第一篇：固液萃取原理范文
固液萃取
第十章 固液浸取
第一节 萃取原理
教学目标：
理解萃取过程和萃取原理。理解萃取分配定律的含义，掌握分配常数的计算公式。
掌握单级萃取、多级逆流萃取、多级错流萃取的物料流动过程。 教学重点：
萃取过程和萃取原理。理解萃取分配定律的含义，掌握分配常数的计算公式。 单级萃取、多级逆流萃取的物料流动过程。 教学难点：
萃取分配定律的含义，分配常数计算公式的具体应用。 教学内容：
一、萃取基本原理 1.萃取过程
如图10—1所示，假设一种溶液的溶剂A与另一个溶剂B互不相容，且溶质C在B中的溶解度大于在A中的溶解度，当将溶剂B加入到溶液中经振摇静臵后，则会发生分层现象，且大部分溶质C转移到了溶剂B中。这种溶质从一种体系转移到另一个体系的过程称为萃取过程。 在萃取过程中起转移溶质作用的溶剂称为萃取剂，由萃取剂和溶质组成的溶液叫萃取液，原来的溶液在萃取后则称为萃余液。如果萃取前的体系是液态则称为液—液萃取，如果是固态则称为固——液萃取，又称固液浸取，如用石油醚萃取青蒿中的青蒿素就是典型的固液浸取实例。
2.萃取原理
物质的溶解能力是由构成物质分子的极性和溶剂分子的极性决定的，遵守“相似相溶”原则的，即分子极性大的物质溶于极性溶剂，分子极性小的物质溶解于弱极性或非极性溶剂中。例如，还原糖、蛋白质、氨基酸、维生素B族等物质，其分子极性大，可溶于极性溶剂水中，而不溶解于非极性溶剂石油醚中。又如大多数萜类化合物的分子极性小，易溶于石油醚和氯仿等极性小的溶剂中，但不溶于水等极性强的溶剂。因此，同一种化合物在不同的溶剂中有不同的溶解能力。当一种溶质处于极性大小不相当的溶剂中时，其溶解能力小，有转移到相当极性的溶剂中去的趋势，假设这种极性相当的溶剂与原来的溶剂互不相溶，则绝大部分溶质就会从原来的相态扩散到新的溶剂中，形成新的溶液体系，即形成萃取液。
在萃取过程时，溶质转移到萃取剂中的程度遵守分配定律。指出，在其他条件不变的情况下，萃取过程达到平衡后，萃取液中溶质浓度与萃余液中溶质浓度的比值是常数，这个规律叫分配定律，常数k0叫分配系数。如图10—2所示，在进行第一次萃取时，设原料液中溶质的摩尔浓度为C,萃取相中溶质的摩尔浓度为X，萃余相中溶质的摩尔浓度为Y，则：
k0萃取相X (10--1)萃余相Y假设进行多次萃取才能将目的产物提取完，则进行第n次萃取时，原料液中的溶质浓度为cn，萃取相中溶质的浓度为Xn，萃余相中的浓度为Yn，根据分配定律应有：
knXn (10--2)YnXXn所以 k0k1k2=kn (10--3)YYn由此看到 Yn0
故随着萃取次数的增加，残留在原料体系中的溶质越来越少，但无论进行多少次萃取，都不可能完全将溶质从原料体系中萃取出来。因此在实际生产过程中，往往要综合考虑萃取操作生产成本，只进行有限次的萃取操作。如在中药提取生产时，一般对中药材进行三次萃取后，有效成分基本上被最大程度的萃取，同时经济上也达到最好的效益。
二、常见萃取流程
在工业生产中，萃取操作有单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取等流程。
1.单级萃取
将萃取剂加入原料液中只萃取一次的操作方式叫单级萃取。如图10—3所示。具体操作过程是：将原料液和萃取剂都加入到混合器中，用搅拌器搅拌，促使溶质从原料液中转移到萃取剂中，经过一段时间后，静臵分层，用分离器把萃取相和萃余相分离后即完成一个萃取操作周期。
工业上常用液—液单级萃取设备是高速管式离心机和碟片式离心机，进行固液萃取的设备是各种形式的提取罐。
2.多级错流萃取
原料经过多个串联的萃取器，并在每个萃取器中进行萃取操作，这种萃取方式叫多级萃取。按原料的流向与萃取剂的流向关系可分为多级错流萃取、多级逆流萃取、多级平流萃取。图10—4是多级错流萃取示意图。多级错流萃取操作中，原料液从第1级经过第2级流向第3级，最后得到萃余相，萃取剂则由总管道分别注入三个萃取器，原料在每级萃取器经萃取操作后，所得萃取相都回收到同一个储罐中贮存。
在多级错流萃取中由于溶剂分别加入各级萃取器，故萃取推动力较大， 萃取效果好，所以在中药提取分离中被广泛采用。其缺点是要加入大量的萃取溶剂，产品浓度稀，蒸发浓缩回收溶剂时需要消耗较多的能量。
3.多级逆流萃取
如果原料的流向从第1级经过若干级后到末级的萃余液，而萃取溶剂从末级逆向流动，经过若干级后到达第1级而得到萃取液，这种萃取操作方式成为多级逆流萃取。一般萃取级数是三级。如青霉素生产中，用乙酸戊酯从澄清的发酵液中分离青霉素时，就采用了三级逆流萃取系统，如图10—5所示。
进行多级逆流萃取的设备主要有：
①由单级混合—澄清器串联组成的多级逆流萃取系统 ②多级筛板塔。
在生物制药生产过程中，萃取是一个非常重要的单元操作，通过萃取可以把目的产物从复杂的体系中提取出来，以便于进行更进一步的纯化分离。
第二节 植物浸取原理
教学目标： 了解植物中目的产物的理化性质。掌握植物浸取常用溶剂的理化性质。 理解植物浸取过程基本原理。
掌握植物浸取工艺条件参数的选择依据和方法。 教学重点：
植物浸取常用溶剂的理花性质，植物浸取工艺条件参数的选择依据和方法。 教学难点：
植物浸取工艺条件参数的选择依据和方法。 教学内容：
一、植物中天然产物的理化性质 1.非目的产物
在植物中存在着多种天然大分子物质类，如淀粉、纤维素、木质素、果胶、树脂、鞣质、多肽、蛋白质、酶、核酸等，因为这些分子含有大量的羟基、氨基、羧基等极性基团，因此其分子极性强，在水中溶解度大，用水等极性溶剂提取时容易被浸提出来。但是，非目的产物受热会糊化，影响后续分离纯化操作，因此在提取时要尽量避免将其浸出。
2.目的产物的理化性质
植物中的目的产物有生物碱、苷类、醌、黄酮、香豆素、木脂素、萜类、甾体及其苷类、挥发油、色素物质等，这些物质一般都具有生理活性，因而是中药有效成分。这些物质的分子极性分布范围宽，且从强极性到非极性都有相应的物质存在，因而植物中的有效成分溶解性比较复杂。现分别介绍如下：
生物碱是一类含氮的天然有机化合物，具广泛的生理活性。生物碱分子中的氮原子与氨分子中的氮原子一样，有一对孤电子，对质子有一定程度的亲和力，当与酸反应中和后，氮原子可由三价转为五价而成盐，因而具有碱性。在植物中，大多数生物碱与有机酸结合成盐而存在，少数与无机酸结合成盐而存在，有些生物碱碱性弱，以游离状态存在，还有部分与糖结合成苷类的形式存在。
大多数生物碱不溶或难溶于水，可溶于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂;生物碱盐类则可溶于水，因此，加入一定的有机酸或无机酸作浸出辅助剂，使生物碱转成盐后，可用水作溶剂提取。
苷类又称配糖体，是糖或糖的衍生物如氨基糖、糖醛酸等，与另一类非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的化合物。其中非糖部分称为苷元或配基，其连接键称为苷键。按化学结构可分为香豆素苷、木脂素苷、蒽醌苷、黄酮苷、吲哚苷等多种，其亲水性随苷元化学结构、所连接糖的种类和数目有较显著的区别，但大多数苷类亲水性强，可用水提取，也可用不同浓度的乙醇提取。
醌类是具有α，β-不饱和酮结构一类化合物，从结构上可分为苯醌、萘醌、菲醌、蒽醌等四类。醌类化合物中含酚羟基团越多，颜色则越深。天然醌类多为有色晶体。苯醌及蒽醌多以游离状态存在，蒽醌往往结合成苷。游离的醌类多具升华性，小分子的苯醌类及茶酮类具有挥发性，能随水蒸汽蒸馏，可因此进行提取、精制。游离酮类多溶于乙醇、乙酸、苯、氯仿等有机溶剂，微溶或不溶于水。而配基成苷后，极性增大，易溶于甲醇、乙醇、热水，几乎不溶于苯、乙醇等非极性溶剂。蒽醌类衍生物多具有酚羟基，故呈酸性，易溶于碱性溶剂。分子中酚羟基的数目及位臵不同，酸性强弱也不一样。
黄酮类化合物的基本母核是无苯基色原酮，有的具有良好的心脑血管药理活性，有的具有抗菌消炎作用，有的具有保肝作用。游离黄酮苷元难溶或不溶于水，易溶于乙醇，可用不同浓度的乙醇提取;黄酮苷类可溶于水也可溶于醇，可用水或不同浓度的乙醇提取。
萜类化合物是由若干异戊二烯结构单元组成的碳氢化合物，可用(C5H8)n表示其分子式，n为大于2的整数。当n是2时称单萜，是3时称倍半萜，是4时称双萜，是5时称二倍半萜，于此类推可对复杂的萜命名。
分子量较小的萜类化合物如单萜和倍半萜多为有特殊气味的挥发性油状液体，其沸点随分子量和双键数量的增加而提高;分子量较大的萜类如二萜、三萜多为固体结晶。萜类化合物大多具有苦味，也有一些萜类化合物有极强的甜味，甜菊苷就是比蔗糖甜100倍的甜味剂。萜类化合物大多不溶于水而易溶于非极性有机溶剂中，如青蒿素溶解于石油醚。萜类化合物成苷后水溶性提高而易溶于热水，另外含有内酯结构的萜类化合物易溶于碱性水溶液中。
香豆素是邻羟基桂皮酸的内酯，其分子结构是以苯骈α-吡喃酮为母核。根据其结构特征可分为四大类，即简单香豆素类，喃喃香豆素类、吡喃香豆素类及其他香豆素类。游离的香豆素多数有较好的结晶，且大多有香味。香豆素中分子量小的有挥发性，能随水蒸汽蒸馏，并能升华。香豆素苷多数无香味和挥发性，也不能升华。游离的香豆素能溶于沸水，难溶于冷水，易溶于甲醇、乙醇、叙情和乙醚;香豆素苷类能溶于水、甲醇和乙醇，而难溶于乙醇等极性小的有机溶剂。香豆素类及其苷因分子中具有内酯环，在强碱溶液中内酯环可以开环生成顺邻羟基桂皮酸盐，但加酸又可重新闭环成为原来的内酯。但如与碱长时间加热，则可转变为稳定的反邻羟基桂皮酸盐。因此用碱液提取香豆素时，必须注意碱液的浓度，并应避免长时间加热，以防破坏内酯环。
木脂素是一类由两分子苯丙素衍生物聚合而成的天然化合物，多数呈游离状态，少数与糖结合成苷而存在于植物的木部和树脂中。多数为无色结晶，一般无挥发性，不能随水蒸气蒸馏，少数木脂素在常压下能升华。游离的木脂素是亲脂性的，一般难溶于水，易溶于乙醇和亲脂性有机溶剂中;具有酚羟基的木脂素可溶于碱性水溶液中。 木脂素与糖结合成苷后分子极性增加，在水中的溶解度也增大。
甾体类化合物是广泛存在于自然界中的一类天然化学成分，包括植物甾醇、胆汁酸、c21甾类、昆虫变态激素、强心苷、甾体皂苷、甾体生物碱、蟾毒配基等。其基本结构中母核是环戊烷骈多氢菲。
强心苷多为无定型粉末或者无色结晶，具有旋光性，一般可溶于水、乙醇、丙酮等极性溶剂，微溶于乙酸乙酯、含醇氯仿，几乎不溶于乙醚、苯、石油醚等极性小的溶剂。
挥发油类又称精油，是一类具有挥发性的油状液体，大部分具有香气，如薄荷油、丁香油等。挥发油难溶于水，能完全溶解于无水乙醇、乙醚、氯仿、脂肪油中。在各种不同浓度的含水乙醇中可溶解一定量，乙醇浓度愈小，挥发油溶解的量也愈少。挥发油少量地溶解于水后使水溶液具该挥发油特有的香气。
天然产物的理化性质是植物浸取操作的理论依据，但在设计提取方法时，要进行多次实验，获得最佳的工艺参数，筛选出最可靠的工艺流程。
二、植物浸取常用溶剂 1.溶剂性质
因为提取的植物产品绝大多数是作医、食用原料，所以提取用溶剂必须是“安全、廉价”的，即对有效成分是化学惰性的，对人无毒理反应，能最大程度地浸出目的产物而最小程度地浸出非目的产物，另外，在经济上是廉价的。事实上，同时满足上述条件的溶剂几乎没有。在实际生产过程中，往往是多种溶剂按一定比例混合使用以达到生产要求。
常见溶剂的极性大小排列顺序为：
水 →乙醇→丙酮→乙醚→乙酸乙酯→氯仿→甲苯→石油醚
水：极性大，溶解范围广，价格便宜。植物中多种成分如生物碱盐类、苦味物质、有机酸、蛋白质、单糖和低聚糖、淀粉、菊糖、树脂、果胶、黏液质、色素、维生素、酶和少量挥发油等都能被水溶解浸出。其缺点是选择性差，非目的产物被浸出量大，给纯化操作带来困难。
乙醇：中强极性，能与水以任意比例相混，乙醇浓度越高溶液极性越低。各种目的产物在乙醇中的溶解度随乙醇浓度的变化而变化。90%的乙醇用来浸取挥发油、有机酸、树脂、叶绿素等，50%～70%的乙醇用来浸提生物碱、甙类等，50%以下的乙醇用来浸取苦味物质、蒽醌类化合物。
乙醚：乙醚是非极性溶剂，微溶于水(1：12)，可与乙醇及其他有机溶剂任意混溶。选择性强，能溶解生物碱、树脂、挥发油、某些甙类。大部分溶解于水的成分在乙醚中不溶解。缺点是易燃，价格高，有药理副反应，常用于精制提纯，最后要从溶液中完全除去。
氯仿：是非极性溶剂，在水中微溶，与乙醇、乙醚能任意混溶。可溶解生物碱、甙类、挥发油、树脂等，不能溶解蛋白质、鞣质等极性物质。氯仿有强烈的药理作用，应在浸出液中尽量除去。
除此之外，丙酮和石油醚也是常用溶剂，可以用于脱水脱脂和浸取，但有较强挥发性和易燃性，且具有一定的毒性，故应从最后制剂中除去。
2.辅助剂
为提高浸提效果，增加目的产物的溶解度，增加制剂的稳定性，以及除去或减少某些物质，常在浸提溶剂中加入辅助剂。常用辅助剂有酸、碱、表面活性剂。
加入硫酸、盐酸、醋酸、酒石酸、枸橼酸等，可促进生物碱溶解，提高部分生物碱的稳定性，同时可使有机酸游离而易被溶剂萃取。
加入氨水、碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠等，可增加皂甙、有机酸、黄酮、蒽醌和某些酚性成分的溶解度和稳定性。在含生物碱的浸取液中加碱可使生物碱游离，便于后续萃取。
加入表面活性剂可强化润湿增溶，降低植物材料与溶剂间的界面张力，使润湿角变小，促使溶剂和材料之间的润湿渗透。常用表面活性剂有非离子型、阴离子型、阳离子型，根据植物材料和溶剂确定使用型号。
三、浸取原理 1.植物的细胞结构
细胞是构成植物组织的基本单元，组成植物细壁的主要成分是纤维素，具有刚性，其功能是支持和保护细胞内的原生质体，防止细胞因吸涨而破裂，保持细胞的正常形态。
原生质可分为细胞核、细胞质、质体及线粒体。构成原生质的化学成分有核糖核酸、蛋白质、酶、维生素、淀粉、脂类，细胞的代谢产物有糖类、苷类、生物碱、鞣质、脂肪与蜡、挥发油，他们都存在于原生质中。
在植物细胞壁和原生质体之间的细胞膜，是控制物质进出细胞的门户，它有选择性地让某些分子进入或排出细胞。
中药有效成分提取过程就是将目的产物从细胞植物内转移到细胞外的溶剂中，如果将细胞壁破碎则能最大程度地获得有效成分，但很容易将非目的产物一并提取出来，造成纯化困难。所以在实际生产中，一般不会采用破碎细胞的提取方法，常根据传质过程和传质机理调控有关工艺参数实现最大提取效率。
2.植物浸取过程
浸取就是利用适当溶剂和方式把植物中的有效成分分离出来的操作过程，又称为提取。提取所得到的液体称为浸出液，浓缩干燥后称为浸膏。植物浸取操作属于固液萃取。
当固体与溶剂经过长时间接触后，溶质溶解过程结束，此时固体内空隙中液体的浓度与固体周围液体的浓度相等，液体的组成不再随时间而改变，即固液体系达到平衡状态，这就是一个完整的浸取过程。
完整的浸取过程有以下几个阶段： (1)浸润渗透 溶剂被吸附在植物材料表面，由于液体静压力和植物材料毛细作用，被吸附的溶剂渗透到植物细胞组织内部的过程。溶剂渗透到植物细胞组织中后使干皱的细胞膨胀，恢复细胞壁的通透性，形成通道，能够让目的产物从细胞内扩散出来。
(2)解吸与溶解 由于目的产物各成分在细胞内相互之间有吸附作用，需要破坏吸附力才能溶解。因此溶剂在溶解溶质之前首先要解除吸附作用，即解吸。解吸后溶质进入溶剂即溶解。
(3)扩散 随着细胞内溶质进入溶剂而浓度增大，在细胞内外产生了溶质浓度差，从而产生了渗透压，溶质将进入低浓度溶液中，溶剂将要进入高浓度溶液中，引起溶质从高浓度部位向低浓度部位的扩散过程。扩散可分为内扩散和外扩散两个阶段。内扩散就是细胞内已经进入溶剂中的溶质，随溶剂通过细胞壁转移到细胞外的过程，外扩散就是植物材料和溶剂边界层的溶质传递到溶剂主体中去的过程。
研究表明，在通常浸取条件下，溶剂进入细胞后，溶质的溶解速度很大，但溶质的内扩散速度和外扩散速度较低。提高扩散速度的途径有两条，其一是通过搅拌产生湍流提高外扩散速度;其二是不断用溶剂臵换出固液界面上的浓溶液，始终保持细胞内外高浓度差，促使溶质不断扩散出细胞壁，强化浸取操作。
四、浸取工艺条件
在植物浸取过程中，有多种因素对浸取过程产生重要的影响，影响浸取回收率的高低。这些因素包括温度、压力、酸碱性、颗粒直径、浸取时间、溶剂用量、浸取次数、液体运动状态等。为达到浸取成本低回收率高的浸取效果，必须通过查阅文献资料和做现场实验求出这些因素的最佳参数，作为生产操作时的控制依据。在工程上习惯地把这些参数称为工艺条件。
1.浸出温度
一般来讲，温度升高能使植物组织软化并促进膨胀，增加了可溶性成分的溶解和扩散速度，所以浸取温度越高，浸出速度越快。但温度升高后，某些目的产物不稳定发生分解变质，同时使挥发性目的产物挥发散失。因此，要把浸取温度控制在适当的范围。中药提取时，根据处方情况可把浸取温度控制在100℃以下。
2.浸取时间 浸取过程是一个溶剂进入细胞溶解目的产物并向外扩散的过程，浸取所需时间长短视植物材料本身结构和溶剂性质而定。如果原材料的组织结构细密，溶质扩散速度慢，所需时间就长，如果所用植物材料的组织疏松则所需时间就短。溶剂穿透力强且对目的产物溶解性好则所需时间短，反之则长。浸取所用时间的长短要通过中试实验来确定，一般每批中药材提取的时间大约是2—4个小时。
3.操作压力
植物提取一般是在常压沸点下进行，但对于溶剂较难渗透到植物组织内部的浸出操作，提高压力有利于浸出过程，因为在较高压力下植物组织内部细胞被破坏，加速了润湿渗透过程，使只组织内部毛细孔更快地充满溶剂，有利于溶质扩散。超临界萃取就属于加压浸取。对于组织疏松的材料可不用加压操作，因影响浸出速度的主要因素是扩散过程，加大压力对提高浸出速度无显著效果。
4.溶剂PH值
在目的产物浸出过程中，溶剂的PH值对浸出速度有影响。某些目的产物可溶解于酸性溶剂，则要使用酸性溶剂浸提，有些目的产物易溶解于碱性溶液因而要选择碱性溶剂提取。根据目的产物的酸碱性质可确定提取过程中溶剂PH值的范围。
5.溶剂用量
可用萃取公式进行理论计算再经过实验校验后即可得到溶剂的用量。在工业生产中，经验公式和经验值是技术操作的参数依据，一般溶剂用量是原材料的2～5倍，经过三次浸取就可认为提取完成。
6.溶剂流动状态
因在浸取过程中控制速度的关键步骤是扩散阶段，因此可以通过产生错流或湍流，不断地将植物材料表面上高浓度的溶液与低浓度的溶液混合而使溶质被扩散，保持细胞内外高渗透压，提高扩散速度。通过搅拌或者用离心泵强制溶剂流动可达到提高扩散速度的目的。
7.预浸泡
植物材料多是处于干燥状态，在正式浸取前需要预浸泡，使植物组织软化和细胞壁被浸润而膨胀，便于浸取时溶质的加速溶解和扩散。
第三节 植物提取操作方法 教学目标：
掌握植物浸取煎煮工艺、浸渍工艺、渗漉工艺、回流提取工艺、压榨工艺的原理、工艺过程及设备结构。
掌握各种工艺规程的操作方法。
初步掌握根据不同原材料选用不同的极取工艺的方法。 教学重点：
植物浸取工艺过程、设备结构及操作方法。 教学难点： 工艺原理及选用。 教学内容：
一、煎煮提取工艺
将植物用水加热煮沸一定时间提取目的产物的方法称为煎煮法。这是一种传统方法，可分为常压煎煮法、加压煎煮法、减压煎煮法。常压煎煮法是应用得最广泛的方法。煎煮法适合于目的产物可溶于水，且对加热不敏感的植物材料。
1.工艺操作过程
煎煮提取工艺操作过程是：将预处理了植物材料装入煎煮容器中，用水浸没原材料，待植物材料软化润胀后，用直接蒸汽加热至沸腾，然后改用间接蒸汽加热，保持微沸状态，经过一定时间后将浸取液通过筛网过滤装入贮液罐，用新鲜水重复三次，合并浸取液，静臵过夜，沉淀过滤，所得滤液即浸提液经浓缩干燥即得提取物。
2.煎煮设备
煎煮设备可分为传统煎煮器、密闭煎煮器、强制循环煎煮器、多能提取罐等四种类型。
在植物提取生产中现已经不再使用传统煎煮器，广泛使用的是多功能提取罐。多功能提取罐可以进行多种方法的浸取操作。
二、浸渍提取工艺 浸渍法属于静态提取方法，是将已预处理过的植物材料装入密闭容器在常温或加热条件下进行浸取目的产物的操作过程。
通过浸渍法所得的浸取液在不低于浸渍温度下能较好地保持其澄清度，操作简单易行，其缺点是时间长，溶剂用量大，浸出效率低。
浸渍法工艺流程如下：
1.操作过程
按照操作温度不同，浸渍法可分为冷浸法和热浸法。
冷浸法 在室温或更低温度下进行的浸渍操作。一般是将植物材料装入密闭浸渍器中，加入溶剂后密闭，于室温下浸泡3～5日或更长的时间，适当振动或搅拌。到规定时间后过滤浸出液，压榨残渣，使残液析出，将压榨液与滤液合并，静臵一天后再过滤得浸出液待用。
热浸法 热浸法与冷浸法相比，只是当植物材料被装入密闭容器后需 通蒸汽加热，其他操作相似。在热浸法中如使用乙醇作溶剂，浸渍温度应控制 在40℃～60℃的范围内，如果是用水作溶剂，浸渍温度可以控制在60℃～80℃的范围。
热浸法可大幅度缩短时间，提高了浸取效率，但提取出的杂质较多，浸取液澄清度差，冷却后有沉淀析出，需要精制。
2.浸渍设备
浸渍法所使用的设备主要是浸渍器和压榨器。各种多功能提取罐都可以作浸渍器使用。
三、渗漉提取工艺 将植物材料粉碎后装入上大下小的渗漉筒或渗漉罐中，用溶剂边浸泡边流出的连续浸取过程称为渗漉。在渗漉过程中，溶剂从上方加入，连续流过植物材料而不断溶出溶质，溶剂中溶质浓度从小增大，到最后以高浓度溶液流出。
渗漉法提取过程类似多次浸出过程，浸出液可以达到较高的浓度，浸出效果好。同时，渗漉法不需加热，溶剂用量少，过滤要求低，适用于热敏性、易挥发和剧毒物质的提取，使用渗漉法可以进行含量低但要求有较高提取浓度的植物提取。但不适用于黏度高、流动性差的物料的提取。
现将有关渗漉法的操作工艺流程和操作方法介绍如下： 1.工艺流程 2.操作过程
首先将植物材料净选后进行前处理，并粉碎成要求的规格。颗粒规格一般是中粗级，对于切片要求厚度为0.5mm。原材料颗粒太细，溶剂难以通过而影响浸取速度。其次用0.7～1倍量的溶剂浸润原材料4小时左右，待原材料组织润胀后将其装入渗漉罐中，将料层压平均匀，用滤纸或纱布盖料，再覆盖盖板，以免原材料浮起。再次浸渍排气。将原材料装入罐后，打开底部阀门，从罐上方加入溶剂，将原材料颗粒之间的空气向下排出，待空气排完后关闭底部阀门，继续加溶剂至超过液面5～8厘米，加盖放臵24～48小时。最后将溶剂从罐上方连续加入罐中，打开底部阀门，调整流速，进行渗漉浸取。
3.常见渗漉设备
渗漉设备常用渗漉筒或渗漉罐，现在也有厂家采用多能提取罐进行渗漉浸取。
四、回流提取工艺
回流法是用乙醇等易挥发的有机溶剂进行加热浸取的方法。当有机溶剂在提取罐中受热后蒸发，其蒸汽被引入到冷凝器中再次冷凝成液体并回流到提取罐中继续进行浸取操作，直至目的产物被提取完成为止。
回流提取法本质上是浸渍法，可分为热回流提取和循环提取，其工艺特点是溶剂循环使用，浸取更加完全。缺点是由于加热时间长，故不适用于热敏性物料和挥发性物料的提取。
进行回流提取的装臵是多功能提取罐，图10—11是多功能中药提取罐回流提取工艺流程示意图。
五、压榨提取工艺
用机械加压的方法使液固组织发生体积变化而组织破碎，并使液体与固体组织分离的过程，称为压榨提取法。压榨提取法是古老的植物提取法。现在制糖、榨油、果汁、香油、食用色素提取等行业仍然广泛地使用。
压榨提取法的优点是不破坏目的产物的组成和结构，能保持目的产物本来的组成成分物理化学性质不改变，因而主要用于热敏性物质、水溶性的氨基酸、蛋白质、酶、食用风味物质、食用色素、植物油等目的产物的提取。
1.水溶性物质的榨取方法
本法榨取的是氨基酸、酶、蛋白质、多糖、色素果汁等。所用植物原材料是新鲜材料，采用干压榨或湿压榨法榨取。干压榨法是在榨取过程中不加水洗涤原材料，施加压力直至无液体流出为止。干压榨法提取率不高，正逐渐被淘汰。现广泛使用的是湿压榨法，即在压榨过程中不断加水洗涤原材料，直到把目的产物全部榨取出来为止。
在进行湿压榨法前要把原材料洗涤干净无杂质，并用粉碎机粉碎成浆状，然后装筐或装袋进行压榨。
压榨提取法使用的机械设备分为间歇和连续式两种。间歇式压榨机有水平向挤压机和竖直向压榨机，连续式压榨机主要有螺旋压榨机，水平带式压榨机。在植物提取中使用较多的是螺旋压榨机。
2.脂溶性物质的榨取法
本法榨取的是油脂、挥发油、油溶性成分。所使用的植物原材料一般是种子、果实、皮等。榨取前原材料要经过剥壳、蒸炒，使组织细胞破坏，将原材料装袋或筐后上机压榨。在压榨过程中原材料发生变化主要是物理变化，经过了物料变形、油脂分离、摩擦发热和水分蒸发等过程。压榨时，料胚在压力作用下，组织的内部表面相互挤压，使油脂不断从料胚孔中被挤压出来，同时原材料在高压下形成坚硬的油饼，物料粒子表面渐趋挤紧，直到挤压表面留下单分子层形成表面油膜，致使饼中残油无法被挤压出来。
另外，药用挥发性油的压榨提取还可通过挫榨法进行榨取。
第四节 中药提取浓缩生产流程
教学目标：
掌握中药提取浓缩相关设备的结构及操作方法。 理解中药提取浓缩生产流程设计原理。 掌握提取浓缩生产流程的操作方法。 教学重点：
中药提取浓缩相关设备的结构及操作方法。 中药提取浓缩生产操作规程。 教学难点：
中药提取浓缩生产流程设计原理。 教学内容：
一、提取罐的结构
进行中药提取的设备又称为提取罐。按照外观造型可将提取罐分为五种形式，既直筒式提取罐，蘑菇形提取罐，正锥形提取罐，斜锥形提取罐，搅拌式提取罐。目前普遍采用小直径直筒式提取罐，其结构特点是中间切线循环，采用夹套和直接蒸汽加热，底部加热沸腾，上下同径，阻力小出料顺畅，结构简单，造价低廉。
蘑菇形提取罐筒体上大下小，上部空间大可防止暴沸。传热快，切线循环，动态效果好。因顶部配有清洗球可进行全方位清洗。采用夹套和底部加热，可保持浸取液沸腾状态。缺点制造难度大，价格高。
正锥式提取罐筒体直径大，底部直径小，出料口密封性好，但出渣时往往需要人辅助出料。加热时采用夹套方式进行。斜锥式提取罐与正锥式提取罐结构和性能基本相同，但阻力小，出料时较正锥式提取罐容易。
搅拌式提取罐是在蘑菇形提取罐基础之上发展起来的。在提取罐顶部安装了搅拌器，通过搅拌器的搅动促使溶剂流动，形成动态提取，改善了物料和溶剂接触状态，提高了溶质浸取速度。但机械搅拌对原材料和被提取物都有一定的要求，选用时要予以注意。
二、提取罐操作规程
可作为植物提取的设备是多种多样的，各种设备都有其工艺操作条件、原料特性和技术特点，要根据具体情况进行综合分析后选用设备。一般来讲，采用煎煮法提取时多采用蘑菇形提取罐、直锥式提取罐和搅拌式提取罐。浸渍提取时，通常采用带有搅拌或泵循环的浸渍器。
在生产中只采用一个提取罐进行提取的工艺流程称为单罐提取。现以水提取为例说明单罐提取操作规程和安全事项，如图10—14所示。
(1)加入药材
开启空压机观察压力表，调整压力表读数大于0.6MPa，打开压缩进气阀、操作气动阀，用启动气缸把出渣门关闭，用锁紧气缸把门锁紧，用保险气缸把出渣门销住。从投料口假如中药材，关闭投料口。 (2)加入溶剂
打开冷却水阀门使冷却器正常工作，打开回流阀、测压阀使罐内和大气相通，打开进溶剂阀、切线循环阀，气动离心泵向罐内定量注入溶剂。
(3)通入蒸汽
打开蒸汽进气阀、筒体夹套蒸汽阀、底部蒸汽阀、蒸汽冷凝水管连接阀、冷凝水旁通阀、底部整齐冷凝水阀。然后打开疏水器阀，关闭冷凝水旁通阀，及时观察罐内提取温度及压力，沸腾后关闭夹套蒸汽阀，用底部蒸汽阀加热维持沸腾，一直达到工艺要求时间。
(4)循环提取
通如入整齐后，打开底部出液阀、切线循环阀，启动离心泵进行顺流循环，然后打开上提取液出液阀、逆流循环阀，关闭切线阀、底部出液阀，进行逆流循环。
(5)芳香油回收
开启溶剂回流阀、收油回流阀、放空阀，关闭回流阀V2，通过油水分离器上的视镜观察油面，打开收油阀V
10、调节回流阀控制收取轻油，通过控制阀V8收取重油。
(6)出液
关闭蒸汽系统各阀门，打开底部出液阀V
32、过滤阀V24，关闭逆流循环阀V
29、上提取出液阀V30，启动离心泵将提取液通过过滤器送入储液罐。
(7)出渣
提取完成后，依次关闭各功能阀，操作启动阀P1，退出安全销后松开阀P2紧锁块，打开阀P3使出渣门缓缓打开，使药渣落下。
(8)冲洗
打开逆流循环阀V29，用温水冲洗罐内及出渣门密封条等，开自来水阀冲洗提取罐及软管。
(9)记录
要详细及时记录好生产各数据，为生产管理提供依据。 注意事项：
在生产过程中需要注意罐内的压力变化情况，按规定允许使用压力。罐体及出渣门夹套使用蒸汽压力≤0.3MPa;罐内压力为常压;气缸使用压缩空气压力0.7MPa。严禁罐内超压使用。
三、典型的纯化工艺流程
根据目的产物和杂质的理化性质，对提取液的纯化方式多种多样。最常见的方法有沉淀、大孔树脂吸附、离子交换、结晶等方法。在中药制药工业化生产过程中，通常采用水或者乙醇将杂质沉淀后静臵过夜，然后再过滤得澄清液的工艺流程，也有采用大孔树脂吸附法进行精制的。比较典型的中药提取液纯化工艺流程是提取法与纯化方法的有机结合，主要有水提醇沉法和醇提水沉法两种。
1.水提醇沉法
用水提取浓缩后，向提取液中加入一定浓度的乙醇，沉淀过滤去除杂质的方法称为水提醇沉法。在本法的基本原理是，中药有效成分如生物碱、苷、有机酸、多糖等易溶于水和乙醇，而蛋白质、淀粉、粘液质、数胶、和无机盐等杂质均不溶解于高浓度的乙醇。加入高浓度乙醇既能通过沉淀去除杂质，同时也保留了既溶于水又溶于乙醇的中药有效成分。
在实际操作中加入的乙醇量要准确，当溶液中乙醇的浓度在50%～60%时，可去除淀粉杂质，含醇量达75%时，可除去蛋白质等杂质，当含醇量达80%时，几乎可除去全部蛋白质和多糖、无机盐类杂质。
2.醇提水沉法
醇提水沉法的基本原理与水提醇沉法大致相同。其不同之处是先用70%～90%的乙醇提取静臵滤过，经蒸馏回收乙醇后再冷藏滤过则可将沉淀去除。用乙醇提取的优点是减少生药中粘液质、淀粉、蛋白质、树脂等的溶出，简化了后续纯化操作，同时因操作工序少，药液受热时间短，有效成分损失小。其缺点是不能将鞣质彻底除掉，颜色较水提醇沉法深，可能是乙醇提出的脂溶性色素较多之故。
除以上介绍的除去杂质的方法外，还有用5%～10%的明胶溶液、20%～30%的石灰乳作沉淀剂去杂、用大孔树脂吸附有效成分去杂以及其他去杂等方法，本课程不对这部分内容作深入讨论。
四、中药提取浓缩生产线
由于待提取的目的产物存在的形式和其理化性质不同，植物提取纯化方法也就不同。按照使用的溶剂的种类，可把中药提取分为水提取法、醇提取法和其他有机溶剂提取法;如果按照溶剂在提取罐中的运动状态，可分为静态提取法和动态提取法。中药提取浓缩生产线包括提取、纯化、浓缩、干燥四个操作单元，根据提取时溶剂的流动状态，可将中药提取生产线分为静态提取和动态提取两种。
1.中药静态提取浓缩生产线
中药静态提取浓缩生产线的特点是，提取罐中的药材和溶剂处于相对的静止状态，这种方法设备投资少、维修率低、提取效率较低。其提取生产线设备组成是：多能式中药提取罐、冷却冷凝器、离心泵、翅片过滤器、储罐、浓缩罐、真空干燥器、精馏塔、醇沉罐、射流真空泵等。如图10—15所示。静态提取浓缩生产线是传统中药生产线，正逐渐被动态提取法淘汰。
2.中药动态提取生产线
中药动态提取生产的全过程是：溶剂进入多功能提取罐中浸提药材后，所得浸提液经高速离心机离心过滤后，得到可直接用于口服液制剂的中药液体，整个生产过程可连续不断地进行，药材与溶剂发生相对的流动。
中药动态提取生产线设备组成有：
(1)提取装臵：提取装臵为动态多能式中药提取罐，采用热水温浸动态提取工艺，并用板式换热器对进入提取关的溶剂水进行预热。本提取工艺提取温度95℃，浸提时间较短。药材与溶剂处于一种相对运动，有利于有效成分的溶出。
(2)固液分离装臵：采用三级分离工艺，用外溢式三足离心机、液体振荡筛、管式高速离心机对中药提取液进行三次分离，使药渣和3m以上的悬浮微粒被分离除去，所得药液澄明度好，同时避免了后续蒸发浓缩过程结焦粘壁和管道堵塞等问题。
(3)蒸发浓缩装臵：采用单效或三效真空蒸发器浓缩蒸发。
(4)喷雾干燥：离心喷雾干燥机干燥时间短，产品粒度均匀，水溶性好，目的产物活性损失小，是当今制药企业广泛采用的干燥设备。经浓缩后的药液可直接送入离心喷雾干燥机中干燥。
第五节 中药提取车间布臵设计 教学目标：
理解GMP对车间卫生的具体要求，掌握中药提取浓缩生产车间卫生等级标准。
掌握中药提取浓缩生产流程平面布臵和立面布臵的一般要求。 了解非工艺流程的设计内容。 教学重点：
中药提取浓缩生产流程平面布臵和立面布臵设计。 教学难点：
中药提取浓缩生产流程设计原理。 教学内容：
一、中药提取车间的卫生
中药提取车间不同的工段对车间卫生的要求是不一样的，全部生产过程的前处理段、提取段、浓缩段可在非洁净区域进行，其余四个工段必须在30万级以上的洁净车间内完成。
二、提取车间布臵设计 1.车间平面布臵的原则
平面设计包括总体设计和车间平面布臵。在总体设计时要对厂区进行生产区、行政区、辅助区、生活区的合理划分。同时对建筑物及构造物的位臵、堆场、管线等作出合理的安排，确保安全卫生沐浴保障生产的顺利进行。
在完成总平面布局设计和工艺流程设计后，即可进行车间布臵设计。车间平面布臵设计要遵守三个方面的原则。
(1)车间平面布臵设计的一般要求
厂房的布臵形式要符合产品特点。制药车间主要有集中式和分散式两种。集中式是指将生产各工序及辅助设施集中在一栋厂房内，这是制药车间主要形式;分散式就是将全部或一部分工序及辅助设施分散布臵在单独的厂房内。在具体应用时，生产规模小的车间各工序联系紧密，应优先考虑集中式布臵;生产规模大的车间，各生产工序特点有明显的差异，可考虑分散式布臵。
生产车间有各工序用室、控制室组成;辅助用室有空调、动力、配电、机修、检验室等;生活行政用室有车间办公室、会议室、厕所等;其他特殊用室有沐浴室、风淋室、风淋通道等。
车间内的设备布臵基本原则是：保证工艺流程顺利进行，具有相同卫生要求的设备集中布臵，相同用途、同类型的、操作中有关的设备应尽量集中布臵，布臵设备时应排列整齐，留有适当距离，物料输送的距离和设备间的管路应尽可能短，避免管线与物料输送路线交叉往返。在采光以自然光为主的车间内，布臵设备时应尽量做到背光操作，高大设备要避免靠窗布臵，以免影响采光。洁净室内要求洁净度较高的设备应布臵在靠近进风口的主气流附近。
(2)提取车间平面布臵的原则
提取车间平面布臵设计的总体要求是布臵合理、紧凑，能避免人流物流混杂，满足GMP要求。具体原则是：
车间内通道专用，人与物的电梯分开、出入口分开，原料与成品出入口分开;人与物分别设臵净化室，净化室洁净级别符合要求;操作区内只允许防止与操作有关的资料，设臵必要的工艺设备。用于制造贮存的区域不得用作非本区域内工作人员的通道。
洁净室的布臵设计遵循以下原则：高等级洁净区布臵在人员最少到达的地方，并宜靠近空调房;空气洁净度相同的房间要相对集中;不同空气洁净度房间或区域按洁净度由高到低从里到外的顺序布臵，并要有防止污染措施，如设臵气闸室、空区吹淋室或传递窗。
辅助设施的布臵要求是：原材料、半成品存放室与生产区的距离要尽量缩短，减少涂中污染;所有存放室面积大小要与生产规模想适应。称量室宜靠近原辅料存放室，其洁净级别与配料室相同;提取车间的洗涤室可布臵在非洁净区。洁净工作服的洗涤室、干燥室的洁净级别可低于生产区一个等级;维修保养室不宜设臵在洁净生产区内。
(3)中药提取车间洁净区设臵男女更衣室各一道，并根据需要设臵消毒设备。
2.车间布臵 车间的布臵分为平面布臵和立面布臵。平面布臵是指把设备如何排列在车间地平面上，立面布臵是指把各种设备放臵在何种高度的空间中。在进行车间布臵时，为表示各种设备相互之间的平面和空间位臵关系，应绘制平面布臵图和立面布臵图，并在其中标明平面距离和空间高度距离。
布臵设计时，要认真熟悉车间布臵设计图，并同工艺员一起仔细分析工艺参数，确定生产设备;充分考虑空间的合理利用，按生产工段需要划分不同的空间区域，做到立体交叉清晰;充分考虑进行设备维修空间(包括设备吊装、更换、维修)、控制操作、管网布臵、人流和物流通道等所需空间，并注意到工人操作安全、便捷，能减轻工人劳动强度。通过全盘的周密考虑，绘制出车间平面布臵图和立面布臵图，并提出非工艺设计的基本要求。
在本书附录中图1是年处理中药材3000吨的中药提取工艺流程实例图，在本例中采用了双罐提取流程，图2是车间平面布臵图，图3是立面布臵图。
三、提取车间非工艺设计简介
制药车间的非工艺设计指公用系统和非工艺项目，如土建、给排水、采暖通风、设备安装、管道、电子电气与仪表控制、防腐与保温、环境与安全卫生、经济分析等项目的设计，进行非工艺设计必须由工艺设计人员向非工艺设计人员突出设计要求和设计条件，非工艺设计人员根据这些要求和条件进行非工艺项目设计。本书只重点介绍与洁净室相关的建筑设计。
1.建筑设计项目
药厂建筑物按承重结构材料可分为钢筋混凝土结构、混合结构，按结构形式可分为叠砌式、框架式、内框式。药厂的建筑等级耐久性一般是3～4级，使用年限一般规定为40年左右，常要求耐火等级是四级。建筑设计的主要内容是地基与基础、柱梁、楼地面层、楼梯、屋顶、围护门窗等构件。
2.洁净车间的建筑设计
在中药提取生产段对车间洁净程度的要求是30万级，所以进行建筑设计时要以《药品质量管理规范》为依据，对地板、门窗、墙角、转角、天花板、地漏等项目的建筑材料和建筑形式进行精心设计，以便符合GMP认证和验证的需要。
(1)洁净车间要具有密闭性
室内的颗粒和微生物的数量都被控制在一定范围的车间叫洁净车间。洁净车间是密闭的，未经净化处理的空气不能进入。因此在设计时，如果墙壁上有窗户则要特别注意密闭性的需要。
(2)精心选择建筑材料
人和任何其他物体都会发尘，洁净室用建筑材料的发尘数量应该最小，所以普通的砖、石和混凝土不能使用，地板砖和瓷砖也难以满足需要。天花板和、墙壁的材料，一般采用彩色钢板;地板材料常用的是耐酸碱并能防火的高分子材料，采用自流坪技术铺成。门窗材料可以使用塑钢和玻璃。
(3)转角设计
为防止积累颗粒和残留微生物，同时便于清洗消毒，墙壁与地板和天花板的结合部、房间转角墙壁与墙壁结合部必须是圆结合，不能直角结合。
(4)门窗设计
门框不设门槛，关闭要严密，朝向洁净度高的一面开启，不宜采用侧拉门和吊门，严禁采用转门，至少有两个或更多的安全出口。
窗内壁与室内壁平滑衔接，不得有沟缝存在。 (5)技术夹层
根据GMP要求，一些辅助设备不能暴露在车间内空气中，需要设计技术夹层将他们隔离。这也便于设备维修。
以上是洁净车间建筑设计的主要要求，在实际设计工作中，对洁净车间的建筑要求内容更多，项目更细，这需要设计人员认真理解《药品质量管理规范》的具体要求，通过设计实践掌握车间非工艺设计方法。
第二篇：超临界CO2萃取技术原理以及在食品分析中的应用（大全）
超临界CO2萃取技术原理以及在食品分析中的应用 超临界流体萃取技术(Supercritical Fluid Extraction)是近30年发展起来的一种新型分离技术，由于其具有操作方便、能耗低、无污染、分散能力高、制品纯度高、无溶剂残留等优点，被称为“绿色分离技术”。超临界CO2萃取技术主要应用于香料、食品和医药工业，对于一些用常规方法难以提取及纯化的物质，该方法更能显示其独特的优势。本论文介绍了超临界CO2萃取技术分离原理、主要优点及发展现状，分析该技术在应用中常遇到的问题，对其发展前景进行了展望。
超临界流体和超临界流体萃取技术原理
随着环境的温度和压力变化，任何一种物质都存在三种相态-气相，液相，固相，三相成平衡态共存的点叫三相点.液，气两相成平衡状态的点叫临界点.在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力，不同的物质其临界点的压力和温度各不相同.超临界流体(Super Critical fluid，简称SCF)是指温度和压力均高于其临界点的流体，常用来制备成的超临界流体有二氧化碳，氨，乙烯，丙烷，丙烯，水等.物体处于超临界状态时，由于气液两相性质非常相近，以致无法清楚分别，所以称之为「超临界流体」。 超临界流体具有类似气体的扩散性及液体的溶解能力，同时兼具低黏度，低表面张力的特性，如表1所示，使得超临界流体能够迅速渗透进入微孔隙的物质.因此用于萃取时萃取速率比液体快速而有效，尤其是溶解能力可随温度，压力和极性而变化。超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的.当物质处于超临界状态时，成为性质介于液体和气体之间的单一相态，具有和液体相近的密度，黏度虽高于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的10～100倍，因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力，能够将物料中某些成分提取出来。
在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小，沸点高低和分子量大小的成分萃取出来。同时超临界流体的密度，极性和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，利用预定程序的升压可将不同极性的成分进行分步提取。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压，升降温的方法使超临界流体变成普通气体或液体，被萃取物质则自动完全析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取与分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取分离的基本原理。
超临界流体萃取技术在食品分析中的优势
① 萃取能力强，提取率高。用超临界CO2提取食物中有效成分，在最佳工艺条件下，能将所需提取的成分几乎完全提取，从而大大提高产品收率及资源的利用率。同时，随着超临界CO2萃取技术的不断进步，把超临界CO2萃取扩展到水溶液体系，使得难以提取的强极性化合物如蛋白质等的超临界CO2提取已成为可能;
② 萃取能力的大小取决于流体的密度，最终取决于操作过程的温度和压力。改变其中之一或同时改变，都可改变溶解度，可以有选择地进行食物中多种物质的分离，从而可减小杂质，使有效成分高度富集;
③ 超临界CO2萃取的操作温度低，能较完好地保存食物中各种营养成分不被破坏，不发生次生化，因此，特别适合于那些对热敏感性强、容易氧化分解破坏的成分的提取;④ 提取时间快，生产周期短。超临界CO2提取循环一开始，分离便开始进行。一般提取10分钟就有成分分离析出，2~4小时左右便可完全提取，同时，它不需浓缩等步骤，即使加入夹带剂，也可通过分离功能除去或只需简单浓缩;
⑤ 超临界CO2提取，操作参数容易控制，因此能保证有效成分及产品质量的稳定性;⑥ 超临界CO2还可直接从混合食物中提取不同部位或直接提取浸膏进行筛选，大大提高营养物质的筛选速度。同时可以提取许多传统方法提不出来的物质;
⑦ 超临界CO2还具有抗氧化、灭菌作用，有利于保证和提高产品的质量;
⑧ 超临界CO2萃取应用于分析或与GC、IR、MS、LC等联用成为一种高效的分析手段，将其用于质量分析，能客观地反映食物营养中有效成分的真实含量
具体分析实例展示
超临界CO2流体萃取技术虽然在食品工业中仅有20-30年的应用历史，但其发展十分迅速。在日本，通过超临界CO2流体萃取技术加工特种油脂已实现工业化生产。在欧美国家，该项技术在食品工业中也得到了广泛的应用。目前，我国超临界CO2流体萃取技术已逐步从研究阶段走向工业化。而且，该技术主要应用在食品风味与油类物质的提取、食品脱色除臭及灭菌防腐等，如啤酒花、沙棘籽油、小麦胚芽油、卵磷脂、辣椒红色素的提取以及大蒜酶失活、大蒜SOD保留、咖啡碱的脱除及羊肉去膻昧等。下面列举一些近期该技术在食品工业中的应用实例。
茶叶咖啡碱的脱除
茶叶中富含的咖啡碱，约占茶叶干物质重的2%～5%，茶浓缩液和速溶茶中的咖啡
碱含量则更高。
咖啡碱对人体的新陈代谢有着广泛的影响，有些是有利的，有些是不利的，过量摄入咖啡碱对人体的健康不利。近年来，低咖啡碱或脱咖啡碱茶及其制品已在欧美国家行销，使得从茶叶中脱除咖啡碱的技术越来越受到重视。超临界CO2流体萃取技术因其高选择性、无有效成分损失与劣变、无有机溶剂残留，体现出明显的优势。随着萃取时间的延长、操作压强的增大、操作温度的提高和浓缩液浓度的降低，会导致绿茶浓缩液中咖啡碱的脱除率增大，应确定的较佳工艺参数：操作压强为30MPa、操作温度为56℃、萃取时间为4h和浓缩液浓度为20%。
大豆磷脂
大豆磷脂是精炼食用大豆油时得到的一种粘稠的含油很高的毛磷脂，油脂占30%～40%，磷脂占60%～70%。虽然其营养价值高，但直接用于医药却较困难，而不含油的纯磷脂在食品、医药及化妆品等行业已得到广泛的应用，所以提取高质量的磷脂越来越引起人们的重视。提取大豆磷脂的方法虽很多，但用超临界CO2提取尚属首次。
大蒜油
大蒜是人们生活中的重要调味品，其主要风味物质与生理活性物质是大蒜油。大蒜油在国内外广泛应用于软饮料、冰淇淋、糖果、调味料、焙烤食品、肉类和保健食品及保健药品，因此高质量、高产率大蒜油的提取是大蒜深加工的重要课题。临界CO2萃取大蒜油工艺与普通萃取法相比萃取率高，产品品质好，具有很好的应用前景。
超临界CO2萃取大蒜油的最佳工艺条件：萃取压力为14～16Mpa，萃取温度为34～36℃，CO2流量为2L/min，萃取时间为5h以内。在此条件下，萃取率为80%以上，得率为0.35%～0.40%。
蛋黄卵磷脂
卵磷脂是一种生命基础物质，对人体而言，蛋黄卵磷脂比大豆卵磷脂更易被人体所接受，并具有更高的生物效价。卵磷脂也是人体所有细胞膜、核膜、线粒体和肉质网膜等生物膜的基础构成物质，也是人体神经传输纤维的构成物质。在医学上它可用于治疗动脉粥状硬化、脂肪肝、神经衰弱、营养不良、胆固醇结石和脑血栓老年性痴呆症等。它在食品工业中也得到了广泛的应用，可作为乳化剂、抗氧化剂、润饰剂、
软化剂、分散剂和脱模剂等。除此之外，它还应用在石油、化工和纺织等行业中。因此开发高质量、高纯度的卵磷脂具有重要意义。
胡萝卜素
α-胡萝卜素和β-胡萝卜素除富含作为食品防腐剂的前维生素A活性物质外，在抗癌和降低心脏病危险性方面也有非常显著的效果。此外，胡萝卜素还是商业食品着色剂。目前，从藻类物质中提取胡萝卜素多采用有机溶剂(乙烷)提取，这不仅增加了溶剂的费用，而且除去了潜在的有毒残留溶剂。另外，CO2浓度和物料粒也对β-胡萝卜素的提取有一定影响。
核桃油
核桃油取自核桃的果仁，因品种不同，核桃的果实含壳、含仁率也有较大的差别。一般核桃的果仁含油在45～65%之间。核桃油呈黄绿色，味美，其中不饱和脂肪酸含量在90%以上，且大部分是亚油酸，并含有少量的亚麻酸及油酸等。亚油酸和亚麻酸都是人体必需的脂肪酸，具有降血脂、助消化和补气血等功效，营养价值较高。
玉米胚芽油提取
玉米胚芽油的提取是玉米酒精生产过程的重要生产单元。玉米胚芽油中含有大量人体需要的不饱和脂肪酸、维生素E及β-胡萝卜素等营养成分，对生长发育，滋润皮肤，降低血清胆固醇，预防高血压均有一定功效。另外还含有人体自身不能合成的“必需”脂肪酸——亚油酸，亚油酸对预防和辅疗心脏病、动脉硬化、糖尿病有一定功效。
传统的玉米胚芽油的生产主要有机榨法和工业己烷浸出法。机榨法出油率较低，且对油成分影响较大;工业己烷浸出法工艺复杂，且残存的工业己烷对人体有一定的毒副作用。因此，寻找一种对人体无毒无害的安全溶剂与工艺，以获取高收率和高质量的玉米胚芽油产品，满足人们对食品绿色环保的要求具有一定的现实意义。与传统的机榨法和溶剂浸出法相比，超临界CO2萃取法具有很多的优势，提取的玉米油的质量不经过深加工就已经达到了精炼油的标准。适宜的萃取工艺条件为：压力25～30MPa，萃取温度为45℃，萃取时间3h。
食用色素
食用色素包括合成色素和天然色素，是主要的食品添加剂之一，得到越来越广泛
的应用。但是，随着科学技术的发展，人类对于自身健康的重视和检测能力有了进一步提高，已经发现合成色素有很多不安全的因素，长期使用会严重危害人类的健康，所以食用天然色素越来越受到人们的青睐。近年来，我国食用天然色素有了很大发展，全国生产天然色素的企业已达数十家，年产量和使用量也有了大幅提高。
天然抗氧化剂的提取
许多研究表明超临界萃取技术可以较好的提取植物原料中的类胡萝卜素、维生素E、多酚等天然抗氧化剂，避免了传统方法的溶剂量大、作用时间长、氧化损失等缺点。例如利用超临界萃取技术可以提取从玉米蛋白粉中提取类胡萝卜素、从油脚或油脂脱臭馏出物中提取天然维生素E技术现在都比较成熟。
超临界流体萃取技术存在的问题
超临界CO2萃取技术并非是完美的，也存在着自身不可克服的问题，具体表现为：①对极性大、分子量超过500种物质，需要夹带剂或在很高的压力下进行，这就需要选择合适的夹带剂或增加高压设备;②对于成分复杂的原料，单独采用SPE—CO2技术往往满足不了纯度的要求，需要与其他分离手段联用;③CO2的临界压力偏高，这就增加了设备的固定投资;④超临界分离设备在萃取釜的密封、快开结构、疲劳设计和装卸料的自动化等方面还不够完善。 超临界流体萃取技术的发展方向
长期以来，对超临界流体萃取技术的产业化，主要是单纯超临界CO2的间隙式萃取，处理的物料也多以固体植物为主，得到的几乎都是粗提混合物。为了得到高纯度的产品，德国、日本、澳大利亚、意大利等国用于精制天然维生素E、精油脱萜、提取高纯度的不饱和脂肪酸等;法国用于从啤酒及葡萄酒中分离乙醇制备无醇啤酒及无醇葡萄酒。超临界多元流体和在超临界流体中添加夹带剂，具有从量变到质变的区别，具体体现在超临界多元流体的分步选择性萃取、重组萃取及精馏萃取新工艺，可用于复方中成药、民族药新制剂的加工，保健食品的加工，烟草深加工，茶叶深加工，海洋生物资源深加工。
由于超临界CO2萃取分离技术是一项获得健康、安全高品质产品和对环境友好的高新技术。随着人们对自身健康的重视和环境意识的日益加强，以及世界各地对食品管理卫生越来越严格的趋势，预计超临界CO2萃取分离技术在今后将得到广泛的应用，超临界CO2萃取产品也将成为人们首选的健康食品。
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第三篇：固液分离技术的概述和应用
合 肥 学 院
Hefei University 生物分离工程课程综述
题 目: 固液分离技术的概述和发展 系 别: 专 业: 学 号: 姓 名:
2013年3月 25日
固液分离技术的概述和应用
摘要：生物分离技术是上世纪末及本世纪初发展国民经济的关键技术之一。生物分离技术的发展，为人类提供了丰富多彩的生物产品。而固液分离技术是生物分离技术中很重要的一部分，本文主要概述了固液分离技术的相关知识和其在工业领域应用的情况。以及根据当今工业发展的特点，对固液分离技术的今后发展趋势作一些简要推论。
关键词：固液分离
技术
设备
应用情况
发展动向
1 前言：
固液分离是一种重要的单元操作，从液相中除去固体一般采用筛或沉淀方法，水处理中有微滤、澄清和深床过滤等方法。现有的传统固液分离技术主要集中在压滤、过滤、重力沉降等方面，它广泛的应用于医药卫生、造纸、环境保护、食品、发酵等各大行业[1]。在许多生产过程中，过滤与分离机构是关键设备之一，其技术水平的高低，质量的优劣直接影响到许多过程实现工业化规模生产的可能性、工艺过程的先进性和可靠性、制品质量和能耗、环境保护等经济和社会效益[2]。在物料湿法加工过程中，固液分离工艺越来越受到人们重视。因为工艺不完善首先会影响产品质量，造成物料流失，并且对环境造成的污染也会更加严重，特别是颗粒悬浮液，由于其颗粒小，沉降速率慢，滤饼的孔径小，透气性差，从而导致颗粒悬浮液的分离效率降低[3]。全球水资源急剧短缺，生存环境日益恶化,人们因此对固液分离工艺也提出了更高的要求[4]，世界各国的许多研究者在这方面的也有很多深入的研究。
2 历史发展：
最早的分离技术可以追朔到中国夏,商朝的酿酒业中的蒸酒技术;古人制糖和盐掌握了蒸发浓缩和结晶技术;用蒸馏方法从煤焦油中提取油品。十八世纪英国工业革命, 使化学工业这个巨人真正诞生和发展起来, 随之分离工程也诞生并发展起来。
1901 年英国学者戴维斯在其著作《化学工程手册》中首先确定了分离操作的概念, 1923 年美国学者刘易斯和麦克亚当斯合著出版了《化工原理》, 从而确立了分离工程理论[5]。
3 固液分离技术的概述
固液分离是指将发酵液(或培养液)中的悬浮固体，如细胞、菌体、细胞碎片以及蛋白质等的沉淀物或它们的絮凝体分离除去。从原理上讲 ,固液分离过程可以分为两大类：一是沉降分离，一是过滤分离。因此，固液分离设备也可以相应地分为两大类。在此基础上,根据推动力和操作特征进一步细分为若干种固液分离设备。 3.1固液分离设备
⑴过滤设备：板框压滤机，真空鼓式过滤机。 ⑵离心设备：过滤式离心机，沉降式离心机。 3.2过滤方式 ⑴常规过滤：
料液流动方向与过滤介质(能使固液混合料液得以分离的某一介面)垂直。 ⑵错流过滤
料液流向平行于过滤介质。过滤介质通常为微孔膜或超滤膜。 3.3固液分离技术的一般流程 ⑴明确分离工艺要求
在进行实验研究前,首先必须弄清所要解决的分离问题,明确各项分离工艺要求。要考虑对设备选型影响很大的一些因素。诸如卫生要求,有否毒性,是否起泡等。 ⑵确定物料的沉降特性
物料沉降特性可通过量筒沉降试验确定,方法是将物料样品放入量筒中摇匀,然后任其沉降，半小时后测量清液层高度,确定沉降速度、24小时后测量沉渣容积比。 ⑶确定物料过滤特性
物料过滤特性一般以滤饼增长率表示,可通过布氏漏斗试验确定。方法是测定过滤一定量样品所需时间,也可以采用顶部进料叶滤装置进行试验,直接测定滤饼厚度,然后计算滤饼增长率。
⑷初选固液分离设备
根据所确定的分离要求和物料分离特性来初选固液分离设备。 3.4主要的固液分离技术 ⑴絮凝
絮凝是利用电荷中和及大分子桥联作用形成更大的粒子的原理，设备有连续式、批式等。特点是使固形物颗粒增大，容易沉降，过滤、离心提高因数分离速度和液体澄清度。但它有条件严格，放大困难，引入的絮凝剂可能干扰之后的分离纯化等缺点。 ⑵离心
在离心产生的重力的作用下颗粒沉降速度加快而沉淀。离心设备有很多种，但各有优缺点，我们使用时可被具体情况而定：①高速冷冻离心机：适用于粒度小，热不稳定的物质回收，适于实验室应用。但由于容量小，连续操作困难，大规模工业应用性差。②碟片式离心
机：适用于大规模工业应用，可连续，也可批式操作，操作稳定性较好，易放大，推广。缺点是半连续或批式操作时，出渣清洗烦杂;连续操作固形物水高，总的分离故率低。③管式离心机：批式操作，转速高，固形分离效果较好，含水低，易扩大推广，但容量有限，处理量小，拆装频繁，噪声大。④倾桥式离心机：连续操作，易放大，易工业应用，操作稳定。但对很小颗粒固形物回收困难，设备投资高。⑤篮式离心机：实为离心力作用下的过滤，适于大颗粒固形物的回收，放大容易，操作较简单、稳定，适于工业应用。缺点是批式操作或半连续操作，转速低，分离效果较差，操作繁重，离心的设备投资高，操作成本高。 ⑶过滤
过滤是利用过滤介质的孔隙大小进行分离。设备有板框式过滤机、平板(真空)过滤机、真空旋转过滤机等。特点是设备简单，操作容易，适合大规模工业应用，但分离速度低，分离效果受物料性质变化的影响，劳动强度大。 ⑷膜过滤
在传统观念中，过滤仅仅是一种过滤分离的手段，但是随着膜技术的发展，过滤已经扩展成为一种选择性滤出一定大小物质的方法。目标产物可根据设计滤出或保存在溶液中。由于膜在分离过程中，不涉及相变，没有二次污染，具有生物膜浓缩富集的功能，同时它又是一种效率较高的分离手段，在某种程度上可以代替传统的过滤、吸附、重结晶、蒸馏和萃取等分离技术，因此，作为一种新兴的有效的生化分离方法，膜分离技术已被国际上公认为20世纪末至21世纪中期很有发展前途的重大生产技术。
膜分离是利用具有一定选择透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化，过程的实质是物质通过膜的传递速度不同而得以分离，过程近似于筛分，不同孔径的膜截留粒子的大小不同。在分离过程中，膜的作用主要体现在三个方面[6]：完成物质的识别与透过、充当界面和反应场。物质的识别与透过是使混合物中各种组分之间实现分离的必要条件和内在因素;在分离中，膜作为界面，将透过液和保留液(料液)分为不相混合的两相;而作为反应场，由于膜表面及孔内表面含有可与特定溶质发生相互作用的官能团，因此可以通过物理作用、化学反应或生化反应提高膜分离的选择性和分离速度。膜分离的推动力的不同，一般有浓度差、电位差和压力差三种。常见的膜过滤有渗透、透析、电渗析、反渗透、纳滤、超滤和微滤。 ⑸萃取
在生物合成工业上，萃取也是一个重要的提取方法和分离混合物的单元操作，这是为萃取法具有：①传质速度快、生产周期短、便于连续操作，容易实现自动控制;②分离效率高，生产能力大等一系列优点，所以，应用得相当普遍。不仅对抗生素、有机酸、维生素、激素等发酵产物常采用有机溶剂萃取法进行提取，而且近年来又开发了不使酶等蛋白质失活的双水相萃取法，已成功地应用了提取甲酸脱氢酶，α-葡糖苷酶等，但因为聚乙二酵、葡聚糖等价格较贵，所以，还未广泛使用。下面对几种萃取方法稍加介绍： a有机溶剂萃取法：依靠有水和有机溶剂中的分配系数差异进行分离的萃取法。适用于有机化合物及结合有脂质或非极性侧链的蛋白质，反胶团系统较适于生物活性物质萃取，但萃取条件严格，安全性低，活性收率低。
b双水相萃取法：依靠分离物在不相容性的高分子水溶液形成的两相中的分配系数不同而分离，它的特点是：连续或批式萃取，设备简单，萃取容易，操作稳定，极易放大，适合大规模应用，将离子交换基团，亲和配基，疏水基团结合到高分子载体上形成的萃取剂可改进分配系数及萃取专一性。但成本较高，纯化倍数较低，适合粗分离。
c超临界萃取：它是利用某些流体在高于其临界压力和临界温度时具有很高的扩散系数和很低的粘度，但具有与流体相似的密度的性质，对一些流体或固体物质进行萃取的方法。它的特点是：萃取能力大、速度大，且可通过控制操作压力和温度，使其对某些物质具有选择性，正开始应用于生物工程中。缺点是设备条件要求高，规模较小。超临界萃取技术的原理及特点超临界萃取技术(SFE),是近二三十年发展起来的一种新型分离技术。超临界流体具有许多与普通流体相异的特性,如其密度接近于液体的密度,这就使得其对液体、固体物质的溶解能力与液体溶剂相当;其粘度却接近于普通气体,自扩散系数比液体大100倍,从而其运动速度和溶解过程的传质速率比液体溶剂提高很多。超临界流体还具有很强的可压缩性,在临界点附近,温度和压力的微小变化会引起超临界流体密度的较大变化,由此可调节其对物质的溶解能力。由于物质在超临界流体中的溶解度随其密度增大而增大,所以萃取完成后稍微提高体系温度或降低压力,以减小超临界流体的密度,就可以使其与待分离物质分离。所选的超临界流体介质与被萃取物的性质越相似,对它的溶解能力就越强。因此,正确选择不同的超临界流体作萃取剂,可以对多组分体系进行选择性萃取,从而达到分离的目的。SFE有许多传统分离技术不可比拟的优点,诸如过程易于调节、达到平衡的时间短、萃取效率高、产品与溶剂易于分离、无有机溶剂残留、对热敏性物质不易破坏等,因此,SFE在众多领域有着广阔的应用前景。
d反胶束萃取法：反胶束或逆胶束是表面活性剂分散于连续有机相中自发形成的纳米尺度的一种聚集物。反胶物溶液是透明的，热力学稳定的系统，若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，可使其浓度超过临界胶束浓度(CMC)，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶束。影响反胶束萃取蛋白质的主要因素有：水相pH值，离子强度，表面活性剂类型，表面活性剂浓度，离子种类等。其萃取蛋白质的应用主要有：分离蛋白质混合物，浓缩α-淀粉酶，从发酵液中提取胞外酶、直接提取胞内酶，用于蛋白质重性等。
e凝胶萃取法：凝胶是化学键交联的高聚物溶胀体，就其化学组成而言，通常可分成三大类：ⅰ疏水性有机凝胶;ⅱ亲水性有机凝胶;ⅲ非溶胀性无机凝胶。 (6)其他分离方法
其他分离方法如，一般的物理、化学方法，如破碎、干燥等。就干燥来说又有真空干燥、真空冷冻干燥、流化床干燥、喷雾干燥等。 4 固液分离技术的应用
4.1化工生产
在无机盐工业中常涉及酸解、碱溶、浸出物的过滤和滤饼的洗涤，如制碱行业中重碱的过滤和氨泥的分离[7]，在化肥生产中，磷石膏的过滤，酸不溶物的分离都离不开液固分离操作，其分离的优劣直接影响产品的质量、产量及收率。近年来精细无机化工产品的迅速发展也对过滤和分离设备提出了新的要求。染料生产中大部分产品的生产工艺都有过滤、滤饼洗涤和子操作过程。此外在石油化工产品、颜料、涂料、水泥、精细化工产品的生产过程中都要涉及固液分离操作。因此固液分离在化工生产中具有举足轻重的地位。 4.2采矿和冶金工业
几乎所有的采矿工艺都与水和矿石分离有关，冶金工业中，氧化铝和氧化锌的生产及黄金生产，原子能工业中铀的分离，选煤水的回收及煤粉的合理利用都要借助于液固分离操作[2]。这不仅可解决环境保护问题还能达到能源的综合利用的目的，应用前景非常广阔。 4.3制药工业
生物发酵和生物制品工业:生物发酵工艺中都有发酵液和菌丝体分离的问题，最常用的是过滤和离心分离。在酶制剂工业中，碱性蛋白酶，脂肪酶和多糖微生物的浓缩分离常用微滤和超滤技术，其操作费用仅为传统方法的一半[2]。在制药工业中如抗菌素的生产和无菌水的制备等也离不了液固分离工序。发酵工业中，发酵残液的综合利用不但可解决环境污染问题，同时可生产出高质量的饲料，具有非常显著的社会和经济效益，而在工业上要实现这一目标，又与高效的固液分离设备密切相关。 4.4环境保护工程
在工业生产和日常生活中都会产生大量的污水，如不经处理直接排放，将造成环境的严重污染，影响人民身体健康，因此污水的综合治理能力已经成为一个国家经济实力和技术水平的重要标志。生物法治理污水是现阶段的一种重要的方法，它涉及污泥的浓缩、凝聚、脱水的焚烧等过程，其中脱水效果将影响整个处理过程的能耗指标。再如食品工业中产生大量含蛋白质废水，如直接排放不仅会造成环境污染，又流失了大量的蛋白质，若经过沉降、脱水和膜过滤可节约大量的生产用水，并可回收有价值的蛋白质，可谓一举多得，是目前工业发达国家正在开发的领域。
5 研究方向和发展趋势
5.1固液分离技术的研究方向
就目前看来，有关固液分离技术或过程的高效集成化研究还是很肤浅的，还不能与传统技术及过程的有效比较，尚未大规模应用。研究的目标产物液大多是局限在简单分子，对于基因工程蛋白质及其有重要应用价值的其它生物活性物质的分离则研究得很少，对有关新技术的分离机理、控制因素、模型化等方面的研究也还处于初步摸索阶段。但随着科学技术和工业生产的发展，能源、资源、农业，环境治理、节能等问题将更受到重视，生物化工，新型材料、精细化工等高技术领域的迅速发展，必然会对液固分离技术提出更高的要求。预期今后液固分离技术的研究和开发将会主要集中于以下几个方面。 ⑴能源多元化燃料开采过程中的物料处理;
⑵低品位，其生矿资源利用过程中提取精矿时，液体和固体的分离过程; ⑶水处理，包括工业用水的处理，工业和生活水处理和再生利用; ⑷生物化工，医药化工的高纯制品和高纯水处理技术;
⑸现有传统工业生产中过滤设备的改进、更新换代和替代进口设备等。 5.2固液分离技术的发展趋势
从发展趋势来看，固液分离技术研究的目的是要缩短整个下游工程的流程和提高单项操作的效率，以前的那种零敲碎打的做法，既费时、费力，效果又不明显，跟不上发展的步伐。现在对整个生物分离过程的研究要有一个质的转变，并认为可以从两个方面着手，其一，继续研究和完善一些适用于生化工程的新型分离技术;其二，进行各种分离技术的高效集成化。目前出现的新型单元分离技术，如亲和法、双水相分配技术、逆胶束法、液膜法、各类高效层析法等。
6 总结
固液分离技术是生物分离技术中的核心，它的的发展一定程度上也推动了生物技术工业的发展。因此，当务之急是要充实和强化下游处理过程中的固液分离技术的研究，以期有更多的积累和突破，使下游处理过程尽快达到和适应上游过程的技术水平和要求。相信固液分离工程将会在新世纪的科学技术进步中起更大作用, 取得更辉煌的成就。同时，这次综述使我对固液分离技术有了更深的了解和认识，让我扩展了相应的知识面和了解最新的固液分离技术。
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第四篇：稀土溶剂萃取
摘要：本文主要介绍了不同稀土萃取剂及其性能和稀土溶剂萃取工艺。 关键词：稀土;溶剂萃取;萃取剂;萃取工工艺
一、前言
稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称。稀土元素主要以单矿物形式存在，目前已发现的250多种,但适合现今选冶条件的工业矿物仅有10余种。中国占世界稀土资源的41.36%，是一个名副其实的稀土资源大国。稀土资源极为丰富，分布为南重北轻，这为中国稀土工业的发展奠定了坚实的基础。
传统的稀土分离方法有分步结晶法、离子交换法、溶剂萃取法，现在溶剂萃取法是稀土萃取的主要方法。分步结晶法利用氧化或还原反应分步沉淀，需要冗长复杂的结晶步骤，不利于生产大量稀土;离子交换法只适用于溶度较低的稀土溶液。溶剂萃取技术的特点：仪器设备简单，操作简易快速，回收率高，纯度好，选择性好，应用范围广泛;除用于分离外， 还能作为浓集手段.该法缺点是有机溶剂的毒性大，多级萃取操作费时、麻烦、操作强度大;有些试剂昂贵，成本高。
[1]
二、各种稀土萃取剂及其性能
稀土溶剂萃取研究的关键是萃取剂的研制，几十年来科研工作者以溶液化学及络合物化学为基础，发展了不少有效的萃取体系。
1、酸性磷酸酯
酸性磷(膦)酸酯是各类萃取剂中分离性能最好的萃取剂.在二烷基磷酸中，酯烷基结构对分离性能没有显著影响.具有一定结构的烷基磷酸单烷基酯对稀土的平均分离因素较二烷基磷酸高，如2-乙基己基磷酸单2-乙基己基酯(P507)在硝酸体系的平均分离因数为3.04，高于已见报道的其它萃取剂，在盐酸体系也表现出较P204高的分离性能。这类萃取剂中的甲基磷酸单仲烷基酯CH3P(O) (OR) OH， R=iso -C12H25 -C16H33 ，β-庚基十一烷基，对重稀土具有特别优异的萃取分离性能.酸性磷酸酯对稀土有较大的分离因数，可能与它们跟稀土离子形成螯合物时，对镧系离子具有更大的排水作用有关。
2、羧酸类萃取剂
在研究使用的众多萃取剂中，羧酸是一类有效的萃取剂。但在工业中广泛应用的萃取剂一般是混合物，这给机理研究带来了困难，为了搞清羧酸萃取稀土元素的机理，马淑珍等曾对特戊酸、环己烷甲酸、α-乙基丁酸、正己酸和二乙基己酸等不同结构的稀土羧酸盐进行了研究。羧酸类萃取剂对稀土的平均分离因数较低，这与它们在萃取稀土时，二聚体介聚，并且不形成螯合物有关，它们的分离性能与取代烷基支链化有密切关系，其次序如下：直链羧酸<β-支链羧酸 、α-支链羧酸<α，α′-支链羧酸。
3、中性磷酸酯
中性磷酸酯作为萃取剂尤其以甲基膦酸二(1-甲基庚基)酯[P305]体系居多。具有一定支链化程度的烷基取代的异丙基膦酸二(2-乙基己基)酯和异丙基膦酸二(1-甲基庚基)酯对镨/镧的分离系数分别为3.06和2.55，均比 TBP的数值1.94高. 这是由烷烃基的推电子效应，使-P=O键上电子的密度增大，因此萃取能力 (RO)3PO<(RO)2RPO
[3]
[2] 1
TBP类的络合能力最低。中性磷化合物萃取稀土的递变规律与水相介质关系很大，如异丙基膦酸二(2-乙基己基)酯在低浓度的硝酸，萃取随原子序数先上升而后下降，在稀土出现高 峰。在高浓度的硝酸，萃取随原子序数渐渐递增，均呈近似的四分组效应，又如氧化三(1-甲基庚基)膦在硝酸盐介质低酸度萃取时，在中稀土出现高峰，但在氯化物——硫 氢酸介质低酸度萃取时，则随原子序数渐次递增。
4、季铵盐
季胺盐在硝酸盐介质萃取稀土元素时，分配比随原子序数增加而降低产生所谓“倒序”现象。利用这个现象，在水相再加上抑萃络合剂，组成“推拉体系”进行镨钕分离，有机相优先萃镨，水相优先络合钕，使分离系数大大提高。在硝酸盐介质的“倒序”萃取被认为季胺盐所萃取的是稀土硝酸盐络阴离子，而轻稀土较重稀土更易生成的缘故。季胺盐在碱氢酸盐介质萃取稀土就不产生“倒序”现象。
5、含氮螯合萃取剂
8-羟基喹啉(HQ)萃取镧的形式为 LaQ3;而萃取镨、铕、钬、镱的形式为LnQ3·2HQ，在高HQ浓度为LnQ3·3HQ 。当添加1，10-菲绕啉(phen)或正庚基氯化铵(R4NCl)，萃取形式为 LnQ3·2HQ·phen 或R4NLnQ4·HQ，并且可提高稀土的分离性能。在KelexX100(7-Cl-2- 烯基-3，3，6，6-四甲基己基)-8-羟基喹啉或1，10-菲绕啉，对萃取与分离都有促进作用。
6、其它螯合萃取剂
研究较多的为B- 二酮类及酰胺类等。4-酰基吡唑酮是一种新型的 B-二酮螯合剂，近二十年，国内外科学工作者对这类化合物，特别是对1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基吡唑酮[PMBP]进行了大量的研究工作.PMBP是镧系、锕系及碱土金属的优良萃取剂之一。钱博等研究了4，4′-癸二酰-双-(1-苯基-3-甲基-吡唑酮-5)[ DBPMP]对稀土的萃取研究. DBPMP 与全部稀土元素形成的萃合物组成均为MA(HA)，它对稀土的萃取能力和分离能力均大PMBP，与轻稀土的络合能力随原子序数的增大而增大，与重稀土的络合能力变化较小，观察到“四分组效应”。
7、协同萃取体系
同时使用两种或两种以上的萃取剂使萃取效率比单独使用大为提高的现象称为协同效应，这种萃取体系称为协同萃取体系。研究的最多的是螯合萃取剂(TTA·PMBP) 与中性磷萃取剂(TBP)以及酸性磷萃取剂 [HDEMP] 与中性磷萃取剂所组成的体系。采用不同协萃体系其原因也有所不同，有的是协萃络合物稳定性高，协萃分配比大(如TTA与TBP体系);有的是价格便宜、萃取容量较大，同时可避免三相形成(如HDEHP与TBP体系);有的是由于协萃效应，有可能使萃取分离在更低PH值下进行，这样可避免金属离子的水解及聚合作用等。
[6][5]
[4]
三、稀土溶剂萃取的工艺介绍
1、多功能萃取分离模块 1.1、分离模块级段配置
传统萃取分离模块级段配置如图1所示，其构成比较简单,仅含有萃取段、洗涤段和反萃段。
分流机构。
1.2、有机相连续皂化技术
其具有的功能相当丰富，包含了有机相皂化段、稀土皂化段、萃取段、洗涤段、反萃段及 传统的有机相皂化方式是采用有机相皂化槽按批次地间歇式皂化有机相，将皂化好的有机相从高位槽流进萃取槽。这种皂化方式增加了工序，又不方便及时调控工艺参数。
针对有机相间歇式皂化的弊端，目前多数厂家采取直接从萃取槽空白有机相出口或有机相低位接收槽处用转盘加料机定量加入到萃取槽并连续皂化的方案。 1.3、稀土皂技术
将分离槽出口水相作为皂料制作负载有机相，简称稀土皂，该项技术又称为稀土皂化萃取连续浓缩技术。
稀土皂化萃取连续浓缩技术可以有效提高出口水相稀土浓度和萃取段槽体操作稳定，减少料液体积，方便后续处理，较好地解决了水相衡接、后续分离萃取槽和存贮设备体积增大的问题，提高了分离能力。为后续工艺排弃了大部分Na+、NH4+、Ca2+、Al3+等难萃非稀土杂质，减少了杂质富集积累干扰程度，提高料液质量，消除NH4CI等结晶盐对槽体的堵塞现象。 1.4、稀土洗涤技术
在传统的萃取分离工艺中，洗涤段加入洗涤液，反萃段加入反萃液，现在采用洗反液共用技术，即在反萃段将洗涤液和反萃液的酸量一起加入，故此技术又有人称之为洗反液共进技术。
2、三出口新工艺
在传统的分馏萃取工艺中, 只有萃取相(有机相)和萃余相(水相)两个出口, 若原料中有三个或更多的组分时, 单一流程中最多只能得到一个纯产品和一个混合物。三出口新工艺是在透彻地研究了萃取器各级中物质的分布和积累之后, 在适当的位置开设第三个出口, 这
3 [7]
就使一个单一分离段可同时获得两个纯产品和一个富集物。三出口工艺可以多获得一个纯产品, 提高稀土矿中含量低而应用价值又高的元素(如Eu等)的收率, 从而产生巨大经济效益。所以应用较广泛。
3、模糊分离技术
模糊分离又可称为萃取预分离法，即在分离过程中，将原料中的一个元素或几个元素(一个组份)的部分分离出去，实现用少数几级萃取，对多组分原料中的元素预先粗分离后，再流入分馏萃取工艺进行相邻元素间的细分离。 [8]
模糊分离需二步才能达到完全分离，与一步分离相比分离系数大，归一洗涤量、萃取量小，降低酸碱单耗，生产成本下降。减小萃取槽体积和缩短工艺级数，降低了充槽一次性投资和化工材料单耗。
4、置换萃取技术
置换萃取技术原理如图4所示，利用①分离槽的负载Nd有机相的S量顶替③分离槽的S量，③分离槽的w量来顶替①分离槽的w量，实现①分离槽反萃不用酸和③分离槽有机相不用碱皂化，即相当于③分离槽酸碱零消耗。置换萃取技术的优点是降低酸碱单耗，节省生产成本。 缺点是一次性投资(设备和充槽物料)需增加。 [7]
四、稀土溶剂萃取存在的问题及发展方向
1、稀土溶剂萃取目前存在的问题
(1)萃取剂方面的问题:成本投资大，容积损失量大。
(2)稀土氧化物物性控制的问题：①基础设施较差，必要的分析测试手段不健全，分析结果很难达到统一。②稀土应用的技术含量较低，就稀土应用而论，跟踪仿制多，独立创新少。
(3)串级萃取工艺控制的问题：在线分析不成熟，监测数据的及时性也无法保证。 (4)环境污染的问题：有一定的排放物达不到国家标准，造成环境的污染。如COD(化学耗氧量)，BOD(生物耗氧量)及其氨氮等的大量超标。
2、稀土溶剂萃取的发展方向
(1)新萃取剂的研发和不断改进，降低成本。
(2)向分离产品高纯化、品种结构多样化、物理性能优良化方向发展。 (3)进一步加强稀土萃取分离工艺自动化优化的研究。
(4)节能减排，加强环境保护，实现清洁生产。
五、参考文献
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[3] 马淑珍,霍莉,贾云玲,商艳丽,等.Preparation and Electrorheological Property of Y4O(OH)9(NO3)-NH4NO3 Materials[J]. Journal of Rare Earths,2006(02)：168-171. [4] 袁承业，胡永生.一元烷基磷(膦)酸酯萃取稀土的结构和性能的相关分析[J].中国科学B辑，1987(01)：27-34.
[5] 钱博，赵忠顺，张进胜，等.1-苯基-3-甲基-4-二氯乙酰基吡唑酮-5和三正辛基氧化膦协同萃取镧系离子的研究[J].应用化学，1989，6(04)：75-77. [6] 莫予彬,张正明，邓维雄，袁永杨. PMBP-TBP协同萃取连续测定稀土、钪和钍[J]. 分析试验室, 1982(02): 32-34 [7] 韩旗英. 稀土萃取分离技术现状分析[J]. 湖南有色金属, 2010(01): 24-27+66. [8] 徐光宪,黄春辉，李标国等. 稀土溶剂萃取的新进展. 中国科学基金, 1993(02): 115-119. [9] Na Sui, Kun Huang, Chao Zhang,et al. Light,Middle,and Heavy Rare-Earth Group Separation: A New Approach via a Liquid–Liquid–Liquid Three-Phase System.[J] Industrial & Engineering Chemistry Research, 2013. 52(17): p. 5997-6008.
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[15] Wei Wang, Hualing Yang et al. Application of Bifunctional Ionic Liquid Extractants [A336][CA-12] and [A336][CA-100] to the Lanthanum Extraction and Separation from Rare Earths in the Chloride Medium[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2011. 50(12): p. 7534-7541. [16] 郑晓玲，倪兆艾. 取代酰胺萃取稀土元素的研究[J]. 福州大学学报( 自然科学版)，
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[22] 杨罗清,倪兆艾, 稀土-邻菲绕啉-水杨酸三元络合物的溶剂萃取[J]. 杭州大学学报(自然科学版), 1982(01): 85-90. [23] 乐善堂,李德谦. 稀土溶剂萃取动力学及研究方法[J]. 稀土, 1992(01): 28-38+52.
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[30] 张卫星, 褚乃彬,李涵. 三出口萃取工艺静态平衡研究[J]. 应用化学, 1989(05): 93-96.
第五篇：帖子话题萃取
美容护肤
一、banner/置顶深度分享
【标题】打开化妆包，分享你美丽的秘密吧~
每个姑娘有自己的美丽小心机;
每个姑娘都拥有属于自己的秘密武器——化妆包
你的化妆包里有些什么秘密呢?
是护肤品，彩妆
还是化妆工具……
都赶紧晒出来，让姐妹们膜拜吧~~~
我们的口号是：要!瘦!还!要!美!
同时我们也能满足我们小小的窥私欲哦~~看看别人有什么扮靓武器!!hoho~
【发帖方式】
1.标题名为【打开化妆包】+标题名
2.正文可以化妆包或化妆箱里物品的价格，购买场地、以及每样物品使用的感觉等等~~
3.如果有详细的图片就是更好的啦~这样就能吸引更多的姐妹们膜拜你哦~~
微分享
【标题】拿什么拯救你，欲罢不能的小怪癖?
我有强迫症吗?我是处女座吗?我这算怪癖吗?
一定要整齐;
一定要对称;
......
看到痘痘就想挤;
看到伤疤就想抠;
......
无法忍受地板上的脚印子;
无法忍受钱包里的钱不是按一个顺序摆放;
......
你是不是也是这样呢?
谈谈那些让你或者身边的朋友欲罢不能但又乐此不疲的小怪癖吧~~
说说那些小怪癖给生活带来的欢乐吧~~
伙伴们，跟帖分享起来吧~~~
辣妈帮帮团
一、深度分享
【标题】爸比节，姐妹们，我们一起来给身边的爸比们祝福吧~~~
爸比节就要到了哟，在这个爸比节温馨弥漫的节日里，让我们自己的爸比以及孩子的爸比致敬吧~~
说说自己的爸比，说出你的祝福~~
聊聊你和孩子爸比的那些事儿~~大声说出你的关爱吧~
回忆点点滴滴的感动和温馨，重温那些让你记忆犹新的小细节吧!
这个爸比节，斑竹在这里等你哦~~
【发帖方式】
1.标题名为【爸比节】+标题名 2.正文可以是对自己父亲的感谢祝福或者是感动的回忆，也可以是对老公/男朋友的感谢祝福或者是感动的回忆.....
3.如果有图片就更温馨啦~~
二、微分享
【标题】说说我跟老公/男朋友相遇的经历
十年修得同船度，百年修得共缠绵!
所有的相遇都是命中注定~~
说说我们相遇的那些事儿，记录缘分开始的点滴~
幸福从这里开始逐渐蔓延~
就等你一个了咯~~
三、 微分享
【标题】我的宝宝专属纸尿裤
每个宝宝都有自己的专属纸尿裤
每个妈咪都有使用后的感言
每一款纸尿裤都有自己的粉丝
妈咪们，说说给宝宝们使用过的或者正在使用的纸尿裤吧~~