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1 分离技术
分离技术包括离心分离、萃取、蒸馏、离子交换、色谱分离(薄层色谱、气相色谱、柱层析)等多种方法。目的:将有效成分β-甲基环十五烷酮从混合物中有效地、经济地分离出来。混合物中不仅有过度还原物,还有β-甲基环十五烷酮及其同分异构体,这两种互为同分异构体的有机化合物不仅物化性质非常相似,而且其分子结构也仅是官能团的位置不同。从现有的分离方法来看,实现分离已不成问题,但方法存在分离时间长、分离成本高等先天不足,需要对方法进行改进 [1] 。
2 选题依据
从理论上讲,影响柱层析分离的主要条件如下:
(1)被分离物的化学结构及物化性质;
(2)洗脱液的性质(极性与非极性)及脱液速度;(3)单体(硅胶)的性质;
(4)分离柱内径与柱长的比;(5)分离室内的温度、气压等。
如上所述,由于被分离的物质与目标化合物互为同分异构体,故在选择分离条件时(1)、(3)、(5)都不会对分离效果产生影响,只能从(2)、(4)项中选择,但由于(4)涉及改变分离设备,实验操作成本较大,故仅就(2)项洗脱条件进行改进。在洗脱条件中,考虑到两种被分离物的极性有所差别,改变洗脱液滴速及洗脱溶剂的配比是最直接的选择 [2] 。
3 操作过程
(1)洗脱流速为1L/10min,溶剂配比为4%时,分离情况如下:
序号 粗酮批号 上样量(g) 硅胶用量(kg) 洗脱时间 收集产品量(g) 收率(%)
1 20010514 200 5 53h20m 77.6 38.8
2 20010518 200 5 55h55m 75.0 37.5
3 20010520 200 5 55h10m 77.4 38.7
4 20010523 200 5 54h10m 73.6 36.8
5 20010603 200 5 56h20m 74.8 37.4
柱层析结果显示,产品平均收率为37.84%
(2)洗脱流速1L/12min,溶剂配比为3%时,分离情况如下:
序号 粗酮批号 上样量(g) 硅胶用量(kg) 洗脱时间 收集产品量(g) 收率(%)
1 20020103 200 5 59h5m 82.0 41.0
2 20020110 200 5 60h30m 81.4 40.7
3 20020118 200 5 61h10m 82.3 41.1
4 20020120 200 5 59h30m 81.7 40.8
5 20020121 200 5 60h10m 82.5 41.2
层析结果显示,产品平均收率提高到41.08%,比改进洗脱流速和溶剂配比前提高了3.96%。
4 实验结果及讨论
(1)生产车间每天上柱10根,每月大约上样(粗酮)时间为20天,每年正常生产10个月(除去大修时间),以此计算,通过改变洗脱液滴速,一次性可多生产产品:
200×10×3.96%×20×10=15840(g)=15.84(kg)。每公斤产品价格为22万元,即22×15.84=348.48万元。
在生产过程中,虽然分离液可循环上柱,但增加了操作单元,而且系统性的分离损失也不可避免,还浪费员工的劳动。假设15.84Kg纯品折合成柱分离混合液,即15.84÷65%=24.3(kg),即要循环上柱121根,循环上柱使用的单体是一次性的,洗脱液虽然可重复上柱,但因洗脱液的挥发要浪费一部分洗脱液。从成本计算如下:
单体:35×5×121=21175(元)=2.1175(万元) [每吨单体35元]
洗脱液:5000×5=25000(元)=2.5(万元) [每吨洗脱液5000元]
工时费用:121×55÷8×20=16637(元)=1.6637(万元) (每个工时20元)
何况混合液在循环上柱时,被单体至少吸附10%,至少损失15.84×10%=1.584(kg),即22×1.584=34.84(万元)。从另一个角度看,提高一次性收率对环境保护也非常有益,且减少了水、电、汽的用量。
(2)通过改变洗脱液滴速,产品收率得到明显提高,降低了生产成本,此法可行。在条件许可的条件下,可尝试改变柱长度及内径的比值方法,但这方法需要进行实验的设计工作,此方法也正积极的探索中。
(3)每年总体节约价值:348.48+2.1175+2.5+34.84=387.93(万元)
【参考文献】
1 崔文花,金保渊.麝香酮的提取分离及测定方法的研究概况.延边医学院学报,1995,18(1):73.
2 董研.麝香酮及其异构体的分离.广西化工,1996,25(2):15-17.
作者单位:250062山东济南,山东省医学科学院药物研究所