萃取与浸提设备1

1、 萃取与浸提设备本章介绍萃取与浸提设备结构、工作。萃取概念n定义：用所选定的溶剂将目标药物从溶液中提取出来的方法。n特点：n对热敏性物质破坏少，生产周期短，便于连续生产。n采用多级操作时，溶质浓缩倍数高、纯化度高。n传统萃取一般指：溶剂萃取和双水相萃取。浸出概念n定义：用溶剂将固体原料中的可溶性组分提出来的操作。n也称：提取或浸提，或者液-固萃取。n浸出药物：将用适当溶剂和浸出方法，从药材中浸出有效成分所制成的供内服或外用的药物制剂。浸出方法n传统方法有：煎煮法、浸渍法、渗漉法、回流提取法、水蒸气蒸馏法。n新方法：超声波提取法、超临界流体萃取法、旋流提取法、微波萃取法、加压逆流提取法、酶提取法

2、、半仿生提取法等。萃取设备1n过程：将溶剂加入料液中，使溶剂与料液充分混合，则目标药物能够更多地溶解到溶剂中，并与剩余料液分层，从而实现分离目的。n基本设施：萃取器、分离器。n物料术语：n溶剂：欲分离的物质。萃取设备2n萃取剂：所选定的、用于萃取的溶剂。n萃取相：分层后，包含更多萃取剂的一相。n萃余相：溶质被转移出来的，分层所得的一相。n萃取液：萃取相去除溶剂后的产物。n萃余液：萃余相去除溶剂后的产物。双水相萃取n双水相萃取技术双水相萃取技术：利用聚合物：利用聚合物盐或聚盐或聚合物合物聚合物混合系统所出现的两个不聚合物混合系统所出现的两个不相混溶的水相进行萃取的操作技术。其相混溶的水相进行萃取

3、的操作技术。其中使用的双水相是由两种互不相溶的高中使用的双水相是由两种互不相溶的高分子溶液或互不相溶的盐溶液和高分子分子溶液或互不相溶的盐溶液和高分子溶液组成。例如，聚乙二醇葡聚糖溶溶液组成。例如，聚乙二醇葡聚糖溶液；硫酸铵聚乙二醇液；硫酸铵聚乙二醇(PEG)溶液等。溶液等。 液-液萃取设备n三部分设备：混合设备、分离设备、溶剂回收设备。n混合设备：料液与萃取剂充分混合形成乳浊也，欲分离的产品自料液转入萃取剂中。n分离设备：对萃取后形成的萃取相和萃余相进行分离。n溶剂回收设备：将溶剂从萃取相和萃余相中分离出来以回收。混合设备1n混合罐：一般带搅拌桨，以促进两相的快速混合。n混合管：萃取剂和料液

4、在一定的流速下进入管道一端，混合后从另一端导出。n为保证萃取效果，料液在管道内应维持足够的停留时间，并使流动呈湍流状态。应保证Re=（510） 。n效果优于混合罐，为连续操作。410混合设备2n喷射式混合器。（如下图）na.为器内混合：萃取剂及料液由各自导管进入器内进行混合。nb和c.为器外混合：萃取剂和料液已在器外汇合，然后进入器内经喷嘴或孔板，加强湍流程度，提高萃取效率。n体积小、效率高，适用于低粘度、易分散的料液。分离设备n实现萃取相、萃余相的分离。n在制药行业中，由于欲分离的料液中常含有一定量的蛋白质等表面活性物质，致使混合后形成相当稳定的乳浊液，一般采用分离因数很大的蝶式高速离心机和

5、管式高速离心机进行分离操作。多级离心萃取机n将混合与分离同时在一台设备中完成，即为离心萃取机。n转鼓由转轴驱动，转鼓内设有三层，每层各为一级，共三级。料液、萃取剂经空心轴送入，轻相先进入第三级，重相到达第一级，之后，轻相及重新生成的轻相顺次3-2-1级流动，重相及重新生成的重相顺次1-2-3级流动，两者逆流，每一级进行混合、分离操作。最后的轻相从第一级流出，最后的重相从第三级流出，同样由空心轴中分别引出机外。立式连续逆流离心萃取机1n结构：转鼓设置11个直径不同的同心圆筒。每个圆筒上均在一端开孔，此为料液、萃取剂流动的通道。相邻圆筒开孔端彼此错开，使得液体上下曲折流动。在中心向外数第411的筒

6、外缘上均焊有螺旋形导流板，所以流道内液相是螺旋流动，可延长两液相的混合与分离时间，在导流板上还开有大小不同的缺口，可形成短路，增加两液相的接触机会。立式连续逆流离心萃取机2n工作过程：重液相由底部轴周围的套管进入转鼓，在转鼓内从内向外沿螺旋形流道流动：轻液相由底部中心管进入转鼓，被送入第十圆筒，在离心力场中沿螺旋形通道从外向内朝转鼓中心流动。轻液、重液流向相反，进行混合、分离。最终重液到达转鼓中心第一筒排出，最终轻液到达转鼓外围第11筒排出。三相倾析式离心机1n作用：可同时实现重液、轻液、固体颗粒三相的分离。n主要构成：圆柱-圆锥转鼓、螺旋输送器、驱动装置、进料系统等。三相倾析式离心机2n工作

7、过程：差动变速器驱动圆柱-圆锥转鼓、螺旋推进器以一定的转速差而旋转，进料管为中心套管，料液和萃取剂两者中的轻、重相分别由中心管轻相分布器、重相分布器布料。在离心力场作用下，两者混合，迅速完成相间物质转移和液-液-固分离。固体渣子由螺旋推进器缓慢推向转鼓锥端，并连续排出转鼓。液相流向转鼓大端，分层后，分别从重液、轻液出口排出。萃取设备的选择（考虑因素）1n需要的理论级数：23级，各种设备都可满足要求；理论级数较多(超过45级）时，应选用有外加能量的设备。n生产能力：处理量较少时，可选填料塔、脉冲塔；处理量较大时，可选混合-澄清器或离心萃取机。n物系的物理性质：密度差较大、界面张力较小的物系，可选

8、用无外加能量的设备；密度差较小、界面张力较大时，需选用有外加能量的设备。易乳化物料，选用离心萃取机。萃取设备的选择（考虑因素）2n物系的稳定性和液体在设备内的停留时间：要求物系在设备内停留时间短的物系，宜用离心萃取器；若物系伴有缓慢的化学反应，要求有足够长的反应时间，用混合澄清器。浸出设备类型（按浸出方法）1n煎煮设备：将药材加水煎煮取汁为煎煮法。传统中，煎汤剂用砂锅、熬膏汁用铜锅，均为直火加热。中药制剂生产中，用多功能提取罐或敞口倾斜式夹层锅，用蒸汽加热。浸出设备类型（按浸出方法）2n浸渍法：用一定量的溶剂，在一定的温度下，将药材浸泡一定的时间以浸提药材成分的方法。有冷浸渍、热浸渍、重浸渍之

9、分。n浸渍设备：传统浸渍设备有缸、坛等，加盖密封。热浸渍器应有回流装置，以防止低沸点溶剂的挥发。目前浸渍器有不锈钢罐、搪瓷罐、多功能提取罐等。浸出设备类型（按浸出方法）3n渗漉法：将经过处理的药材粗粉置于渗漉器中，由上部连续加入溶剂，底部连续收集渗漉液提取成分的方法。n渗漉器：有圆柱形或圆锥形两类。以水为溶剂或膨胀性大的药材用圆锥形渗漉器；以乙醇为溶剂或膨胀性小的药材用圆柱形渗漉器。n大规模生产时，用连续热渗漉器和多级逆流渗漉器。浸出设备类型（按浸出方法）4n回流提取法：用乙醇等易挥发的有机溶剂提取药材有效成分时，将提取液加热蒸馏，将挥发性溶剂蒸发后冷凝，重复流回到浸出器浸提药材。n有回流冷浸

10、法、回流温浸法、回流热浸法之分。n加热回流可提高浸出速率和浸出效率，如：索氏提取器、煎药浓缩机、多功能提取罐等。浸出设备类型（按浸出工艺）1n单级浸出设备：只有一个浸出罐组成。将药材和溶剂一次性加入提取罐，经一定时间浸出后，收集提取液、排出药渣。n单级浸出的浸出速度是变化的，初始速度高，以后速度逐渐降低，最终达到平衡时，速度为零。浸出设备类型（按浸出工艺）2n多级浸出设备：由多个浸出罐组成。n药材分别装于一组浸出罐中，新溶剂先进入第一个浸出罐与药材接触、浸出后，浸出液放入第二个浸出罐浸出，这样依次通过全部浸出罐，成品或浓浸出液由最后一个浸出罐流入接收器中。n特点：可有效利用固液两相的浓度梯度，

11、也减少药渣吸液引起的成分损失，提高浸出效果。浸出设备类型（按浸出工艺）3n连续逆流浸出工艺设备:药材和溶剂在浸出罐中沿反向运动并连续接触提取，加料和排渣都自动完成。如：U形螺旋式提取器、平转式连续逆流提取器。n特点：具有稳定的浓度梯度，且固液两相处于运动状态，为动态提取过程，浸出率高，浸出速度快，浸出液浓度高。煎药浓缩机1n具有提取、浓缩两个功能，适用于医院制剂室生产。n主要结构：夹层锅、列管换热器、冷凝器、真空泵、泵。煎药浓缩机2（操作过程）n提取：关闭蝶阀，将药材装入锅内，用泵将水抽入列管换热器预热后进入大锅，同时打开锅的蒸汽夹层阀通蒸汽加热，浸出液用泵在列管换热器、锅之间循环。沸腾后，列

12、管换热器停止加热，仅用夹层蒸汽加热维持沸腾。加热提取完全后，将浸出液泵出，经过滤后至收集器中，药渣经出渣口排出。煎药浓缩机3（操作过程）n浓缩：打开蝶阀，开启真空泵抽真空，将锅内浸出液在列管换热器中蒸发成流浸膏。此时停止列管换热器蒸发，关闭蝶阀，将流浸膏放入锅内，用夹层蒸汽继续加热成浸膏。渗漉设备1n渗漉器。n一般为圆筒形设备或为圆锥形，上部有加料口，下部有出渣口，底部有筛板、筛网或滤布。大型渗漉器有夹层，可通过蒸汽加热或冷冻盐水冷却。n为提高渗漉速度，可在渗漉器下边加振荡器或在渗漉器侧加超声波发生器强化渗漉传质过程。渗漉设备2n多级逆流渗漉器n该装置由510个渗漉罐、加热器、溶剂罐、贮液罐等

13、组成。n药材装入各罐，用泵将溶剂从溶剂罐送入1号罐，该罐产生的渗漉液经加热后流入2号罐，依次送入最后的5号罐。当1号罐内的药材有效成分全部渗漉后，用压缩空气将罐内液体全部压出，之后卸渣，装新料。此时，来自溶剂罐的新溶剂装入2号罐，最后从5号罐出液至贮液罐。然后，2号罐渗漉完毕，卸渣、出料。改由3号罐进液、1号罐出液。渗漉设备3n多级逆流渗漉器n在操作过程中，始终有一个渗漉罐进行卸料和加料，渗漉液从最新加入药材的渗漉罐中流出，新溶剂加入于渗漉最尾端的渗漉罐中。可得到较浓的渗漉液，药材有效成分浸出较完全。U形螺旋式提取器n由进料管、出料管、水平管、螺旋输送器组成，各管均设有蒸汽夹层，以加热。n药材

14、由加料管进入后，螺旋输送器推动，使药材经水平管、出料管运动，溶剂运动方向相反。n属于密闭系统，适用于挥发性溶剂的提取操作，劳动强度低，浸出效率高。平转式连续逆流提取器1n在一个密闭形的圆环容器内，设置1218个扇形格，每一扇形格的格底为带孔的活底，借活底下的滚轮支撑在轨道上。n各扇形格依作用分为：加料格（第9格）、浸出格（19格）、出料格（11格）、筛底复位格（10格）、淋干格（12格）。平转式连续逆流提取器2n结构与工作：12个回转料格由两个同心圆构成，且由传动装置带动沿顺时针方向转动。在回转料格下面有筛底，其一侧与回转料格铰接，另一侧可以开启，借筛底下的两个滚轮分别支撑在内轨和外轨上，当格

15、子转到出渣第11格时，滚轮随内外轨端口落下，筛底随之开启排药渣，当滚轮随上坡轨上升，进入轨道，筛底又回到原来水平位置，复位（10格）。平转式连续逆流提取器3n结构与工作（续1）：浸出液贮槽位于筛底之下，固定不动，收集浸出液，浸出液贮槽分10个料格，各格底有引出管，并附有加热器。引出管通过循环泵与喷淋装置相连接，喷淋装置可将溶剂喷淋到回转料格内的药材上进行浸提。药材由9格进入，回转到11格排渣。溶剂有1、2格底贮槽用泵送入第3格，按此顺序到第8格，第8格引出最后浸出液。平转式连续逆流提取器4n结构与工作（续2）:第9格为药材投入格，用第8格出来的浸出液的少部分喷淋其上，进行润湿，润湿液落入贮槽与

16、第8格浸出液汇集在一起排出。第12格为淋干格，不喷淋液体，由第1格转过来的药渣中积存一些液体，在第12格让其落入贮槽，并由泵送入第3格继续使用。药渣由第11格排出后，送入一组螺旋压榨器和溶剂回收装置。平转式连续逆流提取器5n特点：n密闭操作，用于常温或加温渗漉、水或醇提取。n设备对药材粒度无特殊要求，若药材过细应先润湿膨胀，以防止出料困难、溶剂对药材粉粒的穿透。热回流循环提取浓缩机1n为一种新型动态提取浓缩机组，集提取浓缩于一体，是全封闭连续循环动态提取装置。n主要用于以水、乙醇和其他有机溶剂提取药材中有效成分、浸出液浓缩以及有机溶剂的回收。热回流循环提取浓缩机2n浸出部分组成：提取罐、消泡器

17、、提取罐冷凝器、提取罐冷却器、油水分离器、过滤器、泵等。n浓缩部分组成：加热室、分离室、冷凝器、冷却器、蒸发液料罐。热回流循环提取浓缩机3n工作过程：药材加入提取罐，加药材510倍量的溶剂。开启提取罐和夹套的蒸汽阀，加热到沸腾2030min后，用泵将1/3浸出液抽入浓缩蒸发器，关闭提取罐和夹套的蒸汽阀，开启浓缩加热器蒸汽阀使浸出液进行浓缩。浓缩产生的二次蒸汽，通过蒸发器上升管送入提取罐作提取的溶剂和热原，维持提取罐内沸腾。热回流循环提取浓缩机4n工作过程（续）：二次蒸汽继续上升，经提取罐冷凝器冷凝后回流到提取罐内做新溶剂，这样的新熔剂回流提取，形成高浓度梯度，将药材中的有效成分高速浸出，直至完

18、全溶出(提取液无色）。关闭提取罐与浓缩蒸发器阀门，浓缩的二次蒸汽转而送入浓缩冷却器，浓缩继续进行，直到获得所需浓度浸膏，放出。热回流循环提取浓缩机5n特点：n收膏率比多功能提取罐高10%15%，有效成分含量高1倍以上。因新溶剂保持着高浓度差，提取效果好，设备密闭，成分损失小。n时间短（只需78h）:高速浸出，且浸出与浓缩同步。n溶剂用量比多功能提取罐少30%。n节能：节约蒸汽50%以上。n设备占地少，节约能源和溶剂，故投资少，成本低。多功能提取罐1n为夹套式压力容器。n可用于中药材水提取、醇提取、挥发油提取、药渣中溶剂回收；也适用于煎煮、渗漉、回流、温浸、循环浸渍、加压或减压浸出等。多功能提取

19、罐2n设备特点：n均为不锈钢制成，耐腐蚀，能保证药品质量；n提取时间短，生产效率高，对于煎煮只需3040min；n消耗热量少，节约能源；n采用气压自动排渣，劳动强度低，操作方便；n可自动化操作。多功能提取罐3n基本结构：n由罐体、出渣口、加料口、提升气缸、夹层、出渣门气缸等组成；n出渣门处设有不锈钢丝网，使药渣与浸出液得到了较为理想的分离；n出渣门、投料门的启闭均采用压缩空气为动力，操作方便；n罐内操作压力为0.15MPa，夹层为0.3MPa。多功能提取罐4n工作过程：n药材经加料口进入罐内，浸出液从活底上的滤板过滤后排出。夹层可通入蒸汽加热，或通水冷却，排渣底盖由气压自动装置启闭。n若药渣在

20、提取罐内膨胀，会因架桥难以排出，罐内装有料叉，可借助于气动装置自动提升排渣。多功能提取罐5（分类）n按设备外形分：正锥式、斜锥式、直筒式；n按提取方法分：动态提取、静态提取；n按罐内压强分：真空提取、常压提取、加压提取。超临界流体萃取设备1n超临界流体萃取技术：用超临界流体作溶剂对中药材所含有效成分进行萃取和分离的技术。n超临界流体：状态处于临界压力和临界温度以上相区内的气体。既非液体也非气体，而是介于两者之间的一种状态。超临界流体萃取设备2n超临界流体物理特性：n扩散系数和粘度接近气体，表面张力为0，渗透力极强；密度接近于液体。n其溶剂性能类似液体，物质在超临界流体中的溶解度由于压缩气体与溶

21、质分子间相互作用增强而大大增加，使某些化合物可以在低温条件下，被超临界流体溶出和传递。n二氧化碳为最常用超临界流体，因临界条件好、无毒、不污染环境，安全和可循环使用。超临界流体萃取设备3n超临界流体萃取的优点：n萃取效率高，产品质量好：因粘度小、扩散系数高（达液体的100倍），和液体相比，有利于传质；同时，不引起萃取物质的污染，而且也无需进行溶剂蒸馏。n适合于热敏性组分的原料：超临界流体萃取操作虽在高压下进行，但温度较低。（如 温度为31.4）2CO超临界流体萃取设备4n超临界流体萃取的优点：（续）n节省热能：工艺的萃取和分离技术都没有物料的相变过程，因此，不消耗相变热。n可以采用无毒、无害气

22、体作溶剂：如二氧化碳，则无毒无害。 超临界流体萃取设备5n超临界萃取工艺包括萃取和分离两段，萃取操作能否实现，取决于两段的溶解度差异：萃取段要求有较大的溶解度以使溶质被溶解在萃取剂中，解析分离段则要求较小的溶解度可使溶质解析出来。n萃取剂在两段中，其特性及对溶质的溶解度应受到温度、压强的改变而变化。超临界流体萃取设备6n萃取流程分类：n依萃取过程的特殊性分：常规萃取、夹带剂萃取、喷射萃取。n依解析方式的不同，分：等温法、等压法、吸附法、多级解析法。超临界流体萃取设备7n常规萃取（如图，为等温降压萃取流程）。n含夹带剂萃取：二氧化碳是非极性溶剂，对非极性的油溶性物质有较好的溶解能力，而对有一定极

23、性的物质，溶解性较差，添加极性不同的夹带剂，可以调节超临界流体的极性，使原来不能用超临界二氧化碳萃取的物质变为可能。超临界流体萃取设备8n如：穿心莲内酯、丹参酮等在纯二氧化碳中的溶解度极低，因此不能将他们从原料中萃取出来，如在二氧化碳加入一定比例的乙醇，则容易萃取出来。超临界流体萃取设备9n夹带剂应有以下方面作用：n增加目标组分在二氧化碳中的溶解度。n增强溶质溶解度对温度、压强的敏感性使萃取、分离两段只需小幅度地改变温度、压强数值，即可获得更大的溶解度差。n提高溶质的选择性。n改变二氧化碳的临界参数。超声提取1n超声波：频率高于20KHz、人的听觉阈以外的声波。n超声提取技术的机理：利用超声波

24、的空化作用及次级效应，如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学效应等加速有效成分的浸出提取，加速欲提取成分的扩散释放并与溶剂充分混合，利于提取。n与常规提取相比，提取时间短、产率高、无须加热等优点。超声提取2n空化效应介质内部或多或少都溶解了一些微气泡，这些气泡在超声波作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡由于定向扩散而增大，形成共振腔。然后，突然闭合，闭合的气泡在其周围产生高达几千大气压的压力，形成微激波，可造成植物细胞壁及整个生物体破裂，此破裂在瞬间完成，有利于有效成分的溶出。超声提取3n机械效应超声波在介质中的传播可以使介质质点在其传播空间内产生振动，从而强化介质的扩散、传质。它对物料有很强

25、的破坏作用，可使细胞组织变形，植物蛋白质变性；还使介质和悬浮体形成不同的加速度，使二者出现摩擦，加剧生物分子解聚，使有效成分溶解。超声提取4n热效应超声波也是一种能量，当它在介质中传播时，其声能被介质质点吸收，介质将所吸收的能量全部或大部转变为热能，从而导致介质本身和药材组织温度的升高，加剧了有效成分的溶解。n此热效应引起的温度升高是瞬时的，因此，可以使被提取成分的结构、生物活性保持不变。超声提取5n特点：n无须加热，避免了中药常规煎煮、回流法长时间加热对有效成分的不良影响，适用于热敏性物质提取，且节省热能。n提高了有效成分的提取率，节约了原料药材。n溶剂用量少，节约溶剂。n纯物理变化，无化学

26、反应，不影响有效成分的生理活性。n提取物含量高，有利于精制。影响因素1n提取时间：总体而言，提取时间较短（10100min)。但，不同的提取时间对提取效果还是有影响。n超声频率：超声频率不同，提取效果不同，应针对具体药材品种进行筛选。n温度：虽无须加热，但过程本身有热作用，对提取过程的温度加以控制，有一定的意义。影响因素2n药材组织结构：药材本身的质地、细胞壁结构、所含成分的性质对提取率有影响。同一药材，含水量和颗粒的细度对提取率也有影响。n超声波的凝聚机制对提取效果有影响：超声波所具有的凝聚机制使悬浮于气体或液体中的微粒聚集成较大颗粒而沉淀，可提高提取率、缩短提取时间。超声波提取设备1n超声波提取在中药制剂质量检测中应用广泛，在制剂提取中的应用正越来越受关注。n超声萃取器：超声波通过换能器导入萃取器中，锥形瓶中装入萃取液，为使其出现空化，锥形瓶底部距不锈钢槽底部以及萃取液在瓶中的高度需仔细调整。超声波提取设备2n探头式直接超声提取装置探头是一种变幅杆，即一类可使振幅放大的器件，变幅杆和换能器紧密相连，然后插入萃取系统中。探头端面能达到声能密度很高（通常大于100 ），根据需要还可以做