制药分离工程复习资料.doc

1、简述分子蒸馏的过程、特点及机理。分子平均自由程、分子蒸馏。设计分子蒸馏的重要数据参数。答：分子从液相主体向蒸发表面扩散；分子在液相表面上的自由蒸发；分子从蒸发表面向冷凝面飞射；分子在冷凝面上冷凝。特点：1、普通蒸馏在沸点温度下进行分离，分子蒸馏可以在任何温度下进行，只要冷热两面间存在着温度差，就能达到分离目的。2、普通蒸馏是蒸发与冷凝的可逆过程，液相和气相间可以形成相平衡状态；而分子蒸馏过程中，从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其它分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可能性，所以，分子蒸馏过程是不可逆的。3、普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象；分子蒸馏过程是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。4、表示普通蒸馏分离能力的分离因素与组元的蒸汽压之比有关，表示分子蒸馏分离能力的分离因素则与组元的蒸汽压和分子量之比有关，并可由相对蒸发速度求出。机理：分子蒸馏机理是根据被分离混合物各组分分子平均自由程的差异。蒸发表面与冷凝表面之间距离小于轻相分子的平均自由程、大于重相分子的平均自由程时，轻相分子在碰撞之前便冷凝、不会被返回，而重相分子在冷凝之前便相互碰撞而返回、不发生冷凝，这样轻相重相便被分离开。分子自由程（1）分子在两次连续碰撞之间所走的路程的平均值叫分子平均自由程。（2）分子蒸馏是一种在高真空条件下，根据被分离混合物各组分分子平均自由程的差异进行的非平衡蒸馏分离操作。重要参数：分子蒸发速度、蒸汽压、分解危险度、分离因数。2、反胶束的形成、萃取及过程答：表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，当其浓度超过临界胶束浓度时，在有机溶剂内形成的胶束叫反胶束，或称反相胶束。在反胶束中，表面活性剂的非极性基团在外与非极性的有机溶剂接触，而极性基团则排列在内形成一个极性核。此极性核具有溶解极性物质的能力，极性核溶解水后，就形成了“水池”。萃取原理：蛋白质进入反胶束溶液是一种协同过程。即在两相（有机相和水相）界面的表面活性剂层，同邻近的蛋白质发生静电作用而变形，接着在两相界面形成了包含有蛋白质的反胶束，此反胶束扩散进入有机相中，从而实现了蛋白质的萃取。萃取过程是静电力、疏水力、空间力、亲和力或几种力协同作用的结果，其中蛋白质与表面活性剂极性头间的静电相互作用是主要推动力。根据所用表面活性剂类型，通过控制水相pH高于或低于蛋白质的等电点，达到正萃反萃的目的。利用表面活性剂在有机相中形成反胶团，反胶团在有机相中形成分散的亲水微环境，使一些水溶性生物活性物质，如蛋白质、肽、氨基酸、酶、核酸等溶于其中，这种萃取方法叫反胶团萃取。反胶束萃取是一种特殊方式的萃取操作，是利用反胶束将组分分离的一种分离技术。被萃取物以胶体或胶团形式被萃取。反胶团萃取蛋白质的“水壳模型”的过程：（1）蛋白质到达界面层，宏观两相（有机相、水相）界面间的表面活性剂层同邻近的蛋白质发生静电作用而变形。（2）蛋白质分子进入反胶团内，两相界面形成包含蛋白质的反胶团。（3）包含有蛋白质的反胶团进入有机相。3、双水相萃取的性质以及是如何萃取的。答：特点与技术特征：体系有生物的亲和性（生理基础为水溶液）；体系能进行萃取性的生物转化；体系能与细胞相结合，操作既能节省萃取设备和时间，又能避免细胞内酶的损失；亲和萃取可大大提高分配系数和萃取专一性；任何两相体系不要求特殊处理就可与后续纯化工艺相链接；开发廉价新型的双水相体系。萃取原理：依据物质在两相间的选择性分配。当萃取体系的物性不同时，物质进入双水相系后，由于表面性质、电荷作用和各种力（如疏水键、氢键和离子键等）的存在和环境因素的影响，使其在上下相中的浓度不同，从而达到萃取的目的。影响双水相萃取的因素：1、聚合物及其相对的分子量2、系数长度对分配平衡的影响3、离子环境对蛋白质在两相系统中的影响4、体系PH值影响5、温度的影响。双水相体系的形成、双水相体系萃取: 两有机物（一般是亲水性高聚物）或有机物与无机盐在水中以适当浓度溶解后，形成互不相溶的两相体系，每相中均含有大量的水（8595% ），此体系叫双水相体系。双水相体系形成后，利用双水相体系进行物质分离的操作叫双水相萃取。被分离物质是蛋白质、酶、核酸、颗粒、细胞、细胞碎片、细胞器等。双水相的形成：1、聚合物之间的不相容性，及聚合物分子的空间阻碍作用，相互间无法渗透，分为两相。2、两种聚合物水溶液的水溶性有差异，混合后发生分离，并且水溶性差别越大，相分离的倾向越大。3、加入盐分，由于盐析作用，聚合物与盐类溶液也能形成两相。双水相萃取工艺流程（1）目的产物的萃取；（2）PEG循环；（3）无机盐的循环4、超临界流体的性质以及流程答：性质：超临界流体的物性兼具液体性质与气体性质。它基本上仍是一种气态，但又不同于一般气体，是一种稠密的气态。粘度比液体小，密度与液体相近，扩散速度比液体快，有较好的流动性、传递性能和溶解性质。溶剂化能力等性质随温度和压力变化。萃取流程一般是由萃取阶段和分离阶段两步组成，中试规模是升温增压到一级萃取到二级萃取到升温降压。工艺流程：目的产物的萃取PEG的循环无机盐的循环。PEG的循环方法：a、加入盐使目标蛋白质转入富盐相来回收PEG;b、将PEG相通过离子交换树脂，用洗脱剂先洗去PEG，在洗出蛋白质。无机盐的循环：含磷酸钠的盐相冷却结晶离心机分离收集无机盐。概念：一种流体（气体或液体），当其温度和压力都超过其相应临界点值，则该状态下的流体称为超临界流体。以超临界流体为萃取剂进行物质萃取分离的操作叫超临界流体萃取。超临界流体热力学性质：超临界流体具有很高的萃取速度；具有选择性，萃取后分离也容易。超临界流体基本特性（传递性质）：超临界流体性质体现在密度、粘度 、扩散系数三方面。（1）超临界流体密度接近于液体。这样萃取能力与液体接近。（2）超临界流体扩散系数介于气体、液体之间，粘度接近于气体。这样总体传质性质类似于气体。（3）在临界点附近进行分离操作比在气液平衡区进行分离操作更有利于传热和节能。（4）流体在其超临界点附近压力或温度微小变化，都会引起密度相当大的变化。这样溶质在流体中溶解度也会产生相当大的变化。（5）自扩散系数：比液体大100倍左右。超临界CO2萃取剂的优点：（1）CO2临界温度（31.1）近于室温，按通常对比温度区域（1.01.4 ）适于热敏性物质；（2）CO2临界压力处于中等压力，按通常对比压力区域（16），目前工业水平易于达到；（3）超临界CO2具有无毒、无味、天然、不腐蚀、价格低、易于精制、易于回收等优点，无溶剂残留，无环境污染。常用于食品、药品等天然产物分离纯化研究方面；（4）超临界CO2还具有抗氧化、灭菌作用，有利于提高天然产物产品质量。依分离条件分超临界流体萃取分离操作基本模式 ：（1）恒温变压法：萃取器、分离器温度不变，升压后萃取，降压后分离。（2）恒压变温法：萃取器、分离器压力不变，升温或降温。（3）恒温恒压吸附法：在分离器中放置适当的吸附剂，利用吸附剂吸附萃取相中的溶质，从而将溶质与萃取剂分离开来。选择性的基本原则：操作温度和超临界流体的临界温度接近。T操=Tc；超临界流体的化学性质和待分离溶质的化学性质接近。T临界越接近T操，溶解度变大；T临界相同，与被萃取溶质化学性质越相似，溶解变大。5、滤饼过滤和深层过滤的区别答：滤饼过滤：固体颗粒在过滤介质表面积累形成滤饼，起初介质过滤为主，后期沉积的滤饼过滤为主。过滤在介质的表面进行，所以又称表面过滤。深层过滤：固体粒子在过滤介质的孔隙内被截留，分离过程发生在整个过滤介质内部。用深层粒状介质（砂、活性炭等）进行澄清过滤，也属深层过滤。6、浓差极化消除方法答：增大流速。设法增大流体流过膜表面的线速度。填料法：将29 100 mm的小球（玻璃或甲基丙烯酸甲酯）放入被处理的原料中，以减少膜边界层的厚度，增大透过速度。填料法对板框式和螺旋卷式组件不适合，因有堵塞流道的危险。脉冲法：使液流在脉冲条件下通过膜分离装置。搅拌法。增设湍流促进器：可用强化流态的多种障碍物，如对管式、中空纤维式组件可装螺旋档板，对板式、螺旋卷式组件可内衬网栅。 膜分离操作过程中被截留的溶质在膜上游一侧表面积累，造成膜表面到主体流之间的浓度梯度。当溶质在膜表面浓度超过主体溶液中浓度时，引起溶质从膜表面通过边界层向主体流扩散，此现象叫浓差极化（浓度极化）。7. 过滤和膜分离的区别答：过滤: 粒子分离，垂直流模式形成堆积层，导致越压越紧，使两个p出现很大差异性，分离差异大。膜分离：分子级水平，分子间空隙小于粒子间空隙，平行流，冲刷作用，停留在表面中分子级物质会带到溶液中，为避免浓差极化现象，可增加一个搅拌装置，震荡装置（有效降低粒子停留可能）。8. 膜分离在制药行业中的应用答：热敏性无菌制剂（除菌），无菌水制剂（除热源），膜浓缩（中药）。9.熔融结晶答：该技术是一种新型的化工分离技术，广泛应用于化工中间体、医药中间体、生化制品的精制提纯。主要分为两种不同的工艺：悬浮结晶法和动态熔融结晶法。与溶液结晶的区别：熔融结晶在结晶成分的熔点附近；溶液结晶取决于物系的溶解度。特点：缓慢冷却进料，使过饱和度减到最小，这不仅增加产量，还提高纯度，因为大结晶本身就易于排液和发汗来精制，且只需要最小的过饱和度。液相非均相物系以液体为分散介质悬浊液（液固悬浮） 泡沫液（液气泡沫） 乳浊液（液液乳油）1、粒度 颗粒粒度是颗粒体积的线性表征a、 筛分粒度：能通过颗粒的最小方孔宽度b、 表面粒度：与颗粒具有相同表面积的球体直径c、 体积粒度：与颗粒具有相同体积的球体直径2、球形系数 球的球形系数为1；越不规则的颗粒，球形系数越小液体的特性1、粘度（流体的反抗变形，变形力的表达）=过滤过滤基本条件：具有实现分离所需的设备（介质）过滤介质两侧有一定的压力差（推动力：重力，空气压力，真空压力或离心力，机械力（泵）过滤操作分两类：滤饼过滤（桥架现象），深层过滤（介质内部截留机制）过滤基本方程过滤影响因素：颗粒粒度；粘度p（推动力）浓度沉降分离:重力沉降；离心沉降1、膜分离：用天然的或合成的、具有选择透过性的薄膜为分离介质，膜两侧存在某种推动力（压力差、浓度差、电位差、温度差等）时，原料侧液体或气体混合物中的某一或某些组分选择性透过膜，从而达到分离、分级、纯化或富集的目的。这种物质分离的操作叫膜分离。分子级水平的过滤，物理过程2、膜分离物质传递方式：（1）被动传递。物质由高化学位相侧向低化学位相侧传递。化学位差（压力差、浓度差、电位差、温度差等）是物质传递的推动力。被动传递最常见。（2）促进传递。膜内有载体，在高化学位侧载体同被传递物质发生反应，在低化学位一侧被传递物与载体释放开。促进传递有很高选择性。（3）主动传递。膜中载体与被传物在低化学位一侧反应并释放能量。被传物由低化学位侧传到高化学位侧，逆化学位梯度方向传递。3、形式：超滤（压力差）、微滤（压力差）、反渗透（浓度差）4、分类：对称膜（均质）、不对称膜（层次结构不均匀）5、膜组成; 功能层（分离作用）；支撑层（增加抗压性能，机械强度）6、膜分离物质分离机理（筛分原理）（1）筛分模型。假定膜表面有无数微孔，微孔孔径分布均匀，大于孔径的物质被截留，小于膜孔径的穿过膜介质而达到分离目的。筛分机理依据分子大小差异分离，常用于微滤、超滤中。（2）溶解扩散模型。溶质和溶剂在膜相中溶解度和扩散性的差异。适用于致密膜的纳滤过程。溶质和溶剂在料液侧表面外吸附和溶解。它们在各自化学位差推动下仅以分子扩散方式（不存在分子之间相互作用）通过膜。溶质和溶剂在膜透过液侧表面解吸。7、分离膜两个基本特性：无论多薄必须具备两个界面。膜具有选择透过性。 8、实用分离膜应具备的基本条件：分离性；透过性；物理化学稳定性；经济性。9、膜分离的膜组件形式板框式；螺旋卷式；管式；中空纤维式。10、膜分离操作的死端操作和错流操作死端操作：所有原料液被强制通过膜，原料液流向与膜面垂直。膜面被截流组分不断增加，使得渗透通量不断减少。死端操作目标物回收率高，但渗透通量衰减严重。微滤常采用。错流操作：原料进入膜组件平行流过膜表面。沿膜组件不同位置，原料组成逐渐变化。错流操作有利控制膜污染，但回收率低。13、纳滤、超滤、微滤、反渗透相比膜孔径大小顺序微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜。14、微滤膜分离的截留机理（1）膜表面截留：机械截留作用：微粒粒径大于孔径或与孔径相当，利用筛分机理使微粒留在膜表面。物理作用或吸附截留作用：吸附及电性能的影响使微粒留在膜表面。架桥作用：颗粒直径与孔径相近或小于孔径，颗粒发生桥梁作用后被截留在介质表面。（2）膜内部截留：网络内部截留使微粒留在膜内部。颗粒直径小于孔口径、大于孔内径，被截留在孔内。颗粒直径小于孔内径，但靠附着力或已附着颗粒的堵截作用而被截留在孔内。1、吸附、吸附分离吸附是指流体（气体、液体）与固体多孔物质接触时，流体中一种或多种组分传递到固体多孔物质外表面或微孔内表面并附着在这些表面的过程。与吸附相对应的逆向过程称为解吸，即被吸附的溶质从吸附剂上洗脱下来。依靠吸附、解吸过程进行物质分离的操作称吸附分离。2、物理吸附、化学吸附及其区别理化指标物理吸附化学吸附理化指标物理吸附化学吸附吸附作用力范德华力化学键吸附速率快，活化能小慢，活化能大吸附热接近于液化热接近于化学反应热发生吸附温度低于吸附质临界温度高于吸附质沸点选择性低高可逆性可逆不可逆吸附层单或多分子层单分子层3、吸附质、吸附剂吸附分离过程中被吸附的流体称吸附质；能够吸附流体的多孔固体物质称吸附剂（吸附介质）。工业用吸附剂（1）活性炭：疏水性和亲有机物的吸附剂。 极性溶液中吸附非极性物质效果好（2）硅胶：亲水性的极性吸附剂。 非极性溶液中吸附极性物质效果好（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型。（5）吸附树脂: 有强极性、弱极性、非极性、中极性4大类。5、吸附分离的吸附过程（1）外扩散。分子通过吸附剂颗粒表面的气（液）膜扩散至颗粒表面。（2）内扩散。分子在吸附剂孔内扩散和沿孔壁表面的扩散，方向都指向颗粒中心。孔扩散和表面扩散是平行发生的。（3）表面吸附。分子被吸附剂表面所吸附。6、离子交换、离子交换剂、离子交换分离能够解离的不溶性固体物质在与溶液接触时，其解离的离子可与溶液中的离子发生交换反应，此过程称为离子交换，又叫离子交换吸附。带有可交换离子的不溶性固体物质称离子交换剂或离子交换树脂。利用离子交换剂与不同离子结合力的强弱，对溶液中离子进行分离的操作称离子交换分离。7、离子交换分离的离