模拟移动床分离技术的发展和应用
模拟移动床色谱技术应用的研究进展
（ Ｃ Ｈ ｇ Ｌ ｅ ｃｅｃ ｄ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｈ ｉ ｎｊ ｎ ａｉ ｇ ｃｌ ｒ ｎｖｒｉ ，Ｄ ｑｎ ，Ｈ ｉ ｎｊ ｎ ３ １ ，Ｃ ｉａ １ ｏ ｅｅ ｆ ｉ ｉ ｅ ｎ ｃｎｌ ｙ ｅｌ ｇｉ ｇ ｙ Ａ ｒ ｕｔ ａ Ｕ ｉｅ ｔ ａ ｉｇ ｅｏ ｇ ａｇ１ ３ ９ ｈｎ ； ． ｏ ｆＳ ｎ ａ Ｔ ｏ ｏ ａ Ｂ ｉ ｕｌ ｓｙ ｌ ｉ ６
模 拟移 动床 色谱技术应用 的研 究进展
李 洪飞 一 李 良玉 ２ 张丽萍 － 王 学群 冯兴元 ２ ， ， ， ， ， ， ３
（． １ 黑龙 江八一农垦大学 生命科学技术学院 ，黑龙江 大庆 １３ １ ； ６ ３９
２ 黑龙江省农产品加 工工程技术研究中心 ，黑龙江 大庆 １３ １ ； ． ６ ３ ９
３ 大庆宏源分离技术研究所 ，黑龙 江 大庆 １３ １ ； ４ 黑龙江八一农垦大学 食 品学院 ，黑龙江 大庆 １３ １） ． ６３９ ． ６ ３９
摘要 ：模拟移动床色谱技术是连续色谱 的一种 ，是模拟移动床技术 与色谱技术 的结合 ，作 为一种新型 的色谱分 离技
术 ，它的应用 日益广泛 。综述 了近年来 国内外模拟移动床色谱技术在 石油化工 、糖醇分 离 、手性化合物及其他 方面
第５ （ 期 总第 ２ ４ ４ 期）
２ １ 年 ５月 ０１
农产品加工 ・ 学刊
Ａｃ ｄ ｍｉ ｅ ｉ ｄ ｃ ｌ ｆＦ ｒ Ｐ ｏ ｕ ｔ Ｐｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ａ ｅ ｃ Ｐ ｒｏ ｉａ ａ ｍ ｒ ｄ ｃ ｓ ｏ ｅ ｓｎ ｏ
Ｎｏ ５ ． Ｍａ ｙ
文 章 编 号 ：１７ — ６６（ ０ ） ５ ０ ６ — ４ ６ ９ ４ ２ １ ０ — ０ ２ ０ １ １
收稿 日期 ：２ １－ ２ ０ １叭一 １
模拟移动床技术
装备的应用与工业放大是极有意义的。
参考文献
【1】Calculation and Optimization of Simulated Moving Bed for the Industrial Process of p-Xylene Separation [D]. Zhufeng WANG，Nanjing University，2011.6
鞠全亮-张友全教授 李维-崔学民教授 王靖淳-潘远凤教授
主要内容
模拟移动床简介
模拟移动床（Simulated Moving Bed SMB）是一种可以用于层析、 吸附、离子交换、梯度洗脱等一种连续运行的色谱设备主体； 与吸附剂结合，多个单体柱组合，通过“模拟移动”工艺可以实现 高效、廉价、连续分离。 最基本功能：是能够实现分离技术工业化与连续化。
移动床的工作原理
色谱分离的工作原理
利用样品在流动相和固定相中分配系数或者吸附能力的 不同来达到分离的目的。 在此基础上，若使固定相和移动相的逆向流动，并且通过 控制移动速度使各组分逆向分开，从而形成了移动床的工作 原理。
移动床的工作原理
龟兔赛跑
设兔子速度v1，乌龟速度v2 传送带速度v0。其中v1>v0>v2
通过对进料组 成、吸附比、 置换比、脱附 比、温度和压 力等因素的调 整，最终产品 纯度可以达到 99.5%。
图5.Parex法工艺示意图【1】
工业化SMB设备
模拟移动床对C8芳烃的分离
石化领域：正构烷烃的分离，奈系物异构体
的分离；
食品领域：生产高纯度化的果糖，蔗糖的脱
色，氨基酸的分离；
制药领域：手性药物和天然药物的分离。
模拟移动床分离技术的发展和应用
模拟移动床色谱分离技术
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。
模拟移动床
（1）系统整体机电合一，起动迅速方便； （2）柱箱升温均匀，控制稳定，且可常温或低温工作； （3）工作压力、流量稳定，柱外死体积极少； （4）根据工艺要求料液进出口可任意更换位置； （5）精细分离能力强，优于其它分离技术（如，蒸馏乃 至
分子蒸馏，超临界萃取）。 （6）较一般工业制备色谱及其它分离设备质耗低，能耗 低，
• 最基本功能：是能够实现分离技术工业化与连续化。
研究进展
1.20世纪60年代发展起来的，主要用于石油 化工产品的分离;
2.1969年，美国UOP公司（环球石油公司）将SMB分离技术用于分离对 二甲苯和间二甲苯; 3.1993年，法国Seperex公司将SMB分离技术用于药物和精细
化工领域; 4.近些年，SMB分离技术研究主要集中在糖类分离、同分异构
果糖因不易导致高血糖、肥胖、龋齿而被重视； 工业化常采用淀粉做原料，利用固定化葡萄糖异构酶转
化，一般含有42％果糖和58％葡萄糖，成为果葡糖浆； 葡萄糖与果糖互为同分异构体不易分离，因此，果葡糖
浆中分离纯化果糖需要用精细分离技术； 本研究利用模拟移动床技术成功的将果糖与葡萄糖分离，
制备出99%以上的高纯果糖。
SMB 的特点
• 可连续分离操作； • 可根据生物、药物活性成分的种类调试不同的分离方
法（层析、离交、吸附等等）； • 制备效率高，提纯效果较一般工业制备色谱分离高出
40%。 • 运行成本低，使加工成本降50%，甚至80%。
实验型模拟移动色谱设备
• 可用于分离条件摸索，建立工艺参数。 • 甚至可以用于生产：——附加值极高的产品。 • 转换阀门：转换灵敏、自动化、不渗漏； • 连续离子交换、连续梯度洗脱、连续色谱分离
04期8 • 张伟;林炳昌;;人参皂甙Rb_1的模拟移动床分离[J];精细化工;2007年06期9 • 沈树宝;欧阳平凯;;吸附分离果糖和葡萄糖的基础研究[J];南京工业大学学报(自然科学
模拟移动床技术
04
模拟移动床技术发展前景
技术发展趋势
高效能化
随着技术的不断进步，模拟移动床的分离效 率和精度将得到进一步提升，以满足更严格 的生产要求。
案例二：制药工业中的应用
总结词
高纯度产品、降低成本
详细描述
在制药工业中，模拟移动床技术用于生产高纯度产品，降低生产成本。通过模拟移动床实现高效分离 和纯化，提高产品的纯度和收率，降低生产过程中的物料消耗和能源消耗。
案例三：环保领域中的应用
总结词
资源回收、环保减排
详细描述
模拟移动床技术在环保领域中主要用 于资源回收和环保减排。通过模拟移 动床实现废水和废气的净化处理，回 收有价值的资源，降低污染物排放， 提高环保效益。
分离和纯化。
技术发展历程
01
模拟移动床技术的发展始于20世纪70年代，最初是为了解 决传统分离技术效率低下的问题。
02
随着技术的不断发展和完善，模拟移动床技术在20世纪90 年代开始得到广泛应用。
03
近年来，随着计算机技术和自动化技术的不断发展，模拟移动 床技术也得到了进一步的改进和完善，实现了更加高效、连续
灵活性强
该技术可根据不同物料和分离要求进行灵活 调整，适应性强。
应用实例
石油化工
模拟移动床技术在石油化工领域 的应用包括油品的分离和精制， 提高油品质量和产量。
制药工业
在制药工业中，模拟移动床技术 成功应用于药物的分离、纯化和 精制，如抗生素、维生素等。
食品工业
在食品工业中，模拟移动床技术 用于果汁、酒类、乳题
模拟移动床色谱(SMBC)..
物的分离。
模拟移动床色谱原理
1-a
1-b
图1 SMB工作原理图
对于传统的单柱色谱, 假设是一个两组分 分离体系, 当脉冲进样后用适当的溶剂洗脱时就 产生如图1-a 的效果: 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。
如果假设龟兔赛跑的跑道是会逆向移动的, 并
且移动速度介于龟与兔之间, 这样就好像是龟 在往后走, 兔在往前走。最终龟与兔分别从跑
道的两头下来, 如图1-b 所示。
移动床分成4 个区域, 原料(A+ B, A
为弱吸附组分, B为强吸附组分) 从ц、 ш区之间连续进入, 流动相由下往上 移动, 固定相以介于A 和B 之间的速 度向下移动 , 最终从两个出口可以 分别得到纯的提取液 (Extract)B 和 提余液(Raffinate) A。图2中Q1~ Q4 分别为区Ι~ 的流动相流量; Qr, Qf,
• 3.料剂比 • 料剂比是评价SMB的重要指标之一, 也是影 响分离能力的关键。模拟移动床运行时, 每 一升原料液, 需要加入的解吸剂 的量越小, 表示模拟移动床分离效果越好。
模拟移动床色谱应用
1.模拟移动床色谱技术在石油化工领域中的应用 1969 年美国 UOP 公司将模拟移动床色谱技术用于分离对二 甲苯和间二甲苯；同时 UOP 公司还将该技术应用于其他工业 级的石油产品的分离过程中。如：对甲苯酚和间甲苯酚的分 离，从 C8 芳香族化合物中分离乙苯，从煤油 C4 烯烃混合物 中分离丁烯 - 1，从蒎烯混合物中分离 β- 蒎烯等。
• 柱压降与柱结构、泵动力和分离剂粒径有关。相同的柱结构,
分离剂
粒径越小, 柱压降越大。一般柱压降为 0.02M Pa /m。分离剂粒径小,对
模拟移动床色谱(SMBC)
3.其他行业的应用 氨基酸具有重要的生物、药物和营养价值,工业 生产中一般采用发酵法生产。由于氨基酸是一 种热敏性生化物质, 传统的分离手段如蒸馏、
吸附、萃取、结晶、沉降分离等在其分离中受 到限制, 而色谱吸附分离过程无需热再生, 能
耗低, 分离效率高且适应性强。已利用 SM B技 术进行分离的产品有赖氨酸、苯丙氨酸与色氨 酸等。
2.模拟移动床色谱技术在糖醇分离中的应用 SMB 早期主要应用在制糖工业上，在糖醇分离中果糖与葡萄糖的分离， 可能是目前制糖工业分离中规模最大的，也是起步最早的。这是一个典 型的二组分分离，因此利用 SMB 的优势也非常明显。 利用 SMB 分离果葡糖浆的工艺已有成熟的工业化实例，该分离通常是 选择一种 Ca 型的阳离子交换树脂作为固定相，利用去离子水作为洗脱 剂，由于果糖和 Ca 离子形成一个复合体而被阻流在柱中，而葡萄糖和 其他寡糖则被洗脱剂带走。含果糖 42%的果葡糖浆利用模拟移动床色 谱分离后，流出液果糖纯度为 95%～99%，回收率在 90%以上；残液中 葡萄糖的纯度在 90%以上。
合适的吸附剂、提高产品浓度和纯度。以上三个技
术难题得以解决,
模拟移动床技术在药物和手性化
合物上的分离将会得到很好应用。
国内 SMB 的研发工程师们有两件事情要解决和完善：一 是自行研究生产大型 SMB, 以解决石化系统长期从国外
进口问题。就目前国内SM B的设备生产水平和自动化控 制水平来说, 完全可以生产百万吨级的 SMB, 替代进口产 品。石化工厂所用的非亲油型分离剂国内也已经可以大规 模生产。关健在于应用环节, 使用厂家应转变观念, 推广 使用价廉实用而服务又很到位、及时的国内产品；二是 SMB 小型化, 以便能得心应手的应用于药物和手性化合
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
模拟移动床分离技术的发展和应用周日尤(江苏省粮食科学研究设计院南京凯通公司,南京 210019)摘 要:论述了模拟移动床技术的发展和应用前景。
移动床分离技术也称色谱分离技术。
与传统的制备色谱技术相比,模拟移动床采用连续操作手段,利于实现自动化,制备效率高,制备量大,大型模拟移动床制备设备每年制备量可达百万吨级水平。
模拟移动床是一种多学科技术相结合的先进的分离设备,设备复杂,技术含量高,其综合了工艺、设备、电器和自动控制等技术于一身。
选用适当的分离剂,可以高效、廉价地分离那些物理性质和化学性质非常相似的且用一般分离方法难以分离的混合物。
评价模拟移动床的指标有:柱数、柱长、柱径和柱压降以及分离强度、分离纯度、分离浓度、料剂比和循环比等。
模拟移动床分离技术的成熟,使其在石油、精细化工、食品工业、制药工业等诸多领域得到了广泛的应用。
关键词:色谱分离;模拟移动床;发展;应用中图分类号:TQ028 文献标识码:A 文章编号:1006-2513(2010)05-0182-05The devel o p ment and applicati o n of S MBZHOU R i you(Jiangsu Gra i n Science Research&Design I nstitute,N anji n g210019)Abstrac t:T he dev elopment and appli ca tion o f the techno l ogy of S M B is rev ie w ed i n t h is pape r.T he separati on-tech nology of S i m u l a tionM ov i ng Bed(S M B)is an advanced separa ti on-techno l ogy o f Chro m atog ra m as w e l.l Compared w it h trad iti ona l technology of Chro m a t og ram,conti nui ng process is e m ployed i n t he techno l ogy o f S M B.It i s use f u l for A uto-contro.l T he e fficiency is higher,the out-put is l arger due to the use o f the S M B.It cli m bs a h i gh level of one m illi on per year by usi ng big syste m o f S M B.S M B is an advanced sepa ration-dev ice w hich resu lts from the comb i na ti on o fm ulti-disc i p li nes.T he co m positi on o f S M B i s comp l ex w ith advanced techno logy.A nd it comb i nes the techno l og ies of equip m ent,electricity and auto-contro.l S M B w it h prope r re l ease-agen t can effic i entl y and econo m ica lly separate so m e m ixtures w ith s i m il a r phy si ca l and che m ical property wh i ch are d ifficu lt to be separa ted by traditi ona l sep a ration m ethods.T he eva l uati on i ndexes for S M B are as foll ow s:co l u m n nu m be r,leng t h o f co l u m n,dia m eter o f co l u m n,pressure of co l u m n,separa ti on-capab ility,pur it y,concen tra ti on,rati o o f feed and re lease-agen t,ratio o f circle etc.S M B can be w i dely used i n t he fields of P etro l eu m che m ical i ndustry,fine chem ical i ndustry,food i ndustry and phar m aceu tica l for its m at u re separati on-technology.K ey word s:sepa ration-techno l ogy o f ch ro m a t og ram;si m u lati on m ov i ng bed;dev elopment;app licati on1 概述液相色谱最初即是用于分离和制备物质的。
二十世纪七十年代,高效液相色谱(HPLC)技术的出现,使其可以较为精确的测定有机化合物及无机化合物的含量,此后HPLC得到广泛应用。
但随着色谱分离技术的迅速发展,色谱分离又从分析规模发展中回到制备规模和生产规模上,现在是两种应用并存,互相促进,共同发展的局面。
收稿日期:2009-12-23作者简介:周日尤(1966-),男,高级工程师,主要从事色谱分离技术的研究、开发和模拟移动床工业生产装置的现场安装调试工作。
液相色谱可分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱和凝胶过滤色谱等。
按操作方式不同又可分为间歇色谱和连续色谱两大类。
为了克服液相色谱制备技术的许多不利因素,如流动相需求大,废物排放量大,仪器设备庞大等,连续色谱分离技术得以开发利用。
连续色谱分离技术主要有:超临界流体色谱分离技术、光色谱分离技术、逆流色谱分离技术、连续床色谱分离技术和模拟移动床(简称SMB )色谱分离技术[1]。
模拟移动床是利用色谱分离原理,通过连接装有分离剂的柱子而使液流流动的循环系统的色谱分离器,是一种现代化分离设备,选用适当的分离剂,可以高效、廉价地分离那些物理性质和化学性质非常相似的且用一般分离方法(如蒸馏、结晶、沉淀、离子交换、萃取、膜过滤等)难以分离的混合物。
与传统的制备色谱技术相比,S MB 采用连续操作手段,易于实现自动化操作,制备效率高,制备量大,大型模拟移动床制备仪器每年制备量可达百万吨级水平,同时流动相的消耗量少,因而在石油、精细化工、食品工业、制药工业(特别是手性药物)等诸多领域发挥很大作用,应用前景广阔。
SMB 分离技术的典型应用领域是:结构异构体的分离制备;糖类的分离制备;光学对映体的分离制备。
本文对模拟移动床色谱分离技术的国内外发展状况、应用现状和发展前景作一论述。
2 模拟移动床分离技术的发展色谱分离技术从实验室走向工业应用,即模拟移动床分离技术的成熟应用,经历了较长时间的变革,大体上分为三个阶段:模拟移动床技术的出现、模拟移动床技术的发展、模拟移动床技术成熟应用。
2 1 模拟移动床技术的出现上世纪六十年代初,Broughton 的专利中利用阀切换技术改变进样、流动相注入点及分离物收集点的位置来实现逆流操作[2],因此称为模拟移动床技术(S i m u lation M ov i n g Bed,S MB )。
这是最早的模拟移动床技术的论述。
尽管Broughton 设计的系统非常复杂,但他还是成功地将二甲苯从C8化合物中分离出来。
六十年代初,美国环球油品(简称UOP)公司将模拟移动床技术商业化,并创建了Sorbex 系列的S MB 工艺。
同一时期,美国研究人员N ega w a 和Shog i 成功地应用模拟移动床技术分离了苯基乙胺对映体。
2 2 模拟移动床技术的发展1993年法国Seperex 公司将模拟移动床技术用于药物和精细化工等工业制备领域,成功推出一种名叫L icosep 的模拟移动床工业制备仪器。
进入90年代后期,模拟移动床技术又有了新的进展。
特别是随着自动化控制技术如DCS 和PLC 的工业应用的深入,计算机控制程序已被开发成功,并应用于模拟移动床技术,实现了自动化精确控制,技术更加成熟,应用日趋广泛。
随着技术的发展,模拟移动床技术的优越性得到更充分体现。
2 3 模拟移动床技术的规模化应用模拟移动床分离技术,经过50余年的发展,特别是近10年的快速发展,己被应用于许多领域。
最显著的应用领域是石油化工行业和糖醇行业。
1969年美国UOP 公司开发成功吸附分离工艺,称Parex 工艺,该工艺由高选择性的吸附剂、脱附剂(即解吸剂)和模拟移动床技术组成,采用八面沸石型分子筛作为吸附剂,将最有价值的对二甲苯从间二甲苯、邻二甲苯和乙苯(C8化合物)中分离出来。
1970年代初日本东丽(Toray)株式会社也研究成功类似的工艺,称A ro m ax 工艺。
法国石油研究院(I FP)1986~1996年研究的吸附分离工艺称E luxy l 工艺,用于生产高纯度对二甲苯,工业示范装置于1995年投入运转。
目前世界范围内对二甲苯的吸附分离技术主要采用美国UOP 公司开发的吸附分离工艺及法国I FP 开发的E l u xy l 工艺。
90年代以来,UOP 公司推出的ADS-27和I FP 推出的SPX3000牌号的吸附剂代表着当今生产对二甲苯吸附剂的最高水平。
至1996年全世界已有六十多套UOP 公司开发的芳烃吸附分离生产装置。
1976年美国UOP 公司最先开发出以分子筛作吸附剂,用模拟移动床分离果糖的生产工艺,并投入大规模工业化生产。
这是迄今最早的果糖与葡萄糖的模拟移动床分离工艺。
目前,美国已有年产F55高果糖浆超过600万,t其进入模拟移动床分离的果葡糖浆超过160万t。
同时还采用此技术,进一步生产F90高果糖浆与结晶果糖。
在欧洲也有些国家采用此技术从废糖蜜中成功地回收蔗糖。
同时,日本小田原弘之等采用多阀顺控分离糖类也获成功。
至此模拟移动床分离技术在石化系统和糖醇行业已开始大规模应用。
3 模拟移动床的技术指标SMB是多学科技术相结合的现代化的分离设备,设备复杂,技术含量高。
工业装置的模拟移动床分离系统综合了工艺、设备、电器和自动控制等技术于一身。
尽管如此,工程师和广大应用者仍需对其技术指标作更科学的评价。