药物分离技术课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,回忆,膜应具备的特性有哪些？,膜通量大，即在单位时间内膜透过的液体量应足够大，这样才能有较高的经济性；,截留率适宜，要求对杂质有较大的截留率，对药物成分的截留率较低；,机械强度高，耐冲击，因在设备运行过程中，物料处于湍流状态，会对膜外表有一定的冲击力，在清洗过程中，压力的不断变化，也会对膜本身有较大的冲击；,化学稳定性好，膜与被别离的药液不能有化学相溶性；膜本身的稳定性好，不会发生自身降解与溶出，膜外表活性表层的内部结构不易发生变化；,抗污染能力强，对化学污染、物理污染、生物污染等都有较好的抵抗能力；,膜的孔径分布窄，截留率高；,易于维护与更换，能做到随装置规模的改变而改变；,自动化水平高。,复合膜,：膜的活性表层与支撑层由,两种不同的膜材料,复合而成,(,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。,2.,根据膜断面的形态结构可分为哪三种膜？有何特点？,对称膜：,非对称膜：,膜的整个断面的,形态结构,是,均匀一致,的。,非对称膜的特点是膜的断面,不对称,，由,活性表层,与,支撑层,组成。,膜的别离作用主要取决于活性表层，活性表层的微孔排列有序，孔径也较均匀，故对别离小分子物质而言，该膜层不但渗透性高，而且别离的选择性好。,支撑层,呈多孔状，孔径较大，仅起,支撑作用,，它决定了膜的,机械强度,。,非对称膜的活性表层很薄，流体阻力较小，孔道不易被堵塞，颗粒通常被截留在膜的外表。而对称膜阻力较大，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。,非对称膜的结构特点：,对称膜和非对称膜的比较：,回忆,当边界层的浓度大大高于料液的主体浓度时，,在,浓度差,的作用下，溶质从膜表面向主体,反向扩散,，这种现象称为浓差极化。,（,1,）浓差极化,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，都会出现浓差极化现象。,随着膜面,浓度的增大,，或形成,凝胶层,，阻碍液体透过膜，使,渗透通量进一步降低,。若再,增加操作压力,，不仅不能提高渗透通量，反而会,增加凝胶沉淀层的厚度,，使渗透通量降至极低。,3.,请简单说明浓差极化、极限通量、错流过滤。,回顾,2极限通量,纯水：其水通量与压力差成正比。,料液：由于浓差极化的影响，水通量随压差的变化关系为一曲线；开始阶段，压力差与水通量成正比，当压力差增到达一定值时，再提高压力，水通量的增加幅度降低，当压力差达某一值时，水通量不再随压力差的增大而增大，只是边界层阻力增大，水通量不变，即达极限通量。,3错流过滤,膜别离过程一般采用料液流动方向与膜面平行的操作方式。,操作时，料液的流动可有效防止和减少被截留物质在膜面上的沉积。料液流速越大，膜外表处的浓度边界层厚度越小，越有利于维持较高的水通量。,回忆,4.,怎样清洗与保存膜？,（,1,）膜的清洗,目的,在药品分离生产中，,为保持较高的水通量,，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,95,。,方法,物理清洗,：利用,较高流速液体,所产生的,剪切力,，冲洗掉膜面上滞留的,胶,体、蛋白等附着物,。当膜通量衰减不大时可采用。,正向清洗,指用水替代料液进行透析,，来冲刷膜表面与膜孔内的污物。,反向清洗,指水从透过液一侧流至料液一侧,，反向冲洗沉积在膜面上,的污物，清洗效果较好。,脉冲法,指水的流速与压力呈脉冲性,。,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,应过程。在,化学清洗剂,的作用下，,分解污染物,或,降低污垢颗粒,和,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,下来的过程。,化学清洗剂对膜的损害,。选择化学清洗剂时要慎重，,并尽量减少化学清洗的次数。,回顾,如果膜长期不用，将膜组件彻底清洁与保存。,（,2,）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。,使用并清洗后的膜表面上仍,残留物。,如蛋白、核酸、多糖和酶类等物质，保存不当，将,滋生微生物,，其,菌体堵塞膜通道,；,在特定情况下，,酶类物质,会对膜有,较强的分解作用,，使膜孔扩大、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。一般情况下，可以用,1,的甲醛溶液或,1,的亚硫酸氢钠浸泡。,根据,厂家提供,的配套清洁剂、消毒剂和,操作规程,进行膜的清洁与保存。需要注意的是膜元件至少应在使用,24,小时后才可与甲醛接触。,回忆,学习目标,熟练应用,膜分离、液,液萃取技术知识，理解和执行操作规程。,学会,对膜分离、液,液萃取操作中常见问题的分析、判断和排除。,学习目的,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。,知识要求,掌握,膜分离技术、液,液萃取技术的基本知识、工艺过程和典型设备结构。,熟悉,膜分离技术、液,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,能力要求,一、概 述,溶质,第二节 液,液萃取技术,溶剂萃取,利用一种溶剂对不同物质具有,不同溶解度,的性质,，混合物中,加入适当的溶剂,，使混合物中的组分得到完全或部分分离的过程为溶剂萃取。,液,液萃取,如果被萃取处理的,物料,为,液体混合物,，则称为液,液萃取。,将一种溶剂加入到与之,不相溶,或,部分互溶,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。,液,液萃取原理,溶剂（萃取剂）,溶质,溶剂（萃取剂）,原溶剂,萃取相,萃余相,萃取液,萃余液,溶质,(A):,混合液中被分离出的组分。,原溶剂,(B):,原混合液中与萃取剂不互溶或仅部分互溶的组分。,萃取剂,(S):,所选用的溶剂。,萃取相,(E):,操作完成后所获得的以萃取剂为主的溶液。,萃取液,(E):,除去萃取相中的萃取剂后得到的液体。,萃余相,(R):,操作完成后以原溶剂为主的溶液。,萃余液,(R):,除去萃余相中的萃取剂后得到的液体。,原料液,(A+B),与萃取剂,S,的,混合接触,；,萃取相,E,与萃余相,R,的,分离,；,从两相中分别,回收萃取剂,而得到产品,E,及,R,。,萃取操作步骤：,液,液萃取三组分,萃取剂,(S),、原溶剂,(B),、溶质,(A),。,三组分物系类型,萃取剂,(S),与原溶剂,(B),完全不互溶,，与溶质,(A),完全互溶,，形成一对完全不互溶的混合液；,萃取剂,(S),与原溶剂,(B),部分互溶,，与溶质,(A),完全互溶,，形成一对部分互溶的混合液；,萃取剂,(S),与原溶剂,(B),部分互溶,，与溶质,(A),也,部分互溶,，形成两对部分互溶的混合液。,第一种情况较少见，第三种情况应尽量避免，生产中,常遇到第二种情况,。,可,连续操作,，速度快，生产周期短；,对,热敏物质,破坏少；,多级萃取,时，,纯度高,、溶质浓缩倍数大；,溶剂耗量大,，对设备、安全要求高（需要各项防火、防爆等措施）。,液,液萃取的特点：,四、液,液萃取过程控制与溶剂回收,(,一,),液,液萃取过程控制,pH,的选择应权衡两方面因素：,pH,影响弱酸或弱碱性药物的,分配系数,，影响药物的,稳定性。,分配系数又直接与,收率,有关。,碱化和酸化时的pH，直接影响产品的收率和质量，如红霉素碱化时pH高些，固然对提取有利，但过高会引起红霉素的碱性破坏，还会造成严重乳化，使得别离困难，而pH过低又影响其收率。,1,正确选择,pH,，在萃取操作中非常重要。,醋酸丁酯,有机相,pH 10-10.5,pH 8.5-9.0,pH 9.0,碱性抗生素,红霉素,麦迪霉素,螺旋霉素,水相,pH 5.0,pH 2.0-2.5,pH 2.0-2.5,成盐状态，由有机相转入水相,游离碱状态，由水相转入有机相,过高,碱性破坏,严重乳化,实例解析,pH4.4,pH=4.4,pH4.4,水相,水相和醋酸丁酯相中浓度相等,醋酸丁酯相,pH 6.8-7.2,分配系数,=1,pH 2.0-2.2,实例：,醋酸丁酯,提取,苄基青霉素,的,pH,如何确定,?,pH=4.4,时，,分配系数等于,l,，即在此条件下，水相和醋酸丁酯相,平衡浓度相等，,萃取不可能,进行。,pH4.4,时，青霉素从醋酸丁酯相转移到,水相,，称为反萃取。,解析：在,0,，用醋酸丁酯提取苄基青霉素,反萃取,萃取,从,理论上,讲，,pH,愈,低,，萃取效果,愈好,。但,实际上,青霉素在,酸性条件,下是,极不稳定,的，故生产上选择酸化,pH,为,2.0-2.2,。反之，当青霉素在,pH 6.8-7.2,时，以成盐状态转入到相应的缓冲液中。,2,萃取温度和时间,很多种药物在,高温,下,不稳定,，故萃取一般应在,低温下进行,。,有机溶剂,与,水,之间的,互溶度,随,温度升高而,增大,，而使萃取,效果降低,。,温度对,分配系数,也,有影响,，如红霉素的分配系数随温度升高而,升高,，反萃取时的分配系数则相应降低。,萃取,时间越长,，萃取过程越接近平衡状态，萃取,收率越高,。,萃取时间也,影响药物的稳定性,。,温度对药物萃取有很大影响。,因此，在青霉素萃取过程中，,温度要低,，,时间要短,，,pH,要严格控制,。,萃取时间对药物萃取有影响。,3,盐析作用,由于,盐析剂,与水分子结合导致游离水分子减少，,降低,了,药物,在水中的,溶解度,，使其,易转入有机相；,盐析剂能,降低有机溶剂,在,水中,的,溶解度,；,盐析剂,使,萃余相比重增大,，,有,助于分离两相,。但盐析剂的,用量要适当,，用量,过多,会使,盐析剂,以,杂质,的形式转入有机相,，对后续分离过程造成影响。,盐析剂,(,如氯化钠、氯化铵及硫酸铵,),对萃取过程的,影响,有三个方面。,4,萃取溶剂种类、用量及萃取方式,不同溶剂,对,同一溶质,有不同的,分配系数,，根据具体情况权衡利弊选定。,在,选择用量时，既要考虑到浓缩目的，又要考虑到收率和质量。,一般情况下，,分配系数不太大,的溶剂，,浓缩倍数,(,料液体积,/,萃取剂体积,),应,小,一些（,萃取剂,用量愈少,，,浓缩倍数愈大,，,收率愈,低,）,。,萃取剂,用量,对,单级萃取收率的影响较大,，但同样溶剂用量，对,多级逆流萃取,的,收率影响要小的多,，也优于错流提取，故一般多采用三级逆流萃取。,用量及萃取方式,萃取溶剂种类,(,二,),萃取剂回收,溶剂消耗,占,生产成本,的,比例,很大，应尽量,回收萃取剂,（通过蒸馏），供生产循环套用。质量好的,母液溶剂和反萃取后的萃余液，可在提取时直接套用。,简单蒸馏过程，,不进行回流,，,间歇操作。,适用于回收,沸点相差很大,的混合溶剂，除去,难挥发性杂质,的溶剂，或分离要求不高的粗分离。,通过,多次部分汽化,和多次,部分冷凝,来完成。,适用于,沸点比较接近,的组分的分离，废液中,溶剂浓度较低,时,的回收。,简单蒸馏,精馏,目的,2,低浓度溶剂的回收,与水,部分互溶并形成,恒沸,混合物的溶剂回收,常采用,精馏,方法。,先用,简单蒸馏,出,恒沸混合物,，再用,精馏法,分离,恒沸物,。,完全互溶但并不形成恒沸物的溶剂回收,可采用,精馏,或,简单蒸馏。,如：其,沸点相差较大，,欲得,纯组分,，采用,精馏,方法。,如果,混合溶剂,要,反复使用,（,不需要将它们分成纯组分）,采用,简单蒸馏,方式除去不挥发物质。,1,单组分溶剂的回收,可采用,简单蒸馏,的方法。,仅,需,除去,其中,不挥发性杂质,(,如色素等,),。,回收,五、液,液萃取设备及操作,液液萃取设备应包括三个局部：混合设备、别离设备、溶剂回收设备。,(,一,),混合设备,1,混合罐,通常在搅拌罐中进行。采用,螺旋桨式搅拌器,，转速,400-1000r,min,；若用,涡轮式搅拌器,，转速为,300-600r,min,。液体在罐