青霉素溶剂萃取

青霉素萃取溶剂
根据相似相溶的原理，选择与目的物 结构相近的溶剂 分子结构相似:组成,官能团
根据萃取目标物的介电常数寻找极性相 近的溶剂为萃取溶剂.
青霉素萃取溶剂
不同的萃取剂对溶质的萃取效果不同。 如疏水性的青霉素G和V酸性很强，其 pKa值为2.5～3.1，相对分子质量分别为 pKa 2.5 3.1 334和350，适宜用有机溶剂从发酵液中 萃取，在pH 2.5～3.0范围内，用乙酸戊 酯和乙酸丁酯作为萃取剂的萃取效率高 （如下表
工作原理是使液体在一定流速下在管道中形成湍流状态。 因为液体在管道中流动时不外乎两种流态，即滞流和湍流。 所谓滞流是指在同一截面上的不同点的流体的流动方向是相 互平行的；而在湍流时，各点的运动方向是不规则的，易于 达到混合。－般来说，管道萃取的效率比搅拌罐萃取来得高， 且为连续操作。
分离设备
青霉素萃取设备（1）管式离心机
青霉素萃取操作条件物料性质
而当含水量较低时，水分子主要以非连续的单分子层 形式存在。可见，破坏传质界面的连续水膜，使溶质 与溶剂之间进行有效的接触，形成连续的主体传质体 系就可减小水分的影响。超临界流体的极性是影响萃 取速率的又一因素。在弱极性的溶剂中，强极性物质 的溶解度远小于非极性物质，可萃取性随极性增加而 降低，如超临界CO2是一种非极性溶剂，因此，它非 常适用于弱极性物质的萃取。通过使用不同的夹带剂 来改变COz的极性，使萃取范围扩大，可萃取极性较 强的物质
青霉素萃取方式
L1
多级逆流萃取
L2
S L3
混 和 器
分 离 器
混 和 器
分 离 器
混 和 器
分 离 器
F
第二级 第一级 第三级 图 9-3 多级逆流萃取（符号说明同图9-1）
R3
注意
在多级逆流萃取中，在第一级中加入料液，并逐渐向下一级 移动，而在最后一级中加入萃取剂，并逐渐向前一级移动。 料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为逆流萃取 （图9-3）。在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂， 故和错流萃取相比，萃取剂的消耗量较少，因而萃取液平均 浓度较高。
青霉素萃取操作条件pH
图3 萃取率与萃取pH的关系 从图看到：随着青霉素萃取 操作的pH值的降低，单级萃取 率急剧升高，直到pH<2.5曲线 才开使平缓。因此，应当采用低 pH值萃取(pH=1.8～2.2)，以到 达最大萃取率。但是，由于青霉 素的离解是一个动态平衡，当分 子态的青霉素被萃取到有机相时， 离子态的青霉素会向分子态转化 以维持平衡，而且pH＝3.0条件 下单级萃取率仍可以达到80%以 上。
青霉素萃取操作条件
根据以上因素， 根据以上因素，我组选定青霉素萃
取工艺在压力为中压，pH=3.0±0.2， 取工艺在压力为中压，pH=3.0±0.2，温度为 压力为中压 低温(5 ℃)下进行，可以使产品的质量和收 下进行， 低温 下进行 率有所提高，生产的能耗和物耗也明显降低。 率有所提高，生产的能耗和物耗也明显降低。
图 9-8
G F -1 0 5 管 式 超 速 离 心 机 外 形 图
⑶离心萃取器 离心萃取器是利用离心力的 作用，使两液相快速混合、 作用，使两液相快速混合、快速 分离的一类萃取装置。 分离的一类萃取装置。 离心萃取器种类很多， 离心萃取器种类很多，广泛 应用于制药、香料、 应用于制药、香料、废水处理等 离域。 离域。 转筒式离心萃取器 如图所示， 如图所示，转筒式离心萃取 器结构简单，造价相对较低， 器结构简单，造价相对较低，传 质效率高，易控制，运行可靠。 质效率高，易控制，运行可靠。
设计青霉素溶剂萃取方法
目录
青霉素的性质 青霉素萃取溶剂 青霉素萃取操作条件 青霉素萃取方式 青霉素萃取设备
青霉素的理化性质
青霉素本身为一元酸，可与钾、 青霉素本身为一元酸，可与钾、钠、镁、钙、铝和铵等化 合成盐类。 合成盐类。 易溶于水，游离酸易溶于醇、 酯等一般有机溶剂。 易溶于水，游离酸易溶于醇、酮、醚、酯等一般有机溶剂。 游离酸或盐类的水溶液均不稳定，极易失去抗菌效力。 游离酸或盐类的水溶液均不稳定，极易失去抗菌效力。 不耐热，一般保存于冰箱中，但青霉素盐的结晶纯品， 不耐热，一般保存于冰箱中，但青霉素盐的结晶纯品，在 干燥条件下可于室温保存数年。 干燥条件下可于室温保存数年。 青霉素的抗菌效力与其分子中的β 内酰胺环有关。 青霉素的抗菌效力与其分子中的β-内酰胺环有关。
萃取过程中，SF密度的变化直接影响萃 取效果。萃取压力是影响SF密度的重要 参数。压力的变化能显著提高SF溶解物 SF 质的能力。根据萃取压力的变化，可将 SFE分为3类： (1)高压区的全萃取。高压时，SF的溶解 能力强，可最大限度地溶解所有成分；
青霉素萃取操作条件压力
(2)低压临界区的萃取，仅能提取易溶解的成分， 或除去有害成分； (3)中压区的选择萃取，在高低压之间，可根据 物料萃取的要求，选择适宜的压力进行有效萃 取。当压力增加到一定程度后，则溶解增加缓 慢，这是由于高压下超临界相密度随压力变化 缓慢所致。另外，压力对萃取效果的影响还与 溶质的性质有关。
1 E ϕ = 1−ϕ = E +1 E +1
式中 ϕ——萃取因素。 由E可求得未被萃取的分率 E 和理论收得率1- ϕ ：
青霉素萃取方式
S1
混 和 器 分 离 器
多级错流萃取
L1
S2
混 和 器 分 离 器
L2
S3
混 和 器 分 离 器
L3
F
第一级
R3 R1
第二级
R2
第三级
图9-1 多级错流萃取 F-料液 S-溶媒 L-萃余液 下标1，2，3-级别
青霉素萃取操作条件温度
由图可见，温度升高 青霉素的稳定性急剧 下降，即温度越低越 稳定。工厂都在 pH=2.0下操作，所以 只能选择在低温(5 ℃)下进行，以减少因 降解而造成的损失， 这大大增加了操作能 耗。
图5 温度对青霉素半衰期的影响
青霉素萃取操作条件温度
而将萃取操作的pH提高到 ， 而将萃取操作的 提高到3.0，操作温度就可 提高到 以提高。另一方面，大量实验证明， 以提高。另一方面，大量实验证明，在低温下 萃取，乳化严重，提高温度将有利于两相分离， 萃取，乳化严重，提高温度将有利于两相分离， 对操作是有利的。以年产1 kt青霉素的规模 对操作是有利的。以年产 青霉素的规模 计算，每年的冷却费用在200万元以上。而将 万元以上。 计算，每年的冷却费用在 万元以上 萃取pH提高到 提高到3.0，萃取操作温度可以从低温 萃取 提高到 ，萃取操作温度可以从低温 提高到常温，节省了大量的能源。同时， 提高到常温，节省了大量的能源。同时，实验 证明， 证明，有机萃取剂的萃取率随温度升高也有所 上升。 上升。
青霉素萃取操作条件物料性质
物料的粒度影响萃取效果，一般情况下，粒度越小， 扩散时间越短，有利于SF向物料内部迁移，增加了传 质效果，但物料粉碎过细会增加表面流动阻力，反而 不利于萃取。对于多孔的疏松物料，粒度对萃取率影 响较小，菌体脂肪存在于细胞内，萃取脂肪时，应考 虑使细胞破壁。水分是影响萃取效率的重要因素。物 料中含水量较高时，其水分主要以单分子水膜形式在 亲水性大分子界面形成连续系统，从而增加了超临界 相流动的阻力，当继续增加水分时，多余的水分子主 要以游离态存在，对萃取不产生明显的影响。
青霉素萃取方式
单级萃取
单级萃取只包括一个混合器和一个分离器。料液 F和溶剂S加入混合器中经接触达到平衡后，用 分离器分离得到萃取液L和萃余液R。如分配系 数为K，料液的体积为VF，溶媒的体积为VS， 则经过萃取后，溶质在萃取相与萃余相中数量 之比值为
青霉素萃取方式
= V V
E
K
S F
K = CS / CF
青霉素萃取操作条件
萃取剂流量、萃取时间
在超临界流体萃取过程中，萃取剂流量一定时， 在超临界流体萃取过程中，萃取剂流量一定时，萃取 时间越长，收率越高。萃取刚开始时， 时间越长，收率越高。萃取刚开始时，由于溶剂与溶 质未达到良好接触，收率较低。随着萃取时间的加长， 质未达到良好接触，收率较低。随着萃取时间的加长， 传质达到某种程度，则萃取速率增大， 传质达到某种程度，则萃取速率增大，直到达到最大 之后，由于待分离组分的减少， 之后，由于待分离组分的减少，传质动力降低而使萃 取速率降低。萃取剂的流量主要影响萃取时间。 取速率降低。萃取剂的流量主要影响萃取时间。一般 来说，收率一定时，流量越大，溶剂、 来说，收率一定时，流量越大，溶剂、溶质问的传热 阻力越小，则萃取的速度越快， 阻力越小，则萃取的速度越快，所需要的萃取时间越 但萃取回收负荷大， 短，但萃取回收负荷大，从经济上考虑应选择适宜的 萃取时间和流量。 萃取时间和流量。
青霉素萃取设备碟片式离心机
此类离心机适用于分离乳 浊液或含少量固体的乳浊液。 浊液或含少量固体的乳浊液。 其结构大体可分为三部分： 其结构大体可分为三部分： 部分是机械传动部分； 第－部分是机械传动部分； 第二部分是由转鼓碟片架、 第二部分是由转鼓碟片架、 碟片分液盖和碟片组成的分 离部分； 离部分；第三部分是输送部 分，在机内起输送已分离好 的两种液体的作用， 的两种液体的作用，由向心 泵等组成。 泵等组成。
连续逆流离心萃取机优点
1、占用空间小：电机直接驱动、无传动附件，结构 紧凑、节省占地面积和操作空间； 2、适应性能强：级存留时间短、分相迅速、适应 的两相比例范围宽；通过调换堰板和变频调速可满足不 同密度、不同粘度的液体物料。尤其适合密度差很小的 相系。 3、萃取效率高：相平衡建立快，易于实现单级或 多级串联逆流或错流洗涤和萃取； 4、操作性能好：全自动操作，可连续无间断运行， 也可小批量多品种使用； 5、投资费用低：萃取剂、溶剂或洗涤剂耗用最小； 6、密闭性能好：满足防爆以及有毒、有害和易挥 发性介质的应用环境和GMP规范
重液 轻液
重液 轻液
青霉素萃取设备连续逆流离心萃取机
12 3 4 5 6 8
A
B C
17 16
D
15
9 10
11 H K14
图9-12 Westfalia 生产的三相倾析式离心机 1-三角皮带 2-差速变动装置 3-转鼓皮带轮 4-轴承 5-外壳 6-分离盘 7-螺旋输送器 8-轻相分布器 9-排渣口 10-转鼓 11-调节环 12-重液出口 13-轻注出口 14-转鼓主轴承 15-轻相送料管 16-重相送料管 17-向心泵 A-干燥段 B-澄清段 C-分离段 D-入口 E-排渣口 F-调节器盘 G-调节管 H-重液出口 K-轻液出口
青霉素萃取溶剂
溶剂 pH 2.5（溶剂/水） 45/1 47/1 39/1 39/1 12/1 pH 7.0（溶剂/水） 1/235 1/186 1/260 1/220 1/190
乙酸戊酯 乙酸丁酯 乙酸乙酯 氯仿 乙醚
青霉素萃取溶剂
根据以上因素， 根据以上因素，我组选定
乙酸丁酯作为萃取溶剂
青霉素萃取操作条件萃取压力
青霉素萃取方式
根据以上因素， 根据以上因素，我组选定
二级逆流萃取
青霉素萃取设备
一、分段式萃取设备
1、混合设备 （1）混合罐： 为传统的混合设备。利用搅拌将料液和萃取剂相 混和。其缺点为间歇操作，停留时间较长，传质效 率较低。但由于其装置简单，操作方便，仍广泛应 用于工业中。
青霉素萃取设备
（2）混合管
重 向 泵 口 液 心 出 轻 向 泵 口 液 心 出
图 OEP离 机 鼓 视 9-6 心 转 剖 图
青霉素萃取设备多级离心萃取机
Fra Baidu bibliotek轻液出 重液出
重液进 轻液进 图9-10 ABE-216离心萃取机轻重液走向示意图
重液 图 9-9 A B E -2 16 离 心 萃 取 机 转 鼓 剖 视 图
卢威式离心萃取器 卢威(Luwesta) (Luwesta)式离心萃取器是一种 卢威(Luwesta)式离心萃取器是一种 立式逐级接触式离心萃取设备。 立式逐级接触式离心萃取设备。 如图所示， 如图所示，Luwesta 式离心萃取器的 主体是固定在机壳体上， 主体是固定在机壳体上，并随之作高速旋 转的环形盘， 转的环形盘，壳体中央有固定的垂直空心 轴，轴上也装有圆形盘，盘上开有若干个 轴上也装有圆形盘， 喷出孔。 喷出孔。 式离心萃取器级效率高， Luwesta 式离心萃取器级效率高，主 要用于制药工业。 要用于制药工业。