模拟移动床技术ppt课件
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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
（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
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 。
模拟移动床分离技术原理
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。
模拟移动床色谱(SMBC)
的重视。对于中药和天然药物中有效成分的分离提纯, SM B将会
起到重要的作用。
国内模拟移动床分离技术的发展前景
近年国内SMB的主要应用领域仍将会是石化行业和
糖醇行业。但精细化工行业和制药行业的应用前景 不容忽视。
对于精细化工行业和制药行业上使用的小型化SMB,
要解决以下三个问题: 减小分离体积、寻找和选择
模拟移动床色谱 （SMBC）
前 言
SMBC原理 SMBC评价指标 SMBC的应用 SMBC的发展前景
前
言
模拟移动床(SMB)色谱分离技术是20 世纪60 年代发展起来的一 种现代化分离技术, 具有分离能力强, 设备体积小, 投资成本低, 便于实现 自动控制并特别有利于分离热敏性及难以分离的物系等优点, 在制备色谱 技术中最适用于进行连续性大规模工业化生产。 SMB 技术的兴起是化工技术中的一次革新, 其应用范围也不断扩大, 遍及石油、精细化工、生物发酵、医药、食品等很多生产领域, 尤其在同 系化合物、手性异构体药物、糖类、有机酸和氨基酸等混合
SMB 在制药行业的应用主要是用于分离手性药物、生物药物
和天然药物。
手性药物种类繁多, 对其的吸附分离要比石化系统中的异构体 分离和糖业中的不同糖类分离复杂得多。
国外已有采用串联SMB 对发酵生产的胰岛素进行分离提纯工
艺; 国内也有用改进的 SMB 分离抗生素替考拉宁。 中药和天然药物作为药物的重要来源, 已经受到各国研究人员
1模拟移动床色谱smbc前言smbc原理smbc的应用smbc的发展前景smbc评价指标前言模拟移动床smb色谱分离技术是20世纪60年代发展起来的一种现代化分离技术具有分离能力强设备体积小投资成本低便于实现自动控制并特别有利于分离热敏性及难以分离的物系等优点在制备色谱技术中最适用于进行连续性大规模工业化生产
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Parex法
高选择性吸附剂
吸附剂：八面沸石型分子筛
脱附剂
脱附剂：对二乙苯
模拟移动床
模拟移动床：核心技术
9
模拟移动床对C8芳烃的分离
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】
10
工业化SMB设备
11
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。
12
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 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。
模拟移动床技术及其应用
-张友全教授 -崔学民教授 -潘远凤教授
1
主要内容
模拟移动床的简介 移动床的工作原理 模拟移动床对C8芳烃的分离 展望
2
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；
4
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
两种物质分离
5
移动床的工作原理
图2.真实移动床原理【1】
6
移动床的工作原理
图3.模拟移动床工作示意图【1】
7
模拟移动床对C8芳烃的分离
图4.C8芳烃的物理性质【1】
8
模拟移动床对C8芳烃的分离
13
参考文献
【1】Calculation and Optimizatio the Industrial Process of p-Xylene Separation [D]. Zhufeng WANG，Nanjing University，2011.6
14
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
15
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。
3
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。
高选择性吸附剂
吸附剂：八面沸石型分子筛
脱附剂
脱附剂：对二乙苯
模拟移动床
模拟移动床：核心技术
9
模拟移动床对C8芳烃的分离
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】
10
工业化SMB设备
11
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。
12
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 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。
模拟移动床技术及其应用
-张友全教授 -崔学民教授 -潘远凤教授
1
主要内容
模拟移动床的简介 移动床的工作原理 模拟移动床对C8芳烃的分离 展望
2
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；
4
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
两种物质分离
5
移动床的工作原理
图2.真实移动床原理【1】
6
移动床的工作原理
图3.模拟移动床工作示意图【1】
7
模拟移动床对C8芳烃的分离
图4.C8芳烃的物理性质【1】
8
模拟移动床对C8芳烃的分离
13
参考文献
【1】Calculation and Optimizatio the Industrial Process of p-Xylene Separation [D]. Zhufeng WANG，Nanjing University，2011.6
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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。
3
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。