摘要：介绍了钼的分布，制备，基本的性质和相关的几种重要合金，以及作为重要的稀有金属在金属冶炼，探测，航天，医学，农业，催化剂，陶瓷等各个领域的重要作用和影响，最后介绍了金属钼的发展前景。
关键词：钼及钼合金;组织与性能;加工工艺;稀土掺杂;金属冶炼
1金属钼的介绍 1.1金属钼的基本介绍
钼是元素周期表中VIB族元素，原子序数42，原子量95.94。密度10.2克/立方厘米。熔点2610℃。沸点5560℃。化合价+
2、+4和+6，稳定价为+6。钼是一种过渡元素，极易改变其氧化状态，在体内的氧化还原反应中起着传递电子的作用。在氧化的形式下，钼很可能是处于+6价状态。虽然在电子转移期间它也很可能首先还原为+5价状态，但是在还原后的酶中也曾发现过钼的其他氧化状态。钼是黄嘌呤氧化酶/脱氢酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶的组成成分，从而确知其为人体及动植物必需的微量元素。 1.2金属钼的分布
在中国被探明的稀有金属资源丰富，规模庞大。钼、稀土、钛、钨位居世界首位。据美国地质调查所估算，2007年中国稀土埋藏量约为2700万吨、钨埋藏量约180万吨、钼埋藏量约330万吨、钛埋藏量约2亿吨。
其中，钼在我国储量居世界前列，陕西省华县金堆镇、辽宁葫芦岛、吉林、山西、河南、福建、广东、湖南、四川、江西、甘肃等省均有钼矿，且储量大，开发条件好，产量在全国占有重要地位。具有工业价值的钼矿物主要是辉钼矿,约有99%的钼矿是以辉钼矿状态开采出来的。
1.3金属钼的物理性质
高熔点与高沸点是钼的显著特点之一，其熔点为2 620℃，仅次于碳、钨、铼、钽和锇，沸点为5 560℃。20℃时，钼的密度为10.22 g/cm，仅约为钨的1/2。钼的线膨胀系数为(5.8—6.2)×10～，只是一般钢铁的1/3～1/2，与二氧化硅相近，线膨胀系数低使得钼材在高温下尺寸稳定，减少了破裂的危险。钼的热导率数倍于许多高温合金，大约为铜的1/2。钼的电导率较高，约为铜的1/3，而且随温度的升高而下降。钼具有很高的弹性模量，是工业中弹性模量最高者之一，而且受温度影响较小，甚至在800℃时仍高于普通钢在室温下的数值。热中子捕获面小也是钼的重要性质之一，这使钼能用于核反应堆中心的结构材料。钼的延伸性能比钨好，可加工成很薄的箔材和很细的丝材 1.4金属钼的化学性质
钼具有2个未被电子充满的外电子层，N层与0层，这样的结构使钼具有多种化学价态，可形成种类繁多的化合物。常温下钼在空气中的化学性质很稳定，不会被盐酸、氢氟酸、碱液腐蚀，但能溶于浓硫酸、硝酸和王水;当温度达到400℃，会发生轻微氧化，高于600℃时钼金属迅速氧化成三氧化钼;高于700℃时，水蒸气将钼强烈氧化生成二氧化钼。 1.5钼粉的制备
目前工业化生产钼粉主要采用传统的制各工艺，一般都是以二氧化钼、三氧化钼或钼酸铵作为原料，在固定床或流化床式还原设备内，用氢气还原的方法来制取金属钼粉，产出的钼粉粒径一般在微米级，主要应用于一‘般的压制钼材和制各其它粉末冶金制品的原料。钼粉的传统制各工艺具有成本低、易工业化生产的优势.但也存在生产周期长、温度高的缺点。采用不同的原料和不同的工艺，可获得粒度、形貌和含氧量不同的钼粉。
2金属钼的几种合金 2.1钼及钼合金单晶
钼及钼合金单晶具有韧一脆转变温度低、不存在高温和低温晶界破坏、与核材料有良好的相容性、高温性能稳定等优点，可以显著提高零部件使用的稳定性、可靠性和工作寿命，因此被广泛用于电子、机械、核能工业等高技术领域。近年来，随着科学技术的快速发展，钼及钼合金单晶的应用领域不断扩大。 2.2钼铼合金
由于所谓的“铼效应”，钼铼合金的性质得到了极大地改善，使合金的强度、塑性以及焊接性都同时得到提高，并使合金具有较低的韧一脆转变温度阻，因而钼铼合金在航空航天和电子工业等领域得到了广泛的应用。研究表明，性能最好的是含铼11%～50%的钼铼合金，而铼含量为40%～50%时，合金用途最广。
近年来美国能源部的研发人员研发出几种新型钼铼合金。其中最引人瞩目的是ODS钼铼合金，即氧化镧、氧化铈或氧化钍强化的钼铼合金。该新型钼基合金的制法是将氧化钼、硝酸镧(或醋酸镧)分散在水溶液中，在氢气环境下，将氧化钼和硝酸镧加热还原为钼粉和氧化镧，再加入铼粉混合后压制，而后在氢气气氛中烧结成合金锭，最后将合金锭压制成型，即得到含氧化镧的钼铼合金。该合金强度高，加工性能和高温性能好。 2.3钼钛锆(TZM)合金
TZM合金是在钼中加入一定量的Ti和zr而形成的一种高温合金。Ti和zr的加入使得在钼中出现Mo—Ti固溶体和弥散的质点，因而使钼基体得到Mo—Ti固溶体的固溶强化和TiC质点的弥散强化旧。
TZM合金具有熔点高、强度大、弹性模量好、线膨胀系数小、蒸气压低、导电导热性好、抗蚀性强以及高温力学性能良好等特点，从而在很多领域得以广泛应用：
① 在高温、高压下表现出的良好力学性能使其在军事工业上应用较多，如鱼雷发动机中的配气阀体、火箭喷嘴、燃气管道、喷管喉衬;
② 利用它对金属液体的抗蚀性用做彩色显像管玻壳生产线上玻璃熔炉搅拌器的主轴(铂铑包覆);
③ 具有较高的熔点，因此可用来做黑色或有色金属的压铸模具材料及无缝不锈钢管的穿孔顶头;
④ TZM合金板材被大量用做高温炉的炉壁和热等静压机的隔热屏等; ⑤ 合金在电子电气工业上用做电子管阴极、栅极、高压整流元件等; ⑥ 在核能源设备上用做辐射罩、支撑架、热交换器、轨条等。
3金属钼在各领域的重要应用 3.1金属钼在金属冶炼中的应用
3.1.1钢铁方面的应用
钼的主要用途是生产各种类型的钢种及合金。在结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈钢和磁钢等一系列钢中加入钼(主要以钼铁、氧化钼和钼酸钙形式添加)，可显著改善钢的性能。钼能提高钢的淬透性、韧性和热强性，防止回火脆性。钼在一定程度上能提高固熔体硬化后的常温和高温强度以及剩磁和矫顽力。含钼钢一般温度和高温下均具有较高的强度和良好的抗蠕变性能，并容易经受热处理。钼还能提高钢对某些介质的抗腐蚀性能，使之不产生点蚀。往铸铁中加入钼可以增强铸铁的强度和耐磨性。
3.1.2有色合金中的应用
钼能提高有色金属合金的热强性和抗腐蚀性，是有色金属合金的重要元素。在有色金属合金中，钼与镍、钴、铌、铝和钛等金属组成各种合金。这些钼合金在电子、电气工业和机械工业中，用来制造灯泡的灯丝和电子管零件;也可用来制造电磁电接点、燃气发动机叶片、阀门保护装置以及电炉的电阻等零件。
镍基合金一般均含有金属钼，其所含的钼量比其它合金的多。添加15%～30%钼可显著提高镍基合金的耐腐蚀性能，尤其能大大增强此合金在非氧化介质中的耐腐蚀性能。含3%一10%钼能明显改善镍基高合金的热强性。含18%的镍基合金在1 093℃下仍具有很好的强度，这种合金对氧化和非氧化介质的耐腐蚀性能也很好。美国研制的一种含13%～18%钼的镍基合金具有很高的屈服强度，并具有适中的延性和耐磨性。此种合金可用来制作离心机轴以及航海运输等设备。
用含50%钼和50%铼的钼铼合金制造的无缝合金管具有良好的高温性能。这种合金管可在接近其熔点的温度下使用，可用作热电偶的外套、电子管中的阴极支架、环和栅极等零件。含0.5%钛和0.08%锆的钼基合金是一种优良的耐高温材料，具有良好的耐热疲劳和耐热裂性能。目前，这类钼基合金在国内外均得到广泛应用，效果良好。
3.1.3金属加工中的应用
钼及其合金可制造用作金属加工的各类模具、模芯、穿孔棒、工具架和激冷板。用金属钼制成的刀
具可提高金属加工的加工速度和进料率，减少金属加工件的磨损和变形，从而能延长了加工件的使用
寿命。此外，还可用这种刀具来加工大尺寸的零件，并能改善加工件的精确度。
用金属钼制作的电阻焊接电极，可用于电子方面的钎焊以及铜、黄铜和其它热导率高的材料的焊接。钼顶端的使用寿命长，不会玷污加工件，适宜用来加工电子产品。可用金属钼制作盛装钢铁试样的桶样试验模具，这种钼模十分耐用。放射性材料与大部分模具材料均起反应，而以钨为涂层的镅模具则不为放射性金属所腐蚀。某些含有添加元素的金属需要在氢气、惰性气体或真空中进行高温处理，钼舟皿是盛放这种金属的比较理想的容器。 3.2钼在石油及化学工业中的应用
钼具有优良的耐酸和耐其他金属腐蚀的性能，可用于制作真空管、热交换器、重蒸锅、油罐衬里、各
种酸碱液容器、储罐等化工设备材料。
三氧化钼、二硫化钼及有机钼等形式的化合物是石油化工和化学工业中一类非常重要的催化剂和催化活化剂，常用于氧化一还原反应、有机合成、石油加氢精制、合成氨、有机裂解等方面，特别是含钼催化剂在石油加工工业具有重要的位置。钼在石油裂化与重整中起着重要的作用，是一种理想的电子供体和载体。
钼化合物，如八钼酸铵与钼酸钙等不但能阻燃而且能抑烟，如与无机、有机阻燃剂合用能发挥协同作用，抑烟效果更好，是一种有着广泛应用的产品。钼的一些化合物在颜料工业中也有着广泛的用途，钼酸铅、钼酸锌、钼酸钙常用于颜料、染料、油漆和墨水的生产。钼化合物还是一种应用非常广泛的化学试剂，虽然用量有限但种类繁多，如三氧化钼、钼酸铵、仲钼酸铵、磷钼酸和钼酸钠等。 3.3钼的医学作用
3.3.1参与人体内糖和脂肪的代谢，促进发育
糖和脂肪属于营养物质，在生物体的生长发育中发挥重要作用。钼参与糖和脂肪的代谢，进而参与人体物质代谢和能量代谢，促进发育。
3.3.2能增强氟在体内的储留动物
实验表明，钼能增加氟在大鼠体内的贮留，增强其作用效果。
3.3.3参与黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶等的组成
钼可参与硫、铁、铜之间的相互反应。钼是黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶发挥生物活性的必需因子。黄嘌呤氧化酶主要参与体内的电子传递过程，负责向细胞色素C转运电子，参与体内嘌呤化合物的氧化代谢以及尿酸的形成。此外，调节体内铁的代谢，促进肝铁蛋白中铁的释放，促使铁进入血浆，催化二价铁离子转化为三价铁离子并与贝塔1球蛋白结合成运铁蛋白供机体利用。醛氧化酶参与细胞内的电子传递过程和体内醛的氧化，使醛氧化成羧酸，消除有毒醛类物质对人体的危害。亚硫酸盐氧化酶在机体消化道内微生物区系中发挥重要作用
3.3.4抑制肿瘤发生
钼是抗氧化剂，有阻断过氧化物生成的作用，从而可防止氧化损伤。钼离子能促进细胞内氧化还原过程，特别是具有抑制亚硝基的致癌作用。钼是植物硝酸还原酶的组分，缺钼则会使植物体内的硝酸盐聚集，因为在硝酸盐被还原的过程中，必须要有关键元素钼的参与。在缺钼的土壤中，仅有部分的硝酸盐被还原，使环境及农作物中亚硝酸的含量增加，最终影响动物和人体的摄入量及储藏量，与恶性肿瘤发生有关。同时，钼对植物体内维生素C的合成具有一定的作用，而维生素C对体内亚硝基化合物的合成有阻断作用。亚硝酸盐的强烈致癌作用已为人们所共识。 3.4薄膜太阳能电池、光伏材料
太阳能电池、光伏材料是非常有前景的技术，但是长久以来太阳能的转化率不高影响CdTe装置发展的制约因素之一是绝大多数金属薄膜不能形成与它本身的电阻连接。如果使用钼薄膜或二硫化钼薄膜不但与玻璃基底结合好而且转化率也可以提高，对推广太阳能电池、光伏材料的应用有重要意义。
4结束语
随着科学技术的迅速发展，对各种材料都提出了更苛刻的要求，各种不同性能的材料也不断地被开发出来，钼以其独特的性能，相信应用会越来越广泛，各种新的功能也会不断地开发出来。钼是不可再生资源，总会有枯竭的一天，所以我们应该更加珍惜，更深入地了解，更广泛地研究，使钼在现代社会中发挥更大的作用。
参考文献
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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。
第一节 化学实验基本方法(3)
分液和萃取
教学设计
冯雪媃 一.教材分析
萃取是高中化学必修1第一章《从实验学化学》的基本实验操作方法。萃取是一种新方法。学习这种方法，主要是让学生对物质分离和提纯的有更进一步的认识。
二、教学目标 (1)、知识与技能
⒈ 知道什么是分液，初步学会分液的基本操作，理解其适用范围。 ⒉ 了解分液漏斗的种类和适用范围，学会使用分液漏斗。 ⒊ 知道什么是萃取、萃取剂，初步学会萃取的基本操作。 ⒋ 学会应用萃取和分液操作从碘水中提取碘。 (2)、过程与方法
在化学学习和实验过程中，逐渐养成问题意识，能够发现和提出有价值的化学问题，学会评价和反思，逐步形成独立思考的能力，提高自主学习能力，善于与他人合作。 (3).情感、态度和价值观
建立提出问题、分析问题以及通过实验解决问题的科学思维。
三、教学重点和难点 教学重点：分液、萃取 教学难点：萃取
四、教学设计思路
在学习每个知识点时，先让学生预习，找出问题，再做探究性实验，在实验中分析问题，思考问题，再由实验上升到知识点的学习。这样就更加便于学生学习，学生也因此更加容易理解每个知识点。在教学中突出以下特点：
1、 以实验为引导
通过实验引导学生发现问题，通过实验设计指导验证推论，培养学生发现和解决问题的能力。
2、 以思维为核心
通过实验现象的观察分析，引导学生开展积极的思维活动，培养学生的辨析能力。
3、 以学生为主体
通过组织讨论，发挥群体的智慧，完成知识的构建
五、仪器、药品
铁架台、烧杯、铁圈、分液漏斗(球形、锥形)、试管、试管架、胶头滴管;四氯化碳、苯、碘水、油水混合物。
六、教学过程
【PPT投影】引导学生指出蒸馏装置中的错误之处。 【学生活动】观看、思考、回答。
【设计意图】检查学生对蒸馏知识的掌握情况。有利于知识的巩固。 【问题引入】同学们，在前面我们共同学习了过滤、蒸发和蒸馏等混合物的分离和提纯方法，今天我们将继续学习剩下的两种分离和提纯方法，即分液和萃取。首先请大家根据所预习的知识回答以下问题? 【PPT投影】
1、 分离油和水的混合物用什么分离方法?
2、 四氯化碳、苯、酒精、汽油等是有机溶剂， 溶于水， 不溶于水。
3、 从碘水里如何提取碘?
【学生活动】结合预习的内容。学生积极思考，讨论、自由回答。 【设计意图】了解学生学习的需要，营造了民主宽松的气氛。检查预习成果，潜意识强化自主学习的作用。培养了学生的表达能力。 【过渡】我们来学习分离油水混合物的方法——分液。
【演示实验】介绍分液漏斗，演示分液操作(分离油水混合物)。 ⑴ 分液漏斗
球形分液漏斗——滴加反应液 锥形分液漏斗——分液 ⑵ 分液操作
① 检查分液漏斗是否漏水;
② 混合液体倒入分液漏斗，将分液漏斗置于铁圈上静置(如教材p9 图1-8)
③ 打开分液漏斗活塞，再打开旋塞，使下层液体(水)从分液漏斗下端放出，待油水界面与旋塞上口相切即可关闭旋塞; ④ 把上层液体(油)从分液漏斗上口倒出。 【学生活动】倾听、观察、思考。 【设计意图】让学生掌握分液漏斗的使用方法。
【归纳小结】我们已经知道什么是分液漏斗，也初步学会了分液操作。那么你能否总结出分液的适用分离什么样的混合物?
【学生活动】思考、交流，个别回答：分液适用于分离互不相溶的液体混合物。
【设计意图】让学生学会归纳。
【问题引入】四氯化碳、苯不溶于水，故四氯化碳与水的混合物、苯与水的混合物用分液的方法分离。哪四氯化碳、苯它们的密度比水大还是小?
【学生活动】积极讨论，各抒己见。
【实验探究1】取一支试管，先加适量的水，再加少量的四氯化碳，最后加少量的苯，观察现象。
【学生活动】认真观察，从实验现象容易得出结论：四氯化碳不溶于水，密度比水大，在水的下一层。苯不溶于水，密度比水小，在水的上一层。
【实验探究2】取2支试管，分别注入少量水和四氯化碳，然后均投入小粒碘，观察实验现象。
【提问】从实验中你能得出什么结论?
【学生活动】认真观察，从实验现象中容易的出结论：碘不易溶于水但易溶于四氯化碳。 【设疑】
若在盛有四氯化碳和水的混合物中投入小粒碘，并不断振荡试管，现象会如何呢?请说出你的猜想和运用的依据。 【学生分组讨论、师生交流】
组织学生对以上分组问题展开讨论，经过一段时间的讨论后，给机会学生发表见解，然后收集各组意见整理，大致有以下几种猜想：
猜想一：认为碘溶于四氯化碳而不溶于水，依据是碘最后落在四氯化碳层;
猜想二：认为碘溶于水而不溶于四氯化碳，依据是碘下落时先经过水层;
猜想三：认为碘溶于四氯化碳而不溶于水，依据是碘易溶于四氯化碳，而不易溶于水;
【实验探究3】在盛有四氯化碳和水的混合物的试管中投入小粒碘，并不断振荡试管，静置后观察现象。
【学生活动】认真观察，从实验现象中得出结论：水层基本无色。实验证明猜想三是正确的。 【实验探究4】
[学生动手实验]把四氯化碳加入碘水中、振荡，注意观察、比较振荡前后的实验现象，从这个实验你能有什么启发?
【学生活动】实验、观察现象、相互交流。个别回答：振荡前上层棕黄色，下层无色，振荡后上层无色，下层紫红色;碘会从溶解度较小的(水)溶剂中转移到溶解度较大的(四氯化碳)溶剂中。
【设计意图】通过问题引入，实验探究，让学生了解新知，培养学生观察和思考能力。 【探索新知】其实刚才所做的实验就是从碘水中用四氯化碳萃取碘。那么你能否归纳出萃取的定义呢?
【学生活动】倾听、思考、交流。个别回答：利用溶质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度的差别，用溶解度叫大的溶剂把溶质从溶解度较小的溶剂中提取出来的操作叫萃取。 【设计意图】让学生学会归纳。
【讲解】在萃取中，溶解度较大的溶剂我们把它称做萃取剂，那么可以用作萃取剂的物质有那些特殊的要求?请从刚才的实验进行思考。 【学生活动】思考、交流。个别回答：①与原溶剂互不溶;②与溶质不发生化学反应;③溶质在其中的溶解度远大于溶质在原溶剂中的溶解度。
【设计意图】让学生学会分析问题，学会由特殊到一般的规律。 【思考与交流】大家知道碘酒吗?我们能否利用酒精萃取碘水中的碘?为什么?我们还可以选择哪些物质来萃取碘水中的碘?已知碘在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度。
【学生活动】思考、交流。个别回答：①不能用酒精萃取，因为酒精与水互溶;②还可以利用汽油、煤油、苯等。 【设计意图】巩固新知，拓展新知。
【归纳小结】这节课我们通过实验探究，学习了分离互不相溶的液体混合物的方法——分液，也学会了利用萃取剂把溶质从原溶剂中提取出来的方法——萃取。通过学习你知道萃取和分液的关系吗? 【学生活动】倾听、思考、交流。个别回答：萃取之后经常会利用分液作进一步的分离、提纯。 【课堂检测】见导学案
【设计意图】检测学生对本节课的课堂效果是否达到高效。 【课后作业】复习本节课内容
七、板书设计
§1—1化学实验基本方法
二、混合物的分离和提纯
4、分液
⑴ 适用范围：分离互不相溶的液体混合物。如油水混合物。 ⑵ 仪器：分液漏斗 ⑶ 操作要点：
① 检查分液漏斗是否漏水;
② 混合液体倒入分液漏斗，将分液漏斗置于铁圈上静置; ③ 打开分液漏斗活塞，再打开旋塞，使下层液体从分液漏斗下端放出，待油水界面与旋塞上口相切即可关闭旋塞; ④ 把上层液体从分液漏斗上口倒出。
5、萃取 ⑴ 定义：
利用溶质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度的差别，用溶解度叫大的溶剂把溶质从溶解度较小的溶剂中提取出来的操作叫萃取。 ⑵ 萃取剂的要求 ① 与原溶剂互不溶; ② 与溶质不发生化学反应;
③ 溶质在其中的溶解度远大于溶质在原溶剂中的溶解度。 常用萃取剂：四氯化碳、苯、汽油、煤油
八、教学反思
、
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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化学与化工学院实验课程教案模板
(试行)
实验名称
萃取与洗涤
一、实验目的要求：
1、学习萃取的基本原理。
2、掌握萃取与洗涤的操作技术。
二、实验重点与难点：
1 重点：实验原理，萃取的操作 2 难点：操作规范
三、实验教学方法与手段：
陈述法，演示法。
四、实验用品(主要仪器与试剂)：
混合物，已知其中含有甲苯、苯胺、苯甲酸
4mol/L盐酸
饱和碳酸氢钠溶液
无水氯化钙
蒸馏装置
烧杯
玻璃棒
分液漏斗
锥形瓶
圆底烧瓶
五、实验原理：
1、萃取原理：萃取与洗涤是有机化学实验中用来提取或纯化有机化合物的常用操作之一。应用萃取可以从固体或液体混合物中提取所需要的物质，也可以用来洗去混合物中的少量杂质。通常前者称为萃取，后者称为洗涤。
萃取是利用物质在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中的溶解度(或分配系数)的不同，使物质从一种溶剂转移到另一种溶剂中，从而达到将物质提取出来的目的。例如有机化合物在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，因此可以用与水互不相溶或微溶的有机溶剂从水溶液中将有机化合物提取出来。萃取可分为液-液萃取、液-固萃取、气-液萃取，我们重点学习液-液萃取。
简单的萃取过程为：在溶质(一种有机化合物)与溶剂A组成的溶液中加入另一种溶剂B(萃取剂)，使其互相混合，由于溶质在两种溶剂中的溶解度不同，因此，溶质从溶剂A进入溶剂B中，经过一定时间，溶质在两种溶剂中达到分配平衡，而溶质在萃取剂B中的平衡浓度高于在原溶剂A中的浓度。溶质在两种液体溶剂中的平衡浓度之比称为分配系数(可将其近似地看做溶质在萃取剂和原溶剂中的溶解度之比)，在一定温度下分配系数是一个常
数，这叫做分配定律。
K = CA / CB
2、萃取效率：萃取的分离效果主要表现为被分离物质的萃取率和分离纯度。萃取率为萃取液中被提取的物质与原溶液中溶质的量之比。萃取率越高，表示萃取的分离效果越好。 影响分离效果的主要因素包括，被萃取的物质在萃取液和原溶液之间的平衡关系，在萃取过程中两相间的接触情况。这些因素都与萃取次数和萃取剂的选择有
关。
(1)萃取次数对分离效率的影响：利用分配定律可以算出，经过n次萃取后，在原溶液中的溶质剩余量为：
Wn = W0 (KV/KV + S)n 式中：Wn—经过n次萃取后溶质在原溶液中的剩余量。W0—萃取前溶质的总量。K—分配系数。V—原溶液的体积。S—萃取剂的用量。
当用一定量的溶剂萃取时，希望原溶液中溶质的剩余量越少越好。因为KV/KV+S总是小于1，所以，n越大，Wn越小。也就是说，将全部萃取剂分为多次萃取比一次全部用完萃取效果好。一般同体积溶剂分为3~5次萃取效果较好，再增加萃取次数萃取效果变化不大。 (2)、萃取剂的选择：萃取剂对萃取分离效果影响很大，选择萃取剂应考虑以下几个方面：
①萃取剂对被提取物质有较大的溶解度，并且与原溶剂不溶或微溶。萃取剂用量少，溶质容易被萃取出来。
②两溶剂之间密度差异较大，以利于分层。萃取剂的粘度小也有利 于分层，因而粘度低的萃取剂对萃取有利。萃取操作容易进行。
③化学稳定性好，与原溶剂和被提取物质都不发生化学反应。 ④一般选择低沸点溶剂，萃取剂容易与溶质分离和回收， 此外，其毒性、易燃易爆性、价格等因素都应加以考虑。
一般选择萃取剂时，难溶于水的物质用石油醚做萃取剂，易溶于水的物质用乙酸乙酯或类似的物质做萃取剂。
萃取剂一般分为两类，第一类是有机溶剂，它是利用被提取物质在两种溶剂中的溶解度(或分配系数)的不同，使被提取物质从一种溶剂转移到另一种溶剂中，从而达到将物质提取出来的目的。例如有机化合物在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，因此可以用与水互不相溶或微溶的有机溶剂从水溶液中将有机化合物提取出来。第二类萃取剂是反应型试剂，它是利用萃取剂与被提取物质或杂质发生化学反应，从而将混合物分离开来。这种萃取通常用于从混合物中洗去少量的杂质，一般将它叫做洗涤。例如，用碱性洗涤剂除去有机酸等酸性杂质，用酸性洗涤剂除去有机碱或其它碱性杂质，用浓硫酸洗去不饱和烃、醇、醚等。
3、萃取操作：液—液萃取和洗涤一般在分液漏斗中进行。选用分液漏斗的容积一般要比液体的体积大一倍以上。使用前首先要检查分液漏斗上部的塞子和下部的活塞是否漏水，确认不漏水时，将漏斗放在固定于铁架台上的铁圈中，关好活塞，把被萃取溶液倒入分液漏斗中，然后加入萃取剂。塞紧塞子，取下漏斗，右手握住漏斗上口颈，并用手掌顶住塞子，左手握在漏斗活塞处，用拇指压紧活塞，把漏斗放平，前后小心振荡。振荡几次后将漏斗倾斜，使下口向上倾斜，开启活塞放气，内外压力平衡后再关闭活塞。重复振荡、放气操作几次，将漏斗放于铁圈上，静置，待液体分层清晰后，打开漏斗上口塞子，旋开活塞，放出下层液体，要先快后慢，下层液体放完后，关闭活塞。上层液体由上口倒出，决不能从下口放出。在实验结束前，不得将萃取后的溶剂倒掉，以防一旦搞错还可挽救。
六、实验步骤：
方法一：
实验室现有一混合物待分离提纯。已知其中含有甲苯、苯胺、苯甲酸，请采用萃取法进行分离提纯得到纯净的甲苯、苯胺、苯甲酸。
实验操作：取52ml待萃取分离的液体混合物(由30ml甲苯、20ml苯胺、3g苯甲酸组成)于小烧杯中，边搅拌边滴加4mol/L盐酸，使混合物溶液的PH=3,将其转移至分液漏斗中，静置、分层，水相放入锥形瓶中待处理。有机相加入适量的水，洗涤，洗去附着的酸，分离，弃去洗涤液。边摇荡边向有机相中加入饱和碳酸氢钠溶液，使溶液的PH=8~9,静置分层，放出水层，保存好待处理。将有机相倒出，置于一干燥的锥形瓶中，用适量的无水氯化钙干燥。干燥后的有机物在常压下蒸馏得一无色透明液体，约17ml,这就是甲苯。刚分出的水层液体置于小烧杯中，在不断搅拌下滴加4mol/L盐酸，使溶液的PH=3,此时有大量的白色沉淀析出。过滤，选择合适的溶剂重结晶，得到的晶体干燥后称重，约2g，这就是苯甲酸，测其熔点。
将上述第一次分出放入锥形瓶中待处理的水相，在不断摇荡下加入6mol/L氢氧化钠溶液，使溶液的PH=10, 静置、分层，弃去水层，将有机相置于圆底烧瓶中，水蒸气蒸馏。馏出液分出水层，有机层用粒状氢氧化钠干燥后常压或减压蒸馏，收集馏分得一无色透明的液体，约12~13ml，这就是苯胺。 方法二：
利用萃取方法洗涤除去环己烷中所含少量的酚杂质。
实验步骤：取1ml含酚环己烷样品置于小试管中，滴加几滴1%三氯化铁溶液，观察试管中液体颜色变化。用量筒量取20ml样品置于分液漏斗中，加入10%氢氧化钠溶液10ml，充分振摇、放气，重复几次。静置、分层，放出下层水层于锥形瓶中，保存好待处理。将上层有机相从上口倒出，置于一干燥的锥形瓶中，滴加几滴1%三氯化铁溶液，检验酚是否被洗除彻底。如有酚的存在，再用氢氧化钠洗涤，直至检验无酚的存在为止，得到不含酚的纯净环己烷。刚分出的水层液体，在不断搅拌下滴加稀盐酸，使溶液的PH呈中性,此时有白色沉淀析出，此沉淀即为酚。
七、实验结果(数据与处理)：
萃取可分为液-液萃取、液-固萃取、气-液萃取，我们重点学习液-液萃取。 无色透明液体为甲苯 白色晶体是苯甲酸
最后得到的无色透明液体是苯胺
以上为实验课教案的基本内容，各门课程可以在此基础上根据课程特色需要适当增加其它内容。
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