模拟移动床色谱分离技术
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
12.2模拟移动床色谱的分离原理12.2.1真实移动床色谱的分离原理为了更好的理解模拟移动床的工作原理，首先介绍一下与之相关的真实移动床（tru moving bed, TMB）的分离原理。
对于传统的单柱色谱，假设是一个两组份分离体系，当脉冲进样后用适当的溶剂洗脱时就产生如图12.1.a的情况：一个物质移动慢，另一个物质移动快，当色谱柱足够长时，两者将最终分开。
这与龟兔赛跑的情形相似，两者的距离会越落越远。
这正是经典色谱分离纯化物质的原理。
真实移动床则给我们提供了另外一种分离方法。
如果龟兔赛跑的跑道是会逆向移动的。
在跑道的作用下，龟兔会向相反的方向运动。
现在讨论下述情况：当跑道不动时，设龟的速度为V1,兔的速度为V2，则V1<V2 (12.1) 当跑道逆向运动时，且运动速度V0介于龟兔运动速度V1和V2之间，即：V1<V0<V2(12.2) 当跑道移动和自身运动的共同作用下，龟的移动速度V1和兔的移动速度V2分别为：V1=V1-V0<0 (12.3)V2=V2-V0>0 (12.4)由此可见，龟将会向跑道的移动方向移动，而兔则向跑道移动相反的方向移动。
这样就好像是龟在往后走，兔在往前走，最终兔与龟分别从跑道的两头下来，如图12.1b所示：图12.1真实移动床色谱原理图[12]a. 单柱分离过程b、龟和兔在移动带上这样通过移动床模式就可以把龟兔完全分开。
可以看出，在这一分离过程中，进样可以采取连续进样方式。
从而改变了经典色谱法间断进样的这一不利制备分离的工艺要求。
上面的原理可应用于移动床色谱中，即将龟兔自身的移动看成流动相的推动作用。
跑道的反向作用可通过固定相的整体逆向于流动相方向来实现。
这种制备分离装置便称为真实移动床，其原理如图10.2所示：图12.2真实移动床示意图在图12.2中所示的真实移动床色谱中，固定相自上向下移动，淋洗液自下向上移动，同时连续地进行再循环。
模拟移动床色谱(SMBC)..
物的分离。
模拟移动床色谱原理
1-a
1-b
图1 SMB工作原理图
对于传统的单柱色谱, 假设是一个两组分 分离体系, 当脉冲进样后用适当的溶剂洗脱时就 产生如图1-a 的效果: 一个物质移动慢, 另一个 物质移动快, 当色谱柱足够长时两者将最终分开。 这与龟兔赛跑的情形相似, 两者的距离会越落越 远。
如果假设龟兔赛跑的跑道是会逆向移动的, 并
且移动速度介于龟与兔之间, 这样就好像是龟 在往后走, 兔在往前走。最终龟与兔分别从跑
道的两头下来, 如图1-b 所示。
移动床分成4 个区域, 原料(A+ B, A
为弱吸附组分, B为强吸附组分) 从ц、 ш区之间连续进入, 流动相由下往上 移动, 固定相以介于A 和B 之间的速 度向下移动 , 最终从两个出口可以 分别得到纯的提取液 (Extract)B 和 提余液(Raffinate) A。图2中Q1~ Q4 分别为区Ι~ 的流动相流量; Qr, Qf,
• 3.料剂比 • 料剂比是评价SMB的重要指标之一, 也是影 响分离能力的关键。模拟移动床运行时, 每 一升原料液, 需要加入的解吸剂 的量越小, 表示模拟移动床分离效果越好。
模拟移动床色谱应用
1.模拟移动床色谱技术在石油化工领域中的应用 1969 年美国 UOP 公司将模拟移动床色谱技术用于分离对二 甲苯和间二甲苯；同时 UOP 公司还将该技术应用于其他工业 级的石油产品的分离过程中。如：对甲苯酚和间甲苯酚的分 离，从 C8 芳香族化合物中分离乙苯，从煤油 C4 烯烃混合物 中分离丁烯 - 1，从蒎烯混合物中分离 β- 蒎烯等。
• 柱压降与柱结构、泵动力和分离剂粒径有关。相同的柱结构,
分离剂
粒径越小, 柱压降越大。一般柱压降为 0.02M Pa /m。分离剂粒径小,对
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。
模拟移动床色谱(SMBC)
3.其他行业的应用 氨基酸具有重要的生物、药物和营养价值,工业 生产中一般采用发酵法生产。由于氨基酸是一 种热敏性生化物质, 传统的分离手段如蒸馏、
吸附、萃取、结晶、沉降分离等在其分离中受 到限制, 而色谱吸附分离过程无需热再生, 能
耗低, 分离效率高且适应性强。已利用 SM B技 术进行分离的产品有赖氨酸、苯丙氨酸与色氨 酸等。
2.模拟移动床色谱技术在糖醇分离中的应用 SMB 早期主要应用在制糖工业上，在糖醇分离中果糖与葡萄糖的分离， 可能是目前制糖工业分离中规模最大的，也是起步最早的。这是一个典 型的二组分分离，因此利用 SMB 的优势也非常明显。 利用 SMB 分离果葡糖浆的工艺已有成熟的工业化实例，该分离通常是 选择一种 Ca 型的阳离子交换树脂作为固定相，利用去离子水作为洗脱 剂，由于果糖和 Ca 离子形成一个复合体而被阻流在柱中，而葡萄糖和 其他寡糖则被洗脱剂带走。含果糖 42%的果葡糖浆利用模拟移动床色 谱分离后，流出液果糖纯度为 95%～99%，回收率在 90%以上；残液中 葡萄糖的纯度在 90%以上。
合适的吸附剂、提高产品浓度和纯度。以上三个技
术难题得以解决,
模拟移动床技术在药物和手性化
合物上的分离将会得到很好应用。
国内 SMB 的研发工程师们有两件事情要解决和完善：一 是自行研究生产大型 SMB, 以解决石化系统长期从国外
进口问题。就目前国内SM B的设备生产水平和自动化控 制水平来说, 完全可以生产百万吨级的 SMB, 替代进口产 品。石化工厂所用的非亲油型分离剂国内也已经可以大规 模生产。关健在于应用环节, 使用厂家应转变观念, 推广 使用价廉实用而服务又很到位、及时的国内产品；二是 SMB 小型化, 以便能得心应手的应用于药物和手性化合
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。
模拟移动床色谱分离技术在功能糖生产中的应用
口 刘宗利 王乃强 王明珠 王彩梅 杨海军 保龄宝生物股份有限公司
色谱分离技术又称层析分离技术或
色层分离技术， 是一种分离复杂混合物 中各个组分 的有效方法。 它是利用不同 物质在 由固定相和流动相构成的体 系中 具有不同的分配 系数 ， 当两相作相对运 动 时， 这些物质随流动相一 起运动 ， 并 在两相间进 行反复多次 的分配 ． 从而使
产品分离纯 化中的应 用
低聚异麦芽糖 （ ｏ ｌ ｓ ） －８ Ｉ ｍａｔ ｅ 是２ ｓ ｏ 个葡 萄糖分子 以ｏ ， 糖 苷键连接 起 【 ６ －１
分离物收集点的位置来实现逆流操作．
产生相 当于吸附剂连续向下移动 ． 而物 料连续 向上移 动的效果 。 这种设备 的生 产 能力和分离效率比固定吸附床 高， 又
（） ２ 分离参 数优化 选 用钠型 树脂 作为分 离用树 脂 ，
式模 拟移 动床分离低 聚异麦 芽糖 的最 佳参数为 ： 采用钠离子改型的强酸性 聚 苯乙烯 的大孔树脂 ． 分离条件为料液 浓
度 ５ ％ ～６ ％ ． 温 ６ ～７ 口 分离 ｐ ８ ３ 柱 ５ Ｃ． ５ Ｈ
因子 经 多年 临床与实际应用表明， 。 双 歧杆菌有许 多保健功能 ． 而作为双歧杆 菌促进 因子 的低聚异麦芽糖自然就受到
度 达 ￣ ９ ％ 以上 ， 由于 生 产成 本高 而 Ｊ０ 但
离， 应运而生的Ｓ ＭＢ（ Ｓ 顺序式模拟移动
床色谱分离） 技术则有效解决了这一难 题 。 Ｓ 是一种 间歇顺 序操作的模拟 Ｓ ＭＢ 移动床 ． 增加了可以供分离 中间组分流
各物质达到分离 。 色谱分离技术能够分 离物化性能差别很小 的化合物 当混合
模拟移动床色谱的分离原理
12.2模拟移动床色谱的分离原理12.2.1真实移动床色谱的分离原理为了更好的理解模拟移动床的工作原理，首先介绍一下与之相关的真实移动床（tru moving bed, TMB）的分离原理。
对于传统的单柱色谱，假设是一个两组份分离体系，当脉冲进样后用适当的溶剂洗脱时就产生如图12.1.a的情况：一个物质移动慢，另一个物质移动快，当色谱柱足够长时，两者将最终分开。
这与龟兔赛跑的情形相似，两者的距离会越落越远。
这正是经典色谱分离纯化物质的原理。
真实移动床则给我们提供了另外一种分离方法。
如果龟兔赛跑的跑道是会逆向移动的。
在跑道的作用下，龟兔会向相反的方向运动。
现在讨论下述情况：当跑道不动时，设龟的速度为V1,兔的速度为V2，则V1<V2 (12.1) 当跑道逆向运动时，且运动速度V0介于龟兔运动速度V1和V2之间，即：V1<V0<V2(12.2) 当跑道移动和自身运动的共同作用下，龟的移动速度V1和兔的移动速度V2分别为：V1=V1-V0<0 (12.3)V2=V2-V0>0 (12.4)由此可见，龟将会向跑道的移动方向移动，而兔则向跑道移动相反的方向移动。
这样就好像是龟在往后走，兔在往前走，最终兔与龟分别从跑道的两头下来，如图12.1b所示：图12.1真实移动床色谱原理图[12]a. 单柱分离过程b、龟和兔在移动带上这样通过移动床模式就可以把龟兔完全分开。
可以看出，在这一分离过程中，进样可以采取连续进样方式。
从而改变了经典色谱法间断进样的这一不利制备分离的工艺要求。
上面的原理可应用于移动床色谱中，即将龟兔自身的移动看成流动相的推动作用。
跑道的反向作用可通过固定相的整体逆向于流动相方向来实现。
这种制备分离装置便称为真实移动床，其原理如图10.2所示：图12.2真实移动床示意图在图12.2中所示的真实移动床色谱中，固定相自上向下移动，淋洗液自下向上移动，同时连续地进行再循环。
模拟移动床色谱分离技术
分离条件的产品回流进入II带。 生物质：是植物通过光合作用生成的有机物，是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派
生、排泄和代谢的许多有机质。
相当要时➢有 Tsw一eItt定I将带的这强种是度分离组方法分命名A为的色谱精法，制分离带出的。谱带该为色带谱。中吸附有弱吸附组分B和强吸附 三床带层模 和拟吸移附组动剂床的分运利行用A方率的式低，固定相与I带流上来的仅含有A+D的流动相接触，两 219H5P3L年C，检组J测an条a分k件根据在某些流固体动物质相能吸和附气固体而定发展相了气中-固色再谱法次，分配。由于固定相对组分A的 例169模435在拟年替移，考动吸 液A拉床da宁色m附中分谱s和离系能的H中统ol的m力组e应s合用强分成了，A离所子固交置换定剂换并相用，于中色经谱被分过离吸，多从附而次诞的生反了组离复子分交的换B色吸逐谱。附步、被置后换来、的解A+吸D溶， 洗脱液D入组口与分萃取B液渐E出口渐之间减的区少域称直为洗至脱带全I；部置换出来。随着两相的逆流流动，
➢ 在色谱分离过程中，当流动相携带 样品通过色谱的固定相时，样品分 子与固定相分子之间发生相互作用， 使样品分子在流动相和固定相之间 进行分配。与固定相分子作用力越 大的组分向前移动速度越慢，与固 定相分子作用力越小的组分向前移 动速度越快，经过一定的距离后， 由于反复多次的分配使原本性质 （沸点、极性等）差异很小的组分 之间得到很好的分离。
❖ 色谱分离过程的特点是分离效率高，无需加热和能耗低，对于那些用传 统分离方法如蒸馏、萃取及重结晶等难以分离的物系以及热敏性物系， 该方法具有明显的优越性。因此，在色谱技术发展过程中，不少化学、 化工专家都致力于色谱技术的放大，使之用于制备和规模化生产。尤其 随着生物工程以及中医药现代化的迫切要求，在相关的领域都面临着大 量的分离纯化任务，制备色谱作为一种快速高效的分离技术，已经引起 世界各国的高度重视。在我国该技术已被列入“863”工程生物技术领域 的攻关项目中。
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。
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萃取液
洗脱液 残余液
洗脱液
流动相
残余液
流动相
样品溶液
样品溶液
t=t0
洗脱液 残余液 萃取液
t=t0+ts/2
洗脱液 残余液 萃取液
流动相
流动相
样品溶液
样品溶液
t=t0+ts
t=t0+3ts/2 三带模拟移动床运行方式
四带模拟移动床
洗脱液 萃取液
流动相
残余液
样品溶液
四带模拟移动床各带的作用
Ⅲ带是组分A的吸附带，该带中的固定相将从该带 低部进入的进样液F和从II带中流上来的溶剂中的组 分A吸附， 从该带的顶部流出富含组分B的残余液R。 Ⅳ带是组分B的精制带和流动相的部分解吸回收带。 从Ⅰ带进入的仅含有洗脱剂D的固定相进入IV带与III 中过来的含B+D的溶液接触，组分B被吸附。吸附 组分B的固定相在下一个切换进入III带，干净的洗脱 液从Ⅳ带顶部流出，进入Ⅰ带，形成连续逆流循环 操作 。
生物质中具有某种特殊功能的一个成分或一 组成分。
例如：绿色抗癌药物紫杉醇就是从紫杉树的 皮和叶中提取分离出来的有效成分；治疗心 血管疾病的银杏黄酮就是从银杏树叶中提取 分离出来的有效部位；
2 纯化生物质有效成分或部位的必要性
生物质的有效成分和部位是生物体中含量甚
微，但却有特殊功效的组分。当人们利用它 们的特殊功效时，不能将生物体中的其它大 量无用甚至有害的组分也一同混用，所以必 须纯化。
5.1批处理色谱的规模化（柱式固定床色谱分离）
批处理色谱即间歇制备色谱，是在分析型色谱的基础上，通过放大色 谱柱、增大进样量来提高分离能力，进行工业大规模生产而建立起来的 一种用大直径柱分离物质以得到大量纯组分的分离技术。图2.2就是这种 分离过程的模型。
固 定 床 是 床 层 及 进 出 样 口 不 动
4 模拟移动床色谱分离技术
在各种新型分离技术中，模拟移动床色谱技 术因其既有实现高精度分离又有实现规模化 的能力，成为生物成品或中间体的规模化精 细分离的关键技术。
4.1色谱概念
色谱法是分离混合物，提纯物质以及结构同
一性鉴定的有效方法之一。1903由俄国植物 学家Tswett等创立。
为谱 种 析对 带 个 叶 在 油 柱 碳 溶 取 色法 分 。混 ， 具 色 玻 醚 ， 酸 液 出 谱， 离 当合 然 有 素 璃 加 然 钙 ， 来 。分 方 时物 后 不 就 柱 以 后 的 通 的 让 离法 进按同被内冲用细过色从 出命 行谱颜分的洗纯长一素绿 的名 鉴带色离植，净的根石叶 谱 为 将定 颜 的 成 物 结 的 玻 填 油 中 带 色 这分 色 谱 几 绿 果 石 璃 满 醚 提 Tswett Tswett
5.2.3模拟移动床系统
在模拟移动床系统中，整 个吸附床层由若干个互相 连接的色谱柱组成。 固定相在小柱中不动，小 柱也不动，但进出样口沿 流动相的流动方向有次序 的移动，从而有效的模拟 了固定相与流动相的相对 逆流流动。
洗脱液 萃取液
流动相
残余液
样品溶液
萃取液
洗脱液 残余液
流动相
样品溶液
产品A
双组分移动床吸附图解法
移动床的优缺点
优点是连续色谱由于使用了连续进样，使填
料得到了充分利用，降低了溶剂消耗量，提 高了产量，还可实现自动化操作。 缺点是用填料本身的移动来实现逆流操作， 吸附剂的磨损是很严重的，填料的不均匀性 以及大的空隙率使传质效率也大大降低，而 且由于密封的问题压力不能太高，流速不能 高，从而限制了移动床的发展，这种概念仅 仅在石油工业中有所应用。
3 研究生物质有效成分或部位纯化技术的必要性
生物质有效成分和有效部位成品或中间体的工程化精细分离 的难度比一般化工产品大得多。原因： 第一，因为产品在粗产物中浓度通常很低，需处理的物料往 往是成分复杂的粘稠的多相体系，因此，无论在热力学特性， 流变学特性以及流动、传热、传质等方面，生物体系与一般 化工体系相比都要复杂得多。 第二，对生物制品要求高纯度、无色、结晶以及能长期保存 等。 第三，生物制品多为活性组分，耐温性差，在深加工过程中 多次分离、浓缩会造成收率低、步骤多、过程复杂等缺点。 综上所述有必要研究生物成品或中间体的规模化精细分离技 术。
三带系统
如果流动相不循环，IV带可以省略，这样的
模拟移动床系统称为三带系统。 模拟移动床主要是通过PLC控制各接点阀来 实现进样点（F）、进流动相点（D）、出产 品点（E）和出杂质点（R）位置的变换，从 而模拟固定相的逆流，提高固定相和流动相 的利用率，同时实现了色谱分离的连续化。
6.2 模拟移动床的工作原理
四带系统
模拟移动床系统根据其结构主要分为三带、四带和多带系统。 模拟移动床中两个输入口和两个输出口将整个系统分割成几 个流速不同的带， 洗脱液D入口与萃取液E出口之间的区域称为洗脱带I； 样品溶液F入口与萃取液E出口之间的区域称为一精带II（第 一精馏带）； 样品溶液F入口与残余液R出口之间的区域称为吸附带III； 在残余液R出口与洗脱液D入口之间的区域称为二精带IV （第二精馏带）， 这样的模拟移动床系统称为四带系统。
I带是强吸附组分A的解吸带，新鲜的流动相D，从该带底部 进入，与固定相逆流接触，将吸附的组分A全部冲洗出来， 从而在该带的顶部得到萃取液E（2+D），同时一部分满足 分离条件的产品回流进入II带。 II带是组分A的精制带。该带中吸附有弱吸附组分B和强吸附 组分A的固定相与I带流上来的仅含有A+D的流动相接触，两 组分在流动相和固定相中再次分配。由于固定相对组分A的 吸附能力强，固定相中被吸附的组分B逐步被后来的A+D溶 液中的组分A所置换，经过多次反复的吸附、置换、解吸， 组分B渐渐减少直至全部置换出来。随着两相的逆流流动， 向上流动的液体成为含组分B浓度高的溶液，而吸附组分A 较多的固定相在下一个切换进入解吸带I。
固定床制备色谱的优缺点 缺点
优点
操 作 不 连 续 ， 原 料 的 处 理 量 较 小 。
产 品 的 浓 度 低 ， 增 加 了 回 收 投 入 ；
溶 剂 消 耗 大 ，
分 离 效 率 高 ，
床 层 和 吸 附 剂 的 利 用 率 低 ，
适 合 热 敏 性 物 系 。
4.5 高效液相色谱法
与低压液相色谱相比高效液相色谱的特点： 固定相的颗粒直径 小且均匀，满足柱 效高的要求； 系统压力大，固定 相要有 一定的强度 和刚度，防止在高压 下变形和压碎； 效率高，柱效高和速率快。
5 生产规模的色谱系统
色谱是一个建立在吸附、分配、离子交换、体积排阻等基础上的分离过 程，它利用不同组分在相对运动、相互不溶的两相中的（其中相对静止 的相称固定相，而另一个相对运动的相称为流动相）吸附能力、分配系 数、离子交换能力、亲和力或分子大小等性质的微小差别，经过连续多 次在两相间的质量交换，使不同组分得到分离。 色谱分离过程的特点是分离效率高，无需加热和能耗低，对于那些用传 统分离方法如蒸馏、萃取及重结晶等难以分离的物系以及热敏性物系， 该方法具有明显的优越性。因此，在色谱技术发展过程中，不少化学、 化工专家都致力于色谱技术的放大，使之用于制备和规模化生产。尤其 随着生物工程以及中医药现代化的迫切要求，在相关的领域都面临着大 量的分离纯化任务，制备色谱作为一种快速高效的分离技术，已经引起 世界各国的高度重视。在我国该技术已被列入“863”工程生物技术领域 的攻关项目中。 为了适应精细化工、生物化工产品分离的需要，人们研制出多种生产规 模的色谱系统。它们根据操作过程的特性可分为：批处理色谱(Batch Chromatography Process )和连续色谱（ Continuous Chromatography Process ）。
辽宁科技大学应用化学专业新技术专题报告
模拟移动床色谱分离技术 在生物质有效成分纯化中的应用
物理化学教学团队
高丽娟
1.基本概念
生物质：是植物通过光合作用生成的有机物，是地球上最广
泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物以及由这些 有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。
生物质有效成分或有效部位
5.2.1移动床系统
移动床是因床层在连续移动而得名；逆流是固定相和流动相作逆向运动 而得名。 在移动床系统中，流动相在泵的作用下由下往上流动，而填料依靠重力 作用向下移动，柱的中部连续进料，分离结果弱吸附组分从塔顶流出， 而强吸附组分在固定相作用下从塔底流出。
固定相方向
流动相方向
B
A+B
A
产品B
原料A+B
6 模拟移动床色谱系统
6.1
SMB带结构 6.2 SMB的工作原理
6.1 SMB带结构
SMB是柱的串联系统，其流路特点是流体的注入点 和流出点都是多点，即多进，多出，一般来说是两 进（样品进入和流动相进入），两出（目标物流出 和残余液流出）。 SMB流路这种特点造成SMB的区带结构，因为流路 中进口与出口两侧流速不同，在进样口两侧组分浓 度也不同。若将流速相同的区域看成一个带，SMB 流路系统被进出口结点分成了几个带，因此SMB是 一个多带的流路。 通常的SMB为四带结构。按文献习惯，一般地，将 进样口后面的出口称为萃取液出口，而将进样口前 方的出口称为残余液出口。
4.2 色谱分类
色谱自从1903年诞生后逐步发展完善。 1935年，Adams和Holmes合成了离子交换剂并用于色谱分离，从而诞 生了离子交换色谱。 1941年Martin和Synge设计了一个萃取容器，将乙酰化氨基酸从水相中 萃取到有机相，使其离析出来。不久又用填充颗粒硅胶的色谱柱代替这 种萃取器，奠定了溶液分配色谱的基础。 1944年Consden等人将纤维纸做成滤纸形式，利用毛细管作用使溶剂在 滤纸上移动。由于混合物中各组分在两相中溶解度的差异使它们以不同 速率穿过滤纸，从而得到分离。由此而创立纸色谱法。 1952年，Jomes和Martin在惰性载气表面涂布一层薄而均匀的有机化合 物液膜，并以气体作冲洗剂，从而产生了气-液色谱。 1953年，Janak根据某些固体物质能吸附气体而发展了气-固色谱法， 1959年，Porath和Flodin提出了大小排阻色谱法，其原理是基于柱内多 孔填料对大小不同的分子具有选择渗透作用。 20世纪60年代早期，Giddings等将气-液色谱重要理论用于液相色谱，同 时出现了高效能液相色谱填料，到60年代末，Kirkland等研制了高效液 相色谱仪。使液相色谱的分离效率和速度大大提高。