高等制药分离的期末重点最终版

1、例1：某产品的水溶液中含有少量色素，拟用活性炭将其吸附而除去。吸附平衡方程为. 若工艺要求吸附后溶液中色素的含量下降为原始含量(色度9.6)的10%，试计算采用间歇操作的搅拌釜式吸附槽时，每处理1000 kg溶液所需多少kg活性炭。解： kg活性炭·kg溶液-1每处理1000kg溶液所需的活性炭量为0.032×100032kg。例2 在开路循环的超滤过程中,现有浓度为2的蛋白质溶液，要使蛋白质浓缩至20，计算截留率为70%时蛋白质的收率。解：，例3:在流化造粒过程中，要求平均颗粒直径为0.5mm的物料能正常操作，则气流的实际操作速度为多少?已知空气的粘度为1×10

2、-6PaS，密度为1.2Kg/m3,固体物料的密度为3000Kg/m3,流化数取20。 解：临界流化气速为 实际操作流化气速为（一）吸附与离子交换总结 吸附操作分离和纯净气体或液体混合物。吸附剂的特征:具有多孔结构和很大的比表面积。吸附法特点：处理能力较小；操作条件温和，适用于热敏性物质的分离；吸附平衡关系通常是非线性关系。吸附过程三类流程：（1）变温吸附;（2）变压吸附;（3）变浓度吸附。工业用吸附剂 （1）活性炭：疏水性和亲有机物的吸附剂。 （2）硅胶：亲水性的极性吸附剂。 （3）活性氧化铝：极性吸附剂，对水分有很强的吸附能力。 （4）分子筛：强极性的吸附剂，常用沸石有A、X、Y和ZSM5

3、型。（5）吸附树脂: 有强极性、弱极性、非极性、中极性4大类。吸附剂的性能指标有比表面积和吸附容量。平衡吸附量q和 吸附等温线吸附的过程的三个步骤：（1）外扩散过程 （2）内扩散过程（3）表面吸附过程。 外扩散控制的吸附速率方程球形物内扩散控制的吸附速率方程：槽式吸附操作适用于外扩散控制的传质过程。吸附剂用量确定-物料平衡和L为一批投入的液体量，co 、c分别为液体中开始和终止时吸附质的浓度kg/lG为所需投入的平衡吸附剂量，kg。固定床吸附放大过程的质量平衡方程穿透曲线(不考)：吸附器出口流体中的吸附质浓度随时间而变化的曲线。离子交换树脂进行电解质分离有三类反应：(1)分解盐的反应 (2)中

4、和反应 (3)离子交换反应化学稳定性:苯乙烯系磺酸树脂对各种有机溶剂、强酸、强碱等稳定。阳树脂比阴树脂好；阴树脂中弱碱性树脂最差。低交链阴树脂在碱液中长期浸泡易降解破坏，羟型阴树脂稳定性差。离子交换树脂的重要性质：电中性守恒。离子交换按化学计量进行，交换容量与反离子的性质无关。离子交换几乎都是可逆过程。 离子交换过程受扩散速率控制，控制因素为穿过颗粒表面液膜的外扩散或颗粒本身的内扩散。离子交换分离过程有三步：料液与离子交换剂进行交换反应；离子交换剂的再生；再生后离子交换剂的清洗。操作方法有间歇式、半连续和连续式三种。离子交换和吸附树脂分离纯化中的规律（不一定考）：a.酸性有机物质被阴离子交换树

5、脂吸附，碱性有机物质被阳离子交换树脂吸附。b.聚苯乙烯型树脂分子体积较大的、非极性或微极性物质和芳香性化合物；c.聚丙烯酸类吸附树脂带酯基或酰胺基的微极性或极性物质；D和E不用看d.吸附树脂孔径与吸附质分子之比应以(26)：1为宜，吸附量与比表面积成正比；e.在水中，分子形式有利于吸附，离子形式有利于解吸，溶液中无机盐的存在，有利于吸附，不利于交换；分子量大，在扩散路径的允许下，对吸附是有利的。（二）蒸发和结晶总结1结晶过程的特点： 能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中形成纯净的晶体。如同分异构体混合物、共沸物系、热敏性物系等。 产品有特定的晶体结构和形态。 操作温度低。2结晶过程有

6、四类（经常考）：溶液结晶、熔融结晶、沉淀结晶和升华结晶。3晶体的三性（知道就行）:自范性：晶体具有自发地生长成为结晶多面体的可能性的性质。均匀性：晶体中每一宏观质点的物理性质和化学组成以及内部晶格都相同的特性。各向异性：晶体的几何特性及物理效应随方向不同而表现出数量上的差异的性质。4对于一种晶体样品，中间粒度MS越大，平均粒度大，变异系数CV值越小，粒度分布越均匀。（考大小和均一性）5溶液结晶的两个步骤:成核过程和晶体生长过程6溶解度的影响因素正溶解度特性和逆溶解度特性（正溶解度特性）溶解度随温度变化较大的物质冷却结晶方法分离；（逆溶解度特性）溶解度随温度变化较小的物质蒸发结晶法分离。概念要知

7、道下面的过饱和度：同一温度下，过饱和溶液与饱和溶液的浓度差。四个区域：稳定区、过饱和区、介稳区和不稳区。结晶过程应尽量控制在介稳区内进行，以便得到平均粒度较大的结晶产品，以避免产生过多晶核而影响最终产品的粒度。一般结晶过程都要尽量避免初级成核的发生。7溶析结晶中溶析剂要求：溶质在其中的溶解度要小。溶析结晶特点：结晶温度较低，对热敏性物质的结晶有利；产品的纯度提高；与冷却法结合，可提高结晶收率。其缺点是回收溶剂和盐析剂。8（结晶的影响因素）增大溶液过饱和度可提高成核速率和生长速率，结晶生产能力提高，结晶质量下降。增大搅拌速度可提高成核和生长速率，搅拌速度过快会影响结晶产品质量。高粘度物系必须用在

8、介稳区内添加晶种的操作方法。9熔融结晶:根据物质的凝固点不同而实现结晶分离的过程。10.蒸发是使含有不挥发性溶质的溶液沸腾，以气化并移除部分溶剂，从而提高溶液浓度的过程。蒸发过程中必须考虑的问题:(1)原料液的粘度、热敏性和腐蚀性、原料液是否容易结晶或结垢，是否容易起泡。 (2)操作压力和节能操作问题（三）膜分离总结一、膜分离过程 1）反渗透膜可截留大多数溶质（包括离子）而使溶剂通过，操作压力为210MPa；2）（工业用的比较多）超滤膜孔径为220nm，能截留小胶体粒子、大分子物质，操作压力为0.11 MPa；二、膜分离特点 （1）高效分离过程，可实现高纯度的分离；（2）过程不发生相变化，能耗

9、较低；（3）在常温下进行，可处理热敏性物料；（4）设备没有运动的部件，可靠性高，操作、维护方便。三、实用分离膜应具备条件（这两个要知道）有选择透过的能力。分离能力要适度。分离性能提高，渗透量下降。对于膜分离过程，总希望分离效率高、渗透通量大。一般说来，渗透通量大的膜，分离效率低。膜组件的型式：板框式、卷式、管式、中空纤维式。四、膜系统的操作方式死端操作和错流操作。死端操作:原料中被截留组分的浓度随时间不断增加，渗透物量随时间而减少错流操作:有利于控制污染，回收率较低。五、改善浓差极化的方法（不考）： 增高流速; 填料法; 装设湍流促进器; 脉冲法;搅拌法。六、S曲线越陡则截留分子量范围愈窄，膜

10、的性能愈好。截留率的主要影响因素：温度升高，粘度下降，则截留率降低。流速增大，则浓度极化现象减轻，截留率减小。七、膜分离三种操作方式:开路循环、闭路循环和连续浓缩操作。闭路循环的透过通量小于开路循环。连续操作的透过通量最小。（四）蒸馏和萃取总结1.间歇精馏特点：（1）单塔分离多组分溶液获得多种产品；（2）可处理不同原料而获得不同产品；（3）可用于特殊条件下的分离，如高真空、高凝固点和热敏性物料。2间歇精馏分离液体时，相对挥发度越大，混合物的分离越容易；精馏塔越高，产品纯度和收率越高，间歇精馏时过渡馏分量越少；塔底与塔顶的温度差越大，设备投资越大。回流比R越大，塔顶轻组分浓度越高；产品的馏出速率

11、越小；操作时间越长；过渡馏分越少。3沸点不高的物料采用常压操作；沸点较高或易分解的物料采用真空操作；沸点极高时采用分子蒸馏。4间歇精馏的两种操作方式：（1）回流比恒定，而馏出液组成逐渐减少。（2）馏出液组成恒定，回流比不断增大。5共沸剂的选择原则：（1）共沸剂与原共沸液中的组分形成新的最低共沸物，该共沸点比其它组分或共沸点有较大的沸点差。（2）新的共沸物最好为分层液体。（3）新的共沸物中共沸剂的含量应尽可能小。6萃取剂的选择原则（比较重要）（1）萃取剂应明显增加原溶液的相对挥发度。（2）萃取剂的沸点比原料组分沸点高很多，且不与原料形成恒沸物。7水蒸汽蒸馏有饱和水蒸汽和过热蒸汽蒸馏两种形式。水蒸

12、汽蒸馏时，物质的蒸汽压越小，分子量越小，则水蒸汽消耗量越多。过热水蒸汽蒸馏时，水蒸汽不冷凝，釜内无水层。7分子蒸馏的特点: 蒸馏温度低、受热时间短、不易分解、分离程度高，属于一级分离。分子蒸馏的技术关键是真空度和液膜厚度。液膜厚度在几十到几百微米 ,操作压力在10以下。8分子蒸馏系统有 (1) 蒸发器(2 )真空部分 (3 )加热温控部分(4)冷却系统 (5)脱气系统。 9液液萃取：萃取过程中被分离的混合物是液体的萃取。在萃取操作中，萃取剂与原溶剂不互溶，在化学结构上有着显著差异。10固液萃取（浸取）：被分离的混合物是固体的萃取。如中药有效成分的提取。新型萃取技术：微波浸取、超声波浸取、反胶团

13、萃取、双水相萃取和超临界萃取。11分配系数kA表达了组分在两个平衡相中的分配关系。kA值越大，萃取分离的效果越好。溶质浓度增加或温度升高，则分配系数下降。萃取的时候不要升温。12相似相溶原理：相似的两种物质混合时互溶，不相似的物质混合时分层。分子的相似有两方面：分子结构相似和分子相互作用力相似，作用力可用极性和非极性表示。用介电常数来判断。B型溶剂与各类溶剂大多数能互溶。AB型与N型几乎不溶。介电常数越大，则化合物的极性越大。根据萃取目标产物的介电常数寻找极性相近的溶剂为萃取溶剂。溶剂介电常数溶剂介电常数已烷191-戌醇201环已烷2.02丙酮207四氯化碳2.24丙醇22.2苯2.28乙醇2

14、4.3甲苯2.37甲醇32.6二乙醚4.34甲酸59氯仿4.87水78.54乙酸乙酯6.022-丁醇15.81-丁醇17.813选择性系数表示萃取剂S对原混合物中溶质A的选择性大小。值越大，越有利于混合物的分离；萃取剂的选择性高，对溶质的溶解能力大，一般温度升高和溶质浓度增加，则选择性系数降低。14药材粒度越小，浸取速度越快，浸取液过滤困难。温度浸出物时间，纯度下降。15超临界态流体的密度接近于液体，而粘度和扩散系数与气体相近。超临界态的CO2临界值是温31.1度和压力7.52MPa，水的临界温度为647K，压力为22.12MPa；16超临界CO2的特点：（1）临界温度接近于室温，可防止热敏性

15、物质的氧化和降解。（2）临界压力处于中等，工业上易达到。（3）无毒、无味、无溶剂残留、不燃烧、不腐蚀、价格便宜及易于精制和回收。（4）具有抗氧化灭菌作用，有得于保证和提高天然产品的质量。（5）超临界流体萃取技术是中高压技术，不适用于附加值低的常规产品和常规分离不难的产品。（6）不适合用于水溶性和分子量较大的物质。如生物碱、皂苷、多酚等。17超临界CO2与许多非极性和弱极性溶质相溶。强极性化合物和无机盐难溶于超临界CO2对相对分子量超过500的高分子化合物不溶。超临界CO2的溶解性的影响因素：P萃取能力，低压时T萃取能力；高压时Tps萃取能力18.微波萃取特点在微波场萃取物质时，吸收微波能力的差异使萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从体系中分离，进入到具有较小介电常数、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。(1) 微波萃取能对萃取体系中的不同组分进行选择性加热，能使目标组分直接从基体分离的萃取过程,具有较好的选择性。(2) 微波萃取不受溶剂亲合力的限制，可供选择的溶剂较多、溶剂用量少。(3) 微波加热是