CN1683045A - 萃取及测定两相传质效果的装置和操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轻重两相同时分散或分别分散的萃取青霉素的装置和操作方法，以及用该装置对萃取轻重两相分散的萃取速率的测定方法。本发明装置包括电动机、转轴及轴套、搅拌器、混合槽等。一轴套(2)将一转轴的一端与电动机(1)的轴固定连结在一起，转轴的另一端与伸入混合槽(13)中的自吸式搅拌器(3)的一端连结；搅拌器(3)由开孔的空腔上转盘(7)和开孔的空腔下转盘(9)及空腔圆柱体组成；上转盘是连结在搅拌器空腔通道圆柱体的上部，下转盘是连结在搅拌器空腔通道圆柱体的下部。本发明适用于易乳化体系的萃取，特别是轻重两相同时分散可提高传质速率和萃取率；同时也解决了轻重两相分散的萃取速率测定问题。

Description

萃取及测定两相传质效果的装置和操作方法

                         技术领域

本发明涉及萃取装置，特别涉及轻重两相同时分散或分别分散的萃取青霉素的装置和操作方法，以及用该装置对萃取轻重两相分散的萃取速率的测定方法。

                         技术背景

青霉素是一种广泛用于临床的抗生素。近年来，随着半合成抗生素技术的发展，青霉素大量用做合成β-内酰胺类药物的原料。青霉素生产一般由发酵、溶剂萃取、反萃取、结晶、干燥等过程组成，溶剂萃取是其中的重要步骤，一般采用醋酸丁酯为萃取剂。在溶剂萃取过程中，由于可溶性蛋白存在等原因，造成体系容易乳化，分相困难。

青霉素萃取过程一般通过混合澄清槽、离心萃取器、萃取塔完成(张伟等中国专利申请号：00102749.2)。针对以上萃取分离过程存在的两相分离困难及乳化和生物物质活性的降低的缺陷，张伟等(中国专利申请号：00102749.2)用自吸式搅拌萃取装置进行反胶团萃取蛋白质过程，解决乳化体系萃取分相困难问题。但该装置只有一个通道，在保持界面清晰的情况下，上下转盘在操作时只能一个开孔。轻相分散于重相时下转盘开孔，重相分散于轻相时上转盘开孔，轻相分散于重相和重相分散于轻相的过程必须分两次分别操作，不能实现轻相分散于重相和重相分散于轻相同时进行的萃取过程。

王斌等发明的自吸式多通道相分散萃取装置(中国专利申请号：00105691.3)由多个通道同时分散轻相，可以在两相中进行轻相分散于重相的过程，能解决乳化导致的分相困难问题。由于该装置没有供轻相和重相同时流动的分隔通道，不能实现轻相分散于重相和重相分散于轻相同时进行的萃取过程。

陈继等在王斌发明的基础上进行改进，发明的一种自吸式多通道相分散萃取装置(中国专利申请号：00107700.7)由多个通道同时分散轻相，可以在三相中进行传递式轻相分散于重相的过程，能解决三相一步法乳化导致的分相困难问题。由于该装置没有供轻相和重相同时流动的分隔通道，仍不能实现轻相分散于重相和重相分散于轻相同时进行的萃取过程。

离心萃取器是一种利用高速离心机完成萃取混合和分相的过程。常用的离心机有叠片式离心机(TA机)、卧式离心机(pod机)、倾析器(decanter)等。其优点为：分离效率高，混合及分相时间短；可实现连续或半连续操作；高速离心力使分相推动力大，容易进行两相分离。但离心萃取器亦有明显的缺点：设备投资大；维修费用高；运行动力费用高；高速旋转产生的大剪切力仍然产生乳化现象，使分相困难。

轻相分散于重相和重相分散于轻相以及两相同时分散对萃取速率的影响一直是研究人员关注的问题，但如何进行定量测定又是一直悬而未决的问题。

                         发明内容

本发明的目的之一是提供一种自吸式萃取青霉素的装置，以克服目前用于萃取青霉素装置的占地面积大、物料和溶剂滞留量大、能量消耗大，以及在青霉素萃取过程中两相分离困难，传质速度慢等问题。

本发明的再一目的是提供一种轻相、重相在分隔开的通道内可同时逆向流动并分散的自吸式萃取青霉素的装置。

本发明的另一目的是提供一种轻相、重相在分隔开的通道内可同时逆向流动并分散的自吸式萃取青霉素的装置的操作方法。

本发明的还一目的是提供一种利用自吸式萃取青霉素的装置对萃取轻重两相分散的萃取速率的测定方法。

本发明自吸式低剪切力搅拌萃取青霉素的装置，包括电动机、转轴及轴套、搅拌器、混合槽等；其特征是：

一轴套2将一转轴的一端与一电动机1的轴固定连结在一起，转轴的另一端与伸入混合槽13中的自吸式搅拌器3的一端连结；其中电动机1可以任意调整转速，并可准确测定转速；

一搅拌器3由空腔上转盘7和空腔下转盘9及空腔通道圆柱体组成；上转盘7是连结在搅拌器3空腔通道圆柱体的上部，下转盘9是连结在搅拌器3空腔通道圆柱体的下部，在两空腔转盘上各均匀分布12个或更多直径3mm左右的圆孔，两空腔转盘厚度一般分别为7mm；

一空腔上转盘7开有重相出料口6和与圆柱体的重相通道5相连通的圆孔；

一空腔下转盘9开有轻相出料口10和与圆柱体的轻相通道11相连通的圆孔；

一空腔通道圆柱体为夹层式圆柱体，是由分隔开的重相通道5和轻相通道11构成(圆柱体中间为重相通道，夹层为轻相通道)；在圆柱体上部的轻相通道11的壁上开有轻相进料口4，以及在构成重相通道5和轻相通道11的圆柱体壁上开有两个或多个与重相通道5相通的圆孔，空心管8将重相通道5与转盘7的空腔连通(萃取青霉素时，从空心管8通过的是重相)；在圆柱体下部的轻相通道11的壁上开有两个或多个与下转盘9的空腔相通的圆孔；圆柱体的底部为重相进口12，重相进口12与重相通道5相通。

本发明利用该单一装置进行青霉素溶液和萃取剂轻相分散于重相或重相分散于轻相以及轻重两相同时分散萃取反应。其操作方法为：将青霉素溶液测定有效物质浓度，浓度范围在15000u/ml-60000u/ml；青霉素溶液与萃取剂温度控制在5℃～20℃，按3∶1～1∶1的体积比置于装好搅拌器3的混合槽13中，先加入重相，再缓慢加入轻相，保持两相界面清晰；接通搅拌电源，以可控硅测定搅拌器3的转速，转速控制在300转/分钟～450转/分钟之间，保持两相界面清晰；一次迅速在萃取剂相中加入10wt％的H₂SO₄，使pH＝2～3；开启搅拌进行反应，当轻相分散于重相和重相分散于轻相同时进行时，所述的轻重两相在各自的通道内逆向同时流动。

当轻相分散于重相和重相分散于轻相同时进行时，搅拌器3的轻相进料口4、轻相出料口10、重相进口12、重相出料口6、空心管8、轻相通道11保持畅通，重相通道5由下而上走重相，轻相通道11由上而下走轻相。

当重相分散于轻相时，搅拌器3的重相进口12、重相出料口6、空心管8保持畅通，重相通道5由下而上走重相，轻相进料口4用四氟乙烯带封闭。

当轻相分散于重相时，搅拌器3的轻相进料口4、轻相出料口10、轻相通道11保持畅通，轻相通道11由上而下走轻相，重相进口12用四氟乙烯带封闭。

所述的萃取剂为醋酸丁酯、1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或二氯甲烷；以及微溶或不溶于水的萃取剂均适合本发明的操作装置。

用本发明的装置及操作方法进行青霉素溶液和萃取剂轻相分散于重相或重相分散于轻相以及轻重两相同时分散萃取反应速度测定。以搅拌5分钟为间隔停搅拌，以移液管取萃取剂相样品，旋光法快速测定青霉素浓度；取出样品再倒回萃取剂相后，重新开启搅拌，重复取样及测定青霉素浓度。

本发明适用于易乳化体系的萃取，解决了两相分相困难问题；同时也解决了轻重两相分散的萃取速率测定问题。

                         附图说明

图1.本发明轻相分散于重相和重相分散于轻相同时进行自吸式搅拌萃取装置示意图；

图2.本发明自吸式搅拌萃取装置结构示意图；

图3.本发明重相分散于轻相自吸式搅拌萃取装置示意图；

图4.本发明轻相分散于重相自吸式搅拌萃取装置示意图；

图5.本发明自吸式搅拌转盘俯视结构示意图；

图6.本发明实施例1，以醋酸丁酯为萃取剂，轻相(醋酸丁酯)青霉素浓度与时间关系示意图；

图7.本发明实施例2，以离子液体为萃取剂，重相(离子液体)青霉素浓度与时间关系示意图。

附图标记：

-◆-轻相分散于重相和重相分散于轻相同时进行；

-▲-重相分散于轻相；

-■-轻相分散于重相；

1.电动机      2.轴套          3.搅拌器       4.轻相进料口

5.重相通道    6.重相出料口    7.上转盘       8.空心管

9.下转盘      10.轻相出料     11.轻相通道    12.重相进口

13.混合槽

                         具体实施方式

实施例1

取效价25625u/ml的青霉素滤液(重相)250ml置于500ml自吸式低剪切力搅拌萃取装置内，加入醋酸丁酯(轻相)125ml，在10℃下，用10wt％的H₂SO₄ 16.1ml，调pH＝2，转速在374转/分，保持两相界面清晰，旋光法测定不同搅拌时间轻相效价。

请参见图1～图5。操作时，轻相进口4位于轻相料液液面以下，上转盘7位于轻相的中央，下转盘9位于两相界面以下重相部位，重相进口12位于两相界面以下重相部位。

-◆-醋酸丁酯分散于青霉素滤液和青霉素滤液分散于醋酸丁酯同时进行。轻相进料口4、轻相出料口10、重相进口12、重相出料口6、空心管8、轻相通道11保持畅通。轻相(醋酸丁酯)青霉素浓度与时间关系如图6所示。

-▲-青霉素滤液分散于醋酸丁酯。重相进口12、重相出料口6、空心管8保持畅通，轻相进料口4封闭。轻相(醋酸丁酯)青霉素浓度与时间关系如图6所示。

-■-醋酸丁酯分散于青霉素滤液。轻相进料口4、轻相出料口10、轻相通道11保持畅通，重相进口12封闭。轻相(醋酸丁酯)青霉素浓度与时间关系如图6所示。

实施例2

取离子液体[BMIM]PF6(1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，重相)120ml置于500ml自吸式低剪切力搅拌萃取装置内，加入效价40000u/ml的青霉素溶液(轻相)180ml，在20℃下，用10wt％的H₂SO₄ 6ml，调pH＝2，转速在382转/分，保持两相界面清晰，旋光法测定不同搅拌时间重相效价。

请参见图1～图5。操作时，轻相进口4位于轻相料液液面以下，上转盘7位于轻相的中央，下转盘9位于两相界面以下重相部位，重相进口12位于两相界面以下重相部位。

-◆青霉素溶液分散于离子液体和离子液体分散于青霉素溶液同时进行。轻相进料口4、轻相出料口10、重相进口12、重相出料口6、空心管8、轻相通道11保持畅通。重相(离子液体)青霉素浓度与时间关系如图7所示。

-▲-离子液体分散于青霉素溶液。重相进口12、重相出料口6、空心管8保持畅通，轻相进料口4封闭。重相(离子液体)青霉素浓度与时间关系如图7所示。

-■-青霉素溶液分散于离子液体。轻相进料口4、轻相出料口10、轻相通道11保持畅通，重相进口12封闭。重相(离子液体)青霉素浓度与时间关系如图7所示。

Claims (10)

1.一种自吸式萃取青霉素及测定两相传质效果的装置，包括电动机、转轴及轴套、搅拌器、混合槽；其特征是：

一轴套(2)将一转轴的一端与一电动机(1)的轴固定连结在一起，转轴的另一端与伸入混合槽(13)中的自吸式搅拌器(3)的一端连结；

一搅拌器(3)由空腔上转盘(7)和空腔下转盘(9)及空腔通道圆柱体组成；上转盘(7)是连结在搅拌器(3)空腔通道圆柱体的上部，下转盘(9)是连结在搅拌器(3)空腔通道圆柱体的下部；

一空腔上转盘(7)开有重相出料口(6)和与圆柱体的重相通道(5)相连通的圆孔；

一空腔下转盘(9)开有轻相出料口(10)和与圆柱体的轻相通道(11)相连通的圆孔；

一空腔通道圆柱体为夹层式圆柱体，是由分隔开的重相通道(5)和轻相通道(11)构成；在圆柱体上部的轻相通道(11)的壁上开有轻相进料口(4)，以及在构成重相通道(5)和轻相通道(11)的圆柱体壁上开有与重相通道(5)相通的圆孔，空心管(8)将重相通道(5)与转盘(7)的空腔连通；在圆柱体下部的轻相通道(11)的壁上开有与下转盘(9)的空腔相通的圆孔；圆柱体的底部为重相进口(12)，重相进口(12)与重相通道(5)相通。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述的在构成重相通道(5)和轻相通道(11)的圆柱体壁上开有12个与重相通道(5)相通的圆孔。

3.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述的在圆柱体下部的轻相通道(11)的壁上开有12个与下转盘(9)的空腔相通的圆孔。

4.一种如权利要求1～3任一项所述的装置的操作方法，其特征是：将青霉素溶液与萃取剂温度控制在5℃～20℃，按3∶1～1∶1的体积比置于装好搅拌器(3)的混合槽(13)中，先加入重相，再缓慢加入轻相，保持两相界面清晰；搅拌，保持两相界面清晰；一次迅速在萃取剂相中加入H₂SO₄，使pH＝2～3；开启搅拌进行反应；

当轻相分散于重相和重相分散于轻相同时进行时，搅拌器(3)的轻相进料口(4)、轻相出料口(10)、重相进口(12)、重相出料口(6)、空心管(8)、轻相通道(11)保持畅通；

当重相分散于轻相时，搅拌器(3)的重相进口(12)、重相出料口(6)、空心管(8)保持畅通，轻相进料口(4)封闭；

当轻相分散于重相时，搅拌器(3)的轻相进料口(4)、轻相出料口(10)、轻相通道(11)保持畅通，重相进口(12)封闭。

5.如权利要求4所述的方法，其特征是：所述的青霉素溶液测定有效物质浓度为15000u/ml-60000u/ml。

6.如权利要求4所述的方法，其特征是：所述的萃取剂为醋酸丁酯、1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或二氯甲烷。

7.如权利要求4所述的方法，其特征是：所述的封闭是用四氟乙烯带封闭。

8.如权利要求4所述的方法，其特征是：所述的H₂SO₄的浓度为10wt％。

9.如权利要求4所述的方法，其特征是：所述的搅拌转速控制在300转/分钟～450转/分钟之间。

10.如权利要求4所述的方法，其特征是：当轻相分散于重相和重相分散于轻相同时进行时，所述的轻重两相在各自的通道内逆向同时流动。

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