第一篇：生物分離工程論文

超臨界萃取技術(分離工程)

姜浩

化工1010 1001011010

摘要：超臨界流體萃取(SFE)技術開辟了分離工業的新領域，是一種新型的分離技術。本文對超臨界萃取的基本原理進行了闡述，介紹了超臨界萃取的特點及其在天然香料工業、食品和天然中草藥等方面的應用和研究進展，并對今后的發展趨勢進行了展望。關鍵詞：超臨界萃取

應用

展望

Abstract: Supercritical fluid extraction is a new kind of separation technology.This paper reviewed about its characteristic and the development of application in natural perfume, food, natural herbal medicine and other fields, and prospect of its development in the future Keywords: Supercritical fluid extraction Application Advance

超臨界萃取技術也叫做超臨界流體萃取技術。超臨界流體(Supercritical Fluid)是指處于超過物質本身的臨界溫度和臨界壓力狀態的流體。這種狀態下的流體具有與氣體相當的高滲透能力和低粘度，又兼有與液體相近的密度和對物質優良的溶解能力[1]。

超臨界流體萃取技術(Supercritical Fluid Extraction簡稱SEE)以超臨界狀態下的流體作為溶劑，利用該狀態下流體所具有的 y 滲透能力和 y 溶解能力萃取分離混合物的過程超臨界流體的溶解能力隨體系參數(溫度和壓力)而發生連續性變化，因而通過改變操作條件，稍微提y溫度或降低壓力，便可方便地調節組分的溶解度和萃取的選擇性

超臨界溶劑包括 CO2，NO2，SO2，N2 低鏈烴等，而 CO2 是最常用的超臨界萃取介質，這是因為它的臨界溫度(31.1)接近室溫，臨界壓力(7.3AmPa)較低，萃取可以在接近室溫下進行，對熱敏性食品原料、生理活性物質、酶及蛋自質等無破壞作用，同時又安全、無毒、無臭，因而廣泛應用于食品、醫藥、化妝品等領域中；具有廣泛的適應性。由于超臨界狀態流體溶解度特異增大的現象，因而理論上超臨界流體萃取技術可作為一種通用高效的分離技術而應用。

1.超臨界萃取技術概述 1.1.原理及特點

超臨界流體處于臨界溫度和臨界壓力以上，兼具氣體和液體的雙重性質和優點，粘度小，接近于氣體，而密度又接近于液體，擴散系數為液體的10～100倍，具有良好的溶解特性和傳質特性[4]。

由于在超臨界狀態下的壓力太高以及內部相平衡模擬體系等原因，所以超臨界流體的基礎理論研究還處于發展階段，尚未形成系統的理論。對于計算超臨界物質的狀態參數，通常用的是Redich和Kwong的RK—EOS方程，同時后人又進行了一些改進，如Soave的SRK—EOS方程，Peng和Robinso的PR—EOS方程。Brenneche對SCF相平衡作了系統的應用分析，提出將SCF作為密相氣體或膨脹液體處理的模型，并指出狀態方程對臨界點和臨界區計算的局限性，尤其對于不對稱混合物組成的物系，難以找到適應性比較好的混合規則。近年來許多研究者對SCF密度、極性、溶解度、相平衡和溶劑相互作用等，利用分子動力學和蒙特卡羅等計算機模擬方法作了大量工作，但仍難以滿足要求。尋求新的和準確的模型方程和計算方法是預測SCF相行為和進行SCF反應研究的保證[5]。1.2.超臨界下反應動力學和反應選擇性

超臨界狀態下反應動力學通常利用過渡狀態原理，許多學者利用它描述了超臨界反應速率常數和壓力、活化體積等因素的關系。Troe及其合作者、Yoshimura和Kimura在很寬的流體密度范圍內研究了簡單反應的動力學和熱力學。Troe及其合作者公式化了擴散(籠效應)對表觀速率常數的影響，并用范德瓦爾斯簇的形成解釋了他們的試驗結果。Yoshimura和Kimura在超臨界CO2流體中很寬的密度范圍內研究了2-甲基-2-亞硝基丙烷的分解動力學，發現速率常數隨密度增加而減小，但是在中等密度范圍內，密度的依賴性很小[6-7]。

超臨界狀態下壓力和粘度可以影響某些反應的選擇性或某些分解反應的途徑，同時超臨界流體的溶劑效應可以影響異構化反應的機理，對某些反應的中間態起到穩定或促進作用[8]。Hrnjez的工作表明，SCF可以改變化學反應的立體選擇性和配位選擇性，并認為是由于壓力引起的溶劑極性變化所致。Kimura研究了SCF的性質對超臨界反應平衡的影響。Peck的研究認為對可逆反應，極性超臨界溶劑有利于反應朝極性化合物的方向移動[7]。

2.超臨界革取技術的應用

［］2.1.臨界流體萃取技術在天然香料工業中的應用8

20世紀80年代以來國外的工業裝置兒乎都是以天然香料分離提取為對象。傳統的提取方法部分不穩定的香氣成分受熱變質，但在超臨界條件卜，可以將整個分離過程在常溫卜進行，萃取物的主要成分一精油和特征的星味成分同時被抽出，并且CO2無毒、無殘留現象[9-11]。從洗滌用品、化妝品中的添加劑到香水，使得植物芳香成分在精細日用化工中是不可或缺的一部分。何春茂[9]等人用超臨界CO2對桂花、茉莉花進行了萃取研究，考察萃取時間、溫度、壓力對浸膏得率和質量的影}響。桂花萃取最佳工藝條件為：壓力12-16MPa，溫度308-318 K，時間1.5-2h，浸膏得率0.251%；茉莉花萃取最佳工藝條件為：壓力12-15MPa，溫度308-323K，時間1-1.5h，浸膏得率為0.240%。

由于液體CO2的極性較小，對果汁中的醇、酮、酯等有機物的溶解能力較強。因此，液體CO2同樣可作為蔬菜特有香味的抽提劑。具稱所得產物富含含氧成分，香氣風味俱佳。而且SFE-CO2法還有望成為一種果汁脫苦的方法。柯于家[10-11]等用0.1L超臨界CO2萃取裝置萃取生姜、芫姜籽、砂仁和八角等辛香料精油的工藝、組成成分等方面的內容，并且與傳統的水汽蒸餾法進行了比較。超臨界CO2萃取法萃取辛香料精油能提取更多的有效成分，油收率比水汽法提高3倍左右。并對辛香料精油的中試、工業化試驗的情況，用25L.200L超臨界CO2萃取裝置萃取辛香料精油的工藝、組成成分、物性指標等方面的內容進行了研究。張忠義[12]等用超臨界CO2流體萃取技術和分子蒸餾對大蒜化學成分進行萃取與分離，用氣相色譜-質譜聯用技術測定其化學成分；從超臨界CO2萃取物中鑒定出16種成分，經分子蒸餾后，得到4種主要成分。2.2.食品方面的應用

伴隨著人類利會的進步，飲食文化的內涵不斷豐富，人們對食品提出了營養性、方便性功能性等更多的要求，同時還越來越強調其安全性。我國食品工業應用超臨界萃取技術己逐步由實驗室研究走向產業化，集中用在脫咖啡因、啤酒花有效成分萃取、植物油脂的萃取、色素的分離等方面。2.2.1.脫咖啡因

超臨界流體萃取技術得到較旱大規模的工業化應用的是天然咖啡豆的脫咖啡因。咖啡因是一種較強的中樞神經系統興奮劑，富含十咖啡豆和茶葉中，許多人飲用咖啡或茶時，不喜歡咖啡因含量過高，而且從植物中脫卜的咖啡因可做藥用。已常作為藥物中的摻合劑，因此咖啡豆和茶葉脫咖啡因的研究應運而生。韓佳賓[13]、江和源[14]等通過正交實驗確定了超臨界流體脫除茶葉中咖啡因的最佳工藝參數。結果表明，茶樣形態對咖啡因脫除影響極大，60日磨碎茶樣的咖啡因脫除率可達85.63%，咖啡因含量<0.5%；含水率對茶葉中咖啡因的脫除率影響也較大，含水率為35%-50%時較適宜。正交實驗中，咖啡因脫除率的影響因子主次順序為壓力>溫度>動態循環時間>夾帶劑用量，而對兒茶素來說，夾帶劑的影響較為明顯。2.2.2.啤酒花有效成分萃取

啤酒花中對釀酒有用的部分是揮發油和軟樹脂中的律草酮又稱α-酸。揮發油賦予啤酒特有的香氣，而α-酸在麥芽汁煮沸過程中將異構化為異α-酸，這是造成啤酒苦味的重要物質。用超臨界二氧化碳萃取啤酒花，α-酸的萃取率可達95%以上。萃取物為黃綠色的帶芳香味的膏狀物。張侃[15]、黃亞東[16]等對啤酒花的超臨界CO2萃取物的組分進行了分析，氣相色譜圖表明了超臨界CO2和液態CO2萃取物的異同；并對超臨界CO2萃取物進行釀酒試驗，結果表明超臨界CO2萃取物不僅增加啤酒香味，還能改善日味。2.2.3.植物油脂的萃取

超臨界二氧化碳萃取對植物油脂的應用比較廣泛成熟，呂維忠[17]等研究了大豆粗磷脂的超臨界CO2提純工藝，探討萃取壓力、萃取溫度、萃取時間對萃取率的影響。通過正交試驗得到優化工藝條件為:萃取壓20MPa，萃取溫度50度，萃取時間5h。銀建中[18]等建立了一套超臨界流體萃取實驗裝置，就大豆和花生兩種植物油超臨界流體萃取進行了較為詳細的實驗研究。在探討了壓力、溫度、顆粒度、空隙率以及時間等對萃取率的影響之后，獲得了指導實際生產的最佳工藝參數條件。2.2.4.色素的分離

超臨界CO2還可以分離天然色素，隨著合成色素的不安全性日益受到人們的重視，世界各國合成色素的種類日趨減少。天然色素不僅使用安全，而且常有一定的營養價值，深受消費者喜愛。孫慶杰等[19]采用超臨界CO2萃取技術從番茄加工副產品番茄皮中提取出番茄紅素。研究了不同的壓力、溫度、流量和萃取時間對萃取率的影響。當萃取壓力在15-25MPa，溫度40-50度，流量20kg/h，萃取1-2h，既可將番茄皮中90%以上的番茄紅素萃取出來。姜煒[20]介紹超臨界二氧化碳萃取技術提純辣椒紅色素的工作原理及工藝流程。工藝流程通過改變萃取壓力、萃取溫度、萃取時間和流速等參數確定了最佳工藝條件，在此條件下，得到的辣椒紅色素的色價達150以上，且雜質含量符合國家標準[21-22]。2.3.在中藥研究與開發中的應用

在醫藥工業中，中藥研制與開發中，必須組遵循 “三效”(速效、高效、長效)，：“一小”(劑量小、副作用小、毒性小)，“五方便”(生產、運輸、儲藏、攜帶、使用方便)為目的原則。而超臨界流體萃取技術很大程度上避免了傳統提藥制藥過程中的缺陷，提取物中不存在有害健康的殘留溶劑，同時具有操作條件溫和與不致使生物活性物質失活變性的優點，而且對環境保護也具有十分重要的作用，已為我國的中藥現代化、國際化提供了一條全新的途徑[23]。

根據中醫辯證論治理論，重要復方中有效成分是彼此制約、協同發揮作用的，SEF-CO2不是簡單地純化某組分，而是將有效成分進行選擇性分離，更有利十重要復方優勢的發揮[23]。

除了從動植物中提取有效成分，還包括藥用成分分析及粗品的濃縮精制等[23]。楊林等研究萃取丹參素的最佳工藝條件。且通過正交設計，用超臨界CO2流體萃取，優化出合理工藝條件，并與傳統溶劑提取工藝相對照。使得超臨界CO2流體萃取率為傳統工藝萃取率的1.1倍。鄧永智[24-26]等采用自制的CO2超臨界流體萃取系統提取了銀杏葉中聚戊烯醇酷考察了溫度、壓力、流速及時間等因素對提取效率的影響，確定了最佳的超臨界流體提取條件[24]。實驗結果表明，CO:超臨界流體提取銀杏葉中聚戊烯醇酷的最佳壓力、溫度、流速、時間分別為25MPa，65 度，8mL/min，6h。采用本方法萃取的提取物經過硅膠色譜柱純化及高效液相色譜分析，與溶劑提取法相比較，提取效率比較好。

其他將中草藥各類成分的超臨界萃取分類如下：林秀仙等對百南紅豆杉、楊蘇蓓對五味子中的木脂素、張虹對川芍的有效成分提取、史慶龍等萃取黃山藥中的薯禎皂素、姚渭溪等提取靈芝內有效成分及脫除有害成分[25]。

3.SFE的前景與展望

自20世紀70年代以來，超臨界流體技術已經取得長足的進展。超臨界流體技術正以其獨特的優點受到關注，并在萃取、化學反應、材料制備等方面得到廣泛的應用。超臨界萃取技術早己實現工業化，目前的趨勢是向大規模、高附加值和套裝工藝方向發展。在國內外，超臨界流體技術還廣泛用于高分子聚合、有機反應、酶催化反應、材料制備等方面，目前各類報道頗多，但產業化的技術卻為數不多，有望在不久的將來能形成規模生產，得到實際應用。超臨界流體技術以綠色、環保而受到人們的關注，它為綠色化學提供了全新的反應體系，相信超臨界流體技術必將得到迅速發展，應用也將有廣闊的前景[27]。

參考文獻：

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第二篇：生物分離工程選擇題

選擇題：

1.B 可以提高總回收率。

A.增加操作步驟 B.減少操作步驟 C.縮短操作時間 D.降低每一步的收率

2．分離純化早期，由于提取液中成分復雜，目的物濃度稀，因而易采用（A）A、分離量大分辨率低的方法 B、分離量小分辨率低的方法

C、分離量小分辨率高的方法 D、各種方法都試驗一下，根據試驗結果確定 選擇題：

1、適合小量細胞破碎的方法是（）

A、高壓勻漿法 B.超聲破碎法 C.高速珠磨法 D.高壓擠壓法

2、絲狀（團狀）真菌適合采用（A）破碎。

A、珠磨法 B、高壓勻漿法 C、A與B聯合 D、A與B均不行

3、撞擊破碎法適用于（C）的回收。A、蛋白質 B、細胞壁 C、細胞器 D、核酸

4、以下哪項不是在重力場中，顆粒在靜止的流體中降落時受到的力（B）A.重力 B.壓力 C.浮力 D.阻力

5、顆粒與流體的密度差越小，顆粒的沉降速度（A）A.越小 B.越大 C.不變 D.無法確定

6、碟片式離心機中碟形分離板的作用是；（D）。

A、增大離心力，提高處理能力 B、增大流體阻力，提高處理能力

C、增大料液量，提高處理能力 D、增大沉降面積，提高處理能力

7、那種細胞破碎方法適用工業生產（A）

A.高壓勻漿 B超聲波破碎 C.滲透壓沖擊法 D.酶解法

8、可壓縮濾餅的平均比阻與壓力之間的關系為：（C）。

A、隨壓力提高而減小 B、與壓力無關 C、隨壓力提高而增大 D、與壓力的倒數成正比

9、重力沉降過程中，固體顆粒不受 C 的作用。A.重力 B.摩擦力 C.靜電力 D.浮力 10.過濾的透過推動力是 D。

A.滲透壓 B.電位差 C.自由擴散 D.壓力差 11.在錯流過濾中，流動的剪切作用可以 B。

A.減輕濃度極化，增加凝膠層的厚度 B.減輕濃度極化，降低凝膠層的厚度 C.加重濃度極化，增加凝膠層的厚度 D.加重濃度極化，降低凝膠層的厚度 12.菌體和動植物細胞的重力沉降操作，采用 D 手段，可以提高沉降速度。A.調整pH B.加熱 C.降溫 D.加鹽或絮狀劑

13.差速區帶離心的密度梯度中最大密度 B 待分離的目標產物的密度。A.大于 B.小于 C.等于 D.大于或等于

14．基因工程藥物分離純化過程中，細胞收集常采用的方法（C）A．鹽析 B.超聲波 C.膜過濾 D.層析 15．高壓勻漿法破碎細胞，不適用于（D）

A.酵母菌 B大腸桿菌 C.巨大芽孢桿菌 D.青霉

16、目前在工業上應用最為廣泛的細胞破碎方法有：（D）A、超聲波法和化學法 C、凍融法和滲透壓法

B、酶解法和干燥法 D、高壓勻漿法和珠磨法

1．鹽析法沉淀蛋白質的原理是（B）A.降低蛋白質溶液的介電常數 B.中和電荷，破壞水膜 C.與蛋白質結合成不溶性蛋白 D.調節蛋白質溶液pH到等電點

2．從組織中提取酶時，最理想的結果是（C）A.蛋白產量最高 B.酶活力單位數值很大 C.比活力最高 D.Km最小

3、在一定的pH和溫度下改變離子強度（鹽濃度）進行鹽析，稱作（A）。

A、KS鹽析法 B、β鹽析法 C、重復鹽析法 D、分部鹽析法

4、下列電解質的凝聚能力最強的為：（A）。A、Al2(SO4)3?18H2O B、MgSO4?7H2O C、FeCl3?6H2O D、NaCl

5、當向蛋白質純溶液中加入中性鹽時，蛋白質溶解度：（C）。

A、增大 B、減小

C、先增大，后減小

D、先減小，后增大

6、能夠除去發酵液中鈣、鎂、鐵離子的方法是：（C）。

A、過濾 B、萃取 C、離子交換 D、蒸餾

7、鹽析操作中，硫酸銨在什么樣的情況下不能使用（B）

A.酸性條件 B堿性條件 C.中性條件 D.和溶液酸堿度無關

8、將四環素粗品溶于pH2的水中，用氨水調pH4.5—4.6，28－30℃保溫，即有四環素沉淀結晶析出。此沉淀方法稱為（B）

A、有機溶劑結晶法 B、等電點法 C、透析結晶法 D、鹽析結晶法

9.在Cohn方程中，logS=β-KsI中，鹽析常數Ks反映 C 對蛋白質溶解度的影響。A.操作溫度 B.pH值 C.鹽的種類 D.離子強度

10.在Cohn方程中，logS=β-KsI中，β常數反映 B 對蛋白質溶解度的影響。A.無機鹽的種類 B.pH值和溫度 C.pH值和鹽的種類 D.溫度和離子強度 11.蛋白質溶液的pH接近其等電點時，蛋白質的溶解度 B。A.最大 B.最小 C.恒定 D.零 12.變性活化能 A 的蛋白質可利用熱沉淀法分離。A.相差較大 B.相差較小 C.相同 D.相反

13.在相同的離子強度下，不同種類的鹽對蛋白質鹽析的效果不同，一般離子半徑 A 效果好。A.小且帶電荷較多的陰離子 B.大且帶電荷較多的陰離子 C.小且帶電荷較多的陽離子 D.大且帶電荷較多的陽離子 14.鹽析沉淀時，對 A 蛋白質所需的鹽濃度低。

A.結構不對稱且高分子量的 B.結構不對稱且低分子量的 C.結構對稱且高分子量的 D.結構對稱且低分子量的 15．鹽析法純化酶類是根據（B）進行純化。

A.根據酶分子電荷性質的純化方法 B.調節酶溶解度的方法

C.根據酶分子大小、形狀不同的純化方法 D.根據酶分子專一性結合的純化方法 16．若兩性物質結合了較多陽離子，則等電點pH會（A）A.升高 B降低 C.不變 D.以上均有可能

17．若兩性物質結合了較多陰離子，則等電點pH會（B）A.升高 B降低 C.不變 D.以上均有可能

18、關于蛋白質鹽析的說法，哪個是不正確的：（C）A、不同蛋白質，鹽析沉淀所需的鹽飽和度不同 B、同一蛋白質濃度不同，沉淀所需的鹽的飽和度不同 C、溫度升高，鹽析作用強，故溫度越高越好 D、pH=pI時，鹽析的效果較好

1、非對稱膜的支撐層（C）。

A、與分離層材料不同 B、影響膜的分離性能 C、只起支撐作用 D、與分離層孔徑相同

2、在超濾過程中，主要的推動力是：(C)。

A、濃度差 B、電勢差 C、壓力 D、重力

3、在分子質量相同時，下列哪種分子的截留率最低。(C)。A、球形分子 B、有支鏈的分子

C、呈線狀的分子 D、上述三種分子的截留率相同

4、電滲析采用的膜材料為：（C）。A、親水性膜 B、疏水性膜 C、離子交換膜 D、透析膜

5、常用于海水和苦咸水淡化的膜分離技術是（D）。

A、透析 B、微濾 C、超濾 D、電滲析

6、超濾膜通常不以其孔徑大小作為指標，而以截留分子量作為指標。所謂“分子量截留值”是指阻留率達（B）的最小被截留物質的分子量。

A 80%以上 B 90%以上 C 70%以上 D 95%以上

7.膜分離是利用具有一定 D 特性的過濾介質進行物質的分離過程。A.擴散 B.吸附 C.溶解 D.選擇性透過 8.反滲透分離的對象主要是 A。

A.離子 B.大分子 C.蛋白質 D.細胞 9.超濾膜主要用于 D 分離。

A.菌體 B.細胞 C.微顆粒 D.不含固形物的料液 10.微濾主要用于 A 分離。

A.懸浮物 B.不含固形物的料液 C.電解質溶質 D.小分子溶質溶液 11.透析主要用于 D。

A.蛋白質分離 B.細胞分離 C.懸浮液的分離 D.生物大分子溶液的脫鹽 12.菌體分離可選用 C。

A.超濾 B.反滲透 C.微濾 D.電滲析 13.除去發酵產物中的熱源通常選用 C。A.反滲透 B.微濾 C.超濾 D.透析 14.蛋白質的回收濃縮通常選用 B。

A.反滲透 B.超濾 C.微濾 D.電滲析 15.孔徑越大的微濾膜，其通量 A。

A.下降速度越快 B.下降速度越慢 C.上升速度越快 D.上升速度越慢 16.超濾和微濾是利用膜的篩分性質以 B 為傳質推動力。A.滲透壓 B.膜兩側的壓力差 C.擴散 D.靜電作用 17.超濾和微濾的通量 C。

A.與壓差成反比，與料液粘度成正比 B.與壓差成正比，與料液粘度成正比 C.與壓差成正比，與料液粘度成反比 D.與壓差成反比，與料液粘度成反比 18.相對分子量相同時，B 分子截留率最大。A.線狀 B.球型 C.帶有支鏈 D.網狀

19.兩種以上高分子溶質共存時與單純一種溶質存在的截留率相比要 A。A.高 B.低 C.無變化 D.低許多 20.膜面流速增大，則 C。

A.濃度極化減輕，截留率增加 B.濃度極化嚴重，截留率減少 C.濃度極化減輕，截留率減少 D.濃度極化嚴重，截留率增加 21.膜分離過程中，料液濃度升高，則 D。

A.粘度下降，截留率增加 B.粘度下降，截留率降低 C.粘度上升，截留率下降 D.粘度上升，截留率增加

22.當pH C，蛋白質在膜表面形成凝膠極化層濃度最大，透過阻力最大，此時截留率最高。A.大于等電點 B.小于等電點 C.等于等電點 D.等電點附近

23.當壓力較小時，膜面上尚未形成濃差極化層時，此時，透過通量與壓力成 A 關系。A.正比 B.反比 C.對數關系 D.指數

27.欲使溶質濃度高的一側溶液中的溶劑透過到溶質濃度低的一側時，在溶質濃度高的一側 A。A.施加壓力大于滲透壓 B.加壓力小于滲透壓 C.加壓等于滲透壓 D.加壓小于滲透壓

1、在萃取液用量相同的條件下，下列哪種萃取方式的理論收率最高（C）。A、單級萃取 B、三級錯流萃取 C、三級逆流萃取 D、二級逆流萃取

2、在液膜分離的操作過程中，（B）主要起到穩定液膜的作用。A、載體 B、表面活性劑 C、增強劑 D、膜溶劑

3、用來提取產物的溶劑稱（C）。A、料液 B、萃取液 C、萃取劑 D、萃余液

4、膜相載體輸送中的同向遷移是指：（B）。

A、目標溶質的傳質方向與其濃度梯度相同 B、目標溶質的傳質方向與供能物質的遷移方向相同

C、目標溶質的傳質方向與載體的遷移方向相同 D、以上均不對

5、反膠團萃取中，蛋白質相對于反膠團的（D）。

A、直徑越大，萃取率越高 B、直徑越小，萃取率越低

C、直徑的大小，與萃取率無關 D、直徑越大，萃取率越低

6、在聚乙二醇/葡聚糖雙水相體系中，提高聚乙二醇的相對分子質量，則蛋白質在上下兩相中的分配系數：（A）。

A、減小 B、增大 C、恒定 D、為零

7、液一液萃取時常發生乳化作用，如何避免（D）

A.劇烈攪拌 B低溫 C.靜止 D.升溫

8、超臨界流體萃取中，如何降低溶質的溶解度達到分離的目的（C）

A.降溫 B升高壓力 C.升溫 D.加入夾帶劑 9.溶質在兩相達到分配平衡時，溶質在兩相中的濃度 C。

A.相等 B.輕相大于重相中的濃度 C.不再改變 D.輕相小于重相中的濃度 10.萃取分配定律成立的條件為 C。

A.恒溫恒壓 B.恒溫恒壓，溶質在兩相中相對分子質量相等 C.恒溫恒壓，溶質在兩相中相對分子質量相等，且低濃度范圍 D.恒溫恒壓，低濃度范圍 11.分配常數與分配系數 C。

A.完全相同 B.數值相同 C.分配常數是分配系數的一種特例 D.分配系數是分配常數的一種特例 12.分配常數與分配系數在 A 情況下相同。

A.溶質在兩相中的分子形態相同 B.達到相平衡時 C.低濃度范圍 D.較高濃度時

13.若萃取平衡符合線性關系，并且各級萃取流量之和為一常數，各級萃取流量均相等時萃取分率 A。A.大 B.相等 C.小 D.不確定

14.紅霉素是堿性電解質，采用有機溶劑萃取，水相從pH 9.8降至pH 5.5時，分配系數會 B。A.不改變 B.降低 C.先升后降 D.增加

15.青霉素是較強的有機酸，采用有機溶劑萃取時，水相中pH從3 升至6時，分配系數會 A。

A.明顯降低 B.變化不大 C.明顯增加 D.恒定不變

16.非電解質溶質在雙水相中的分配系數隨相對分子質量的增大而 A。A.減小 B.增大 C.趨近無窮 D.變化不大

17.疏水因子HF一般隨聚合物的相對分子質量、濃度和鹽析濃度的增大而 B。A.減少 B.增大 C.恒定 D.趨近于零

18.在pH為等電點的雙水相中蛋白質的分配系數的對數值與雙水相的疏水因子HF呈線性關系，則直線的斜 率定義為 D。

A.雙水相的疏水性 B.蛋白質的分配系數 C.蛋白質的靜電荷數 D.蛋白質的表面疏水性 19.在PEG/DX雙水相中，若添加的無機鹽使相間電位差??應調節pH B。

A.等于蛋白質的等電點 B.大于等電點 C.小于等電點 D.等于7 20.在pH為等電點的雙水相中，蛋白質主要根據 C 產生各自分配。A.荷電荷的大小 B.分子量差異 C.疏水性差異 D.荷電荷性質 21.無機鹽的存在 B 溶質向有機相中分配。

A.不影響 B.有利于 C.不利于 D.以上答案都不對

22.利用液膜膜相中流動載體 B 作用的傳質機理稱為液膜膜相載體輸送。A.滲透 B.選擇性輸送 C.溶解 D.擴散 23.液膜中膜溶劑的粘度越大，則膜 B。

A.越薄 B.易于成膜 C.難成膜 D.穩定性越差 24.蛋白質溶解在反膠團中的主要推動力是 C。

A.濃度差 B.電位差 C.靜電相互作用 D.壓力差

25.反膠團萃取若選用陰離子型表面活性劑，當水相中pH B 蛋白質等電點時，蛋白質易溶于反膠團中。A.大于 B.小于 C.等于 D.偏離

26.超臨界流體在其臨界溫度和壓力附近的微小變化，都會引起 C 發生很大的變化。A.粘度 B.體積 C.密度 D.質量

27.液固萃取是利用液體提取固體的有用成分的 C 分離操作。A.溶解 B.吸附 C.擴散 D.滲透 28.超臨界流體萃取的萃取速度 C 液—液萃取。A.低于 B.等于 C.大于 D.近似等于 29.反膠團的形狀是（A）。

A、極性頭朝里，非極性尾朝外 B、極性頭朝外，非極性尾朝里 C、極性頭和非極性尾都朝外 D、極性頭和非極性尾都朝里 1．適合于親脂性物質的分離的吸附劑是（B）。A．活性炭 B.氧化鋁 C.硅膠 D.磷酸鈣

2、吸附色譜分離的依據是（A）。

A、固定相對各物質的吸附力不同 B、各物質分子大小不同

C、各物質在流動相和固定相的分配系數不同 D、各物質與專一分子的親和力不同

3、恒定圖式假設必定發生在(B)。A、非優惠吸附 B、優惠吸附 C、線性吸附 D、以上均正確 4.當吸附操作達到穿透點時，應 B 操作。

A.繼續吸附 B.停止吸附 C.停止再生 D.停止洗脫 5.離子交換的分配系數與離子濃度呈 D 關系。

A.線性增加 B.線性減少 C.指數增加 D.指數減少 6．相對于下列物質而言，離子交換劑不適用于提取（D）物質。

?0，要使蛋白質分配于富含PEG的上相中，6 A．抗生素 B.氨基酸 C.有機酸 D.蛋白質

7．下列哪一項是強酸性陽離子交換樹脂的活性交換基團（A）

A 磺酸基團（-SO3 H）B 羧基-COOH C 酚羥基C6H5OH D 氧乙酸基-OCH2COOH 8．離子交換法是應用離子交換劑作為吸附劑，通過（A）將溶液中帶相反電荷的物質吸附在離子交換劑上。

A、靜電作用 B、疏水作用 C、氫鍵作用 D、范德華力

9．工業上強酸型和強堿型離子交換樹脂在使用時為了減少酸堿用量且避免設備腐蝕，一般先將其轉變為（B）。

A、鈉型和磺酸型 B、鈉型和氯型 C、銨型和磺酸型 D、銨型和氯型

10．通過改變pH值從而使與離子交換劑結合的各個組分被洗脫下來，可使用（A）

A.陽離子交換劑一般是pH值從低到高洗脫 B陽離子交換劑一般是pH值從高到低洗脫 C.陰離子交換劑一般是pH值從低到高 D.以上都不對 1．HPLC是哪種色譜的簡稱（C）。

A．離子交換色譜 B.氣相色譜 C.高效液相色譜 D.凝膠色譜

2、下列哪一項是強酸性陽離子交換樹脂的活性交換基團（A）

A 磺酸基團（-SO3 H）B 羧基-COOH C 酚羥基C6H5OH D 氧乙酸基-OCH2COOH

3、如果要將復雜原料中分子量大于5000的物質與5000分子量以下的物質分開選用（D）。A、Sephadex G-200 B、Sephadex G-150 C、Sephadex G-100 D、Sephadex G-50

4、離子交換法是應用離子交換劑作為吸附劑，通過（A）將溶液中帶相反電荷的物質吸附在離子交換劑上。

A、靜電作用 B、疏水作用 C、氫鍵作用 D、范德華力

5、洗脫體積是：（C）。

A、凝膠顆粒之間空隙的總體積 B、溶質進入凝膠內部的體積

C、與該溶質保留時間相對應的流動相體積 D、溶質從柱中流出時所用的流動相體積

6、陰離子交換劑（C）。

A、可交換的為陰、陽離子 B、可交換的為蛋白質 C、可交換的為陰離子 D、可交換的為陽離子

7、工業上強酸型和強堿型離子交換樹脂在使用時為了減少酸堿用量且避免設備腐蝕，一般先將其轉變為（B）。

A、鈉型和磺酸型 B、鈉型和氯型 C、銨型和磺酸型 D、銨型和氯型

7、在凝膠過濾（分離范圍是5000~450000）中，下列哪種蛋白質最先被洗脫下來。(B）。

A、細胞色素C（13370）B、肌球蛋白（400000）C、過氧化氫酶（247500）D、血清清蛋白（68500）

8、依離子價或水化半徑不同，離子交換樹脂對不同離子親和能力不同。樹脂對下列離子親和力排列順序正確的有（A）。

A、Fe3+>Ca2+>Na+ B、Na+ >Ca2+> Fe3+ C、硫酸根>檸檬酸根>硝酸根 D、硝酸根>硫酸根>檸檬酸根

9、分子篩層析純化酶是根據（C）進行純化。

A.根據酶分子電荷性質的純化方法 B.調節酶溶解度的方法

C.根據酶分子大小、形狀不同的純化方法 D.根據酶分子專一性結合的純化方法

10、通過改變pH值從而使與離子交換劑結合的各個組分被洗脫下來，可使用（A）A.陽離子交換劑一般是pH值從低到高洗脫 B陽離子交換劑一般是pH值從高到低洗脫 C.陰離子交換劑一般是pH值從低到高 D.以上都不對

11、那一種凝膠的孔徑最小（A）

A.Sephadex G-25 B Sephadex G-50 C.Sephadex G-100 D.Sephadex G-200

12、為了進一步檢查凝膠柱的質量，通常用一種大分子的有色物質溶液過柱，常見的檢查物質為藍色葡聚糖，下面不屬于它的作用的是（C）

A、觀察柱床有無溝流 B、觀察色帶是否平整 C、測量流速 D、測量層析柱的外水體積 12.凝膠過濾層析中，流動相的線速度與HETP成 C 關系。A.無 B.線性減少 C.線性增加 D.對數

13.GFC中溶質的分配系數在分級范圍內隨相對分子質量的對數值增大而 B。A.線性增大 B.線性減少 C.急劇增大 D.急劇減少 14.凝膠的分級范圍越小，則分離度 A。

A.越大 B.越小 C.小于1 D.小于0 15.線性梯度洗脫過程中，流動相的離子強度線性增大，因此，溶質的 C 連續降低，移動速度逐漸增大。A.溶解度 B.擴散系數 C.分配系數 D.分離度

16.逐次洗脫過程中，流動相的離子強度階躍增大，溶質的分配系數 B 降低。A.逐漸 B.階躍式 C.線性 D.急劇

17.在液相色譜法中，按分離原理分類，液固色譜法屬于（D）。

A、分配色譜法 B、排阻色譜法 C、離子交換色譜法 D、吸附色譜法 18.在高效液相色譜流程中，試樣混合物在（C）中被分離。A、檢測器 B、記錄器 C、色譜柱 D、進樣器 19.液相色譜流動相過濾必須使用何種粒徑的過濾膜？B A、0.5μm B、0.45μm C、0.6μm D、0.55μm 20.在液相色譜中，為了改變色譜柱的選擇性，可以進行如下哪些操作？C A、改變流動相的種類或柱子 B、改變固定相的種類或柱長 C、改變固定相的種類和流動相的種類 D、改變填料的粒度和柱長 21.在液相色譜法中，提高柱效最有效的途徑是（D）

A、提高柱溫 B、降低板高 C、降低流動相流速 D、減小填料粒度 22．分配層析中的載體（C）。

A、對分離有影響 B、是固定相 C、能吸附溶劑構成固定相 D、是流動相 23．下列關于正相色譜與反相色譜說法正確的是（C）

A.正相色譜是指固定相的極性低于流動相的極性 B正相色譜層析過程中非極性分子或極性小的分子比極性大的分子移動的速度慢 C.反相色譜是指固定相的極性低于流動相的極性 D.反相色譜層析過程 中，極性大的分子比極性小的分子移動的速度慢 24．疏水親和吸附層析通常在（D）的條件下進行 A.酸性 B堿性 C.中 D.高濃度鹽溶液

24.葡聚糖凝膠和聚丙烯酰胺凝膠的商品名分別是：(D)A.Sepharose和Bio-Gel A B.Sepharose和Sephadex C.Sephadex和Bio-Gel A D.Sephadex和Bio-Gel P

25、氨基酸自動分析儀是以下列哪種色譜分離方法為基礎而設計的：（A）A、離子交換色譜 B、吸附色譜 C、分配色譜、D、凝膠色譜

26、凝膠色譜法中所用到的凝膠的化學本質大多是（B）。A、脂質 B、糖類化合物 C、蛋白質 D、核酸

27、在液相色譜法中，按分離原理分類，液固色譜法屬于（D）。A、分配色譜法 B、排阻色譜法 C、離子交換色譜法 D、吸附色譜法 28.在高效液相色譜流程中，試樣混合物在（C）中被分離。A、檢測器 B、記錄器 C、色譜柱 D、進樣器

29.在液相色譜中, 某組分的保留值大小實際反映了哪些部分的分子間作用力（C）A、組分與流動相 B、組分與固定相 C、組分與流動相和固定相 D、組分與組分 1．針對配基的生物學特異性的蛋白質分離方法是（C）。A.凝膠過濾 B.離子交換層析 C.親和層析 D.紙層析

2、親和層析的洗脫過程中，在流動相中加入配基的洗脫方法稱作（C）。

A、等電點洗脫 B、劇烈洗脫 C、競爭洗脫 D、非競爭洗脫

3、如果親和結合作用源于親和分子對與金屬離子形成的配位鍵，則加入下列哪種試劑可消除親和作用（D）。

A、十二烷基磺酸鈉 B、氯化鈉

C、乙醇胺 D、乙二胺四乙酸（EDTA）

4、當親和作用主要源于疏水性相互作用，增大離子強度，則可（A）親和作用。

A、提高 B、降低

C、無影響 D、在一定條件下降低

5.具有親和作用的分子（物質）對之間具有“鑰匙”和“鎖孔”的關系是產生親和結合作用的 C。A.充分條件 B.充要條件 C.必要條件 D.假設條件 6.如果親和作用主要源于靜電引力，提高離子強度會 D 親和作用。A.增加 B.減弱 C.不影響 D.減弱或完全破壞 7.如果親和作用以氫鍵為主，提高離子強度會 D 親和作用。A.增加 B.減弱 C.不影響 D.降低或消除

8.當親和作用以疏水性相互作用時，提高離子強度會 A 親和作用。A.增加 B.減弱 C.無影響 D.完全破壞

9.在親和分離操作中，許多親和吸附的目標蛋白質用高濃度的鹽溶液洗脫，說明 D 在親和作用中占主要地位。A.疏水性相互作用 B.配位鍵 C.非共價鍵 D.靜電力 10.C 的存在可以抑制氫鍵的形成。

A.氧原子 B.氮原子 C.脲和鹽酸胍 D.NaCl 11．下列哪項酶的特性對利用酶作為親和層析固定相的分析工具是必需的？（B）A.該酶的活力高

B..對底物有高度特異親合性 C.酶能被抑制劑抑制 D.最適溫度高 選擇題：

1、人血清清蛋白的等電點為4.64，在PH為7的溶液中將血清蛋白質溶液通電，清蛋白質分子向（A）A ：正極移動；B：負極移動；C：不移動；D：不確定。

2、影響電泳分離的主要因素（B）

A 光照 B 待分離生物大分子的性質C 濕度 D 電泳時間 3.電泳分離的機理是 B 分離過程。

A.液—液相平衡 B.速率 C.分配平衡 D.篩分 4.電解質溶質的遷移率是 C 下的泳動速度。

A.單位時間 B.單位溶質質量 C.單位電場強度 D.單位靜電引力 5．下列有關電泳時溶液的離子強度的描述中，錯誤的是（B）

A．溶液的離子強度對帶電粒子的泳動有影響 B．離子強度越高、電泳速度越快 C．離子強度太低，緩沖液的電流下降

D．離子強度太低，擴散現象嚴重，使分辨力明顯降低 6．一般來說，顆粒帶凈電荷量、直徑和泳動速度的關系是（A）

A．顆粒帶凈電荷量越大或其直徑越小，在電場中的泳動速度就越快 B．顆粒帶凈電荷量越小或其直徑越小，在電場中的泳動速度就越快 C．顆粒帶凈電荷量越大或其直徑越大，在電場中的泳動速度就越快 D．顆粒帶凈電荷量越大或其直徑越小，在電場中的泳動速度就越慢 7．20世紀60年代中期問世的等電聚焦電泳，是一種（D）

A．分離組份與電解質一起向前移動的同時進行分離的電泳技術 B．能夠連續地在一塊膠上分離數千種蛋白質的電泳技術 C．利用凝膠物質作支持物進行的電泳技術

D．利用有pH值梯度的介質，分離等電點不同的蛋白質的電泳技術 8．雙向電泳樣品經過電荷與質量兩次分離后（E）

A．可得到分子的分子量，分離的結果是帶 B．可得到分子的等電點，分離的結果是點 C．可得到分子的等電點，分離的結果是帶 D．可得到分子的等電點、分子量，分離的結果是帶 E．可得到分子的等電點、分子量，分離的結果是點

9．聚丙烯酰胺凝膠電泳分離蛋白質，除一般電泳電荷效應外，欲使分辯率提高還應有的作用是（D）

A．濃縮作用 B．擴散作用 C．重力作用 D．分子篩作用 E．電滲作用

10．毛細管電泳的特點（ABCD）

A．高靈敏度、高分辨率 B．高速度 C．樣品少 D．應用范圍廣

1、處于包含體內的表達產物（A）。

A、具有正確的一級結構 B、具有正確的二級結構 C、具有正確的三級結構 D、不具有任何正確的結構

2.目前認為包含體的形成是部分折疊的中間態之間 A 相互作用的結果。A.疏水性 B.親水性 C.氫鍵 D.靜電

1、結晶過程中，溶質過飽和度大小（A）。

A、不僅會影響晶核的形成速度，而且會影響晶體的長大速度 B、只會影響晶核的形成速度，但不會影響晶體的長大速度 C、不會影響晶核的形成速度，但會影響晶體的長大速度 D、不會影響晶核的形成速度，而且不會影響晶體的長大速度

2、結晶法對溶劑選擇的原則是：（C）。

A、對有效成分溶解度大，對雜質溶解度小

B、對有效成分溶解度小，對雜質溶解度大

C、對有效成分熱時溶解度大冷時溶解度小，對雜質冷熱都易溶或都難溶 D、對雜質熱時溶解度大，冷時溶解度小

3、在什么情況下得到粗大而有規則的晶體（A）。

A、晶體生長速度大大超過晶核生成速度

B、晶體生長速度大大低于過晶核生成速度

C、晶體生長速度等于晶核生成速度 D、以上都不對

4、在下列各個區域中，不會在結晶中自發成核且加入結晶顆粒后晶體會生長，但不會產生新晶核的區域是（B）。

A、穩定區 B、第一介穩區 C、第二介穩區 D、不穩區 5.大多數溶質的溶解度隨 B 的升高而顯著增大。

A.壓力 B.溫度 C.擴散系數 D.濃度 6.除溫度外，B 對溶質的溶解度有顯著影響。A.壓力 B.溶劑組成 C.稀度 D.擴散系數 7.微小晶體的溶解度 B 普遍晶體的溶解度。A.低于 B.高于 C.接近D.等于

８、影響晶體大小的主要因素與下列哪些因素無關：（D）。A、過飽和度 B、溫度 C、攪拌速度 D、飽和度

1、恒速干燥階段與降速干燥階段，那一階段先發生（A）。

A、恒速干燥階段 B、降速干燥階段

C、同時發生 D、任何一種都可能會先發生

2、通過導熱介質干燥物料的干燥操作，稱為(B)。

A、直接加熱干燥 B、間接加熱干燥 C、對流干燥 D、介電加熱干燥

3、物料中結合水與非結合水的基本區別在于其產生的水蒸汽壓（）同溫度下純水的飽和蒸汽壓。A.等于； B.大于； C.小于

4、濕物料在指定的空氣條件下被干燥的極限含水量稱為()。A.結合水； B.平衡含水量； C.臨界含水量；D.自由含水量

第三篇：分離工程_論文

分離工程大作業 專業：化學工程與工藝班級：化工姓名：馬金龍學號： 0904 0901010423

萃取精餾技術的研究進展及其應用

摘 要:萃取精餾是近沸點混合物分離的主要方法, 本文對萃取精餾技術及其在分離過程中的研究與應用進行了討論。結合國內外萃取精餾技術中溶劑選取方法、萃取工藝及設備改進方面取得的研究進展,介紹了近年來萃取精餾技術的應用新情況。

萃取精餾作為一種分離絡合物、近沸點混合物及其他低相對揮發度混合物技術，在石油化學工業中的1,3-丁二烯的分離、芳烴抽提、乙醇/水分離、環己烷提純等過程得到廣泛的應用。它是通過向精餾塔中加入1種或2種可以與分離混合物相溶的溶劑，提高了待分離組分的相對揮發度，從而達到分離沸點相近組分的目的[1]。

萃取精餾中溶劑的選擇占有十分重要的地位，早期的溶劑選取方法決定了其選擇的范圍較窄，從而使萃取精餾技術的應用受到限制。萃取精餾采用的溶劑具有沸點高、相對不易揮發,并與其他組分不易形成絡合物的特點。隨著萃取溶劑探索方法的發展、萃取精餾系統的進一步優化及高效設備的采用，提高了萃取精餾系統的適用性、可控制性和操作性，使其與其他精密分離技術和液液萃取技術相比，顯示出了越來越明顯的優越性。1萃取精餾的原理

在基本有機化工生產中，經常會遇到組分的相對揮發度接近于1，甚至組分之間能形成共沸物。若采用普通精餾的方法進行分離，將很困難，或者不可能。對于這類物系，可以采用特殊精餾方法，向被分離物系中加入第三種組分(稱為溶劑)，改變被分離組分的活度系數，增加組分之間的相對揮發度，達到分離的目的[2]。

如果加入的溶劑與原系統中的一些輕組分形成最低共沸物，溶劑(也稱共沸劑，挾帶劑)與輕組分將以共沸物形式從塔頂蒸出，塔底得到重組分，這種操作稱為共沸精餾；如果加入的溶劑不與原系統中的任一組分形成共沸物。其沸又較任一組分的沸點高，溶劑(也稱萃取劑)與重組分將隨釜液離開精餾塔，塔頂得到輕組分，這種操作稱為萃取精餾。萃取精餾過程中，由于溶劑的沸點大大高于進料組分的沸點，且溶劑又不與組分形成共沸物，所以，只要利用普通精餾即可回收溶劑，過程較簡單；同時，由于溶劑的引入。增加了各組分問的相對揮發度，萃取精餾過程所需的塔板數急劇減少，從而降低了能耗。

2溶劑選取方法

溶劑的好壞是萃取精餾成敗的關鍵，工業生產過程的經濟效果如何，與溶劑的選擇密切相關。為了適用于工業化生產，溶劑的選擇要考慮其選擇性、沸點、溶解度、熱穩定性和化學穩定性及適宜的物性[3]。此外，無毒、無腐蝕、來源豐富也是選擇溶劑要考慮的因素。

影響溶劑選取的因素很多，在其篩選過程中需要對各個因素進行綜合考慮,需要大量的試驗工作為基礎。通過多年來人們在物理化學領域的深入研究，對現有化合物及官能團性能的認識已經取得了很大的進展。目前，不僅從理論上可以較準確地預測現有各種化合物的物理化學性質，同時也具備了根據目標性質設計某種功能化合物的手段。所有這些成果都大大拓寬了溶劑選取的范圍，相對提高了選取過程的準確性、可靠性, 降低了篩選試驗工作量。2.1溶劑篩選原理

溶劑篩選的主要指標是尋求溶劑對分離物系的最大選擇度，它表示溶劑使被分離組分相對揮發度改變的程度。把加入溶劑后和未加入溶劑時組分A(1)對組分B(2)的相對揮發度分別表示為a12和b12，二者的比值稱為選擇度S，比值越大，說明選擇性越好，溶劑的效果就越好。

2.2溶劑的物理特性

萃取精餾過程的實現，經濟效果如何，與選擇的溶劑密切相關。由于萃取精餾混合物多為強非理想性的系統，所以工業生產中選擇適宜溶劑時主要應考慮以下幾點：

(1)選擇性：溶劑的加入要使待分離組分的相對揮發度提高顯著，即要求溶劑具有較高的選擇性，以提高溶劑的利用率；

(2)溶解性：要求溶劑與原有組分間有較大的相互溶解度，以防止液體在塔內產生分層現象，但具有高選擇性的溶劑往往伴有不互溶性或較低的溶解性，因此需要通過權衡選取合適的溶劑，使其既具有較好的選擇性，又具有較高的溶解性；

(3)沸點：溶劑的沸點應高于原進料混合物的沸點，以防止形成溶劑與組分的共沸物。但也不能過高，以避免造成溶劑回收塔釜溫過高；

(4)其它：溶劑的粘度、密度、表面張力、比熱和蒸發潛熱等的大小都直接影響到塔板效率和熱量消耗，對過程的經濟指標產生影響。

此外，溶劑使用安全、無毒性、無腐蝕性、熱穩定性好、價格便宜及來源豐富等也都是選擇溶劑時要考慮的因素。2.3溶劑篩選方法

目前萃取精餾溶劑篩選的方法有實驗法、數據庫查詢法、經驗值方法、計算機輔助分子設計法(CAMD)等。用實驗法篩選溶劑是目前應用最廣的方法，可以取得很好的結果，但是實驗耗費較大，實驗周期較長。實驗法有直接法、沸點儀法、色譜法、氣提法等。實際應用過程中往往需要幾種方法結合使用，以縮短接近目標溶劑的時間。溶劑篩選的一般過程為：經驗分析、理論指導與計算機輔助設計、實驗驗證等。若文獻資料和數據不全，則只有采取最基本的實驗方法，或者采取頗具應用前景的計算機優化方法以尋求最佳溶劑[4]。3萃取工藝及設備的改進

一般的萃取精餾過程采用2(或3)塔工藝流程,設備主要由萃取塔和溶劑回收塔組成。目前,萃取精餾技術的研究重點是進一步提高萃取劑的選擇性、改進工藝過程,減少單元操作和建設成本。雷志剛[5]等針對C4氣體萃取精餾丁烯/丁二烯工藝流程中第一精餾塔底出料存在一定熱聚合損失、第二精餾塔液相負荷大、板效率低的問題，通過采用第一精餾塔下段汽相采出方式，解決了存在的諸多問題，改進、優化了工藝流程。Gerald Meyer 等在C4氣體分離過程開發中，為了進一步提高分離效率，在采用新分離工藝(萃取精餾—選擇加氫—丁二烯純)的過程,將萃取精餾和加氫過程耦合在同一塔中。這樣既提高了操作安全性，也提高1 ,3-丁二烯的收率，降低了建設成本。除了加氫反應精餾的耦合外，嘗試絡合萃取、恒沸精餾萃取的開發工作一直在進行，通過開發復合功能萃取塔，使得在原有低能耗基礎上，進一步拓寬了萃取精餾的使用范圍，提高了目的產品的收率和質量。

萃取精餾塔采用是板式塔型式，由于浮閥塔板具有高效率、高彈性和高生產能力等優點，所以目前在國內外是采用最為廣泛的塔板之一。隨著塔器技術的不斷進步，原塔板上存在的液流方向氣體分布不均勻、液體返混大、浮閥易磨損、脫落等缺點日益突出，導致塔板效率低，塔設備能力受到限制，增加了實際塔板數，同時也造成分離系統能量、溶劑消耗高[6]。近年來，塔板技術有了明顯的進步，國內外相繼推出了一系列結構新穎、性能優良的新板型。多溢流斜孔塔板、立體傳質塔板在國內萃取精餾塔中的應用，提高了原萃取精餾塔的生產能力，同時，回流比明顯降低，分離的質量得到提高。雖然，萃取溶劑對萃取精餾過程產生重大的影響，但是通過工藝及設備方面的改進，仍然可以在一定程度上提高該工藝的整體技術水平，降低建設成本，提高其應用范圍。4萃取精餾技術的新應用 4.1芳烴分離過程

在芳烴回收方面，液液萃取技術已經有很長的使用歷史，液液萃取技術基于組分的極性，來影響組分間的分離，而對于沸點的影響較小。因為受到溶劑選擇的限制，對于較寬沸點混合料的分離，采用萃取精餾很難實現，早先它只能對窄沸點物料使用，如采用N-甲基吡咯烷酮或N-甲酰嗎啉作為溶劑進行的C6和C7物料的分離過程。

然而，隨著萃取精餾技術的發展,采用混合溶劑進行的萃取精餾解決了以上問題。美國GTC技術公司(前身為HFM International,Inc.)的GT-BTX技術具體體現了現代萃取精餾技術在混合芳烴(苯、甲苯、二甲苯)分離過程中的應用[7]。與傳統混合芳烴分離過程相比, GT-BTX工藝具有投資成本低、所需設備單元數少、溶劑性能優異、產品被污染的風險小、產品回收率高、純度高，同時能量消耗低、操作彈性大。經過工業化(120萬t/a)技術經濟指標的考核, 苯和甲苯的純度分別達到99.995%和99.99%。總芳烴回收率高于99.19%，溶劑中抽余液和萃取液的質量分數小于10-6，每千克進料的能量消耗為798kJ。4.2催化裂化汽油的脫硫

催化裂化(FCC)汽油中所含的硫化物中50%-60%(質量分數)是噻吩及其烷基衍生物，其余為硫醇及其他硫化物。在催化裂化條件下噻吩化合物穩定性較強，國外公司普遍采用加氫脫硫方法，為了進一步降低汽油中的硫含量，目前采取的措施是提高加氫處理能力。加氫有利于進行燃料中脫硫處理，但是它存在運行費用高、深度加氫將降低汽油辛烷值等缺點。根據油品所含硫化物的特點，目前普遍采用催化氧化、絡合法、催化吸附、生物法、溶劑萃取和堿洗法等進行油品中硫化物脫除。在這些方法中，萃取精餾技術具有其自身優勢，在處理FCC汽油時，該工藝技術采用一種可以改變進料中非芳烴組分(含烯烴)和噻吩化合物相對揮發度的溶劑，在萃取噻吩化合物的同時，也萃取其他芳烴硫化物(由于這些化合物的強極性)，而不含烯烴的組分進入加氫系統進行處理。采用萃取精餾和堿洗法，具有無辛烷值損失、加氫負荷低、可處理較寬范圍硫含量的裂解料、操作彈性大的特點[8]。

通過在加氫前加入萃取精餾，解決了傳統工藝中存在的問題，芳烴中的噻吩硫化物被高選擇性的溶劑萃取，減少了抽余液中的烯烴含量，低硫、高烯烴的抽余液可以直接與含10-6噻吩硫的汽油摻混。而高含量的硫醇在進料或抽余液中可以采用傳統的堿洗方式進行處理，這樣總的硫含量很容易降低到(5-110)×10-6,同時不用降低辛烷 值。

4.3 裂解汽油回收和苯乙烯提純

裂解汽油副產品中含有豐富的石油化工化合物，如果對其進行提純并加以充分利用，將產生相當大的經濟效益。由于這些組分沸點接近，形成了絡合物，采用傳統分離方法很難將其分離。而萃取精餾技術的發展為其提供了可能，萃取精餾技術通常用于從裂解汽油的輕組分中提純丁二烯和異戊二烯，實際上也可以用于從C8料中有效分離苯乙烯。傳統的裂解過程存在一個加氫工藝步驟，該步驟中一方面存在結焦問題，同時，反應也需要大量的氫源。近年研究表明，苯乙烯是結焦的根源之一，降低苯乙烯含量是解決結焦較好的方法。采用混合溶劑進行的萃取精餾技術，可以以較小的成本實現苯乙烯的提取，因此，萃取精餾技術應用一方面使得苯乙烯從燃料產品轉化為石化產品，價值得到提升[9]。另外，加氫處理氫消耗減少，結焦問題得到解決。

超臨界萃取技術研究及應用概況

摘要：超臨界流體萃取(SFE)技術開辟了分離工業的新領域，是一種新型的分離技術。本文對超臨界萃取的基本原理進行了闡述，介紹了超臨界萃取的特點及其在天然香料工業、食品和天然中草藥等方面的應用和研究進展，并對今后的發展趨勢進行了展望。

超臨界萃取技術也叫做超臨界流體萃取技術。超臨界流體(Supercritical Fluid)是指處于超過物質本身的臨界溫度和臨界壓力狀態的流體。這種狀態下的流體具有與氣體相當的高滲透能力和低粘度，又兼有與液體相近的密度和對物質優良的溶解能力[1]。

超臨界流體萃取技術(Supercritical Fluid Extraction簡稱SEE)以超臨界狀態下的流體作為溶劑，利用該狀態下流體所具有的 y 滲透能力和 y 溶解能力萃取分離混合物的過程超臨界流體的溶解能力隨體系參數(溫度和壓力)而發生連續性變化，因而通過改變操作條件，稍微提y溫度或降低壓力，便可方便地調節組分的溶解度和萃取的選擇性

超臨界溶劑包括 CO2，NO2，SO2，N2 低鏈烴等，而 CO2 是最常用的超臨界萃取介質，這是因為它的臨界溫度(31.1)接近室溫，臨界壓力(7.3AmPa)較低，萃取可以在接近室溫下進行，對熱敏性食品原料、生理活性物質、酶及蛋自質等無破壞作用，同時又安全、無毒、無臭，因而廣泛應用于食品、醫藥、化妝品等領域中；具有廣泛的適應性。由于超臨界狀態流體溶解度特異增大的現象，因而理論上超臨界流體萃取技術可作為一種通用高效的分離技術而應用。

1.超臨界萃取技術概述 1.1.原理及特點

超臨界流體處于臨界溫度和臨界壓力以上，兼具氣體和液體的雙重性質和優點，粘度小，接近于氣體，而密度又接近于液體，擴散系數為液體的10～100倍，具有良好的溶解特性和傳質特性[4]。

由于在超臨界狀態下的壓力太高以及內部相平衡模擬體系等原因，所以超臨界流體的基礎理論研究還處于發展階段，尚未形成系統的理論。對于計算超臨界物質的狀 態參數，通常用的是Redich和Kwong的RK—EOS方程，同時后人又進行了一些改進，如Soave的SRK—EOS方程，Peng和Robinso的PR—EOS方程。Brenneche對SCF相平衡作了系統的應用分析，提出將SCF作為密相氣體或膨脹液體處理的模型，并指出狀態方程對臨界點和臨界區計算的局限性，尤其對于不對稱混合物組成的物系，難以找到適應性比較好的混合規則。近年來許多研究者對SCF密度、極性、溶解度、相平衡和溶劑相互作用等，利用分子動力學和蒙特卡羅等計算機模擬方法作了大量工作，但仍難以滿足要求。尋求新的和準確的模型方程和計算方法是預測SCF相行為和進行SCF反應研究的保證[5]。

1.2.超臨界下反應動力學和反應選擇性

超臨界狀態下反應動力學通常利用過渡狀態原理，許多學者利用它描述了超臨界反應速率常數和壓力、活化體積等因素的關系。Troe及其合作者、Yoshimura和Kimura在很寬的流體密度范圍內研究了簡單反應的動力學和熱力學。Troe及其合作者公式化了擴散(籠效應)對表觀速率常數的影響，并用范德瓦爾斯簇的形成解釋了他們的試驗結果。Yoshimura和Kimura在超臨界CO2流體中很寬的密度范圍內研究了2-甲基-2-亞硝基丙烷的分解動力學，發現速率常數隨密度增加而減小，但是在中等密度范圍內，密度的依賴性很小[6-7]。

超臨界狀態下壓力和粘度可以影響某些反應的選擇性或某些分解反應的途徑，同時超臨界流體的溶劑效應可以影響異構化反應的機理，對某些反應的中間態起到穩定或促進作用[8]。Hrnjez的工作表明，SCF可以改變化學反應的立體選擇性和配位選擇性，并認為是由于壓力引起的溶劑極性變化所致。Kimura研究了SCF的性質對超臨界反應平衡的影響。Peck的研究認為對可逆反應，極性超臨界溶劑有利于反應朝極性化合物的方向移動[7]。

2.超臨界革取技術的應用

2.1.臨界流體萃取技術在天然香料工業中的應用［8］

20世紀80年代以來國外的工業裝置兒乎都是以天然香料分離提取為對象。傳統的提取方法部分不穩定的香氣成分受熱變質，但在超臨界條件卜，可以將整個分離過程在常溫卜進行，萃取物的主要成分一精油和特征的星味成分同時被抽出，并且CO2無毒、無殘留現象[9-11]。從洗滌用品、化妝品中的添加劑到香水，使得植物芳香成分在精細日用化工中是不可或缺的一部分。何春茂[9]等人用超臨界CO2對桂花、茉莉花 進行了萃取研究，考察萃取時間、溫度、壓力對浸膏得率和質量的影}響。桂花萃取最佳工藝條件為：壓力12-16MPa，溫度308-318 K，時間1.5-2h，浸膏得率0.251%；茉莉花萃取最佳工藝條件為：壓力12-15MPa，溫度308-323K，時間1-1.5h，浸膏得率為0.240%。

由于液體CO2的極性較小，對果汁中的醇、酮、酯等有機物的溶解能力較強。因此，液體CO2同樣可作為蔬菜特有香味的抽提劑。具稱所得產物富含含氧成分，香氣風味俱佳。而且SFE-CO2法還有望成為一種果汁脫苦的方法。柯于家[10-11]等用0.1L超臨界CO2萃取裝置萃取生姜、芫姜籽、砂仁和八角等辛香料精油的工藝、組成成分等方面的內容，并且與傳統的水汽蒸餾法進行了比較。超臨界CO2萃取法萃取辛香料精油能提取更多的有效成分，油收率比水汽法提高3倍左右。并對辛香料精油的中試、工業化試驗的情況，用25L.200L超臨界CO2萃取裝置萃取辛香料精油的工藝、組成成分、物性指標等方面的內容進行了研究。張忠義[12]等用超臨界CO2流體萃取技術和分子蒸餾對大蒜化學成分進行萃取與分離，用氣相色譜-質譜聯用技術測定其化學成分；從超臨界CO2萃取物中鑒定出16種成分，經分子蒸餾后，得到4種主要成分。2.2.食品方面的應用

伴隨著人類利會的進步，飲食文化的內涵不斷豐富，人們對食品提出了營養性、方便性功能性等更多的要求，同時還越來越強調其安全性。我國食品工業應用超臨界萃取技術己逐步由實驗室研究走向產業化，集中用在脫咖啡因、啤酒花有效成分萃取、植物油脂的萃取、色素的分離等方面。2.2.1.脫咖啡因

超臨界流體萃取技術得到較旱大規模的工業化應用的是天然咖啡豆的脫咖啡因。咖啡因是一種較強的中樞神經系統興奮劑，富含十咖啡豆和茶葉中，許多人飲用咖啡或茶時，不喜歡咖啡因含量過高，而且從植物中脫卜的咖啡因可做藥用。已常作為藥物中的摻合劑，因此咖啡豆和茶葉脫咖啡因的研究應運而生。韓佳賓

[13]、江和源

[14]等通過正交實驗確定了超臨界流體脫除茶葉中咖啡因的最佳工藝參數。結果表明，茶樣形態對咖啡因脫除影響極大，60日磨碎茶樣的咖啡因脫除率可達85.63%，咖啡因含量<0.5%；含水率對茶葉中咖啡因的脫除率影響也較大，含水率為35%-50%時較適宜。正交實驗中，咖啡因脫除率的影響因子主次順序為壓力>溫度>動態循環時間>夾帶劑用量，而對兒茶素來說，夾帶劑的影響較為明顯。2.2.2.啤酒花有效成分萃取 啤酒花中對釀酒有用的部分是揮發油和軟樹脂中的律草酮又稱α-酸。揮發油賦予啤酒特有的香氣，而α-酸在麥芽汁煮沸過程中將異構化為異α-酸，這是造成啤酒苦味的重要物質。用超臨界二氧化碳萃取啤酒花，α-酸的萃取率可達95%以上。萃取物為黃綠色的帶芳香味的膏狀物。張侃[15]、黃亞東[16]等對啤酒花的超臨界CO2萃取物的組分進行了分析，氣相色譜圖表明了超臨界CO2和液態CO2萃取物的異同；并對超臨界CO2萃取物進行釀酒試驗，結果表明超臨界CO2萃取物不僅增加啤酒香味，還能改善日味。

2.2.3.植物油脂的萃取

超臨界二氧化碳萃取對植物油脂的應用比較廣泛成熟，呂維忠[17]等研究了大豆粗磷脂的超臨界CO2提純工藝，探討萃取壓力、萃取溫度、萃取時間對萃取率的影響。通過正交試驗得到優化工藝條件為:萃取壓20MPa，萃取溫度50度，萃取時間5h。銀建中[18]等建立了一套超臨界流體萃取實驗裝置，就大豆和花生兩種植物油超臨界流體萃取進行了較為詳細的實驗研究。在探討了壓力、溫度、顆粒度、空隙率以及時間等對萃取率的影響之后，獲得了指導實際生產的最佳工藝參數條件。2.2.4.色素的分離

超臨界CO2還可以分離天然色素，隨著合成色素的不安全性日益受到人們的重視，世界各國合成色素的種類日趨減少。天然色素不僅使用安全，而且常有一定的營養價值，深受消費者喜愛。孫慶杰等[19]采用超臨界CO2萃取技術從番茄加工副產品番茄皮中提取出番茄紅素。研究了不同的壓力、溫度、流量和萃取時間對萃取率的影響。當萃取壓力在15-25MPa，溫度40-50度，流量20kg/h，萃取1-2h，既可將番茄皮中90%以上的番茄紅素萃取出來。姜煒[20]介紹超臨界二氧化碳萃取技術提純辣椒紅色素的工作原理及工藝流程。工藝流程通過改變萃取壓力、萃取溫度、萃取時間和流速等參數確定了最佳工藝條件，在此條件下，得到的辣椒紅色素的色價達150以上，且雜質含量符合國家標準[21-22]。

2.3.在中藥研究與開發中的應用

在醫藥工業中，中藥研制與開發中，必須組遵循 “三效”(速效、高效、長效)，：“一小”(劑量小、副作用小、毒性小)，“五方便”(生產、運輸、儲藏、攜帶、使用方便)為目的原則。而超臨界流體萃取技術很大程度上避免了傳統提藥制藥過程中的缺陷，提取物中不存在有害健康的殘留溶劑，同時具有操作條件溫和與不致使生物活性物質失活變性的優點，而且對環境保護也具有十分重要的作用，已為我國的中藥現 代化、國際化提供了一條全新的途徑[23]。

根據中醫辯證論治理論，重要復方中有效成分是彼此制約、協同發揮作用的，SEF-CO2不是簡單地純化某組分，而是將有效成分進行選擇性分離，更有利十重要復方優勢的發揮[23]。

除了從動植物中提取有效成分，還包括藥用成分分析及粗品的濃縮精制等[23]。楊林等研究萃取丹參素的最佳工藝條件。且通過正交設計，用超臨界CO2流體萃取，優化出合理工藝條件，并與傳統溶劑提取工藝相對照。使得超臨界CO2流體萃取率為傳統工藝萃取率的1.1倍。鄧永智[24-26]等采用自制的CO2超臨界流體萃取系統提取了銀杏葉中聚戊烯醇酷考察了溫度、壓力、流速及時間等因素對提取效率的影響，確定了最佳的超臨界流體提取條件[24]。實驗結果表明，CO:超臨界流體提取銀杏葉中聚戊烯醇酷的最佳壓力、溫度、流速、時間分別為25MPa，65 度，8mL/min，6h。采用本方法萃取的提取物經過硅膠色譜柱純化及高效液相色譜分析，與溶劑提取法相比較，提取效率比較好。

其他將中草藥各類成分的超臨界萃取分類如下：林秀仙等對百南紅豆杉、楊蘇蓓對五味子中的木脂素、張虹對川芍的有效成分提取、史慶龍等萃取黃山藥中的薯禎皂素、姚渭溪等提取靈芝內有效成分及脫除有害成分[25]。

3.SFE的前景與展望

自20世紀70年代以來，超臨界流體技術已經取得長足的進展。超臨界流體技術正以其獨特的優點受到關注，并在萃取、化學反應、材料制備等方面得到廣泛的應用。超臨界萃取技術早己實現工業化，目前的趨勢是向大規模、高附加值和套裝工藝方向發展。在國內外，超臨界流體技術還廣泛用于高分子聚合、有機反應、酶催化反應、材料制備等方面，目前各類報道頗多，但產業化的技術卻為數不多，有望在不久的將來能形成規模生產，得到實際應用。超臨界流體技術以綠色、環保而受到人們的關注，它為綠色化學提供了全新的反應體系，相信超臨界流體技術必將得到迅速發展，應用也將有廣闊的前景[27]。

第四篇：分離工程_論文

分離工程大作業 專業：化學工程與工藝班級：化工姓名：馬金龍學號： 0904 0901010423

萃取精餾技術的研究進展及其應用

摘 要:萃取精餾是近沸點混合物分離的主要方法, 本文對萃取精餾技術及其在分離過程中的研究與應用進行了討論。結合國內外萃取精餾技術中溶劑選取方法、萃取工藝及設備改進方面取得的研究進展,介紹了近年來萃取精餾技術的應用新情況。

萃取精餾作為一種分離絡合物、近沸點混合物及其他低相對揮發度混合物技術，在石油化學工業中的1,3-丁二烯的分離、芳烴抽提、乙醇/水分離、環己烷提純等過程得到廣泛的應用。它是通過向精餾塔中加入1種或2種可以與分離混合物相溶的溶劑，提高了待分離組分的相對揮發度，從而達到分離沸點相近組分的目的[1]。

萃取精餾中溶劑的選擇占有十分重要的地位，早期的溶劑選取方法決定了其選擇的范圍較窄，從而使萃取精餾技術的應用受到限制。萃取精餾采用的溶劑具有沸點高、相對不易揮發,并與其他組分不易形成絡合物的特點。隨著萃取溶劑探索方法的發展、萃取精餾系統的進一步優化及高效設備的采用，提高了萃取精餾系統的適用性、可控制性和操作性，使其與其他精密分離技術和液液萃取技術相比，顯示出了越來越明顯的優越性。1萃取精餾的原理

在基本有機化工生產中，經常會遇到組分的相對揮發度接近于1，甚至組分之間能形成共沸物。若采用普通精餾的方法進行分離，將很困難，或者不可能。對于這類物系，可以采用特殊精餾方法，向被分離物系中加入第三種組分(稱為溶劑)，改變被分離組分的活度系數，增加組分之間的相對揮發度，達到分離的目的[2]。

如果加入的溶劑與原系統中的一些輕組分形成最低共沸物，溶劑(也稱共沸劑，挾帶劑)與輕組分將以共沸物形式從塔頂蒸出，塔底得到重組分，這種操作稱為共沸精餾；如果加入的溶劑不與原系統中的任一組分形成共沸物。其沸又較任一組分的沸點高，溶劑(也稱萃取劑)與重組分將隨釜液離開精餾塔，塔頂得到輕組分，這種操作稱為萃取精餾。萃取精餾過程中，由于溶劑的沸點大大高于進料組分的沸點，且溶劑又不與組分形成共沸物，所以，只要利用普通精餾即可回收溶劑，過程較簡單；同時，由于溶劑的引入。增加了各組分問的相對揮發度，萃取精餾過程所需的塔板數急劇減少，從而降低了能耗。

2溶劑選取方法

溶劑的好壞是萃取精餾成敗的關鍵，工業生產過程的經濟效果如何，與溶劑的選擇密切相關。為了適用于工業化生產，溶劑的選擇要考慮其選擇性、沸點、溶解度、熱穩定性和化學穩定性及適宜的物性[3]。此外，無毒、無腐蝕、來源豐富也是選擇溶劑要考慮的因素。

影響溶劑選取的因素很多，在其篩選過程中需要對各個因素進行綜合考慮,需要大量的試驗工作為基礎。通過多年來人們在物理化學領域的深入研究，對現有化合物及官能團性能的認識已經取得了很大的進展。目前，不僅從理論上可以較準確地預測現有各種化合物的物理化學性質，同時也具備了根據目標性質設計某種功能化合物的手段。所有這些成果都大大拓寬了溶劑選取的范圍，相對提高了選取過程的準確性、可靠性, 降低了篩選試驗工作量。2.1溶劑篩選原理

溶劑篩選的主要指標是尋求溶劑對分離物系的最大選擇度，它表示溶劑使被分離組分相對揮發度改變的程度。把加入溶劑后和未加入溶劑時組分A(1)對組分B(2)的相對揮發度分別表示為a12和b12，二者的比值稱為選擇度S，比值越大，說明選擇性越好，溶劑的效果就越好。

2.2溶劑的物理特性

萃取精餾過程的實現，經濟效果如何，與選擇的溶劑密切相關。由于萃取精餾混合物多為強非理想性的系統，所以工業生產中選擇適宜溶劑時主要應考慮以下幾點：

(1)選擇性：溶劑的加入要使待分離組分的相對揮發度提高顯著，即要求溶劑具有較高的選擇性，以提高溶劑的利用率；

(2)溶解性：要求溶劑與原有組分間有較大的相互溶解度，以防止液體在塔內產生分層現象，但具有高選擇性的溶劑往往伴有不互溶性或較低的溶解性，因此需要通過權衡選取合適的溶劑，使其既具有較好的選擇性，又具有較高的溶解性；

(3)沸點：溶劑的沸點應高于原進料混合物的沸點，以防止形成溶劑與組分的共沸物。但也不能過高，以避免造成溶劑回收塔釜溫過高；

(4)其它：溶劑的粘度、密度、表面張力、比熱和蒸發潛熱等的大小都直接影響到塔板效率和熱量消耗，對過程的經濟指標產生影響。

此外，溶劑使用安全、無毒性、無腐蝕性、熱穩定性好、價格便宜及來源豐富等也都是選擇溶劑時要考慮的因素。2.3溶劑篩選方法

目前萃取精餾溶劑篩選的方法有實驗法、數據庫查詢法、經驗值方法、計算機輔助分子設計法(CAMD)等。用實驗法篩選溶劑是目前應用最廣的方法，可以取得很好的結果，但是實驗耗費較大，實驗周期較長。實驗法有直接法、沸點儀法、色譜法、氣提法等。實際應用過程中往往需要幾種方法結合使用，以縮短接近目標溶劑的時間。溶劑篩選的一般過程為：經驗分析、理論指導與計算機輔助設計、實驗驗證等。若文獻資料和數據不全，則只有采取最基本的實驗方法，或者采取頗具應用前景的計算機優化方法以尋求最佳溶劑[4]。3萃取工藝及設備的改進

一般的萃取精餾過程采用2(或3)塔工藝流程,設備主要由萃取塔和溶劑回收塔組成。目前,萃取精餾技術的研究重點是進一步提高萃取劑的選擇性、改進工藝過程,減少單元操作和建設成本。雷志剛[5]等針對C4氣體萃取精餾丁烯/丁二烯工藝流程中第一精餾塔底出料存在一定熱聚合損失、第二精餾塔液相負荷大、板效率低的問題，通過采用第一精餾塔下段汽相采出方式，解決了存在的諸多問題，改進、優化了工藝流程。Gerald Meyer 等在C4氣體分離過程開發中，為了進一步提高分離效率，在采用新分離工藝(萃取精餾—選擇加氫—丁二烯純)的過程,將萃取精餾和加氫過程耦合在同一塔中。這樣既提高了操作安全性，也提高1 ,3-丁二烯的收率，降低了建設成本。除了加氫反應精餾的耦合外，嘗試絡合萃取、恒沸精餾萃取的開發工作一直在進行，通過開發復合功能萃取塔，使得在原有低能耗基礎上，進一步拓寬了萃取精餾的使用范圍，提高了目的產品的收率和質量。

萃取精餾塔采用是板式塔型式，由于浮閥塔板具有高效率、高彈性和高生產能力等優點，所以目前在國內外是采用最為廣泛的塔板之一。隨著塔器技術的不斷進步，原塔板上存在的液流方向氣體分布不均勻、液體返混大、浮閥易磨損、脫落等缺點日益突出，導致塔板效率低，塔設備能力受到限制，增加了實際塔板數，同時也造成分離系統能量、溶劑消耗高[6]。近年來，塔板技術有了明顯的進步，國內外相繼推出了一系列結構新穎、性能優良的新板型。多溢流斜孔塔板、立體傳質塔板在國內萃取精餾塔中的應用，提高了原萃取精餾塔的生產能力，同時，回流比明顯降低，分離的質量得到提高。雖然，萃取溶劑對萃取精餾過程產生重大的影響，但是通過工藝及設備方面的改進，仍然可以在一定程度上提高該工藝的整體技術水平，降低建設成本，提高其應用范圍。4萃取精餾技術的新應用 4.1芳烴分離過程

在芳烴回收方面，液液萃取技術已經有很長的使用歷史，液液萃取技術基于組分的極性，來影響組分間的分離，而對于沸點的影響較小。因為受到溶劑選擇的限制，對于較寬沸點混合料的分離，采用萃取精餾很難實現，早先它只能對窄沸點物料使用，如采用N-甲基吡咯烷酮或N-甲酰嗎啉作為溶劑進行的C6和C7物料的分離過程。

然而，隨著萃取精餾技術的發展,采用混合溶劑進行的萃取精餾解決了以上問題。美國GTC技術公司(前身為HFM International,Inc.)的GT-BTX技術具體體現了現代萃取精餾技術在混合芳烴(苯、甲苯、二甲苯)分離過程中的應用[7]。與傳統混合芳烴分離過程相比, GT-BTX工藝具有投資成本低、所需設備單元數少、溶劑性能優異、產品被污染的風險小、產品回收率高、純度高，同時能量消耗低、操作彈性大。經過工業化(120萬t/a)技術經濟指標的考核, 苯和甲苯的純度分別達到99.995%和99.99%。總芳烴回收率高于99.19%，溶劑中抽余液和萃取液的質量分數小于10-6，每千克進料的能量消耗為798kJ。4.2催化裂化汽油的脫硫

催化裂化(FCC)汽油中所含的硫化物中50%-60%(質量分數)是噻吩及其烷基衍生物，其余為硫醇及其他硫化物。在催化裂化條件下噻吩化合物穩定性較強，國外公司普遍采用加氫脫硫方法，為了進一步降低汽油中的硫含量，目前采取的措施是提高加氫處理能力。加氫有利于進行燃料中脫硫處理，但是它存在運行費用高、深度加氫將降低汽油辛烷值等缺點。根據油品所含硫化物的特點，目前普遍采用催化氧化、絡合法、催化吸附、生物法、溶劑萃取和堿洗法等進行油品中硫化物脫除。在這些方法中，萃取精餾技術具有其自身優勢，在處理FCC汽油時，該工藝技術采用一種可以改變進料中非芳烴組分(含烯烴)和噻吩化合物相對揮發度的溶劑，在萃取噻吩化合物的同時，也萃取其他芳烴硫化物(由于這些化合物的強極性)，而不含烯烴的組分進入加氫系統進行處理。采用萃取精餾和堿洗法，具有無辛烷值損失、加氫負荷低、可處理較寬范圍硫含量的裂解料、操作彈性大的特點[8]。

通過在加氫前加入萃取精餾，解決了傳統工藝中存在的問題，芳烴中的噻吩硫化物被高選擇性的溶劑萃取，減少了抽余液中的烯烴含量，低硫、高烯烴的抽余液可以直接與含10-6噻吩硫的汽油摻混。而高含量的硫醇在進料或抽余液中可以采用傳統的堿洗方式進行處理，這樣總的硫含量很容易降低到(5-110)×10-6,同時不用降低辛烷 值。

4.3 裂解汽油回收和苯乙烯提純

裂解汽油副產品中含有豐富的石油化工化合物，如果對其進行提純并加以充分利用，將產生相當大的經濟效益。由于這些組分沸點接近，形成了絡合物，采用傳統分離方法很難將其分離。而萃取精餾技術的發展為其提供了可能，萃取精餾技術通常用于從裂解汽油的輕組分中提純丁二烯和異戊二烯，實際上也可以用于從C8料中有效分離苯乙烯。傳統的裂解過程存在一個加氫工藝步驟，該步驟中一方面存在結焦問題，同時，反應也需要大量的氫源。近年研究表明，苯乙烯是結焦的根源之一，降低苯乙烯含量是解決結焦較好的方法。采用混合溶劑進行的萃取精餾技術，可以以較小的成本實現苯乙烯的提取，因此，萃取精餾技術應用一方面使得苯乙烯從燃料產品轉化為石化產品，價值得到提升[9]。另外，加氫處理氫消耗減少，結焦問題得到解決。5結束語

萃取溶劑選取方法已經由被動的選取向有目的的合成新化合物轉變，由單一溶劑向混合溶劑轉變，篩選的范圍更廣泛，篩選的溶劑更合理、準確，前期試驗工作量大大減少。隨著石油化工的迅速發展，沸點相近的混合物以及具有恒沸組成的混合物的分離課題愈來愈多，對產品或原料純度的要求也愈來愈高，因此萃取精餾技術的研究與應用范圍將會日益廣泛。超臨界萃取技術研究及應用概況

摘要：超臨界流體萃取(SFE)技術開辟了分離工業的新領域，是一種新型的分離技術。本文對超臨界萃取的基本原理進行了闡述，介紹了超臨界萃取的特點及其在天然香料工業、食品和天然中草藥等方面的應用和研究進展，并對今后的發展趨勢進行了展望。

超臨界萃取技術也叫做超臨界流體萃取技術。超臨界流體(Supercritical Fluid)是指處于超過物質本身的臨界溫度和臨界壓力狀態的流體。這種狀態下的流體具有與氣體相當的高滲透能力和低粘度，又兼有與液體相近的密度和對物質優良的溶解能力[1]。

超臨界流體萃取技術(Supercritical Fluid Extraction簡稱SEE)以超臨界狀態下的流體作為溶劑，利用該狀態下流體所具有的 y 滲透能力和 y 溶解能力萃取分離混合物的過程超臨界流體的溶解能力隨體系參數(溫度和壓力)而發生連續性變化，因而通過改變操作條件，稍微提y溫度或降低壓力，便可方便地調節組分的溶解度和萃取的選擇性

超臨界溶劑包括 CO2，NO2，SO2，N2 低鏈烴等，而 CO2 是最常用的超臨界萃取介質，這是因為它的臨界溫度(31.1)接近室溫，臨界壓力(7.3AmPa)較低，萃取可以在接近室溫下進行，對熱敏性食品原料、生理活性物質、酶及蛋自質等無破壞作用，同時又安全、無毒、無臭，因而廣泛應用于食品、醫藥、化妝品等領域中；具有廣泛的適應性。由于超臨界狀態流體溶解度特異增大的現象，因而理論上超臨界流體萃取技術可作為一種通用高效的分離技術而應用。

1.超臨界萃取技術概述 1.1.原理及特點

超臨界流體處于臨界溫度和臨界壓力以上，兼具氣體和液體的雙重性質和優點，粘度小，接近于氣體，而密度又接近于液體，擴散系數為液體的10～100倍，具有良好的溶解特性和傳質特性[4]。

由于在超臨界狀態下的壓力太高以及內部相平衡模擬體系等原因，所以超臨界流體的基礎理論研究還處于發展階段，尚未形成系統的理論。對于計算超臨界物質的狀態參數，通常用的是Redich和Kwong的RK—EOS方程，同時后人又進行了一些改進，如 7 Soave的SRK—EOS方程，Peng和Robinso的PR—EOS方程。Brenneche對SCF相平衡作了系統的應用分析，提出將SCF作為密相氣體或膨脹液體處理的模型，并指出狀態方程對臨界點和臨界區計算的局限性，尤其對于不對稱混合物組成的物系，難以找到適應性比較好的混合規則。近年來許多研究者對SCF密度、極性、溶解度、相平衡和溶劑相互作用等，利用分子動力學和蒙特卡羅等計算機模擬方法作了大量工作，但仍難以滿足要求。尋求新的和準確的模型方程和計算方法是預測SCF相行為和進行SCF反應研究的保證[5]。

1.2.超臨界下反應動力學和反應選擇性

超臨界狀態下反應動力學通常利用過渡狀態原理，許多學者利用它描述了超臨界反應速率常數和壓力、活化體積等因素的關系。Troe及其合作者、Yoshimura和Kimura在很寬的流體密度范圍內研究了簡單反應的動力學和熱力學。Troe及其合作者公式化了擴散(籠效應)對表觀速率常數的影響，并用范德瓦爾斯簇的形成解釋了他們的試驗結果。Yoshimura和Kimura在超臨界CO2流體中很寬的密度范圍內研究了2-甲基-2-亞硝基丙烷的分解動力學，發現速率常數隨密度增加而減小，但是在中等密度范圍內，密度的依賴性很小[6-7]。

超臨界狀態下壓力和粘度可以影響某些反應的選擇性或某些分解反應的途徑，同時超臨界流體的溶劑效應可以影響異構化反應的機理，對某些反應的中間態起到穩定或促進作用[8]。Hrnjez的工作表明，SCF可以改變化學反應的立體選擇性和配位選擇性，并認為是由于壓力引起的溶劑極性變化所致。Kimura研究了SCF的性質對超臨界反應平衡的影響。Peck的研究認為對可逆反應，極性超臨界溶劑有利于反應朝極性化合物的方向移動[7]。

2.超臨界革取技術的應用

2.1.臨界流體萃取技術在天然香料工業中的應用

［8］

20世紀80年代以來國外的工業裝置兒乎都是以天然香料分離提取為對象。傳統的提取方法部分不穩定的香氣成分受熱變質，但在超臨界條件卜，可以將整個分離過程在常溫卜進行，萃取物的主要成分一精油和特征的星味成分同時被抽出，并且CO2無毒、無殘留現象[9-11]。從洗滌用品、化妝品中的添加劑到香水，使得植物芳香成分在精細日用化工中是不可或缺的一部分。何春茂[9]等人用超臨界CO2對桂花、茉莉花進行了萃取研究，考察萃取時間、溫度、壓力對浸膏得率和質量的影}響。桂花萃取 最佳工藝條件為：壓力12-16MPa，溫度308-318 K，時間1.5-2h，浸膏得率0.251%；茉莉花萃取最佳工藝條件為：壓力12-15MPa，溫度308-323K，時間1-1.5h，浸膏得率為0.240%。

由于液體CO2的極性較小，對果汁中的醇、酮、酯等有機物的溶解能力較強。因此，液體CO2同樣可作為蔬菜特有香味的抽提劑。具稱所得產物富含含氧成分，香氣風味俱佳。而且SFE-CO2法還有望成為一種果汁脫苦的方法。柯于家[10-11]等用0.1L超臨界CO2萃取裝置萃取生姜、芫姜籽、砂仁和八角等辛香料精油的工藝、組成成分等方面的內容，并且與傳統的水汽蒸餾法進行了比較。超臨界CO2萃取法萃取辛香料精油能提取更多的有效成分，油收率比水汽法提高3倍左右。并對辛香料精油的中試、工業化試驗的情況，用25L.200L超臨界CO2萃取裝置萃取辛香料精油的工藝、組成成分、物性指標等方面的內容進行了研究。張忠義[12]等用超臨界CO2流體萃取技術和分子蒸餾對大蒜化學成分進行萃取與分離，用氣相色譜-質譜聯用技術測定其化學成分；從超臨界CO2萃取物中鑒定出16種成分，經分子蒸餾后，得到4種主要成分。2.2.食品方面的應用

伴隨著人類利會的進步，飲食文化的內涵不斷豐富，人們對食品提出了營養性、方便性功能性等更多的要求，同時還越來越強調其安全性。我國食品工業應用超臨界萃取技術己逐步由實驗室研究走向產業化，集中用在脫咖啡因、啤酒花有效成分萃取、植物油脂的萃取、色素的分離等方面。2.2.1.脫咖啡因

超臨界流體萃取技術得到較旱大規模的工業化應用的是天然咖啡豆的脫咖啡因。咖啡因是一種較強的中樞神經系統興奮劑，富含十咖啡豆和茶葉中，許多人飲用咖啡或茶時，不喜歡咖啡因含量過高，而且從植物中脫卜的咖啡因可做藥用。已常作為藥物中的摻合劑，因此咖啡豆和茶葉脫咖啡因的研究應運而生。韓佳賓[13]、江和源[14]等通過正交實驗確定了超臨界流體脫除茶葉中咖啡因的最佳工藝參數。結果表明，茶樣形態對咖啡因脫除影響極大，60日磨碎茶樣的咖啡因脫除率可達85.63%，咖啡因含量<0.5%；含水率對茶葉中咖啡因的脫除率影響也較大，含水率為35%-50%時較適宜。正交實驗中，咖啡因脫除率的影響因子主次順序為壓力>溫度>動態循環時間>夾帶劑用量，而對兒茶素來說，夾帶劑的影響較為明顯。2.2.2.啤酒花有效成分萃取

啤酒花中對釀酒有用的部分是揮發油和軟樹脂中的律草酮又稱α-酸。揮發油賦 予啤酒特有的香氣，而α-酸在麥芽汁煮沸過程中將異構化為異α-酸，這是造成啤酒苦味的重要物質。用超臨界二氧化碳萃取啤酒花，α-酸的萃取率可達95%以上。萃取物為黃綠色的帶芳香味的膏狀物。張侃[15]、黃亞東[16]等對啤酒花的超臨界CO2萃取物的組分進行了分析，氣相色譜圖表明了超臨界CO2和液態CO2萃取物的異同；并對超臨界CO2萃取物進行釀酒試驗，結果表明超臨界CO2萃取物不僅增加啤酒香味，還能改善日味。

2.2.3.植物油脂的萃取

超臨界二氧化碳萃取對植物油脂的應用比較廣泛成熟，呂維忠[17]等研究了大豆粗磷脂的超臨界CO2提純工藝，探討萃取壓力、萃取溫度、萃取時間對萃取率的影響。通過正交試驗得到優化工藝條件為:萃取壓20MPa，萃取溫度50度，萃取時間5h。銀建中[18]等建立了一套超臨界流體萃取實驗裝置，就大豆和花生兩種植物油超臨界流體萃取進行了較為詳細的實驗研究。在探討了壓力、溫度、顆粒度、空隙率以及時間等對萃取率的影響之后，獲得了指導實際生產的最佳工藝參數條件。2.2.4.色素的分離

超臨界CO2還可以分離天然色素，隨著合成色素的不安全性日益受到人們的重視，世界各國合成色素的種類日趨減少。天然色素不僅使用安全，而且常有一定的營養價值，深受消費者喜愛。孫慶杰等[19]采用超臨界CO2萃取技術從番茄加工副產品番茄皮中提取出番茄紅素。研究了不同的壓力、溫度、流量和萃取時間對萃取率的影響。當萃取壓力在15-25MPa，溫度40-50度，流量20kg/h，萃取1-2h，既可將番茄皮中90%以上的番茄紅素萃取出來。姜煒[20]介紹超臨界二氧化碳萃取技術提純辣椒紅色素的工作原理及工藝流程。工藝流程通過改變萃取壓力、萃取溫度、萃取時間和流速等參數確定了最佳工藝條件，在此條件下，得到的辣椒紅色素的色價達150以上，且雜質含量符合國家標準[21-22]。

2.3.在中藥研究與開發中的應用

在醫藥工業中，中藥研制與開發中，必須組遵循 “三效”(速效、高效、長效)，：“一小”(劑量小、副作用小、毒性小)，“五方便”(生產、運輸、儲藏、攜帶、使用方便)為目的原則。而超臨界流體萃取技術很大程度上避免了傳統提藥制藥過程中的缺陷，提取物中不存在有害健康的殘留溶劑，同時具有操作條件溫和與不致使生物活性物質失活變性的優點，而且對環境保護也具有十分重要的作用，已為我國的中藥現代化、國際化提供了一條全新的途徑[23]。根據中醫辯證論治理論，重要復方中有效成分是彼此制約、協同發揮作用的，SEF-CO2不是簡單地純化某組分，而是將有效成分進行選擇性分離，更有利十重要復方優勢的發揮[23]。

除了從動植物中提取有效成分，還包括藥用成分分析及粗品的濃縮精制等[23]。楊林等研究萃取丹參素的最佳工藝條件。且通過正交設計，用超臨界CO2流體萃取，優化出合理工藝條件，并與傳統溶劑提取工藝相對照。使得超臨界CO2流體萃取率為傳統工藝萃取率的1.1倍。鄧永智[24-26]等采用自制的CO2超臨界流體萃取系統提取了銀杏葉中聚戊烯醇酷考察了溫度、壓力、流速及時間等因素對提取效率的影響，確定了最佳的超臨界流體提取條件[24]。實驗結果表明，CO:超臨界流體提取銀杏葉中聚戊烯醇酷的最佳壓力、溫度、流速、時間分別為25MPa，65 度，8mL/min，6h。采用本方法萃取的提取物經過硅膠色譜柱純化及高效液相色譜分析，與溶劑提取法相比較，提取效率比較好。

其他將中草藥各類成分的超臨界萃取分類如下：林秀仙等對百南紅豆杉、楊蘇蓓對五味子中的木脂素、張虹對川芍的有效成分提取、史慶龍等萃取黃山藥中的薯禎皂素、姚渭溪等提取靈芝內有效成分及脫除有害成分[25]。

3.SFE的前景與展望

自20世紀70年代以來，超臨界流體技術已經取得長足的進展。超臨界流體技術正以其獨特的優點受到關注，并在萃取、化學反應、材料制備等方面得到廣泛的應用。超臨界萃取技術早己實現工業化，目前的趨勢是向大規模、高附加值和套裝工藝方向發展。在國內外，超臨界流體技術還廣泛用于高分子聚合、有機反應、酶催化反應、材料制備等方面，目前各類報道頗多，但產業化的技術卻為數不多，有望在不久的將來能形成規模生產，得到實際應用。超臨界流體技術以綠色、環保而受到人們的關注，它為綠色化學提供了全新的反應體系，相信超臨界流體技術必將得到迅速發展，應用也將有廣闊的前景[27]。

第五篇：生物分離工程思考題

《分離》PPT思考題及部分答案

分離概述 生物產品與普通化工產品分離過程有何不同？ 生物下游加工過程特點：

<1>：發酵液組成復雜，固液分離困難——這是生物分離過程中的薄弱環節

<2>：原料中目標產物含量低，有時甚至是極微量——從酒精的1/10到抗菌素1/100，酶1/100萬左右，成本高。

<3>：原料液中常伴有降解目標產物的雜質——各種蛋白酶降解基因工程蛋白產物，應快速分離。

<4>：原料液中常伴有與目標產物性質非常相近的雜質——高效純化技術進行分離。

<5>：生物產品穩定性差 ——嚴格限制操作條件，保證產物活性。

<6>：分離過程常需要多步驟操作，收率低，分離成本高——提高每一步的產物收得

率，盡可能減少操作步驟。

<7>：各批次反應液性質有所差異——分離技術具有一定的彈性。2 設計生物產品的分離工藝應考慮哪些因素？

(1)產品的性質（2）成本（3）工藝步驟（4）操作程序（5）生產方式（6）生產規模（7）產品穩定性（8）環保和安全 3 初步純化與高度純化分離效果有何不同？

（1）初步純化是將目標物和與其性質有較大差異的雜質分開，使產物的濃度有較大幅度的提高，可采用沉淀、吸附、萃取、超濾等單元操作.（2）高度純化主要是除去與目標物性質相近的雜質，是產品的精制過程，可采用層析（柱層析和薄層層析）、離子交換、親和色譜、吸附色譜、電色譜.4 如何除去蛋白質溶液中的熱原質？

（1）生產過程無菌（2）所有層析介質無菌（3）所用溶液無菌（4）親和層析（多粘菌素）5 生物分離為何主張采用集成化技術？純化生物產品的得率是如何計算的？若每一步純化產物得率為90%，共6步純化得到符合要求產品，其總收率是多少？

得率=產品中目標產物總量/原料中目標產物總量 總收率=（90%）6 =53.1441%

發酵液預處理 發酵液為何需要預處理？處理方法有哪些？

1、發酵產物濃度較低，大多為1%—10%，懸浮液中大部分是水；

2、懸浮物顆粒小，相對密度與液相相差不大；

3、固體粒子可壓縮性大（細胞在很大程度上屬于可壓縮的粘稠物料）；

4、液相粘度大，大多為非牛頓型流體；

5、性質不穩定，隨時間變化，如易受空氣氧化、微生物污染、蛋白質酶水解等作用的影響。處理方法：（1）凝集和絮凝（2）加熱法（3）調pH法（4）加水稀釋（5）加助濾劑法（6）加吸附劑或加鹽法（7）熱處理法

（8）離子交換和活性炭吸附法如何使用助濾劑? 助濾劑的使用方法有兩種： ①在過濾前先在過濾介質表面預涂（鋪）一層助濾劑。②助濾劑按一定比例均勻加入待過濾的料液中。3 凝集與絮凝過程有何區別？如何將兩者結合使用？

答：凝聚：指在投加的化學物質（鋁、鐵的鹽類或石灰等）作用下，膠體脫穩并使粒子相互聚集成１ mm 大小塊狀凝聚體的過程。機理：a 中和粒子表面電荷

b 消除雙電層結構 絮凝：指使用高分子絮凝劑（天然的和合成的大分子量聚電解質）能在懸浮粒子之間產生橋梁作用，使膠粒形成粗大絮凝團（10mm）的過程。其中絮凝劑主要起架橋作用。機理：架橋作用

結合使用：在發酵液中加入具有高價陽離子的電解質，由于能降低ζ電位和脫除膠粒表面的水化膜，就能導致膠粒間的凝聚作用 4 錯流微濾與傳統過濾相比有何優點？

（1）傳統過濾作用是由兩個過程組成：篩選作用和吸附作用。如果微粒比濾層的孔隙大，即產生篩選作用。混濁微粒被截留，不僅是篩選作用的結果，也是過濾層里面發生的吸附作用的結果。在懸浮微粒過濾時，微粒的直徑使它不可能通過縫隙的入口時，被截留在過濾層的表面上，微粒又形成了第二道過濾層，在入口孔隙的上方積累，隨之堵塞了他們。（2）錯流過濾打破了傳統過濾的機制，即液體的流向和濾膜相切，使得濾膜的孔隙不容易堵塞。被過濾的發酵液在壓力推動下，帶著混濁的微粒，以高速在管狀濾膜的內壁流動，而附著在濾膜上的殘留物質很薄，其過濾阻力增加不大，因而能在長時間內保持穩定不變的過濾速度。優點: 1.克服介質阻力大 2.不能得到干濾餅 3.需要大的膜面積

4.收率高 5.質量好 6.減少處理步驟

7.染菌罐也能進行處理

細胞破碎

1.細胞破碎的常用的方法有哪些？

珠磨法、高壓勻漿法、超聲破碎法、酶溶法、化學滲透法 2.機械法、超聲波法等在破碎細胞時應該共同注意什么？

3.酶消化法和堿處理法都是細胞破碎的有效方法，但是也都有各自的什么缺點？ 酶消化法缺點：

（1）價格高，通用性差，產物抑制的存在 堿處理法缺點：（1）操作時間長（2）易引起活性物質失活

（3）對產物存在著一定的毒性且會給產物的純化帶來困難，影響產物濃度 4.工業生產中對于細胞破碎常用的生產工藝流程有那些？

沉析、沉淀

1.理解概念：硫酸銨飽和度，鹽溶，鹽析

2.常用的蛋白質沉淀方法有哪些？（1）鹽析法

（2）有機溶劑沉淀法（3）等電點沉淀法（4）非離子多聚物沉淀法（5）生成鹽復合物法（6）選擇性變性沉淀（7）親和沉淀

3.影響鹽析的主要因素有哪些？

鹽析：蛋白質在高離子強度的溶液中溶解度降低，發生沉淀的現象。

影響鹽析的主要因素：溶質種類的影響：Ks和β值

溶質濃度的影響：蛋白質濃度大，鹽的用量小，但共沉作用明顯，分辨率低；

蛋白質濃度小，鹽的用量大，分辨率高；

pH值：影響蛋白質表面凈電荷的數量，通常調整體系pH值，使其在pI附近；

鹽析溫度：大多數情況下，高鹽濃度下，溫度升高，其溶解度反而下降；

4.何謂中性鹽的飽和度？鹽析操作中，中性鹽的用量（40% 硫酸銨飽和度）如何計算？

0～300C 溶解度變化很小，加入水中后溶液體積會變大（必須考慮到）。

200C 1L加至飽和濃度時體積變大為：1.425L(實際應加入)761g

因此，要使1L溶液濃度由M1增加到M2需要加入多少克（NH4）2SO4需要按下式計算：

200C時—— G=533（M2-M1）/（4.05-0.3M2）或533（S2-S1）/（100-0.3S2）

00C時—— G=505（M2-M1）/（3.825-0.285M2）或505（S2-S1）/（100-0.285S2）5.有機溶劑沉淀蛋白質的機理什么？用乙醇沉淀蛋白質時應注意哪些事項？

②有機溶劑沉淀蛋白質的機理是：

向蛋白質溶液中加入有機溶劑，水的活度降低。隨著有機溶劑溶度的增大，水對蛋白質分子表面荷電基團的水化程度降低，液體的介電常數下降，蛋白質分子間的靜電引力增大，從而凝聚和沉淀。

③用乙醇沉淀蛋白質時

應注意的事項：

1、低溫條件下操作可以提高收率和減少蛋白質失活變性（加入有機溶劑為放熱反應）；

2、采用的有機溶劑必須與水互溶，與蛋白質不發生作用；

3、蛋白質分子量越大，需要加入的溶劑量越少；

4、一種蛋白質的溶解度常會因為另一種蛋白質存在而降低；

5、沉淀的蛋白如果不能再被溶解，可能已經變性；

6、很多酶和蛋白質在20-50%（V/V）就能產生沉淀；當溶劑量達到50%時，通常只有

分子量≤1500的蛋白留在溶液中；

7、PH=PI時，需要加入的溶劑量減少；

8、鹽析法沉淀的蛋白質采用有機溶劑精制時必須與先進行透析。

離心

1.工業生產時在什么情況下面采用離心的方法來分離產物？ 當發酵液不易被過濾純化時，我們可以采用離心的方法來分離。2.工業生產時最有可能使用的是那三種離心機？ 管式離心機、碟片式離心機、離心過濾機

3.工業生產時經常使用的三種離心機的各自特點是什么？

4.什么是澄清操作?什么是分離操作? 液-固分離:即低濃度懸浮液的分離，稱澄清操作。液-液(或液-液-固）分離: 即乳濁液的分離，稱分離操作。

膜分離技術 理解概念：截留分子量，截留率，體積濃縮倍數 微濾，超濾，反滲透分離技術在分子尺寸上有何區別？影響截留率的因素有哪些？

分子的形狀、吸附作用、溫度、流速、pH、離子強度（影響蛋白構象）4 毛細管流動模型，溶解擴散模型和優先吸附模各適用于解釋哪些膜過程? 膜污染有哪些途徑造成？如何有效防止和清除膜污染？ 污染的原因有A、凝膠極化引起的凝膠層，阻力為Rg B、溶質在膜表面的吸附層，阻力為Ras C、膜孔堵塞，阻力為Rp D、膜孔內溶質吸附，阻力為Rap 防止：預處理、開發抗污染膜、加大流速、化學清洗、物理清洗 膜的清洗：

①機械方法：加海綿球，增大流速，逆洗(對中空纖維超濾器)，脈沖流動，超聲波等。

②化學方法

用起溶解作用的物質：如：酸、堿、酶(蛋白酶)，螯合劑，表面活性劑。用起切斷離子結合作用的方法：如改變離子強度、pH、電位。起氧化作用的物質：如過氧化氫、次氯酸鹽。用起滲透作用的物質：如磷酸鹽、聚磷酸鹽

結晶 理解概念：晶種，晶核，晶型，飽和溶液，過飽和溶液，飽和度 晶核：在結晶過程中最先析出的微小顆粒(小晶體)是以后結晶的中心

飽和溶液：當溶液中溶質濃度等于該溶質在同等條件下的飽和溶解度時，該溶液稱為飽和溶液；

過飽和溶液：溶質濃度超過飽和溶解度時，該溶液稱之為過飽和溶液； 2 粒子大小與溶解度有何關系？凱爾文公式的內容？ 粒度大小與溶解度之間的關系可用開爾文方程式表示：

lnc12M?11?(?)c2RT?L1L2式中：C1、C2---分別是曲率半徑為L1、L2的溶質的溶解度

R---氣體常數

T---絕對溫度

ρ---固體顆粒密度

M---溶質的分子量

σ---固體顆粒與溶液間的表面張力

在結晶過程中最先析出的微小顆粒(小晶體)是以后結晶的中心，稱為晶核，微小晶核具有較大的溶解度，因此在飽和溶液中，晶核是要溶解的。只有達到一定的過飽和度時，使晶核半徑r大于臨界半徑rc，晶核才能存在。因此，溶液達到過飽和濃度是沉淀結晶的前提，過飽和度是沉淀結晶的推動力，過飽和度越大，推動力就越大，析出沉淀結晶的可能性就越大。3 有哪些方法造成溶液過飽和？

過飽和溶液的形成方法

(1)冷卻(2)溶劑蒸發(3)改變溶劑性質

(4)化學反應產生低溶解度物質(5)真空蒸發法(6)鹽析法 初級成核與次級成核是如何形成的？ 初級成核:過飽和溶液中的自發成核現象

二次成核：向介穩態過飽和溶液中加入晶種，會有新晶核產生

5.了解飽和溫度曲線和過飽和溫度曲線的內容？

結晶過程中的飽和溫度曲線和不飽和溫度曲線的簡圖如右圖所示：

S-S曲線為飽和溫度曲線，在其下方為穩定區，在該區域溶液為不飽和溶液，不會自發結晶；

T-T曲線為過飽和溫度曲線，在其上方為不穩定區，能夠自發形成結晶；

S-S曲線和T-T曲線之間為亞穩定區，在該區域，溶液為過飽和溶液，但若無晶種存在，也不能自發形成晶體；

7.常用的工業起晶方法有哪些？ 自然起晶法、刺激起晶法、晶種起晶法 8.影響晶體質量的因素有哪些？

過飽和度、溫度、攪拌、晶種、溶液純度 9.何為重結晶？

重結晶是利用雜質和結晶物質在不同溶劑和不同溫度下的溶解度不同，將晶體用合適的溶劑再次結晶，以獲得高純度的晶體的操作

萃取

1.理解概念：分配系數，分離因子，溶解度參數，介電常數，HLB 值，萃取因數，帶溶劑 分配系數：當萃取體系達到平衡時，溶質在兩相中的總濃度之比。分離因子：衡量分離的程度。

介電常數:是化合物mol極化程度的量度，又稱電容率。表征電介質極化性質的宏觀物理量。定義為電位移D和電場強度E之比D=εE 萃取因數:也稱萃取比，其定義為被萃取溶質進入萃取相的總量與該溶質在萃余相中總量之比。

溶解度參數:是衡量液體材料相容性的一項物理常數。其物理意義是材料單位體積內聚能密度的開平方。

HLB數即親水與親油平衡程度：HLB數越大，親水性越強，形成O／W型乳濁液；HLB數越小，親油性越強，形成W／O型乳濁液。

帶溶劑：是指這樣一些物質，它們能和產物形成復合物，使產物更易溶于有機溶劑相去，該復合物在一定條件下又要容易分解。

2.生物物質的萃取與傳統的萃取相比有哪些不同點？（1）成分與相復雜（2）傳質速率不同

（3）相分離性能不同（固體與表劑）（4）產物的不穩定性

3.pH 對弱電解質的萃取效率有何影響？

主要表現在兩方面：?pH影響分配系數。一般弱酸性電解質的分配系數隨pH降低而增加； 弱堿性電解質的分配系數隨pH降低而升高。?pH影響選擇性。一般在酸性條件下，酸性產物可被有機溶劑萃取得到，而堿性雜質則會形成鹽留在水相中；對于堿性產物應在堿性條件下萃取。?pH還影響產物的穩定性。

4.發酵液乳化現象是如何產生的？對分離純化產生何影響? 如何有效消除乳化現象？ 產生：發酵液中存在的蛋白質和固體顆粒等物質，這些物質具有表面活劑性的作用，使有機溶劑和水的表面張力降低（乳化劑），產生兩種乳濁液： 油包水型W/O乳濁液、水包油型O/W型乳濁液。

乳化后使有機相和水相分層困難，出現兩種夾帶： ①發酵液中夾帶有機溶劑微滴，使目標產物受到損失； ②有機溶劑中夾帶發酵液給后處理操作帶來困難。

影響因素：表面活性劑的種類，濃度影響表面張力，介質黏度：較大時能增強保護膜的機械強度。液滴帶電：相同電荷的顆粒互相排斥而維持乳濁液穩定。

如何消除：P101在操作前，對發酵液進行過濾或絮凝沉淀處理，可除去大部分蛋白質及固體微粒，防止乳化現象的發生。乳化產生后，采取適當的破乳手段——

物理方法：過濾或離心沉降——乳化現象不嚴重，可采用的方法。

加熱

稀釋

吸附

加電解質 化學方法：

對于O/W型乳濁液，加入親油性表面活性劑，可使乳濁液從O/W型轉變成W/O型，對于W/O型乳濁液，加入親水性表面活性劑，如SDS（十二烷基磺酸鈉）或PPB（溴代十五烷基砒碇）可達到破乳的目的。

5.從分子相互作用的機理出發，理解兩水相體系的形成。

當兩種大分子物質相混合時，其混合結果主要是由分子間作用力決定的。兩種聚合物分子間若存在相互排斥作用，即某種分子的周圍將聚集同種分子而非異種分子，達到平衡時，就可能形成兩相，而兩種聚合物分別進入一相中，形成雙水相體系。6.在兩水相加入無機鹽如何影響物質的分配？

在兩水相中加入的無機鹽鹽析劑通過降低溶質在水中的溶解度，使其更易轉入有機溶劑中，同時還可以減少有機溶劑在水中的溶解度來影響物質的分配。另外，鹽析劑的加入還可以促進溶質的解離，提高分配系數。

7.影響生物分子在兩水相中分配的因素有哪些？（1）成相聚合物的相對分子質量（2）聚合物的濃度（3）鹽的種類（4）鹽的濃度（5）pH（6）溫度（7）細胞的濃度

離子交換法 理解概念：交換容量，工作交換容量，膨脹度，濕真密度，交聯度 2 離子交換樹脂如何命名？ 命名方法：

（1）凝膠型：分類代號-骨架代號-順序代號-交聯度（2）大孔型：大孔（D）-分類代號-骨架代號-順序代號

分類代號：0-強酸，1-弱酸，2-強堿，3-弱堿，4-螯合，5-兩性，6-氧化還原。

骨架代號：0-苯乙烯系，1-苯烯酸系，2-酚醛，3-環氧，4-乙烯吡啶，5-脲醛，6-氧乙烯。

順序代號：1-99 強酸，100-199 弱酸，200-299 強堿，300-399 弱堿。

例：D101：大孔弱酸苯乙烯系1號樹脂。

離子交換樹脂的全名由分類名稱、骨架（或基團）名稱、基本名稱（離子交換樹脂）排列組成。由于氧化還原樹脂與離子交換樹脂的特性不同，故在命名的排列上也有不同，其命名由基本名稱、骨架名稱、分類名稱和樹脂兩字排列組成。凡屬酸性的應在基本名稱

前加一“陽”字；凡屬堿性的，在基本名稱前加一“陰”字。為了區別離子交換樹脂產品中同一類中的不同品種，在全名前必須有符號，離子交換樹脂的型號由三位阿拉伯數字組成。第1位數字代表產品的分類，第2位數字代表骨架結構的差異，第三位數字為順序號，用以區別基團、交聯劑等的不同。

為了區別凝膠型和大孔型離子交換樹脂，在全名前加“大孔”兩字或加“大”字的漢語拼音首字母“D”表示大孔型樹脂。凝膠型離子交換樹脂，在型號后面用“×”號連接阿拉伯數字，表示交聯度。

3.離子交換樹脂的分類？其主要的理化性質有哪些？

（一）按照交換的活性離子分類可分為（1）強酸性陽離子樹脂（2）弱酸性陽離子樹脂（3）強堿性陰離子樹脂（4）弱堿性陰離子樹脂（5）兩性離子交換樹脂

（6）選擇性離子交換樹脂（螯合性）（7）電子交換樹脂(氧化還原樹脂)

（二）離子交換樹脂按照樹脂的物理結構分類分為：凝膠型樹脂；大網格型樹脂。4.為何陰樹脂交換容量用動態法測定而陽樹脂用靜態法測定？

5.離子交換樹脂除了離子作用力外，可能還存在哪些作用力 除靜電力外，還存在氫鍵和范德華力等輔助力。6.大網格離子與凝膠離子交換樹脂在結構上有何不同？（1）交聯度（2）孔徑大，交換速度快，抗污染（3）比表面大（4）永久孔隙度，可用非水溶液中交換 7.選擇離子交換樹脂與吸附條件時應當考慮因素？

層析

1.苯硼酸親和介質用于分離哪些目標物？原理是什么? 道南效應對離子交換樹脂產生怎樣的影響? 凝膠層析分離機理是什么? 凝膠層析分離機理：利用凝膠粒子為固定相，依據篩分原理，根據料液中溶質分子的相對分子質量進行分離。染料親和層析的分子機制是什么?

電泳 理解概念：電泳遷移率，電滲，電泳，SDS-PAGE，雙向電泳，等電聚焦。電泳(electrophoresis): 在電場作用下，帶電顆粒在溶液中的運動。遷移率：單位電場強度下，粒子的泳動速度

電滲（electroosmosis）: 在電場作用下，液體對毛細管表面電荷作相對運動。等電點聚焦

（Isoelectric focusing, IEF）原理：利用蛋白質和氨基酸等兩性電解質具有等電點，在等電點的pH下呈電中性，不發生泳動的特點進行電泳分離。不連續電泳與連續電泳有何區別？十二烷基硫酸鈉（SDS）在SDS-聚丙烯酰胺電泳中起什么作用？