模拟移动床色谱分离技术
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12.2模拟移动床色谱的分离原理12.2.1真实移动床色谱的分离原理为了更好的理解模拟移动床的工作原理,首先介绍一下与之相关的真实移动床(tru moving bed, TMB)的分离原理。
对于传统的单柱色谱,假设是一个两组份分离体系,当脉冲进样后用适当的溶剂洗脱时就产生如图12.1.a的情况:一个物质移动慢,另一个物质移动快,当色谱柱足够长时,两者将最终分开。
这与龟兔赛跑的情形相似,两者的距离会越落越远。
这正是经典色谱分离纯化物质的原理。
真实移动床则给我们提供了另外一种分离方法。
如果龟兔赛跑的跑道是会逆向移动的。
在跑道的作用下,龟兔会向相反的方向运动。
现在讨论下述情况:当跑道不动时,设龟的速度为V1,兔的速度为V2,则V1<V2 (12.1) 当跑道逆向运动时,且运动速度V0介于龟兔运动速度V1和V2之间,即:V1<V0<V2(12.2) 当跑道移动和自身运动的共同作用下,龟的移动速度V1和兔的移动速度V2分别为:V1=V1-V0<0 (12.3)V2=V2-V0>0 (12.4)由此可见,龟将会向跑道的移动方向移动,而兔则向跑道移动相反的方向移动。
这样就好像是龟在往后走,兔在往前走,最终兔与龟分别从跑道的两头下来,如图12.1b所示:图12.1真实移动床色谱原理图[12]a. 单柱分离过程b、龟和兔在移动带上这样通过移动床模式就可以把龟兔完全分开。
可以看出,在这一分离过程中,进样可以采取连续进样方式。
从而改变了经典色谱法间断进样的这一不利制备分离的工艺要求。
上面的原理可应用于移动床色谱中,即将龟兔自身的移动看成流动相的推动作用。
跑道的反向作用可通过固定相的整体逆向于流动相方向来实现。
这种制备分离装置便称为真实移动床,其原理如图10.2所示:图12.2真实移动床示意图在图12.2中所示的真实移动床色谱中,固定相自上向下移动,淋洗液自下向上移动,同时连续地进行再循环。
模拟移动床分离技术原理1.分离原理传统固定床吸附分离操作简单,易于实施,属间歇操作,故处理量少、不易实现自动控制;连续移动床降低了吸附剂的寿命,使生产成本增加,同时固体吸附剂很难实现轴向活塞流动,影响了吸附效率。
而模拟移动床吸附操作具有固定床良好的装填性能和移动床可连续操作的优点,并能保持吸附塔在等温、等压下操作。
模拟移动床分离原理如图1 所示,进料是A 、B 二元混合物,脱附剂D。
吸附强度次序是D>A>B。
吸附床分四个区域:图1 模拟移动床吸附分离原理示意图Ⅰ区:向上移动的D 优先吸附进料中的A和微量B ,同时置换出已吸附的部分D,在该区底部将抽余液B+D 部分排出,部分循环;Ⅰ区:该区底部上升的含A+B+D 的吸附剂,与顶部下降的含A+D的物料逆流接触,吸附强度A>B,B脱附,上升的吸附剂只含A+D,靠调节流量,B可完全脱附;Ⅰ区:D 自此区顶部入塔,与底部上升的含A+D的吸附剂逆流接触,D 置换出A,同时从底部抽出一部分作为抽出液,其余流进Ⅰ区起回流液的作用;Ⅰ区:该区底部上升的吸附剂D与塔顶循环返回塔底的B+D 逆流接触,按吸附平衡,B部分被吸附,D被部分置换与新鲜D一并进入Ⅰ区以循环利用,减少了所需新鲜脱附剂的循环量。
Ⅰ区底部抽余液主要含有B+D,Ⅰ区底部抽出液主要含有A+D。
Ⅰ区组分为A+B+D,Ⅰ区为A+D,Ⅰ区为B+D。
如图2所示,在程序控制下,通过旋转阀的步进,定期启闭切换吸附塔各塔节进出料和解吸剂阀门,使各液流进入口位置不断变化,模拟了固体吸附剂在相反方向上的移动。
阀门未切换前,对每个塔节而言是固定床间歇操作,当塔节较多和各阀门不断切换,或采用多通道旋转阀不停转动时,吸附塔是“连续操作的移动床”。
图2 模拟移动床吸附分离操作示意图吸附塔一般由24个塔节组成,第3 、6 、15和23 塔节分别是脱附剂、抽余液、原料和抽出液进出口。
本技术关键之一便是转换物流方向的旋转阀门,旋转阀转动一格,各液体进入口位置相应改变一塔节,固体吸附剂和循环液流成“相反”方向移动。
12.2模拟移动床色谱的分离原理12.2.1真实移动床色谱的分离原理为了更好的理解模拟移动床的工作原理,首先介绍一下与之相关的真实移动床(tru moving bed, TMB)的分离原理。
对于传统的单柱色谱,假设是一个两组份分离体系,当脉冲进样后用适当的溶剂洗脱时就产生如图12.1.a的情况:一个物质移动慢,另一个物质移动快,当色谱柱足够长时,两者将最终分开。
这与龟兔赛跑的情形相似,两者的距离会越落越远。
这正是经典色谱分离纯化物质的原理。
真实移动床则给我们提供了另外一种分离方法。
如果龟兔赛跑的跑道是会逆向移动的。
在跑道的作用下,龟兔会向相反的方向运动。
现在讨论下述情况:当跑道不动时,设龟的速度为V1,兔的速度为V2,则V1<V2 (12.1) 当跑道逆向运动时,且运动速度V0介于龟兔运动速度V1和V2之间,即:V1<V0<V2(12.2) 当跑道移动和自身运动的共同作用下,龟的移动速度V1和兔的移动速度V2分别为:V1=V1-V0<0 (12.3)V2=V2-V0>0 (12.4)由此可见,龟将会向跑道的移动方向移动,而兔则向跑道移动相反的方向移动。
这样就好像是龟在往后走,兔在往前走,最终兔与龟分别从跑道的两头下来,如图12.1b所示:图12.1真实移动床色谱原理图[12]a. 单柱分离过程b、龟和兔在移动带上这样通过移动床模式就可以把龟兔完全分开。
可以看出,在这一分离过程中,进样可以采取连续进样方式。
从而改变了经典色谱法间断进样的这一不利制备分离的工艺要求。
上面的原理可应用于移动床色谱中,即将龟兔自身的移动看成流动相的推动作用。
跑道的反向作用可通过固定相的整体逆向于流动相方向来实现。
这种制备分离装置便称为真实移动床,其原理如图10.2所示:图12.2真实移动床示意图在图12.2中所示的真实移动床色谱中,固定相自上向下移动,淋洗液自下向上移动,同时连续地进行再循环。
模拟移动床色谱分离技术
移动床色谱分离技术(Simulated Moving Bed Chromatography, SMB)是一种连续操作的色谱分离技术,可用于高效快速地分离和纯化复杂的混合物。
SMB技术的原理是将多个固定床色谱柱排列成一个环形,通过不断更新进料、洗脱剂和溶剂的流动方向,模拟了床质的移动,从而实现了连续的操作。
这种循环流动的方式可以显著提高床质的利用效率和分离效果。
在SMB系统中,混合物进料从固定床色谱柱中注入,然后沿流动方向传递,不同成分在固定床色谱柱中被吸附或洗脱。
逐渐地,不同物质的分离效果逐渐增强,纯化度也逐渐提高。
同时,通过不断更新输入流和输出流,使得纯化的产物从系统中连续地收集。
SMB技术的优点包括高效、高纯度、高通量和资源节约等。
它可以应用于多种分离过程,如有机合成中的分离纯化、生化制药中的蛋白分离和环境工程中的废水处理等领域。
总的来说,SMB技术利用固定床色谱柱的排列方式和流动方向的不断更新,实现了高效连续的分离操作,具有广泛的应用前景。