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移到另外一相中，從而使溶質(zhì)被分離。萃取屬于傳質(zhì)過程。,萃取,,固液萃取,液液萃取,（浸?。?3.1 概述,3.1 概述,液-液萃取

2、也稱為溶劑萃取。是一個重要的傳質(zhì)分離過程。在液-液萃取過程中，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通過相際傳質(zhì)進入溶劑S，成為萃取相E，從而實現(xiàn)了對溶質(zhì)A的提取，即A和C的分離。這是一個包含A、C和S的三元體系的萃取過程。如果料液中含有多種溶質(zhì)，由于溶劑S對它們的溶解度不同，也可實現(xiàn)

3、對它們的分離。,3.1 概述,3.1 概述,由于溶質(zhì)在兩個液相中的分配平衡的限制，通常通過一次液-液平衡接觸不能完全達到分離或提取率的要求。在這種情況下，需要通過多級逆流接觸才能達到要求。,3.1 概述,萃取的歷史：,據(jù)Derry和Williams研究，最早的液-液萃取實踐在羅馬時代即有了，當時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)應用。,3.1 概述,萃取的歷史：,對萃取技術的大規(guī)模研究和開發(fā)始于第二次世界大戰(zhàn)期間。當時，由于原子能研究和應用的需要，對于鈾、釷、钚等放射性元素的萃取提取和分離進行了開發(fā)研究，開發(fā)研究了具有良好分離性能的萃取劑（溶劑），并發(fā)展了相應的萃取設備如脈動塔和混和澄清槽等，使萃取技術迅速走向了大規(guī)模的工業(yè)應用。當時

5、萃取技術應用的另一個重要進展是青霉素的提取，它與青霉素的深層發(fā)酵技術一起，使青霉素的大規(guī)模低成本生產(chǎn)得以實現(xiàn)，成為二十世紀醫(yī)藥工業(yè)重要的技術進步之一。,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.對有機或水溶液中的無機物質(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.高沸點低含量的物質(zhì)的回收；4.熱敏性物質(zhì)的回收；5.對于依據(jù)混合物體系的化學性質(zhì)而不是揮發(fā)度而進行分離的情況；

6、6.對于非常接近于冰點或沸點的液體的分離（可利用此時溶解度差異的增加）；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.對有機或水溶液中的無機物質(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.高沸點低含量的物質(zhì)的回收；4.熱敏性物質(zhì)的回收；5.對于依據(jù)混合物體系的化學性質(zhì)而不是揮發(fā)度而進行分離的情況；6.對于非常接近于冰點或沸點的液體的分離（可利用此時溶解

7、度差異的增加）；7.共沸體系的分離。,3.2 萃取過程的基本原理,影響萃取過程的因素,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）,最小溶劑流量、操作相比、回流比等平衡級數(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)的存在萃取設備的類型萃取設備的幾何尺寸和攪拌功率等,3.2 萃取過程的基本原理,溶劑的選擇

8、：理想的萃取溶劑的特點,1.與被萃取相不互溶或只有很小的互溶度2.對被萃取組分（溶質(zhì)）具有大的飽和溶解度，對溶質(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.無毒、不燃或不易燃、無腐蝕性、成本低廉,3.2 萃取過程的基本原理,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。但溫度過低，會使液體黏度過大，擴散系數(shù)減小

9、，不利于傳質(zhì)。故應選擇適宜的操作溫度。還要考慮藥物對溫度的穩(wěn)定性。,3.2 萃取過程的基本原理,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 萃取過程的基本原理,鹽析的影響：,無機鹽如硫酸銨、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入有機溶劑中，另外還能減少有機溶劑在水相中的溶解度。,飽和食鹽水洗滌。,3.2 萃取過程的基本原理,“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)物形成復合物，使產(chǎn)物更易溶于有機溶劑相中，該復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合物而進入有機相，這種絡合物的萃取稱為反應萃取。,3.2 萃取過程的基本原理,乳化和破乳：,乳化現(xiàn)象,1.頂替法。加入表面活性更強的物質(zhì)，把原來的界面活性劑頂替出來，常用戊醇。,破乳：,2.變型法,3.反應法,4.物理法：離心法，加熱法，稀釋法和吸附法。,3.2 萃取過程的基本原理,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 萃取過程的基本原理,液泛,萃取塔中兩相的逆流流動是在重力驅動下的液滴群和連續(xù)相的相對運動。因此，兩相流量不能隨意增加，當超過限度時，分散相將在塔中積累、聚并，并阻止連續(xù)相的流動，稱之為發(fā)生了液泛。液泛時，塔的正常操作被破壞。發(fā)生液泛的情況有兩種：1.流量過大；2.攪拌強度過高。應控制流量和攪拌強度,3.3 液液萃取設備,萃取設備按分散相與連續(xù)相的流動方式不同分為分級接觸式和連續(xù)微

12、分接觸式兩大類。各種類型的設備已超過30種，而且在不斷有更新的設備問世。,3.3 液液萃取設備,分級接觸式萃取設備：,混和澄清槽,混和澄清槽是較早開發(fā)使用的一種萃取設備。在混和澄清槽中，輕相和重相首先被引入到混和槽中，通過機械攪拌使兩相密切接觸，然后流到澄清槽中，進行重力分相。一個設計良好的混和槽具有很高的傳質(zhì)效率，可以達到接近于單個理論平衡級的效果（80%-90%甚至更高）。,3.3 液液萃取設備,混合澄清槽,3.3 液液萃取設

13、備,多級混合澄清槽,3.3 液液萃取設備,篩板萃取塔,3.3 液液萃取設備,微分接觸式萃取設備,填料塔,3.3 液液萃取設備,微分接觸式萃取設備,往復篩板萃取塔,3.3 液液萃取設備,微分接觸式萃取設備,轉盤萃取塔,3.3 液液萃取設備,微分接觸式萃取設備,轉盤塔（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組成，依靠轉動時轉盤對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。轉盤塔操作穩(wěn)定、

14、通量大，在工業(yè)過程中得到了廣泛的應用。是最常用的萃取設備之一。,3.3 液液萃取設備,微分接觸式萃取設備,3.3 液液萃取設備,微分接觸式萃取設備,3.3 液液萃取設備,用于青霉素萃取的離心萃取機,3.3 液液萃取設備,萃取工藝條件的選擇和設備的設計,基于給定的分離目標，選擇合適的萃取劑取得萃取體系的相平衡數(shù)據(jù)確定萃取工藝路線和條件（溫度、進料濃度、相比、級數(shù)）選擇合適的萃取設備，設計尺寸大小。,3.3 液液萃取設備,醋酸是一種常

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