專(zhuān)利名稱(chēng)：一種極低濃度萃取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)藥、冶金或生化領(lǐng)域中液-液兩相溶劑萃取方法，具體涉及一種極低濃度萃取方法，特別涉及于一種1 1000或更懸殊相比易乳化體系的萃取。
背景技術(shù)：
溶劑萃取簡(jiǎn)稱(chēng)萃取，是當(dāng)前綠色化學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展分支，是一種用液態(tài)的萃取劑處理與之不互溶的雙組分或多組分溶液，實(shí)現(xiàn)組分分離的傳質(zhì)分離過(guò)程。萃取技術(shù)可根據(jù)分離對(duì)象和工藝要求選擇適當(dāng)?shù)妮腿◇w系和流程，具有選擇性高，分離效果好，易于操作和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。隨著萃取在原子能化工、濕法冶金和石油化工等方面的廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，對(duì)萃取設(shè)備也提出了越來(lái)越高的要求。近三十年來(lái)，萃取設(shè)備在理論和實(shí)踐方面都得到了迅速的發(fā)展，許多高效萃取設(shè)備的出現(xiàn)各具特點(diǎn)，應(yīng)用于各個(gè)不同體系。在生物產(chǎn)品的分離純化中，由于生物體系對(duì)酸堿、有機(jī)溶劑和機(jī)械剪切力等都非常敏感，采用普通攪拌槳?jiǎng)×一旌系妮腿》绞饺菀桩a(chǎn)生乳化現(xiàn)象，乳狀液的形成對(duì)于萃取過(guò)程很不利，乳化導(dǎo)致萃余的廢發(fā)酵液夾帶溶媒，降低產(chǎn)品收率，同時(shí)，有機(jī)相中夾帶發(fā)酵液也給回收利用造成困難。另外，因經(jīng)濟(jì)成本等要求，生化體系的萃取過(guò)程常常要求在懸殊相比的條件下操作，萃取溶劑分散困難，萃取過(guò)程受到平衡和傳質(zhì)效率的限制難以進(jìn)一步提高分離效率?！耙阂狠腿∵^(guò)程和設(shè)備”(原子能出版社，費(fèi)維揚(yáng)等，1993年)指出，萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常常要考慮有利于特定萃取體系的兩相傳質(zhì)過(guò)程和相分離過(guò)程。根據(jù)使用目的的不同，常見(jiàn)的萃取設(shè)備主要包括三大類(lèi)混合澄清萃取器、塔式或柱式萃取器、離心萃取器。根據(jù)操作方式的不同，又可分為兩類(lèi)逐級(jí)連續(xù)式萃取設(shè)備和連續(xù)接觸式萃取設(shè)備?；旌铣吻遢腿∑鞑捎弥鸺?jí)接觸式萃取操作，兩相的混合和澄清有明顯的階段性。 兩相液流錯(cuò)流接觸時(shí)，每一級(jí)的相接觸均進(jìn)行兩相混合并達(dá)到平衡而后在澄清相分離，級(jí)效率高，且級(jí)數(shù)可變，操作彈性好，操作適應(yīng)性強(qiáng)，在較寬相比或流比范圍內(nèi)可穩(wěn)定操作，設(shè)備制造簡(jiǎn)單，容易放大，且可靠性高。由于混合和澄清是兩個(gè)相對(duì)矛盾的過(guò)程，實(shí)際過(guò)程中難于同時(shí)兼顧。特別是對(duì)于一些易乳化體系，過(guò)度混合導(dǎo)致相分離困難，只能依靠增加澄清室的沉降面積，延長(zhǎng)澄清時(shí)間，減少兩相的相夾帶。這樣又導(dǎo)致混合澄清萃取器的占地面積過(guò)大，澄清室內(nèi)溶劑萃取滯存量過(guò)大，運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)。塔式或柱式萃取器采用連續(xù)接觸式萃取操作，處理能力大。兩相在垂直的塔或柱內(nèi)分別做上下連續(xù)逆流流動(dòng)進(jìn)行相接觸并傳質(zhì)。由于兩相的混合和相分離在垂直方向上進(jìn)行，占地面積小，密封性好。但因兩相傳質(zhì)過(guò)程中濃度從上到下連續(xù)變化，若流速控制不好， 極易造成相傳質(zhì)還未達(dá)到真正平衡或兩相分離尚未徹底就排出塔外，降低了分離效率。此方法不適用于兩相流比高的情況，且難以處理易乳化體系。目前，為解決混合溶劑的乳化問(wèn)題，工業(yè)上采用高效的離心萃取器進(jìn)行離心萃取。 離心萃取器是進(jìn)行兩相快速充分混合，并利用離心力代替重力快速分相的萃取設(shè)備，雖能解決分相困難的問(wèn)題，但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造、操作和維修費(fèi)用較高。另外由于快速攪拌，剪切力較大易造成較嚴(yán)重的乳化現(xiàn)象，因此工藝過(guò)程中必須使用破乳劑。以華北制藥廠為例，每年青霉素生產(chǎn)工藝中，需要的破乳劑用量就達(dá)百萬(wàn)元以上。為了解決易乳化萃取體系的混相傳質(zhì)和澄清分相這對(duì)矛盾，CN 1310034A公開(kāi)了一種輕相或重相分散低剪切力自吸式攪拌萃取裝置和操作方法，所述自吸式攪拌萃取裝置包括電動(dòng)機(jī)、軸套、攪拌器、混合槽和擋板，所述攪拌器在混合槽中，該攪拌器是自吸式攪拌器，自吸式攪拌器在分散輕相時(shí)轉(zhuǎn)軸的上段為較細(xì)圓軸，下段為帶有空腔的圓軸；在轉(zhuǎn)盤(pán)的上方或下方的圓軸上開(kāi)有一個(gè)或多個(gè)與空腔的頂端或上部相通的小孔，轉(zhuǎn)軸的下端連接中空的轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)軸的空腔與轉(zhuǎn)鼓的空腔相通；在轉(zhuǎn)鼓上開(kāi)有與空腔相通的小孔；位于轉(zhuǎn)軸中部的轉(zhuǎn)盤(pán)由上圓片、下圓片和葉片組成，或?yàn)橐粋€(gè)或多個(gè)圓片組成，其中所述的葉片以轉(zhuǎn)軸為圓心均勻分布于轉(zhuǎn)軸四周并垂直連接于上下圓片之間；所述在混合槽中的自吸式攪拌器在分散重相時(shí)轉(zhuǎn)軸的上段為較細(xì)圓軸，轉(zhuǎn)軸的下段為中空開(kāi)口的圓軸，中空的轉(zhuǎn)鼓位于轉(zhuǎn)軸的中部；轉(zhuǎn)軸的空腔和轉(zhuǎn)鼓的空腔通過(guò)轉(zhuǎn)軸上的小孔相連通；小孔可以開(kāi)在轉(zhuǎn)軸位于空腔的頂端或上部；轉(zhuǎn)鼓上開(kāi)有與空腔相通的小孔；轉(zhuǎn)盤(pán)位于轉(zhuǎn)軸的下部，轉(zhuǎn)盤(pán)由上圓片、下圓片和葉片組成，或?yàn)橐粋€(gè)或多個(gè)圓片組成，其中所述的葉片以轉(zhuǎn)軸為圓心均勻分布于轉(zhuǎn)軸四周并垂直連接于上下圓片之間。所述裝置和方法特別適用于反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)過(guò)程中輕相或重相分散低剪切力自吸式攪拌萃取，其在保持兩相界面清晰的情況下，可以進(jìn)行間歇和連續(xù)操作。但是，該裝置仍然不能在低能耗，低均剪切力和保持生物大分子活性的條件下實(shí)現(xiàn)萃取。CN 1324683A公開(kāi)了一種串聯(lián)自吸式多通道相分散萃取裝置，所述萃取裝置包括電動(dòng)機(jī)、攪拌器、反應(yīng)器，攪拌器為自吸式多通道相分散攪拌器，該自吸式多通道相分散攪拌器包括空心轉(zhuǎn)軸及與空心轉(zhuǎn)軸相連接并驅(qū)動(dòng)空心轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，空心轉(zhuǎn)軸軸壁上設(shè)有進(jìn)料口，空心轉(zhuǎn)軸的底端或中部固定連接側(cè)壁上設(shè)有出料口的液相分散器，液相分散器為一空心圓柱體，在液相分散器的上面固定安裝一個(gè)、二個(gè)或多個(gè)與空心轉(zhuǎn)軸同心的敞口向上的套筒，或在液相分散器的下面固定安裝一個(gè)、二個(gè)或多個(gè)與空心轉(zhuǎn)軸同心的敞口向下的套筒，兩個(gè)自吸式多通道相分散攪拌器串聯(lián)成一體。該裝置可以在三相中進(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。但是該裝置在進(jìn)行相分散時(shí)，不能在低均剪切力，低能耗，保持生物物質(zhì)活性不變的條件下實(shí)現(xiàn)萃取。CN 1318422A申請(qǐng)公開(kāi)了一種低轉(zhuǎn)速自吸式萃取設(shè)備，所述萃取設(shè)備的萃取罐內(nèi)安裝軸壁上帶有進(jìn)料口的空心轉(zhuǎn)軸及固定于空心轉(zhuǎn)軸上的液相分散器，轉(zhuǎn)軸與馬達(dá)相連， 該液相分散器由兩個(gè)以上單通道簡(jiǎn)單液相分散器串聯(lián)組成，各個(gè)簡(jiǎn)單分散器均有進(jìn)料口， 空心轉(zhuǎn)軸和空心轉(zhuǎn)鼓，并且相通。但各個(gè)簡(jiǎn)單分散器之間不通過(guò)空心轉(zhuǎn)軸相通，在上N-I級(jí)簡(jiǎn)單液相分散器的通道出口處設(shè)有方向朝下的外罩。能解決混合溶劑萃取工藝中相分離困難的問(wèn)題，并有效地避免乳化現(xiàn)象，但難以實(shí)現(xiàn)1 1000或更懸殊相比的分離。因此如何發(fā)展一種極低濃度萃取方法，以有效地解決混合溶劑萃取工藝中 1 1000或更懸殊相比相分離困難的問(wèn)題，并有效地避免乳化現(xiàn)象，是所屬技術(shù)領(lǐng)域面臨的難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種極低濃度萃取方法，所述方法可有效地解決混合溶劑萃取工藝中1 1000或更懸殊相比相分離困難的問(wèn)題，能有效地避免乳化現(xiàn)象，顯著降低能耗，減小攪拌剪切力，保持生物大分子生物活性，而且該設(shè)備投資小，易操作，適用于生物化工、制藥工業(yè)、濕法冶金、油脂工業(yè)、食品工業(yè)等易乳化懸殊相比的萃取體系。所述極低濃度萃取方法在現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)混合器中進(jìn)行。本發(fā)明所述的極低濃度萃取方法，其萃取方法是將萃取劑附著于小球表面，再將小球置于待萃取溶液中進(jìn)行攪拌，將萃取劑均勻地分散在待萃取溶液中。所述極低濃度萃取方法包括以下步驟(1)將萃取劑溶于溶劑中，將小球放入溶液中攪拌，溶劑揮發(fā)完畢，得到表面附有萃取劑的小球；(2)將表面附有萃取劑的小球及待萃取溶液通過(guò)具塞進(jìn)/出料口 3加入到混合室中，旋轉(zhuǎn)，直到充分混合；(3)通過(guò)帶過(guò)濾網(wǎng)的具塞出料口 4將料液取出，靜置分層，分離兩相，完成萃取。優(yōu)選地，步驟(1)中所述溶劑為易揮發(fā)性溶劑，進(jìn)一步優(yōu)選為醚類(lèi)、酮類(lèi)或醇類(lèi)中的1種或至少2種的混合物，更優(yōu)選為乙醚、丙酮、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇中的的1種或至少2種的混合物，所述組合典型但非窮盡的例子有乙醚與丙酮的組合，丙酮、甲醇、乙醇的組合，甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇的組合等；所屬領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)其掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)選擇與萃取劑互溶且易揮發(fā)的溶劑。優(yōu)選地，萃取完成后通過(guò)具塞進(jìn)/出料口 3取出小球。優(yōu)選地，所述小球可為任意形狀，例如球形、圓柱形、圓錐形、正方體、長(zhǎng)方體、橢圓體、不規(guī)則形等。優(yōu)選地，所述小球尺寸小于10mm，進(jìn)一步優(yōu)選小于8mm，特別優(yōu)選小于5mm。優(yōu)選地，所述小球總體積為待萃取溶液總體積的1/10 1/2，進(jìn)一步優(yōu)選為1/7 1/3，特別優(yōu)選為1/5 1/3。優(yōu)選地，所述小球材質(zhì)為不會(huì)對(duì)萃取過(guò)程產(chǎn)生任何污染且在萃取過(guò)程中萃取劑易于從其脫離到待萃取溶液相中的任意材質(zhì)，特別優(yōu)選為玻璃。本發(fā)明所述懸殊相比是指比1 1000更小的相比，例如1 IOOlU 1500、 1 1800、1 2000、1 5000、1 10000 等。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是，本發(fā)明所述的萃取裝置特別適用于懸殊相比、易乳化體系。將輕相均勻地分散在重相的過(guò)程中，可在1 1000或更懸殊相比的情況下連續(xù)操作， 避免了乳化現(xiàn)象，設(shè)備投資小，易操作，電機(jī)轉(zhuǎn)速要求低，動(dòng)力消耗低，對(duì)溶液的剪切力小， 有利于保持生物大分子的活性。


圖1為旋轉(zhuǎn)混合器。圖1中附圖標(biāo)記如下1-轉(zhuǎn)軸； 2-混合室； 3-具塞進(jìn)/出料口 ；4-帶過(guò)濾網(wǎng)的具塞出料口
； 5-帶有萃取劑的小球。
具體實(shí)施例方式為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的具體限制?，F(xiàn)有技術(shù)的極低濃度萃取方法中所述的旋轉(zhuǎn)混合器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括與馬達(dá)相連的轉(zhuǎn)軸1，1與混合室2相連，混合室2的左上部具有具塞進(jìn)/出料口 3，右下端有帶過(guò)濾網(wǎng)的具塞出料口 4。實(shí)施例一將17mg蘇丹紅染色的萃取劑TBP 0. 5mL溶于60mL無(wú)水乙醇，然后均勻分散于 200mL直徑3mm的玻璃球，待無(wú)水乙醇自蒸發(fā)干后，再將玻璃球加入到500mL水相中用旋轉(zhuǎn)混合器轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間，有機(jī)相與水相之比為1 1000，取液面附近和底部樣品分別測(cè)量吸光度值為0. 117和0. 119，說(shuō)明萃取劑TBP已在水相中分散均勻。實(shí)施例二將0. 5mL萃取劑對(duì)二甲苯溶于60mL乙醚中，然后均勻分散于250mL直徑5mm的玻璃球，待乙醚自蒸發(fā)干后，再將玻璃球加入到500mL含有質(zhì)量濃度為0. 01 %的對(duì)甲基苯甲酸的水相中，用旋轉(zhuǎn)混合器轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間，有機(jī)相與水相之比為1 1000。通過(guò)帶過(guò)濾網(wǎng)的具塞出料口 4將料液取出，靜置，分層，分離兩相，經(jīng)色譜分析，對(duì)甲基苯甲酸的萃取率為 93%。實(shí)施例三將0. 25mL萃取劑甲苯溶于60mL丙酮中，然后均勻分散于50mL直徑IOmm的玻璃球，待丙酮自蒸發(fā)干后，再將玻璃球加入到500mL含有質(zhì)量濃度為0. 01%的苯胺的水相中， 用旋轉(zhuǎn)混合器轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間，有機(jī)相與水相之比為1 2000。通過(guò)帶過(guò)濾網(wǎng)的具塞出料口 4將料液取出，靜置，分層，分離兩相，經(jīng)色譜分析，苯胺的萃取率為91 %。申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程， 但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴(lài)上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)， 對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種極低濃度萃取方法，其特征在于，所述方法是將萃取劑附著于小球表面，將小球置于待萃取溶液中進(jìn)行攪拌，將萃取劑均勻地分散在待萃取溶液中。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)將萃取劑溶于溶劑中，將小球放入溶液中攪拌，溶劑揮發(fā)完畢，得到表面附有萃取劑的小球；(2)將表面附有萃取劑的小球及待萃取溶液通過(guò)具塞進(jìn)/出料口C3)加入到混合室中， 旋轉(zhuǎn)，直到充分混合；(3)通過(guò)帶過(guò)濾網(wǎng)的具塞出料口(4)將料液取出，靜置分層，分離兩相，完成萃取。
3.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于，步驟(1)中所述溶劑為易揮發(fā)性溶劑，進(jìn)一步優(yōu)選為醚類(lèi)、酮類(lèi)或醇類(lèi)中的1種或至少2種的混合物，更優(yōu)選為乙醚、丙酮、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇中的的1種或至少2種的混合物。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，萃取完成后通過(guò)具塞進(jìn)/出料口 ⑶取出小球。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述小球可為任意形狀，例如球形、圓柱形、圓錐形、正方體、長(zhǎng)方體、橢圓體、不規(guī)則形等。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述小球尺寸優(yōu)選小于10mm，進(jìn)一步優(yōu)選小于8mm，特別優(yōu)選小于5mm。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述小球總體積優(yōu)選為待萃取溶液總體積的1/10 1/2，進(jìn)一步優(yōu)選為1/7 1/3，特別優(yōu)選為1/5 1/3。
8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述小球材質(zhì)為不會(huì)對(duì)萃取過(guò)程產(chǎn)生任何污染且在萃取過(guò)程中萃取劑易于從其脫離到待萃取溶液相中的任意材質(zhì)，特別優(yōu)選為玻璃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種極低濃度萃取方法，該萃取方法是將少量萃取劑分散附著于大量小球表面，再將小球置于旋轉(zhuǎn)混合器中與待萃取溶液相中充分混合，將萃取劑均勻地分散在待萃取溶液相中?？稍?∶1000或更懸殊相比的情況下操作，實(shí)現(xiàn)均勻分散，對(duì)溶液的剪切力小，避免了乳化現(xiàn)象，設(shè)備投資小，易操作，動(dòng)力消耗低，有利于保持生物大分子的活性，適用于冶金、生物產(chǎn)品分離中的極低濃度萃取。
文檔編號(hào)B01D11/00GK102380227SQ20111035947
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者劉會(huì)洲, 楊良嶸, 邢慧芳, 黃焜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所