当前课程知识点:制药工程原理与设备 > 第二章 制药分离工程 > 2.1 萃取 > 萃取
大家好 我是本次课的主讲老师胡金辉
今天由我给大家介绍制药分离工程与设备部分的内容
本节课的学习目标
在理解基本萃取的基础上
能够理解更复杂的萃取
能够计算多级萃取的萃取率
能够掌握理解萃取机的结构特点
制药分离工程的流程相对复杂
关键的一个环节就是分离萃取
这一传统的分离单元操作
萃取包括液-液萃取和固-液萃取
其中固-液萃取也称作浸取
我们今天讲的内容主要是液-液萃取
它指用一种溶剂将物质从另一种溶剂中
提取出来的方法
萃取剂选择原则为
使溶质在萃取相中有最大的溶解度
萃取过程三要素包括溶质 原溶剂 萃取剂
其中萃取剂的选择原则为
使溶质在萃取相中有最大的溶解度
溶剂萃取法的优点是
一 可连续化操作 速度快 周期短
二 对热敏物质破坏少
三 多级萃取时 溶质浓缩倍数大 纯度高
其缺点是 有机溶剂使用量大
对设备和安全要求高
需要各项防火 防爆等措施
液-液萃取原理如图所示
在萃取过程中
含有带分离组分的溶质A和稀释剂B的料液
与另一个不互溶的S溶剂进行混合
溶质A通过相际传质 进入溶剂S 成为萃取液
萃取后 料液失去了溶质A
成为萃余液B
受到溶质在两个液相间分配平衡的限制
通常通过一次液-液平衡接触
并不能完全达到分离要求
萃余液中还包含少量的A与溶剂S
这时候往往需要通过多级逆流技术
才能达到分离的目的
能斯特分配定律是萃取方法理论的主要依据
其定义为在一定温度 压力下
某一溶质 在互不相溶的两种溶剂间分配时
达到平衡后在两相中的活度之比为一常数
这个常数称为分配常数
因此 溶质在两液相层中的比值是定值
应用分配定律时 须符合下列的条件
一 稀溶液
二 溶质在溶剂的互溶度 没有影响
三 溶质在两相中是同一分子形式
萃取因素也称为萃取比
其定义为萃取相中溶质总量与萃余相中溶质总量之比
通常以E表示
若以Vs和VF分别表示萃取剂和料液的体积
C1和C2表示溶质在萃取相和萃余相的平衡浓度
因此 我们可以得到公式 E = K×1/m
其中m为浓缩倍数
萃余率φ 等于萃余液中溶质总量
除以原始料液中溶质总量乘以100%
即为1/(E+1) ×100%
理论收率等于1-Φ
即为E/(E+1)×100%
下面给大家举一个例子
洁霉素是一种由链霉菌发酵生产的高效广谱抗生素
在发酵结束后需要对其进行分离萃取
洁霉素在20℃和pH值=10.0的时候
表观分配系数K值=18
用等量的正丁醇 萃取料液中的洁霉素
计算理论收率
因为正丁醇与料液体积相等
因此 萃取因素E等于分配系数K
我们将E值带入公式 即可得到理论产率
等于1-φ = 18 / (18+1) 乘以 100% = 94.7%
若改用1/3体积的正丁醇来萃取计算理论收率
我们先计算萃取因素E
E = 18 X 1/3 = 6
再将计算得到的E值带入公式
理论产率等于
1-φ = 6/(6+1)乘以 100% = 85.7%
单级萃取包括混合 分离以及溶剂回收三个步骤
我们将料液F和萃取剂S加入到萃取器中进行混合
随后将混合液转移至相分离器中进行分离
最后将萃取相分离出来
进行溶剂收回 并浓缩得到产物
单级萃取操作工艺流程如图所示
我们将含有待提取溶质的水溶液和萃取剂
加入到萃取器中进行混合
随后将萃取相转移至溶剂/溶质塔进行分离
溶质得到收集 溶剂得以回收
并转移至萃取器中回收套用
萃余相则进入汽提塔
回收萃余相中的溶剂 并转移至萃取器中回收利用
有时我们通过一次单级萃取
无法达到理想分离效果
那么我们可以如何提高萃取率以及萃取效率呢
这时候就需要采用多级萃取
它是多个单级萃取的组合
同样存在质量守恒
多级萃取还可以分为多级错流萃取和多级逆流萃取
多级错流萃取过程是指
被处理水相溶液经过连续几次萃取
每次萃取都加入新鲜的有机溶剂
每经过一次萃取称为一个萃取级
此法简单 得到的萃余水相较纯
在溶剂总量恒定情况下 级数愈多萃取效率愈高
缺点是每个萃取级都要加入一份新的有机溶剂
并相应得到很多份萃取液
使被萃取物反萃以及有机溶剂回收工作量增大
多级错流萃取萃余率的计算公式为
Φn = 1/(E+1)的N次方 X 100%
理论收率的计算公式为
(E+1)的N次方减一除以(E+1)的N次方乘以100%
如果分别在左右两端的混合器中
连续通入料液和萃取液
使料液和萃取液逆流接触 即构成多级逆流接触萃取
多级逆流萃取的萃余率的计算公式为
Φ= E-1除以E的N+1次方减一乘以100%
理论收率等于
E的N+1次方减E除以E的N+1次方减一乘以100%
萃取设备包括三个部分
混合设备 分离设备以及蒸发设备
混合设备包括搅拌罐 管式混合器
喷嘴式混合器 以及气流混合罐
分离设备有离心机
其利用离心的原理将轻液与重液进行分离
另外 还有离心分离一体的离心萃取机
它通过离心力强化两液相间的接触与分离
离心萃取器的结构如图示
在垂直中心轴周围 安装有几块铜芯的塞孔盘
两相通过塞孔
逆流运动
在相对运动过程中进行溶质的传递
重液相由底部轴周围的套管
进入转鼓后 沿螺旋通道
由内向外流经过各筒
最后由外筒流经溢流环
到向心泵室被排出
轻液由底部中心管
进入转鼓 流入第十圆筒
从下端进入螺旋通道 由外向内流过各筒
最后从第一筒经过出口排出
离心加速度是重力加速度的数百乃至数千倍
所以在离心场中 分散相液滴 凝并速度快
离心萃取机特别适用于
两相密度差很小或容易乳化的物料
由于物料在设备内停留时间的很短
因而 也适用于物化性质不稳定的物质的萃取
最后给大家介绍更大型的萃取设备 萃取塔
用于萃取液-液传质过程是有局限性的
因为通常液-液萃取中的两液相
界面张力较大 液体粘度较大
单靠重力不足以产生良好的分散和足够的相界
通过液体分布器 填料和塞孔
对液体进行分散
如图所示的喷淋塔 填料塔和筛板塔
形成的液体直径不会太小
传质面积有限 传质系数小
非机械搅拌塔的理论基数低
放大时效率急剧下降
不是主流应用设备
通过外加机械能量
能够促进液-液分散和流体团动
增加传质相界面 减少传质阻力
因此 出现了转盘萃取塔
使萃取过程可以采用结构简单
效率高而成本低的萃取塔进行操作
这一讲主要介绍了萃取的基本原理
多级萃取 错流 逆流萃取的流程图以及萃取设备
下一讲我和你一起学习高效的高级萃取方式
以及典型复杂萃取设备卧螺机
本讲到此结束 谢谢
-绪论
-绪论讲义
-绪论课后作业
-1.1 化学制药工程——化学制药工艺
--讲义
--课后作业
-1.2 化学制药工程——合成路线的优化
--讲义
--课后作业
-1.3 化学制药工程——单元反应的优化
--讲义
--课后作业
-1.4 化学制药工程——釜式反应器
--讲义
--课后作业
-1.5 生物制药工程——生物制药的一般流程
--讲义
--课后作业
-1.6 生物制药工程——微生物发酵原理与控制
--讲义
--课后作业
-1.7 生物制药工程——微生物发酵罐
--讲义
--课后作业
-1.8 生物制药工程——动植物细胞制药
--讲义
--课后作业
-1.9 天然药物中药制药工程——中药提取工艺流程
--讲义
--课后作业
-1.10 天然药物中药制药工程——中药提取设备
--讲义
--课后作业
-2.1 萃取
--萃取
--讲义
--课后作业
-2.2 复杂萃取
--复杂萃取
--讲义
--课后作业
-2.3 过滤与离心
--过滤与离心
--讲义
--课后作业
-2.4 膜分离
--膜分离
--讲义
--2.4 课后作业
-2.5 蒸发
--蒸发
--讲义
--2.5 课后作业
-2.6 干燥
--干燥
--讲义
--2.6 课后作业
-3.1 基础概念
--基本概念
--讲义
--课后作业
-3.2 认识剂型
--认识剂型
--讲义
--3.2 课后作业
-3.3 粉碎和筛分
--粉碎和筛分
--讲义
--课后作业
-3.4 混合
--混合
--讲义
--课后作业
-3.5 制粒
--制粒
--讲义
--课后作业
-3.6 片剂的制备
--片剂的制备
--讲义
--课后作业
-3.7 胶囊剂的制备
--胶囊剂的制备
--讲义
--课后作业
-3.8 无菌制剂制备
--无菌制剂制备
--讲义
--课后作业
-3.9 制药用水
--制药用水
--讲义
--课后作业
-4.1 车间设计基础——GMP及法规
--讲义
--课后作业
-4.2 车间设计基础——洁净车间
--讲义
--课后作业
-4.3 车间设计基础——建筑及消防基础
--讲义
--课后作业
-4.4 车间设计流程——设计任务书
--讲义
--课后作业
-4.5 车间设计流程——工艺流程设计
--讲义
--课后作业
-4.6 车间设计流程——物料衡算
--讲义
--课后作业
-4.7 车间设计流程——能量衡算
--讲义
--课后作业
-4.8 车间设计流程——设备选型
--讲义
--课后作业
-4.9 车间设计流程——车间布局
--讲义
--课后作业
-4.10 车间设计流程——管道布置
--讲义
--课后作业
-4.11 车间设计流程——设计说明书编制
--讲义
--课后作业




