食品分离技术课件

食品分离技术1第一章绪论第一节食品的组成、性质和分离第二节分离过程、含量分析和数据处理

2第一节食品的组成、性质和分离什么是食品？食品为什么要分离？食品分离技术与化工分离技术的关系？3茶树菇木糖醇雪茄紫菜火龙果虫草明胶杜冷丁玉米芯肌苷酸老母鸡枸杞酒4什么是食品？《食品工业基本术语》对食品的定义:可供人类食用或饮用的物质，包括加工食品，半成品和未加工食品，不包括烟草或只作药品用的物质。《食品卫生法》对“食品”的法律定义:各种供人食用或者饮用的成品和原料以及按照传统既是食品又是药品的物品，但是不包括以治疗为目的的物品。5《食品卫生法》《食品安全法》从食品卫生立法和管理的角度，广义的食品概念还涉及到:

所生产食品的原料；

食品原料种植、养殖过程接触的物质和环境；食品的添加物质；

所有直接或间接接触食品的包装材料、设施以及影响食品原有品质的环境。67是指来自于有机农业生产体系，根据国际有机农业生产要求和相应的标准生产加工的，即在原料生产和产品加工过程中不使用化肥、农药、生长激素、化学添加剂、化学色素和防腐剂等化学物质，不使用基因工程技术。无污染是指在绿色食品生产、加工过程中，通过严密监测、控制，防范农药残留、放射性物质、重金属、有害细菌等对食品生产各个环节的污染，以确保绿色食品产品的洁净。无公害农产品是指产地环境、生产过程、产品质量符合国家有关标准和规范的要求，经认证合格获得认证证书并允许使用无公害农产品标志的未经加工或初加工的食用农产品。

粮食食品——肉、蛋、奶、水果、蔬菜原粮食品——精细加工食品89食品为什么要分离？10食品的原辅料也是多种成分组成的混合物，生产中要按人们的需要，对食品原辅料进行取舍，进行这种处理的过程，就是食品分离过程。目的是排除某种特殊的组分，获得较高纯度的某组分，以便提升产品的价值或用于分析。获得需要的产品（1）去除农作物中的非食用物质（杂质等）（2）人类逐步需求多层次、多样化的产品来满足必需的营养和能量。食品安全性的要求（1）去除农作物中的有害物质（农药等）（2）植物生长过程中的次生代谢会产生一些有毒物质，必须把有害组分分离出去。1112从原料到成品（产品）这个过程叫食品的生产过程原料前处理食品加工后处理产品除去杂质达到必要的纯度，物理变化过程除物理操作外，生成新的物质，化学变化过程，如食品风味形成精制、分离达必要的纯度，物理变化过程物料有效成分的提取和分离；液体物料的浓缩；固形杂质的分离；提取或脱除物料中某一组分；过滤除菌。食品分离的目标1415玉米深加工产品：16171819国家发展和改革委员会2007年9月发布202010年8月9日，中国商业联合会石油流通委员会（简称石油委）会长赵友山表示，石油委已上书国家发改委，呼吁立即叫停国内的玉米制乙醇汽油项目。目前在国内四个可以生产车用乙醇的厂家中，有三家是用玉米生产车用乙醇，以调配乙醇汽油，另外一家可以用小麦生产，生产调和乙醇汽油的车用乙醇必然消耗玉米等粮食作物。21举例：22全脂乳粉生产的工艺流程F≥12%80～85℃，30sF≥40～45%空气温度180～200℃，牛乳温度40～45℃再如：大豆萃取法制油的工艺流程大豆→预处理（筛选、粉碎、去皮、压片）→浸取（正己烷）→过滤→蒸发脱溶剂→离心脱胶→碱炼（脱酸）→脱色（白土）→脱臭→…→检验→成品（产品）23食品工业是世界制造业中的第一大产业，世界各国都把食品工业作为战略重点。深入研究食品资源的特性，食品原料的安全性评价，贮藏加工过程中有害因子的形成与转化规律，食品检测与安全控制技术等是现代食品科学领域的主要任务。24食品分离技术食品分离技术是指各种分离技术在食品科学与食品工程中的应用，它依据某些理化原理将食品物料中的不同组分进行分离，是食品加工中的一个主要操作过程。25食品分离技术的作用和重要性食品分离技术能提高食品原料的综合利用度；食品分离技术能够保持和提高食品的营养和风味；食品分离技术使食品符合食品安全法的需求；食品分离技术的发展能够改变食品厂的面貌。26绝大多数食品都离不开分离技术，因此分离技术是食品工业的基础。食品分离技术与分离科学的关系食品分离技术指各种分离技术在食品科学与食品工程中的应用，它依据某些理化原理将食品物料中的不同组分进行分离，是食品加工中的一个主要操作过程，是食品工业单元操作的深化和归属。

（一）分离过程与单元操作单元操作是分离过程的基本单元，单元操作逐步交叉、渗透和融合而形成了相对独立的分离过程。

分离过程与单元操作的主要区别：分离过程侧重分离方法的共性规律，而单元操作则侧重分离方法的个性规律；分离过程侧重多组分非理想物系，而单元操作则多侧重二元理想物系。（二）食品分离技术与化工分离技术的关系化工分离技术与其它科学技术相互交叉渗透产生一些更新的边缘分离技术，如生物分离技术、膜分离技术、环境化学分离技术、纳米分离技术、超临界流体萃取技术等。现代食品分离技术是以化工分离技术为基础和依托，根据化学分离过程的原理与方法，开发符合食品卫生与营养要求的新型分离技术。第二节分离过程、含量分析

和数据处理外加物质和能量31原料产品（食品）副产物和残余物物质通过分离设备，在分离剂（质量分离剂和能量分离剂）作用下，得到产物或残留物。食品分离过程的特点分离对象种类多，性质复杂；产品质量与分离过程密切相关；产品要求实用安全；分离对象在分离过程中易腐败。32食品分离技术的分类物理法（离心过滤沉降等）化学法（离子交换沉淀反应等）物理化学法（凝胶色谱萃取等）33根据分离方法分类食品分离技术的分类实验室规模工业应用规模34根据分离规模分类分析分离制备分离食品分离技术的分类机械分离（离心过滤沉降旋风分离）传质分离35根据分离的推动力分类平衡分离（萃取蒸发结晶）速率控制（反渗透电泳色谱）食品分离方法的确定搜集待分离物质的基本研究资料；选择和确立对该组分进行定性定量检测的方法；了解原料的特性以及待分离组分的存在和含量；确定选用分离技术并对分离条件进行实验选择；对分离效果进行评价；中间试验和工业生产应用放大。36食品分离技术的评价依据回收率和产品纯度产品质量产品安全性简化生产工艺降低能耗、场地，节约成本37综合评价目标组分的含量分析分离过程需要对目标组分进行含量分析分析方法需要提前进行选择和试验常用的分析方法有：滴定法，比色法，薄层层析，高效液相色谱等。38大豆异黄酮的HPLC分析39黄豆苷染料木苷大豆苷黄豆黄苷黄豆黄素金雀异黄素分离过程的数据处理实验数据需要进行分析和处理影响分离效果的因素较多，有时需要运用统计学的方法进行试验，优化分离参数。处理统计学实验数据的方法如平均，方差分析，多元回归分析。4041食品分离技术的发展趋势①优化传统传质分离设备的设计和操作;②研究和开发新的分离方法和传质设备传统分离技术得到发展（基于萃取机理超临界萃取技术、基于吸附平衡机理的色谱分离技术）;③食品分离技术的集成化与多级化（优化组合，取长补短，提高分离质量、降低费用）;④化学反应和分离过程的有机结合（反应萃取、反应吸收、反应结晶）.主要内容第一节蒸发分离技术（单效和多效蒸发）第二节蒸馏分离技术（分子蒸馏）43第一节蒸发分离汽化液化蒸发沸腾1、任何温度2、液体表面44基本概念使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并分离出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发。

液体在任何温度下发生在液体表面的一种缓慢的汽化现象。蒸发所用的设备称为蒸发器，属于热交换设备。蒸发操作是从溶液中分离出部分溶剂，而溶液中所含溶质的数量不变，是一个热量传递过程，其传热速率是蒸发过程的控制因素之一。45影响蒸发的因素要加快液体的蒸发，可以提高液体的温度，增大液体的表面积和加快液体表面上的空气流动；而要减慢蒸发，应该采取相反的措施。46蒸发技术的应用（1）稀溶液的增浓直接制取液体产品，或者将浓缩的溶液再经进一步处理（如冷却结晶）制取固体产品，例如蔗糖水溶液的浓缩以及各种果汁、牛奶的浓缩等等；（2）纯净溶剂的制取，此时蒸出的溶剂是产品，例如海水蒸发脱盐制取淡水。（3）同时制备浓溶液和回收溶剂，例如中药生产中酒精浸出液的蒸发，蒸发技术广泛应用于化工、轻工、制药、食品等许多工业中。47蒸发技术的分类按操作方式：间歇式、连续式；按二次蒸汽的利用情况：单效蒸发、多效蒸发；

二次蒸汽：溶液中溶剂气化所产生的蒸汽称为二次蒸汽，以区别于加热蒸汽。

单效蒸发：产生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出；多效蒸发：二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。按操作压力：常压、加压、减压（真空）。48蒸发技术选择时的注意事项（1）溶液沸点升高被蒸发的料液是含有非挥发性溶质的溶液，由拉乌尔定律可知，在相同的温度下，溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸气压。即在相同压力下，溶液的沸点t高于纯溶剂的沸点t0。因此，当加热蒸汽温度T一定，蒸发溶液的传热温度差(T-t)要小于蒸发纯溶剂时的温度差(T-t0)。溶液的浓度越高，这种影响也越显著。在进行蒸发设备的计算时，必须考虑溶液沸点上升的这种影响。在某一温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数。拉乌尔定律：49液体的蒸气压等于外界压力时的温度称为该液体的沸点（2）物料的工艺特性有些物料在浓缩过程中可能结垢、析出结晶或产生泡沫；有些物料是热敏性的；有些物料具有较大的腐蚀性或较高的粘度等等。在选择蒸发的方法和设备时，必须考虑物料的这些工艺特性。（3）能量利用与回收蒸发需消耗大量的加热蒸汽，溶液汽化又产生大量的二次蒸汽，如何充分利用二次蒸汽的潜热，提高加热蒸汽的经济程度，是蒸发器设计中的重要问题。50引起沸点升高的原因a）溶质存在，使溶液饱和蒸汽压降低；溶液沸点＞相同压力下水沸点；b）维持一定液位，液柱作用使下部溶液沸点上升；即：液柱静压头引起沸点升高。c）二次蒸汽从蒸发室流向冷凝器时，由于存在阻力而压力降低,蒸发室中二次蒸汽的温度高于冷凝室。因此，溶液的沸点升高51（一）单效蒸发真空旋转蒸发器52533-中央循环管；不凝性气体冷却水二次蒸汽料液加热蒸汽冷凝水完成液水单效蒸发流程中央循环管式蒸发器123451-加热管；2-加热室；4-蒸发室；5-除沫器；6-冷凝器654单效蒸发器的计算和选型确定水的蒸发量；加热蒸汽消耗量；蒸发器所需传热面积;总传热系数的确定;蒸发能力和蒸发强度.55加热蒸汽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加热室单效蒸发的物料衡算示意图溶质物料恒算：水的蒸发量：完成液浓度：1、水的蒸发量F:进料量kg/hW:蒸发量kg/hx0:初始料液中溶质的质量分数x1:完成液中溶质的质量分数56加热蒸汽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加热室单效蒸发的热量衡算示意图2、蒸发器的热量平衡DH+Fh0=WH’+Lh1+DHw+QL或Q=D(H-Hw)=WH’+Lh1-Fh0+QLD—加热蒸汽的消耗量kg/hH—加热蒸汽的焓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—蒸发室的热负荷或称传热速率QL—热损失kJ/h热量衡算公式57焓:单位质量的物质所含的全部热能3、蒸发器的传热面积由蒸发器的传热方程可得

式中

Q-蒸发器的热流量，W；

A-蒸发器的传热面积，m2;

K-蒸发器的传热系数,W/(

m2·K)；

Δtm-蒸发器的平均传热温差,K。

由公式可见，计算传热面积需知传热温差和传热系数。584、总传热系数K的确定蒸发器的总传热系数：上式中，Ri和

i

是设计和操作中的影响K值主要因素由于蒸发过程中，加热面处溶液中的水分汽化，浓度上升,因此溶液很易超过饱和状态，溶质析出并包裹固体杂质，附着于表面，形成污垢，所以Ri往往是蒸发器总热阻的主要部分。αi-管内溶液沸腾的对流传热系数，W/(m2·℃)α0-管外蒸汽冷凝对流传热系数，W/(m2·℃)Ri-管内污垢热阻，m2·℃/WR0-管外污垢热阻，m2·℃/Wb/λ-管壁热阻，m2·℃/W为降低污垢热阻Ri，工程中常采用的措施有：加快溶液循环速度，在溶液中加入晶种和微量的阻垢剂等。59管外蒸汽管内料液影响

i的因素很多，如溶液的性质，沸腾传热的状况，操作条件和蒸发器的结构等。提高

i的有效办法是增加溶液的循环速度和湍动程度等。蒸发器的类型总传热系数K

W/(m2·℃)水平沉浸加热式600-2300标准式（自然循环）600-3000标准式（强制循环）1200-6000悬筐式600-3000外加热式（自然循环）1200-6000外加热式（强制循环）1200-7000升膜式1200-6000降膜式1200-3500蛇管式350-2300蒸发器的总传热系数K经验值605、蒸发器的生产能力与生产强度（1）、蒸发器的生产能力

蒸发器的生产能力可用单位时间内蒸发的水分量W（kg/h）来表示。由于蒸发水分量取决于传热量的大小，因此其生产能力也可以表示为：（2）、蒸发器的生产强度

蒸发器的生产强度u简称蒸发强度，是指单位时间单位传热面积上所蒸发的水量，kg/(m2·h)，它可以反映蒸发器的优劣。K—总传热系数W/(m2·℃)Q—蒸发室的传热速率kJ/hA—蒸发器的传热面积m2r’—加热蒸汽的气化潜热kJ/kgW—蒸发量kg/hA—蒸发器的传热面积m261由式可知，若蒸发操作的压力一定，则二次蒸气的汽化热r‘也可视为常数，因此，欲提高蒸发器的生产强度：主要途径是提高总传热系数K和传热温度差Δtm（T－t1）。前者，上面已述。提高传热温度差的方法:采用真空蒸发或选用高温热源，如高温导热油、熔盐或用电加热等。提高蒸发强度的途径62真空蒸发的优缺点降低溶液沸点，增大传热推动力，提高蒸发器生产强度；真空操作，溶液沸点降低，可减少或防止热敏性物料分解；降低对热源的要求。溶液沸点降低，其粘性会增加，使得总传热系数下降；真空设备增加动力消耗。优点：缺点：63

蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热，部分气化，得到浓缩的完成液，同时需要排出二次蒸气，并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。蒸发的主体设备是蒸发器，它主要由加热室和蒸发室组成。蒸发的辅助设备包括：使液沫进一步分离的除沫器，和使二次蒸气全部冷凝的冷凝器。减压操作时还需真空装置。蒸发设备64蒸发器的分类：

由于生产要求的不同，蒸发设备有多种不同的结构型式。对常用的间壁传热式蒸发器，按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可分为以下两大类：（1）循环型蒸发器（2）非循环型（单程型）蒸发器65（1）循环型蒸发器

这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作循环流动。根据造成液体循环的原理的不同，又可将其分为自然循环和强制循环两种类型。前者借助在加热室不同位置上溶液的受热程度不同，使溶液产生密度差而引起的自然循环；后者是依靠外加动力使溶液进行强制循环。目前常用的循环型蒸发器有以下几种：

a.中央循环管式蒸发器；b.悬筐式蒸发器；c.外热式蒸发器；d.列文式蒸发器；e.强制循环蒸发器。其中，前四种为自然循环蒸发器。66a.中央循环管式蒸发器结构和原理：下部的加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的中央循环管。这种蒸发器结构紧凑，制造方便，传热较好，操作可靠等优点，应用十分广泛，有“标准蒸发器”之称。中央循环管的截面积，一般为其加热管总截面积的40%～100%；加热管的高度一般为1～2m；加热管径多为25～75mm之间。但实际上，由于结构上的限制，其循环速度一般在0.4～0.5m/s以下；

蒸发器内溶液浓度始终接近完成液浓度；清洗和维修也不够方便。67b.悬筐式蒸发器加热室像个悬筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，可由顶部取出，便于清洗与更换。加热介质由中央蒸汽管进入加热室，而在加热室外壁与蒸发器壳体的内壁之间有环隙通道，其作用类似于中央循环管。操作时，溶液沿环隙下降而沿加热管上升，形成自然循环。一般环隙截面积约为加热管总面积的100~150%，因而溶液循环速度较高（约为1~1.5m/s）。由于与蒸发器外壳接触的是温度较低的沸腾液体，故其热损失较小。悬筐式蒸发器适用于蒸发易结垢或有晶体析出的溶液。它的缺点是结构复杂，单位传热面需要的设备材料量较大。68c.外热式蒸发器

该蒸发器的特点是加热室与分离室分开，这样不仅便于清洗与更换，而且可以降低蒸发器的总高度。因其加热管较长（管长与管径之比为50－100），同时由于循环管内的溶液不被加热，故溶液的循环速度大，可达1.5m/s。69d.列文式蒸发器在加热室的上部增设一沸腾室。加热室内的溶液由于受到这一段附加液柱的作用，只有上升到沸腾室时才能汽化。在沸腾室上方装有纵向隔板，其作用是防止气泡长大。此外，因循环管不被加热，使溶液循环的推动力较大。循环管的高度一般为7~8m，其截面积约为加热管总截面积的200~350%。因而循环管内的流动阻力较小，循环速度可高达2~3m/s。优点是循环速度大，传热效果好，由于溶液在加热管中不沸腾，可以避免在加热管中析出晶体，故适用于处理有晶体析出或易结垢的溶液。其缺点是设备庞大，需要的厂房高。此外，由于液层静压力大，故要求加热蒸汽的压力较高。70e.强制循环蒸发器

自然循环型蒸发器靠加热管与循环管内溶液的密度差引起溶液的循环，这种循环速度一般都比较低，不宜处理粘度大、易结垢及有大量析出结晶的溶液。强制循环型蒸发器是利用外加动力（循环泵）使溶液沿一定方向作高速循环流动。循环速度的大小可通过调节泵的流量来控制。一般循环速度在2.5m/s以上。这种蒸发器的优点是传热系数大，对于粘度较大或易结晶、结垢的物料，适应性较好，但其动力消耗较大。71（2）非循环型（单程型）蒸发器特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。

优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发；温度差损失较小，表面传热系数K较大。

缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。此类蒸发器主要有：

a.升膜式蒸发器；

b.降膜式蒸发器；

c.刮板式蒸发器。

72a.升膜式蒸发器加热室由一根或数根垂直长管组成，通常加热管直径为25~50mm，管长与管径之比为100~150。原料液经预热后由蒸发器的底部进入，加热蒸汽在管外冷凝。当溶液受热沸腾后迅速汽化，所生成的二次蒸汽在管内高速上升，带动液体沿管内壁成膜状向上流动，上升的液膜因受热而继续蒸发。升膜蒸发器适用于蒸发量较大（即稀溶液）、热敏性及易起泡沫的溶液，但不适于高粘度、有晶体析出或易结垢的溶液。73b.降膜式蒸发器降膜蒸发器可以蒸发浓度较高的溶液，对于粘度较大的物料也能适用。但对于易结晶或易结垢的溶液不适用。此外，由于液膜在管内分布不易均匀，与升膜蒸发器相比，其传热系数较小。

74为使溶液能在壁上均匀成膜，在每根加热管的顶部均需设置液体布膜器。布膜器的型式有多种，图片所示为较常用的三种。图片a采用一螺旋型沟槽的圆柱体作为导流管，液体沿沟槽旋转下流分布在整个管内壁上；图片b的导流管下部为圆锥体，锥体底面向下内凹，以免沿锥体斜面流下的液体再向中央聚集；图片c中，液体是通过齿缝沿加热管内壁成膜状下降。75c.刮板式蒸发器

利用旋转刮片的刮带作用，使液体分布在加热管壁上。它的突出优点是对物料的适应性很强，例如对于高粘度、热敏性和易结晶、结垢的物料都能适用。在某些情况下，可将溶液蒸干而由底部直接获得固体产物。

这类蒸发器的缺点是结构复杂，动力消耗大，传热面积小，一般为3~4m2，最大不超过20m2，故其处理量较小。76刮板蒸发器的壳体外部装有加热蒸汽夹套，其内部装有可旋转的搅拌刮片，旋转刮片有固定的和活动的两种。前者与壳体内壁的缝隙为0.75~1.5mm，后者与器壁的间隙随搅拌轴的转数而变。料液，在重力和旋转刮片带动下，溶液在壳体内壁上形成下旋的薄膜，并在下降过程中不断被蒸发浓缩，在底部得到完成液。加热蒸汽夹套搅拌刮片完成液刮片式蒸发器77d.直接接触传热（浸没燃烧）蒸发器燃料气：煤气和油燃烧室因为是直接接触传热，所以它的传热效果很好，热利用率高。而且不需要固定的传热壁面，故结构简单，特别适用于易结晶、结垢和具有腐蚀性物料的蒸发。但是该蒸发器一般不适用于料液不允许被烟气污染的情况。而且由于有大量烟气的存在，限制了二次蒸气的利用。此外喷嘴由于浸没在高温液体中，较易损坏。78常见蒸发器的一些主要性能79采用多效蒸发的目的是为了减少新鲜蒸气用量，具体方法是将前一效的二次蒸气作为后一效的加热蒸气。多效蒸发：把蒸发产生的二次蒸气引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸气，并把若干个蒸发器串联组合使用，称为多效蒸发。（二）多效蒸发根据料液与二次蒸气的流向，可有不同的加料方法与相应的流程。以三效为例，有如下三种流程：并流加料、逆流加料、平流加料流程。801、并流加料流程不凝性气体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热蒸气完成液水冷却水

加热蒸气和原料液均顺次流经各效。这种加料的特点是前一效到后一效可自动加料，后一效中的物料会产生自蒸发，可多蒸出部分水汽，但溶液的黏度会随效数的增加而增大，使传热系数逐效下降，所以并流加料不适宜处理黏度随浓度增加而增加较高的物料。加热蒸气二次蒸气料液二次蒸气冷却水812、逆流加料流程逆流加料蒸发流程完成液加热蒸气料液冷却水水不凝性气体

加热蒸气走向与物料走向相反。这种加料的特点是各效中的传热系数较均匀，适于处理黏度随温度变化较大的物料。加热蒸气二次蒸气料液二次蒸气冷却水82水冷却水不凝性气体料液加热蒸汽

平流加料蒸发流程3、平流加料流

加热蒸气走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各效中加入和排出。这种流程适用于处理易结晶物料。加热蒸气二次蒸气料液二次蒸气冷却水完成液完成液完成液83(1)额外蒸汽的引出额外蒸气：在多效蒸发中，可在前几效引出部分二次蒸气，作为其它加热设备的热源。料液加热蒸气完成液水冷却水不凝性气体引出额外蒸气的蒸发流程提高加热蒸汽经济性的措施84其他需要加热的设备加热蒸气二次蒸气料液二次蒸气冷却水说明：上一效的冷凝水温度较高，可将其通过闪蒸器减压至下一效加热室的压力，则冷凝水由于过热将闪蒸，产生部分蒸气。将它和上一效的二次蒸气一起作为下一效的加热蒸气，就相当于提高了生蒸气的经济性。(2)冷凝水的闪蒸加热蒸气进料二次蒸气冷凝水12二次蒸气冷凝水完成液ABA,B-蒸发器；1-冷凝水排出器；2-冷凝水闪蒸器加热蒸气二次蒸气料液二次蒸气冷却水85单效蒸发时，可将二次蒸气绝热压缩以提高其温度，然后送回加热室作为加热蒸气重新利用。热泵蒸发的节能效果一般可相当于3～5效的多效蒸发。（3）热泵蒸发：说明：该方法不适用于沸点随气压升高较大物料的蒸发。另外，压缩机的投资费用较高等，限制了它的应用。86(1)温度差损失和有效温度差

▲当完成液浓度相同时，多效蒸发中各效温度差损失之和大于单效蒸发；

▲当理论传热温度差一定时，多效蒸发的各效有效传热温度差之和小于单效蒸发。多效蒸发与单效蒸发的比较有效传热温度差温度差损失87(2)经济性

▲多效蒸发的生蒸气经济性（W/D）理论值与效数成正比，其经验值也随效数增多而增加，但不成正比。(3)生产能力和生产强度

▲当多效蒸发的Δtm及各效Ai

，Ki与单效相同时，虽然多效蒸发传热面积为单效蒸发的m倍，但生产能力小于单效蒸发,多效蒸发的生产强度小于单效蒸发的1/m；

▲为完成相同的生产任务，多效蒸发所需要的传热面积大于单效蒸发的m倍，多效蒸发经济性的提高是以增加设备费为代价的。88(4)多效蒸发中效数的限制和选择蒸发装置中效数越多，温度差损失越大，且对某些浓溶液的蒸发还可能发生总温度差损失大于或等于有效总温度差，导致蒸发无法进行，所以多效蒸发的效数有一定限制。多效蒸发中效数增加，单位蒸汽的消耗量会减小，降低操作费用，但是会增加设备投资费用。

传热温度差的限制；设备费用的限制

▲效数选择：原则上应使单位生产能力的设备费与操作费之和为最小。89蒸发器的附属设备1、除沫器作用：进一步除去离开蒸发器的二次蒸气中夹带的液沫，避免造成产品损失、污染冷凝器和堵塞管道。结构：常见的几种除沫器如下页图所示。其中，（a）-(e)装于蒸发室顶部：（f）-（h）则在蒸发室之外，他们主要都是利用液体的惯性以达到气液的分离。91922、冷凝器冷却水由顶部加入，依次经过各淋水板的小孔和溢流堰流下，在和底部进入并逆流上升的二次蒸气的接触过程中，使二次蒸气不断冷凝。水和冷凝液沿气压管（俗称“大气腿”）流至地沟排走。不凝性气体则由顶部抽出，并与夹带的液沫分离。外壳气压管不凝性气体管分离器溢流堰93蒸发器的选用

蒸发器的结构型式很多，选用时应结合具体的蒸发任务，如被蒸发溶液的性质、处理量、蒸浓程度等工艺要求，选择适宜的型式。94传热过程和设备的强化与展望1、研制开发新型高效蒸发器主要从改变加热管表面形状着手；2、改善蒸发器内流体的流动状况一是提高蒸发器循环速度；二是在蒸发器圆管内装入湍流元件；3、改进溶液性质减少或消除泡沫、加入适量阻垢剂等；4、优化设计和操作95分子蒸馏蒸馏技术的发展分子蒸馏原理与概念分子蒸馏设备及应用96分子蒸馏在蒸馏过程中采用特殊措施，增大离开液相的分子流而减少返回液相的分子流，实现从液相到气相的单一分子流向，即分子蒸馏（moleculardistillation）。分子包括蒸气分子和不凝性气体分子。97分子的自由程：当两个分子离得较远时，分子之间的作用力表现为吸引力；但当两分子接近到一定程度后，分子之间的作用力就会变为排斥力，且这种排斥力随其接近程度的增加而迅速增加。当两分子接近到一定程度，排斥力的作用就会使两分子分开，这种由接近而至排斥分离的过程就是分子的碰撞过程。指气体分子在两次连续碰撞之间所走路程的平均值。分子碰撞：气体分子运动自由程:98当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。达到物质分离的目的。分子蒸馏的基本原理是：实现单流向的分子蒸馏的先决条件：①轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差异越大越好。②蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程。991001、分子蒸馏可以在任何温度下进行，只要冷热两面间存在着温度差，就能达到分离目的。

2、分子蒸馏过程中，从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其它分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可能性，所以，分子蒸馏过程是不可逆的。

3、分子蒸馏过程是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。

4、蒸馏真空度高，分子蒸馏装置其内部可以获得很高的真空度，因此物料不易氧化受损。5、蒸馏液膜薄,传热效率高。6、物料受热时间短，液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就达到冷凝面。分子蒸馏特征101分子蒸馏的应用(1)对于高沸点、热敏及易氧化物料的分离,分子蒸馏提供了最佳分离方法。因为分子蒸馏在远低于物料沸点的温度下操作,而且物料停留时间短;

(2)分子蒸馏可极有效地脱除液体中的物质如有机溶剂、臭味等,这对于采用溶剂萃取后液体的脱溶是非常有效的方法;

(3)分子蒸馏可有选择地蒸出目的产物,去除其它杂质,通过多级分离可同时分离2种以上的物质;

(4)分子蒸馏的分馏过程是物理过程,因而可很好地保护被分离物质不受污染和侵害。102分子蒸馏的几个参数液膜的厚度：Sm－名义膜厚［米］

－物料动力粘度［米2·秒-1］g－重力加速度［米·秒-2］Re－雷诺数，无因次Re＞400时，该方程成立u－表面载荷［米3·秒-1·米-1］v－物料的动力粘度［米2·秒-1］其中：103对机械式刮膜来说，文献中所见到的所有膜厚都是由经验公式确定的，它们介于0.05～0.5mm之间。主要参数是：*

表面载荷（取决于蒸发器的长度）*

物料粘度*

刮片元件施加于膜上的力104蒸发量公式：p—压力，Pa;T—温度，K;M—蒸发组分的相对分子量；Gm—蒸发的物料量,kg/(m2h）；105106分子蒸馏设备1.静止式分子蒸馏器2.降膜式分子蒸馏器3.刮膜式分子蒸馏器4.离心式分子蒸馏器107该装置的主要缺陷是液膜很厚，物料被持续加热，容易分解，分离效率低，现已被淘汰。静止式分子蒸馏器是最早出现的一种简单、低廉的分子蒸馏设备。根据形状可分为釜式、盘式等。1.静止式分子蒸馏器蒸馏液108降膜式装置也是早期形式，结构简单，蒸馏效率远远高于静止式分子蒸馏器.2.降膜式分子蒸馏器蒸馏液残液109但由于蒸发面上的物料受流量和粘度的影响不能形成均匀的液膜，有时甚至不能完全覆盖蒸发面，并且靠重力流动的液膜处于层流状态，传质传热效率不高，因而严重影响了蒸发有效面积和蒸馏效率。刮膜式是目前应用最广的一种分子蒸馏器形式。刮膜器将料液在蒸发面上刮成厚度均匀，连续更新的涡流液膜，大大增强了传质传热效率并有效控制了液膜厚度（0.25-0.76mm）、均匀性和物料停留时间，使蒸馏效率明显提高，热分解显著降低。3.刮膜式分子蒸馏器110进料口转子冷却水残液蒸馏液真空待分离料液从进料口被送到高速旋转的转盘上，在高速旋转的离心力作用下逐渐扩散成均匀的薄膜，受热后轻组分飞逸到冷凝面上冷凝，汇集到馏分接口，重组分从残液接口排出。

4.离心式分子蒸馏器蒸馏液残液111离心式分子蒸馏器的优点：①由于转盘的高速旋转，可形成非常薄（0.04-0.08mm）且均匀的液膜，蒸发速率和分离效率都较好；②料液在转盘上的停留时间更短，有效地避免了物料的热分解；③转盘和冷凝面的距离可调，可适用于不同物系的分离。缺点：由于其特殊的转盘装置，对密封技术提出了更高的要求，且结构复杂，投入成本较高。比较适合大规模生产和高经济效益物质的分离。112MDL-150（离心式）113114115分子蒸馏的适用范围1.分子蒸馏适用于不同物质分子量差别较大的液体混合物系的分离，特别是同系物的分离，分子量必须要有一定差别。2.分子蒸馏也可用于分子量接近但性质差别较大的物质的分离，如沸点差较大、分子量接近的物系的分离。3.分子蒸馏特别适用于高沸点、热敏性、易氧化（或易聚合）物质的分离。1164.分子蒸馏适宜于附加值较高或社会效益较大的物质的分离。5.分子蒸馏不适宜于同分异构体的分离。117设备成本过高,结构复杂,设计技术要求高,相应的配套设备也多,投资过大。受设备结构和加热面积的限制,设备体积比常规蒸馏设备体积大,在大规模生产应用中有不少困难。分子蒸馏技术的局限性118广受科研人员欢迎的实验型设备：MD-S80119120121分子蒸馏实用举例单甘酯的生产分子蒸馏技术广泛应用于食品工业,主要用于混合油脂的分离。单甘酯即甘油一酸酯,它是重要的食品乳化剂。单甘酯的用量目前占食品乳化剂用量的三分之二。在商品中它可起到乳化、起酥、蓬松、保鲜等作用,可作为饼干、面包、糕点、糖果等专用食品添加剂。从蒸馏液面上将单甘酯分子蒸发出来后立即进行冷却,实现分离。利用分子蒸馏可将未反应的甘油、单甘酯依次分离出来。可得到单脂肪酸甘油酯90%的高纯度产品。此法是目前工业上高纯度单甘酯生产方法中最常用和最有效的方法,所得到的单甘酯达到食品级要求。

分子蒸馏单甘酯产品以质取胜,逐渐代替了纯度低、色泽深的普通单甘酯,市场前景乐观,开发分子蒸馏单甘酯可为企业带来丰厚的利润。122本章内容回顾蒸发：使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并分离出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。影响蒸发速率的因素：温度、液体表面积、空气流动。蒸发器的分类：间歇式蒸发、连续蒸发；单效蒸发、多效蒸发；加压、常压、减压蒸发。蒸发技术选择的注意事项：1、溶液沸点升高；2、物料的工艺特性；3、能量的回收利用。123单效蒸发的计算：单效蒸发的物料衡算与热量衡算；生产能力与生产强度；提高生产强度的方法：提高总传热系数K；提高传热温度差。多效蒸发的分类：并流加料流程、逆流加料流程、平流加料流程。单效蒸发与多效蒸发的比较：有效温度差与温度差损失；生蒸汽经济性；生产能力与生产强度；多效蒸发的效数限制；124蒸发器的分类：循环型和非循环性蒸发器。a.中央循环管式蒸发器，

b.悬筐式蒸发器

c.外热式蒸发器，

d.列文式蒸发器

e.强制循环蒸发器。a.升膜式蒸发器，

b.降膜式蒸发器，

c.刮板式蒸发器。循环型蒸发器非循环型蒸发器125126分子蒸馏在蒸馏过程中采用特殊措施，增大离开液相的分子流而减少返回液相的分子流，实现从液相到气相的单一分子流向，即分子蒸馏。分子蒸馏原理：气体分子运动自由程差异。实现分子蒸馏的条件：①轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差异越大越好。②蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程。1271、分子蒸馏可以在任何温度下进行，只要冷热两面间存在着温度差，就能达到分离目的。

2、分子蒸馏过程中，从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其它分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可能性，所以，分子蒸馏过程是不可逆的。

3、分子蒸馏过程是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。

4、蒸馏真空度高，分子蒸馏装置其内部可以获得很高的真空度，因此物料不易氧化受损。5、蒸馏液膜薄,传热效率高。6、物料受热时间短，液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就达到冷凝面。分子蒸馏特征128主要内容基本概念萃取原理萃取分类主要萃取技术与设备129装置图130一、基本概念萃取是利用在两个不相混溶的相中各组分溶解度的不同，从而增浓和提取分离目标产物的过程。提取、萃取、抽提英文都是Extraction习惯上，提取多指分离纯化前期，被提取物从破碎的细胞中释放出来的过程；而抽提则贯穿在分离纯化整个过程中。131一般而言，待处理溶液中被萃取的物质称为溶质；其他部分称为原溶剂；加入的第三组分称为萃取剂。当萃取剂加入到料液中混合静置后分成两个液相：以萃取剂为主（含溶质）的相称为萃取相；另一相以原溶剂为主，称为萃余相。萃取操作示意图132物质在两相中的分布服从分配定律，即：在一定温度和压力下，物质A在有机相与水相中分配达到平衡时，其浓度比为一常数，通常称为分配系数Kd：分配系数133134分配系数：k=y/xy=kxY平衡时溶质在轻相中的溶解度；X平衡时溶质在重相中的溶解度。分配定律的适用条件稀溶液溶质与溶剂之间的互溶度没有影响分子类型相同，不发生缔合或解离135例含有I-的I2溶液在H2O//CCl4的分配，水溶液不仅有I2，还有I3-，这时分配系数并不是一个常数。

在实际工作中，人们所关注的是被萃物分配在两相中的实际总浓度各为多少，而不是它们的具体存在的型体。即，在一定条件下，当达到萃取平衡时，被萃物质在有机相和在水相的总浓度之比。分配比136分配系数和分配比的比较●概念不同，关注的对象有差别●两者有一定的联系KD表示在特定的平衡条件下，被萃物在两相中的有效浓度（即分子形式一样）的比值；而D表示实际平衡条件下被萃物在两相中总浓度（即不管分子以什么形式存在）的比值。分配比随着萃取条件变化而改变。137②分离系数：

A/B=DA/DB

“表示两种分离组分分离的可能性和效果”问题：DA

和DB相差不太大，如何处理？

分配比随着萃取条件变化而改变。因而改变萃取条件，可使分配比按照所需的方向改变，从而使萃取分离更加完全。

分配比可以衡量被萃物在一定条件下进入有机相的难易程度，但它不能直接表示出被萃物有多少量已被萃取出来。138二、萃取原理溶解度不同溶质溶质溶剂溶剂分子间作用力139溶解度的判定方法已知物查阅有关资料手册未知物根据物质溶解的一般规律作预实验分子结构相似相似相溶分子间作用力大小相似140

无机盐类溶于水，发生离解形成水合离子，它们易溶于水中，难溶于有机溶剂，物质的这种性质称为亲水性。离子化合物，极性化合物是亲水性物质。物质的亲水性和疏水性极性基团非极性基团

许多非极性有机化合物，如烷烃、油脂、萘、蒽等难溶于水，而易溶于有机溶剂，物质的这种性质称为疏水性（亲油性）。

141影响溶解度的因素pH温度离子强度142●pH对表观分配系数的影响（pH~K）

pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分配在水相。

对弱酸随pH↓K↑,当pH<<pK时，K→K0

1.pH：1431441452.温度T

◆T↑，分子扩散速度↑，故萃取速度↑

◆

T影响分配系数例：pen―T↑水中的溶解度↑

∴萃取时T↓使K↑；反萃时T↑使K反↑

红霉素、螺旋霉素―T↑水中的溶解度↓

∴萃取时T↑使K↑；反萃时T↓使K反↓◆

T影响两溶剂的互溶度影响

一般生化物质的萃取在室温或较低温度下进行1463.离子强度(盐析)：无机盐——氯化钠、硫酸铵，作用：生化物质在水中溶解度↓；两相比重差↑两相互溶度↓147三、萃取分类从萃取机理角度分：（1）物理萃取：利用溶剂对需分离组分有较高的溶解能力，分离过程纯属物理过程。（2）化学萃取：溶剂有选择地与溶质化合或者络合，是溶解度重新分配。148从目标溶质所在的位置分：（1）固——液萃取：目标溶质从固相转入液相。（浸提）（2）液——液萃取：目标溶质原先就在液相，再转入不互溶的另一液相。（抽提）149从料液和溶剂接触和流动情况分：（1）单级萃取错流萃取（2）多级萃取逆流萃取150单级萃取流程示意图单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器151料液经萃取后，萃余液再与新鲜萃取剂接触，再进行萃取。第一级的萃余液进入第二级作为料液，并加入新鲜萃取剂进行萃取；第二级的萃余液再作为第三级的料液，以此类推。此法特点在于每级中都加溶剂，故溶剂消耗量大，而得到的萃取剂平均浓度较稀，但萃取较完全。错流萃取152多级错流萃取示意图料液入口第一级第二级第三级萃余液出口153手工洗衣服为例

打完肥皂、揉搓后，如何将肥皂沫去除呢？经验表明：每盆水揉搓的时间越长（即萃取越接近平衡），拧得越干（即萃取与萃余相相分离越彻底），所用漂洗次数越少（即错流级数越少）。

1543）多级逆流萃取在多级逆流萃取中，在第一级中连续加入料液，并逐渐向下一级移动，而在最后一级中连续加入萃取剂，并逐渐向前一级移动。料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为逆流萃取。在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂，故和错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少，因而萃取液平均浓度较高。155多级逆流萃取图156157青霉素的多级逆流萃取158从萃取剂角度分：（1）有机溶剂萃取；（2）反萃取；（3）液膜萃取；（4）双水相萃取；（5）反胶团萃取；（6）超临界萃取。159（1）有机溶剂萃取以有机溶剂为萃取剂的萃取。常作为萃取剂的有机溶剂有：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萃取分离的依据物质亲水性疏水性离子型化合物极性共价键化合物弱极性或非极性相互转换162萃取百分率称为相比R可近似地反映溶质浓缩的效率当R=1时，其中DE%1001.00.01100500D1101001000E%50919999.9增大萃取率减小相比增加萃取次数√163萃取剂的基本要求①选择性系数要大，可使萃取分离操作简便，容易得到纯度高的萃取产品；②对溶质的溶解度要大(即萃取容量高)，操作用量就少；③与原溶剂的互溶度要小(即分离效果好)，萃取剂在萃余液中的损失较少；④粘度要小，界面张力适度，对料液有较大的密度差，以方便操作；⑤化学性质稳定,无毒性，挥发度低，不易燃烧；⑥价廉易得,容易回收。164萃取剂的分类单组分萃取剂①中性萃取剂，如醇、酮、醚、酯、醛及烃类。它们能够直接溶解被萃组分或先与被萃组分生成溶剂络合物。②酸性萃取剂，如羧酸、酸性磷酸酯等。③碱性萃取剂，主要用叔胺和季铵盐。前者与料液中的游离酸结合而实现萃取，后者以自身的阴离子换取料液中的阴离子而萃取。多组分萃取剂由萃取反应剂、稀释剂、调节剂复配而成。165一般水溶性较小的物质可用石油醚萃取。水溶性大的物质可用苯或乙醚；水溶性极大的物质可用乙酸乙酯。166

索氏(Soxhlet)萃取器固体样品★萃取剂流向：Gas:C→D→E(g→l)Liq.:A→S(ex.)→B→C★新鲜溶剂循环萃取★“静态”萃取液-固萃取167萃取剂

什么样的溶质不适合采用索氏萃取器？168静置分层振荡萃取萃取过程

液-液萃取169170

1、选择容积较液体体积大一倍以上的分液漏斗，把活塞擦干，在活塞上均匀涂上一层润滑脂（切勿涂得太厚或使润滑脂进入活塞孔中，以免污染萃取液）塞好后再把活塞旋转几圈，使润滑脂均匀分布，看上去透明即可。

2、检查分液漏斗的顶塞与活塞处是否渗漏（用水检验），确认不漏水时方可使用，将其放置在合适的并固定在铁架上的铁圈中，关好活塞。用分液漏斗进行萃取操作的步骤：1713、将被萃取液和萃取剂（一般为被萃取液体积的1∕3）依次从上口倒入漏斗中，塞紧顶塞（顶塞不能涂润滑脂）。4、取下分液漏斗，用右手手掌顶住漏斗顶塞并握住漏斗颈，左手握住漏斗活塞处，大拇指压紧活塞，把分液漏斗口略朝下倾斜，并前后振荡：开始振荡要慢，振荡后，使漏斗口仍保持原倾斜状态，下部支管口指向无人处，左手仍握在活塞支管处，用拇子和食指旋开活塞，释放出漏斗内的蒸气或产生的气体，使内外压力平衡，此操作也称“放气”。如此重复至放气时只有很小压力后，再剧烈振荡2—3min,然后再将漏斗放回铁圈中静置。1725、待两层液体完全分开后，打开顶塞，再将活塞缓缓旋开，下层液体自活塞放出至接受瓶：（1）若萃取剂的比重小于被萃取液的比重，下层液体尽可能放干净，有时两相间可能出现一些絮状物，也应同时放去；然后将上层液体从分液漏斗的上口倒入三角瓶中，切不可从活塞放出，以免被残留的被萃取液污染。再将下层液体到回分液漏斗中，再用新的萃取剂萃取，重复上述操作，萃取次数一般为3—5次。（2）若萃取剂的比重大于被萃取液的比重，下层液体从活塞放入三角瓶中，但不要将两相间可能出现一些絮状物放出；再从漏斗口加入新萃取剂，重复上述操作。6、将所有的萃取液合并，加入过量的干燥剂干燥。173注意事项：在萃取时，可利用“盐析效应”，即在水溶液中加入一定量的电解质（如氯化钠），以降低有机物在水中的溶解度，提高萃取效果。分液漏斗中的液体两层之间的界面不能看得清楚。这时可以向分液漏斗中加少许活性碳，活性炭将在两层之间的界面上被清楚看到。萃取原则：少量多次用同样量的萃取剂，分多次萃取比一次萃取的效率高。分液漏斗使用后，应用水冲洗干净，玻璃塞和活塞用薄纸包裹后塞回去。174影响有机溶剂萃取的主要因素(1)乳化与去乳剂乳化：液体分散在另一不相溶的液体中的分散体系乳浊液的形式：水包油、油包水常用的去乳化的方法：过滤和离心、加热、稀释法、加电解质、吸附法、顶替法、转型法常用去乳剂：阳离子表面活性剂（溴代十五烷基吡啶）阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠）175（2）pH值红霉素在pH9.8时，在乙酸戊酯与水相间的分配系数等于44.7，而在pH5.5时，红霉素在水相与乙酸戊酯间的分配系数等于14.4。（3）温度（4）盐析（5）带溶剂

带溶剂是指这样一种物质，能和被萃取物质形成复合物而易溶于溶媒中，形成的复合物在一定条件下又容易分解例如：链霉素在中性下能与二异辛基磷酸酯结合，从而从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:一般是指用有机溶剂将水中的某些物质提取到有机溶剂中的过程。反萃取：就是其逆过程,即用水(或其他极性大的溶剂)将在有机溶剂中的某些物质萃取到水中,所以反萃取剂主要是水(或其他极性大的溶剂),要与有机溶剂互不相溶,与被萃取的物质不反应.对应的反萃取物应该是在水中溶解度较大的物质。177萃取、洗涤和反萃取操作过程示意图178（3）液膜萃取液膜是指悬浮在液体中的很薄的一层乳液微粒。乳液通常是由溶剂(水或有机溶剂)、表面活性剂、载体和添加剂形成的。其中溶剂构成膜基体；表面活性剂起乳化作用，可以促进液膜传质速度和提高其选择性；添加剂用于控制液膜的稳定性和渗透性。液膜分乳化液膜和支撑液膜两类。液膜萃取（Liquidmembraneextraction

）一种以液膜为分离介质，以浓度差为推动力的分离操作。通常将含有被分离组分的料液作连续相，称为外相；接受被分离组分的液体称内相，成膜的液体处于两者之间称为膜相，三者组成液膜分离体系。179在液膜萃取过程中，被分离组分从外相进入膜相，再转入内相、浓集于内相。如果工艺过程有特殊要求，也可内、外相调换。液膜萃取系统中的外相、膜相和内相，分别对应于溶剂萃取系统的料液、萃取剂和反萃取剂，故萃取和反萃取在一个过程中完成，溶剂消耗量可大大减少。180①乳状液膜乳状液膜根据成膜流体的不同，分为(W/O)/W和(O/W)/O两种。在常规分离中主要应用(W/O)/W型乳状液膜。(W/O)/W型乳液液膜内水相液膜目标溶质料液181②支撑液膜支撑液膜是将固体膜浸在膜溶剂(如有机溶剂中)使膜溶剂充满膜的孔隙形成液膜。支撑液膜分隔料液相和反萃相,实现渗透溶质的选择性萃取。当液膜为油相时，常用的多孔膜为聚四氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯等高疏水性膜。与乳状液膜相比，支撑液膜结构简单，放大容易。182③流动液膜流动液膜也是一种支撑液膜，是为了弥补上述支撑液膜的膜相容易流失的缺点而提出的，液膜相可循环流动，因此在操作过程中即使有所损失也很容易补充，不必停止萃取操作进行液膜再生。183

常见的支撑液膜组件184液膜分离技术的应用液膜分离技术由于其良好的选择性和定向性，分离效率高，而且能达到浓缩、净化和分离的目的，因此，广泛用于化工、食品、制药、环保、湿法冶金、气体分离和生物制品等工业中。近年来液膜分离技术在发酵液产物分离领域中也引起了人们的关注，进行了较为广泛的研究和开发工作。185制备液膜液膜萃取澄清分离破乳液膜萃取的操作过程186液膜分离萃取柠檬酸膜相柠檬酸萃取物内相空气料液废液循环１－乳液装置１2３42－发酵罐３－混合-分离装置4－破乳装置187液膜萃取分离氨基酸188（4）双水相萃取

聚合物的不相溶性(incompatibility)：当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作用时，由于相对分子质量较大，分子间的相互排斥作用与混合过程的熵增加相比占主导地位，一种聚合物分子的周围将聚集同种分子而排斥异种分子，当达到平衡时，即形成分别富含不同聚合物的两相。这种含有聚合物分子的溶液发生分相的现象称为聚合物的不相容性。189双水相体系（AqueousTwo-PhaseSystem）

将两种不同的水溶性聚合物的水溶液混合，当聚合物达到一定浓度时，体系会自然的分成互不相溶的两相，这就是双水相体系。双水相萃取（partitionoftwoaqueousphasesystem）利用双水相的成相现象及待分离组分在两相间分配系数的差异，进行组分分离或多水相提纯的技术。190发展历史1896年荷兰微生物学家Beijerinck发现明胶和可溶性淀粉两种水溶性聚合物不相溶。1955年瑞典伦德大学Albertsson利用双水相体系从单细胞类藻类中分离淀粉核。1979年德国GBF的Kula等人将双水相萃取分离技术应用于生物产品分离，提取酶蛋白。国内自20世纪80年代起也开展了双水相萃取技术研究。191常用的双水相体系高聚物/高聚物体系：聚乙二醇(简称PEG)/葡聚糖(简称Dextran)高聚物/无机盐体系：PEG/硫酸盐或磷酸盐体系。192P40193常用上向下相搭配一览表类型上相下相非离子型聚合物/非离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、羟丙基葡聚糖、聚乙烯吡咯烷酮羟丙基葡聚糖葡聚糖聚蔗糖葡聚糖乙基羟基纤维素葡聚糖甲基纤维素羟丙基葡聚糖、葡聚糖高分子电解质/非离子型聚合物羧甲基葡萄糖钠盐聚乙二醇高分子电解质/高分子电解质葡聚糖硫酸钠羧甲基纤维素钠羧甲基葡萄糖钠盐羧甲基纤维素钠非离子型聚合物/低分子量化合物葡聚糖丙醇非离子型聚合物/无机盐聚乙二醇磷酸钾、硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、酒石酸钾钠、甲酸钠194分离物质实例体系蛋白质从奶酪中分离β乳球蛋白PEG/磷酸盐从转基因羊乳中纯化药物蛋白PEG/硫酸铵酶从细胞培养液中提取脂肪酶PEG/磷酸盐从发酵液中分离提取α-淀粉酶和蛋白酶PEG/硫酸铵从发酵液中分离提取葡萄糖苷酶PEG/硫酸铵过氧化氢酶的分离PEG/葡聚糖核酸DNA、RNA的分离PEG/葡聚糖抗生素从发酵液中萃取丙酰螺旋霉素PEG/磷酸盐从发酵液中提取青霉素PEG/硫酸铵多糖微生物牛乳糖的纯化PEG/磷酸盐线性和环状低聚糖的分离PEG/磷酸盐色素从猪心中提取细胞色素CPEG/硫酸铵抗体从禽卵黄中提取IgG抗体PEG/磷酸盐双水相萃取技术在食品生物分离中的应用195196双水相萃取技术的特点体系的含水量多达70-90%，两相界面张力极低，有助于保持生物物质的活性和相间的质量传递。上下密度差小，一般为10-2g/cm3左右。自然分相时间短。一般为5-60min。目标产物分配系数高，回收率高，效率高。易于连续操作和工程放大，可直接线性放大40000倍。处理容量大，聚合物循环使用，成本和能耗较低。197方法步骤流量Kg/h酶收率%纯化倍数总纯度%沉淀法30.77633.523双水相法110-157712.843β-半乳糖苷酶不同纯化方法的比较198双水相中的分配平衡

与溶剂萃取相同，溶质在双水相中的分配系数也用m=c2/c1表示。为简便起见，用c1

和c2分别表示平衡状态下下相和上相中溶质的总浓度。已有的大量研究表明，生物分子的分配系数取决于溶质与双水相系统间的各种相互作用，其中主要有静电作用、疏水作用和生物亲和作用等。199影响物质分配平衡的因素（1）聚合物及其分子量的影响不同聚合物的双水相系统显示出不同的疏水性，水溶液中聚合物的疏水性按下列次序递增:

葡萄糖硫酸盐<甲基葡萄糖<葡萄糖<羟丙基葡聚糖<甲基纤维素<聚乙烯醇<聚乙二醇<聚丙三醇聚合物的类型（离子和非离子）和平均分子量的影响非常重要。200

同一聚合物的疏水性随分子量增加而增加，其大小的选择依赖于萃取过程的目的和方向，在PEG/DEX系统中，蛋白质的分配系数随着DEX相对分子量的增加而增加。若想在上相获得较高的蛋白质收率，对于PEG聚合物，应降低它的平均分子量，相反，若想在下相获得较高的蛋白质收率，则平均分子量应增加。201（2）pH值的影响改变两相的电位差如体系pH值与蛋白质的等电点相差越大，则蛋白质在两相中分配越不均匀。

pH值的变化也会导致组成体系的物质电性发生变化，也会使被分离物质的电荷发生改变，从而影响分配的进行。202（3）离子环境对蛋白质在两相体系分配的影响在双水相聚合物系统中，加入电解质时，其阴阳离子在两相间会有不同的分配。同时，由于电中性的约束,存在一穿过相界面的电势差(Donnan电势),它是影响荷电大分子如蛋白质和核酸等分配的主要因素。同样，对于粒子迁移也有相似的影响，粒子因迁移而在界面上积累。故只要设法改变界面电势，就能控制蛋白质等电荷大分子转入某一相。203（4）温度的影响

分配系数对温度的变化不敏感成相聚合物对蛋白质有稳定化作用,所以室温操作活性收率依然很高,而且室温时粘度较冷却时(4℃)低,有助于相的分离并节省了能源开支。204双水相体系相图C：分相临界点；TCB曲线：双结点曲线不分相双水相205双水相萃取的工艺流程

双水相萃取技术的工艺流程主要由三部分构成:目的产物的萃取;PEG的循环;无机盐的循环。206双水相的应用举例分离和提纯各种蛋白质(酶）用PEG/-(NH4)2SO4

双水相体系,经一次萃取从α-淀粉酶发酵液中分离提取α-淀粉酶和蛋白酶,萃取最适宜条件为PEG1000(15%)-(NH4)2SO4(20%),pH=8,α-淀粉酶收率为90%,分配系数为19.6,蛋白酶的分离系数高达15.1。比活率为原发酵液的1.5倍,蛋白酶在水相中的收率高于60%。207提取抗生素和分离生物粒子采用PEG/Na2HPO4

体系提取丙酰螺旋霉素，最佳萃取条件是pH=8.0～8.5，PEG2000(14%)/Na2HPO4(18%),小试收率达69.2%,对照的乙酸丁酯萃取工艺的收率为53.4%208209双水相萃取和其他方法的集成A、与细胞破碎过程的结合B、亲和双水相萃取：将亲和吸附于双水相技术相结合，对成相聚合物进行化学修饰，添加亲和配基所构成的体系成为亲和双水相体系。吸附专一性强，分离效率更高。（a-干扰素，甲酸脱氢酶，乳酸脱氢酶等）210◆与带配基的吸附微粒相结合◆双水相萃取与膜分离技术相结合◆双水相萃取与生物转化过程相结合。211萃取是利用在两个不相混溶的相中各组分溶解度的不同，从而增浓和提取分离目标产物的过程。分配系数：k=y/xY平衡时溶质在轻相中的溶解度；X平衡时溶质在重相中的溶解度。YXK=212萃取的分类萃取机理目标溶质所在位置萃取剂角度物理萃取化学萃取固-液萃取液-液萃取（抽提）料液和溶剂接触和流动情况单级萃取多级萃取（1）有机溶剂萃取；（2）反萃取；（3）液膜萃取；（4）双水相萃取；（5）反胶团萃取；（6）超临界萃取。213有机溶剂萃取：将待萃取组分由亲水性转化为疏水性，使其萃入有机相中。称为相比其中①选择性系数要大；②对溶质的溶解度要大；③与原溶剂的互溶度要小；④粘度要小，界面张力适度；⑤化学性质稳定,无毒性；⑥价廉易得,容易回收。萃取剂的基本要求214液膜萃取（Liquidmembraneextraction

）一种以液膜为分离介质，以浓度差为推动力的分离操作。通常将含有被分离组分的料液作连续相，称为外相；接受被分离组分的液体称内相，成膜的液体处于两者之间称为膜相，三者组成液膜分离体系反萃取：就是萃取的逆过程,即用水(或其他极性大的溶剂)将在有机溶剂中的某些物质萃取到水中,所以反萃取剂主要是水(或其他极性大的溶剂),要与有机溶剂互不相溶,与被萃取的物质不反应.对应的反萃取物应该是在水中溶解度较大的物质。215（2）反萃取萃取:一般是指用有机溶剂将水中的某些物质提取到有机溶剂中的过程。反萃取：就是其逆过程,即用水(或其他极性大的溶剂)将在有机溶剂中的某些物质萃取到水中,所以反萃取剂主要是水(或其他极性大的溶剂),要与有机溶剂互不相溶,与被萃取的物质不反应.对应的反萃取物应该是在水中溶解度较大的物质。216萃取、洗涤和反萃取操作过程示意图217（3）液膜萃取液膜是指悬浮在液体中的很薄的一层乳液微粒。乳液通常是由溶剂(水或有机溶剂)、表面活性剂、载体和添加剂形成的。其中溶剂构成膜基体；表面活性剂起乳化作用，可以促进液膜传质速度和提高其选择性；添加剂用于控制液膜的稳定性和渗透性。液膜分乳化液膜和支撑液膜两类。液膜萃取（Liquidmembraneextraction

）一种以液膜为分离介质，以浓度差为推动力的分离操作。通常将含有被分离组分的料液作连续相，称为外相；接受被分离组分的液体称内相，成膜的液体处于两者之间称为膜相，三者组成液膜分离体系。218（4）双水相萃取

聚合物的不相溶性(incompatibility)：当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作用时，由于相对分子质量较大，分子间的相互