高性能转台式模拟移动床(HPC-SMB)

作者:John P. Platz 文章来源:卡尔冈炭素公司 发布时间:2012-12-17

工业规模的吸附和色谱分离技术已在精细、生物工艺、制药、香料香精行业中赢得了越来越多的肯定。类似模拟移动床(SMB)的连续、逆流色谱分离和离子交换技术在与传统固定柱和固定床方法比较时显示了突出的优点 。卡尔冈炭素公司的高性能转台式模拟移动床(HPC-SMB)技术的商业化给上述行业正在面临的越来越困难的分离工艺带来了前所未有的高效率和灵活性。

虽然真移动床(TMB)吸附工艺一直是为工业分离提供有效解决方法的希望,但连续流动固体吸附剂和液体工艺流之间反向流动的问题限制了这一系统实现理论上的运行状况。固定柱、 模拟移动床技术(SMB)的开发使可在现代工业装置中运行的设备具有一些真移动床(TMB)的理论特点。传统的模拟移动床(SMB)将多个吸附床串联在一起, 流体单向流动。为了模拟真移动床(TMB),模拟床采用一个大型、分区单柱,每一区带独立的洗提液、提取液、进料和贫液接口的形式;或采用多个小型固定柱,每个柱带4 个接口的形式。无论哪种形式都需要复杂的控制设备和多个阀、泵控制液体进料和提取液连续地从一个区到另一个区或一个柱到另一柱的流动, 从而模拟真移动床(TMB)系统所具有的逆流接触。当区或柱子的数量增加时, 模拟移动床(SMB)的性能就越接近真移动床(TMB)的性能。然而,系统的复杂性要远远超过其实用性。所以,在实际操作中此系统区和柱子的使用数量分别不能超过8 个或12 个。

因其巨大的复杂性,传统的模拟移动床(SMB)只能用于两种化合物混合物的分离,即使它们具有高产率、高产品纯度、高产品浓度和低洗提液消耗量的优点。卡尔冈炭素公司的高性能转台式模拟移动床(HPC-SMB)( 商品名称:ISEP和CSEP)使用30个独立的柱子和一个专利多槽口阀进一步改善了模拟移动床技术,使其更加接近真模拟床(TMB),从而具有更多的优点。色谱分离设备CSEP可以成功地进行3组分和4组分分离,色谱分离设备CSEP的用户们可获得固定柱模拟移动床(SMB)无法达到的优点。

通过在围绕阀旋转的转台上排列多个小型柱子,高性能转台式模拟移动床(HPC-SMB)中的固体吸附相可以与液体相逆流接触(见图1)。阀协调流体流动,每个柱子按顺序通过每一个工艺区段,例如:洗提、浓缩、洗脱、再装(色谱分离)或吸附、洗涤、再生和淋洗(离子交换)。 高性能转台式模拟移动床(HPC-SMB)具有类似于真移动床(TMB)的特点,但同时保持了简单、灵活的特点。简单在于吸附柱子通过所有的工艺步骤不需要多个复杂的阀门和开关;灵活在于通过调整柱子的数量,流动方向(向上流动或向下流动)和流动方式(并联或串联)进行单个工艺区的优化。此外,可以用很简单的方式通过改变不同区域温度、pH、洗提液的浓度而增加系统的效率。 高性能转台式模拟移动床(HPC-SMB)的灵活性还表现在可以增加额外的工艺区。例如,在某些应用中,分离媒介会被工艺流中的杂质污染而中毒或失活。传统的模拟移动床(SMB)工艺中,必须停车才能对媒介进行更换或再生。卡尔冈炭素公司的高性能转台式模拟移动床(H P C -SMB)工艺,附加区可简单地加入到整个工艺中,在每次工艺循环中对媒介进行活化。高产率和高纯度分离增加了高性能转台式模拟移动床(HPCSMB)的价值,同时与传统的模拟移动床(SMB)相比,具有更加简单和灵活的特点。

高性能转台式模拟移动床(HPCSMB)方法充分利用逆流处理的优点和独有的单旋转阀设计,使系统可以选用不同大小媒介颗粒,同时保持在合适的压力下操作。利用逆流工艺,有效的分离只需要几百个理论板数,而高性能液相色谱分离或固定床则需要几千个。因此,该工艺可使用更大粒径的媒介。事实上, 大多数我们已安装设备的媒介在200~500μm之间,能有效地达到纯度和收率的要求。虽然,一些较难的分离过程需要媒介小于100μm 以达到所要求的纯度,高性能转台式模拟移动床(HPC-SMB)可以有效地处理这些情况。在操作压力小于7kg/cm2 的极端情况下,单个工艺区通过与转阀相协调可以采用小到40μm的媒介来处理这些较难的分离过程。

做为高性能转台式模拟移动床(HPC-SMB)工艺的应用,卡尔冈炭素公司的连续离子交换设备ISEP和连续色谱分离设备CSEP已在全世界成功安装了300多套,用于净化、分离、回收和合成。应用包括糖浆脱色和脱灰,发酵液有用物质的提取如维生素C、维生素E、氨基酸和抗生素(见图2),乳品加工业蛋白质的分离,制药中的天然物质分离,化妆品异构体的分离,化工工业鳌合物的生产,湿法冶金金属分离。高性能转台式模拟移动床(HPC-SMB)技术可从实验室规模直接放大到中试厂、商业规模的工厂,处理流量1ml/min到1590m3/h。 在中国,卡尔冈炭素公司和合作伙伴北京拓泰克科贸有限公司成功地将ISEP和CSEP的工业设备引进到中国,应用在赖氨酸提纯、维生素C净化、山梨醇/甘露醇分离、果糖浓缩、山梨醇脱灰、葡萄糖脱灰和镓回收等领域。

卡尔冈炭素公司最近对高性能转台式模拟移动床HPC-SMB技术在反应分离方面进行进一步的拓展推出了反应分离RSEP。反应分离RSEP工艺允许厂家将化学和生化合成反应与吸附分离或色谱分离结合在一个操作单元中。反应分离RSEP技术通过以下两种方式简化了生产工艺: 利用反应推动分离或利用分离促进反应。 通过连续反应和分离机理促进受到平衡、动力学和中毒限制的反应。与传统的独立的反应和分离步骤相比,反应分离RSEP可显著降低投资和操作成本。反应分离RSEP可应用在烃化、酯化、异构化反应和其它不同的生化工艺中。
 

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