离心萃取技术的力量

作者:Mathias Vornefeld 文章来源:Cinc公司 发布时间:2014-03-13

在化工和制药生产领域中,液-液萃取常常使用Settler公司生产的混合沉降器和搅拌塔。但这种工艺技术所需过程时间长,生产费用太高。Cinc公司研发生产的离心萃取机则利用连续性的液相分离技术简化了这一复杂的生产过程,同时也大大地提高了液体萃取的生产能力。

许多流程工艺不仅可以把两种密度不同的不相容液体分开,而且可以把两种互溶的液体介质分开。例如萃取工艺可以至少把两种混合在一起的液体分离开来。与基于重力原理的沉降工艺不同,Cinc公司的离心机实现的是连续性的相分离。在这一工艺技术中,两种液体介质在离心机转子之外是相互混合在一起的,混合液体在转子的作用下被直接分离开来。这种离心式的液体介质相分离技术已经在实验室环境中通过了试验。对于多级生产过程,可以把这种离心式萃取机串联起来,每一台离心式萃取机理论上相当于一个萃取等级。


图1 Cinc公司离心式萃取机多级逆流萃取的设备安装实况

图2所示为离心式萃取机的剖面示意图。两个入口(下方)既可以把已经混合了的液体引入到混合区(绿色),也可以把尚未混合的液体(蓝色和黄色)引入到混合区。在混合区内,转子和萃取机筒壁之间的两种液体被强力的混合在一起(5s时间),形成了很大的液相表面,优化了萃取过程中的物质交换(强力混合搅拌的时间最长可延长至10min)。利用转子的无级调速,可以实现液体介质混合搅拌强度的无级调节。离心式萃取机的结构设计保证了液体介质在上方转子腔中的分离时间可以在30s~2min时间内无级调节。在转子腔中,因两种液体介质的比重不同完成物质交换的混合液在转子离心力的作用下再次被分离开来,经各自的输出通道输出(轻质液体从上方通道排出)。

样机试生产情况

Cinc公司已经在用户使用现场按照非常苛刻的使用条件对实验样机进行了性能测试。由于实验样机和正式产品的结构相同,因此现场试验测定的物理数据都可以简单推广应用到正常产品中。这种设计、试验、生产的方法非常经济,能够保证正式产品所有的重要性能参数的可靠性。这种试验方式满足了Atex易燃易爆安全防护规定的要求和技术结构要求。在多级分离中,各级离心萃取机的高度可以不同,可形成很高的自由落差,这样可以省去后续分离级液体介质输入的监控和调节系统。

在沉降式的分离技术中,多级分离常常要利用输送泵来输送后续分离的液体介质,需要很长的搅拌和沉淀时间。而离心式的萃取机则是连续性工作的,因此把沉降式分离的分离时间从“天”缩短到“小时”,而且分离和萃取的质量保持不变,同时减少了稀释剂的使用。


图2 离心式萃取机剖面示意图

有效成分的萃取

生物工程技术领域中的一个应用实例清楚地说明了离心式萃取机的优点。某一生物工程技术企业的酶化设备生产(抗生素、激素、微生物等)药物有效成分。需要利用有机溶剂(乙酸乙酯、甲苯、二氯甲烷、氯仿),从发酵液中提取有效成分。提取时,首先用甲苯萃取有效药物成分,然后通过调节pH值有效成分进入水相,再调节pH值分离出甲苯实现有效成分的萃取,这样保证了高产的药物有效成分的生产。
沉降式生产设备中的工艺流程:

1. 用甲苯将酶化液和药物有效成分混合在一起;

2. 利用甲苯对酶化液进行再提取(只有少量的有效成分在有机相中);

3. 水洗(有效成分全部进入有机相);

4. 用酸洗涤并调节pH值(药物有效成分转换为酸性水相);

5. 用NaOH和甲苯洗涤并调节pH值(药物有效成分转换为有机相)。

利用离心式萃取机的工艺流程为:

第1步:用水提取(药物有效成分全部转换为有机相);

第2步:用酸洗涤并调节pH值;

第3步:用NaOH和甲苯洗涤并调节pH值(药物有效成分转换为有机相)。

由于离心式萃取机强力的混合搅拌,沉降式生产设备中的前三步可以在离心式萃取设备中合为一步。其后的第2步和第3步与传统的沉降式工艺技术相似,不同的是可以连续性生产。

离心式萃取机可以用不同的材料制造:从不锈钢到镍基合金。它所使用的密封件是用特氟龙橡胶或者Kalrez-O型密封圈。在易燃易爆危险场合中可以使用II 2 G EEx de II C T4型的气密性驱动装置和控制系统,在惰性气体(N2)的保护下运行。离心萃取机具有CIP原位清洁的能力。不同的规格型号覆盖了从0~1L/min(VO2)或者~750L/min(V20)的流量范围。

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