制药分离工程液液萃取 1

1、制药分离工程,主讲：程纯儒,第三章 液液萃取,概述,液液萃取的基本原理,液液萃取设备,3.1 概述,萃取(extraction)：利用原料中组分在溶剂中溶解度的差异，选择一种或多种溶剂作为萃取剂用来溶解原料混合物中待分离的组分，其余组分则不溶或少溶于萃取剂中，这样在萃取操作中原料混合物中待分离的组分从一相转移到另外一相中，从而使溶质被分离。萃取属于传质过程。,萃取,固液萃取,液液萃取,（浸取）,3.1 概述,3.1 概述,液-液萃取也称为溶剂萃取。是一个重要的传质分离过程。在液-液萃取过程中，含有待分离组分(溶质A)的液相(料液F，为溶质A溶解于载体C的溶液，萃取后成为萃余相)，与另一个与之不

2、互溶或部分互溶的液相(溶剂S)接触，由于溶剂S也能溶解溶质A，但不能或极少溶解C，溶质A通过相际传质进入溶剂S，成为萃取相E，从而实现了对溶质A的提取，即A和C的分离。这是一个包含A、C和S的三元体系的萃取过程。 如果料液中含有多种溶质，由于溶剂S对它们的溶解度不同，也可实现对它们的分离。,3.1 概述,3.1 概述,由于溶质在两个液相中的分配平衡的限制，通常通过一次液-液平衡接触不能完全达到分离或提取率的要求。在这种情况下，需要通过多级逆流接触才能达到要求。,3.1 概述,萃取的历史：,据Derry和Williams研究，最早的液-液萃取实践在罗马时代即有了，当时采用熔融的铅为溶剂从熔融的铜

3、中分离金和银，然后再用硫选择性溶解银，分别得到金和银。 1842年，E.-M.佩利诺研究了用乙醚从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰。 1903年，L.Edeleanu用液态二氧化硫作为萃取剂从煤油中萃取芳烃，以生产清洁的液体燃料。这是萃取的第一次工业应用。,3.1 概述,萃取的历史：,对萃取技术的大规模研究和开发始于第二次世界大战期间。当时，由于原子能研究和应用的需要，对于铀、钍、钚等放射性元素的萃取提取和分离进行了开发研究，开发研究了具有良好分离性能的萃取剂（溶剂），并发展了相应的萃取设备如脉动塔和混和澄清槽等，使萃取技术迅速走向了大规模的工业应用。当时萃取技术应用的另一个重要进展是青霉素的提取，它与

4、青霉素的深层发酵技术一起，使青霉素的大规模低成本生产得以实现，成为二十世纪医药工业重要的技术进步之一。,3.1 概述,通常在以下数种情况下，采用萃取作为分离方法比蒸馏更有效或有利：,1.对有机或水溶液中的无机物质的分离； 2.被分离物质的浓度很低(如油脂中色素和激素)； 3.高沸点低含量的物质的回收； 4.热敏性物质的回收； 5.对于依据混合物体系的化学性质而不是挥发度而进行分离的情况； 6.对于非常接近于冰点或沸点的液体的分离（可利用此时溶解度差异的增加）； 7.共沸体系的分离。,3.1 概述,通常在以下数种情况下，采用萃取作为分离方法比蒸馏更有效或有利：,1.对有机或水溶液中的无机物质的分

5、离； 2.被分离物质的浓度很低(如油脂中色素和激素)； 3.高沸点低含量的物质的回收； 4.热敏性物质的回收； 5.对于依据混合物体系的化学性质而不是挥发度而进行分离的情况； 6.对于非常接近于冰点或沸点的液体的分离（可利用此时溶解度差异的增加）； 7.共沸体系的分离。,3.2 萃取过程的基本原理,影响萃取过程的因素,料液流量、组成、温度和压力 流程安排方式 溶质的萃取率要求 分离度的要求 所选用的溶剂（萃取剂） 操作温度 操作压力（大于系统的泡点）,最小溶剂流量、操作相比、回流比等 平衡级数 乳化和生成界面污物的倾向 界面张力、两相密度差、流体的粘度 是否有表面活性物质的存在 萃取设备的类型

6、 萃取设备的几何尺寸和搅拌功率等,3.2 萃取过程的基本原理,溶剂的选择：理想的萃取溶剂的特点,1.与被萃取相不互溶或只有很小的互溶度 2.对被萃取组分（溶质）具有大的饱和溶解度，对溶质和被萃取相中的其它组分有高的选择性 3.必须考虑萃取后萃取相中的溶质的回收的难易 4.大的两相密度差、适中的界面张力、小的粘度以及在操作条件下的稳定性 5.无毒、不燃或不易燃、无腐蚀性、成本低廉,3.2 萃取过程的基本原理,操作温度的影响：,较低的操作温度，能够获得较好的分离效果。但温度过低， 会使液体黏度过大，扩散系数减小，不利于传质。故应选 择适宜的操作温度。还要考虑药物对温度的稳定性。,3.2 萃取过程的

7、基本原理,pH值的影响：,影响弱酸或弱碱性药物的分配系数，从而影响到萃取收率 以及药物的稳定性。,3.2 萃取过程的基本原理,盐析的影响：,无机盐如硫酸铵、氯化钠等一般可降低产物在水中的溶解度 而使其更易于转入有机溶剂中，另外还能减少有机溶剂在水 相中的溶解度。,饱和食盐水洗涤。,3.2 萃取过程的基本原理,“带溶剂”的影响：,带溶剂是指这样一种物质，它们能和产物形成复合物，使 产物更易溶于有机溶剂相中，该复合物在一定的条件下又 很容易分解。如柠檬酸在酸性条件下，可与萃取剂磷酸三 丁酯形成中性络合物而进入有机相，这种络合物的萃取称 为反应萃取。,3.2 萃取过程的基本原理,乳化和破乳：,乳化现

8、象,1.顶替法。加入表面活性更强的物质，把原来的界面活性剂顶 替出来，常用戊醇。,破乳：,2.变型法,3.反应法,4.物理法：离心法，加热法，稀释法和吸附法。,3.2 萃取过程的基本原理,分配系数和选择性系数,分配系数（分配比）,相比,3.2 萃取过程的基本原理,液泛,萃取塔中两相的逆流流动是在重力驱动下的液滴群和连续相的相对运动。因此，两相流量不能随意增加，当超过限度时，分散相将在塔中积累、聚并，并阻止连续相的流动，称之为发生了液泛。液泛时，塔的正常操作被破坏。 发生液泛的情况有两种：1.流量过大；2.搅拌强度过高。应控制流量和搅拌强度,3.3 液液萃取设备,萃取设备按分散相与连续相的流动方

9、式不同分为分 级接触式和连续微分接触式两大类。各种类型的设 备已超过30种，而且在不断有更新的设备问世。,3.3 液液萃取设备,分级接触式萃取设备：,混和澄清槽,混和澄清槽是较早开发使用的一种萃取设备。在混和澄清槽中，轻相和重相首先被引入到混和槽中，通过机械搅拌使两相密切接触，然后流到澄清槽中，进行重力分相。 一个设计良好的混和槽具有很高的传质效率，可以达到接近于单个理论平衡级的效果（80%-90%甚至更高）。,3.3 液液萃取设备,混合澄清槽,3.3 液液萃取设备,多级混合澄清槽,3.3 液液萃取设备,筛板萃取塔,3.3 液液萃取设备,微分接触式萃取设备,填料塔,3.3 液液萃取设备,微分接

10、触式萃取设备,往复筛板萃取塔,3.3 液液萃取设备,微分接触式萃取设备,转盘萃取塔,3.3 液液萃取设备,微分接触式萃取设备,转盘塔（RDC）是一种常用的搅拌萃取塔。它的搅拌组件是由装在中心轴上的一系列圆盘组成，依靠转动时转盘对流体的剪切力分散液滴。装在塔壁处的一系列定环起限制返混的作用。 转盘塔操作稳定、通量大，在工业过程中得到了广泛的应用。是最常用的萃取设备之一。,3.3 液液萃取设备,微分接触式萃取设备,3.3 液液萃取设备,微分接触式萃取设备,3.3 液液萃取设备,用于青霉素萃取的离心萃取机,3.3 液液萃取设备,萃取工艺条件的选择和设备的设计,基于给定的分离目标，选择合适的萃取剂 取

11、得萃取体系的相平衡数据 确定萃取工艺路线和条件（温度、进料浓度、相比、级数） 选择合适的萃取设备，设计尺寸大小。,3.3 液液萃取设备,醋酸是一种常用的化学品。在醋酸的生产和使用过程中，经常需要进行醋酸-水的分离。通常，可以用普通精馏的方法进行醋酸（b.p.=118.1）和水（b.p.=100.0）的分离。当溶液中醋酸含量较低时，由于水的汽化潜热很大，精馏的能耗很高，此时采用萃取的方法从经济上更为有利。,工业萃取过程举例醋酸萃取,3.3 液液萃取设备,本图显示了一个醋酸萃取的实例。在该实例中，欲分离的料液为含醋酸22wt%的水溶液，流量13,726kg/（30,260lb/h）；使用乙酸乙酯（b.p.=77.1)为溶剂（萃取剂），