制药工业中的分离工程和清洁生产技术

制药工业中的分离工程和清洁生产技术化学工程是精细化工、制药工业等化工类生产过程的技术基础。

分离工程是化学工程的重要组成部分。

它包括原料的净化、产品的精制、提纯、溶液的浓缩、混合物的分离等内容，例如精馏、萃制药工业中的分离工程和清洁生产技术化学工程是精细化工、制药工业等化工类生产过程的技术基础。

分离工程是化学工程的重要组成部分。

它包括原料的净化、产品的精制、提纯、溶液的浓缩、混合物的分离等内容，例如精馏、萃取、结晶、吸附等单元操作。

它在精细化工及制药工业中占了很大的比重，是影响产品质量和成本的主要因素。

九十年代以前，精细化工及制药工业生产规模较小，重点在新产品的开发，一个新产品投人市场，利润很高，因此企业对生产过程的物耗、能耗不是十分重视。

企业的主要力量集中在产品的开发上，主要研究有机合成的工艺条件和路线，缺乏化学工程的基本研究，各种单元操作的生产装置基本上类似于有机化学实验室“搬家”，工程技术与装备十分落后。

随着全球经济的发展和我国加人Wm，新产品的仿制受到知识产权保护的限制，自行开发一个新产品投人和风险巨大，而现有产品竞争十分激烈。

因此各个企业都在扩大生产规模、优化生产工艺、改进生产技术和装备，以减少物耗、能耗，降低成本，提高产品的竞争能力和企业的经济效益。

因此，分离工程具有重大意义。

生产过程中，由于各种废液的排放，造成了严重的环境污染，过去采用末端治理的生化处理，投资和操作费用都很高，给企业造成很大的负担，而这些污染物实际上是一种“资源错位”，如加以合理的回收、利用，将会变废为宝，给企业带来经济效益，因此各种溶媒的回收，高浓度废水中有机物的回收，配合低浓度污水的生化处理，形成一种清洁生产技术是当前生产发展的新趋势。

一.精馏技术的进展精馏技术是一种十分成熟的分离技术，近年来，在特殊精馏、真空精馏以及精馏设备和操作方法上都有了新的进展，十分适用于精细化工和制药工业。

1.特殊精馏由于对精细化工产品纯度要求的提高，许多难分离物料(例如沸点相近的组分、有共沸组成的组分等)用普通精馏很难分离，因此特殊精馏得到很大的发展和广泛的应用。

1)萃取精馏萃取精馏的原理是在被分离体系中加人第三组元，称为分离剂，从而增加被分离组分之间的相对挥发度，使被分离物系易于分离的一种精馏方法。

分离剂可以是液体、气体或固体。

萃取精馏的关键是分离剂的选择，清华大学分离工程研究室采用UNIFAC等热力学方法，开发形成了分离剂的分子设计软件，对各种难分离体系的分离剂的比较、选择和改进提供理论指导，并在实验室建立了一整套测试分离剂的选择度等性能的实验手段，以便对分离剂进行筛选和开发。

采用萃取精馏对烯烃和烷烃的分离、芳烃和非芳烃的分离、醉和醋的分离、酸和水的分离等等都进行了工艺研究和工业应用，证明萃取精馏可实现难分离混合物的分离，可以提高产品质盆、降低能耗。

2)加盐萃取精馏取、结晶、吸附等单元操作。

它在精细化工及制药工业中占了很大的比重，是影响产品质量和成本的主要因素。

九十年代以前，精细化工及制药工业生产规模较小，重点在新产品的开发，一个新产品投人市场，利润很高，因此企业对生产过程的物耗、能耗不是十分重视。

企业的主要力量集中在产品的开发上，主要研究有机合成的工艺条件和路线，缺乏化学工程的基本研究，各种单元操作的生产装置基本上类似于有机化学实验室“搬家”，工程技术与装备十分落后。

随着全球经济的发展和我国加人Wm，新产品的仿制受到知识产权保护的限制，自行开发一个新产品投人和风险巨大，而现有产品竞争十分激烈。

因此各个企业都在扩大生产规模、优化生产工艺、改进生产技术和装备，以减少物耗、能耗，降低成本，提高产品的竞争能力和企业的经济效益。

因此，分离工程具有重大意义。

生产过程中，由于各种废液的排放，造成了严重的环境污染，过去采用末端治理的生化处理，投资和操作费用都很高，给企业造成很大的负担，而这些污染物实际上是一种“资源错位”，如加以合理的回收、利用，将会变废为宝，给企业带来经济效益，因此各种溶媒的回收，高浓度废水中有机物的回收，配合低浓度污水的生化处理，形成一种清洁生产技术是当前生产发展的新趋势。

一.精馏技术的进展精馏技术是一种十分成熟的分离技术，近年来，在特殊精馏、真空精馏以及精馏设备和操作方普通萃取精馏一般存在溶剂比较大的缺陷，导致能耗较高，解决这一问题的关键是如何提高分离剂的效果。

加盐萃取精馏是利用盐效应原理，在溶剂中加盐形成新的具有更高分离效率的分离剂。

它吸取了熔盐精馏分离效果好的优点，提高了溶剂的分离效率，减少了溶剂比，同时又保留了萃取精馏中溶剂是液体，易于循环操作的优势，克服了熔盐精馏中固体盐回收困难的缺点，一方面提高了分离效率，同时降低了能耗。

例如加盐萃取精馏制取无水乙醇工艺，与国外最先进的萃取精馏工艺相比，溶剂比由5: 1降为1:1，理论板数减少为1/3，生产的无水乙醇中水含量小于2%o，达到优级品的标准。

该技术已经在国内许多精细化工厂和制药企业中得到推广应用，取得了显著的经济效益，曾获得国家发明三等奖和日内瓦发明奖。

加盐萃取精馏技术也曾成功地应用于叔丁醇的提纯、异丙醇的回收，以及稀盐酸的回收等方面。

3)反应精馏反应精馏是将反应与精馏相结合，一方面利用可逆反应来提高分离剂的分离效率，形成反应萃取精馏;另一方面利用精馏分离移去生成物，提高反应的转化率，例如催化醋化反应精馏。

①反应萃取精馏对某些有机物的脱水，设计一个可逆反应(A + DEAD + K0)，首先采用精馏方法将水除去，反应向右转移，形成无水的AD分离剂，当分离剂遇到有机物中的水分时，反应向左进行，将水去除。

因此这种方法对水的分离效率很高，可制备高纯的丙酮、丁酮、四氢峡喃、乙睛及毗吮等产品。

②催化醋化反应精馏把反应与精馏相结合，利用精馏分离脱水来促进醋化反应的转化率。

过去醋化反应往往采用浓硫酸作催化剂，导致设备腐蚀严重，并带来废酸的污染，醋化反应的转化率也不高，我们采用一种固体酸催化剂解决了反应条件与精馏之间的矛盾，形成了催化醋化反应精馏的新技术，醋化转化率高，没有污染，是一种绿色节能新工艺。

2.真空精馏1)高效真空精馏对某些高沸点热敏物质的分离，工业上往往采用真空精馏的方法。

因为热敏性物质受热时容易分解、自聚而变质。

因此精馏时塔釜温度不宜过高、停留时间不宜太长，同时要求使用高效低阻的塔内件。

针对其特点，我们设计了降膜蒸发器、快速闪蒸的蒸发釜，以及高效复合填料和分批精馏的优化操作方法，提高了减压精馏的分离效率和产品的收率。

2)汽化与冷凝结合的真空精馏装置真空精馏存在着分离效率和塔内阻力之间的矛盾，一般的真空精馏为了得到好的分离效果就必须使用较高的填料层或较多的塔板数，必然导致塔内阻力增加，塔釜温度提高，不利于热敏物质的分离;而分子精馏由于靠高真空下的分子运动力进行分离，作为一种短程精馏，它的阻力小，但由于所需条件苛刻、设备结构复杂，妨碍了它在工业上的推广应用。

我们开发的汽化和冷凝相结合的真空精馏设备采用了热分离的原理，实现一种相变的传质过程，它由冷凝部件和汽化部件组成，基本没有阻力，每米设备具有相当于十块理论板的分离效率，已成功地应用于VE的提纯(产品浓度大于99.5%，收率大于90%)及单碳脂肪醉的分离。

3)新型抽真空设备—液体喷射泵一般生产中所使用的抽真空设备多为机械真空泵，它存在一定的问题，一方面真空泵油很容易被污染，需经常更换，另外，由于某些物料具有腐蚀性，真空泵的阀片很容易损坏，需要经常维修，给生产带来不便，如果使用蒸汽喷射泵，则可避免上述问题，但又会造成大量的蒸汽消耗，引起能耗上升，生产成本增加。

因此，目前在许多制药厂和精细化工厂中广泛使用水喷射泵这一抽真空设备，它具有结构简单、使用方便的特点，但当夏天水温高时，水喷射泵的真空度受到限制，而且有机物料溶于水中，水需要经常更换，造成大量有机废水，污染严重。

我们采用在水中加人某些添加剂的方法，使水的蒸汽压下降，可以提高水喷射泵的真空度，有利于生产，同时由于添加剂的影响，减少了有机物在水中的溶解度，形成有机相，可加以分离回收，减少了污水的排放。

3.精馏设备与操作方法1)新型塔板为了提高精馏塔的生产能力，我们开发了斜孔塔板系列的新型塔板，与普通的浮阀塔盘和筛板塔盘相比，它具有以下特点:①生产能力大，在相同条件下，处理能力比浮阀、筛板塔盘提高30-50 % ;②塔板效率高，斜孔塔板效率等于或稍高于浮阀塔盘;③阻力小，只相当于浮阀塔盘的2/3;④结构简单，不易堵塞。

2)新型填料为了改善填料内部的汽液分布，提高分离效率，我们开发了一种新型的复合填料，它由垂直的拉网波纹填料和水平的PFG填料(一种水平波纹填料)组成，每隔一定的填料高度放置两层交错排列的PM填料，它起到改善填料内部汽液分布的作用(相当于填料塔内的再分布器)，同时使液体由膜状流动分散为滴状，促进了汽液传质，提高了分离效率，整塔填料层无需设置再分布器，与最先进的苏尔寿填料相比，分离效率提高15一20%.3)操作优化国内对间歇精馏的优化操作已作了许多研究，出现了分批精馏技术，使整个塔始终处于全回流的最好分离效率下操作，既可以缩短精馏时间，提高塔的生产能力，同时也减少了中间馏分，减少了物料损耗，提高了精馏效率。

对某些间歇精馏的溶媒回收塔，由于没有提馏段，存在塔顶产品质量与收率的矛盾，为了保证质t.塔釜废液中往往带有很高浓度的溶媒，造成物料损耗和环境污染，如对操作进行适当改动，则可一塔两用，使溶媒回收率提高，废水中有机物含量大大减少。

二.苹取技术的进展液一液萃取是利用组分在两相中溶解度不同(分配系数01)的原理，通过液一液两相接触而实现传质分离的技术。

一般在常温下进行，无需汽化，避免了高温，对某些热敏性生物产品的分离十分有利，同时也很节能。

萃取技术的分离效果取决于萃取剂的选择，此外，萃取剂的回收、损耗和污染也是萃取技术能否成功应用的关键所在。

1.新型萃取设备目前在精细化工和制药工业生产中液一液萃取设备通常采用搅拌萃取槽，操作由混合与没清两个阶段组成。

虽然设备简单，但存在许多缺陷。

首先该过程为一次平衡，萃取率低;其次，溶剂用盆非常大，它依靠自然沉降，分相差、易夹带，造成产物与溶剂的损失，另外，由于使用这种设备通常为间歇操作，生产效率低。

近年来，出现了很多高效的多级逆流萃取塔，例如转盘塔、展动筛板塔、脉冲筛板塔，利用外加能t促进传质，使分离效果提高，并且可以实现连续操作。

此外，离心萃取器是一种新型单级高效萃取设备，它利用高速混合和离心力分离，分相好，特别适用两相密度差较小的体系，设备体积小，单级效率高，还可应用于洗涤，分相等方面。

2.加盐萃取与分相分离技术1)加盐萃取技术在部分互溶的水相与有机相的萃取过程中，在体系中加人一些添加剂可以扩大两相区，提高组分在两相中的分配系数，形成了加盐萃取的新技术，例如对醋酸、水的分离，可以就采用加盐萃取与共沸精馏的联合过程，分离剂既是萃取剂又是共沸剂，先经过加盐萃取去除大t水，减轻了共沸精馏的负担，起到了节能的效果。