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1、回顾回顾1.1.膜应具备的特性有哪些？膜应具备的特性有哪些？膜通量大膜通量大，即在单位时间内膜透过的液体量应足够大，这样才能有，即在单位时间内膜透过的液体量应足够大，这样才能有较高较高的的经经济性济性；截留率适宜截留率适宜，要求，要求对杂质对杂质有有较大的截留率较大的截留率，对药物成分对药物成分的的截留率截留率较较低低；机械强度高机械强度高，耐冲击耐冲击，因在设备运行过程中，物料处于湍流状态，会对膜，因在设备运行过程中，物料处于湍流状态，会对膜表表面有一定的冲击力面有一定的冲击力，在清洗过程中，压力的不断变化，也会对膜本身有较大，在清洗过程中，压力的不断变化，也会对膜本身有较大的冲击；的冲击；
2、化学稳定性好化学稳定性好，膜与被分离的药液不能有化学相溶性膜与被分离的药液不能有化学相溶性；膜本身的稳定性好，；膜本身的稳定性好，不会发生自身降解与溶出，膜表面活性表层的内部结构不易发生变化；不会发生自身降解与溶出，膜表面活性表层的内部结构不易发生变化；抗污染能力强抗污染能力强，对对化学污染、物理污染、生物化学污染、物理污染、生物污染污染等都有等都有较好较好的的抵抗能抵抗能力；力；膜的孔径分布窄，截留率高膜的孔径分布窄，截留率高；易于维护与更换易于维护与更换，能做到随装置规模的改变而改变；，能做到随装置规模的改变而改变；自动化水平高自动化水平高。复合膜复合膜：膜的活性表层与支撑层由：膜的活性表
3、层与支撑层由两种不同的膜材料两种不同的膜材料复合而成复合而成( (称为复合膜称为复合膜) )。 复合膜的致密活性表层可根据不同需要选择多种材料。复合膜的致密活性表层可根据不同需要选择多种材料。2.2.根据膜断面的形态结构可分为哪三种膜？有何特点？根据膜断面的形态结构可分为哪三种膜？有何特点？对称膜：对称膜：非对称膜：非对称膜：膜的整个断面的膜的整个断面的形态结构形态结构是是均匀一致均匀一致的。的。非对称膜的特点是膜的断非对称膜的特点是膜的断面面不对称不对称，由，由活性表层活性表层与与支撑层支撑层组成。组成。膜的膜的分离作用分离作用主要取决于主要取决于活性表层活性表层，活性表层活性表层的微孔排列
4、有序，孔径也的微孔排列有序，孔径也较均匀，故对分离小分子物质而言，较均匀，故对分离小分子物质而言，该膜层不但渗透性高，而且分离的该膜层不但渗透性高，而且分离的选择性选择性好。好。支撑层支撑层呈多孔状，孔径较大，仅起呈多孔状，孔径较大，仅起支撑作用支撑作用，它决定了膜的，它决定了膜的机械强度机械强度。非对称膜非对称膜的的活性表层很薄活性表层很薄，流体，流体阻力阻力较小较小，孔道，孔道不易不易被被堵塞堵塞，颗粒通常被，颗粒通常被截留在膜的表面。而截留在膜的表面。而对称膜对称膜阻力较大，阻力较大，滤速慢，选择性较差、易于堵塞，在滤速慢，选择性较差、易于堵塞，在实际工业生产中，未大规模应用。实际工业生
5、产中，未大规模应用。非对称膜的结构特点：非对称膜的结构特点：对称膜和非对称膜的比较：对称膜和非对称膜的比较：回顾回顾当边界层的浓度大大高于料液当边界层的浓度大大高于料液的主体浓度时，的主体浓度时，在在浓度差浓度差的作的作用下，溶质从膜表面向主体用下，溶质从膜表面向主体反反向扩散向扩散，这种现象称为浓差极，这种现象称为浓差极化。化。（1 1）浓差极化）浓差极化 对于以压力差为推动力的膜分对于以压力差为推动力的膜分离过程，无论是微滤还是超滤，离过程，无论是微滤还是超滤，都会出现浓差极化现象。都会出现浓差极化现象。随着膜面随着膜面浓度的增大浓度的增大，或形成，或形成凝胶层凝胶层，阻碍液体透过膜，使，
6、阻碍液体透过膜，使渗透通渗透通量进一步降低量进一步降低。若再。若再增加操作压力增加操作压力，不仅不能提高渗透通量，反而，不仅不能提高渗透通量，反而会会增加凝胶沉淀层的厚度增加凝胶沉淀层的厚度，使渗透通量降至极低。，使渗透通量降至极低。3. 3. 请简单说明浓差极化、极限通量、错流过滤。请简单说明浓差极化、极限通量、错流过滤。回顾回顾（2 2）极限通量）极限通量纯水：纯水：其其水通量水通量与与压力差成正比压力差成正比。料液：料液：由于由于浓差极化浓差极化的影响，水的影响，水通量随压差的变化关系为一通量随压差的变化关系为一曲线曲线；开始阶段，压力差与水通量成正开始阶段，压力差与水通量成正比，当压力
7、差增达到一定值时，比，当压力差增达到一定值时，再提高压力，水通量的增加幅度再提高压力，水通量的增加幅度降低，降低，当压力差达某一值时，水当压力差达某一值时，水通量不再随压力差的增大而增大，通量不再随压力差的增大而增大，只是边界层阻力增大，水通量不只是边界层阻力增大，水通量不变，即达极限通量变，即达极限通量。（3 3）错流过滤）错流过滤膜分离过程一般采用膜分离过程一般采用料液流动料液流动方向方向与与膜面平行膜面平行的操作方式。的操作方式。操作时，料液的流动可有效防操作时，料液的流动可有效防止和止和减少减少被截留物质在膜面上被截留物质在膜面上的的沉积沉积。料液流速越大，膜表。料液流速越大，膜表面处
8、的浓度边界层厚度越小，面处的浓度边界层厚度越小，越有利于越有利于维持维持较高的较高的水通量水通量。回顾回顾4. 4. 怎样清洗与保存膜？怎样清洗与保存膜？（1 1）膜的清洗）膜的清洗 目的目的在药品分离生产中，在药品分离生产中，为保持较高的水通量为保持较高的水通量，一般每次膜分离后必须立即清，一般每次膜分离后必须立即清洗，清洗后的膜通量不应低于上次膜通量的洗，清洗后的膜通量不应低于上次膜通量的9595。方法方法物理清洗物理清洗：利用：利用较高流速液体较高流速液体所产生的所产生的剪切力剪切力，冲洗掉膜面上滞留的，冲洗掉膜面上滞留的胶胶 体、蛋白等附着物体、蛋白等附着物。当膜通量衰减不大时可采用。
9、当膜通量衰减不大时可采用。正向清洗正向清洗指用水替代料液进行透析指用水替代料液进行透析，来冲刷膜表面与膜孔内的污物。，来冲刷膜表面与膜孔内的污物。反向清洗反向清洗指水从透过液一侧流至料液一侧指水从透过液一侧流至料液一侧，反向冲洗沉积在膜面上，反向冲洗沉积在膜面上 的污物，清洗效果较好。的污物，清洗效果较好。脉冲法脉冲法指水的流速与压力呈脉冲性指水的流速与压力呈脉冲性。化学清洗化学清洗：从本质上讲是膜内的沉淀物与清洗剂之间进行的一个多相化学反：从本质上讲是膜内的沉淀物与清洗剂之间进行的一个多相化学反 应过程。在应过程。在化学清洗剂化学清洗剂的作用下，的作用下，分解污染物分解污染物或或降低污垢颗粒
10、降低污垢颗粒和和 膜表面之间的结合力膜表面之间的结合力，并在机械力的冲刷下，污染物从膜上脱落，并在机械力的冲刷下，污染物从膜上脱落 下来的过程。下来的过程。化学清洗剂对膜的损害化学清洗剂对膜的损害。选择化学清洗剂时要慎重，。选择化学清洗剂时要慎重， 并尽量减少化学清洗的次数。并尽量减少化学清洗的次数。回顾回顾如果膜长期不用，将膜组件彻底清洁与保存。如果膜长期不用，将膜组件彻底清洁与保存。（2 2）膜的保存）膜的保存 清洗后需保存于特定的消毒剂中，防止微生物的滋生。清洗后需保存于特定的消毒剂中，防止微生物的滋生。使用并清洗后的膜表面上仍使用并清洗后的膜表面上仍残留物。残留物。如蛋白、核酸、多糖和
11、酶类等如蛋白、核酸、多糖和酶类等物质，保存不当，将物质，保存不当，将滋生微生物滋生微生物，其，其菌体堵塞膜通道菌体堵塞膜通道；在特定情况下，在特定情况下，酶类物质酶类物质会对膜有会对膜有较强的分解作用较强的分解作用，使膜孔扩大、，使膜孔扩大、消融，破坏膜内支撑结构。消融，破坏膜内支撑结构。 常用化学消毒剂有乙醇、甲醛、环氧乙烷、亚硫酸氢钠等。一常用化学消毒剂有乙醇、甲醛、环氧乙烷、亚硫酸氢钠等。一般情况下，可以用般情况下，可以用1 1的甲醛溶液或的甲醛溶液或1 1的亚硫酸氢钠浸泡。的亚硫酸氢钠浸泡。根据根据厂家提供厂家提供的配套清洁剂、消毒剂和的配套清洁剂、消毒剂和操作规程操作规程进行膜的清洁
12、与保进行膜的清洁与保存。需要注意的是膜元件至少应在使用存。需要注意的是膜元件至少应在使用2424小时后才可与甲醛接触。小时后才可与甲醛接触。回顾回顾第五章第五章 药物分离技术药物分离技术学习目标学习目标 熟练应用熟练应用膜分离、液膜分离、液液萃取技术知识，理解和执行操作规程。液萃取技术知识，理解和执行操作规程。 学会学会对膜分离、液对膜分离、液液萃取操作中常见问题的分析、判断和排除。液萃取操作中常见问题的分析、判断和排除。学习目的学习目的通过对本章膜分离技术、液通过对本章膜分离技术、液液萃取技术的基本知识、工艺控制液萃取技术的基本知识、工艺控制和典型设备操作的学习，为制药工艺等后续课程的学习奠
13、定基础，和典型设备操作的学习，为制药工艺等后续课程的学习奠定基础，为从事药物生产工艺中膜分离、萃取操作岗位工作打下基础。为从事药物生产工艺中膜分离、萃取操作岗位工作打下基础。知识要求知识要求掌握掌握膜分离技术、液膜分离技术、液液萃取技术的基本知识、工艺过程和典液萃取技术的基本知识、工艺过程和典型设备结构。型设备结构。熟悉熟悉膜分离技术、液膜分离技术、液液萃取技术的工艺控制及主要影响因素。液萃取技术的工艺控制及主要影响因素。了解超临界萃取技术和液膜分离技术了解超临界萃取技术和液膜分离技术能力要求能力要求一、概一、概 述述溶质溶质第二节第二节 液液液萃取技术液萃取技术溶剂萃取溶剂萃取利用一种溶剂对
14、不同物质具有利用一种溶剂对不同物质具有不同溶解度不同溶解度的性质的性质，混合物中，混合物中加入适当的溶剂加入适当的溶剂，使混合物中，使混合物中的组分得到完全或部分分离的的组分得到完全或部分分离的过程为溶剂萃取。过程为溶剂萃取。液液液萃取液萃取如果被萃取如果被萃取处理的处理的物料物料为为液体混合液体混合物物，则称为，则称为液液液萃取。液萃取。将一种溶剂加入到与之将一种溶剂加入到与之不相溶不相溶或或部分互溶部分互溶的料液中，使溶剂与料液充分的料液中，使溶剂与料液充分混合，利用溶液中各组分在溶剂中溶解度不同的特性，溶解度较大的组混合，利用溶液中各组分在溶剂中溶解度不同的特性，溶解度较大的组分（即溶质
15、）转移到溶剂中，由于溶剂与料液间不相溶或部分互溶，通分（即溶质）转移到溶剂中，由于溶剂与料液间不相溶或部分互溶，通过分层、分离，从而达到组分间分离的目的。过分层、分离，从而达到组分间分离的目的。液液液萃取原理液萃取原理溶剂（萃取剂）溶剂（萃取剂）溶质溶质溶剂（萃取剂）溶剂（萃取剂）原溶剂原溶剂萃取相萃取相萃余相萃余相萃取液萃取液萃余液萃余液溶质溶质(A): (A): 混合液中被分离出的组分。混合液中被分离出的组分。原溶剂原溶剂(B): (B): 原混合液中与萃取剂不互溶或仅部分互溶的组分。原混合液中与萃取剂不互溶或仅部分互溶的组分。萃取剂萃取剂(S): (S): 所选用的溶剂。所选用的溶剂。萃
16、取相萃取相(E): (E): 操作完成后所获得的以萃取剂为主的溶液。操作完成后所获得的以萃取剂为主的溶液。萃取液萃取液(E(E): ): 除去萃取相中的萃取剂后得到的液体。除去萃取相中的萃取剂后得到的液体。萃余相萃余相(R): (R): 操作完成后以原溶剂为主的溶液。操作完成后以原溶剂为主的溶液。萃余液萃余液(R): (R): 除去萃余相中的萃取剂后得到的液体。除去萃余相中的萃取剂后得到的液体。原料液原料液(A+B)(A+B)与萃取剂与萃取剂S S的的混合接触混合接触；萃取相萃取相E E与萃余相与萃余相R R的的分离分离；从两相中分别从两相中分别回收萃取剂回收萃取剂而得到产品而得到产品EE 及
17、及R R 。萃取操作步骤：液液液萃取三组分液萃取三组分萃取剂萃取剂(S)(S) 、原溶剂、原溶剂(B)(B) 、溶质、溶质(A)(A)。三组分物系类型三组分物系类型萃取剂萃取剂(S)(S)与原溶剂与原溶剂(B)(B)完全不互溶完全不互溶，与溶质，与溶质(A)(A)完全互溶完全互溶，形成一对，形成一对完全不互溶的混合液；完全不互溶的混合液；萃取剂萃取剂(S)(S)与原溶剂与原溶剂(B)(B)部分互溶部分互溶，与溶质，与溶质(A)(A)完全互溶完全互溶，形成一对部，形成一对部分互溶的混合液；分互溶的混合液；萃取剂萃取剂(S)(S)与原溶剂与原溶剂(B)(B)部分互溶部分互溶，与溶质，与溶质(A)(
18、A)也也部分互溶部分互溶，形成两对，形成两对部分互溶的混合液。部分互溶的混合液。第一种情况较少见，第三种情况应尽量避免，生产中第一种情况较少见，第三种情况应尽量避免，生产中常遇到第二种情况常遇到第二种情况。 可可连续操作连续操作，速度快，生产周期短；，速度快，生产周期短； 对对热敏物质热敏物质破坏少；破坏少； 多级萃取多级萃取时，时，纯度高纯度高、溶质浓缩倍数大；、溶质浓缩倍数大； 溶剂耗量大溶剂耗量大，对设备、安全要求高（需要各项防火、防爆等措施）。，对设备、安全要求高（需要各项防火、防爆等措施）。液液液萃取的特点：液萃取的特点：四、液四、液液萃取过程控制与溶剂回收液萃取过程控制与溶剂回收(
19、 (一一) )液液液萃取过程控制液萃取过程控制pHpH的选择应权衡两方面因素：的选择应权衡两方面因素：pHpH影响弱酸或弱碱性药物的影响弱酸或弱碱性药物的分配系数分配系数，影响药物的影响药物的稳定性。稳定性。分配系数又直接与分配系数又直接与收率收率有关。有关。碱碱化化和和酸酸化化时时的的pHpH，直直接接影影响响产产品品的的收收率率和和质质量量，如如红红霉霉素素碱碱化化时时pHpH高高些些，固固然然对对提提取取有有利利，但但过过高高会会引引起起红红霉霉素素的的碱碱性性破破坏坏，还还会会造造成成严重乳化严重乳化，使得分离困难，而，使得分离困难，而pHpH过低过低又影响其又影响其收率收率。 1 1
20、正确选择正确选择pHpH，在萃取操作中非常重要。，在萃取操作中非常重要。醋酸丁酯醋酸丁酯有机相有机相pH 10-10.5 pH 10-10.5 pH 8.5-9.0pH 8.5-9.0pH 9.0pH 9.0碱性抗生素碱性抗生素 红霉素红霉素麦迪霉素麦迪霉素螺旋霉素螺旋霉素水相水相pH 5.0pH 5.0pH 2.0-2.5pH 2.0-2.5pH 2.0-2.5pH 2.0-2.5成盐状态，由有成盐状态，由有机相转入水相机相转入水相游离碱状态，由游离碱状态，由水相转入有机相水相转入有机相过高过高碱性破坏碱性破坏严重乳化严重乳化实例解析实例解析pH4.4pH4.4pH=4.4pH=4.4pH4
21、.4pH4.4水相水相水相和醋酸丁酯相水相和醋酸丁酯相中浓度相等中浓度相等醋酸丁酯相醋酸丁酯相pH 6.8-7.2pH 6.8-7.2分配系数分配系数=1=1pH 2.0-2.2pH 2.0-2.2实例：实例：醋酸丁酯醋酸丁酯提取提取苄基青霉素苄基青霉素的的pHpH如何确定如何确定? ?pH=4.4pH=4.4时，时，分配系数等于分配系数等于l l，即在此条件下，水相和醋酸丁酯相，即在此条件下，水相和醋酸丁酯相 平衡浓度相等，平衡浓度相等，萃取不可能萃取不可能进行。进行。pH4.4pH4.4pH4.4时，青霉素从醋酸丁酯相转移到时，青霉素从醋酸丁酯相转移到水相水相，称为反萃取。，称为反萃取。
22、解析：在解析：在0 0，用醋酸丁酯提取苄基青霉素，用醋酸丁酯提取苄基青霉素反萃取反萃取萃取萃取从从理论上理论上讲，讲，pHpH愈愈低低，萃取效果，萃取效果愈好愈好。但。但实际上实际上青霉素在青霉素在酸性酸性条件条件下是下是极不稳定极不稳定的，故生产上选择酸化的，故生产上选择酸化pHpH为为2.0-2.22.0-2.2。反之，。反之，当青霉素在当青霉素在pH 6.8-7.2pH 6.8-7.2时，以成盐状态转入到相应的缓冲液中。时，以成盐状态转入到相应的缓冲液中。 2 2萃取温度和时间萃取温度和时间很多种药物在很多种药物在高温高温下下不稳定不稳定，故萃取一般应在，故萃取一般应在低温下进行低温下进
23、行。有机溶剂有机溶剂与与水水之间的之间的互溶度互溶度随随温度升高而温度升高而增大增大，而使萃取，而使萃取效果降低效果降低。温度对温度对分配系数分配系数也也有影响有影响，如红霉素的分配系数随温度升高而，如红霉素的分配系数随温度升高而升高升高，反萃取时的分配系数则相应降低。反萃取时的分配系数则相应降低。萃取萃取时间越长时间越长，萃取过程越接近平衡状态，萃取，萃取过程越接近平衡状态，萃取收率越高收率越高。萃取时间也萃取时间也影响药物的稳定性影响药物的稳定性。温度对药物萃取有很大影响。温度对药物萃取有很大影响。因此，在青霉素萃取过程中，因此，在青霉素萃取过程中，温度要低温度要低，时间要短时间要短，pH
24、pH要严格控制要严格控制。萃取时间对药物萃取有影响。萃取时间对药物萃取有影响。3 3盐析作用盐析作用由于由于盐析剂盐析剂与水分子结合导致游离水分子减少，与水分子结合导致游离水分子减少，降低降低了了药物药物在水在水中的中的溶解度溶解度，使其，使其易转入有机相；易转入有机相；盐析剂能盐析剂能降低有机溶剂降低有机溶剂在在水中水中的的溶解度溶解度；盐析剂盐析剂使使萃余相比重增大萃余相比重增大，有有助于分离两相助于分离两相。但盐析剂的。但盐析剂的用量要用量要适当适当，用量，用量过多过多会使会使盐析剂盐析剂以以杂质杂质的形式转入有机相的形式转入有机相，对后续分，对后续分离过程造成影响。离过程造成影响。盐析
25、剂盐析剂( (如氯化钠、氯化铵及硫酸铵如氯化钠、氯化铵及硫酸铵) )对萃取过程的对萃取过程的影响影响有三个方面。有三个方面。4 4萃取溶剂种类、用量及萃取方式萃取溶剂种类、用量及萃取方式不同溶剂不同溶剂对对同一溶质同一溶质有不同的有不同的分配系数分配系数，根据具体情况权衡利弊，根据具体情况权衡利弊选定。选定。在在选择用量时，既要考虑到浓缩目的，又要考虑到收率和质选择用量时，既要考虑到浓缩目的，又要考虑到收率和质量。量。一般情况下，一般情况下，分配系数不太大分配系数不太大的溶剂，的溶剂，浓缩倍数浓缩倍数( (料液体料液体积积/ /萃取剂体积萃取剂体积) )应应小小一些（一些（萃取剂萃取剂用量愈少
26、用量愈少，浓缩倍数愈大浓缩倍数愈大，收率愈收率愈低低）。萃取剂萃取剂用量用量对对单级萃取收率的影响较大单级萃取收率的影响较大，但同样溶剂用量，但同样溶剂用量，对对多级逆流萃取多级逆流萃取的的收率影响要小的多收率影响要小的多，也优于错流提取，故，也优于错流提取，故一般多采用三级逆流萃取。一般多采用三级逆流萃取。用量及萃取方式用量及萃取方式萃取溶剂种类萃取溶剂种类 ( (二二) )萃取剂回收萃取剂回收溶剂消耗溶剂消耗占占生产成本生产成本的的比例比例很大，应尽量很大，应尽量回收萃取剂回收萃取剂（通过蒸馏）（通过蒸馏），供生产循环套用，供生产循环套用。质量。质量好的好的母液溶剂和反萃取后的萃余液，可母
27、液溶剂和反萃取后的萃余液，可在提取时直接套用。在提取时直接套用。简单蒸馏过程，简单蒸馏过程，不进行回流不进行回流，间歇间歇操作。操作。适用于适用于回收回收沸点相差很大沸点相差很大的混合溶剂，除去的混合溶剂，除去难挥发性杂质难挥发性杂质的溶剂，的溶剂，或分离要求不高的粗或分离要求不高的粗分离。分离。通过通过多次部分汽化多次部分汽化和多和多次次部分冷凝部分冷凝来完成。来完成。适用于适用于沸点比较接近沸点比较接近的的组分的分离，废液中组分的分离，废液中溶溶剂浓度较低剂浓度较低时时的回收。的回收。简单蒸馏简单蒸馏精馏精馏目的目的 2 2低浓度溶剂的回收低浓度溶剂的回收 3.3.与水与水部分互溶并形成部
28、分互溶并形成恒恒沸沸混合物的溶剂回收混合物的溶剂回收常采用常采用精馏精馏方法方法。先先用用简单蒸馏简单蒸馏出出恒恒沸混合物沸混合物，再用再用精馏精馏法法分离分离恒沸物恒沸物。4.4.完完全全互互溶溶但但并并不不形形成成恒恒沸沸物物的的 溶溶 剂剂 回回 收收可采用可采用精馏精馏或或简单蒸馏。简单蒸馏。如：其如：其沸点沸点相差相差较大，较大，欲得欲得纯纯组分组分，采用采用精馏精馏方法。方法。如果如果混合溶剂混合溶剂要要反复反复使用使用（不不需要将它们分成纯需要将它们分成纯组分）组分）采用采用简单简单蒸馏蒸馏方式除去不挥发物质。方式除去不挥发物质。1 1单组分溶剂的回收单组分溶剂的回收 可采用可采
29、用简单蒸馏简单蒸馏的方法。的方法。仅仅需需除去除去其中其中不挥发性杂质不挥发性杂质( (如色素等如色素等) )。回收回收五、液五、液液萃取设备及操作液萃取设备及操作液液液萃取设备液萃取设备应包括三个部分：应包括三个部分：混合设备混合设备、分离设备分离设备、溶剂回收设备溶剂回收设备。 ( (一一) ) 混合设备混合设备 1 1混合罐混合罐 通常在搅拌罐中通常在搅拌罐中进行。采用进行。采用螺旋螺旋桨式搅拌器桨式搅拌器，转，转速速400-1000r400-1000rminmin；若用；若用涡轮式涡轮式搅拌器搅拌器，转速为，转速为300-600r300-600rminmin。液体在罐内液体在罐内平均平
30、均混合停留时间混合停留时间为为l-2l-2分钟。分钟。混合设备是进行混合设备是进行传质的设备传质的设备，它要求料液与萃取剂，它要求料液与萃取剂混合混合要要充分充分，以，以提提高溶质高溶质从料液从料液转入转入萃取剂中的速率。萃取剂中的速率。 2 2混合管混合管 将料液与萃取剂在将料液与萃取剂在管路管路内内以很高速度混合，以很高速度混合，称称管路萃取管路萃取。通常采用通常采用S S形长管形长管，萃取，萃取剂及料液等经泵在管的剂及料液等经泵在管的一端导入，混合后的一端导入，混合后的乳乳浊液浊液在另一端导出。在另一端导出。为了保证较高的萃取效为了保证较高的萃取效果，料液在管路内应维果，料液在管路内应维
31、持持足够的停留时间足够的停留时间，并，并使流动呈完全湍流状态，使流动呈完全湍流状态，强迫料液充分混合。混强迫料液充分混合。混合管的萃取合管的萃取效果高于混效果高于混合罐合罐，且为，且为连续操作连续操作。 3 3喷射式混合器喷射式混合器利用利用喷射泵喷射泵进行进行涡流混合涡流混合，称喷射混合。，称喷射混合。特别适用于特别适用于两液相两液相的的黏度黏度和和界面张力界面张力都都很小很小，即，即容易分散的情况容易分散的情况。(a)(a)为交错喷嘴混合过程，即萃取剂及料液由各自为交错喷嘴混合过程，即萃取剂及料液由各自导管导管进入进入器内器内进行进行混合混合。(b)(b)和和(c)(c)则为两液相已在则为
32、两液相已在器外汇合器外汇合，然后进入，然后进入器内器内经经喷嘴喷嘴或或孔板孔板后，增强了后，增强了湍流程度湍流程度，从而提高了萃取效率。，从而提高了萃取效率。 喷射式混合器是一种体积小效率高的混合装置，特别适用于喷射式混合器是一种体积小效率高的混合装置，特别适用于低黏度低黏度、易分散易分散的料液的料液，这种另外，当两液相容易混合时，也可直接利用离心泵在循环输送，这种另外，当两液相容易混合时，也可直接利用离心泵在循环输送过程中进行混合。过程中进行混合。( (二二) )分离设备分离设备在生物制药中，由于在生物制药中，由于料液中料液中常含有一定量的常含有一定量的蛋白质蛋白质等等表面活性物表面活性物质
33、质，致使混合后形成稳定的，致使混合后形成稳定的乳浊液乳浊液，即便加入某些去乳化剂，也，即便加入某些去乳化剂，也很难在短时间内靠重力进行分离，因此多采用很难在短时间内靠重力进行分离，因此多采用分离因数较高的离分离因数较高的离心机心机来分离。来分离。萃取机：萃取机：将混合过程与分离过程同时在一个设备内完成的设备。将混合过程与分离过程同时在一个设备内完成的设备。萃取机特点萃取机特点：高效、快速。：高效、快速。生产中常用的分离设备：生产中常用的分离设备：碟式高速离心机、管式超速离心机。碟式高速离心机、管式超速离心机。 离心机的作用离心机的作用 1 1碟式分离机碟式分离机 碟片上开有碟片上开有小孔小孔，
34、乳浊，乳浊液通过小孔流到液通过小孔流到碟片间碟片间隙隙。在离心力作用下，。在离心力作用下，重液重液倾斜倾斜沉向沉向于于转鼓的转鼓的器壁器壁，由，由重液排出口重液排出口流流出。出。轻液轻液则沿则沿斜面斜面向上向上移动，移动，汇集汇集后由后由轻液排轻液排出口出口流出。流出。分离设备是将萃取后形成的分离设备是将萃取后形成的萃取相萃取相和和萃余相萃余相进行快速有效进行快速有效分离分离的设备。的设备。2 2管式分离机管式分离机 适用：适用：适用于适用于轻液轻液相相与与重液相密度差重液相密度差小小、分散性很高分散性很高的的乳浊液乳浊液及及液液液液固三相固三相混合物的分混合物的分离。离。优点：优点：结构简单
35、结构简单，体积小体积小，运转可靠运转可靠，操作维修方便。操作维修方便。缺点：缺点：生产能力较生产能力较小小，需，需停车停车清除转清除转鼓内的沉渣。鼓内的沉渣。电动机通过电动机通过平皮带平皮带带动带动主轴主轴与与转鼓转鼓高速旋转，转鼓内沿轴向装有与转鼓同高速旋转，转鼓内沿轴向装有与转鼓同步旋转的步旋转的三叶板三叶板，使进入转鼓内的物料很快与转鼓同速旋转。转鼓上端附，使进入转鼓内的物料很快与转鼓同速旋转。转鼓上端附近有近有液体收集器液体收集器，收集从转鼓上部排出的液体。，收集从转鼓上部排出的液体。乳乳 浊液在离心浊液在离心力的作用下在力的作用下在转鼓内转鼓内分为分为轻轻液层液层和和重液层重液层，分
36、界面位置可分界面位置可以通过改变重以通过改变重液出口半径液出口半径 来来调节，以适应调节，以适应不同的乳浊液不同的乳浊液和不同的分离和不同的分离要要 求。其求。其液体液体收集器有轻液收集器有轻液和重液两个出和重液两个出口口。澄。澄 清型用清型用于含少量高分于含少量高分散固体粒子的散固体粒子的悬浮液澄清，悬浮液澄清， 澄清型只有一澄清型只有一个液体出口。个液体出口。 ( (三三) )离心萃取机离心萃取机1.1.多级离心萃取机多级离心萃取机结结构构：多多级级离离心心萃萃取取机机是是在在 一一台台设设备备中中装装有有两两级级或或三三级级混混合合及及分分离离装装置置的的逆逆流流萃萃取取设设备备。图图所
37、所示示为为芦芦威威式式三三级级逆逆流流离离心心萃萃取取机机，其其主主体体是是固固定定在在壳壳体体上上并并随随之之作作高高速速旋旋转转的的环环形形盘盘，壳壳体体中中央央有有国国定定不不动动的的垂垂直空心轴直空心轴，轴上也装有，轴上也装有圆形盘圆形盘，盘上开有若干个，盘上开有若干个喷出孔喷出孔。环形盘环形盘空心轴空心轴萃萃取取操操作作：原原料料液液与与萃萃取取剂剂均均由由空空心心轴轴的的顶顶部部加加入入。重重液液沿沿空空心心轴轴的的通通道道下下流流至至萃萃取取器器的的底底部部而而进进入入第第三三级级的的外外壳壳内内，轻轻液液由由空空心心轴轴的的通通道道流流入入第第一一级级。在在空空心心轴轴内内，轻
38、轻液液与与来来自自下下一一级级的的重重液液相相混混合合，再再经经空空心心轴轴上上的的喷喷嘴嘴沿沿转转盘盘与与上上方方固固定定盘盘之之间间的的通通道道被被甩甩至至外外壳壳的的四四周周。重重液液由由外外部部沿沿转转盘盘与与下下方方固固定定盘盘之之间间的的通通道道而而进进入入轴轴的的中中心心，并并由由顶顶部部排排出出，其其流流向向为为由由第第三三级级经经第第二二级级再再到到第第一一级级，然然后后进进入入空空心心轴轴的的排排出出通通道道; ;轻轻液液则则由由第第一一级级经经第第二二级级再再到到第第三三级级，然然后后进进人人空空心心轴轴的的排排出出通通道道，两两相相均均由由萃萃取取器器顶顶部部排排出出。
39、该该类类萃萃取取器器处处理理能能力力为为7-49m7-49m3 3/h/h，在一定条件下，级效率可接近在一定条件下，级效率可接近100%100%。环形盘环形盘空心轴空心轴（原料液）（原料液）（萃取剂）（萃取剂）2. 2. 立式连续逆流离心萃取机立式连续逆流离心萃取机结结构构：其其主主要要部部件件为为由由1111个个不不同同直直径径的的同同心心圆圆筒筒式式转转鼓鼓，每每个个圆圆筒筒上上均均在在一一端端开开孔孔，作作为为料料液液和和萃萃取取剂剂流流动动的的通通道道，由由于于相相邻邻筒筒之之间间开开孔孔位位置置上上下下错错开开，使使液液体体上上下下曲曲折折流流动动。从从中中心心向向外外数数第第4 4
40、 -11-11筒筒的的外外壁壁I I上上均均焊焊有有螺螺旋旋形形导导流流板板，这这样样就就使使两两个个液液相相的的流流动动路路程程大大为为加加长长，从从而而延延长长了了两两液液相相的的混混合合与与分分离离时时间间，在在螺螺旋旋形形导导流流板板上上又又开开设设大大小小不不同同的的缺缺口口，使使螺螺旋旋形形长长通通道道中中形形成成很很多多短短路路，增增加加了了两两液液相相之之间间的的接接触触机会。机会。料液料液-萃取剂萃取剂操操作作: : 重重液液相相( (料料液液) )由由底底部部轴轴周周围围的的套套管管进进入入转转鼓鼓后后，沿沿螺螺旋旋形形通通道道由由内内向向外外顺顺次次流流经经各各筒筒，最最
41、后后由由外外筒筒经经溢溢流流环环到到向向心心泵泵室室被被排排出出。轻轻液液( (萃萃取取剂剂) )则则由由底底部部的的中中心心管管进进入入转转鼓鼓，流流入入第第1 10 0圆圆筒筒，从从下下端端进进入入螺螺旋旋形形通通道道，由由外外向向内内顺顺次次流流过过各各筒筒，最最后后从从第第一一筒筒经经出出口口排排出出。( (一一) )超临界流体及性质超临界流体及性质在在单相区单相区，分别以气、液、固的形态存在。，分别以气、液、固的形态存在。纯物质的临界点纯物质的临界点：气、液、固三相区的交叉点。气、液、固三气、液、固三相区的交叉点。气、液、固三态处于平衡共存状态的。态处于平衡共存状态的。温度和压力达到
42、一定程度时，温度和压力达到一定程度时，气液界面气液界面消失。消失。此点称为临界点。此点称为临界点。第三节第三节 其他分离技术其他分离技术一、超临界萃取技术一、超临界萃取技术纯物质的存在形态：纯物质的存在形态：纯物质的三相点：纯物质的三相点：超临界流体超临界流体：指指温度温度和和压力压力均在本身的均在本身的临界点以上临界点以上的的高密度流体高密度流体。利用超临界流体利用超临界流体，从固体或液体中，从固体或液体中萃取萃取出来某种出来某种高沸点高沸点或或热敏性组分热敏性组分，以达到，以达到分离或提纯的目的。超临界流体是一种分离或提纯的目的。超临界流体是一种十分理想的萃取剂十分理想的萃取剂。超临界萃取
43、技术超临界萃取技术：超临界流体的特性超临界流体的特性溶解性能强：溶解性能强：超临界流体的超临界流体的密度接近于液体密度接近于液体，由于，由于物质的溶解度与溶剂物质的溶解度与溶剂的密度成正比的密度成正比，因此超临界流体，因此超临界流体萃取能力强萃取能力强。扩散性能好扩散性能好：超临界流体的超临界流体的黏度黏度比液体要小近百倍，比液体要小近百倍，扩散系数接近气体。扩散系数接近气体。因此超临界流体因此超临界流体传质速率高传质速率高。可控性好：可控性好：在临界点附近，在临界点附近，压力、温度的微小变化压力、温度的微小变化会引起溶解能力较为会引起溶解能力较为显著的变化显著的变化。在生产中通过压力、温度的
44、变化来。在生产中通过压力、温度的变化来调整调整超临界流体的超临界流体的萃取能萃取能力力，实现萃取与分离的操作。，实现萃取与分离的操作。 ( (二二) )超临界流体的选择超临界流体的选择临界温度临界温度最好在最好在室温附近室温附近。操作温度操作温度应应低于低于被萃取溶质的被萃取溶质的分解温度分解温度。临界压力临界压力比比较容易达到较容易达到，降低动力费。，降低动力费。化学稳定性化学稳定性好好（对设备腐蚀性小，不易与被萃取物或其他物质发生化学（对设备腐蚀性小，不易与被萃取物或其他物质发生化学反应）。反应）。选择性能选择性能好好，分离效果好（较容易得到高纯度制品）。，分离效果好（较容易得到高纯度制品
45、）。价格价格便宜便宜，容易获得。，容易获得。作为萃取剂的超临界流体应具备条件：作为萃取剂的超临界流体应具备条件： ( (三三) ) 二氧化碳超临界萃取的机理二氧化碳超临界萃取的机理常用超临界流体的临界参数常用超临界流体的临界参数二氧化碳二氧化碳是首选的萃取剂。这是因为二氧化碳的临界条件易达到，而且是首选的萃取剂。这是因为二氧化碳的临界条件易达到，而且无毒无毒、无味、无味、不燃不燃、价廉价廉、易得易得。虽然。虽然乙烷乙烷的临界条件比二氧化碳优越，但其的临界条件比二氧化碳优越，但其毒性毒性及及易燃易爆性易燃易爆性，使其使用受到限制。，使其使用受到限制。操操作作时时：控控制制超超临临界界流流体体压压
46、力力降降低低或或温温度度升升高高，则则流流体体密密度度降降低低，引引起起超超临临界界流流体体对对溶溶质质的的溶溶解解能能力力降降低低，使使溶溶质质从从超超临临界界流流体体中中重新析出重新析出，这就是超临界流体萃取的基本机理，这就是超临界流体萃取的基本机理CO2超超临临界界流流体体的的萃萃取取能能力力与与其其密密度度相相关关，而而超超临临界界流流体体的的密密度度又又取取决决于温度、压力于温度、压力。萃萃取取极极性性较较强强的的物物质质时时，溶溶解解能能力力明明显显不不足足，萃萃取取效效率率较较差差。而而加加入入少少量量的的第第二二溶溶剂剂，可可大大大大提提高高其其萃萃取取能能力力，这这种种物物质
47、质称称为为夹夹带剂带剂。按其极性的不同，可分为。按其极性的不同，可分为极性夹带剂极性夹带剂与与非极性夹带剂非极性夹带剂。 ( (四四) ) 超临界流体萃取过程超临界流体萃取过程萃取液萃取液(溶剂与萃取质溶剂与萃取质A)一起一起进入进入到到分离装置分离装置中中进行分离进行分离，分离后的萃取，分离后的萃取剂经加压、降温后循环使用，从而获得剂经加压、降温后循环使用，从而获得较纯净的萃取质较纯净的萃取质A。固体原料固体原料经经粉碎细化粉碎细化，液体原料液体原料则直接则直接进入萃取设备进入萃取设备，在，在超临界状态超临界状态下，下，进行进行萃取操作萃取操作。萃取后进行萃取残质。萃取后进行萃取残质B与萃取
48、液的分离；与萃取液的分离；萃取段：萃取段：分离段：分离段： ( (五五) )影响超临界萃取的因素影响超临界萃取的因素3 3萃取剂流量、萃取时间的影响萃取剂流量、萃取时间的影响萃取剂流量：萃取剂流量：流量越大流量越大，溶剂、溶质间的传质阻力越小，则，溶剂、溶质间的传质阻力越小，则萃取的萃取的速度越快速度越快，所需要的萃取时间越短，但萃取剂回收负荷大。，所需要的萃取时间越短，但萃取剂回收负荷大。萃取时间：萃取时间：萃取时间越长，收率越高萃取时间越长，收率越高。 4 4物料性质的影响物料性质的影响 物料的物料的粒度：粒度：影响萃取效果。影响萃取效果。一般情况下，一般情况下，粒度越小粒度越小，扩散时间
49、，扩散时间越短，越短，越有利于萃取越有利于萃取的进行。但粉碎过细会增加流动阻力，反而的进行。但粉碎过细会增加流动阻力，反而不利于萃取。不利于萃取。物料物料含水量：含水量：影响萃取效率的重要因素。影响萃取效率的重要因素。当物料中含水量较高时，当物料中含水量较高时，水分在物料表面形成单分子水分在物料表面形成单分子水膜，阻碍水膜，阻碍了了传质传质的进行。的进行。被萃取物质的被萃取物质的极性强弱：极性强弱：影响在萃取剂中的溶解性。影响在萃取剂中的溶解性。萃取质的萃取质的溶溶解性随极性增加而降低解性随极性增加而降低。1 1压力的影响压力的影响 2 2温度的影响温度的影响 液膜通常由液膜通常由膜溶剂膜溶剂
50、、表面活性剂表面活性剂、流动载体流动载体组成。组成。 ( (一一) ) 概述概述1.1.乳乳状状液液膜膜：利利用用表表面面活活性性剂剂的的乳乳化化作作用用制制成成。可可分分为为水水/油油/水水型型(O/W/O型型)和油和油/水水/油型油型(W/O/W型型)。2.2.支支撑撑液液膜膜: : 利利用用界界面面张张力力和和毛毛细细管管力力作作用用，在在多多孔孔支支撑撑体体的的微微孔孔中中制制成成。通常孔径越小，液膜越稳定，但孔径过小将使透过速度降低。通常孔径越小，液膜越稳定，但孔径过小将使透过速度降低。3.3.流流动动液液膜膜: : 也也是是一一种种支支撑撑液液膜膜，但但其其液液膜膜相相可可循循环环
51、流流动动，因因此此在在操操作作过过程中即使有所程中即使有所损失损失也很也很容易补充容易补充，不必停止操作进行液膜的再生。，不必停止操作进行液膜的再生。二、液膜分离技术二、液膜分离技术组成组成分类分类（按构型和操作方式不同）（按构型和操作方式不同）具有膜分离的一般特点，具有膜分离的一般特点，利用利用膜的膜的选择透过性选择透过性，化学浓度差化学浓度差为为传质动力传质动力。液液膜膜分分离离技技术术具具有有比比表表面面积积大大、分分离离效效率率高高、速速度度快快、过过程程简简单单、成成本本低低、用途广等特点。用途广等特点。在在废水处理废水处理、生物制品分离与、生物制品分离与生物医药分离生物医药分离、湿
52、法、湿法冶金冶金、化工分离化工分离等方面等方面已显示出已显示出广泛广泛的应用前景。的应用前景。适用范围：适用范围：特点特点: : ( (二二) )液膜分离的机理液膜分离的机理1.1.物物理理渗渗透透 ( (单单纯纯迁迁移移) ) 根根据据料料液液中中各各种种溶溶质质在在膜膜相相中中的的溶溶解解度度(分分配配系系数数)和和扩扩散散系系数数的的差差异异进进行行分分离离。一一般般情情况况下下，溶溶质质的的扩扩散散系系数数差差别别不不大大，主主要要靠靠分分配系数的差别配系数的差别实现分离。实现分离。2.2.促促进进输输送送（化化学学反反应应促促进进迁迁移移） 通通过过在在乳乳状状液液形形成成的的液液膜
53、膜封封闭闭相相中中引引入入一一个个具具有有选选择择性性的的不不可可逆逆化化学学反反应应，使使特特定定的的渗渗透透物物质质与与封封闭闭相相中中的的某某一一试试剂剂发发生生反反应应，生生成成一一种种不不能能逆逆扩扩散散穿穿过过膜膜的的新新产产物物，使使封封闭闭相相中中的渗透物浓度接近于的渗透物浓度接近于0，保持渗透物在液膜两侧有最大的浓度梯度。，保持渗透物在液膜两侧有最大的浓度梯度。3.3.膜膜内内载载体体输输送送 含含有有载载体体的的液液膜膜分分离离是是靠靠加加入入的的流流动动载载体体，与与特特定定溶溶质质或或离离子子所所生生成成的的配配合合物物。在在膜膜的的另另一一侧侧可可以以释释放放它它。流
54、流动动载载体体在在膜膜内外两个界面之间来回地传递被迁移物质。内外两个界面之间来回地传递被迁移物质。 ( (四四) ) 液膜分离工艺过程液膜分离工艺过程可分为可分为制乳制乳、萃取萃取、沉降澄清沉降澄清、破乳破乳四步，其中四步，其中制乳制乳、破乳破乳是关键。是关键。1.1.乳乳状状液液膜膜的的制制备备 将将液液膜膜溶溶液液（含含有有膜膜溶溶剂剂、表表面面活活性性剂剂、流流动动载载体体以以及及其其他他添添加加剂剂) 在在乳乳化化器器内内与与内内相相溶溶液液进进行行混混合合，在在强强烈烈搅搅拌拌下下，制制得得所所需需的的水水包包油油(O/W)或或油油包水包水(W/O)型型乳状液乳状液。2.2.萃萃取取
55、 在在萃萃取取器器中中乳乳状状液液膜膜与与料料液液在在搅搅拌拌下下进进行行混混合合接接触，触，实现传质分离实现传质分离。3.3.沉沉降降澄澄清清 在在重重力力作作用用下下沉沉降降澄澄清清，使使乳乳状状液液与与萃萃余余相相之间之间分层分层，分离分离。4.4.破乳破乳 分离膜组分和内相液体。膜组分再制成乳液循环利用，内相液中有分离膜组分和内相液体。膜组分再制成乳液循环利用，内相液中有萃萃取的组分取的组分。破乳的方法有化学法、离心法、静电法。破乳的方法有化学法、离心法、静电法。 ( (三三) )液膜材料的选择液膜材料的选择1.1.膜膜溶溶剂剂的的选选择择 考考虑虑液液膜膜的的稳稳定定性性，要要求求膜
56、膜溶溶剂剂有有一一定定的的黏黏度度。在在有有流流动动载载体体时时，能能溶溶解解载载体体而而不不溶溶解解溶溶质质；在在无无流流动动载载体体时时，能能对对欲欲分分离离的的溶溶质质优优先先溶溶解解。为为减减少少溶溶剂剂的的损损失失，还还要要求求溶溶剂剂不不溶溶于于膜膜的内、外相。的内、外相。2.2.表表面面活活性性剂剂的的选选择择 首首先先要要知知道道适适合合于于该该体体系系的的乳乳化化剂剂的的HLB值值，其其次次是是参参考考一一些些经经验验性性的的选选择择依依据据。要要考考虑虑表表面面活活性性剂剂的的离离子子类类型型，根根据据具具体体情情况况加加以以采采用用。其其中中以以非非离离子子表表面面活活性
57、性剂剂为为佳佳，因因其其在在低低浓浓度度时时乳乳化化性性能能良良好好，所所以以在在液液膜膜技技术术中中普普遍遍采采用用；要要求求憎憎水水基基与与被被乳乳化化物物结结构构相相似似，以以获获得得较较好好亲亲和和力力；乳乳化化分分散散剂剂在在被被乳化物中易溶解，乳化效果好。乳化物中易溶解，乳化效果好。3.3.载载体体的的选选择择 作作为为流流动动载载体体必必须须具具备备如如下下条条件件：溶溶解解性性，流流动动载载体体及及其其络络合合物物必必须须能能溶溶于于液液膜膜相相，而而不不溶溶于于邻邻接接的的溶溶液液相相；络络合合性性，作作为为有有效效载载体体，其其络络合合物物形形成成体体应应该该有有适适中中的
58、的稳稳定定性性，即即该该载载体体必必须须在在膜膜的的一一侧侧强强烈烈地地络络合合指指定定的的溶溶质质，从从而而可可以以转转移移它它，而而在在膜膜的的另另一一侧侧很很微微弱弱地地络络合合指指定定的的溶溶质质，从从而而可可以以释释放放它它，来来实实现现指指定定溶溶质质的的跨跨膜膜迁迁移移过过程程；载载体体应应不不与与膜膜相相的的表表面面活活性性剂剂反反应应，以以免降低膜的稳定性。免降低膜的稳定性。总结与提问总结与提问1.1.什么是溶剂萃取、液什么是溶剂萃取、液液萃取？液液萃取？液液萃取所的原理液萃取所的原理和操作步骤是什么？和操作步骤是什么？2.2.液液液萃取有何特点？液液萃取有何特点？液液萃取三组分是什么？液萃取三组分是什么？
