移动床技术
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。
如何进行移动床的操作
如何进行移动床的操作？
以三塔式移动床为例，其流程如图3-3-17所示。
操作步骤如下。
（1）进水托层（床）操作进水，将进水装置上部的树脂进行托层（床）操作，从塔顶部放空气阀排尽空气，进行离子交换，并出水。
控制交换流速为40～60m/h。
与此同时，将进水装置下部的失效树脂压送至再生塔顶，送脂完毕关送脂阀。
（2）失效树脂再生送至再生塔的失效树脂，在顶部塔斗经再生废液的预再生，然后藉重力树脂徐徐落下。
与此同时，再生塔的底部进水与再生液相混合，配成4%～8%溶液，以8～10m/h的再生流速上升，与从上部下落的树脂相遇进行再生，时间为30～45min。
（3）再生树脂清洗再生好的树脂送至清洗塔斗徐徐落下，塔底部进清洗水，对树脂进行清洗，待树脂落至底部时清洗已经结束，清洗好的树脂存入交换塔的塔斗。
（4）运行终点控制操作运行时间约1h，即为终点，关进出水阀，迅速开大排水阀，打开交换塔顶部放空气阀，空气进入塔体，树脂落床。
与此同时，交换塔上塔斗内已经再生清洗好的树脂落入塔内。
然后，继续进行进水托层（床）操作。
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。
Simulated moving bed technology
SMB的应用
SMB
糖醇工业 生化领域
SMB的应用
手性药物中的应用
随着FDA于1992年提出对外消旋药物要尽可能拆 分的要求，模拟移动床由于其经济、高效的优点，越 来越多见于手性药物的分离提纯之中。
SMB的应用实例
L-苯丙氨酸工业中的应用
L-Phe
葡萄糖的 好氧发酵
醪液用酸 调整pH值
精密 过滤
高纯度（98.5%） 苯丙氨酸盐酸盐
ห้องสมุดไป่ตู้
SMB分离原理
切换进出口位点模拟相对逆流运动
实验室级SMB
国外工业级SMB
我国工业级SMB
SMB的应用
SMB最早运用在石化 行业，早在30年前美国 的UOP就建造了每套十 万吨规模的从C8链烃混 合物中分离对二甲苯的 装置,被称为Sorbex过 程。并扩展到乙苯、烯 烃和正构烷烃等产品。
Sorbex工艺图
应用更为广泛，如废水中 Monomeros哥仑比亚公司、加 回收氨、有机化合物脱色、 拿大Saskatchewan钾盐公司、 废水中回收氟化物、烟道 汽体净化回收胺、有机酸 挪威Norsk Hydro公司等公司 中催化剂的回收、丁二酸 利用SMB技术来进行盐分离 中去除铜/矾、铜电解液中 其他工业中的应用 硫酸钾生产。 去除铁以及尼龙废液清洁、 在发酵、生物技术领域， 有机介质回收、胺精制等。 SMB正逐步大展手脚。有 关的报导有：赖氨酸精 化肥工业 化学工业 制、乳酸脱矿质、柠檬 其应用包括：高色素甜菜 酸脱矿质等。 糖浆的脱灰、脱色、阳离 子去除和甜碱的回收等。
SMB离交系统回收
在吸附洗涤区，4、5部分的 在14部分，床中的液流被排干， 吸附首先发生在6、7和8、9部分。排出的液体在10和11 在17部分加入洗脱剂，然后用泵使洗脱剂串联地通 碱性混合物在1部分 工艺水洗涤树脂床后，与6、 并送到储槽。接着，在15、16 部分被再一次吸附。然后用酸碱调整物流pH值以达到最 过18、19和20部分。洗脱剂的pH值应保持在一定的 排出到洗脱剂补充槽。 7、8、9部分的排出液汇合， 部分用清水将床洗涤干净。 佳回收状态，醪液在12和13部分进行最后一次吸附。最 pH之间，以达到最大的回收量。 在2、3部分，用工艺 继续进行剩余苯丙氨酸的回 后，用泵将含有发酵产物和无机盐的排出液送到储槽中。 水来反洗树脂床。 收。该循环再重复进行。
模拟移动床工作原理
模拟移动床工作原理移动床是一种独特的工艺设备，其工作原理基于固体颗粒在流体流动中的运动规律。
它常常被用于化工、环保等领域，用以分离、吸附或催化反应过程。
移动床的工作原理主要由两个部分组成：床层与流体。
床层是由固体颗粒组成的，在移动床中，固体颗粒以流化床方式存在。
通过流化床的方式，颗粒之间能够形成一种相对稳定的床层结构。
颗粒之间以间隙形式存在，使得流体能够通过床层。
流体是在床层中流动的介质。
当流体经过床层时，它会与床层颗粒之间发生作用，例如传质、传热或反应。
流体通过床层时，对床层内的颗粒进行冲刷，使床层产生流动。
在移动床的工作原理中，床层与流体的交互作用是关键。
由于床层的存在，流体无法自由地通过床层，而是必须在床层中流动。
当流体与颗粒的接触面积增大，作用时间延长，可以提高质量传递的效果。
在移动床的工作过程中，床层是以循环方式进行的。
颗粒在床层中流动，离开床层的颗粒会重新进入床层的上部，形成一个闭环。
这种循环方式能够保持床层的稳定性，提高工作效率。
移动床的工作原理可以用吸附过程来进行解释。
当床层与流体发生接触时，颗粒能够吸附流体中的分子。
吸附过程是建立在颗粒表面上的，所以床层的表面积是影响吸附过程效果的重要因素。
由于颗粒的表面积相对较大，因此移动床具有高吸附效率。
另外，移动床还可以通过调节流体中吸附物的浓度来实现工作效果的调控。
当流体中的吸附物浓度较高时，颗粒会吸附更多的吸附物。
相反，当流体中吸附物浓度较低时，颗粒会释放吸附物。
通过这种方式，可以实现床层物质的选择性吸附和分离。
总的来说，移动床是通过固体颗粒在流体流动中的运动规律来实现分离、吸附或催化反应过程的工艺设备。
其工作原理主要由床层与流体的交互作用组成，通过循环流动的床层，能够实现高效的质量传递效果。
移动床在化工、环保等领域中有着广泛的应用，为工业生产带来了许多便利。
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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 。
催生了一门新技术：模拟移动床（ Simulated Moving Bed ，SMB)
概念由上世纪50年代提出的，60年代由美国的 环球油品公司(UOP)公司申请了专利，命名为 Sorbex。
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；
基于色谱分离技术的原理
流动相在床层内通 过循环泵不断自下而上 循环流动，而吸附剂颗 粒依靠重力向下移动， 与进料逆流接触。床层 中部连续进料，弱吸附 组分从床层顶部流出， 而强吸附组分在固定相 作用下从床层底部流出， 逐步完成吸附、精制和 解吸的过程
真实移动床 TMB
优点：操作连续化，提高了吸附剂的利 用率，增加了原料的处理量 缺陷：床层移动造成床层装填性能恶化， 吸附剂颗粒易磨损 ，固定相易堵塞
② SMBR (SMB reactors)：模拟移动床反应器是一种化学反应器，把反应和相应 产品的分离综合在一起，减少设备，提高工艺性能。对有平衡限制的反应，通过打 破平衡，一边反应一边把产物分离出去，最终实现彻底地转化。
③ SF-SMB(Superitical Fluid SMB):把SMB技术和超临界流体SFC技术 结合起来构成的一种有着特殊功能的装置，它兼具两者的优点。
如：
聚丙烯酸型 纤维素型等
?凝胶
如：葡聚糖凝胶 琼脂糖凝胶 聚丙烯酰胺凝
胶
有机质类
?多糖衍生化CSPs ?环糊精及衍生化CSPs ?Pirkle型CSPs ?酒石酸二酰胺型CSPs ?大环抗生素类CSPs ?蛋白质类CSPs ?螺旋型聚合物类CSPs
手性填料
水质特点
I 区: 洗脱液进口与抽取液出 口之间——解吸强吸附组份
? 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。
? 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色谱分离技术。
真实流动床技术
真实移动床原理图
特点：连续逆流循环
? 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。
工业色谱的分离介质
固定相 种类
?活性炭 ?硅胶(包括化学 键合相硅胶) ?分子筛 ?活性氧化铝 ?多孔玻璃 ?多孔氧化锆 ?多孔二氧化钛
无机质类
?大孔吸附树脂 ?离子交换树脂