制藥分離工程液液萃取 1

1、制藥分離工程,主講：程純?nèi)?第三章 液液萃取,,概述,液液萃取的基本原理,液液萃取設(shè)備,3.1 概述,萃取(extraction)：利用原料中組分在溶劑中溶解度的差異，選擇一種或多種溶劑作為萃取劑用來(lái)溶解原料混合物中待分離的組分，其余組分則不溶或少溶于萃取劑中，這樣在萃取操作中原料混合物中待分離的組分從一相轉(zhuǎn)移到另外一相中，從而使溶質(zhì)被分離。萃取屬于傳質(zhì)過(guò)程。,萃取,,固液萃取,液液萃取,（浸?。?3.1 概述,3.1 概述,液-液萃取

2、也稱(chēng)為溶劑萃取。是一個(gè)重要的傳質(zhì)分離過(guò)程。在液-液萃取過(guò)程中，含有待分離組分(溶質(zhì)A)的液相(料液F，為溶質(zhì)A溶解于載體C的溶液，萃取后成為萃余相)，與另一個(gè)與之不互溶或部分互溶的液相(溶劑S)接觸，由于溶劑S也能溶解溶質(zhì)A，但不能或極少溶解C，溶質(zhì)A通過(guò)相際傳質(zhì)進(jìn)入溶劑S，成為萃取相E，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)溶質(zhì)A的提取，即A和C的分離。這是一個(gè)包含A、C和S的三元體系的萃取過(guò)程。如果料液中含有多種溶質(zhì)，由于溶劑S對(duì)它們的溶解度不同，也可實(shí)現(xiàn)

3、對(duì)它們的分離。,3.1 概述,3.1 概述,由于溶質(zhì)在兩個(gè)液相中的分配平衡的限制，通常通過(guò)一次液-液平衡接觸不能完全達(dá)到分離或提取率的要求。在這種情況下，需要通過(guò)多級(jí)逆流接觸才能達(dá)到要求。,3.1 概述,萃取的歷史：,據(jù)Derry和Williams研究，最早的液-液萃取實(shí)踐在羅馬時(shí)代即有了，當(dāng)時(shí)采用熔融的鉛為溶劑從熔融的銅中分離金和銀，然后再用硫選擇性溶解銀，分別得到金和銀。1842年，E.-M.佩利諾研究了用乙醚從硝酸溶液中萃取硝

4、酸鈾酰。1903年，L.Edeleanu用液態(tài)二氧化硫作為萃取劑從煤油中萃取芳烴，以生產(chǎn)清潔的液體燃料。這是萃取的第一次工業(yè)應(yīng)用。,3.1 概述,萃取的歷史：,對(duì)萃取技術(shù)的大規(guī)模研究和開(kāi)發(fā)始于第二次世界大戰(zhàn)期間。當(dāng)時(shí)，由于原子能研究和應(yīng)用的需要，對(duì)于鈾、釷、钚等放射性元素的萃取提取和分離進(jìn)行了開(kāi)發(fā)研究，開(kāi)發(fā)研究了具有良好分離性能的萃取劑（溶劑），并發(fā)展了相應(yīng)的萃取設(shè)備如脈動(dòng)塔和混和澄清槽等，使萃取技術(shù)迅速走向了大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。當(dāng)時(shí)

5、萃取技術(shù)應(yīng)用的另一個(gè)重要進(jìn)展是青霉素的提取，它與青霉素的深層發(fā)酵技術(shù)一起，使青霉素的大規(guī)模低成本生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)，成為二十世紀(jì)醫(yī)藥工業(yè)重要的技術(shù)進(jìn)步之一。,3.1 概述,通常在以下數(shù)種情況下，采用萃取作為分離方法比蒸餾更有效或有利：,1.對(duì)有機(jī)或水溶液中的無(wú)機(jī)物質(zhì)的分離；2.被分離物質(zhì)的濃度很低(如油脂中色素和激素)；3.高沸點(diǎn)低含量的物質(zhì)的回收；4.熱敏性物質(zhì)的回收；5.對(duì)于依據(jù)混合物體系的化學(xué)性質(zhì)而不是揮發(fā)度而進(jìn)行分離的情況；

6、6.對(duì)于非常接近于冰點(diǎn)或沸點(diǎn)的液體的分離（可利用此時(shí)溶解度差異的增加）；7.共沸體系的分離。,3.1 概述,通常在以下數(shù)種情況下，采用萃取作為分離方法比蒸餾更有效或有利：,1.對(duì)有機(jī)或水溶液中的無(wú)機(jī)物質(zhì)的分離；2.被分離物質(zhì)的濃度很低(如油脂中色素和激素)；3.高沸點(diǎn)低含量的物質(zhì)的回收；4.熱敏性物質(zhì)的回收；5.對(duì)于依據(jù)混合物體系的化學(xué)性質(zhì)而不是揮發(fā)度而進(jìn)行分離的情況；6.對(duì)于非常接近于冰點(diǎn)或沸點(diǎn)的液體的分離（可利用此時(shí)溶解

7、度差異的增加）；7.共沸體系的分離。,3.2 萃取過(guò)程的基本原理,影響萃取過(guò)程的因素,料液流量、組成、溫度和壓力流程安排方式溶質(zhì)的萃取率要求分離度的要求所選用的溶劑（萃取劑）操作溫度操作壓力（大于系統(tǒng)的泡點(diǎn)）,最小溶劑流量、操作相比、回流比等平衡級(jí)數(shù)乳化和生成界面污物的傾向界面張力、兩相密度差、流體的粘度是否有表面活性物質(zhì)的存在萃取設(shè)備的類(lèi)型萃取設(shè)備的幾何尺寸和攪拌功率等,3.2 萃取過(guò)程的基本原理,溶劑的選擇

8、：理想的萃取溶劑的特點(diǎn),1.與被萃取相不互溶或只有很小的互溶度2.對(duì)被萃取組分（溶質(zhì)）具有大的飽和溶解度，對(duì)溶質(zhì)和被萃取相中的其它組分有高的選擇性3.必須考慮萃取后萃取相中的溶質(zhì)的回收的難易4.大的兩相密度差、適中的界面張力、小的粘度以及在操作條件下的穩(wěn)定性5.無(wú)毒、不燃或不易燃、無(wú)腐蝕性、成本低廉,3.2 萃取過(guò)程的基本原理,操作溫度的影響：,較低的操作溫度，能夠獲得較好的分離效果。但溫度過(guò)低，會(huì)使液體黏度過(guò)大，擴(kuò)散系數(shù)減小

9、，不利于傳質(zhì)。故應(yīng)選擇適宜的操作溫度。還要考慮藥物對(duì)溫度的穩(wěn)定性。,3.2 萃取過(guò)程的基本原理,pH值的影響：,影響弱酸或弱堿性藥物的分配系數(shù)，從而影響到萃取收率以及藥物的穩(wěn)定性。,3.2 萃取過(guò)程的基本原理,鹽析的影響：,無(wú)機(jī)鹽如硫酸銨、氯化鈉等一般可降低產(chǎn)物在水中的溶解度而使其更易于轉(zhuǎn)入有機(jī)溶劑中，另外還能減少有機(jī)溶劑在水相中的溶解度。,飽和食鹽水洗滌。,3.2 萃取過(guò)程的基本原理,“帶溶劑”的影響：,帶溶劑是指這樣一種物質(zhì)

10、，它們能和產(chǎn)物形成復(fù)合物，使產(chǎn)物更易溶于有機(jī)溶劑相中，該復(fù)合物在一定的條件下又很容易分解。如檸檬酸在酸性條件下，可與萃取劑磷酸三丁酯形成中性絡(luò)合物而進(jìn)入有機(jī)相，這種絡(luò)合物的萃取稱(chēng)為反應(yīng)萃取。,3.2 萃取過(guò)程的基本原理,乳化和破乳：,乳化現(xiàn)象,1.頂替法。加入表面活性更強(qiáng)的物質(zhì)，把原來(lái)的界面活性劑頂替出來(lái)，常用戊醇。,破乳：,2.變型法,3.反應(yīng)法,4.物理法：離心法，加熱法，稀釋法和吸附法。,3.2 萃取過(guò)程的基本原理,分配

11、系數(shù)和選擇性系數(shù),分配系數(shù)（分配比）,相比,3.2 萃取過(guò)程的基本原理,液泛,萃取塔中兩相的逆流流動(dòng)是在重力驅(qū)動(dòng)下的液滴群和連續(xù)相的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，兩相流量不能隨意增加，當(dāng)超過(guò)限度時(shí)，分散相將在塔中積累、聚并，并阻止連續(xù)相的流動(dòng)，稱(chēng)之為發(fā)生了液泛。液泛時(shí)，塔的正常操作被破壞。發(fā)生液泛的情況有兩種：1.流量過(guò)大；2.攪拌強(qiáng)度過(guò)高。應(yīng)控制流量和攪拌強(qiáng)度,3.3 液液萃取設(shè)備,萃取設(shè)備按分散相與連續(xù)相的流動(dòng)方式不同分為分級(jí)接觸式和連續(xù)微

12、分接觸式兩大類(lèi)。各種類(lèi)型的設(shè)備已超過(guò)30種，而且在不斷有更新的設(shè)備問(wèn)世。,3.3 液液萃取設(shè)備,分級(jí)接觸式萃取設(shè)備：,混和澄清槽,混和澄清槽是較早開(kāi)發(fā)使用的一種萃取設(shè)備。在混和澄清槽中，輕相和重相首先被引入到混和槽中，通過(guò)機(jī)械攪拌使兩相密切接觸，然后流到澄清槽中，進(jìn)行重力分相。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的混和槽具有很高的傳質(zhì)效率，可以達(dá)到接近于單個(gè)理論平衡級(jí)的效果（80%-90%甚至更高）。,3.3 液液萃取設(shè)備,混合澄清槽,3.3 液液萃取設(shè)

13、備,多級(jí)混合澄清槽,3.3 液液萃取設(shè)備,篩板萃取塔,3.3 液液萃取設(shè)備,微分接觸式萃取設(shè)備,填料塔,3.3 液液萃取設(shè)備,微分接觸式萃取設(shè)備,往復(fù)篩板萃取塔,3.3 液液萃取設(shè)備,微分接觸式萃取設(shè)備,轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔,3.3 液液萃取設(shè)備,微分接觸式萃取設(shè)備,轉(zhuǎn)盤(pán)塔（RDC）是一種常用的攪拌萃取塔。它的攪拌組件是由裝在中心軸上的一系列圓盤(pán)組成，依靠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)流體的剪切力分散液滴。裝在塔壁處的一系列定環(huán)起限制返混的作用。轉(zhuǎn)盤(pán)塔操作穩(wěn)定、

14、通量大，在工業(yè)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。是最常用的萃取設(shè)備之一。,3.3 液液萃取設(shè)備,微分接觸式萃取設(shè)備,3.3 液液萃取設(shè)備,微分接觸式萃取設(shè)備,3.3 液液萃取設(shè)備,用于青霉素萃取的離心萃取機(jī),3.3 液液萃取設(shè)備,萃取工藝條件的選擇和設(shè)備的設(shè)計(jì),基于給定的分離目標(biāo)，選擇合適的萃取劑取得萃取體系的相平衡數(shù)據(jù)確定萃取工藝路線(xiàn)和條件（溫度、進(jìn)料濃度、相比、級(jí)數(shù)）選擇合適的萃取設(shè)備，設(shè)計(jì)尺寸大小。,3.3 液液萃取設(shè)備,醋酸是一種常

15、用的化學(xué)品。在醋酸的生產(chǎn)和使用過(guò)程中，經(jīng)常需要進(jìn)行醋酸-水的分離。通常，可以用普通精餾的方法進(jìn)行醋酸（b.p.=118.1℃）和水（b.p.=100.0℃）的分離。當(dāng)溶液中醋酸含量較低時(shí)，由于水的汽化潛熱很大，精餾的能耗很高，此時(shí)采用萃取的方法從經(jīng)濟(jì)上更為有利。,工業(yè)萃取過(guò)程舉例—醋酸萃取,3.3 液液萃取設(shè)備,本圖顯示了一個(gè)醋酸萃取的實(shí)例。在該實(shí)例中，欲分離的料液為含醋酸22wt%的水溶液，流量13,726kg/（30,260lb/h