模擬移動床色譜的分離原理

1、12.2 模擬移動床色譜的分離原理12.2.1 真實移動床色譜的分離原理為了更好的理解模擬移動床的工作原理，首先介紹一下與之相關(guān)的真實移動床(tru moving bed, TMB)的分離原理。對于傳統(tǒng)的單柱色譜，假設(shè)是一個兩組份分離體系，當(dāng)脈沖進樣后用適當(dāng)?shù)娜軇┫疵摃r就產(chǎn)生如圖121a的情況：一個物質(zhì)移動慢，另一個物質(zhì)移動快，當(dāng)色譜柱足夠長時，兩者將最終分開。這與龜兔賽跑的情形相似，兩者的距離會越落越遠。這正是經(jīng)典色譜分離純化物質(zhì)的原理。真實移動床則給我們提供了另外一種分離方法。如果龜兔賽跑的跑道是會逆向移動的。在跑道的作用下，龜兔會向相反的方向運動?，F(xiàn)在討論下述情況：當(dāng)跑道不動時，設(shè)龜?shù)乃?/p>

2、度為 Vi,兔的速度為V2,則V1<V2(12.1)當(dāng)跑道逆向運動時，且運動速度 V0介于龜兔運動速度 Vi和V2之間，即：V1<V0<V2(12.2)當(dāng)跑道移動和自身運動的共同作用下，龜?shù)囊苿铀俣萔i 和兔的移動速度V2分別為：Vi=Vi-V0<0(i2.3)V2=V2-V0>0(i2.4)由此可見，龜將會向跑道的移動方向移動，而兔則向跑道移動相反的方向移動。這樣就好像是龜在往后走，兔在往前走，最終兔與龜分別從跑道的兩頭下來，如圖i2.ib 所示 ：h圖12.1真實移動床色譜原理圖12a.單柱分離過程b、龜和兔在移動帶上這樣通過移動床模式就可以把龜兔完全分開。

3、可以看出，在這一分離過程中， 進樣可以采取連續(xù)進樣方式。從而改變了經(jīng)典色譜法間斷進樣的這一不利制備分 離的工藝要求。上面的原理可應(yīng)用于移動床色譜中，即將龜兔自身的移動看成流動相的推動作用。跑道的反向作用可通過固定相的整體逆向于流動相方向來實現(xiàn)。這種制備分離裝置便稱為真實移動床，其原理如圖10.2所示：液相再譙砰提余液弱保管化合物 囪相循環(huán).i j L u /_',上# 11r，R卡il r z I * it b I*強保留化合物圖12.2真實移動床示意圖在圖12.2中所示的真實移動床色譜中，固定相自上向下移動，淋洗液自下 向上移動，同時連續(xù)地進行再循環(huán)。固定相由I區(qū)循環(huán)到IV區(qū)，而淋洗

4、液則由IV 區(qū)再循環(huán)到I區(qū)。含有組份 A和B的樣品由柱中間的樣品入口注入，新鮮的淋 洗液由I區(qū)引入。在選擇的流速下，在固定相上保留弱的組份A向上移動，由提余液（Rafinate）出口流出，而保留強的組份B則向下移動，由提取液（Extract） 出口流出，使組份A和B得到分離。依據(jù)功能的不同，把移動床通常劃分為四個不同的區(qū) 13:I區(qū)：在淋洗液入口與提取液出口之間，為固定相再生區(qū)。在I區(qū)之前， 兩種被分離的組分（A）和（B）必須被全部脫附，以便使固定相凈化。II區(qū)：在提取液出口和進料口之間；田區(qū)：在進樣口和提余液之間。這兩 個區(qū)為分離區(qū)，組分以相反的方向運動，弱保留組分（A）必須脫附隨液相移動，

5、 強保留組分（B）必須被吸附，隨固相移動。在 R區(qū)，弱保留的產(chǎn)物（A）必須全 部洗脫，而在田區(qū)，強保留的（B）產(chǎn)物必須完全吸附IV區(qū)：在提余液和淋洗液之間，為淋洗液再生區(qū)。在IV區(qū)兩種組分必須被 吸附，以便使再生的淋洗液再循環(huán)到I區(qū)。所有的入口流速通過物料平衡與出口流量相關(guān)聯(lián)，設(shè)QiQ1V分別為I -IV區(qū)的流量。QFeed, QExt , QRaff, QEL分別為進料流量、提取液流量、提余液流量和淋 洗液流量。則：Qn=QiQExtQm = Qn+QFeed(12.5)Qiv = QmQRaffQi=Qiv + Qei止匕外，入口/出口流量由下式關(guān)聯(lián)：QExt+QRaff =QFeed+

6、QeL(12.6)由于固體吸附劑循環(huán)很困難，所以真實移動床操作非常復(fù)雜，同時固定相的 移動會引起柱填料的磨損，使色譜柱柱效很低。為克服真實移動床的上述缺欠，人們通過切換裝置來模擬固定相的逆向移動，通常將這種切換裝置稱為模擬移動床。12.2.2 模擬移動床的原理模擬移動床的固定相實際上并沒有移動，而是通過閥切換技術(shù)改變。這一操作過程可以通過圖11.3清楚的反應(yīng)出來。to時刻流動相樣品(A+B)的入口點和提取液 B、提余液(A) 的出口點的位置如左圖所示，經(jīng)過t時間后，各進樣點和出樣點這一的位置如右圖所示。經(jīng)過位置切換，造成的結(jié)果相當(dāng)于固定相以L/t的速度與流動相相對運動，從而實現(xiàn)了逆流操作。但在

7、過程中，固定相并未移動。提余液II區(qū)進料流動相區(qū)提產(chǎn)液圖12.3模擬移動床操作原理圖同樣，在模擬移動床制備裝置中，人們通常將它分為四個區(qū)，每各區(qū)引起的 作用與真實移動床完全一樣，但由于切換閥操作的原因， 4個區(qū)所在的位置隨時 間變化而呈現(xiàn)周期性的改變。模擬移動床裝置一般由4到24根柱，3到5個泵和一些連接柱與各種管線的閥組成。其連接方式見圖12.4:進料提取海淋洗灌進料潸洗液圖12.4模擬移動床體系再循環(huán)選擇(a)再循環(huán)泵安裝在柱之間；(b)再循環(huán)泵安裝在區(qū)之間(IV區(qū)和I區(qū)之間)(c)無再循環(huán)泵圖12.4a是最經(jīng)典的一種循環(huán)泵連接方式， 把循環(huán)泵放置在兩根柱之間（例 如柱12和1之間），可以

8、放置在任何一個區(qū)中，當(dāng)不同區(qū)的流量不同時，泵的流 量也要改變，這種裝置相對簡單。在圖12.4b中，再循環(huán)泵被放置在兩個區(qū)之間，而且總是被放置在不存在溶 質(zhì)的IV區(qū)和I區(qū)之間。這種連接方式需要增加閥，因此比前一種連接方式更為復(fù) 雜，主要用于超臨界流體模擬移動床。主要特點是能在I區(qū)得到更高的壓力。圖12.4c所示的裝置是由淋洗泵代替再循環(huán)泵，使裝置簡化，但比裝置（a）需要更多的閥。其不足之處是出口液必須要再循環(huán)到淋洗液罐中。無論那一種連接法，（a, b或c）對控制出口流速總是有不同的選擇，可用泵，閥，流量 計或壓力控制出口流速。對于圖12.4a所示的把再循環(huán)泵放置在柱之間的連接體系，有耐用性和把閥

9、的數(shù)量減至最少的特點，可用泵輸送流量，通過異步轉(zhuǎn)換入口/出口管線抵消再循環(huán)泵的影響。擬移動床目錄設(shè)備簡介操作原理主要應(yīng)用編輯本段設(shè)備簡介模擬移動床simulated moving bed一種利用吸附原理進行液體分離操作的傳質(zhì)設(shè)備。它是以逆流連續(xù)操作 方式，通過變換固定床吸咐設(shè)備的物料進出口位置，產(chǎn)生相當(dāng)于吸附劑連續(xù) 向下移動，而物料連續(xù)向上移動的效果。這種設(shè)備的生產(chǎn)能力和分離效率比 固定吸附床高，又可避免移動床吸附劑磨損、碎片或粉塵堵塞設(shè)備或管道以 及固體顆?？p間的溝流。編輯本段操作原理模擬移動床把固定吸附床分為許多段（常為24段），段內(nèi)裝有吸附劑，段間液體不能直接流通。每段均裝有進出口管道（

10、進出兩用），由中央控制 裝置控制其進出。24個進出口中的20個只起段間聯(lián)系的作用，另四個供四股物料的進入或離出，某一瞬間的物料進出口位置（圖1模擬移動床工作原理）把整個吸附床層分成了四個區(qū)，各區(qū)距離不等長，每段相際傳質(zhì)也不同。如A脫附區(qū)液體中含有 A與D,此區(qū)是用D使A脫附。B脫附區(qū)是用A及D使B 脫附。由上述兩區(qū)之間的出料口所引出的吸附液只含A與D,而且A的濃度也較大。A吸附區(qū)是使原料中 A與B分離，因此在 A吸附區(qū)上部取出的吸余 液中不含A而只含B與D。若吸附劑固定不動，則隨著時間的推移，固相中被 分離組分的濃度將自下而上逐漸變大。模擬移動床則是利用一定的機構(gòu)（如 旋轉(zhuǎn)閥），使四個物料的進出口以與固相濃度的變化同步的速度上移。這樣， 構(gòu)成一閉合回路，其總的結(jié)果與保持進出口位置不動，而固體吸附劑在吸附 器中自上而下移動的效果基本相同。目前在實際生產(chǎn)裝置中，又有一些新的改進。由模擬移動床分離出來的 吸附液（A+D）與吸余液（B+D）,分別精儲后即可得純 A和純Bo編輯本段主要應(yīng)用模擬移動床可用來從烷姓中分離正構(gòu)烷燒；從烯姓中分離直鏈烯燒。1972年