制藥設(shè)備第四部分萃取蒸發(fā)設(shè)備第四課課件

第七章制藥工程萃取設(shè)備萃取：將所選定的某種溶劑，加入到液體混合物中，根據(jù)混合物中不同組分在該溶劑中的溶解度不同，將需要的組分分離出來(lái)，這個(gè)操作過(guò)程稱為溶劑萃取。第七章制藥工程萃取設(shè)備萃?。簩⑺x定的某種溶1萃取操作的基本過(guò)程如圖所示。原料液（液體混合物）由A、B兩組分組成，若待分離的組分為A，則稱A為溶質(zhì)，B組分為原溶劑（或稱稀釋劑），加入的溶劑稱為萃取劑S。首先將原料液和溶劑加入混合器中，然后進(jìn)行攪拌。萃取劑與原料液互不相溶，混合器內(nèi)存在兩個(gè)液相。通過(guò)攪拌可使其中一個(gè)液相以小液滴的形式分散于另一相中，造成很大的相接觸面積，有利于溶質(zhì)A由原溶劑B向萃取劑S擴(kuò)散。過(guò)程：萃取操作的基本過(guò)程如圖所示。原料液（液體混合物2A在兩相之間重新分配后，停止攪拌，將兩液相放入澄清器內(nèi)，依靠?jī)上嗟拿芏炔钸M(jìn)行沉降分層。上層為輕相，通常以萃取劑S為主，并溶入較多溶質(zhì)A，同時(shí)含有少量B，為萃取相，以E表示；下層為重相，以原溶劑B為主及未擴(kuò)散溶質(zhì)A，同時(shí)含有少量的S，稱為萃余相，以R表示。在實(shí)際操作中，也有輕相為萃余相，重相為萃取相的情況。萃取相和萃余相都是A、B、S的均相混合物，為了得到分離后的A組分，應(yīng)除去溶劑S，稱為溶劑回收。回收后的溶劑S，可供循環(huán)使用。通常用蒸餾的方法回收S，如果溶質(zhì)A很難揮發(fā)，也可用蒸發(fā)的方法回收S。萃取相脫去溶劑S后，稱為萃取液，以E`表示；萃余相脫去S后，稱為萃余液，以R`表示。A在兩相之間重新分配后，停止攪拌，將兩液相放3由此可見(jiàn)，一個(gè)完整的萃取過(guò)程應(yīng)包括：原料液（A+B）與萃取劑（S）的充分混合，以完成溶質(zhì)（A）由原溶劑（B）轉(zhuǎn)溶到萃取劑S的傳質(zhì)過(guò)程；萃取相與萃余相的分離過(guò)程；從兩相中回收溶劑S最后得到產(chǎn)品的過(guò)程。由此可見(jiàn)，一個(gè)完整的萃取過(guò)程應(yīng)包括：原料液（A4溶劑萃取方式在工業(yè)生產(chǎn)操作中，完整的萃取操作應(yīng)該包括：①混合：原料液與萃取劑的充分混合，完成溶質(zhì)A由原溶劑B轉(zhuǎn)移到萃取劑S的過(guò)程；②分離：萃取相與萃余相分離過(guò)程；③萃取劑S的回收：從萃取相和萃余相中回收萃取劑S，供循環(huán)使用的過(guò)程。萃取操作流程按不同的分類方法，可分為間歇和連續(xù)，單級(jí)和多級(jí)萃取流程。在多級(jí)萃取流程中，又可分為多級(jí)錯(cuò)流和多級(jí)逆流萃取流程。

溶劑萃取方式5

1．單級(jí)萃取單級(jí)萃取是液—液萃取中最簡(jiǎn)單的操作形式，一般用于間歇操作，也可用于連續(xù)操作。單級(jí)萃取流程示意圖，單級(jí)萃取常用設(shè)備——單級(jí)混合澄清器。

1．單級(jí)萃取6

2．多級(jí)并流萃取單級(jí)萃取效率不高，萃余相中溶質(zhì)A的組成仍然很高。為使萃余相中溶質(zhì)A的組成達(dá)到要求值時(shí)，可采取多級(jí)錯(cuò)流萃取。3．多級(jí)逆流萃取將若干個(gè)單級(jí)萃取器分別串聯(lián)起來(lái)，料液和萃取劑分別從兩端加入，使料液和萃取液逆向流動(dòng)，充分接觸，即構(gòu)成多級(jí)逆流萃取操作。2．多級(jí)并流萃取3．多級(jí)逆流萃取7料液經(jīng)萃取后的萃余液再用新鮮萃取劑進(jìn)行萃取的方法稱為多級(jí)并流萃取。料液經(jīng)萃取后的萃余液再用新鮮萃取劑進(jìn)行萃取的方法稱為8此法與并流萃取相比，萃取劑耗量較少，因而萃取液平均濃度較高。多級(jí)逆流萃取流程的特點(diǎn)：料液走向和萃取劑走向相反，只在最后一級(jí)中加入萃取劑，萃取劑消耗少，萃取液產(chǎn)物平均濃度高，產(chǎn)物收率較高。工業(yè)上多采用多級(jí)逆流萃取流程。此法與并流萃取相比，萃取劑耗量較少，因而萃取9萃取設(shè)備1、萃取體系的組成及功能液-液萃取設(shè)備應(yīng)包括混合設(shè)備、分離設(shè)備。混合設(shè)備：使料液與萃取劑充分混合形成乳濁液，欲分離的生物產(chǎn)品自料液轉(zhuǎn)入萃取劑中。分離設(shè)備：將萃取后形成的萃取相和萃余相進(jìn)行分離。萃取設(shè)備1、萃取體系的組成及功能102、分類2、分類11混合設(shè)備1、萃取罐2、靜態(tài)混合器（1）工作原理萃取劑及料液在一定流速下進(jìn)入管道一端，混合后從另一端導(dǎo)出，依靠管內(nèi)特殊設(shè)計(jì)的內(nèi)部單元和流體流動(dòng)實(shí)現(xiàn)液體混合。強(qiáng)迫湍流狀態(tài)；料液在管內(nèi)平均停留時(shí)間10~20s。（2）特點(diǎn)混合管的萃取效果高于混合罐，且為連續(xù)操作。流程簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、能耗小、萃取效率高。適于各種黏度的流體。混合設(shè)備1、萃取罐2、靜態(tài)混合器（1）工作原理12分離設(shè)備碟片離心機(jī)分離設(shè)備碟片離心機(jī)13原料液與溶劑中密度較大者（稱為重相）從塔頂加入，密度較小者自塔底加入。兩相中其中有一相經(jīng)分布器分散成液滴（稱為分散相），另一相保持連續(xù)（稱為連續(xù)相），分散的液滴在沉降或上浮過(guò)程中與連續(xù)相逆流接觸，進(jìn)行溶質(zhì)A由B相轉(zhuǎn)移到S相傳質(zhì)過(guò)程，最后輕相由塔頂排出，重相由塔底排出。圖3-10塔式液液萃取流程混合分離一體設(shè)備1、萃取塔原料液與溶劑中密度較大者（稱為重相）從塔頂加入，密度14塔內(nèi)溶質(zhì)在其流動(dòng)方向的濃度變化是連續(xù)的；需用微分方程來(lái)描述塔內(nèi)溶質(zhì)的質(zhì)量守恒定律，因此稱為微分萃取。圖是部分塔式設(shè)備示意圖。塔內(nèi)溶質(zhì)在其流動(dòng)方向的濃度變化是連續(xù)的；需用15制藥設(shè)備第四部分萃取蒸發(fā)設(shè)備第四課課件16重液相由底部軸周圍的套管進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓后,沿螺旋通道由內(nèi)向外流經(jīng)各筒,最后由外筒經(jīng)溢流環(huán)到向心泵室被排出.輕液由底部中心管進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓,流入第十圓筒,從下端進(jìn)入螺旋通道,由外向內(nèi)流過(guò)各筒,最后從第一筒經(jīng)出口排出由11個(gè)不同直徑的同心圓筒組成的轉(zhuǎn)鼓,每個(gè)圓筒上均在一端開(kāi)孔,相鄰?fù)查_(kāi)孔位置上下錯(cuò)開(kāi),料液和萃取劑上下曲折流動(dòng)1、離心萃取設(shè)備（1）、立式離心萃取器重液相由底部軸周圍的套管進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓后,沿螺旋通道由內(nèi)向外流經(jīng)各17（2）、臥式離心萃取器（2）、臥式離心萃取器18（3）、逆流萃取傾析器（3）、逆流萃取傾析器19

溶劑萃取過(guò)程中的工藝問(wèn)題及處理在溶劑萃取過(guò)程中，兩相界面上經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生乳化現(xiàn)象。乳化是指液體以細(xì)小液滴的形式分散在另一不相溶的液體中。例如水以細(xì)小液滴的形式分散在有機(jī)相中，或有機(jī)溶劑以細(xì)小液滴的形式分散在水相中。在發(fā)酵液的溶劑萃取中產(chǎn)生乳化現(xiàn)象后，使水相和有機(jī)相分層困難，影響萃取分離操作的進(jìn)行。它可能產(chǎn)生兩種夾帶：萃余相中夾帶溶劑，目標(biāo)產(chǎn)物的收益率降低；萃取相中夾帶發(fā)酵液，給分離提純制造困難。一般形成乳狀液要有兩個(gè)條件：互不相溶的兩相溶劑和表面活性物質(zhì)。在發(fā)酵液中有蛋白質(zhì)和固體微粒，這些物質(zhì)具有表面活性劑的作用。因此溶劑萃取中，乳化現(xiàn)象極易發(fā)生。乳化現(xiàn)象與破乳化溶劑萃取過(guò)程中的工藝問(wèn)題及處理乳化現(xiàn)象與破乳化20在形成的乳狀液中，如果表面活性物質(zhì)親水基團(tuán)強(qiáng)度大于親油基團(tuán)，易形成水包油型（O/W）型乳狀液；如果表面活性物質(zhì)親油基團(tuán)強(qiáng)度大于親水基團(tuán)，易形成油包水型（W/O）乳狀液。在發(fā)酵液溶劑萃取中，由蛋白質(zhì)引起的乳狀液是水包油型的（O/W）的。這種界面乳狀液可放置數(shù)月而不凝聚。一方面由于蛋白質(zhì)分散在兩相界面，形成無(wú)定形黏性膜保護(hù)作用，另一方面，發(fā)酵液中存在一定數(shù)量的固體顆粒，對(duì)于已產(chǎn)生的乳化層也有穩(wěn)定作用。因此，防止萃取過(guò)程發(fā)生乳化和破乳，就成為溶劑萃取提高萃取操作效率的重要課題。在發(fā)酵液溶劑萃取過(guò)程中，防止發(fā)生乳化現(xiàn)象的手段就是在實(shí)施萃取操作前，對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行過(guò)濾和絮凝沉淀處理，除去大部分蛋白質(zhì)及固體微粒，消除引起水相乳化因素。在形成的乳狀液中，如果表面活性物質(zhì)親水基團(tuán)強(qiáng)度大21發(fā)生乳化后，可根據(jù)乳化的程度和乳狀液的性質(zhì)，采用適當(dāng)?shù)钠迫槭侄?。乳化程度不?yán)重時(shí)，可采用過(guò)濾和離心沉降的方法。針對(duì)乳狀液和界面型活性劑類型，加入相反的界面活性劑，促使乳狀液轉(zhuǎn)型變型性。對(duì)于水包油型（O/W）乳狀油，加入十二烷基磺酸鈉，可使乳狀液從O/W型向W/O型轉(zhuǎn)化，但由于溶液條件不允許W/O型號(hào)乳濁液的形成，從而達(dá)到破乳的目的。破乳的其他方法還有；加入強(qiáng)電解質(zhì)，破壞乳狀液雙電層的化學(xué)法；加熱、稀釋吸附的物理法；加入表面活性更強(qiáng)物質(zhì)，把界面活性替代出來(lái)的頂替法等等。但這些方法耗時(shí)、耗能、耗物，最好在實(shí)施溶劑萃取操作前，對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，從源頭上消除乳化現(xiàn)象的發(fā)生。發(fā)生乳化后，可根據(jù)乳化的程度和乳狀液的性質(zhì)，采用適22新型萃取技術(shù)超臨界流體萃取流體在超臨界狀態(tài)下，其密度接近液體，具有與液體溶劑相當(dāng)?shù)妮腿∧芰?；其粘度接近于氣體，傳遞阻力小，傳質(zhì)速率大于其處于液態(tài)下的溶劑萃取速率。基于超臨界流體的這種優(yōu)良特性，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，迅速發(fā)展為一門綜合了精餾與液液萃取兩個(gè)單元操作的優(yōu)點(diǎn)的獨(dú)特的分離工藝。1．超臨界流體

每一種物質(zhì)都有其特征的臨界參數(shù)，在壓力—溫度相圖上（圖3-15），稱其為臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力稱為臨界壓力，用PC表示，對(duì)應(yīng)的溫度稱為臨界溫度，用TC表示。不同的物質(zhì)有不同的臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)是氣體和液體轉(zhuǎn)化的極限，飽和液體和飽和氣體的差別消失。當(dāng)溫度和壓力超過(guò)臨界點(diǎn)值時(shí)，物質(zhì)處于既不是液體也不是氣體的超臨界狀態(tài)，稱其為超臨界流體。新型萃取技術(shù)超臨界流體萃取23超臨界萃取中應(yīng)用最多的是CO2。CO2的臨界溫度31.3℃,接近于室溫，臨界壓力為7.38Mpa，處于中等壓力，目前工業(yè)水平易于達(dá)到，并且無(wú)毒，無(wú)味，性質(zhì)穩(wěn)定，不燃，不腐蝕，易于精制，易于回收。圖3-15臨界點(diǎn)附近的P-T相圖超臨界萃取中應(yīng)用最多的是CO2。CO2的臨界溫度31.24

2．超臨界萃取原理溶質(zhì)在一種溶劑中的溶解度取決于兩種分子間的作用力，這種溶劑溶質(zhì)之間的作用力隨著分子靠近而強(qiáng)烈的增加，分子間作用力越大，溶劑的溶解度越大。超臨界流體的密度越接近液體的密度，因此對(duì)溶質(zhì)的溶解能力與液體基本相同。壓力越大，超臨界流體的密度越大，對(duì)溶質(zhì)的溶解度也就越大，隨著壓力的降低，超臨界流體的密度減小，溶解度急劇減小。表3-2列出了在超臨界乙烯中溶質(zhì)溶解度理論值與實(shí)測(cè)值。2．超臨界萃取原理25由此可見(jiàn)，在保持溫度恒定條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力來(lái)控制超臨界流體的萃取能力或保持密度不變改變溫度來(lái)提高其萃取能力。從CO2的P-T相圖上可以看出，流體在臨界區(qū)域附近，壓力和溫度的微小變化，會(huì)引起流體密度的大幅度變化，而非揮發(fā)性溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度大致和流體的密度成正比，保持溫度恒定，增大壓力，流體密度增大，對(duì)溶質(zhì)的萃取能力增強(qiáng)；保持壓力恒定，提高溫度，流體密度相對(duì)減小，對(duì)溶質(zhì)的萃取能力降低，使萃取劑與溶質(zhì)分離。超臨界流體萃取正是利用了這種特性，形成了獨(dú)特的分離工藝。由此可見(jiàn)，在保持溫度恒定條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力來(lái)控制超臨26

3．超臨界流體的應(yīng)用實(shí)例

（1）用超臨界CO2從咖啡中脫除咖啡因

超臨界CO2可以有選擇性地直接從原料中萃取咖啡因而不失其芳香味。具體過(guò)程為將綠咖啡豆預(yù)先用水浸泡增濕，用70～90℃，16～22MPa的超臨界CO2（這時(shí)PCO2≈0.4～0.65g/cm3）進(jìn)行萃取，咖啡因從豆中向流體相擴(kuò)散然后隨CO2一起進(jìn)入水洗塔，用70～90℃水洗滌，約10小時(shí)后，所有的咖啡因都被水吸收；該水經(jīng)脫氣后進(jìn)入蒸餾器回收咖啡因。CO2可循環(huán)使用。通過(guò)萃取，咖啡豆中的咖啡因可以從原來(lái)的0.7%?3%下降到0.02%以下，具體工藝流程見(jiàn)圖3-16。3．超臨界流體的應(yīng)用實(shí)例27圖3-16超臨界CO2從咖啡中脫除咖啡因示意圖圖3-16超臨界CO2從咖啡中脫除咖啡因示意圖28

圖3-17CO2萃取啤酒花的工藝流程圖圖3-17CO2萃取啤酒29（2）用超臨界CO2萃取啤酒花

超臨界CO2萃取啤酒花的主要理論依據(jù)是它在液體CO2中的溶解度隨著溫度強(qiáng)烈地變化。具體的工藝流程圖見(jiàn)圖3-17。首先將非極性的液體CO2泵入裝有含酒花軟樹(shù)脂的柱1或柱2中，CO2壓力控制在5.8MPa并預(yù)冷到7℃,使α－酸萃取率達(dá)到最大；接著，萃取液體進(jìn)入蒸發(fā)器中（分離器），CO2在40℃左右蒸發(fā)，非揮發(fā)性物質(zhì)在蒸發(fā)器底部沉積，CO2氣流用活性炭吸附的辦法去污并增壓后重新用于萃取，每次循環(huán)損耗小于1%。

（3）超臨界萃取尼古丁與啤酒花萃取不同，在煙草處理過(guò)程中，所需的是經(jīng)處理后的萃余物-煙草，而尼古丁萃取物是次要的東西。（2）用超臨界CO2萃取啤酒花超臨界CO2萃取啤酒花30尼古丁超臨界流體萃取分單級(jí)和多級(jí)過(guò)程。單級(jí)工藝流程中水含量約定俗成5%，溫度控制在68℃～133℃，壓力為30MPa。萃取后的煙草經(jīng)干燥后進(jìn)一步加工處理，萃取物-尼古丁可通過(guò)減壓升溫或吸咐等方法進(jìn)行分離。單級(jí)萃取的缺點(diǎn)是不利于保留煙草香味。多級(jí)萃取工藝程見(jiàn)圖3-18,第一級(jí)中，CO2有選擇地將香味從新鮮煙草中移去，加入到已脫除尼古丁和香味和煙草中去。第二級(jí)中將煙草增濕，在等溫等壓的循環(huán)操作中脫除尼古丁。第三級(jí)中，通過(guò)反復(fù)溶解和沉淀，將香味均勻分布在煙草中。經(jīng)這樣萃取后的煙草尼古丁含量可降低95%左右。圖3-18超臨界CO2多級(jí)萃取尼古丁示意圖尼古丁超臨界流體萃取分單級(jí)和多級(jí)過(guò)程。單級(jí)工藝流程中水314、超臨界CO2流體萃取裝置及工藝流程1-CO2氣瓶；2-純化器；3-冷凝器；4-高壓泵；5-加熱器；6-萃取釜；7-分離器；8-放油閥；9-節(jié)流減壓閥；10、11、12-閥門4、超臨界CO2流體萃取裝置及工藝流程1-CO2氣瓶；2-純32制藥設(shè)備第四部分萃取蒸發(fā)設(shè)備第四課課件33一、離子交換法

離子交換劑上的離子和水中的離子進(jìn)行交換的一種特殊吸附現(xiàn)象。與其它吸附過(guò)程相比：主要吸附水中離子態(tài)物質(zhì)；交換劑上的離子和水中離子進(jìn)行“等當(dāng)量”的交換。第八章離子交換及設(shè)備一、離子交換法第八章離子交換及設(shè)備34二、發(fā)展1805年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了土壤中Ca2+和NH4+的交換現(xiàn)象；1876年Lemberg揭示了離子交換的可逆性和化學(xué)計(jì)量關(guān)系；1935年人工合成了離子交換樹(shù)脂；1940年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；1951年我國(guó)開(kāi)始合成樹(shù)脂。二、發(fā)展1805年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了土壤中Ca2+和NH4+的35(一)給水處理

硬水軟化、脫鹽。純水、高純水的制備。(二)廢水處理

廢水中金屬離子：Zn2+、Cu2+、Cr6+、Cr3+

(三)工業(yè)生產(chǎn)

產(chǎn)品的提純

三、應(yīng)用(一)給水處理三、應(yīng)用36

1去除率高，凈化效果好；2可做到污染物的回收利用；3對(duì)廢水的預(yù)處理要求較高；4樹(shù)脂再生液需要進(jìn)一步處置。四、特點(diǎn)1去除率高，凈化效果好；四、特點(diǎn)37

固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機(jī)高分子聚電解質(zhì)。一、離子交換樹(shù)脂

(一)組成

離子交換樹(shù)脂母體(骨架)活性基團(tuán)固定離子可交換離子苯乙烯(單體)+二乙烯苯(交聯(lián)劑)母體共聚H2SO4功能基反應(yīng)R—SO3H固定離子可交換離子母體固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有38

(二)樹(shù)脂分類按選擇性按結(jié)構(gòu)離子交換樹(shù)脂凝膠型等孔型孔大、均勻，抗有機(jī)污染能力強(qiáng)。孔大，溶脹度小，交換速度高，抗污染能力強(qiáng)。孔隙小、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂弱堿性陰離子交換樹(shù)脂R—NH3OH強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂RNOH弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂R—COOH強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂R—SO3H(二)樹(shù)脂分類按結(jié)構(gòu)離子交凝膠型等孔型孔大、均勻，抗39二、樹(shù)脂的特性

(一)外觀形狀：透明或半透明的球狀珠體。顏色：白、淺黃、赤褐色。(二)含水率

樹(shù)脂孔隙內(nèi)所含的水分，一般在40%～69%。與樹(shù)脂的膠聯(lián)度有關(guān)，交聯(lián)度低，空隙率高，含水率高。二、樹(shù)脂的特性(一)外觀(二)含水率40

(三)密度干真密度：干燥狀態(tài)下，樹(shù)脂材料本身具有的密度。濕真密度：在水中充分溶脹后濕樹(shù)脂本身的密度。表觀密度：樹(shù)脂在水中充分溶脹后的堆積密度(視密度)。單位均為mg/L.

(四)交聯(lián)度交聯(lián)度為樹(shù)脂合成時(shí)交聯(lián)劑的用量，一般為7%~10%。交聯(lián)度越高，孔隙度越低，密度越大，對(duì)半徑較大的離子和水合離子擴(kuò)散速度越低，交換量越小。在水中浸泡，形變小，較穩(wěn)定。(三)密度(四)交聯(lián)度41

(五)溶脹性

吸水后體積增大的現(xiàn)象。溶脹程度用溶脹率表示：溶脹的原因

水?dāng)U散到樹(shù)脂交聯(lián)網(wǎng)孔發(fā)生溶脹；活性基團(tuán)離解形成水合離子。影響因素樹(shù)脂交聯(lián)度：交聯(lián)度越大，溶脹率越低?；钚曰鶊F(tuán)：離解程度越大，溶脹率越大；可交換離子：水合半徑越大，溶脹率越高。(五)溶脹性溶脹的原因42

(六)交換容量

單位體積濕樹(shù)脂(容量表示法)或單位重量干樹(shù)脂(重量表示法)可發(fā)生交換的活性基團(tuán)數(shù)量。

容量表示法EV：mmol/ml、mol/l。

重量表示法EW

：mmol/g、mol/kg。EV=EW×[濕比重×(1-含水率)]

全交換容量：?jiǎn)挝惑w積或重量樹(shù)脂中含可交換基團(tuán)的總數(shù)。工作交換容量：在動(dòng)態(tài)工作條件下，當(dāng)出水水質(zhì)達(dá)到交換終點(diǎn)時(shí)，樹(shù)脂層達(dá)到的平均交換容量。(六)交換容量43三、樹(shù)脂的選擇

根據(jù)處理對(duì)象選擇對(duì)應(yīng)類型的樹(shù)脂。注意離子在水中的存在狀態(tài)，如Cr6+在廢水中的存在形式為CrO42-或Cr2O72-。三、樹(shù)脂的選擇根據(jù)處理對(duì)象選擇對(duì)應(yīng)類型的樹(shù)脂。44離子交換原理一、離子交換反應(yīng)

b(R—A)a++aBb+?a(R—B)b++bAa+

特點(diǎn)：符合質(zhì)量作用定律;等當(dāng)量進(jìn)行的同性離子的互換反應(yīng);具有飽和性;樹(shù)脂母體和固定離子不發(fā)生變化。離子交換原理一、離子交換反應(yīng)b(R—A)a+45二、離子交換平衡

b(R—A)a++aBb+?a(R—B)b++bAa+有：式中：f為活度系數(shù)。二、離子交換平衡b(R—A)a++aBb+?a(R—B46離子交換工藝及設(shè)備二、動(dòng)態(tài)交換

(一)裝置類型

固定床系統(tǒng)單床、復(fù)床、混合床移動(dòng)床和流化床一、離子交換操作方式靜態(tài)交換動(dòng)態(tài)交換離子交換工藝及設(shè)備二、動(dòng)態(tài)交換一、離子交換操作方式47(二)工藝流程及操作過(guò)程工藝流程運(yùn)行過(guò)程廢水預(yù)處理交換離子排放去除影響交換的雜質(zhì):懸浮物、油類、膠體吸附、過(guò)濾去除陽(yáng)離子、陰離子反洗再生交換正洗(二)工藝流程及操作過(guò)程運(yùn)行過(guò)程廢水預(yù)處理交48三、樹(shù)脂的再生

(一)再生的目的恢復(fù)樹(shù)脂的交換能力回收有用物質(zhì)(二)再生原理b(R—A)a++aBb+≒a(R—B)b++bAa+三、樹(shù)脂的再生(一)再生的目的(二49(二)影響再生的因素

再生劑再生劑的種類H型陽(yáng)樹(shù)脂：再生劑HCl或H2SO4，HCl優(yōu)于H2SO4。OH型陰樹(shù)脂：再生劑Na2CO3或NaOH。

再生劑的濃度HCl5～10%NaOH10～12%、4～8%再生劑用量1.2～3.0倍樹(shù)脂體積。(二)影響再生的因素再生劑50

再生方式

順流再生

優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單；操作方便、可靠。

缺點(diǎn)：有重復(fù)交換現(xiàn)象，再生劑用量高；工作交換容量低。再生方式51再生方式

逆順流再生

優(yōu)點(diǎn)：

避免重復(fù)交換；再生劑用量少。樹(shù)脂底層再生干凈，工作交換容量較高。

缺點(diǎn)：

設(shè)備較復(fù)雜。要求控制技術(shù)高。

再生方式52應(yīng)用二水的軟化和除鹽

(一)水質(zhì)軟化1Na離子交換軟化系統(tǒng)

2R—Na+Ca(HCO3)2=R2—Ca+2NaHCO32R—Na+CaSO4=R2—Ca+Na2SO4

2R—Na+MgCl2=R2—Mg+2NaCl2應(yīng)用二水的軟化和除鹽532強(qiáng)酸性H離子交換脫堿軟化系統(tǒng)

2R—H+Ca(HCO3)2=R2—Ca+2CO2+2H2O2R—H+CaCl2=R2—Ca+2HCl2R—H+NaCl=R—Na+2HCl生成的CO2用CO2去除裝置去除，HCl加堿中和。2強(qiáng)酸性H離子交換脫堿軟化系統(tǒng)54

(二)水的除鹽

工藝流程：

強(qiáng)酸RH+脫除CO2+強(qiáng)堿ROH(二)水的除鹽工藝流程：55制藥設(shè)備第四部分萃取蒸發(fā)設(shè)備第四課課件56蒸發(fā)1、蒸發(fā)操作的目的（1）獲得濃縮的溶液直接作為化工產(chǎn)品或半成品。（2）濃縮溶液至飽和狀態(tài)，用于結(jié)晶操作以獲得固體溶質(zhì)。（3）除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑。蒸發(fā)1、蒸發(fā)操作的目的572、分類（1）按蒸發(fā)操作壓力分為：常壓，加壓，或者減壓（真空）蒸發(fā)。（2）按二次蒸汽利用情況分為：?jiǎn)涡д舭l(fā)和多效蒸發(fā)。2、分類（1）按蒸發(fā)操作壓力分為：常壓，加壓，或者減壓（真空58單效蒸發(fā)：將所產(chǎn)生的二次蒸汽不再利用，而直接送冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)操作產(chǎn)生的蒸汽。多效蒸發(fā)：將多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)，將產(chǎn)生的二次蒸汽通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，使加熱蒸汽在蒸發(fā)過(guò)程中得到多次利用的蒸發(fā)過(guò)程稱為多效蒸發(fā)。單效蒸發(fā)：將所產(chǎn)生的二次蒸汽不再利用，而直接送冷凝器冷凝以除59單程型蒸發(fā)器——特點(diǎn)：溶液以液膜的形式一次通過(guò)加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。——優(yōu)點(diǎn)：溶液停留時(shí)間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；溫度差損失較小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大?！秉c(diǎn)：設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)時(shí)不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的蒸發(fā)。單程型蒸發(fā)器——特點(diǎn)：溶液以液膜的形式一次通過(guò)加熱室，不進(jìn)行60形成的液膜與蒸汽流的方向相同，由下而上的并流上升。適用于蒸發(fā)量大（較稀的溶液），熱敏性及易起泡的溶液；不適用于較濃溶液、高粘度、易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液。（1）升膜式蒸發(fā)器形成的液膜與蒸汽流的方向相同，由下而上的并流上升。（1）升膜61（2）降膜式蒸發(fā)器形成的液膜與蒸汽流的方向相同，由上而下的并流下降。由蒸發(fā)器、分離器、液體分布器組成。適用于濃度較高，粘度較大的物料；不適用于易結(jié)晶的物料。（2）降膜式蒸發(fā)器形成的液膜與蒸汽流的方向相同，由上而下的并62（3）刮板式薄膜蒸發(fā)器①結(jié)構(gòu)如圖所示。②工作原理：料液自頂部進(jìn)入蒸發(fā)器后，在刮板的攪動(dòng)下分布于加熱管壁，并呈模式旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)。二次蒸汽從上端抽出并加以冷凝，濃縮液由蒸發(fā)器底部放出。③缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造要求高，加熱面不大，且需要消耗一定的動(dòng)力。④應(yīng)用：適應(yīng)高粘度，易結(jié)晶、結(jié)垢的濃溶液蒸發(fā)。（3）刮板式薄膜蒸發(fā)器①結(jié)構(gòu)如圖所示。63優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)速度大（2～3.5m/s），；可用于蒸發(fā)粘度大，易結(jié)晶結(jié)垢的物料；傳熱系數(shù)較大。缺點(diǎn)：能耗大。強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)速度大（2～3.5m/s），；可用于蒸發(fā)粘度大，易64第七章制藥工程萃取設(shè)備萃取：將所選定的某種溶劑，加入到液體混合物中，根據(jù)混合物中不同組分在該溶劑中的溶解度不同，將需要的組分分離出來(lái)，這個(gè)操作過(guò)程稱為溶劑萃取。第七章制藥工程萃取設(shè)備萃?。簩⑺x定的某種溶65萃取操作的基本過(guò)程如圖所示。原料液（液體混合物）由A、B兩組分組成，若待分離的組分為A，則稱A為溶質(zhì)，B組分為原溶劑（或稱稀釋劑），加入的溶劑稱為萃取劑S。首先將原料液和溶劑加入混合器中，然后進(jìn)行攪拌。萃取劑與原料液互不相溶，混合器內(nèi)存在兩個(gè)液相。通過(guò)攪拌可使其中一個(gè)液相以小液滴的形式分散于另一相中，造成很大的相接觸面積，有利于溶質(zhì)A由原溶劑B向萃取劑S擴(kuò)散。過(guò)程：萃取操作的基本過(guò)程如圖所示。原料液（液體混合物66A在兩相之間重新分配后，停止攪拌，將兩液相放入澄清器內(nèi)，依靠?jī)上嗟拿芏炔钸M(jìn)行沉降分層。上層為輕相，通常以萃取劑S為主，并溶入較多溶質(zhì)A，同時(shí)含有少量B，為萃取相，以E表示；下層為重相，以原溶劑B為主及未擴(kuò)散溶質(zhì)A，同時(shí)含有少量的S，稱為萃余相，以R表示。在實(shí)際操作中，也有輕相為萃余相，重相為萃取相的情況。萃取相和萃余相都是A、B、S的均相混合物，為了得到分離后的A組分，應(yīng)除去溶劑S，稱為溶劑回收?；厥蘸蟮娜軇㏒，可供循環(huán)使用。通常用蒸餾的方法回收S，如果溶質(zhì)A很難揮發(fā)，也可用蒸發(fā)的方法回收S。萃取相脫去溶劑S后，稱為萃取液，以E`表示；萃余相脫去S后，稱為萃余液，以R`表示。A在兩相之間重新分配后，停止攪拌，將兩液相放67由此可見(jiàn)，一個(gè)完整的萃取過(guò)程應(yīng)包括：原料液（A+B）與萃取劑（S）的充分混合，以完成溶質(zhì)（A）由原溶劑（B）轉(zhuǎn)溶到萃取劑S的傳質(zhì)過(guò)程；萃取相與萃余相的分離過(guò)程；從兩相中回收溶劑S最后得到產(chǎn)品的過(guò)程。由此可見(jiàn)，一個(gè)完整的萃取過(guò)程應(yīng)包括：原料液（A68溶劑萃取方式在工業(yè)生產(chǎn)操作中，完整的萃取操作應(yīng)該包括：①混合：原料液與萃取劑的充分混合，完成溶質(zhì)A由原溶劑B轉(zhuǎn)移到萃取劑S的過(guò)程；②分離：萃取相與萃余相分離過(guò)程；③萃取劑S的回收：從萃取相和萃余相中回收萃取劑S，供循環(huán)使用的過(guò)程。萃取操作流程按不同的分類方法，可分為間歇和連續(xù)，單級(jí)和多級(jí)萃取流程。在多級(jí)萃取流程中，又可分為多級(jí)錯(cuò)流和多級(jí)逆流萃取流程。

溶劑萃取方式69

1．單級(jí)萃取單級(jí)萃取是液—液萃取中最簡(jiǎn)單的操作形式，一般用于間歇操作，也可用于連續(xù)操作。單級(jí)萃取流程示意圖，單級(jí)萃取常用設(shè)備——單級(jí)混合澄清器。

1．單級(jí)萃取70

2．多級(jí)并流萃取單級(jí)萃取效率不高，萃余相中溶質(zhì)A的組成仍然很高。為使萃余相中溶質(zhì)A的組成達(dá)到要求值時(shí)，可采取多級(jí)錯(cuò)流萃取。3．多級(jí)逆流萃取將若干個(gè)單級(jí)萃取器分別串聯(lián)起來(lái)，料液和萃取劑分別從兩端加入，使料液和萃取液逆向流動(dòng)，充分接觸，即構(gòu)成多級(jí)逆流萃取操作。2．多級(jí)并流萃取3．多級(jí)逆流萃取71料液經(jīng)萃取后的萃余液再用新鮮萃取劑進(jìn)行萃取的方法稱為多級(jí)并流萃取。料液經(jīng)萃取后的萃余液再用新鮮萃取劑進(jìn)行萃取的方法稱為72此法與并流萃取相比，萃取劑耗量較少，因而萃取液平均濃度較高。多級(jí)逆流萃取流程的特點(diǎn)：料液走向和萃取劑走向相反，只在最后一級(jí)中加入萃取劑，萃取劑消耗少，萃取液產(chǎn)物平均濃度高，產(chǎn)物收率較高。工業(yè)上多采用多級(jí)逆流萃取流程。此法與并流萃取相比，萃取劑耗量較少，因而萃取73萃取設(shè)備1、萃取體系的組成及功能液-液萃取設(shè)備應(yīng)包括混合設(shè)備、分離設(shè)備?；旌显O(shè)備：使料液與萃取劑充分混合形成乳濁液，欲分離的生物產(chǎn)品自料液轉(zhuǎn)入萃取劑中。分離設(shè)備：將萃取后形成的萃取相和萃余相進(jìn)行分離。萃取設(shè)備1、萃取體系的組成及功能742、分類2、分類75混合設(shè)備1、萃取罐2、靜態(tài)混合器（1）工作原理萃取劑及料液在一定流速下進(jìn)入管道一端，混合后從另一端導(dǎo)出，依靠管內(nèi)特殊設(shè)計(jì)的內(nèi)部單元和流體流動(dòng)實(shí)現(xiàn)液體混合。強(qiáng)迫湍流狀態(tài)；料液在管內(nèi)平均停留時(shí)間10~20s。（2）特點(diǎn)混合管的萃取效果高于混合罐，且為連續(xù)操作。流程簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、能耗小、萃取效率高。適于各種黏度的流體?；旌显O(shè)備1、萃取罐2、靜態(tài)混合器（1）工作原理76分離設(shè)備碟片離心機(jī)分離設(shè)備碟片離心機(jī)77原料液與溶劑中密度較大者（稱為重相）從塔頂加入，密度較小者自塔底加入。兩相中其中有一相經(jīng)分布器分散成液滴（稱為分散相），另一相保持連續(xù)（稱為連續(xù)相），分散的液滴在沉降或上浮過(guò)程中與連續(xù)相逆流接觸，進(jìn)行溶質(zhì)A由B相轉(zhuǎn)移到S相傳質(zhì)過(guò)程，最后輕相由塔頂排出，重相由塔底排出。圖3-10塔式液液萃取流程混合分離一體設(shè)備1、萃取塔原料液與溶劑中密度較大者（稱為重相）從塔頂加入，密度78塔內(nèi)溶質(zhì)在其流動(dòng)方向的濃度變化是連續(xù)的；需用微分方程來(lái)描述塔內(nèi)溶質(zhì)的質(zhì)量守恒定律，因此稱為微分萃取。圖是部分塔式設(shè)備示意圖。塔內(nèi)溶質(zhì)在其流動(dòng)方向的濃度變化是連續(xù)的；需用79制藥設(shè)備第四部分萃取蒸發(fā)設(shè)備第四課課件80重液相由底部軸周圍的套管進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓后,沿螺旋通道由內(nèi)向外流經(jīng)各筒,最后由外筒經(jīng)溢流環(huán)到向心泵室被排出.輕液由底部中心管進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓,流入第十圓筒,從下端進(jìn)入螺旋通道,由外向內(nèi)流過(guò)各筒,最后從第一筒經(jīng)出口排出由11個(gè)不同直徑的同心圓筒組成的轉(zhuǎn)鼓,每個(gè)圓筒上均在一端開(kāi)孔,相鄰?fù)查_(kāi)孔位置上下錯(cuò)開(kāi),料液和萃取劑上下曲折流動(dòng)1、離心萃取設(shè)備（1）、立式離心萃取器重液相由底部軸周圍的套管進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓后,沿螺旋通道由內(nèi)向外流經(jīng)各81（2）、臥式離心萃取器（2）、臥式離心萃取器82（3）、逆流萃取傾析器（3）、逆流萃取傾析器83

溶劑萃取過(guò)程中的工藝問(wèn)題及處理在溶劑萃取過(guò)程中，兩相界面上經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生乳化現(xiàn)象。乳化是指液體以細(xì)小液滴的形式分散在另一不相溶的液體中。例如水以細(xì)小液滴的形式分散在有機(jī)相中，或有機(jī)溶劑以細(xì)小液滴的形式分散在水相中。在發(fā)酵液的溶劑萃取中產(chǎn)生乳化現(xiàn)象后，使水相和有機(jī)相分層困難，影響萃取分離操作的進(jìn)行。它可能產(chǎn)生兩種夾帶：萃余相中夾帶溶劑，目標(biāo)產(chǎn)物的收益率降低；萃取相中夾帶發(fā)酵液，給分離提純制造困難。一般形成乳狀液要有兩個(gè)條件：互不相溶的兩相溶劑和表面活性物質(zhì)。在發(fā)酵液中有蛋白質(zhì)和固體微粒，這些物質(zhì)具有表面活性劑的作用。因此溶劑萃取中，乳化現(xiàn)象極易發(fā)生。乳化現(xiàn)象與破乳化溶劑萃取過(guò)程中的工藝問(wèn)題及處理乳化現(xiàn)象與破乳化84在形成的乳狀液中，如果表面活性物質(zhì)親水基團(tuán)強(qiáng)度大于親油基團(tuán)，易形成水包油型（O/W）型乳狀液；如果表面活性物質(zhì)親油基團(tuán)強(qiáng)度大于親水基團(tuán)，易形成油包水型（W/O）乳狀液。在發(fā)酵液溶劑萃取中，由蛋白質(zhì)引起的乳狀液是水包油型的（O/W）的。這種界面乳狀液可放置數(shù)月而不凝聚。一方面由于蛋白質(zhì)分散在兩相界面，形成無(wú)定形黏性膜保護(hù)作用，另一方面，發(fā)酵液中存在一定數(shù)量的固體顆粒，對(duì)于已產(chǎn)生的乳化層也有穩(wěn)定作用。因此，防止萃取過(guò)程發(fā)生乳化和破乳，就成為溶劑萃取提高萃取操作效率的重要課題。在發(fā)酵液溶劑萃取過(guò)程中，防止發(fā)生乳化現(xiàn)象的手段就是在實(shí)施萃取操作前，對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行過(guò)濾和絮凝沉淀處理，除去大部分蛋白質(zhì)及固體微粒，消除引起水相乳化因素。在形成的乳狀液中，如果表面活性物質(zhì)親水基團(tuán)強(qiáng)度大85發(fā)生乳化后，可根據(jù)乳化的程度和乳狀液的性質(zhì)，采用適當(dāng)?shù)钠迫槭侄?。乳化程度不?yán)重時(shí)，可采用過(guò)濾和離心沉降的方法。針對(duì)乳狀液和界面型活性劑類型，加入相反的界面活性劑，促使乳狀液轉(zhuǎn)型變型性。對(duì)于水包油型（O/W）乳狀油，加入十二烷基磺酸鈉，可使乳狀液從O/W型向W/O型轉(zhuǎn)化，但由于溶液條件不允許W/O型號(hào)乳濁液的形成，從而達(dá)到破乳的目的。破乳的其他方法還有；加入強(qiáng)電解質(zhì)，破壞乳狀液雙電層的化學(xué)法；加熱、稀釋吸附的物理法；加入表面活性更強(qiáng)物質(zhì)，把界面活性替代出來(lái)的頂替法等等。但這些方法耗時(shí)、耗能、耗物，最好在實(shí)施溶劑萃取操作前，對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，從源頭上消除乳化現(xiàn)象的發(fā)生。發(fā)生乳化后，可根據(jù)乳化的程度和乳狀液的性質(zhì)，采用適86新型萃取技術(shù)超臨界流體萃取流體在超臨界狀態(tài)下，其密度接近液體，具有與液體溶劑相當(dāng)?shù)妮腿∧芰?；其粘度接近于氣體，傳遞阻力小，傳質(zhì)速率大于其處于液態(tài)下的溶劑萃取速率。基于超臨界流體的這種優(yōu)良特性，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，迅速發(fā)展為一門綜合了精餾與液液萃取兩個(gè)單元操作的優(yōu)點(diǎn)的獨(dú)特的分離工藝。1．超臨界流體

每一種物質(zhì)都有其特征的臨界參數(shù)，在壓力—溫度相圖上（圖3-15），稱其為臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力稱為臨界壓力，用PC表示，對(duì)應(yīng)的溫度稱為臨界溫度，用TC表示。不同的物質(zhì)有不同的臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)是氣體和液體轉(zhuǎn)化的極限，飽和液體和飽和氣體的差別消失。當(dāng)溫度和壓力超過(guò)臨界點(diǎn)值時(shí)，物質(zhì)處于既不是液體也不是氣體的超臨界狀態(tài)，稱其為超臨界流體。新型萃取技術(shù)超臨界流體萃取87超臨界萃取中應(yīng)用最多的是CO2。CO2的臨界溫度31.3℃,接近于室溫，臨界壓力為7.38Mpa，處于中等壓力，目前工業(yè)水平易于達(dá)到，并且無(wú)毒，無(wú)味，性質(zhì)穩(wěn)定，不燃，不腐蝕，易于精制，易于回收。圖3-15臨界點(diǎn)附近的P-T相圖超臨界萃取中應(yīng)用最多的是CO2。CO2的臨界溫度31.88

2．超臨界萃取原理溶質(zhì)在一種溶劑中的溶解度取決于兩種分子間的作用力，這種溶劑溶質(zhì)之間的作用力隨著分子靠近而強(qiáng)烈的增加，分子間作用力越大，溶劑的溶解度越大。超臨界流體的密度越接近液體的密度，因此對(duì)溶質(zhì)的溶解能力與液體基本相同。壓力越大，超臨界流體的密度越大，對(duì)溶質(zhì)的溶解度也就越大，隨著壓力的降低，超臨界流體的密度減小，溶解度急劇減小。表3-2列出了在超臨界乙烯中溶質(zhì)溶解度理論值與實(shí)測(cè)值。2．超臨界萃取原理89由此可見(jiàn)，在保持溫度恒定條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力來(lái)控制超臨界流體的萃取能力或保持密度不變改變溫度來(lái)提高其萃取能力。從CO2的P-T相圖上可以看出，流體在臨界區(qū)域附近，壓力和溫度的微小變化，會(huì)引起流體密度的大幅度變化，而非揮發(fā)性溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度大致和流體的密度成正比，保持溫度恒定，增大壓力，流體密度增大，對(duì)溶質(zhì)的萃取能力增強(qiáng)；保持壓力恒定，提高溫度，流體密度相對(duì)減小，對(duì)溶質(zhì)的萃取能力降低，使萃取劑與溶質(zhì)分離。超臨界流體萃取正是利用了這種特性，形成了獨(dú)特的分離工藝。由此可見(jiàn)，在保持溫度恒定條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力來(lái)控制超臨90

3．超臨界流體的應(yīng)用實(shí)例

（1）用超臨界CO2從咖啡中脫除咖啡因

超臨界CO2可以有選擇性地直接從原料中萃取咖啡因而不失其芳香味。具體過(guò)程為將綠咖啡豆預(yù)先用水浸泡增濕，用70～90℃，16～22MPa的超臨界CO2（這時(shí)PCO2≈0.4～0.65g/cm3）進(jìn)行萃取，咖啡因從豆中向流體相擴(kuò)散然后隨CO2一起進(jìn)入水洗塔，用70～90℃水洗滌，約10小時(shí)后，所有的咖啡因都被水吸收；該水經(jīng)脫氣后進(jìn)入蒸餾器回收咖啡因。CO2可循環(huán)使用。通過(guò)萃取，咖啡豆中的咖啡因可以從原來(lái)的0.7%?3%下降到0.02%以下，具體工藝流程見(jiàn)圖3-16。3．超臨界流體的應(yīng)用實(shí)例91圖3-16超臨界CO2從咖啡中脫除咖啡因示意圖圖3-16超臨界CO2從咖啡中脫除咖啡因示意圖92

圖3-17CO2萃取啤酒花的工藝流程圖圖3-17CO2萃取啤酒93（2）用超臨界CO2萃取啤酒花

超臨界CO2萃取啤酒花的主要理論依據(jù)是它在液體CO2中的溶解度隨著溫度強(qiáng)烈地變化。具體的工藝流程圖見(jiàn)圖3-17。首先將非極性的液體CO2泵入裝有含酒花軟樹(shù)脂的柱1或柱2中，CO2壓力控制在5.8MPa并預(yù)冷到7℃,使α－酸萃取率達(dá)到最大；接著，萃取液體進(jìn)入蒸發(fā)器中（分離器），CO2在40℃左右蒸發(fā)，非揮發(fā)性物質(zhì)在蒸發(fā)器底部沉積，CO2氣流用活性炭吸附的辦法去污并增壓后重新用于萃取，每次循環(huán)損耗小于1%。

（3）超臨界萃取尼古丁與啤酒花萃取不同，在煙草處理過(guò)程中，所需的是經(jīng)處理后的萃余物-煙草，而尼古丁萃取物是次要的東西。（2）用超臨界CO2萃取啤酒花超臨界CO2萃取啤酒花94尼古丁超臨界流體萃取分單級(jí)和多級(jí)過(guò)程。單級(jí)工藝流程中水含量約定俗成5%，溫度控制在68℃～133℃，壓力為30MPa。萃取后的煙草經(jīng)干燥后進(jìn)一步加工處理，萃取物-尼古丁可通過(guò)減壓升溫或吸咐等方法進(jìn)行分離。單級(jí)萃取的缺點(diǎn)是不利于保留煙草香味。多級(jí)萃取工藝程見(jiàn)圖3-18,第一級(jí)中，CO2有選擇地將香味從新鮮煙草中移去，加入到已脫除尼古丁和香味和煙草中去。第二級(jí)中將煙草增濕，在等溫等壓的循環(huán)操作中脫除尼古丁。第三級(jí)中，通過(guò)反復(fù)溶解和沉淀，將香味均勻分布在煙草中。經(jīng)這樣萃取后的煙草尼古丁含量可降低95%左右。圖3-18超臨界CO2多級(jí)萃取尼古丁示意圖尼古丁超臨界流體萃取分單級(jí)和多級(jí)過(guò)程。單級(jí)工藝流程中水954、超臨界CO2流體萃取裝置及工藝流程1-CO2氣瓶；2-純化器；3-冷凝器；4-高壓泵；5-加熱器；6-萃取釜；7-分離器；8-放油閥；9-節(jié)流減壓閥；10、11、12-閥門4、超臨界CO2流體萃取裝置及工藝流程1-CO2氣瓶；2-純96制藥設(shè)備第四部分萃取蒸發(fā)設(shè)備第四課課件97一、離子交換法

離子交換劑上的離子和水中的離子進(jìn)行交換的一種特殊吸附現(xiàn)象。與其它吸附過(guò)程相比：主要吸附水中離子態(tài)物質(zhì)；交換劑上的離子和水中離子進(jìn)行“等當(dāng)量”的交換。第八章離子交換及設(shè)備一、離子交換法第八章離子交換及設(shè)備98二、發(fā)展1805年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了土壤中Ca2+和NH4+的交換現(xiàn)象；1876年Lemberg揭示了離子交換的可逆性和化學(xué)計(jì)量關(guān)系；1935年人工合成了離子交換樹(shù)脂；1940年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；1951年我國(guó)開(kāi)始合成樹(shù)脂。二、發(fā)展1805年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了土壤中Ca2+和NH4+的99(一)給水處理

硬水軟化、脫鹽。純水、高純水的制備。(二)廢水處理

廢水中金屬離子：Zn2+、Cu2+、Cr6+、Cr3+

(三)工業(yè)生產(chǎn)

產(chǎn)品的提純

三、應(yīng)用(一)給水處理三、應(yīng)用100

1去除率高，凈化效果好；2可做到污染物的回收利用；3對(duì)廢水的預(yù)處理要求較高；4樹(shù)脂再生液需要進(jìn)一步處置。四、特點(diǎn)1去除率高，凈化效果好；四、特點(diǎn)101

固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機(jī)高分子聚電解質(zhì)。一、離子交換樹(shù)脂

(一)組成

離子交換樹(shù)脂母體(骨架)活性基團(tuán)固定離子可交換離子苯乙烯(單體)+二乙烯苯(交聯(lián)劑)母體共聚H2SO4功能基反應(yīng)R—SO3H固定離子可交換離子母體固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有102

(二)樹(shù)脂分類按選擇性按結(jié)構(gòu)離子交換樹(shù)脂凝膠型等孔型孔大、均勻，抗有機(jī)污染能力強(qiáng)?？状?，溶脹度小，交換速度高，抗污染能力強(qiáng)?？紫缎　⑸?，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂弱堿性陰離子交換樹(shù)脂R—NH3OH強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂RNOH弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂R—COOH強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂R—SO3H(二)樹(shù)脂分類按結(jié)構(gòu)離子交凝膠型等孔型孔大、均勻，抗103二、樹(shù)脂的特性

(一)外觀形狀：透明或半透明的球狀珠體。顏色：白、淺黃、赤褐色。(二)含水率

樹(shù)脂孔隙內(nèi)所含的水分，一般在40%～69%。與樹(shù)脂的膠聯(lián)度有關(guān)，交聯(lián)度低，空隙率高，含水率高。二、樹(shù)脂的特性(一)外觀(二)含水率104

(三)密度干真密度：干燥狀態(tài)下，樹(shù)脂材料本身具有的密度。濕真密度：在水中充分溶脹后濕樹(shù)脂本身的密度。表觀密度：樹(shù)脂在水中充分溶脹后的堆積密度(視密度)。單位均為mg/L.

(四)交聯(lián)度交聯(lián)度為樹(shù)脂合成時(shí)交聯(lián)劑的用量，一般為7%~10%。交聯(lián)度越高，孔隙度越低，密度越大，對(duì)半徑較大的離子和水合離子擴(kuò)散速度越低，交換量越小。在水中浸泡，形變小，較穩(wěn)定。(三)密度(四)交聯(lián)度105

(五)溶脹性

吸水后體積增大的現(xiàn)象。溶脹程度用溶脹率表示：溶脹的原因

水?dāng)U散到樹(shù)脂交聯(lián)網(wǎng)孔發(fā)生溶脹；活性基團(tuán)離解形成水合離子。影響因素樹(shù)脂交聯(lián)度：交聯(lián)度越大，溶脹率越低?；钚曰鶊F(tuán)：離解程度越大，溶脹率越大；可交換離子：水合半徑越大，溶脹率越高。(五)溶脹性溶脹的原因106

(六)交換容量

單位體積濕樹(shù)脂(容量表示法)或單位重量干樹(shù)脂(重量表示法)可發(fā)生交換的活性基團(tuán)數(shù)量。

容量表示法EV：mmol/ml、mol/l。

重量表示法EW

：mmol/g、mol/kg。EV=EW×[濕比重×(1-含水率)]

全交換容量：?jiǎn)挝惑w積或重量樹(shù)脂中含可交換基團(tuán)的總數(shù)。工作交換容量：在動(dòng)態(tài)工作條件下，當(dāng)出水水質(zhì)達(dá)到交換終點(diǎn)時(shí)，樹(shù)脂層達(dá)到的平均交換容量。(六)交換容量107三、樹(shù)脂的選擇

根據(jù)處理對(duì)象選擇對(duì)應(yīng)類型的樹(shù)脂。注意離子在水中的存在狀態(tài)，如Cr6+在廢水中的存在形式為CrO42-或Cr2O72-。三、樹(shù)脂的選擇根據(jù)處理對(duì)象選擇對(duì)應(yīng)類型的樹(shù)脂。108離子交換原理一、離子交換反應(yīng)

b(R—A)a++aBb+?a(R—B)b++bAa+

特點(diǎn)：符合質(zhì)量作用定律;等當(dāng)量進(jìn)行的同性離子的互換反應(yīng);具有飽和性;樹(shù)脂母體和固定離子不發(fā)生變化。離子交換原理一、離子交換反應(yīng)b(R—A)a+109二、離子交換平衡

b(R—A)a++aBb+?a(R—B)b++bAa+有：式中：f為活度系數(shù)。二、離子交換平衡b(R—A)a++aBb+?a(R—B110離子交換工藝及設(shè)備二、動(dòng)態(tài)交換

(一)裝置類型

固定床系統(tǒng)單床、復(fù)床、混合床移動(dòng)床和流化床一、離子交換操作方式靜態(tài)交換動(dòng)態(tài)交換離子交換工藝及設(shè)備二、動(dòng)態(tài)交換一、離子交換操作方式111(二)工藝流程及操作過(guò)程工藝流程運(yùn)行過(guò)程廢水預(yù)處理交換離子排放去除影響交換的雜質(zhì):懸浮物、油類、膠體吸附、過(guò)濾去除陽(yáng)離子、陰離子反洗再生交換正洗(二)工藝流程及操作過(guò)程運(yùn)行過(guò)程廢水預(yù)處理交112三、樹(shù)脂的再生

(一)再生的目的恢復(fù)樹(shù)脂的交換能力回收有用物質(zhì)(二)再生原理b(R—A)a++aBb+≒a(R—B)b++bAa+三、樹(shù)脂的再生(一)再生的目的(二113(二)影響再生的因素

再生劑再生劑的種類