Способы очистки извлечений, применяемые для выделения суммы действующих веществ

На стадии очистки извлечения подвергают последовательной обработке, целью которой является выделение комплекса действующих веществ в нативном состоянии, свободного от балласта. Приемы и способы очистки первичных извлечений весьма разнообразны и индивидуальны.

Наиболее широко используют избирательное, фракционное осаждение действующих или балластных веществ, экстракцию в системах жидкость - жидкостью, адсорбцию и ионный обмен..

Фракционное осаждение действующих или балластных веществ может быть достигнуто сменой растворителя. При проведении экстракции неполярным или малополярным (органическим) растворителем очистка извлечения от гидрофобных веществ (хлорофилл, смолы и др) достигается удалением (отгонкой) экстра гента и добавлением к остатку воды. Растворимость гидрофобных веществ при этом понижается, они выпадают в осадок и удаляются фильтрованием или -центрифугированием. Добавляя к этанольным растворам эфир, осаждают и удаляют сапонины (кардинолиды остаются в растворе) Введением к водным извлечениям этанола в концентрации не менее 50% осаждают белки, пектины, слизи и другие гидрофильные биополимеры. Извлечения, частично очищенные от биополимеров, получают при непосредственном использовании в качестве экстрагента этанола в концентрации не ниже 70%. Этанол, являясь гидрофильным, отнимает в растворе у молекул природных ВМС гидратную оболочку, вызывает их осаждение, а сам при этом гидратируется. Для избирательного «выса ливания» высокомолекулярных соединений (белки, ка меди, слизи, пектины) используют растворы нейтральных солей. Механизм высаливания состоит в том, что добавляемые анионы и катионы солевого раствора гидратируются, отнимая воду у молекул биополимера, способствуя их слипанию и осаждению.

Способность к высаливанию наиболее выражена у анионов солей. По силе высаливающего действия анионы и катионы располагаются в следующие ряды убывающей активности.

Эти ряды называются липотропными. Наибольшим высаливающим эффектом обладает лития сульфат На практике для высаливания чаще применяют натрия сульфат или натрия аммония хлориды.

Экстракция в системах жидкость - жидкостью является процессом диффузионным, при котором одно или несколько растворенных веществ извлекаются из одной жидкости другой, нерастворимой или ограниченно растворимой в ней.

В результате взаимодействия экстрагента с исходной жидкостью получают экстракт - раствор извлеченных веществ и рафинат - остаточный исходный раствор, обедненный извлекаемыми веществами и содержащий некоторое количество экстрагента. Пере ход веществ происходит при наличии разности концентрации между жидкими фазами по закону равновесного распределения до динамического равновесия между ними. Согласно этому закону, отношение равновесных концентраций распределяемого между двумя жидкими фазами веществ есть величина постоянная (для данной температуры), называемая коэффициентом распределения:

где Y и X - равновесные концентрации распределяе мого вещества в экстракте и рафинате, %.

Процесс экстракции в системах жидкость - жидкостью складывается из следующих стадий: смешивание исходного раствора с экстрагентом для создания между ними тесного контакта, разделение двух не-смешивающихся жидких фаз, регенерация экстрагента, т. е. удаление его из экстракта и рафината Для экстракции в системах жидкость - жидкостью используют следующие основные типы экстракторов^-, смесительно-отстойные, колонные, центробежные.

Смесительно-отстойные экстракторьк Простейшим из них является аппарат с мешалкой. Ъ аппарат загружают исходный раствор и экстрагент, их перемешивают до состояния, возможно более близкого к равновесному. Затем разделяют на два слоя: экстракт и рафинат. Экстракцию обычно проводят многократно: один и тот же раствор обрабатывают несколькими порциями экстрагента, каждый раз смешивая, расслаивая и выводя его из аппарата. Процесс обработки ведут до тех пор пока не получат рафинат заданного состава. Недостатками способа является большой расход экстрагента и затруднения при разделении жидких фаз, так как при механическом перемешивании несмешивающихся жидкостей часто возникают устойчивые, плохо разделяющиеся эмульсии.

Колонные экстракторы. Это экстракторы подразделяют на аппараты без подвода дополнительной энергии извне (гравитационные) и с подводом внешней энергии во взаимодействующие жидкости.

Гравитационные экстракторы подразделяют на полые распылительные экстракторы, насадочные экстракторы и экстракторы с ситчатыми тарелками. Они отличаются простотой конструкции, обусловленной отсутствием движущихся частей Однако высокую интенсивность массопередачи в них можно достичь только в том случае, если жидкости обладают достаточной разностью плотностей (более 100 кг/м³) и низким межфазным натяжением.

Рис. 16.1. Устройство колонного полого (распылительного) экстрактора.

 

Полые распылительные экстракторы представляют собой полую колонну (рис. 16.1), внутри которой имеются лишь устройства для ввода тяжелой и легкой фаз. Колонна полностью заполняется тяжелой жидкостью, которая движется сплошным потоком сверху вниз. Она удаляется из корпуса колонны через гидравлический затвор. Для создания возможно большей поверхности контакта фаз и соответственно для увеличения скорости массопередачи легкая жидкость вводится в аппарат через распылитель и в виде капель поднимается вверх. В верхней части экстрактора капли сливаются и образуют слой легкой фазы, которая отводится сверху колонны. Распылительные колонны обладают низкой интенсивностью массопередачи, что объясняется укрупнением капель дисперсной фазы и обратным перемешиванием, при возникновении которого капли дисперсной фазы увлекаются час тицами сплошной фазы (или наоборот) В результате в колонне создаются местные циркуляционные токи, нарушающие их противоток. Для уменьшения обратного перемешивания в таких колоннах устанавливают перегородки различных конструкций (чередующиеся диски, кольца, тарелки с сегментными вырезами и др.). Капли дисперсной фазы, коалесцируя, обтекают перегородки в виде тонкой пленки, омываемой сплошной фазой.

Насадочные экстракторы представляют собой колонны, заполненные насадочными телами, в качестве которых используют керамические и стальные кольца или цилиндры. Насадка в экстракторах обычно располагается на опорных колосниковых решетках слоями высотой от 2 до 10 диаметров колонны. Одна из фаз диспергируется с помощью распределительного устройства и движется в колонне противотоком к сплошной фазе. Насадка способствует более эффективному взаимодействию фаз в аппарате, так как, проходя через нее, капли многократно коалесци-руют и вновь дробятся. Окончательная коалесценция капель и образование слоя диспергируемой фазы происходит в отстойной зоне колонны по выходе из слоя насадки.

В насадочных и распылительных экстракторах осуществляется постоянная противоточная экстракция- исходный раствор непрерывно отдает распределяемое вещество движущемуся противотоком экстрагенту

Экстракторы с ситчатыми тарелками выполнены в виде колонн, разделенных тарелками на секции (рис. 16.2). Аппарат заполняется сплошной фазой (например, тяжелой жидкостью), которая протекает с тарелки на тарелку через переливные трубки. Диспергируемая фаза (в данном случае легкая жидкость), вводимая противотоком к сплошной, проходя через отверстия ситчатых тарелок, многократно дробится на капли и струйки, которые в свою очередь распадаются на капли в межтарелочном пространстве Капли под действием подъемной силы движутся в сплошной фазе и сливаются вновь образуя слой лег кой фазы под каждой расположенной выше тарелкой В случае если диспергируется тяжелая фаза, слой этой жидкости образуется над тарелками Когда гид ростатическое давление слоя жидкости становится достаточным для преодоления сопротивления отверстий гарелки, жидкость, проходя через них, диспергируется вновь.

Рис. 16.2. Устройство колонного экстрактора с ситчатымн тарелками	Рис. 16.3. Устройство роторно-дискового колонного экстрактора

К экстракторам с подводом внешней энергии во взаимодействующие жидкости относятся роторно-дисковые экстракторы, колонные экстракторы с мешалками и пульсационные экстракторы.

Роторно-дисковые экстракторы (рис. 16.3) сделаны в виде колонны, которая кольцевыми перегородками, укрепленными на ее стенках, разделена на секции. По оси колонны вращается ротор-вал, на который засажены плоские диски, размещенные симметрично относительно перегородок. Две соседние кольцевые перегородки и диск между ними образуют секцию колонны.

Одна из фаз (например, легкая) диспергируется с помощью распределителя и, двигаясь противотоком с тяжелой фазой, многократно смешивается с ней (редиспергируется) в секциях колонны вращающимися дисками. Расслоение фаз происходит в верхней и нижней отстойных участках колонны, отделенных от смесительной перфорированными перегородками.

Колонные экстракторы с мешалками различаются конструкцией перемешивающих устройств. Вместо плоских дисков на валу устанавливают лопастные или открытые турбинные мешалки. Имеются экстракторы, у которых между смесительными секциями расположены отстойные зоны, заполненные сеткой или насадочными телами (рис. 16.4).

В пульсационных экстракторах введение дополнительной энергии в жидкости осуществляется приданием им возвратно-поступательного движения-пульсации, которая увеличивает турбулентное движение потоков и степень дисперсности фаз, повышая тем самым эффективность массопередачи. Наиболее часто пульсация жидкостей как средство интенсификации массообмена используется в ситчатых и насадочных экстракторах. В качестве пульсатора применяют бесклапанный поршневой, плунжерный и мембранный насосы или же специальное пневматическое устройство.

Центробежные экстракторы. Они выгодно отлича ются от других тем, что позволяют проводить экстрактцию с максимальной скоростью и использовать растворители, плотности которых мало различаются между собой.

Устройство трубчатого центробежного экстрактора представлено на рис. 16.5. Цилиндрический барабан (3) имеет скорость вращения 1500-5000 об/мин. Внутри барабан разделен перфорированными перегородками (7) на ряд экстракционных II, IV, VI и сепарационных I, III, V, VII участков. Жидкости поступают в барабан по обособленным каналам, проходящим внутри неподвижного цилиндра (4). Тяжелая жидкость подается по каналу (2) в нижний экстракционный участок VI, легкая - по каналу (6) в верхний экстракционный участок II. Двигаясь в барабане противотоком, жидкости многократно перемешиваются, проходя между неподвижными перфорированными дисками (5), закрепленными на цилиндре (4). Эмульсия, образовавшаяся при этом, предварительно расслаивается при прохождении через перфорированные отбойные перегородки (7), которые сделаны в виде нескольких дисковых или конусных тарелок, как у тарельчатого сепаратора. Окончательное разделение фаз происходит под действием центробежной силы в сепарационных участках. Жидкие фазы (экстракт и рафинат) удаляются из экстрактора через обособленные каналы; легкая - через верхний кольцевой слив (8), тяжелая - через нижний (1)

 

Рис. 16.4. Устройство колонного смеснтельно-отстойного экстрактора с мешалками и зонами расслоения 1 - смеситель, 2 - отстойник	Рис. 16.5. Устройство трубчатого центробежного экстрактора. Объяснение в тексте.

Адсорбция - это процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твердым веществом, называемым адсорбентом. В качестве адсорбентов в технологии лекарственных форм применяют пористые твердые вещества с большой удельной поверхностью, наиболее распространенными являются: алюминия оксид, силикагель (гель кислоты кремневой), уголь активированный, кизельгур Адсорбенты бывают зернистыми - в виде частиц неправильной или почти сферической формы размером 2-8 мм и пылевидными, состоящими из частиц размером 50-200 мкм.

Процессы адсорбции избирательны и обратимы. Поэтому возможно удаление из раствора балластных веществ или поглощение твердым адсорбентом действующих. Затем благодаря обратимости процесса происходит выделение поглощенных веществ из адсорбента или их десорбция. Адсорбцию проводят в специальных аппаратах - адсорберах, простейшим из них является вертикальный цилиндрический аппарат периодического действия, заполненный адсорбентом. Вначале через адсорбент пропускают раствор и насыщают его поглощаемым веществом, затем фильтруют десорбент - растворитель или смесь растворителей, вытесняющую поглощенное вещество.

Для проведения непрерывной адсорбции применяют установки из нескольких адсорберов периодического действия, в которых попеременно происходят адсорбция и десорбция.

Ионообменные процессы - взаимодействие растворов электролитов с ионитами, способными обменивать подвижные ионы на эквивалентное их количество, находящееся в растворе. Иониты, содержащие кислые активные группы и обменивающиеся с раствором электролита подвижными анионами, называются аммонитами, а иониты, содержащие основные активные группы и обменивающиеся подвижными катионами - катионитами В качестве ионитов наиболее широко применяют синтетические ионообменные смолы