專利名稱：萃取及測(cè)定兩相傳質(zhì)效果的裝置和操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及萃取裝置，特別涉及輕重兩相同時(shí)分散或分別分散的萃取青霉素的裝置和操作方法，以及用該裝置對(duì)萃取輕重兩相分散的萃取速率的測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
青霉素是一種廣泛用于臨床的抗生素。近年來(lái)，隨著半合成抗生素技術(shù)的發(fā)展，青霉素大量用做合成β-內(nèi)酰胺類藥物的原料。青霉素生產(chǎn)一般由發(fā)酵、溶劑萃取、反萃取、結(jié)晶、干燥等過(guò)程組成，溶劑萃取是其中的重要步驟，一般采用醋酸丁酯為萃取劑。在溶劑萃取過(guò)程中，由于可溶性蛋白存在等原因，造成體系容易乳化，分相困難。
青霉素萃取過(guò)程一般通過(guò)混合澄清槽、離心萃取器、萃取塔完成(張偉等中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0102749.2)。針對(duì)以上萃取分離過(guò)程存在的兩相分離困難及乳化和生物物質(zhì)活性的降低的缺陷，張偉等(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0102749.2)用自吸式攪拌萃取裝置進(jìn)行反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)過(guò)程，解決乳化體系萃取分相困難問(wèn)題。但該裝置只有一個(gè)通道，在保持界面清晰的情況下，上下轉(zhuǎn)盤(pán)在操作時(shí)只能一個(gè)開(kāi)孔。輕相分散于重相時(shí)下轉(zhuǎn)盤(pán)開(kāi)孔，重相分散于輕相時(shí)上轉(zhuǎn)盤(pán)開(kāi)孔，輕相分散于重相和重相分散于輕相的過(guò)程必須分兩次分別操作，不能實(shí)現(xiàn)輕相分散于重相和重相分散于輕相同時(shí)進(jìn)行的萃取過(guò)程。
王斌等發(fā)明的自吸式多通道相分散萃取裝置(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0105691.3)由多個(gè)通道同時(shí)分散輕相，可以在兩相中進(jìn)行輕相分散于重相的過(guò)程，能解決乳化導(dǎo)致的分相困難問(wèn)題。由于該裝置沒(méi)有供輕相和重相同時(shí)流動(dòng)的分隔通道，不能實(shí)現(xiàn)輕相分散于重相和重相分散于輕相同時(shí)進(jìn)行的萃取過(guò)程。
陳繼等在王斌發(fā)明的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)明的一種自吸式多通道相分散萃取裝置(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0107700.7)由多個(gè)通道同時(shí)分散輕相，可以在三相中進(jìn)行傳遞式輕相分散于重相的過(guò)程，能解決三相一步法乳化導(dǎo)致的分相困難問(wèn)題。由于該裝置沒(méi)有供輕相和重相同時(shí)流動(dòng)的分隔通道，仍不能實(shí)現(xiàn)輕相分散于重相和重相分散于輕相同時(shí)進(jìn)行的萃取過(guò)程。
離心萃取器是一種利用高速離心機(jī)完成萃取混合和分相的過(guò)程。常用的離心機(jī)有疊片式離心機(jī)(TA機(jī))、臥式離心機(jī)(pod機(jī))、傾析器(decanter)等。其優(yōu)點(diǎn)為分離效率高，混合及分相時(shí)間短；可實(shí)現(xiàn)連續(xù)或半連續(xù)操作；高速離心力使分相推動(dòng)力大，容易進(jìn)行兩相分離。但離心萃取器亦有明顯的缺點(diǎn)設(shè)備投資大；維修費(fèi)用高；運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用高；高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的大剪切力仍然產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，使分相困難。
輕相分散于重相和重相分散于輕相以及兩相同時(shí)分散對(duì)萃取速率的影響一直是研究人員關(guān)注的問(wèn)題，但如何進(jìn)行定量測(cè)定又是一直懸而未決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種自吸式萃取青霉素的裝置，以克服目前用于萃取青霉素裝置的占地面積大、物料和溶劑滯留量大、能量消耗大，以及在青霉素萃取過(guò)程中兩相分離困難，傳質(zhì)速度慢等問(wèn)題。
本發(fā)明的再一目的是提供一種輕相、重相在分隔開(kāi)的通道內(nèi)可同時(shí)逆向流動(dòng)并分散的自吸式萃取青霉素的裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種輕相、重相在分隔開(kāi)的通道內(nèi)可同時(shí)逆向流動(dòng)并分散的自吸式萃取青霉素的裝置的操作方法。
本發(fā)明的還一目的是提供一種利用自吸式萃取青霉素的裝置對(duì)萃取輕重兩相分散的萃取速率的測(cè)定方法。
本發(fā)明自吸式低剪切力攪拌萃取青霉素的裝置，包括電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)軸及軸套、攪拌器、混合槽等；其特征是一軸套2將一轉(zhuǎn)軸的一端與一電動(dòng)機(jī)1的軸固定連結(jié)在一起，轉(zhuǎn)軸的另一端與伸入混合槽13中的自吸式攪拌器3的一端連結(jié)；其中電動(dòng)機(jī)1可以任意調(diào)整轉(zhuǎn)速，并可準(zhǔn)確測(cè)定轉(zhuǎn)速；
一攪拌器3由空腔上轉(zhuǎn)盤(pán)7和空腔下轉(zhuǎn)盤(pán)9及空腔通道圓柱體組成；上轉(zhuǎn)盤(pán)7是連結(jié)在攪拌器3空腔通道圓柱體的上部，下轉(zhuǎn)盤(pán)9是連結(jié)在攪拌器3空腔通道圓柱體的下部，在兩空腔轉(zhuǎn)盤(pán)上各均勻分布12個(gè)或更多直徑3mm左右的圓孔，兩空腔轉(zhuǎn)盤(pán)厚度一般分別為7mm；一空腔上轉(zhuǎn)盤(pán)7開(kāi)有重相出料口6和與圓柱體的重相通道5相連通的圓孔；一空腔下轉(zhuǎn)盤(pán)9開(kāi)有輕相出料口10和與圓柱體的輕相通道11相連通的圓孔；一空腔通道圓柱體為夾層式圓柱體，是由分隔開(kāi)的重相通道5和輕相通道11構(gòu)成(圓柱體中間為重相通道，夾層為輕相通道)；在圓柱體上部的輕相通道11的壁上開(kāi)有輕相進(jìn)料口4，以及在構(gòu)成重相通道5和輕相通道11的圓柱體壁上開(kāi)有兩個(gè)或多個(gè)與重相通道5相通的圓孔，空心管8將重相通道5與轉(zhuǎn)盤(pán)7的空腔連通(萃取青霉素時(shí)，從空心管8通過(guò)的是重相)；在圓柱體下部的輕相通道11的壁上開(kāi)有兩個(gè)或多個(gè)與下轉(zhuǎn)盤(pán)9的空腔相通的圓孔；圓柱體的底部為重相進(jìn)口12，重相進(jìn)口12與重相通道5相通。
本發(fā)明利用該單一裝置進(jìn)行青霉素溶液和萃取劑輕相分散于重相或重相分散于輕相以及輕重兩相同時(shí)分散萃取反應(yīng)。其操作方法為將青霉素溶液測(cè)定有效物質(zhì)濃度，濃度范圍在15000u/ml-60000u/ml；青霉素溶液與萃取劑溫度控制在5℃～20℃，按3∶1～1∶1的體積比置于裝好攪拌器3的混合槽13中，先加入重相，再緩慢加入輕相，保持兩相界面清晰；接通攪拌電源，以可控硅測(cè)定攪拌器3的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速控制在300轉(zhuǎn)/分鐘～450轉(zhuǎn)/分鐘之間，保持兩相界面清晰；一次迅速在萃取劑相中加入10wt％的H2SO4，使pH＝2～3；開(kāi)啟攪拌進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)輕相分散于重相和重相分散于輕相同時(shí)進(jìn)行時(shí)，所述的輕重兩相在各自的通道內(nèi)逆向同時(shí)流動(dòng)。
當(dāng)輕相分散于重相和重相分散于輕相同時(shí)進(jìn)行時(shí)，攪拌器3的輕相進(jìn)料口4、輕相出料口10、重相進(jìn)口12、重相出料口6、空心管8、輕相通道11保持暢通，重相通道5由下而上走重相，輕相通道11由上而下走輕相。
當(dāng)重相分散于輕相時(shí)，攪拌器3的重相進(jìn)口12、重相出料口6、空心管8保持暢通，重相通道5由下而上走重相，輕相進(jìn)料口4用四氟乙烯帶封閉。
當(dāng)輕相分散于重相時(shí)，攪拌器3的輕相進(jìn)料口4、輕相出料口10、輕相通道11保持暢通，輕相通道11由上而下走輕相，重相進(jìn)口12用四氟乙烯帶封閉。
所述的萃取劑為醋酸丁酯、1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽或二氯甲烷；以及微溶或不溶于水的萃取劑均適合本發(fā)明的操作裝置。
用本發(fā)明的裝置及操作方法進(jìn)行青霉素溶液和萃取劑輕相分散于重相或重相分散于輕相以及輕重兩相同時(shí)分散萃取反應(yīng)速度測(cè)定。以攪拌5分鐘為間隔停攪拌，以移液管取萃取劑相樣品，旋光法快速測(cè)定青霉素濃度；取出樣品再倒回萃取劑相后，重新開(kāi)啟攪拌，重復(fù)取樣及測(cè)定青霉素濃度。
本發(fā)明適用于易乳化體系的萃取，解決了兩相分相困難問(wèn)題；同時(shí)也解決了輕重兩相分散的萃取速率測(cè)定問(wèn)題。


圖1.本發(fā)明輕相分散于重相和重相分散于輕相同時(shí)進(jìn)行自吸式攪拌萃取裝置示意圖；圖2.本發(fā)明自吸式攪拌萃取裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3.本發(fā)明重相分散于輕相自吸式攪拌萃取裝置示意圖；圖4.本發(fā)明輕相分散于重相自吸式攪拌萃取裝置示意圖；圖5.本發(fā)明自吸式攪拌轉(zhuǎn)盤(pán)俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖6.本發(fā)明實(shí)施例1，以醋酸丁酯為萃取劑，輕相(醋酸丁酯)青霉素濃度與時(shí)間關(guān)系示意圖；圖7.本發(fā)明實(shí)施例2，以離子液體為萃取劑，重相(離子液體)青霉素濃度與時(shí)間關(guān)系示意圖。
附圖標(biāo)記-◆-輕相分散于重相和重相分散于輕相同時(shí)進(jìn)行；-▲-重相分散于輕相；-■-輕相分散于重相；1.電動(dòng)機(jī) 2.軸套 3.攪拌器 4.輕相進(jìn)料口5.重相通道6.重相出料口7.上轉(zhuǎn)盤(pán) 8.空心管9.下轉(zhuǎn)盤(pán) 10.輕相出料 11.輕相通道12.重相進(jìn)口13.混合槽
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1取效價(jià)25625u/ml的青霉素濾液(重相)250ml置于500ml自吸式低剪切力攪拌萃取裝置內(nèi)，加入醋酸丁酯(輕相)125ml，在10℃下，用10wt％的H2SO416.1ml，調(diào)pH＝2，轉(zhuǎn)速在374轉(zhuǎn)/分，保持兩相界面清晰，旋光法測(cè)定不同攪拌時(shí)間輕相效價(jià)。
請(qǐng)參見(jiàn)圖1～圖5。操作時(shí)，輕相進(jìn)口4位于輕相料液液面以下，上轉(zhuǎn)盤(pán)7位于輕相的中央，下轉(zhuǎn)盤(pán)9位于兩相界面以下重相部位，重相進(jìn)口12位于兩相界面以下重相部位。
-◆-醋酸丁酯分散于青霉素濾液和青霉素濾液分散于醋酸丁酯同時(shí)進(jìn)行。輕相進(jìn)料口4、輕相出料口10、重相進(jìn)口12、重相出料口6、空心管8、輕相通道11保持暢通。輕相(醋酸丁酯)青霉素濃度與時(shí)間關(guān)系如圖6所示。
-▲-青霉素濾液分散于醋酸丁酯。重相進(jìn)口12、重相出料口6、空心管8保持暢通，輕相進(jìn)料口4封閉。輕相(醋酸丁酯)青霉素濃度與時(shí)間關(guān)系如圖6所示。
-■-醋酸丁酯分散于青霉素濾液。輕相進(jìn)料口4、輕相出料口10、輕相通道11保持暢通，重相進(jìn)口12封閉。輕相(醋酸丁酯)青霉素濃度與時(shí)間關(guān)系如圖6所示。
實(shí)施例2取離子液體[BMIM]PF6(1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽，重相)120ml置于500ml自吸式低剪切力攪拌萃取裝置內(nèi)，加入效價(jià)40000u/ml的青霉素溶液(輕相)180ml，在20℃下，用10wt％的H2SO46ml，調(diào)pH＝2，轉(zhuǎn)速在382轉(zhuǎn)/分，保持兩相界面清晰，旋光法測(cè)定不同攪拌時(shí)間重相效價(jià)。
請(qǐng)參見(jiàn)圖1～圖5。操作時(shí)，輕相進(jìn)口4位于輕相料液液面以下，上轉(zhuǎn)盤(pán)7位于輕相的中央，下轉(zhuǎn)盤(pán)9位于兩相界面以下重相部位，重相進(jìn)口12位于兩相界面以下重相部位。
-◆青霉素溶液分散于離子液體和離子液體分散于青霉素溶液同時(shí)進(jìn)行。輕相進(jìn)料口4、輕相出料口10、重相進(jìn)口12、重相出料口6、空心管8、輕相通道11保持暢通。重相(離子液體)青霉素濃度與時(shí)間關(guān)系如圖7所示。
-▲-離子液體分散于青霉素溶液。重相進(jìn)口12、重相出料口6、空心管8保持暢通，輕相進(jìn)料口4封閉。重相(離子液體)青霉素濃度與時(shí)間關(guān)系如圖7所示。
-■-青霉素溶液分散于離子液體。輕相進(jìn)料口4、輕相出料口10、輕相通道11保持暢通，重相進(jìn)口12封閉。重相(離子液體)青霉素濃度與時(shí)間關(guān)系如圖7所示。
權(quán)利要求
1.一種自吸式萃取青霉素及測(cè)定兩相傳質(zhì)效果的裝置，包括電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)軸及軸套、攪拌器、混合槽；其特征是一軸套(2)將一轉(zhuǎn)軸的一端與一電動(dòng)機(jī)(1)的軸固定連結(jié)在一起，轉(zhuǎn)軸的另一端與伸入混合槽(13)中的自吸式攪拌器(3)的一端連結(jié)；一攪拌器(3)由空腔上轉(zhuǎn)盤(pán)(7)和空腔下轉(zhuǎn)盤(pán)(9)及空腔通道圓柱體組成；上轉(zhuǎn)盤(pán)(7)是連結(jié)在攪拌器(3)空腔通道圓柱體的上部，下轉(zhuǎn)盤(pán)(9)是連結(jié)在攪拌器(3)空腔通道圓柱體的下部；一空腔上轉(zhuǎn)盤(pán)(7)開(kāi)有重相出料口(6)和與圓柱體的重相通道(5)相連通的圓孔；一空腔下轉(zhuǎn)盤(pán)(9)開(kāi)有輕相出料口(10)和與圓柱體的輕相通道(11)相連通的圓孔；一空腔通道圓柱體為夾層式圓柱體，是由分隔開(kāi)的重相通道(5)和輕相通道(11)構(gòu)成；在圓柱體上部的輕相通道(11)的壁上開(kāi)有輕相進(jìn)料口(4)，以及在構(gòu)成重相通道(5)和輕相通道(11)的圓柱體壁上開(kāi)有與重相通道(5)相通的圓孔，空心管(8)將重相通道(5)與轉(zhuǎn)盤(pán)(7)的空腔連通；在圓柱體下部的輕相通道(11)的壁上開(kāi)有與下轉(zhuǎn)盤(pán)(9)的空腔相通的圓孔；圓柱體的底部為重相進(jìn)口(12)，重相進(jìn)口(12)與重相通道(5)相通。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的在構(gòu)成重相通道(5)和輕相通道(11)的圓柱體壁上開(kāi)有12個(gè)與重相通道(5)相通的圓孔。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的在圓柱體下部的輕相通道(11)的壁上開(kāi)有12個(gè)與下轉(zhuǎn)盤(pán)(9)的空腔相通的圓孔。
4.一種如權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的裝置的操作方法，其特征是將青霉素溶液與萃取劑溫度控制在5℃～20℃，按3∶1～1∶1的體積比置于裝好攪拌器(3)的混合槽(13)中，先加入重相，再緩慢加入輕相，保持兩相界面清晰；攪拌，保持兩相界面清晰；一次迅速在萃取劑相中加入H2SO4，使pH＝2～3；開(kāi)啟攪拌進(jìn)行反應(yīng)；當(dāng)輕相分散于重相和重相分散于輕相同時(shí)進(jìn)行時(shí)，攪拌器(3)的輕相進(jìn)料口(4)、輕相出料口(10)、重相進(jìn)口(12)、重相出料口(6)、空心管(8)、輕相通道(11)保持暢通；當(dāng)重相分散于輕相時(shí)，攪拌器(3)的重相進(jìn)口(12)、重相出料口(6)、空心管(8)保持暢通，輕相進(jìn)料口(4)封閉；當(dāng)輕相分散于重相時(shí)，攪拌器(3)的輕相進(jìn)料口(4)、輕相出料口(10)、輕相通道(11)保持暢通，重相進(jìn)口(12)封閉。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的青霉素溶液測(cè)定有效物質(zhì)濃度為15000u/ml-60000u/ml。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的萃取劑為醋酸丁酯、1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽或二氯甲烷。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的封閉是用四氟乙烯帶封閉。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的H2SO4的濃度為10wt％。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的攪拌轉(zhuǎn)速控制在300轉(zhuǎn)/分鐘～450轉(zhuǎn)/分鐘之間。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是當(dāng)輕相分散于重相和重相分散于輕相同時(shí)進(jìn)行時(shí)，所述的輕重兩相在各自的通道內(nèi)逆向同時(shí)流動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及輕重兩相同時(shí)分散或分別分散的萃取青霉素的裝置和操作方法，以及用該裝置對(duì)萃取輕重兩相分散的萃取速率的測(cè)定方法。本發(fā)明裝置包括電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)軸及軸套、攪拌器、混合槽等。一軸套(2)將一轉(zhuǎn)軸的一端與電動(dòng)機(jī)(1)的軸固定連結(jié)在一起，轉(zhuǎn)軸的另一端與伸入混合槽(13)中的自吸式攪拌器(3)的一端連結(jié)；攪拌器(3)由開(kāi)孔的空腔上轉(zhuǎn)盤(pán)(7)和開(kāi)孔的空腔下轉(zhuǎn)盤(pán)(9)及空腔圓柱體組成；上轉(zhuǎn)盤(pán)是連結(jié)在攪拌器空腔通道圓柱體的上部，下轉(zhuǎn)盤(pán)是連結(jié)在攪拌器空腔通道圓柱體的下部。本發(fā)明適用于易乳化體系的萃取，特別是輕重兩相同時(shí)分散可提高傳質(zhì)速率和萃取率；同時(shí)也解決了輕重兩相分散的萃取速率測(cè)定問(wèn)題。
文檔編號(hào)B01D11/04GK1683045SQ20041000900
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2004年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
發(fā)明者劉慶芬, 安震濤, 余江, 馮樹(shù)軍, 劉會(huì)洲 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所