制药分离工程1-7章

制药分离工程1-7章

一、绪论

（3个对象、特点、分离技术、特征、举例）

?对象：生物制药、化学制药、中药制药

?生物制药：利用生物体、生物组织或其他成分，综合应用生物学、

生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学等的原理与方法进行加工，

制造而成的一大类预防、诊断、治疗制品。

?生物制药举例：1982年第一个用重组dna技术生产的生物医药产品，

人胰岛素出现，此后以基因重组为核心的生物技术所开发研究的新药数目

一直居首位。

?化学制药：由化学结构比较简单的化工原料经过一系列化学合成和

物理处理过程制得；或由已知具有一定基本结构的天然产物经过对化学结

构进行改造和物理处理过程制得？化学制药举例：在研究天然药物化学

结构的基础上，通过人工合成和结构改造，获得了新的化学药品，如通过

可卡因的改造，发明了一系列结构简单的局麻药（普鲁卡因、丁卡因等）；

20世纪30年代一系列磺胺类药物的发明是化学治疗的又一新的里程碑，

从此人类有了对付细菌感染的有效武器；

?中药制药：中药以天然植物药、动物药和矿物药为主，但自古以来

也有一部分中药来自人工合成；中药具有明显的特点，其形、色、气、味、

寒、热、温、凉、升、降、沉、浮是中医几千年来解释中药药性的依据,

并受阴阳五行学说的支配。

?中药制药举例：唐代孙思邈的《千金方》中，就有制药总论专章,

叙述了制药理论、工艺和质量问题。

?制药过程均包括原料药的生产和制剂生产两个阶段，在制药分离工

程中，将主要研究原料药生产过程中的分离技术。

?制药分离原理：

利用待分离的物质中有效活性成分与共存杂质之间在物理、化学和生

物学性质上的差距进行分离。分离操作通常为机械分离和传质分离两大类。

机械分离的对象是非均相混合物，可根据物质的大小、密度和差异进行分

离，传质分离主要用于各种均相混合物分离，常用的传质分离过程又分为

平衡分离过程和速率分离过程。

二、固液萃取

（多出题！适用范围、浸取过程影响因素、浸出方法、浸出时间计算、

浸取工艺分类及设备）？概念

1）有效成分：指起主要药效的物质；

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；

4）组织物：是指构成药材细胞或其他不溶性物质；

?单级浸取计算（书本例题）

进行n级浸取时，第n次浸取后，剩余在药材中的浸出物质量为：

gn=G/（l+a）n

a=G'/g'

G为药材所含待浸取的物质量；G'为浸出后所放出的溶剂量；g'为

浸出后剩余在药材中的溶剂量；g为浸出后残留在药材中浸出物质量

?浸取操作有三种基本方式：单级浸取、多级错流浸取、多级逆流浸

取。（概念区别）

?多级逆流萃取：溶剂与浸出液以相反方向流过各级的浸出方法。

?浸取工艺分类：可分为单级浸出工艺、单级回流浸出工艺、单级循

环浸出工艺、多级浸出工艺、半逆流多级浸出工艺、连续逆流浸出工艺六

种。

?

1）

2）

3）

浸取设备分类：按操作方式可分为间歇式、半连续式和连续式；按

固体原料的处理方法，可分为固定床、移动床和分散接触式；按溶剂和

固体原料接触方式，可分为多级接触型和微分接触型；

?浸取强化技术：超声波协助萃取；微波协助萃取（基本特点？）

?

?

?

?

1）

2）超声波协助萃取：安全、高效微波协助萃取：快速、高效、安全、

节能等浸取过程：浸润、渗透、解析、溶解、扩散、置换。浸取过程的

影响因素：药材的粒度：粉碎得愈细浸出愈好，但粉碎过细，反而不利

于浸出；浸取的温度：温度升高有助于有效成分浸出，但也可能导致不

耐热成分或挥发性物质分解、变质或挥发散失，故需控制适宜的温度，过

低浸出慢，过高杂质浸出多；

3）溶剂的用量及提取次数：在定量溶剂条件下，多次提取可提高提取

收率；

4）浸取的时间：一般来说浸取时间和浸取量，但当扩散到达后，时间

即不起作用。故适当

延长浸取的时间，太久会影响浸取液质量；

5）浓度差：浓度差越大浸出速度越快，适当地扩大浸取过程的浓度差;

6）溶剂的ph值：根据需要提取的物质调节ph值；

7）浸取的压力：加压会加速浸润过程，药材组织内更快充满溶剂，有

利于浸取；

三、液液萃取

（三角相图、液液萃取影响因素、微分接触萃取过程、认识几种液液

萃取设备、提高传质的因素、液泛和返混名词解释）

?液液萃取过程基本原理：三角形相图

?在溶解度曲线上的点k处，联结线变成一个点，即e相和r相合为

一个相，此点k成为

临界混溶点。

?液液萃取过程影响因素:

1）萃取剂的影响与选择原则；

①萃取剂的选择性与选择性参数；选择性系数大的利于传质分离；

②萃取剂与原溶液的互溶度；

③萃取剂物理性质；应与稀释剂之间存在较大的密度差；

④萃取剂的化学性质；应选择化学稳定性好，不易分解，闪点高，

对人性无毒或低毒；⑤萃取剂的回收；

⑥萃取剂应经济性好，廉价易得；

2）操作温度的影响；选择较低的操作温度，能够获得较好的分离效果,

但温度过低，会使

液体粘度过大，扩散系数减小，不利于传质；

3）原溶剂条件的影响；

①Ph值；影响弱酸或弱酸性药物的分配系数，选择至关重要；

②盐析；无机盐类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，还能减小有机溶剂在水中的溶解度；

③带溶剂；能和产物形成复合物，使更易溶于有机溶剂相中，在一

定条件下又很容易分解；

4）乳化和破乳；应防止乳化和破乳；

?微分接触萃取的过程

原料液由塔的上部进入，萃取剂从塔底进入，两相呈逆流流动；两相

在流动过程中进行质量传递，其浓度沿塔高呈连续微分变化；两相的分离

在塔的上下两端进行。

轻液出口

重液进口

轻液进口

?液液萃取设备：（什么过程适合用什么设备）

1）分级接触式萃取设备：（特点：每一级都为两相提供良好的接触及

分离，级与级之间每

一相的浓度呈梯级式的变化。）

①混合澄清器；

②筛板萃取塔；

2）连续微分接触式萃取设备：（特点：分散相和连续相呈逆流流动，

每一相的浓度都呈微

分式的变化，分散相的聚集及两相的分离是在设备的一端实现的。）

①填料萃取塔；

②脉冲筛板塔；

③往复振动筛板塔；

④转盘萃取塔；

⑤离心萃取器；

?液泛：分散相和连续相在萃取塔内做逆向流动时,两相之间的流动

阻力随两相流速的增

加而增加，当流速增加到一定程度时，两流体相互之间会产生严重的

夹带而发生液泛。

?返混：若塔内有一部分液体的流动滞后于主体流动，或者向相反方

向运动，或者产生不

规则的漩涡流动，这些现象总称为返混。

?

1）

2）

3）

那些因素能够提高传质？使分散相有足够的分散度；两相充分混合;

采用多次分散操作和凝聚的分级接触式；

四、超临界流体萃取

（内容较少、超临界流体的特性、作业）

?超临界流体具有如下的特性：

1）超临界流体的密度接近于液体；由于溶质在溶剂中的溶解度一般与

溶剂的密度成正比，

因此超临界流体具有与液体溶剂相当的萃取能力。

2）超临界流体的粘度和扩散系数与气体的相近，因此超临界流体具有

气体的低粘度和高渗

透能力，故在萃取过程中的传质能力远大于液体溶剂的传质能力

3）当流体接近于临界点时，气化热将急剧下降。当流体处于临界点时，

可实现气液两相的

连续过渡。此时，两相的界面消失，气化热为零。由于超临界萃取在

临界点附近操作，因而有利于传热和节能

4）在临界点附近，流体温度和压力的微小变化将引起流体密度相当大

的变化，从而引起流体

溶解能力的显著变化

?超流体二氧化碳的优点和特征

1）二氧化碳临界温度接近与室温，该操作温度范围适合于分离热敏性

物质；

2）其临界压力处于中等压力，就目前工业水平其超临界状态一般易于

达到；

3）具有无毒、无味、无溶剂残留、不燃烧、不腐蚀、价廉易得且易于

精制和回收等优点

4）并具有抗氧化灭菌作用，这对保证和提高天然产品的质量是极其有

利的。

?超临界萃取技术的局限性：

1）超临界二氧化碳萃取技术是高压技术，高压设备的昂贵使工艺设备

一次性投资大，对操

作人员素质要求较高，因而投资风险大，在成本上常难以与传统工艺

竞争；

2）人们对超临界流体状态本省尚缺乏透切理解，对其热力学及传质理

论研究不如传统分离

技术成熟，有关实验和理论的积累离实际的需要有一定的距离；

3）商业规模上的工艺和模式运行仅有少数获得成功；

4）商业利益促使的技术保密因素制约着该技术的发展；

5）由于高压技术在大规模的工业生产应用有减少趋势，主要适用于高

附加值、热敏性成分

的萃取分离

五、反胶团萃取与双水相萃取

(反胶团相关概念、反胶团特性、影响因素选择题、双水相萃取影响

因素、常用体系、这两种方法的优点与特点)

?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

溶剂中也形成聚集体，成为反胶团。

?在反胶团中有一个极性核心，它包括了表面活性剂的极性头所组成

的内表面、抗衡离子

和水,被形象地称为“水池二

?原理：

表面活性剂在非极性的有机相中超过临界胶团浓度而聚集形成反胶

团，在有机相内形成分散的亲水微环境，使蛋白质类生物活性物质溶解其中,

避免在有机相中发生不可逆变性现象

?特性：

反胶束的大小与溶剂和S的种类与浓度、温度、I等因素有关，一般

为5〜20nm,R用下式计算：

R=3W0VW/AS

WO-有机相中水与S的摩尔比，又称为含水率

(watercontent)；

VW-水分子体积；

AS-每个S分子所占有的面积。

?水池的性质：（有要求吗）（好像没有，选择着看吧）

当W0较低（如S=AOT：阴离子型,W0=6〜8）时，微水相的水分子受S

亲水基团的强烈束缚，表观粘度上升50倍，疏水性也极高。

随W0的增大，这些现象逐渐减弱，当W0>16时，

微水相的水与正常的水接近，

反胶团内可形成双电层。

但即使当W0值很大，水池内水的理化性质也不能与正常的水完全相

同，特别是在接近S亲水头的区域内。

?双水相体系：是指某些有机物之间或有机物与无机盐之间，在水中

以适当的浓度溶解后

形成互不相溶的两相或多相水相体系。

?双水相萃取基本原理：物质进入双水相体系后，由于表面性质、电

荷作用和各种力的存

在和环境因素的影响，在上相和下相间进行选择性分配，这种分配关

系与常规的萃取分配关系相比，表现出更大或更小的分配系数。根据物质

在两相间的选择性分配而分离。

?影响物质分配平衡的因素：

1）高聚物的分子量；高聚物的分子量降低，可溶性生物大分子将更多

地分配于该相；

2）高聚物浓度；总浓度越高，蛋白质越容易分配于其中的某一相；

3）盐类；加入适当的盐类可大大促进带相反电荷的两种蛋白质分离;

4）Ph值;

5）温度；温度越高发生相分离所需的高聚物浓度越高；适当提高操作

温度，体系粘度较低，

有利于分离

?双水相萃取的特点：

1）易于放大；Albertson证明分配系数仅与分离体积有关，各种参

数可以按比例放大而

产物收率并不降低，这是其他过程无法比拟的，这一点对于工业应用

尤为有利；

2）双水相系统之间的传质和平衡过程速度快，回收率高，相对于某些

分离过程来说，能耗

较小，速度快。如选择适当体系，回收率可达80%以上，提纯倍数可

达2-20倍；

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）双水相体系的相同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，可采取多种手

段来提高选择性或提

高收率；

6）操作条件温和，整个操作过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；

?常用的双水相体系：

?聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dextran,DEX）,

?聚乙二醇/聚乙烯醇，

?聚乙烯醇/甲基纤维素，

?聚丙二醇/葡聚糖，

?聚丙二醇/甲氧基聚乙二醇

六、非均相分离

（多内容！物料的性质、过滤是重点、过滤影响因素、过滤基本操作、

过滤设备、过滤介质、过滤机理、分离因子计算、离心沉降设备、旋风分

离器、影响因素、重力沉降三种力、三种分离特点）

?固体颗粒特性：

（1）比表面积：单位质量多孔颗粒所具有的表面积，单位是m2/g。

（2）孔隙度：颗粒之间的孔隙体积与其表观体积之比。

（3）流动性：颗粒体特别是较大的颗粒，自然堆积时，没有团聚效

应，孔隙度稳定，表观有明显的流动性。

（4）颗粒形状：大多不规则。

（5）颗粒尺寸：粒径与粒径分布

a）当量球径：与颗粒本身特性成等值的当量球体所具有的直径；

b）当量园径：与颗粒的轮廓投影成等值的当量园所具有的直径；

c）统计直径：对颗粒图象按一定的平行测取的线性尺寸；

d）当单个颗粒的粒径定义后，求出不用吃春粒径在给定的颗粒群中各

自所占比例或百分数

即代表该柯立群的粒度分布；

（6）颗粒密度

（7）黏性和散粒性：分子力，毛细管粘附力，静电力。

（8）电性：粒子的种类、温度和湿度都影响粒子的荷电性。

?液体的特性：

（1）密度；升高液体的温度，可以使液体密度下降，溶液可通过改

变溶质的浓度改变密度；

（2）黏度；是指液体分子间在外力作用下相对摩擦的摩擦阻力的大

小；通常温度越高，液体的黏度越小；

（3）表面张力；是指通过液体表面上的任一单位长度，并与之相切

的表面紧缩力；

（4）挥发性；易挥发的液体，不仅损失有价值的滤液而且会降低真

空度，污染真空泵油，所以不宜采用真空过滤；

?悬浮液的特性：

（1）密度

（2）黏度，随固相浓度的增大而增大；

（3）固含量，用固体颗粒的质量占悬浮液总质量的百分数来表示，

称做质量百分含量；固含量达到一定值后，颗粒间距小，互相制约，将在

沉降分离中出现干涉沉降的现象，进而影响沉降速度。

（4）电动现象及C电位；固体晶格不完整时，会使晶体表面有剩余

离子，或是一些低溶解度的离子型晶体，在水中就会由于水的极性使周围

有一层电荷所环绕，形成双电子层。

?过滤：使悬浮液通过能截留固体颗粒的并具有渗透性的介质（多孔

介质或筛网）来完成

固液分离的过程

?常用的过滤介质：

1）织物介质；又称滤布，由棉、毛、丝、麻等天然纤维和各种合成纤

维制成的织物，以及

玻璃丝和金属丝织成的网。滤布的选择视所过滤粒子的大小、液体的

腐蚀性、操作温度以及对强度和耐磨性的要求等条件而定。有时还需将多

层滤布叠合使用。

2）粒状介质；由细砂、石砾、玻璃喳、木炭屑、骨炭以及酸性白土等

细小坚硬的颗粒状物

料做堆积层，多用于城市和工厂给水设备中的滤池以及过滤含滤渣较

少的悬浮液的场合。多用于深层过滤。

3）多孔固体介质；由具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多

孔塑料或多孔金属制

成的板状或管状介质。此类介质多耐腐蚀，且孔道细微，适用于处理

只含少量细小颗粒的腐蚀性悬浮液及其他特殊场合。

?过滤的基本操作：（有要求吗）（好像没有，选择着看吧）

（1）过滤介质：织物介质、粒状介质、多孔固体介质

（2）过滤中的阻塞现象

(3)延迟滤饼过滤(搅动着)

(4)助滤剂：硅藻土、珍珠岩、石棉、活性炭、纸粕

(5)滤饼洗涤

?过滤设备：

1)真空吸滤器；

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

1)

2)

3)

4)

5)转筒真空过滤机；板框过滤机；叶片压滤机；管式过滤器；袋

式过滤器；空气过滤器；单元式空气过滤器；影响过滤速率的因素：从

进料侧至过滤介质另一侧的压力降；过滤面积；滤液粘度；滤饼阻力；

过滤介质和初始滤饼层的阻力；

?过滤的基本理论：速率方程

?离心分离：利用离心力作为推动力分离液相非均一系的过程，其设

备称为离心机。离心

机可分为沉降离心机和离心过滤装置。

?离心分离原理：离心力使比液体致密的固体颗粒沿半径向旋转的器

壁迁移（称为沉降），

而密度低于液体的颗粒则沿半径向旋转的轴迁移直至达到气液界面

（称为浮选）。如果器壁是开孔的或是可渗透的，则液体穿过沉积的固体

颗粒的器壁。

?离心分离因子的计算（书本例题）

?旋风分离器原理：

含尘气体以很大的速度，约20-30m/s,沿切线方向进入旋风分离器壳

体内进行旋转，悬浮颗粒在离心力的作用下甩向周边，与器壁撞击后，失

去动能而沿壁落在灰斗中，由下部除尘管排出。净制后的气体到达底部后,

在中心轴附近，又形成自下而上的旋转，最后由顶部排气管排出。

?重力沉降：受到三力作用，重力，浮力和运动阻力。

?重力沉降的过程和影响因素

?重力沉降设备有：重力气体除尘室，连续沉降器。

?过滤、离心分离和重力沉降各自的优点与特点。

七、精储技术

（多内容！113页表格、间歇蒸储的影响因素、间歇蒸储的优点、两

种方式、水蒸气蒸储原理、水蒸气的性质、分子蒸储与普通蒸偏区别、分

子蒸储基本概念和计算）

?影响间歇精播的主要因素：

1）相对挥发度；相对挥发度越大，越容易分离，当相对挥发度等于1

时，组分间不能用精

储分离，相对挥发度与1差距越大，组分间的分离越容易，反之越难；

2）理论塔板数；理论板数越高，能达到的产品纯度和收率越高；

3）塔内持液量；间歇精储时除塔釜存有被分离物料外，塔板上、塔板

冷凝器内以及回流系

列均存在一定量的持液。各部分持液对组成变化具有阻滞和延缓作用,

对产品收率和操作时间有着显著影响：a）使开工时间延长；b）使分离

难度加大；c）延缓塔内浓度变化；

4）操作压力；选择不同的操作压力可以将精储塔的操作温度控制在适

宜的范围。

5）回流比；回流比是间歇精储塔最重要的操作控制参数，直接决定着

产品的纯度、收率、

操作时间以及过渡储分量。回流比越大，塔顶易挥发组分浓度越高，

同时产品储出速率越小，操作时间越长。回流比越高，过渡储分分量越小，

分离效果越好。

6）上升蒸汽流率；在保证精储塔具有足够理论塔板数的前提下，上升

蒸汽流率越大，则相

同回流比下产品储出速率越大，过程操作时间越短。

?间歇精储有两种基本操作方式：精储式和提储式。

1）精馄式间歇精储:原料一次性加入塔釜,经升温气化、全回流操作、

部分回流操作及产

品和中间微分在塔顶排出。塔顶储出液的沸点逐步提高，高沸物和不

挥发性物质最后一次从塔釜排出。目标产品为轻组分。

2）提储式间歇精储：原料一次性加入塔顶贮罐，逐步加入塔内，经升

温气化、全回流操作

及产品和中间福分从塔釜排出，塔釜产品的沸点逐步下降。目标产品

为重组分。

?间歇精微的优点？

a）可以采用单塔分离多组分混合物，获得各纯组分的产品；

b）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；

c）适用于特殊场合；如真空、高凝固点、高纯度、热敏性等；

d）设备简单，操作灵活，投资少。

?水蒸气蒸储原理：

不互溶液体的独立蒸气压原理。若将水蒸气直接通入被分