制药分离工程

1、 分离操作主要分为机械分离和传质分离两类。2、 萃取是分离液体（或固体）混合物的一种单元操作。它是利用原料中组分在溶剂中溶解度的差异，选择一种溶剂作为萃取剂用来溶解原料混合物中待分离的组分，其余组分则不容或少溶于萃取剂中，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一相张，从而使溶质被分离。所以萃取属于传质过程。3、 中药材中的成分：1）有效成分，指起主要药效的物质，如生物碱、昔类、挥发油；2）辅助成分，指本身没有特殊疗效，但能增强或缓和有效成分作用的物质；3）无效成分，指本身无效甚至有害的成分，它们往往影响溶剂浸取的效能、制剂的稳定性、外观以至药效；4）组织物，是指构成药材细胞或其他不溶性物质，如纤维素、石细胞、栓皮等。4、 中药材的浸取过程：1）浸润、渗透阶段；2）解吸、溶解阶段；3）扩散、置换阶段。5、 浸取溶剂的选择原则：1）对溶质的溶解度足够大，以节省溶剂用量；2）与溶质之间有足够大的沸点差，以便于容易采取蒸馅等方法回收利用；3）溶质在溶剂中的扩散系数大和黏度小；4）价廉易得，无毒，腐蚀性小等。附：水为最长用的浸取溶剂，经济易得，极性大、溶解范围广，乙醇次之，是一种半极性溶剂。6、 浸取过程的影响因素：1）药材的粒度；2）浸取的时间；3）溶剂的用量及提取次数；4）浸取的时间；5）浓度差；6）溶剂的pH值；7）浸取的压力。7、 微波的基本作用原理：微波是指波长在1mm到Im范围的电磁波，介于红外与无线电波之间。微波以直线传播，并具有反射、折射、衍射等光学特性；大多数良导体能够反射微波不吸收，绝缘体可穿透并部分反射微波，通常对微波吸收较少，而介质如水、极性溶剂等则有吸收、穿透和反射微波的性质。8、 微波的主要特点：1）体热源瞬时加热；2）热惯性小；3）反射性和透射性。9、 微波协助浸取的影响因素：1）萃取剂的选择；2）pH值的影响；3）物料中水含量的影响；4）微波剂量的影响；5）萃取时间的影响；6）基体物质的影响。10、 液液萃取过程的影响因素：1）萃取剂的影响与选择原则；2）操作温度的影响；3）原溶剂条件的影响；4）乳化和破乳；11、 选择萃取剂的理论依据和基本原则：1）萃取剂的选择性系数要大；2）萃取剂与原溶剂的互溶度要小；3）萃取剂与稀释剂之间应有较大密度差，而且二者之间界面张力适中；4）萃取剂易回收；6）萃取剂还应经济性好，价廉易得，对设备腐蚀性小和安全性好。12、 超临界流体的特性：1）超临界流体的密度接近于液体；2）超临界流体的扩散系数介于气体与液体之间，其黏度接近气体；3）当流体状态接近临界区时，蒸发热会急剧下降，至临界点处则气-液相面消失，蒸发恰为零，比热容也变为无限大。4）流体在其临界点附近的压力或温度微小变化，从而使溶质在流体中的溶解度也产生相当大的变化。附：从节能的观点分析，模式1会由于存在液态溶剂在分离罐的蒸汽而消耗大量热能，但模式1的分离条件更易操作，因而较模式3、4常被使用，模式5、6属等呀变温操作，分离温度应大于还是小雨萃取温度取决于溶质在超临界流体中的溶解度与温度的关系。模式7属等温等压操作，流体不需反复升压与降压操作，简单又节能。13、 超临界萃取工艺的类型：降压法、变温法、和恒温恒压吸附法。14、 夹带剂：为提高单一组分的超临界溶剂对溶质的萃取能力，依待萃溶质的不同，适量加入适当的非极性或极性溶剂作共同试剂，即夹带剂。15、 反胶团萃取是一种发展中的生物分离技术。反胶团萃取的本质仍是液-液有机溶剂萃取，但与一般有机溶剂萃取所不同的是，反胶团萃取利用表面活性剂在有机相中形成的反胶团，从而在有机相内形成分散的亲水微环境，使生物分子在有机相（萃取相）内存在于反胶团的亲水微环境中，消除了生物分子，特别是蛋白质类生物活性物质难于溶解在有机相中或在有机相中发生不可逆变性的现象。附：反胶团——若向有机溶剂中加入表面活性剂，当其浓度超过临界胶团浓度时，便会在有机溶剂中形成聚集体，称为反胶团。反胶团的形状多为球形或近似球形，大小取决于盐的种类和浓度、溶剂、表面活性剂的种类和浓度以及温度等。胶团 将表面活性剂溶于水中，当其浓度超过临界胶团浓度时表面活性剂就会在水溶液中聚集在一起形成聚集体，称为胶团。16、 表面活性剂分子的聚集使反胶团内形成极性核，反胶团内溶解的水通常称为微水相或“水池”。17、“水池”的性质：可溶解氨基酸、肽、蛋白质等生物分子，为生物分子提供适宜存在的亲水微环境。18、 反胶团萃取过程：1）通过表面液膜从水相到达相界面；2）在界面处溶质进入反胶团中；3）含有溶质的反胶团扩散进入有机相。19、 双水相萃取技术作为一种新型的分离技术，克服了常规萃取有机溶剂对生物物质的变性作用，提供一个温和的活性环境，在萃取过程中具有保持生物物质活性及构象等明显的技术优势，并且取得了一些阶段性的成果。20、 双水相萃取的基本原理：两种物质混合时炳的增加与分子数有关，而与分子大小无关，分子间作用力与分子间混合炳相比起主要作用，即达到平衡后就有可能分成两相。特点：两相的水分都占85%-95%,且成相的高聚物和无机盐一般都是生物相容的，生物活性物质在这种环境中会提高它们的稳定性。21影响物质分配平衡的因素：1）高聚物的分子量；2）高聚物浓度——界面张力的影响；3）盐类的影响；4）pH值；5）温度。22、 双水相萃取的特点：1）易于放大；2）双水相系统之间的传质和平衡过程速度快，回收效率高，相对于某些分离过程来说，能耗较小，速度快；3）易于进行连续化操作，设备简单，且可直接与后续提纯工序相连接，无需进行特殊处理；4）双水相体系的相间表面张力大大低于有机溶剂与水相之间的相间张力，相分离条件温和，因而会保持绝大部分生物分子的活性，而且可直接用在发酵液中；5）影响双水相体系的因素比较复杂，从某种意义上说，可以采用多种手段来提高选择性和提高收率；6）操作条件温和，整个操作工程在常温常压下进行；7）不存在有机溶剂残留问题，高聚物一般是不挥发性物质，因而操作环境对人体无公害；8）亲和双水相萃取技术可以提高分配系数和萃取的专一性。23、 双水相萃取的应用：1）生物工程技术中物质的提取与纯化；2）中草药有效成分的提取；3）双水相萃取分析；4）稀有金属/贵金属分离。24、 过滤：过滤是使悬浮液通过能截留固体颗粒的并具有渗透性的介质来完成固-液分离的过程。附：影响过滤的因素——悬浮液的性质、过滤推动力、过滤介质与滤饼的性质。25、 粒度分布：以个数表示的粒度分布fN（x）；以长度表示的粒度分布fL（x）；以表面积表不的粒度分布fs（x）；以质量表不的粒度分布fM（x）。26、在过滤操作中，为了降低过滤阻力，增加过滤速率或得到高度澄清的滤液所加入的一种辅助性的粉粒状物质，称为助滤剂。附：常用的助滤剂有硅藻土、珍珠岩、石棉、活性炭、纸粕等。27、 滤饼洗涤：在除去滤饼之前，滤饼空隙中还有滤液，为了充分回收这部分滤液，或者是因为滤饼是有价值的产品不允许呗滤液所玷污时，都必须将部分滤液从滤饼中分离出来，因此，常利用水或其他溶剂对滤饼进行洗涤，洗涤后所得到的溶液称为洗涤液或洗液。限制滤饼增长的方法随其在工业上的利用范围而定，其一般分类如下：1）通过与过滤介质相切的或断离的质量力（重力或离心力）或电泳力使滤饼移走；2）用刷子、液体喷射、或刮刀使滤饼做机械的排除；靠间歇的逆流运动除去滤饼；靠震动作用阻止滤饼沉积；利用十字流过滤法，让料浆与过滤介质做切向运动，从而使滤饼受到连续的剪除。28、 间歇精馅的优点：可以采用单踏分离多组分混合物，获得各纯组分的产品；一塔多用，如根据需要处理不同的进料得到不同的产品，或处理同一进料得到不同纯度的产品；适于特殊场合，如高真空、高凝固点、高纯度、热敏性等；设备简单，操作灵活，投资少。间歇精馅有两种基本操作方式：精馅式和提馅式。29、 特殊间歇精馅过程：间歇共沸精馅；间歇萃取精馅30、 间歇共沸精馅是将足够量的共沸剂（也称夹带剂）随待分离原料一次性加入塔釜，在精馅过程中待分离共沸物中的一个组分形成新的一般是最低共沸点共沸物，并且首先从塔顶蒸出，知道塔釜内只剩下待分离共沸物中的另一组分（一般为目标产品组分），然后从塔顶蒸出产品。31、间歇萃取精馅是在精馅过程中，从塔上部向塔内持续加入适当选择的溶剂，以增大被分离组分间的相对挥发度，从而实现分离。附：适合间歇萃取精馅的混合物有两类：第一类是在全浓度范围内被分离组分间的相对挥发度接近于1、第二类是共沸物，其相对挥发度仅在共沸点及其邻近区域等于或接近于1,而且在其他区域相对挥发度远离1。板框压滤机：属加压过滤机，主要由固定板、虑框、滤板、压紧板和压紧装置组成。分子蒸馅也称短程蒸馅，是一种在高真空度条件下进行非平衡分离操作的连续蒸馅过程。

分子蒸馅过程：1）分子从液相主体到蒸发表面;2） 分子在液层表面上的自由蒸发；3） 分子从蒸发表面向冷凝面飞射；4） 分子在冷凝面上冷凝。32、制药常用蒸馅技术的概况技术种类基本原理及特征使用范围应用举例简单精馅靠液体混合物组分间沸点差很大实现分离设备：蒸馅器（无填料塔层或多层塔板）化学合成药物、天然药物的初分曷或预处理、部分非共沸物溶酶的回收反应合成产物的初分离；甲醇/乙二醇的分离间歇精馅靠液体混合物各组分沸点差实现分离设备：精馅塔（有填料层或多层塔板）化学合成药物、天然药物的分离提纯、非共沸物溶酶的回收抗肿瘤约榄香烯的分离提纯；丙酮/水的分离共沸精馅（间歇或连续）加入夹带剂与目标组分（产品或杂质）形成新的共沸物使原共沸物得到分离共沸物溶酶的回收乙醇/水的分离萃取精馅（间歇或连续）加入溶剂，在其伴随下共沸消失或组分间相对挥发度增大从而实现分离加盐精馅（间歇或连续）溶入盐改变混合物气液平衡形态，使共沸消失或组分间相对挥发度增大从而实现分离变压精馅（间歇或连续）改变操作压力，利用不同压力区域共沸组成的差别实现分曷水蒸气蒸馅在分离与水小&浴的周沸点物料的塔中加入过热水烝气或液态水，以降低蒸馅温度植物挥发油的提取或挥发油组分间的分离植物约J香酚的提取分子蒸馅依靠分子运动平均自由程的差别实现分离高沸点、热敏性药物和生物活性物质的提取和分离天然维生素E的提取33、 超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05pm-lrnn之间，实际应用中一般不以孔径表征超滤膜，而是以截留分子量（MWCO,又称切割分子量）来表征。34、 超滤膜的分离原理可用筛分机理来解释，其截留率取决于溶质的尺寸和形状。35、 超滤膜大分子较易截留的原因：在膜表面及微孔内的吸附（一次吸附）；在孔中的停留而被去除（阻塞）；在膜表面的机械截留（筛分）。一次吸附或阻塞程度主要取决于溶质的浓度、过滤量、膜与溶质间相互作用的程度等因素。当初始浓度搞、过滤压力大、膜薄、有表面活性剂存在时，一次吸附急增。36、 超滤膜多数为非对称膜，由一层极薄（通常仅0.1-川m）具有一定孔径的表皮层和一层较厚（通常为125pm）具有海绵状或指状结构的多孔层组成。前者其筛分作用，后者主要其支撑作用。37、 超滤膜的基本性能包括孔隙率、孔结构、表面特性、机械程度和化学稳定性等。38、 表征超滤膜性能的参数主要是膜的截留率、截留分子量范围和膜的纯水参透流率。39、 当溶剂透过膜，而溶质留在膜上时，膜面上溶质浓度增高，这种膜面上溶质浓度高于主体中溶质浓度的现象称为浓差极化。浓差极化可造成膜的通量大大降低，对膜分离过程产生不良影响，因此，实际操作过程尽量减小膜面上溶质的浓差极化作用。40、 影响超滤速度的因素：压力的影响；进料浓度的影响；温度的影响；流速的影响；41、 超滤技术的特点：操作过程不需要热处理，故对热敏物质是安全的；没有相变化，能耗低；浓缩和纯化可以同时完成；分离过程不需加入化学试剂；设备和工艺较其他分离纯化方法简单，且生产率高。42、 膜污染即是指膜在使用过程中，尽管操作条件保持不变，但其通量人逐渐降低。膜污染的主要原因是颗粒堵塞和膜表面物理吸附。膜污染包括：膜面与料液间分子作用；蛋白质类大溶质吸附；颗粒类大溶质沉积；无机化合物污染；蛋白质与生物污染。43吸附是指在一定的操作条件下，流体与固体多孔物质接触时，流体中的一种或多种组分传递到多孔物质表面和微孔内表面并附着在这些表面上的过程。其中被吸附的流体被称为吸附质。多孔固体颗粒称为吸附剂。吸附达到平衡时，流体的本体相元体称为吸附余相，吸附剂内的流体称为吸附相。44、吸附分离过程的分类：根据操作方式不同分为变温吸附分离、变压吸附分离、变浓度吸附分离、色谱吸附分离、循环吸附分离；根据吸附剂和吸附质的吸附作用不同分为物理吸附、化学吸附和交换吸附。45、常用吸附剂：活性炭、硅胶、氧化铝、聚合物吸附剂、沸石。46、 吸附剂的物理性能要求：必须有足够大的比表面积；具有较宽的孔径分布；吸附剂的尺寸应尽可能小，以增大外扩散传质表面，缩短粒内扩散的路程。47、 离子交换法是应用合成的离子交换树脂等离子交换剂作为吸着剂，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上，发生离子交换过程后，再用合适的洗脱剂讲吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩、提纯的目的，是一种利用离子交换剂与溶液中离子之间所发生的交换反应进行固-液分离的一种方法。48、 离子交换过程一般包括：将原料液进行预处理，使得流动相易于被吸附剂吸附；使原料液和离子交换剂充分接触，以便离子交换过程的进行；淋洗离子交换剂，以去除杂质；把离子交换剂上的有用物质解吸并洗脱下来；离子交换剂进行再生。影响选择性系数的因素：交联度对离子交换树脂的影响；反离子的影响；溶液浓度的影响；温度的影响。49、 强酸性阳离子树脂，以001X7型树脂为例，其交换反应如下：中和反应：RSO3H+NaOH^RSO3Na+H2O中性盐分解反应：RSO3H+NaClRSO3Na+HC1复分解反应：RSO3Na+KC1RSO3K+NaCl应用复分解反应原遍，可将青霉素斯盐转化成青霉素钠盐：RSONa+PenK^RSOK+PenNa50、 离子交换技术在制药工业中有着广泛应用，首先制药用的超纯水主要依靠离子交换方法提供，而抗生素、生化药物、药用氨基酸以及重要和其他药剂的提取、制备也都离不开现代离子交换提纯技术。离子交换树脂在制药中还可直接用作离散剂、缓释剂等。——1）软水和去离子水的制备；2）纯水的制备；3）从猪血水解液中提取组氨酸；4）抗生素分离提纯；5）离子交换树脂在中药中的应用。51、 色谱分离原理：色谱分离过程的实质是溶质在不互溶的固定相和流动相之间进行的一种连续多次的交换过程，他借溶质在两相间分配行为的差异而使不同的溶质分离。色谱的分类——按作用机理分：分子排阻色谱或凝胶过滤色谱、离子交换色谱、疏水作用色谱、亲和色谱；按使用目的分：分析用色谱；制备用色谱；流程用色谱。52、 色谱分离过程的基础理论：保留值，是色谱过程的基本参数之一，是色谱定性的基本依据，通常以保留时间t及容r量因子k，来表示；分离度，分离度定义为相邻色谱峰峰顶之间的距离除以此二色谱峰的平均宽度；53、 结品是固体物质以品体状态从蒸汽、溶液或熔融物质中析出的过程。结品过程可分为溶液结品、熔融结品、沉淀结品和升华结品四大类。附：结品过程的特点——1）能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中形成纯净的品体；2）结品过程可赋予固体产品以特定的品体结构和形态（如品形、粒度分布、堆密度等）；3）能量消耗少，操作温度低，对设备材质要求不高，一般亦很少有“三废”排放，有利于环境保护；4）结品产品包装、运输、贮存或使用都很方便。54、 品体粒度分布是品体产品的一个重要质量指标，它是指不同粒度的品体质量与粒度的分布关系。中间粒度定义为筛下累计质量分数为50%时对应的筛孔尺寸值。浓度恰好等于溶质的溶解度，达到图液相平衡时的溶液称为饱和溶液。溶液含有超过饱和量的溶质，则称为过饱和溶液。同一温度下，过饱和溶液的浓度差称为过饱和度。55、 空间结构不同的化合物称为立体异构体，其中不能重叠、互为镜像的立体异构体称为对映体，这一对分子就像人的左右手一样，具有手性。当药物分子中碳原子上连接4个不同基团时，该碳原子称为手性中心，相应的药物称为手性药物。56、 获得单一手性物质的方法：1）手性源合成法，以手性物质为原料合成其他手性化合物；2）不对称合成法，在催化剂或酶的作用下合成得到过量的单一对映体化合物的方法；3）混旋体拆分法，是在手性助剂的作用下，将混旋体拆分为纯的对映体。57、 离子交换过程的特点包括：1）体系总的电中性原则；2）很多离子交换过程就是化学反应过程，因此按照化学计量进行，通常交换容量与反离子的性质无关；3）离子交换过程几乎都是可逆的；4）离子交换是速率控制过程，通常由穿过交换剂外表面液膜的外扩散或在交换剂颗粒内部的内扩散过程来控制。作业题1、含浸出物质25%的药材50kg,第一级溶剂加入量与药材量之比为3：1,其他各级溶剂的新加入量与药材量之比为4:1,球浸取第一次和浸取第四次后药材中所剩余的可浸出物质的量，设药材中所剩余的溶剂量等于其本身的重量。解：药材中所含浸出物质总量G=12.5kg,药材中所剩留的溶剂量g'=50kg,浸取一次后所放出的溶剂量G'=150-50=100kg,由此：a=G'/g'=100/50=2第一次浸取后药材中所剩余的可浸出物质为g］为：.12.5/(1+2)=4.2kg第四次浸取后药材中所剩余的可浸出物质g4为：g4=12.5/(1+2)515kg2、某药材共100kg,将有效成分进出95%需要三次，试求进出溶剂的消耗量。已知药材对溶剂的吸收量为2,设药材中剩余的溶剂量等于本身重量。解：E=(Mn—1)/Mn,其中E=0.95,n=3,可解得M=2.7第一次浸取溶剂消耗量为：W=100X2X2.7=540kg第二次浸取溶剂消耗量为：W2=100X2X1.7=340kg第三次浸取溶剂消耗量为：W3=100X2X1.7=340kg溶剂总消耗量为：W=540+340+340=1220kg3、试简单说明单级液-液萃取图解法三角相图中个点的物理意义。\ 如图左，三个顶点分别代表三个纯组分，点A为纯溶质A,点B为纯稀释剂和点S为纯萃取剂S。三角形的三边分别表示相应的两个组分，即边AB表示组分A和组分B,点F表示组分A的含量为40%和组分| 的含量为60%。4：比较多易逆*萃取和多级错流萃取,说明两种操作方式各自的优缺点。答：多切逆流萃取的萃取效果好且萃取剂消耗少，在生产中广泛应用；多级错流萃取流程则是萃取的推动力较大，萃取效果较好，但所用萃取剂量太大，回收溶剂时能量消耗也较大，工业上少采用。5、 试给出分配系数与选择性系数。的定义。答：分配系数——分配系数为某种物质的未解离形态在两相中的活度之比；选择性系数P为组分A、B的分配系数之比。6、 比较植物药的浸取过程并说明异同。答：1)超临界萃取相比于一般过程，兼具精t留和液-液萃取的特点，操作参数易于控制,溶剂可循环利用，特别适合于分离热敏性的物质，且能实现无溶剂残留；2)超临界萃取与传统的溶剂法相比，收率高，有效成分高度浓缩，药理效果好，且毒性低。7、结合溶质在超临界CO2的萃取的优势与局限性。答：优势：1)CO2的临界温度为31.1度，适合于分离热敏性物质；2)CO2的临界压力(7.38MPa)处于中等压力，易达到；3)CO2无毒、无味、不燃、不腐蚀、便宜等优点；4）SC-CO2具有抗氧化灭菌作用，能保证天然产物的质量。局限性：1）CO2只能用作非极性的超临界萃取剂；2）单一的CO2超临界溶剂对溶质的溶解度和选择性有较大的局限性。8、 举例说明反胶团萃取与双水相萃取在制药领域中的应用及使用范围。答：反胶团萃取应用于：分离蛋白质混合物、浓缩a-淀粉酶、直接提取细胞内酶、蛋白质在反胶团内的重折叠。适用范围：反胶团萃取主要应用于一些带有电荷的蛋白质萃取。双水相萃取应用于：生物工程技术中物质的提取与纯化、中草药有效成分的提取、双水相萃取分析、稀有金属/贵金属分离。9、 什么叫非均相系？非均相系分离操作通常有哪几种方式？答：非均相系：在连续相和分散相之间存在着明显的相界面，机械分离过程。分离方式：1）沉降，包括重力沉降、离心沉降、电场磁场；2）过滤分离；3）离子交换分离；4）膜分离。10、 过滤操作的操作原理是什么？影响过滤操作的因素有哪些？答：过滤是利用某种多孔介质对悬浮液进行分离的操作。工作时，在外力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道流出，固体颗粒被截留，从而实现分离。影响过滤操作的因素：1）流体的特性，尤其是流体的黏度、密度、及腐蚀性；2）操作条件，如颗粒的流速、过滤压力等；3）颗粒类型，不可变型颗粒；4）过滤膜类型，如过滤膜的孔径跟结结；5）过滤材质，按与水的关系有亲水性和疏水性。11、 简述过滤介质的截留机理答：过滤介质是过滤中所用的可渗透性介质。由于滤浆中固体粒子的大小往往不一致，而所用的过滤介质的孔径往往比一部分颗粒要大，因而过滤开始的时候，会有一部分细小的粒子从介质中通过，但随着操作的继续进行，细小的粒子便可能在孔道上及孔道中构成“架桥"现象，使后来的颗粒不能通过。同时，由于滤饼中的孔道通常比过滤介质的孔道要小，滤饼本身能超截留粒子的作用。因此，只有滤饼形成之后才能得到澄清的液体，即过滤才真正有效,而且过程中逐渐增厚的滤饼才真正起到主要过滤介质的作用。12、 什么叫做离心分离因数？写出它的计算公式。答：离心分离因子是固体颗粒所受离心力F与重力G的比值，用Q表示：13、离心沉降与离心过滤