專利名稱：：模擬移動床色譜分離系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種模擬移動床色譜分離系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：模擬移動床(SimulatedMovingBed,SMB)最初由環(huán)球油品公司(UOPInc.)實現(xiàn)在石化領(lǐng)域的工業(yè)運轉(zhuǎn)，至今己有50多年發(fā)展歷史。模擬移動床由多根色譜柱首尾相接成一閉環(huán)。洗脫液入口、萃取液出口、原料液入口和萃余液出口將模擬移動床分為四個區(qū)在洗脫液入口和萃取液出口之間稱為I區(qū)；在萃取液出口和進料液入口之間為II區(qū)；在進料液入口和萃余液出口之間則為第III區(qū)；在萃余液出口和洗脫液入口之間為IV區(qū)。每隔一定時間，四股物料的進、出口位置分別沿流動相方向移動至下一根柱子出口(或各根柱子均沿流動相逆向移動一根柱長)，以此來模擬固定相和流動相之間的逆流移動。這種獨特的固定相和流動相之間的模擬逆流操作特征，一方面保持了固定床間歇制備色譜的優(yōu)點，避免了實現(xiàn)固定相真正逆流的困難；另一方面則發(fā)揮逆流的特點，增大了液固兩相間的傳質(zhì)推動力，固定相和流動相得到充分利用，從根本上實現(xiàn)了色譜的連續(xù)操作，分離效率得以提高。利用模擬移動床操作的基本原理，對已有的分離系統(tǒng)進行改進，在基本不降低產(chǎn)品純度和增加溶劑使用量的前提下如何能進一步提高分離系統(tǒng)的生產(chǎn)效率也成為目前研究的一個課題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于改進現(xiàn)有技術(shù)，提供一種新型的模擬移動床色譜分離系統(tǒng)以提高模擬移動床的生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)能顯著提高原料處理量，而且采取了流分切割手段，只收集高純度和濃度的產(chǎn)品溶液，而低濃度溶液則添加原料后作原料液備用，這相當(dāng)于一部分溶液得到了循環(huán)套用，產(chǎn)品純度和溶劑消耗變化不大。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種模擬移動床色譜分離系統(tǒng)，以色譜柱為操作單元，由i區(qū)、ii區(qū)、m區(qū)和iv區(qū)依次組成，其特征在于，i區(qū)與n區(qū)斷開，m區(qū)與iv區(qū)斷開，其中，i區(qū)位于原料液第一入口和萃取萃余液第一出口之間，n區(qū)位于洗脫液第一入口和原料液第二入口之間，in區(qū)位于原料液第二入口和萃取萃余液第二出口之間，iv區(qū)位于第二洗脫液入口和原料液第一入口之間。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案為一種模擬移動床色譜分離系統(tǒng)，以色譜柱為操作單元，由I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)和IV區(qū)依次組成，其特征在于，所述I區(qū)、ii區(qū)、m區(qū)和iv區(qū)四個區(qū)互不相連，其中，i區(qū)位于原料液第一入口和萃取萃余液第一出口之間，ii區(qū)位于洗脫液第一入口和原料液第二入口之間，ni區(qū)位于原料液第二入口和萃取萃余液第二出口之間，iv區(qū)位于第二洗脫液入口和原料液第一入口之間。本發(fā)明所述i區(qū)、n區(qū)、ni區(qū)和iv區(qū)每個區(qū)由》i根的色譜柱串聯(lián)而成。所述萃取萃余液第一出口和萃取萃余液第二出口都裝有三通切換閥，以分別控制萃取液和萃余液的流出。該技術(shù)方案的原理說明如下兩股原料液(含強吸附組分和弱吸附組分)分別流入i區(qū)和m區(qū)，兩個組分分別在i區(qū)和ni區(qū)形成吸附前沿，而在n區(qū)和iv區(qū)則形成脫附后沿。與模擬移動床的傳統(tǒng)操作類似，選擇合適的操作條件可以保證弱組分吸附前沿分別流出i區(qū)和m區(qū)最后一根柱子，而強組分吸附前沿不流出i區(qū)和in區(qū)最后一根柱子。與此同時，兩股洗脫液分別流入n區(qū)和iv區(qū)，故II區(qū)和iv區(qū)第一根柱子內(nèi)部的弱組分和強組分脫附后沿均隨流動相前移，但可以保證在一個切換周期結(jié)束時刻，弱組分在II區(qū)和iv區(qū)第一根柱子內(nèi)部的兩個脫附后沿全部被洗脫，而強組分的兩個脫附后沿則部分洗脫，使得這兩個脫附后沿分別與ii區(qū)和iv區(qū)第一根柱子入口保持一定距離。當(dāng)所有柱子分別后移一根柱長(或所有物料進出口位置前移一根柱子)時，ii區(qū)和iv區(qū)第一根柱子變成當(dāng)前切換周期中i區(qū)和m區(qū)最后一根柱子，而i區(qū)和m區(qū)最后一根柱子則變成當(dāng)前切換周期中i區(qū)和in區(qū)第一根柱子。這些柱子內(nèi)部的組分濃度譜帶也跟隨柱子一同切換。在當(dāng)前切換周期內(nèi)，i區(qū)內(nèi)部的弱組分和強組分的吸附前沿與強組分脫附后沿均隨流動相繼續(xù)前移，但弱組分和強組分的吸附前沿是從i區(qū)最后一根柱子入口開始移動，而強組分脫附后沿卻從該根柱子中間某個位置開始移動，故選擇合適的條件，可使強組分脫附后沿被全部從i區(qū)最后一根柱子中洗脫出來時，弱組分吸附前沿還未達到i區(qū)出口。隨后，弱組分和強組分的吸附前沿繼續(xù)前移，由于弱組分吸附前沿移動速率快于強組分吸附前沿，弱組分吸附前沿將先于強組分吸附前沿達到i區(qū)出口。當(dāng)強組分吸附前沿正好達到i區(qū)出口時，所有柱子分別后移一根柱子，開始以下一個切換周期。m區(qū)內(nèi)部的弱組分和強組分的吸附前沿和強組分脫附后沿的移動可作同樣分析。故在每一個切換周期內(nèi)，強組分脫附后沿和弱組分吸附前沿將分別先后流出i區(qū)和ni區(qū)，而不在i區(qū)和m區(qū)內(nèi)部重疊。即強組分脫附后沿和弱組分吸附前沿先后流出i和ni區(qū)最后一根柱子，可在i區(qū)出口(萃取萃余液第一出口)和in區(qū)出口(萃取萃余液第二出口)先后收集到純的強組分和弱組分。從上可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法中，強組分的兩個脫附后沿分別由進入到I區(qū)和III區(qū)的原料中的強組分形成，前者的脫附實際上是先后在IV區(qū)(第11-1次切換)和III區(qū)(第n次切換)內(nèi)完成，后者的脫附則是先后在II區(qū)(第n-l次切換)和I區(qū)(第n次切換)完成。這種獨特的操作方法能夠使得強組分脫附后沿與弱組分吸附前沿先后從I區(qū)和III區(qū)出口(即萃取萃余液第一和第二出口)流出。與傳統(tǒng)模擬移動床分離系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供的分離系統(tǒng)可同時進兩股原料液，故能提高生產(chǎn)能力。在實施本發(fā)明提供的分離系統(tǒng)過程中，兩個產(chǎn)品(強吸附組分和弱吸附組分)都是從I區(qū)和III區(qū)出口取出，但是取料時間不同。這一取料時間可以事先通過理論計算，然后試驗取樣確定兩個產(chǎn)品的取樣時間；也可在I區(qū)和III區(qū)出口處連一檢測器，根據(jù)檢測信號來確定取樣時間。當(dāng)兩個產(chǎn)品存在部分重疊時，可參照制備色譜中的餾分切割技術(shù)，切取高純度的產(chǎn)品，而重疊交叉部分的流出液則可以添加原料后再次處理。圖1為傳統(tǒng)模擬移動床結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的一種模擬移動床色譜分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的另一種模擬移動床色譜分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，(J)代表泵，代表三通切換閥。具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。本實施例分別采用常規(guī)模擬移動床和本發(fā)明的模擬移動床色譜分離系統(tǒng)分離辣椒堿和二氫辣椒堿。辣椒堿和二氫辣椒堿的原料購自貴州五倍子有限公司，其中辣椒堿含量68%,二氫辣椒堿含量28%，此外還含有少量降二氫辣椒堿和高辣椒堿等，試驗中只考慮辣椒堿和二氫辣椒堿的分離。原料液濃度為10g/L，操作溫度30°C。洗脫液和原料液的溶劑組成為甲醇/水(體積比為65/35)。分離試驗得到的萃取液(關(guān)鍵組分為二氫辣椒堿)和萃余液(關(guān)鍵組分為辣椒堿)用高效液相色譜分析。色譜條件色譜柱為hypersilC18柱(15cmX0.46cm，大連伊利特)，流動相為乙腈/水(體積比為50/50)，流速0.8mL/min，檢測波長280nm。實施例l:本發(fā)明模擬移動床色譜分離系統(tǒng)1模擬移動床實驗裝置為PilotSystemCSEC916(德國Knauer)，并對之進行如圖2所示的改進將II區(qū)與I區(qū)斷開，III區(qū)與IV區(qū)斷開；而II區(qū)與III區(qū)相連，I區(qū)與IV區(qū)相連。其中，I區(qū)位于原料液第一入口和萃取萃余液第一出口之間，II區(qū)位于洗脫液第一入口和原料液第二入口之間，III區(qū)位于原料液第二入口和萃取萃余液第二出口之間，IV區(qū)位于第二洗脫液入口和原料液第一入口之間。如圖2，各區(qū)均串聯(lián)2根C18柱。兩股原料液分別與II區(qū)和IV區(qū)流出液混合后流入III區(qū)和I區(qū)；兩股洗脫液則分別從II區(qū)和IV區(qū)入口加入系統(tǒng)。在每一個切換周期的0~4分鐘內(nèi)分別從I區(qū)和III區(qū)出口收集強吸附組分，在610分鐘則分別從原模擬移動床的I和in區(qū)出口收集弱吸附組分。在46分鐘這段時間內(nèi)，因組分濃度較低，則將流出液收集起來，并補充原料，作為原料液備用。每隔一定時間，四股物料的進、出口位置分別沿流動相方向移動至下一根柱子出口(或各根柱子均沿流動相逆向移動一根柱長)，以此來模擬固定相和流動相之間的逆流移動，此同普通的模擬移動床，在此不再贅述。各區(qū)流速和切換時間等操作條件列如表l。液相色譜分析結(jié)果表明分離出來的辣椒堿和二氫辣椒堿兩個產(chǎn)品的純度分別為100%。實施例2:本發(fā)明模擬移動床色譜分離系統(tǒng)2模擬移動床實驗裝置為PilotSystemCSEC916(德國Knauer),并對之進行如圖3所示的改進將I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)和IV區(qū)互不相連，各區(qū)均串聯(lián)2根C18柱。其中，I區(qū)位于原料液第一入口和萃取萃余液第一出口之間，II區(qū)位于洗脫液第一入口和原料液第二入口之間，m區(qū)位于原料液第二入口和萃取萃余液第二出口之間，IV區(qū)位于第二洗脫液入口和原料液第一入口之間。兩股原料液分別直接從I區(qū)和III區(qū)入口加入系統(tǒng)；兩股洗脫液則分別從II區(qū)入口和IV區(qū)入口加入系統(tǒng)。在每一個切換周期的0~4分鐘內(nèi)分別從I區(qū)和III區(qū)出口收集強吸附組分，在6~10分鐘則分別I和III區(qū)出口收集弱吸附組分。在46分鐘這段時間內(nèi)，因組分濃度較低，將流出液收集，并與II區(qū)和IV區(qū)流出液合并，然后補充原料，作為原料液備用。每隔一定時間，四股物料的進、出口位置分別沿流動相方向移動至下一根柱子出口(或各根柱子均沿流動相逆向移動一根柱長)，以此來模擬固定相和流動相之間的逆流移動，此同普通的模擬移動床，在此不再贅述。各區(qū)流速和切換時間等操作條件列如表1。液相色譜分析結(jié)果表明分離出來的辣椒堿和二氫辣椒堿兩個產(chǎn)品的純度分別為100%。對比例傳統(tǒng)模擬移動床色譜分離系統(tǒng)模擬移動床實驗裝置為PilotSystemCSE⑧C916(德國Knauer),I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)和IV區(qū)首尾相連成一閉環(huán)。每區(qū)分別串聯(lián)2根C18硅膠柱(10cmXl.Ocm，大連伊利特)。各區(qū)流速和切換時間等操作條件列如表1。液相色譜分析結(jié)果表明分離出來的辣椒堿和二氫辣椒堿兩個產(chǎn)品的純度分別為99.9%。分別用產(chǎn)品純度、溶劑消耗和原料處理率等指標(biāo)來比較各組試驗結(jié)果的優(yōu)劣。結(jié)果見表l。表1本發(fā)明的改進的模擬移動床色譜分離系統(tǒng)與常規(guī)模擬移動床分離系統(tǒng)的分離性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1中，純度分別為辣椒堿和二氫辣椒堿的純度；溶劑消耗為處理單位質(zhì)量原料所消耗的溶劑體積，原料處理率則為單位柱體積在單位時間可處理的原料量。從表1，與傳統(tǒng)模擬移動床色譜分離系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供的模擬移動床色譜分離系統(tǒng)能顯著提高原料處理量。雖然新分離系統(tǒng)沒有像傳統(tǒng)模擬移動床分離系統(tǒng)那樣循環(huán)利用再生溶劑，但因?qū)區(qū)和m區(qū)流出液采取了流分切割手段，只收集高純度和濃度的產(chǎn)品溶液，而低濃度溶液則添加原料后作原料液備用，這相當(dāng)于一部分溶液得到了循環(huán)套用，故產(chǎn)品純度和溶劑消耗變化不大。尤其是第二種技術(shù)方案，即將各區(qū)互不相連，原料液分別直接流入I區(qū)和III區(qū)，而不是與IV區(qū)和II區(qū)流出液混合后再分別流入I區(qū)和m區(qū)，這種措施提高了i區(qū)和in區(qū)的入口濃度，從而增加原料處理量，并降低溶劑消耗。上述實施例用來解釋本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。權(quán)利要求1、一種模擬移動床色譜分離系統(tǒng)，以色譜柱為操作單元，由I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)和IV區(qū)依次組成，其特征在于，I區(qū)與II區(qū)斷開，III區(qū)與IV區(qū)斷開，其中，I區(qū)位于原料液第一入口和萃取萃余液第一出口之間，II區(qū)位于洗脫液第一入口和原料液第二入口之間，III區(qū)位于原料液第二入口和萃取萃余液第二出口之間，IV區(qū)位于第二洗脫液入口和原料液第一入口之間。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬移動床色譜分離系統(tǒng)，其特征在于所述I區(qū)、II區(qū)、m區(qū)和iv區(qū)每個區(qū)由^i根的色譜柱串聯(lián)而成。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種模擬移動床色譜分離系統(tǒng)，其特征在于所述萃取萃余液第一出口和萃取萃余液第二出口裝有三通切換閥。4、一種模擬移動床色譜分離系統(tǒng)，以色譜柱為操作單元，由I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)和IV區(qū)依次組成，其特征在于，所述i區(qū)、ii區(qū)、ni區(qū)和iv區(qū)四個區(qū)互不相連，其中，i區(qū)位于原料液第一入口和萃取萃余液第一出口之間，n區(qū)位于洗脫液第一入口和原料液第二入口之間，m區(qū)位于原料液第二入口和萃取萃余液第二出口之間，iv區(qū)位于第二洗脫液入口和原料液第一入口之間。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種模擬移動床色譜分離系統(tǒng)，其特征在于所述I區(qū)、II區(qū)、m區(qū)和iv區(qū)每個區(qū)由si根的色譜柱串聯(lián)而成。6、根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種模擬移動床色譜分離系統(tǒng)，其特征在于所述萃取萃余液第一出口和萃取萃余液第二出口裝有三通切換閥。全文摘要本發(fā)明涉及模擬移動床色譜分離系統(tǒng)，以色譜柱為操作單元，由I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)和IV區(qū)依次組成，其中，I區(qū)位于原料液第一入口和萃取萃余液第一出口之間，II區(qū)位于洗脫液第一入口和原料液第二入口之間，III區(qū)位于原料液第二入口和萃取萃余液第二出口之間，IV區(qū)位于第二洗脫液入口和原料液第一入口之間。其中，系統(tǒng)之一的I區(qū)與II區(qū)斷開，III區(qū)與IV區(qū)斷開，系統(tǒng)之二的I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)和IV區(qū)四個區(qū)互不相連。該系統(tǒng)能顯著提高原料處理量，而且采取了流分切割手段，只收集高純度和濃度的產(chǎn)品溶液，而低濃度溶液則添加原料后作原料液備用，這相當(dāng)于一部分溶液得到了循環(huán)套用，產(chǎn)品純度和溶劑消耗變化不大。文檔編號B01D15/08GK101433775SQ20081016254公開日2009年5月20日申請日期2008年11月21日優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日發(fā)明者鳳危,張艷輝,趙迎憲,陳明杰申請人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院