模擬移動(dòng)床分離天然產(chǎn)物的研究.pdf

1、Broughton于1961年首次提出模擬移動(dòng)床(SimulatedMovingBed，SMB)的概念，SMB是吸取固定床和移動(dòng)床工藝各自的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的工藝。SMB吸附分離技術(shù)不僅克服了固定床吸附分離技術(shù)存在的間歇操作的缺點(diǎn)，也克服了移動(dòng)床吸附分離技術(shù)存在的吸附劑磨損過大的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程連續(xù)化，同時(shí)產(chǎn)品純度和回收率可達(dá)到較理想的水平。SMB技術(shù)應(yīng)用范圍遍及石油、糖類、發(fā)酵有機(jī)酸和氨基酸等領(lǐng)域。尤其是90年代以來，SMB技術(shù)開始應(yīng)用

2、于精細(xì)化工和藥物尤其是手性藥物的分離。 本文一共分為五章。第一章介紹了固定床、移動(dòng)床和模擬移動(dòng)床的特點(diǎn)以及它們各自的發(fā)展歷史、分離原理和應(yīng)用實(shí)例。 第二章為固定床和模擬移動(dòng)床的動(dòng)力學(xué)模型。首先采用考慮軸向擴(kuò)散、液膜傳質(zhì)阻力和內(nèi)擴(kuò)散阻力的一般性速率模型，建立了單根色譜柱的固定床模型，用有限元和正交配置法求解該模型。模擬移動(dòng)床使用了兩種模型：一是用移動(dòng)床(Truemovingbed，TMB)過程來代替模擬移動(dòng)床過程，用移動(dòng)床

3、固體的流速來代替模擬移動(dòng)床因進(jìn)出口的移動(dòng)而相對(duì)于固相的速度；另一是使用固定床模型，將固定床的動(dòng)力學(xué)模型與模擬移動(dòng)床的各區(qū)流量和質(zhì)量守恒關(guān)系相結(jié)合，反映模擬移動(dòng)床的真實(shí)情況。 第三章為固定床分離大豆磷脂酰膽堿。采用一般性速率模型研究了大豆磷脂酰膽堿的色譜過程，得到了大豆磷脂酰膽堿(PC)在硅膠柱上的平衡常數(shù)(K)、液膜傳質(zhì)系數(shù)(kf)與流速的關(guān)系及孔內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù)(Dp)，可指導(dǎo)色譜分離過程的優(yōu)化與放大。采用乙醇/水體系分離了大豆

4、濃縮磷脂中的磷脂酰膽堿，考察了流動(dòng)相組成和流速對(duì)分離效果的影響。隨著流動(dòng)相中水含量的增加，磷脂酰膽堿的容量因子和分離度減小。流動(dòng)相以乙醇/水(80/20,v/v)為最佳?？疾炝薖e、Bi和η等參數(shù)對(duì)色譜峰形的影響。 第四章為模擬移動(dòng)床分離大豆磷脂酰膽堿。研究了進(jìn)料濃度、進(jìn)料流速、各區(qū)的流速和切換時(shí)間等對(duì)SMB分離性能的影響，還研究了三角形理論下的SMB優(yōu)化過程，結(jié)果表明：三角形理論有利于找到SMB的操作初始條件，但由于三角形分離

5、區(qū)域是在理想條件下得到的，它忽略了傳質(zhì)與擴(kuò)散作用，因此與實(shí)際的分離情況是有差別的。在非線性速率理論下，對(duì)SMB分離大豆磷脂酰膽堿進(jìn)行了較好的模擬。 第五章為固定床分離生育酚同系物。為研究生育酚同系物的色譜分離過程，采用一般性速率模型研究了生育酚同系物的色譜過程，并得到了生育酚同系物在硅膠柱上的平衡常數(shù)(K)、液膜傳質(zhì)系數(shù)(kf)與流速的關(guān)系及孔內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù)(Dp)。并將這些參數(shù)成功應(yīng)用到色譜柱的放大過程中。采用正己烷-異丙醇體

6、系分離了生育酚同系物，考察了流動(dòng)相組成和流速對(duì)分離效果的影響。隨著流動(dòng)相中異丙醇含量的增加，生育酚同系物的容量因子和分離度減小。流動(dòng)相中的異丙醇含量以1％為最佳。 第六章為模擬移動(dòng)床分離生育酚同系物。在分析型色譜柱上測(cè)得了生育酚同系物的平衡常數(shù)、內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)，由于這些參數(shù)不依賴于設(shè)備的尺寸，將它們應(yīng)用到制備色譜放大過程中，并進(jìn)而用到SMB的模擬過程中。在實(shí)驗(yàn)室級(jí)模擬移動(dòng)床上成功分離了生育酚同系物，得到了α-、γ-和δ-生

7、育酚的純度和收率均達(dá)到98％以上；SMB最終達(dá)到了循環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)(cyclicsteadystate)。采用基于速率理論的SMB模型，可使用最少的SMB實(shí)驗(yàn)時(shí)間和次數(shù)，快速準(zhǔn)確地找出最佳操作條件，有效地指導(dǎo)產(chǎn)品分離實(shí)驗(yàn)、工業(yè)化放大設(shè)計(jì)和生產(chǎn)優(yōu)化操作。對(duì)SMB分離生育酚的過程進(jìn)行了優(yōu)化，得到了在有傳質(zhì)阻力情況下的完全分離區(qū)域，并與平衡理論下的三角形區(qū)域進(jìn)行了比較。并將SMB兩組分的分離擴(kuò)展到三組分的分離，模擬了三組分分離的各種情況。最后對(duì)固