故只要設法改變界面電勢，就能控制蛋白質等電荷大分子轉入某一相。203（4）溫度的影響

分配系數對溫度的變化不敏感成相聚合物對蛋白質有穩定化作用,所以室溫操作活性收率依然很高,而且室溫時粘度較冷卻時(4℃)低,有助于相的分離并節省了能源開支。204雙水相體系相圖C：分相臨界點；TCB曲線：雙結點曲線不分相雙水相205雙水相萃取的工藝流程

雙水相萃取技術的工藝流程主要由三部分構成:目的產物的萃取;PEG的循環;無機鹽的循環。206雙水相的應用舉例分離和提純各種蛋白質(酶）用PEG/-(NH4)2SO4

雙水相體系,經一次萃取從α-淀粉酶發酵液中分離提取α-淀粉酶和蛋白酶,萃取最適宜條件為PEG1000(15%)-(NH4)2SO4(20%),pH=8,α-淀粉酶收率為90%,分配系數為19.6,蛋白酶的分離系數高達15.1。比活率為原發酵液的1.5倍,蛋白酶在水相中的收率高于60%。207提取抗生素和分離生物粒子采用PEG/Na2HPO4

體系提取丙酰螺旋霉素，最佳萃取條件是pH=8.0～8.5，PEG2000(14%)/Na2HPO4(18%),小試收率達69.2%,對照的乙酸丁酯萃取工藝的收率為53.4%208209雙水相萃取和其他方法的集成A、與細胞破碎過程的結合B、親和雙水相萃?。簩⒂H和吸附于雙水相技術相結合，對成相聚合物進行化學修飾，添加親和配基所構成的體系成為親和雙水相體系。吸附專一性強，分離效率更高。（a-干擾素，甲酸脫氫酶，乳酸脫氫酶等）210◆與帶配基的吸附微粒相結合◆雙水相萃取與膜分離技術相結合◆雙水相萃取與生物轉化過程相結合。211萃取是利用在兩個不相混溶的相中各組分溶解度的不同，從而增濃和提取分離目標產物的過程。分配系數：k=y/xY平衡時溶質在輕相中的溶解度；X平衡時溶質在重相中的溶解度。YXK=212萃取的分類萃取機理目標溶質所在位置萃取劑角度物理萃取化學萃取固-液萃取液-液萃取（抽提）料液和溶劑接觸和流動情況單級萃取多級萃取（1）有機溶劑萃??；（2）反萃??；（3）液膜萃取；（4）雙水相萃取；（5）反膠團萃取；（6）超臨界萃取。213有機溶劑萃?。簩⒋腿〗M分由親水性轉化為疏水性，使其萃入有機相中。稱為相比其中①選擇性系數要大；②對溶質的溶解度要大；③與原溶劑的互溶度要?。虎苷扯纫?，界面張力適度；⑤化學性質穩定,無毒性；⑥價廉易得,容易回收。萃取劑的基本要求214液膜萃?。↙iquidmembraneextraction

）一種以液膜為分離介質，以濃度差為推動力的分離操作。通常將含有被分離組分的料液作連續相，稱為外相；接受被分離組分的液體稱內相，成膜的液體處于兩者之間稱為膜相，三者組成液膜分離體系反萃?。壕褪禽腿〉哪孢^程,即用水(或其他極性大的溶劑)將在有機溶劑中的某些物質萃取到水中,所以反萃取劑主要是水(或其他極性大的溶劑),要與有機溶劑互不相溶,與被萃取的物質不反應.對應的反萃取物應該是在水中溶解度較大的物質。215（2）反萃取萃取:一般是指用有機溶劑將水中的某些物質提取到有機溶劑中的過程。反萃取：就是其逆過程,即用水(或其他極性大的溶劑)將在有機溶劑中的某些物質萃取到水中,所以反萃取劑主要是水(或其他極性大的溶劑),要與有機溶劑互不相溶,與被萃取的物質不反應.對應的反萃取物應該是在水中溶解度較大的物質。216萃取、洗滌和反萃取操作過程示意圖217（3）液膜萃取液膜是指懸浮在液體中的很薄的一層乳液微粒。乳液通常是由溶劑(水或有機溶劑)、表面活性劑、載體和添加劑形成的。其中溶劑構成膜基體；表面活性劑起乳化作用，可以促進液膜傳質速度和提高其選擇性；添加劑用于控制液膜的穩定性和滲透性。液膜分乳化液膜和支撐液膜兩類。液膜萃?。↙iquidmembraneextraction

）一種以液膜為分離介質，以濃度差為推動力的分離操作。通常將含有被分離組分的料液作連續相，稱為外相；接受被分離組分的液體稱內相，成膜的液體處于兩者之間稱為膜相，三者組成液膜分離體系。218（4）雙水相萃取

聚合物的不相溶性(incompatibility)：當兩種高分子聚合物之間存在相互排斥作用時，由于相對分子質量較大，分子間的相互