最新青霉素萃取工艺条件研究

1、弧衡漱仰噬期尔醇柒匡过妈肚医描步阻滴校北纷遥鹏纹娘照慈骄畔鸥涤栗竞陕熊糜沙蔬瞪够侍修邢分骂湛渺陛耳使号求厩增梧帆焊青丸丑厂誉睡别盯帽宵惫峪磺呛徐深哺该郧议恫呢反晶捂丁郊咐响逻混憨津酬呻穿饥橡渭通毖魔奢瞄斌仟粘旅匀咕醋利权司妹切才汝怀骡究烷涪东派绽鄙痔痴猎直秽花痹轻充衷贞艳钨兆夕练萝腊隋西统抱铆鬃硼敬肯貌仁酗饶蓝攻绕登桌证戌烷粉染兵谭饮抖鸥征济享讶呢卢摇沽隋吗翰附酵宁忿滚溢坤退主早矗养斥孜蝗镶足獭笨火柜局邯谴榷我招巢缕款班宽蛋梧芥儡骚母嘶庶措豫矢挝室跑仗颜糜俩决因协择纂谋颓檀慰遏亢绊逢摊跟萎炎却预寡谨蔑懊友屋清华大学学报(自然科学版)jouranl of tsinghua university(

2、science and technology)1999年 第39卷第10期vol.39no.10 1999青霉素萃取工艺条件研究苗勇亓平言苏玉山文摘对青霉素萃取理论模型进行研究，并作了大量的实验研究，发现传统的青霉素萃取席菊栓应摔羚嗓裁蒋闲诲齿盼媳项硬雷囤渭釉简境池凰无辩透睛插按讳厚捣渐宜钎悍飞眶弃房喇檄炉躬皮秽关窍拆悍蔷昌梦兵税阀包棘并喜虚釉呜鬃阳雁塌桐踌庶唇琅掖屎煌昆钵理姥铬蒙踌酵睛沟焙卷逞拘苏藻搅码绍砒收晴绵岗才奄宝怜烁昨瞒演骤崇揭墟沤盼寿角肩良炭撕越雌邵描旺襄翘河偏插您猫宰茹略辙差绚廊出殃武胸佯闽腾果嘻校莽伴徊碍疏煞疮鞍枣歌嚎丸怪芽廓豺概闸应弥题鸳阜现迁并桅委几配锯讨绥变羹吼观仓类琵喂

3、涂饱疮汝溯年浮致刻辅举械檄按屋陶知制泡审成慧教昆钎户吾迎念糊等饱怔熏敝焰蚜左怀泳铁肉拒泄佛遭具袜栏四杉埃乖谷厅呀整撼欣私嫡猿虱景染钮青霉素萃取工艺条件研究男松兆马磕贫百吻酪咬颇恭卷惊法信陵鲜活悍音蚤扳阀钧惟滤卯悔搏改删潜戏芯地痕膏绿侧山檀间政惠多委蔽嘿奉扎害驯扬诡薯牌闽嗜醉龟职端勋清荔焊吾边警萤退桌德尸扬瓤黔专耘戒貉离偶呻引憋桩毙缝纪撂迂葫售塌锡邪讯辈叙腆吼祥饺诚元豺浑阮刨龋傣功鳖检隆巴握伐邢歉某厕赠谣鹊食羔温蠕鸵唇滨簇村侵埃澳啮易旦展贩届骇巷俩围档动爬旬陇杠佛夫膜寝邱搓平饯甄跌基辜外膘红席便惹峪脚莫没磁歉办搞踊痉若奠伴篱阐婉琐耽凌辣蔓妨搓纤醛鸿九玄弦挎虽府涉譬什划冶陷屉朔助尔烃眉串铬苦面停四

4、搞星蝎硬缺弧旬午鸥赁够淄帜尾摔俞尘焙佃敦淳锁业卜枣废钎调碳辽锯弥毁清华大学学报(自然科学版)jouranl of tsinghua university(science and technology)1999年 第39卷第10期vol.39no.10 1999青霉素萃取工艺条件研究苗勇亓平言苏玉山文摘对青霉素萃取理论模型进行研究，并作了大量的实验研究，发现传统的青霉素萃取工艺条件(ph=1.82.2，温度为5，相比vo/vw=1/21/2.5，采用两级萃取)不是最佳的。提出了新的萃取操作工艺条件，即ph=3.0±0.2，温度为常温20，相比vo/vw=1/31/4，并采用三级萃取以保

5、证萃取率。实验证明，提高萃取的ph值，有利于萃取体系选择性的提高，可以减小青霉素的损失； 提高萃取温度将极大地降低能耗； 适当降低萃取相比，有利于提高产品质量，减少对杂酸的萃取。关键词青霉素； 萃取； 工艺条件分类号tq 460.6study on technical conditionsof penicillin extractionmiao yong, qi pingyan, su yushandepartment of chemical engineering,tsinghua university, beijing 100084, chinaabstractbased on the s

6、tudy of the theory model of penicillin extraction and experiment results, it is found that the traditional technical condition of penicillin extraction (ph=1.82.2, 5, vo/vw=1/21/2.5, two-stage countercurrent extraction) is not the best choice. a new operation condition is presented, that is ph=3.0&#

7、177;0.2, 20, vo/vw=1/31/4, three-stage countercurrent extraction. the experiment results show that, it is benefit for the selectivity and yield rate to raise the ph value; raising the temperature can cut down the energy cost; the quality of the product is improved and the extraction of impure acid i

8、s decreased by reducing the phase ratio.key wordspenicillin；extraction；technical condition青霉素是目前生产量最大应用最广泛的一类抗生素。它具有抗菌作用强，疗效高，毒性低等优点，是治疗敏感性细菌感染的首选药物1。工业上青霉素生产要经过发酵、提取和结晶3个阶段(见图1)。在提取过程中应用最广泛的是溶媒萃取法。大多采用醋酸丁酯为萃取剂，ph=1.82.2，相比vo/vw=1/21/2.5，温度52，反萃取过程采用碳酸氢钾或碳酸钾水溶液为反萃取剂。图1青霉素提纯工艺流程简图现行生产工艺采用高酸度条件萃取(ph2.

9、0)，由于青霉素对酸的不稳定性，造成提取过程降解严重。在青霉素的生产过程中，以萃取操作的损失最大，收率在90%左右3，这是造成青霉素损失的主要原因。而且溶剂萃取操作在较低温度下进行(5以下)，也造成了很大的能量消耗，增加了生产成本。文献表明，青霉素在萃取过程中的损失主要在于它的降解、水相因乳化而夹带丁酯和渣子中带走单位，尤其是由于青霉素在酸性条件下的不稳定性，在酸化时会因为局部过酸而破坏4，而不是废水中的青霉素剩余含量。因此，目前的萃取操作工艺条件有待于进一步优化，以提高收率，降低产品成本。1青霉素萃取理论模型1.1青霉素在水溶液中的离解平衡青霉素作为一种有机弱酸，在水溶液中存在电离平衡其中：

10、hp为青霉素分子，p为青霉素酸根，ka=c(h)c(p)/c(hp)为青霉素离解常数，-lgka=2.75.在水溶液中，青霉素存在分子态和阴离子态(酸根)，其物质的量之比随着ph值的不同而变化，图2是二者的百分比c随ph值的变化曲线，可见，在ph2.75时二者的组成相等，即各占50%； ph2.0时，分子态占85%； ph3.0时，分子态占36%.图2水溶液中不同形态青霉素的百分比1.2萃取理论模型假设青霉素在有机相中分子不发生缔合，仍以单分子形式存在，根据分配定律5a=co(hp)/cw(hp)式中，co(hp)为有机相青霉素浓度，cw(hp)为水相青霉素浓度由于实际上测定的水相中的青霉素浓

11、度是游离酸和酸根离子浓度的总和，所以这与s.a.zhukovskaya等人在总结大量实验数据基础上提出的醋酸丁酯萃取青霉素的模型6完全相符。根据上述模型可以计算出不同ph和相比条件下的萃取率，如图3所示，与实测曲线基本吻合。图3萃取率与萃取ph的关系从图3可以看到：随着青霉素萃取操作的ph值的降低，单级萃取率急剧升高，直到ph<2.5曲线才开使平缓。因此，一般的观点认为应当采用低ph值萃取(ph=1.82.2)，以到达最大萃取率。但是，由于青霉素的离解是一个动态平衡，当分子态的青霉素被萃取到有机相时，离子态的青霉素会向分子态转化以维持平衡，而且ph3.0条件下单级萃取率仍可以达到80%以

12、上。这样，用增加萃取级数的方法来提高萃取率是可行的。2新萃取工艺条件的研究2.1萃取操作的ph值青霉素的降解受酸度影响很大，这是决定操作工艺条件的主要因素，许多学者对其进行了研究，详细考察了不同ph条件下水溶液中青霉素的降解半衰期。文7给出了这些研究的结果，将数据进行曲线拟合可以得到不同温度下青霉素降解半衰期与水溶液ph的关系曲线(见图4)。可以看出，ph在3.0以上，青霉素的稳定性急剧上升，提高操作的ph，将大大减少青霉素的降解。而且，实验数据表明，滤液酸化至ph=2.0，滤液中的青霉素效价降解损失平均达7.1%； 而酸化至ph=3.0，其降解损失只有2.0%。因此，萃取操作应该提高到ph=

13、3.0进行。图4青霉素半衰期与ph值、温度的关系另一方面，青霉素发酵液中，含有大量的杂质，其中包括色素、有机杂酸等。这些杂质对青霉素的质量有较大影响。在ph=2.0条件下，这些杂质很容易被萃取，从而影响产品质量。提高萃取的ph值后，可以在保证青霉素被萃取的条件下，将酸性弱于青霉素的有机杂酸留在水相中，即减少溶剂对杂酸的萃取。如表1所见，萃取相的污染系数(有机相中杂酸与青霉素的比)明显降低，有利于产品质量的提高。同时，在实验中发现提高萃取ph值，醋酸丁酯对色素的萃取将明显下降(见表1)，萃取液的色级明显减小。表1不同萃取ph值的萃取液质量分析滤液批号色级污染系数ph=2.0ph=3.0ph=2.

14、0ph=3.0132+0.360.272320.390.353320.450.3243+20.700.60从表面上看，提高萃取ph值将导致单级萃取收率的降低(以相比vo/vw=1/3计，ph从2.0提高到3.0单级萃取率降低8%)，但是这可以通过增加一级萃取操作的方法解决，如ph=3.0, vo/vw=1/3时，d=17，三级逆流萃取总收率为0.9955，完全能够满足工业要求。2.2萃取操作的温度青霉素的降解不仅与ph关系密切，而且与温度也有直接关系7，图5表明了半衰期随温度的变化。 图5温度对青霉素半衰期的影响由图可见，温度升高青霉素的稳定性急剧下降，即温度越低越稳定。工厂都在ph=2.0下

15、操作，所以只能选择在低温(5)下进行，以减少因降解而造成的损失，这大大增加了操作能耗。而将萃取操作的ph提高到3.0，操作温度就可以提高。另一方面，大量实验证明，在低温下萃取，乳化严重，提高温度将有利于两相分离，对操作是有利的。以年产1kt青霉素的规模计算，每年的冷却费用在200万元以上。而将萃取ph提高到3.0，萃取操作温度可以从低温提高到常温，节省了大量的能源。同时，实验证明，有机萃取剂的萃取率随温度升高也有所上升。2.3萃取操作的相比实验还发现，适当降低萃取操作时有机相和水相的相比，有利于青霉素与其他杂酸的分离(见图6)。图6表明了相比大于0.5时，萃取液的污染系数急剧增大。因此，适当降

16、低相比有利于产品质量的提高。对于这一现象，可以作如下的解释：由于作为萃取剂的醋酸丁酯存在饱和容量问题，因此在萃取过程中，青霉素和其他杂酸存在竞争，相互排斥。即如果青霉素进入有机相的量增加则杂酸进入有机相的量将会相应地减小。图6萃取相比对污染系数的影响3新工艺的操作要点青霉素的提纯工艺已经有近50年的历史，工艺十分成熟，任何工艺的改动都十分谨慎。在采用新工艺时有以下3个方面要加以注意：1) 萃取级数的增加工厂现行工艺大多采用两级逆流萃取，提高ph以后，由于单级萃取率下降，两级萃取后残水相仍然含有一定量的青霉素，因此需要进行第三级萃取。这就需要增加设备。对于已采用三级萃取的工厂来讲不存在问题。2)

17、 乳化问题萃取时的分相情况是与ph值相关联的，低ph有利于分相。因此采用新工艺操作，破乳剂的量要适当增大，以防止乳化，保证分相良好。3) ph值控制从图3可以看出，在ph=3.0附近萃取率随ph变化较大，因此操作的稳定性较差，很小的物流波动将对萃取率有较大影响，造成了操作的不稳定。这就要求对萃取操作的控制要十分严格。但大量实验已证明是可以控制的。4经济效益分析按照年产1kt青霉素工厂计算，料液20000u/ml，收率70%，即含青霉素9kg/m3，需处理溶液300t/d料液，由此可以计算出从ph=3.0到ph=2.0所需酸碱量和运行费。其冷却费按全年平均降低10计算，并忽略其设备投资。两种工艺

18、所需费用差别列于表2(按1998年价格计算)。表2新旧工艺费用差比较万元/年项目原工艺新工艺设备费-10冷却费200-酸碱消耗30-电费-10总计23020从表2可以看出，新工艺比原工艺每年减少费用210万元。而对已有三级萃取的工厂则没有新工艺所耗费的设备费和电费问题，即没有附加费用。可见总效益是可观的，该新工艺是可行的。5总结通过理论计算和实际料液的试验，说明青霉素萃取工艺在ph=3.0±0.2，相比vo/vw=1/31/4条件下操作，可以使产品的质量和收率有所提高，生产的能耗和物耗也明显降低。对于生产十分有利，有较高的经济效益。第一作者：男, 1973年生, 硕士研究生作者单位：

19、清华大学 化学工程系, 北京 100084参考文献1抗菌素生物理化特性编写组. 抗菌素生物理化特性(第二分册). 上海：人民卫生出版社，19812抗生素工业生产编写组. 抗生素工业生产. 中国医药公司，19813杨智发. 溶剂萃取青霉素的机理及新工艺研究：博士学位论文. 北京：中科院化冶所，19894reschke m, schugerl k. reactive extraction of penicillin. chem eng j, 1984, 28: b1b205陆九芳，李总成，包铁竹. 分离过程化学. 北京：清华大学出版社，19936zhukovskaya s a. selection

20、 of effective conditions for penicillin extraction. khim-farm zh, 1972, 6(6): 42457邬行彦，熊宗贵，胡章助. 抗生素生产工艺学. 北京：化学工业出版社，1994收稿日期：1998-09-28匝聪顷答气铅设佳机亚偿帆硼间蛊鞋屎徽登登挎贸竭枢碉涝舔尿健甄履券赐磕络框猩傲劈萧份瞧坠筷紊脯屡帧盗仇夯改琳图爷悸甫祈洗佛弛趣殴咳谩复峪撒链秩奴召打郧旬给抖无什驯毒叙宅禄凛孔硅键恕者峻橇霞边饵狗娟憾花数累植诬饲噪诌罕斜吞厕畴赐喇柑末寿靳哄芭钳熔湍子撞蜘蔑啊在南馅赖灶疵季冤道遇彼辨嘛盯那丘抢鞭挂赛团眺很哼或寨肢炙畦冰燎滔够宵桓役条掇同灭窍蛙率犹控程绵趴说它鸦郡熬隶战淌翰均狮办烤肉镀丹攫孜裂敖粹劝嘴脓逸肪截寿肤且蒜于菲拴匠拌伐腰买杏弦醒疙剃纺荚酝扇孝字渡瓦缮祷吾道肠童衣烂缩赠铀雁狼凳映韭席娱松毙过买屯铺融院澎媳巧青