制藥分離工程

1、制藥分離工程內(nèi)容總結(jié)Chapter 1 Introduction一、化工產(chǎn)品和產(chǎn)品純化的區(qū)別：What is the main difference in separation between chemical production and pharmaceutical production?1、Product Purity（high）產(chǎn)品純度高2、Feed concentration（low）進(jìn)料濃度低3、Moderate conditions 條件溫和4、Solvent recovery二、 幾類(lèi)分離技術(shù)：（Mechanism of separation）1、Separation by p

2、hase addition or creationDistillation（精餾）【extractive distillation（萃取精餾）、azeotropic distillation 沸精餾）等等】、 stripping（提餾）、absorption （吸收）、extraction、leaching （瀝?。rying （干燥）、evaporation （蒸發(fā)）、Crystallization （結(jié)晶）2、Separation by barrierOsmosis （滲透）、reverse osmosis （反滲透）、Dialysis （滲析）、microfiltration （微慮

3、）、 Ultrafiltration（超濾）、pervaporation（滲透汽化）、gas permeation（氣體滲透）、liquid membrance （液體膜）3、Separation by solid agentadsorption （吸附）、chromatography （色譜）、Ion exchange （離子交換）4、Separation by external field or gradientCentrifugation （離心）、Thermal diffusion （熱擴(kuò)散）、Electrolysis （電解）、Electrodialysis （電滲析）、Electr

4、ophoresis （電泳）、Field-flow fractionation（分餾）三、概念ESA： Energy-separating agent（能量分離劑）MSA: mass-separating agent （質(zhì)量分離劑）四、Factors in Selection of ProcessRealizability （可實(shí)現(xiàn)）、economy （經(jīng)濟(jì)）、safety （安全）五、P8表technical maturity and use maturity， 一般成熟度越高，使用越優(yōu)先。Distillation gas absorption extraction/azeotropic D

5、istillation solvent extraction Crystallization ion exchange adsorption （gasliquid） membrance （liquidgas） chromatography supercritical gas abs./ extraction field-induced separations Affinity separations liquid membrance （有些排序不清楚，還是看書(shū)吧）六、ease of scale-up of the most common separation operationsDistill

6、ation、absorption、extractive and azeotropic distillation、liquid-liquid distillationeasyMembrancerepressurization required between stages（需減壓、結(jié)晶不容易、干燥不方便）Adsorption easy （總體來(lái)說(shuō)以上都是容易的）Crystallizationnot easyDryingnot convenientChapter 2 distillation一、Mechanism：1、separation by phase creation2、based on t

7、he difference of boiling point3、relative volatility二、Its workProduct separation (intermediate)Solvent recoveryNatural product separation (natural element, essential oil)三、Vapor-liquid equilibrium1、 The lowest boiling point： the attraction force between A-B is lower than A-A B-B， positive deviation f

8、rom Raoults law。(最低共沸點(diǎn)：不同分子見(jiàn)吸引力小于同分子間力，正背離)2、The highest boiling point：the attraction force between A-B is higher than A-A，B-B，negative deviation from Raoults law。(最高共沸點(diǎn)：不同分子見(jiàn)吸引力大于同分子間力，負(fù)背離)四、simple distillation 特點(diǎn)：no reflux， no plate五、batch distillation1、Using advantagesFor small scale production.小

9、 規(guī)模生產(chǎn)Flexibility (changing feed or product)M活One column for multi-component。一塔同時(shí)分離多種組分。Small capital cost。投資小，成本低2、the highest temperature:塔釜The lowest temperature :塔頂3、Slop cut (過(guò)渡餾分)Slop cut is the distillate accumulated after one component is distillated and before the purity reaches the specifie

10、d value of the next product.塔板數(shù)一定，提高回流比R，餾出速度減小，操作時(shí)間增加，過(guò)渡餾分減少，分離效果 好；R 一定，增加塔板數(shù)，slop cut也會(huì)減少。4、product yield:產(chǎn)率，產(chǎn)品中目標(biāo)組分量與初始投料中該組份總含量的比值PxFirst batch yield： 一次收率，e= D X100%，不計(jì)過(guò)渡餾分，60 80%FxFTotal yield：總收率，e = e,Wx(1+廠(chǎng)W )，計(jì)入過(guò)渡餾分，75 95%Fx5、間歇精餾與間歇提餾：五、special distillation （特殊精餡）1、azeotropic distillatio

11、n： add a new component to form a new azeotrope將足夠的夾帶劑和原料一次性加入塔釜，在精餾過(guò)程中與待分離的共沸物中的一組分形 成新的共沸物，并首先從塔底蒸出，直到釜內(nèi)只剩下待分離共沸物的另一組分（一般為目標(biāo) 產(chǎn)品），再?gòu)乃斦舫霎a(chǎn)品。2、extractive distillation： add a new component（solvent）to increase the relative volatility加入溶劑以增加各組分的相對(duì)揮發(fā)度，使原組分不再是共沸物而分離。3、salt distillation： add salt to change

12、phase equilibrium加入的鹽作用于待分離的混合物中的一個(gè)組份，使其與另一組分的沸點(diǎn)差增大，擴(kuò)大兩F精餾塔頂出產(chǎn)品，輕組分先出；提餾塔底出產(chǎn)品，重組分先出。組分的相對(duì)揮發(fā)度，從而分離4、 pressureswing distillation： Change the pressure to make the separation take place in different areas.Chapter 3Extraction一、leaching1、general principles of leachingThree stages of the process： （1） perme

13、ation and dissolving:滲透和溶解，溶劑滲入孔內(nèi)，與 溶質(zhì)接觸，使其溶解（2） diffusion in solid:固體內(nèi)擴(kuò)散，溶解后的溶質(zhì)沿固體內(nèi)孔道擴(kuò)散 到固體外表面（3） transfer in liquid：在液相中擴(kuò)散，從外表面擴(kuò)散到液相主體。2、leaching rate的影響因素（1）particle size （顆粒大?。?）solvent （溶劑，要有高的選擇性和低粘度）（3）temperature（溫度，T升高有利于leaching）（4）agitation （攪拌）3、calculate： P25 264、leaching rate:可表征 leac

14、hing 的 effectiveness5、typical operation process：（1）dissolving the soluble constituent （溶解可溶成分）（2）分離溶液和不溶的固體殘?jiān)?）清洗固體殘?jiān)匀コ恍枰目扇艹煞只虮M量多的獲取可溶物質(zhì)作為產(chǎn)品二、liquidliquid extraction1、Three stages of the process（1）bring the feed mixture and the solvent into intimate contact 料液混合物和溶劑充分混合）（2）separation of the resu

15、lting two phases （分離產(chǎn)生的兩相）（3）removal and recovery of the solvent from each phase （各項(xiàng)去除和回收溶劑）2、概念（1）分配系數(shù)（distribution ratio） 一定溫度下，某組份在相互平衡的萃取相和萃余相中的 組成比。K。kA=yA/xA;kB=yB/xB.（2）選擇性系數(shù)（selectivity ratio） p ； p =kA/kB； p 1，且越大分離越好，若|3 =1則不 能分離。3、Operation:（1） singlestage extraction （單級(jí)萃?。軇〧，xF萃取劑S，yS

16、yExRF+S=R+E=M;FxF+SyS=RxR+EyE=MxMCross-current extraction (錯(cuò)流萃取)萃取率大，溶劑用量也大Counter-current extraction (逆流萃取)溶劑的使用效率最高多級(jí)逆流萃取收率最高，溶劑用量最少，工業(yè)生產(chǎn)普遍使用。三、超臨界萃取(SCE, supercritical extraction)超臨界流體是指處于臨界溫度和臨界壓力之上，物理性質(zhì)介于氣體和液體之間的流體，兼具 氣體的高滲透性和低粘度及與液體相近的密度和溶解能力。其溶解能力與密度相關(guān)。通過(guò)改 變溫度、壓力改變密度，從而達(dá)到選擇性溶解、萃取的目的，且萃取后易分離得產(chǎn)

17、品并使流 體再生。Chapter 4Adsorption and Ion ExchangeI、adsorption一、mechanism1、separate by solid agent2、Equilibrium typed separation3、Intermolecular force二、properties affecting adsorption capacityConcentration C of adsorbate in fluid phaseconcentration Cs of the adsorbate in the solid phasethe temperature of

18、 the systemTwo factors affecting selectivity： surface area and pore size三、單組份吸收1、極低濃度一亨利定律2、較高濃度一the Langmuir Isotherm :假定(1)單分子層吸附一adsorption，desorption，equilibrium； (2)相鄰分子間無(wú)相互作用(3)表面吸附能力處處相等(4)分子被吸附后不發(fā)生遷移3、Freundlich isotherm 經(jīng)驗(yàn)式四、吸附劑(adsorbent)1、要求：(1)內(nèi)表面積大(2)孔徑大小適宜，有選擇性(3)易再生(4)耐用，不易老化機(jī)械強(qiáng)度高2、常用

19、吸附劑及特點(diǎn)：molecular sieves (分子篩)：選擇型好，低濃度或高溫時(shí)仍有很好的吸附能力A.由Al、Si四面體組成；B籠式結(jié)構(gòu)；C孔道0.3 1nm； D微晶大小約10微米；E約40 種天然，150種合成。activated carbon (活性炭)：孔隙發(fā)達(dá)，比表面積大，選擇性較差。A大表面積(10的6次方)；B孔徑范圍大；C再生不經(jīng)濟(jì)；D親水性差silica gel (硅膠)一親水，堅(jiān)硬多孔固體，可作脫水劑和催化劑載體A孔徑3nm，內(nèi)表面積5X105m2/kg，B性質(zhì)受pH影響；C親水；D常作干燥劑activate alumina (氧化鋁，活性鋁)親水；孔徑4nm；表面積3

20、.5X105m2/kg；吸附性和選擇性較其他較差，但機(jī)械強(qiáng)度高。用 于移動(dòng)床、粉末可填充色譜柱。五、吸附步驟：1、external transport：從界面外液相主體傳到邊界層，并通過(guò)邊界層到達(dá)吸附劑外表面2、internal transport：從外表面經(jīng)孔道擴(kuò)散到內(nèi)表面3、surface diffusion:沿孔道表面擴(kuò)散4、adsorption:溶質(zhì)吸附到孔的表面。六、adsorption system and operationI、common adsorption operation： stirredtank； cylic fixed bed； continuous counter

21、current operation2 thermal swing adsorption:變溫吸附，適用于氣體和液體。低溫有利于吸附，高溫有利 于脫吸。3、pressureswing adsorption:變壓吸附，適用于氣體。高壓有利于吸附。4、simulated movingbed:模擬移動(dòng)床一整個(gè)過(guò)程為連續(xù)操作。II、ion exchange一、ion exchange resins （離子交換樹(shù)脂）的組成：1、3D polymetric network （三維網(wǎng)狀聚合物）2、ionic functional groups attached to the network （固定離子官能團(tuán)）

22、3、counterions （反/可交換離子）4、solvent （溶劑）二、resin capacity （樹(shù)脂容量）：一定質(zhì)量或體積的樹(shù)脂中可交換的離子數(shù)量（以當(dāng)量計(jì)）1 equivalent （一個(gè)當(dāng)量）=1molH七影響因素：exploitable capacity （有效容量）取決于1、number of fixed ionic groups （固定離子基團(tuán)數(shù)）2、degree of ionization （離子化程度）三、operation1、交換：不純水由頂部進(jìn)入，通過(guò)陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，雜質(zhì)離子去除，從底部流出純凈水， 達(dá)到凈化目的。2、再生：樹(shù)脂使用一段時(shí)間后，逐漸飽和。完全達(dá)

23、到飽和的時(shí)間叫穿透點(diǎn)，需再生：（1）不純水反洗使陰陽(yáng)離子樹(shù)脂混懸，因密度不同分層。（2）再生陰離子樹(shù)脂：用NaOH（3）再生陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，用H2SO4（4）返混：通入空氣，樹(shù)脂混合均勻。Chapter 5Crystallization一、結(jié)晶概述：Crystallization: The formation of solid crystals from a homogeneous solution.1、advantage：最好、最廉價(jià)的從非純?nèi)芤褐谢畹眉児腆w的方法之一；可獲得最終產(chǎn)品。2、分為溶質(zhì)結(jié)晶和熔融結(jié)晶二、過(guò)飽和與溶解度1、溶液的過(guò)飽和（supersaturated）是結(jié)晶過(guò)程的主要

24、推動(dòng)力。2、結(jié)晶發(fā)生必需要有過(guò)飽和溶液，達(dá)到過(guò)飽和的方法：（1）Cooling & temperature reduction（2）Evaporation of solvent（3）Adding a third component3、solubility： the parts by weight per part （or 100 parts） by weight of solvent溶解度：100份溶劑中溶解多少份質(zhì)量的無(wú)水物質(zhì)。Solubility diagrams：溶解度隨溫度變化的關(guān)系曲線(xiàn)。Smooth curves； Uneven curves: indicate occurrence

25、 of phase changes4 saturation：溶液的濃度與溶質(zhì)的溶解度相同，即達(dá)到液固相平衡Supersaturation：當(dāng)溶液有超過(guò)飽和量的溶質(zhì)，稱(chēng)為過(guò)飽和溶液。5、How to obtain supersaturated solutions（1）將純凈的溶液在不受任何擾動(dòng)無(wú)攪拌，無(wú)震蕩以及任何刺激無(wú)超聲波的作用的條 件下緩慢冷卻，如CuSO4.5H2O，溶解度隨溫度變化大（2）在無(wú)污染的容器內(nèi)，蒸發(fā)出溶液中的部分溶劑。如NaCl，溶解度隨溫度變化不大三、結(jié)晶圖解分析（1）The stable （saturated） zone穩(wěn)定區(qū)（2）The metastable（supe

26、rsaturated） zone一介穩(wěn)區(qū)（3）The unstable or labile（supersaturated） zone-不穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定區(qū)：能自發(fā)的產(chǎn)生晶核和進(jìn)行 結(jié)晶介穩(wěn)區(qū)：有晶種則能自發(fā)的產(chǎn)生晶核， 結(jié)晶Upper： supersolubility curveLower： normal solubility curve四、Crystals grow1、Nucleation - first aggregation.（晶核的形成）Nucleation （成核現(xiàn)象）：formation of an ordered solid phase from a liquid or amorph

27、ous phase（1）初級(jí)晶核Primary Nucleation：在沒(méi)有晶體存在的過(guò)飽和溶液中自發(fā)產(chǎn)生晶核的過(guò)程， 介穩(wěn)區(qū)，潔凈的過(guò)飽和溶液還不能自發(fā)的產(chǎn)生晶核。不穩(wěn)定區(qū)才會(huì)發(fā)生。雜質(zhì)對(duì)初 級(jí)晶核的產(chǎn)生有誘導(dǎo)作用。（2）二級(jí)晶核（次級(jí)晶核）Secondary Nucleation:對(duì)工業(yè)結(jié)晶器更為重要。（下面翻譯的 可能不準(zhǔn).）連續(xù)結(jié)晶器和加入晶種的間歇結(jié)晶器料漿中有可以參與二級(jí)晶核形成機(jī)制的晶體。二級(jí)晶核的形成條件在大部分工業(yè)結(jié)晶器中可操作，易實(shí)現(xiàn)低過(guò)飽和度只能產(chǎn)生二級(jí)晶核，而工業(yè)結(jié)晶器為提高產(chǎn)率，產(chǎn)品純度和晶形，常 在低過(guò)飽和狀態(tài)下工作2、Growth.（晶體的成長(zhǎng)）五、Crystal

28、lization vs. Precipitation （沉淀）結(jié)晶：分子排列成有序的晶格結(jié)構(gòu)；所有分子處于最佳的方向（位置）；可以在低過(guò)飽和狀 態(tài)下發(fā)生。沉淀：不規(guī)則聚合；分子在到達(dá)最佳位置之前已經(jīng)聚集；在高過(guò)飽和度下發(fā)生；在過(guò)飽和度 迅速增加的情況下發(fā)生。六、Phase equilibria1、Simple eutectic：低共熔物系2、AB、BC表示A和C組成的不同組成混合物析出結(jié)晶的溫度。DBE表示混合物開(kāi)始融化的溫度B低共熔點(diǎn)，整個(gè)物系的最低結(jié)晶溫度具有相應(yīng)組成的液相在此點(diǎn)全部以同樣的組成形成固體混合物。3、杠桿原理4、位于AB曲線(xiàn)上方的混合物，開(kāi)始結(jié)晶析出的固體是純A,而位于BC上

29、方的則先析出的 是純C七、Industrial crystallization processesCooling and evaporation冷卻結(jié)晶：適用于溶解度隨溫度的降低而降低的物質(zhì)蒸發(fā)結(jié)晶：適用于溶解度隨溫度的變化而變化不大的物質(zhì)Salting-out crystallization （鹽析結(jié)晶）加入物質(zhì)從而降低溶解度，這些物質(zhì)為沉降劑Reaction crystallization （反應(yīng)結(jié)晶）通過(guò)控制操作條件使沉淀反應(yīng)轉(zhuǎn)化為結(jié)晶反應(yīng)Emulsion crystallization （乳化結(jié)晶）Chapter 6Membrane Separation一、general proces

30、s：A feed consisting of a mixture of two or more components is partially separated by means of a semi-permeable barrier （the membrane） into a retentate and a permeate膜分離是之利用固體薄膜對(duì)混合物組分的選擇性透過(guò)的性能使混合物分離的過(guò)程。、respects of membrane process;1、the two products are miscible （產(chǎn)物互溶）2、the operating agent is semi-p

31、ermeable （固體薄膜為半透膜）3、a sharp separation is difficult to achieve （很難達(dá)到精確分離）三、Industrial applications of membrane separation process （膜分離過(guò)程的工業(yè)應(yīng)用）（1）reverse osmosis （反滲透）（3）electrodialysis （電滲析）（5）ultrafiltration （超濾）（7）gas permeation （滲透氣化）（2）dialysis （滲析）（4）microfiltration （微慮）（6）prevaporation （氣體分離）

32、（8）liquid membranes （液膜）膜孔大?。簉everse osmosis nano filtration ultra filtration nano filtration ultra filtration microfiltration 牛奶加工使用方法是microfiltration四、membrane materialsNatural polymers （天然聚合物）synthetic polymers （合成聚合物）孔的類(lèi)型：symmetric （對(duì)稱(chēng)）and asymmetric （不對(duì)稱(chēng)）五、Common membrane shapes （四種膜形狀）1、平板：a f

33、lat asymmetric or thincomposite sheet2、管狀：tublar3、中空纖維：hollow fiber4、集成狀：monolithic六、structures （三種膜結(jié)構(gòu)）1、pores （多孔膜）如用于dialysisa. bulk flow through pores;主體流動(dòng)b. diffusion through pores;通過(guò)膜孔擴(kuò)散c. restricted diffusion through pore& 通過(guò)膜孔限定擴(kuò)散3、non pores （無(wú)孔膜）一并不是所有的膜都有孔，如用于 reverse osmosis吸附到膜上；通過(guò)固體膜擴(kuò)散；解

34、析4、carrier （載體膜）載體分子對(duì)原料中某一組分具有特殊的親和力，通過(guò)載體作用透過(guò)膜七、membrane module types （四種膜組件）1、plate and frame （板框式）2、spiral wound （螺旋式）3、tublar （圓管式）4、hollow fiber （中空纖維）lat asymmetric:；tublar:； hollow fiber:；monolithic:八、Idealized flow patterns in membrane modules （四種流型）（1） Perfect mixing （完全混流）（2） countercurrent

35、 flow （逆流）（3） co current flow （并流）（4） cross flow （錯(cuò)流）流型和組件無(wú)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系Flow sheet （流程）:（1）parallel flow （層流）（2）series flow （串流）（3）two-stage flow （二級(jí)）九、分離效果取決于膜的：Permeability （透過(guò)性）、selectivity （選擇性）、stability （穩(wěn)定性）、freedom from fouling （抗 堵）、long life （使用壽命長(zhǎng)）十、兩個(gè)過(guò)程1、fouling:使透過(guò)率下降，小分子難以透過(guò)，最終堵塞孔道。一方面由于膜孔堵塞，

36、一方 面由于在膜表面逐漸形成漸漸加厚的一層物質(zhì)。2、Concentration polarization（C.P）濃差極化在討論膜傳遞過(guò)程中：（1）假定傳質(zhì)阻力全集中于膜內(nèi)，則膜與流體的相界面上流體側(cè)質(zhì)量濃度與膜側(cè)流體主體 質(zhì)量濃度相同。（2）當(dāng)膜外傳質(zhì)阻力不可忽略時(shí)，膜表面的流體邊界層內(nèi)存在著質(zhì)量濃度或分壓梯度，這 部分傳質(zhì)阻力的存在，降低了膜傳遞過(guò)程的推動(dòng)力以及滲透通量。C. p.定義：這種由于邊界層內(nèi)傳質(zhì)阻力引起的溶質(zhì)濃度或分壓降低的現(xiàn)象稱(chēng)為c.p. 如圖所示：濃差極化使傳質(zhì)阻力增大。Chapter 7 Chromatography Separation一、general princip

37、le：色譜法的分離原理是利用物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中的分配系數(shù)不同而實(shí)現(xiàn)的0The method is based on the different distribution coefficients between the two phases. Same principle as solvent extraction, but one phase is stationary and one phase is mobile二、 兩相Stationary phases are most commonly coated or packed in a columnMobile phase： gas，

38、liquidStationary phase： solid （adsorption）， liquid （partition）根據(jù)流動(dòng)相的性質(zhì)將色譜分為氣相（易揮發(fā)）、液相色譜（易溶解）三、adsorbents used as stationary phase1、alumina（Al2O3）： polar （極性），吸附極性組分2、silica gel（SiO2）： less polar， acidic （酸性）吸附堿性的極性組分3、carbon（活性炭）：吸附非極性的大分子組分。一進(jìn)樣到柱后出項(xiàng)峰極大值所需的時(shí)間tr1,tr2osuodsou1、Tm（deacti四、基本概念2、Tn（Bteh

39、tionttime）：保留時(shí)間，被測(cè)組分從進(jìn)樣不同物質(zhì)的保留時(shí)間；3、Tr=trtm，調(diào)整保留時(shí)間，保留時(shí)間扣除四時(shí)間。4、 Partition coefficient （分配系數(shù)）K = Cs/Cm C = Concentration of analyte， s = stationary phase m = mobile phase5、Mobile phase flow rate: FVr = Fxtrk a measure of retention, higher k圖=greater solute retetionRetention volume： Vr6、Capacity factor（能力因子）Vs = volume of stationary phase， Vm = volume of mobile phase五、分離效果：1、Two factors affect how well two components are separated（