青霉素性質青霉素萃取溶劑青霉素萃取操作條件青霉素萃取方式青霉素萃取設備目錄青霉素溶劑萃取專家講座第1頁青霉素理化性質青霉素本身為一元酸，可與鉀、鈉、鎂、鈣、鋁和銨等化合成鹽類。易溶于水，游離酸易溶于醇、酮、醚、酯等普通有機溶劑。游離酸或鹽類水溶液均不穩定，極易失去抗菌效力。不耐熱，普通保留于冰箱中，但青霉素鹽結晶純品，在干燥條件下可于室溫保留多年。青霉素抗菌效力與其分子中β-內酰胺環相關。青霉素溶劑萃取專家講座第2頁青霉素萃取溶劑依據相同相溶原理，選擇與目標物結構相近溶劑

分子結構相同:組成,官能團依據萃取目標物介電常數尋找極性相近溶劑為萃取溶劑.青霉素溶劑萃取專家講座第3頁青霉素萃取溶劑不一樣萃取劑對溶質萃取效果不一樣。如疏水性青霉素G和V酸性很強，其pKa值為2.5～3.1，相對分子質量分別為334和350，適宜用有機溶劑從發酵液中萃取，在pH2.5～3.0范圍內，用乙酸戊酯和乙酸丁酯作為萃取劑萃取效率高（以下表青霉素溶劑萃取專家講座第4頁青霉素萃取溶劑溶劑pH2.5（溶劑/水）pH7.0（溶劑/水）乙酸戊酯45/11/235乙酸丁酯47/11/186乙酸乙酯39/11/260氯仿39/11/220乙醚12/11/190青霉素溶劑萃取專家講座第5頁青霉素萃取溶劑依據以上原因，我組選定乙酸丁酯作為萃取溶劑青霉素溶劑萃取專家講座第6頁青霉素萃取操作條件萃取壓力

萃取過程中，SF密度改變直接影響萃取效果。萃取壓力是影響SF密度主要參數。壓力改變能顯著提升SF溶解物質能力。依據萃取壓力改變，可將SFE分為3類：(1)高壓區全萃取。高壓時，SF溶解能力強，可最大程度地溶解全部成份；青霉素溶劑萃取專家講座第7頁青霉素萃取操作條件壓力(2)低壓臨界區萃取，僅能提取易溶解成份，或除去有害成份；(3)中壓區選擇萃取，在高低壓之間，可依據物料萃取要求，選擇適宜壓力進行有效萃取。當壓力增加到一定程度后，則溶解增加遲緩，這是因為高壓下超臨界相密度隨壓力改變遲緩所致。另外，壓力對萃取效果影響還與溶質性質相關。青霉素溶劑萃取專家講座第8頁青霉素萃取操作條件溫度由圖可見，溫度升高青霉素穩定性急劇下降，即溫度越低越穩定。工廠都在pH=2.0下操作，所以只能選擇在低溫(5℃)下進行，以降低因降解而造成損失，這大大增加了操作能耗。圖5溫度對青霉素半衰期影響青霉素溶劑萃取專家講座第9頁青霉素萃取操作條件溫度

而將萃取操作pH提升到3.0，操作溫度就能夠提升。另首先，大量試驗證實，在低溫下萃取，乳化嚴重，提升溫度將有利于兩相分離，對操作是有利。以年產1kt青霉素規模計算，每年冷卻費用在200萬元以上。而將萃取pH提升到3.0，萃取操作溫度能夠從低溫提升到常溫，節約了大量能源。同時，試驗證實，有機萃取劑萃取率隨溫度升高也有所上升。

青霉素溶劑萃取專家講座第10頁青霉素萃取操作條件pH圖3萃取率與萃取pH關系

從圖看到：伴隨青霉素萃取操作pH值降低，單級萃取率急劇升高，直到pH<2.5曲線才開使平緩。所以，應該采取低pH值萃取(pH=1.8～2.2)，以抵達最大萃取率。不過，因為青霉素離解是一個動態平衡，當分子態青霉素被萃取到有機相時，離子態青霉素會向分子態轉化以維持平衡，而且pH＝3.0條件下單級萃取率仍能夠抵達80%以上。青霉素溶劑萃取專家講座第11頁青霉素萃取操作條件

萃取劑流量、萃取時間在超臨界流體萃取過程中，萃取劑流量一定時，萃取時間越長，收率越高。萃取剛開始時，因為溶劑與溶質未抵達良好接觸，收率較低。伴隨萃取時間加長，傳質抵達某種程度，則萃取速率增大，直到抵達最大之后，因為待分離組分降低，傳質動力降低而使萃取速率降低。萃取劑流量主要影響萃取時間。普通來說，收率一定時，流量越大，溶劑、溶責問傳熱阻力越小，則萃取速度越快，所需要萃取時間越短，但萃取回收負荷大，從經濟上考慮應選擇適宜萃取時間和流量。青霉素溶劑萃取專家講座第12頁青霉素萃取操作條件物料性質物料粒度影響萃取效果，普通情況下，粒度越小，擴散時間越短，有利于SF向物料內部遷移，增加了傳質效果，但物料粉碎過細會增加表面流動阻力，反而不利于萃取。對于多孔疏松物料，粒度對萃取率影響較小，菌體脂肪存在于細胞內，萃取脂肪時，應考慮使細胞破壁。水分是影響萃取效率主要原因。物料中含水量較高時，其水分主要以單分子水膜形式在親水性大分子界面形成連續系統，從而增加了超臨界相流動阻力，當繼續增加水分時，多出水分子主要以游離態存在，對萃取不產生顯著影響。青霉素溶劑萃取專家講座第13頁青霉素萃取操作條件物料性質而當含水量較低時，水分子主要以非連續單分子層形式存在。可見，破壞傳質界面連續水膜，使溶質與溶劑之間進行有效接觸，形成連續主體傳質體系就可減小水分影響。超臨界流體極性是影響萃取速率又一原因。在弱極性溶劑中，強極性物質溶解度遠小于非極性物質，可萃取性隨極性增加而降低，如超臨界CO2是一個非極性溶劑，所以，它非常適合用于弱極性物質萃取。經過使用不一樣夾帶劑來改變COz極性，使萃取范圍擴大，可萃取極性較強物質青霉素溶劑萃取專家講座第14頁青霉素萃取操作條件依據以上原因，我組選定青霉素萃取工藝在壓力為中壓，pH=3.0±0.2，溫度為低溫(5℃)下進行，能夠使產品質量和收率有所提升，生產能耗和物耗也顯著降低。青霉素溶劑萃取專家講座第15頁青霉素萃取方式單級萃取

單級萃取只包含一個混合器和一個分離器。料液F和溶劑S加入混合器中經接觸到達平衡后，用分離器分離得到萃取液L和萃余液R。如分配系數為K，料液體積為VF，溶媒體積為VS，則經過萃取后，溶質在萃取相與萃余相中數量之比值為青霉素溶劑萃取專家講座第16頁K=CS/CF式中

——萃取原因。由E可求得未被萃取分率和理論收得率1-

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青霉素萃取方式青霉素溶劑萃取專家講座第17頁青霉素萃取方式多級錯流萃取青霉素溶劑萃取專家講座第18頁青霉素萃取方式多級逆流萃取

青霉素溶劑萃取專家講座第19頁在多級逆流萃取中，在第一級中加入料液，并逐步向下一級移動，而在最終一級中加入萃取劑，并逐步向前一級移動。料液移動方向和萃取劑移動方向相反，故稱為逆流萃取（圖9-3）。在逆流萃取中，只在最終一級中加入萃取劑，故和錯流萃取相比，萃取劑消耗量較少，因而萃取液平均濃度較高。

注意青霉素溶劑萃取專家講座第20頁青霉素萃取方式依據以上原因，我組選定二級逆流萃取

青霉素溶劑萃取專家講座第21頁一、分段式萃取設備1、混合設備（1）混合罐：

為傳統混合設備。利用攪拌將料液和萃取劑相混和。其缺點為間歇操作，停留時間較長，傳質效率較低。但因為其裝置簡單，操作方便，仍廣泛應用于工業中。青霉素萃取設備青霉素溶劑萃取專家講座第22頁（2）混合管

工作原理是使液體在一定流速下在管道中形成湍流狀態。因為液體在管道中流動時不外乎兩種流態，即滯流和湍流。所謂滯流是指在同一截面上不一樣點流體流動方向是相互平行；而在湍流時，各點運動方向是不規則，易于到達混合。－般來說，管道萃取效率比攪拌罐萃取來得高，且為連續操作。青霉素萃取設備青霉素溶劑萃取專家講座第23頁青霉素萃取設備（1）管式離心機

分離設備青霉素溶劑萃取專家講座第24頁⑶離心萃取器轉筒式離心萃取器

離心萃取器是利用離心力作用，使兩液相快速混合、快速分離一類萃取裝置。離心萃取器種類很多，廣泛應用于制藥、香料、廢水處理等離域。

如圖所表示，轉筒式離心萃取器結構簡單，造價相對較低，傳質效率高，易控制，運行可靠。青霉素溶劑萃取專家講座第25頁青霉素萃取設備碟片式離心機

這類離心機適合用于分離乳濁液或含少許固體乳濁液。其結構大致可分為三部分：第－部分是機械傳動部分；第二部分是由轉鼓碟片架、碟片分液蓋和碟片組成分離部分；第三部分是輸送部分，在機內起輸送已分離好兩種液體作用，由向心泵等組成。青霉素溶劑萃取專家講座第26頁青霉素萃取設備多級離心萃取機青霉素溶劑萃取專家講座第27頁盧威式離心萃取器

盧威(Luwesta)式離心萃取器是一個立式逐層接觸式離心萃取設備。

如圖所表示，Luwesta式離心萃取器主體是固定在機殼體上，并隨之作高速旋轉環形盤，殼體中央有固定垂直空心軸，軸上也裝有圓形盤，盤上開有若干個噴出孔。

Luwesta式離心萃取器級效率高，主要用于制藥工業。重液重液輕液輕液青霉素溶劑萃取專家講座第28頁青霉素萃取設備連續逆流離心萃取機青霉素溶劑萃取專家講座第29頁連續逆流離心萃取機優點1、占用空間小：電機直接驅動、無傳動附件，結構緊湊、節約占地面積和操作空間；2、適應性能強：級存留時間短、分相快速、適應兩相百分比范圍寬；經過調換堰板和變頻調速可滿足不一樣密度、不一樣粘度液體物料。尤其適合密度差很小相系。3、萃取效率高：相平衡建立快，易于實現單級或多級串聯逆流或錯流洗滌和萃取；4、操作性能好：全自動操作，可連續無間斷運行，也可小批量多品種使用；5、投資費用低：萃取劑、溶劑或洗滌劑耗用最小；6、密閉性能好：滿足防爆以及有毒、有害和易揮發性介質應用環境和GMP規范青霉素溶劑萃取專家講座第30頁萃取塔

萃取塔結構類型有各種，依據溶劑與原料液混合形式及塔板結構，常見萃取塔有噴灑塔、填料塔、篩板塔和轉盤萃取塔等基本類型。①噴灑塔

噴灑塔(噴淋塔)，結構簡單，塔體內除了各流股物料進出連接管和分散裝置外，無其它內部構件。噴灑塔造價低，檢修方便；但在混合時流體軸向返混嚴重，傳質效率極低，僅適合用于1－2個理論級場所萃取操作。重液輕液輕液輕液輕液重液重液重液輕液為分散相重液為分散相青霉素溶劑萃取專家講座第31頁填料萃取塔結構與前面介紹精餾或吸收所用填料塔基本相同，塔內裝有適宜填料，輕液相由塔底進入，從塔頂排出；重液相由塔頂進入，由塔底排出。萃取操作時連續相充滿整個塔中，分散相由分布器分散成液滴進入填料層，并與連續相接觸傳質。②填料萃取塔填料萃取塔結構簡單，操作方便，可有效地降低軸向返混，適合處理腐蝕性料液；但其傳質效率不高，僅適合用于1－3個理論級場所萃取操作。輕液輕液重液重液再分布器填料青霉素溶劑萃取專家講座第32頁篩板萃取塔結構與前面介紹精餾或吸收所用篩板塔基本相同。③篩板萃取塔萃取時，輕液相由塔底經過篩孔被分散成細小液滴，并與篩板上連續相接觸傳質；穿過連續相輕相液滴逐步凝聚，聚集于塔板下側，待兩相分層后，借助壓強差推進，再經篩孔分散。重復分散、凝聚交替進行，直至塔頂澄清、分層、排出。重液呈連續相由塔頂入口進入，橫向流過篩板，并在篩板上與分散相液滴接觸、傳質，再由降液管流至下一層篩板；如此重復進行，最終由塔底排出。篩板塔結構比較簡單，造價低，可有效地降低軸向返混，能處理腐蝕性料液，因而利用較為廣泛。輕液輕液重液重液篩板降液管青霉素溶劑萃取專家講座第33頁轉盤萃取塔基本結構如圖所表示。在塔體內壁面上按一定間距，安裝有若干個環形擋板（固定環），固定環將塔內分成若干個小空間。兩個固定環之間安裝一轉盤，轉盤固定在中心軸上，轉軸由塔頂電機開啟。④轉盤萃取塔（RDC塔）萃取操作時，轉盤隨中心軸高速旋轉，液體產生剪力使分散相破裂成許多細小液滴，并使液相中產生強烈渦旋運動，增大相際接觸面積和傳質系數。轉盤萃取塔結構相對簡單，傳質(萃取)效率高，生產能力大，對物系適應性強，利用較為廣泛。輕液輕液重液重液轉盤固定環青霉素溶劑萃取專家講座第34頁四、超臨界流體萃取介紹

超臨界流體(Supercritical

Fluid)是指，溫度、壓強高于臨界溫度和臨界壓強流體。

如圖所表示，純物質氣－液平衡曲線隨溫度升高，到達C點時，體系性質變得均一，氣－液相界面消失，體系不在分為氣體和液體。此處，C點稱為臨界點。1.超臨界流體

當前，超臨界流體萃取應用主要是二氧化碳和水。ptBACl純物質p－t相圖液相區固相區氣相區超臨界流體區pctc青霉素溶劑萃取專家講座第35頁超臨界流體作為萃取劑，除了其個性外，還有兩條主要基本特征。2.超臨界流體主要特征⑴兼有氣體和液體兩重性

超臨界流體在質量傳遞過程中兼有氣體和液體兩重性。它現有與液體相當密度、溶解能力，又有與氣體相近粘度、擴散系數和滲透能力。比如：常溫常壓下，ρ二氧化碳=1.944×10-3g?cm-3；臨界條件下，ρ二氧化碳=0.466g?cm-3。(Tc=31.1℃，pc=7.387MPa)

此特征意味著超臨界流體含有與液體溶劑相靠近溶劑能力；同時，在萃取操作中，超臨界流體傳質速率將遠大于液態下溶劑萃取速率。又如：超臨界水（水臨界點為374℃，22.1MPa）粘度僅為常態水十分之一。青霉素溶劑萃取專家講座第36頁

超臨界流體密度對溫度和壓強改變比較敏感。比如：超臨界CO2流體壓強由11.022.1MPa時，密度則由398860kg?m-3；溫度由61.540.2℃時，密度則由3358839kg?m-3。⑵密度對溫度和壓強改變敏感超臨界流體溶解性能與其密度有著親密關系。通常物質在超臨界流體中溶解度(C)對數與其密度對數呈直線關系。即：lnC=klnρ+m

(k為正數)

這么，我們可經過改變超臨界流體溫度或壓強來調整其密度，到達調整其溶解能力目標。CO2超臨界萃取裝置青霉素溶劑萃取專家講座第37頁3.超臨界流體萃取流程超臨界流體萃取過程主要由萃取階段和分離階段兩部分組成。在萃取階段，超臨界流體將目標組分從原料中萃取出來；在分離階段，可經過改變某個參數（如，溫度或壓強），使萃取組分與超臨界流體分離。依據分離方法不一樣，常見超臨界萃取可分為恒溫變壓流程、恒壓變溫流程和恒溫吸附流程等三類。⑴恒溫變壓流程恒溫變壓流程是利用不一樣壓強下，超臨界流體萃取能力不一樣，經過改變操作壓強，使萃取組分與超臨界流體分離。萃取組分物料p1p2T2T1膨脹閥壓縮機萃取器分離槽首先，使萃取劑經過壓縮機到達超臨界狀態，進入萃取器與原料混合進行超臨界萃取；萃取了溶質超臨界流體經膨脹閥減壓后，其密度降低，溶解能力下，從而使溶質與溶劑在分離槽中得以分離。T1=T2p1>p