模拟移动床
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模拟移动床
• 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。
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;
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。
目前，我国生物、药物及农副产物中活性化合物的色
谱分离纯化使用的是工业制备色谱。
存在的瓶颈问题是：分离成本高 、制备效率较低、设 备造价高。
为了改变这种现状，开始注重研究模 拟移动床色谱 分离技术（SMB）的应用。
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%。
（四）SMB分离纯化肝素钠的应用技术研究
肝素钠（heparin）是重要的生物药品。我国是世界上粗
品肝素钠的主要出口国
低效价、低附加值——加工技术和装备水平达不到要求。 本研究利用模拟移动床色谱分离设备，研究了肝素钠的 纯化新工艺。
展望
SMB技术是一种先进的分离技术，但是由于其系统 配置 及操作参数的确定较为复杂，且长期为国外专利 所垄 断，售价极高，限制了它在我国的推广利用。 随着生命科学、生物技术和医药技术的快速发展， 各种高附加值的活性成分需要研究开发，越来越多的单
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;
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。
目前，我国生物、药物及农副产物中活性化合物的色
谱分离纯化使用的是工业制备色谱。
存在的瓶颈问题是：分离成本高 、制备效率较低、设 备造价高。
为了改变这种现状，开始注重研究模 拟移动床色谱 分离技术（SMB）的应用。
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%。
（四）SMB分离纯化肝素钠的应用技术研究
肝素钠（heparin）是重要的生物药品。我国是世界上粗
品肝素钠的主要出口国
低效价、低附加值——加工技术和装备水平达不到要求。 本研究利用模拟移动床色谱分离设备，研究了肝素钠的 纯化新工艺。
展望
SMB技术是一种先进的分离技术，但是由于其系统 配置 及操作参数的确定较为复杂，且长期为国外专利 所垄 断，售价极高，限制了它在我国的推广利用。 随着生命科学、生物技术和医药技术的快速发展， 各种高附加值的活性成分需要研究开发，越来越多的单
模拟移动床柱色谱原理及过程分析
多柱串联式模拟移动床实际模型示意图
模拟移动床柱色谱原理及过程分析
盘状模拟移动床运行原理
通过旋转圆盘变化E、F、R、D四个进/出液口 的位置，达到模拟固定相循环运动的目的。
柱状模拟床色谱过程分析
A-弱吸附组分 B-强吸附组分 Q1/2/3/4-各区流体流速
模拟移动床色谱Ⅰ区位于洗脱液入口处与提取液出口处之间，在此区内，实现组分B 的解吸。在 Ⅰ区应将固定相清洗干净，使其不能将组分B 带入Ⅳ区，因此要使Q1大于组分B随固定相向下移 动的速度。 模拟移动床色谱Ⅱ区位于提取液出口处与进料口之间，其作用相当于精馏塔，使被吸附的组分B 反复吸附、解吸而浓缩。要使Q2介于组分A、组分B移动速度之间，使组分A 往上移动，而组分B 往下移动，从而在提取液出口得到纯的组分B。 模拟移动床色谱Ⅲ区位于进料口与提余液出口之间，其作用是尽可能地将组分 A吸附在固定相上。 在 Ⅲ区要控制Q3，使组分A 往上移动，而组分B向下移动，这样就可以在提余液出口得到纯的组 分A。 模拟移动床色谱Ⅳ区位于洗脱液入口与提余液出口之间。一方面，液相中的组分 A被固定相吸附， 其洗脱液与新鲜的洗脱液一起进入Ⅰ区，从而达到循环利用的目的；另一方面将Ⅲ区与Ⅰ区隔开， 以免提余液中的组分A进入Ⅰ区而污染提取液，起到一定的缓冲作用。因此在Ⅳ区使Q4 小于组分 A向下移动的速度，使其循环液中不含组分A，这样就不会污染Ⅰ区。
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。
模拟移动床研究进展_万红贵
1282012Vol.38No.1（T ota l 289）模拟移动床研究进展万红贵，张波，汪文进，王文娟，缪玲玲（南京工业大学生物与制药工程学院，江苏南京，210009）摘要详细介绍了模拟移动床（simulated moving bed ，SMB ）的分离原理，就模拟移动床在石油化工、生物分离、手性药物方面的实际应用，模型的设计与优化方法，新式模拟移动床及新型操作方式的出现予以综述，并对模拟移动床以后的发展趋势和研究重点予以展望。
关键词模拟移动床，分离，应用，设计，操作方式第一作者：学士，研究员（通讯作者）。
收稿日期：2011－09－21模拟移动床（simulated moving bed ，SMB ）的设计脱胎于真实移动床（true moving bed ，TMB ），最早由美国环球油品公司（UOP ）于20世纪60年代开发并应用于石油化工领域，工艺被称为Sorbex ；后来又开发了不少新的SMB 系统，并逐渐应用到精细化工、药物分离和生物技术等领域，目前研发的重点集中到了高纯度的产品，但产量较小。
为了对相应的模拟移动床系统进行最佳的设计与优化，达到高纯度、高生产率、低溶剂量的要求，研究人员又提出了各种不同的理论设计方法，如Marco mazzotti 等人的三角理论法，Wang 等人的驻波设计法等。
近些年来随着人们对于产品的精度、生产率、产量及生产的经济性有了更高的要求，针对传统的模拟移动床工艺操作过程提出了一些新的概念，如powerfeed ，varicol ，modicon 等，并设计出了诸如三区开环SMB ，五区SMB ，单柱四区SMB 等新式SMB 系统，并取得了较好的效果。
1模拟移动床（SMB ）原理在真实移动床（TMB ）中，液相与固相会做相对移动，如图1b 所示，但是由于固相移动困难，固体颗粒磨损，液化，低效等一系列的问题而阻碍了它的发展与大范围应用，并在一定程度上催发了模拟移动床（SMB ）的出现。
模拟移动床技术
定期对设备进行维护和保养，包括清洗、检查和更换磨损部件等，以保证设备的正常运行和使用寿命。 同时，需要定期对设备的性能进行检测和校准，确保其分离效果符合要求。
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
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
模拟移动床名词解释
模拟移动床名词解释
模拟移动床是一种常用的化工实验室设备，也叫做“模拟流化床”。
它主要由固体床和气流组成，用于模拟工业过程中的传质、反应和吸附等过程，具有高效、可重复、可控制等特点。
固体床是模拟移动床的关键部分之一，其形状可以是管状、球状和鼓状等。
传统的静态床呈现的是固体形态，而移动床则通过床中的气流将固体床粉末全部悬浮在空气中，呈现流态，相互之间形成互相漂移的状态，其中气流的速度称为“气速”。
当进行反应时，公称气速是在固定的条件下通过床的空气体积流量与床的横截面积所获得的平均气流速度。
模拟移动床的气流由气体发生器产生，是通过气阀控制的压力、流量和组成来实现的。
床内气流通过床体传导，固体颗粒的膨胀度随着床体高度的变化而改变。
通过调节床内气流的密度和气速等参数，可控制固体床粉末的碰撞、剪切和重力等力学作用，从而影响固体床的颗粒动力学和质量转移等性质。
模拟移动床一般包含气流发生器、固体床、气流控制系统、温度控制系统和监控系统等组成部分，可应用于吸附、过滤、热浸润、催化反应和质量转移研究等领域。
其主要作用在于研究移动床反应器内残留时间和物料的分布，同时也为设计和改进移动床反应器提供参考和依据。
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
移动床技术
实际的SMB设备中，在程序 控制下，通过旋转阀RV的步 进，同步改变进料位置，和流 体流过床层方向抽出的位置， 实际上固体吸附剂是不移动的 。
中试设备图
SMB技术现已广泛用于分离和提纯
……
生物发酵
食品
SMB 的应用
手性药物
精细化学品
早期成功应用在石油的轻组 Fra bibliotek分离和果葡糖浆的纯化中。
由于具有设备结构小、产 率高、溶剂消耗少、分离能力 强、污染少以及便于连续化生 产和自动控制等优点，在生物 分离和手性拆分中备受关注。
移动床技术的发展
一种吸附操作单元
真实移动床（ TMB )
模拟移动床（ SMB )
什么是移动床？
固定床：间歇操作，非吸附分 离的时间比较长,若处理细胞浆 或发酵液会堵塞床层 流化床：吸附效率虽高，但返 混严重 ，吸附剂有磨损
? 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，现在移动床多采用连续操作的 手段，利于实现自动化，制备效率高，制备量大。
II 区: 抽取液出口与进料口 之间———解吸弱吸附组份
III 区: 进料口与抽余液出口 之间——吸附强吸附组份
IV区: 抽余液与洗脱液进口 之间——吸附弱吸附组份
每经过一个切换周期物料进出口管线沿液相流动方向移动一个色谱柱， 通过周期性开启、关闭进出口阀门来模拟固定相吸附剂与流动相液体的逆流
接触移动
除了pH、温度、吸附剂和吸附质的性质、床层空隙率、 颗粒空隙率、吸附等温线和传质参数外，与操作参数有关如：
切换时间 进料液流量 洗脱液流量 萃取液流量 萃余液流量 循环液流量
参数设计
安全边界因子法、 Massimo三角形理论法 驻波分析法
① ISMB (Improved SMB)：即改进的模拟移动床技术，只需要少量 的柱数，但却可以实现比传统SMB系统更好的分离效果 。
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（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
版);1990年02期10 • 万红贵;方煜宇;叶慧;;模拟移动床技术分离缬氨酸和丙氨酸[J];食品与发酵工业;2005年
运行成本低。
关键技术：多通旋转阀、槽道外置结构、料 液分配器的制造技术 。
创新性：多功能性—柱层析、离子交换和 梯度洗脱；可进行批处理分离操作；具有 连续离子交换、连续色谱分离异黄酮、糖甙……） ☺高纯度食品配料、食品添加剂（果糖浆、低聚木
糖……） ☺医药 ☺石油…… ☺化工……
研究进展
• SMB通过料液进出口位置的依次、定时 移动实现分离设备的模拟移动。
研究进展
目前，我国生物、药物及农副产物中活性化合物的色
谱分离纯化使用的是工业制备色谱。
存在的瓶颈问题是：分离成本高 、制备效率较低、设 备造价高。
为了改变这种现状，开始注重研究模 拟移动床色谱 分离技术（SMB）的应用。
❖ 随着生命科学、生物技术和医药技术的快速发展， 各种高附加值的活性成分需要研究开发，越来越多的单 体成份及手性药物需要分离；
❖ 开发我国自主知识产权的SMB装置及这一先进技术 装备 的应用与工 业放大是极有意义的。
• 《模拟移动床色谱技术》 林炳昌著 化学工业出版社 • 王建建;高丽娟;张丽华;王霞;;玉米须黄酮的模拟移动床色谱纯化工艺[J];安徽农业科
模拟移动床（SMB）应用研究进展
组员：丛 畅- 熟悉资料、准备答辩 孙婉婷 - 查找文献、收集资料 张 倩- 整理资料、制作ppt
模拟移动床色谱
• 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。
低聚木糖的分离纯 化
（二）甜叶菊甙分离纯化的工艺技术研究
——甜菊糖甙是含8种成分的双萜糖甙的混合物， 天然无热量高倍甜味剂。 ——甜叶菊甙的常规制取方法中需要经过脱盐、脱 色和吸附三步处理。 ——本研究利用多功能模拟移动床小试设备对甜叶 菊甙粗提液进行分离和纯化技术参数摸索。
（三）果葡糖浆中的果糖分离技术研究
体分离、手性化合物分离等方面。
研究进展
1.国际上糖醇工业中多数采用了SMB分离技术。 2.并利用SMB进行脱色、除蛋白、离子交换和脱盐 等。 3.德国研究与应用居世界领先地位； 4.美国、法国、日本应用的也比较成熟； 5.国外已遍及石油化工、食品、精细化工、生物发 酵和医药等领域应用。
工业化SMB设备
模拟移动床分离应用
（一）低聚木糖的分离纯化技术研究
低聚木糖：具有增殖双 歧杆菌、清理体内肠道、 改善肠内环境、提高钙的 吸收率、改善糖尿病症状 等功能。
以小麦麸皮为原料，经 前处理得到木聚糖粗体液； 木聚糖酶水解木聚糖制备 低聚木糖粗体液，经脱盐、 脱色处理、分离纯化可得 到高纯度的低聚木糖液。
学报;2009年02期5 • 陈丽君;危凤;苏宝根;任其龙;;溶剂梯度模拟移动床分离奥美拉唑对映体的研究[J];化工时
刊;2008年04期6 • 高丽娟,刘普,张伟,兰绍鹏,林炳昌;生产银杏黄酮的模拟移动床色谱工艺[J];化学研究与应
用;2004年03期7 • 李凌;井元伟;袁德成;;模拟移动床吸附分离技术及其应用[J];计算机与应用化学;2007年
学;2007年26期2 • 李勃,肖国勇,林炳昌,马子都;模拟移动床分离紫杉醇[J];鞍山钢铁学院学报;2000年04期3 • 张红丽;赵亮;明永飞;葛晋;王维波;蒋生祥;;模拟移动床色谱分离制备手性农药甲霜灵的
研究[J];分析试验室;2007年10期4 • 危凤;赵迎宪;;间歇色谱与模拟移动床色谱分离奥美拉唑对映体的比较[J];高校化学工程
（四）SMB分离纯化肝素钠的应用技术研究
肝素钠（heparin）是重要的生物药品。我国是世界上 粗品肝素钠的主要出口国
低效价、低附加值——加工技术和装备水平达不到要求。 本研究利用模拟移动床色谱分离设备，研究了肝素钠的
纯化新工艺。
展望
❖ SMB技术是一种先进的分离技术，但是由于其系统 配置 及操作参数的确定较为复杂，且长期为国外专利 所垄 断，售价极高，限制了它在我国的推广利用。