模拟移动床色谱(SMBC)..
模拟移动床
研究进展
1.20世纪60年代发展起来的，主要用于石油 化工产品的分离;
果糖因不易导致高血糖、肥胖、龋齿而被重视； 工业化常采用淀粉做原料，利用固定化葡萄糖异构酶转 化，一般含有42％果糖和58％葡萄糖，成为果葡糖浆； 葡萄糖与果糖互为同分异构体不易分离，因此，果葡糖 浆中分离纯化果糖需要用精细分离技术；
本研究利用模拟移动床技术成功的将果糖与葡萄糖分离， 制备出99%以上的高纯果糖。
目前，我国生物、药物及农副产物中活性化合物的色
谱分离纯化使用的是工业制备色谱。
存在的瓶颈问题是：分离成本高 、制备效率较低、设 备造价高。
为了改变这种现状，开始注重研究模 拟移动床色谱 分离技术（SMB）的应用。
SMB 的特点
• 可连续分离操作； • 可根据生物、药物活性成分的种类调试不同的分离方 法（层析、离交、吸附等等）； • 制备效率高，提纯效果较一般工业制备色谱分离高出 40%。 • 运行成本低，使加工成本降50%，甚至80%。
（四）SMB分离纯化肝素钠的应用技术研究
肝素钠（heparin）是重要的生物药品。我国是世界上粗
品肝素钠的主要出口国
低效价、低附加值——加工技术和装备水平达不到要求。 本研究利用模拟移动床色谱分离设备，研究了肝素钠的 纯化新工艺。
展望
SMB技术是一种先进的分离技术，但是由于其系统 配置 及操作参数的确定较为复杂，且长期为国外专利 所垄 断，售价极高，限制了它在我国的推广利用。 随着生命科学、生物技术和医药技术的快速发展， 各种高附加值的活性成分需要研究开发，越来越多的单
模拟移动床
r r
颗粒度 粒径分布 吸附性能(或交换容量) 装填方式
黑龙江省农产品加工工程技术研究中心 /
模拟移动床色谱分离技术
工业色谱的分离介质
固定相 种类
•活性炭 •硅胶(包括化学 键合相硅胶) •分子筛 •活性氧化铝 •多孔玻璃 •多孔氧化锆 •多孔二氧化钛
•大孔吸附树脂 •离子交换树脂
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模拟移动床色谱分离技术
工业色谱的特点
分析色谱
低进样量 分离度、灵敏度尽可能高 色谱峰形较对称 色谱柱压降大 溶剂废弃
工业制备色谱
过载 适当的分离度 峰形不对称 柱压降适中 溶剂回收 追求最低成本
体分离、手性化合物分离等方面。
报告人：张丽萍 教授 E-mail：ZLP57@
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模拟移动床色谱分离技术
研究进展
国际上糖醇工业中多数采用了SMB分离技术。
模拟移动床色谱
并利用SMB进行脱色、除蛋白、离子交换和脱盐等。
报告人：张丽萍 教授 E-mail：ZLP57@
黑龙江省农产品加工工程技术研究中心 模拟移动床色谱分离技术 黑龙江省农产品加工工程技术研究中心 /
模拟移动床色谱分离技术
工业色谱应用的基本原则
以纯度、最低成本为出发点 在四大要素之间寻求平衡点
模拟移动床色谱
SMB通过料液进出口位置的依次、定时移 动实现分离设备的模拟移动。
报告人：张丽萍 教授 E-mail：ZLP57@
黑龙江省农产品加工工程技术研究中心
模拟移动床色谱分离技术
研究进展
离纯化使用的是工业制备色谱。
模拟移动床色谱
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
（二）甜叶菊甙分离纯化的工艺技术研究
——甜菊糖甙是含8种成分的双萜糖甙的混合物， 天然无热量高倍甜味剂。 ——甜叶菊甙的常规制取方法中需要经过脱盐、脱 色和吸附三步处理。 ——本研究利用多功能模拟移动床小试设备对甜叶 菊甙粗提液进行分离和纯化技术参数摸索。
（三）果葡糖浆中的果糖分离技术研究
研究进展
1.20世纪60年代发展起来的，主要用于石油 化工产品的分离;
2.1969年，美国UOP公司（环球石油公司）将SMB分离技术用于分离对 二甲苯和间二甲苯; 3.1993年，法国Seperex公司将SMB分离技术用于药物和精细 化工领域; 4.近些年，SMB分离技术研究主要集中在糖类分离、同分异构 体分离、手性化合物分离等方面。
运行成本低。
关键技术：多通旋转阀、槽道外臵结构、料
液分配器的制造技术 。
创新性：多功能性—柱层析、离子交换和
梯度洗脱；可进行批处理分离操作；具有 连续离子交换、连续色谱分离等5项功能。
SMB应用前景
功能性物料制备（皂甙、异黄酮、糖甙……） 高纯度食品配料、食品添加剂（果糖浆、低聚木糖 ……） 医药 石油…… 化工……
模拟移动床（SMB）应用研究进展
组员：丛 畅- 熟悉资料、准备答辩 孙婉婷 - 查找文献、收集资料 张 倩- 整理资料、制作ppt
模拟移动床色谱
• 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。
（四）SMB分离纯化肝素钠的应用技术研究
色谱分离与拆分新技术
色谱分离与拆分新技术（一）色谱分离从20世纪80年代起色谱法成为立体异构体分离中的一个主要方法，气相色谱（gaschronmatography,LG）、液相色谱（liquid chromatography,LC）超临界流体色谱（sepercritical fluid chromatography,SFC）和分子烙印法（molecular imprinting,MI）等色谱手段在立体异构体分离中均有应有。
利用色谱方法分离手性药物或手性中间外消旋体，不仅广泛用与立体异构体的含量分析，而且在工业生产中发挥着重要作用。
LC分离立体异构体，可分为间接法和直接法。
间接法又称手性试剂衍生化法，手性试剂衍生法指外消旋体与一种手性试剂反应，形成非对映异构体，可用普通的正相或反相柱分离，衍生化还可改善色谱性能及增加检验灵敏度。
列如（+）萘普生（4——15）与（-）-a-笨基-b-羟已胺、（-）-a-苯已胺或（-）-丝氨酸甲酯反应生成（+-）-萘普生酰胺，经高效液相色谱分离，拆分收率接近定量。
直接法又分为手性固定相法（chiral ststionnal phase,CSP）手性流动相添加剂法（chiral mobile phase，CMPA）。
其中CSP应用较多，已发展成为吨级手性药物拆分的工艺方法。
手性固定相可分为蛋白质类键合相、手性聚合物相、环糊精相、氢键和电荷转移类键合相配位基交换相等。
手性固定相与被拆分的外消旋体相互作用，形成一对非对映异构体，亲和力有差别，即其中之一被拆分的比较牢固，而另一个比较弱，因此，再洗脱过程中，吸附弱的对映体比较容易通过色谱柱而先被洗脱出来，吸附牢固的对映体洗脱速度较慢，从而达到拆分的目的。
（二）拆分新技术1.模拟移动床色谱在色谱柱中，流动相带着样品向前移动通过固定相，样品中的各个组分与固定相的亲和力不同，如果色谱柱足够长，即可达到各个组分分离的目的，这是固定床色谱的的工作过程。
如果固定相同时向后坐相对移动，则意味着可以缩短柱长，这是模拟移动床色谱（simulated moving bed chromatography,SMBC）的工作原理,SNBC是介于固定床和移动床之间的操作方式。
模拟移动床色谱(SMBC)
不是越高越好, 实际应用中尚需考虑其他如浓
度、运行成本等综合指标。
•
2.分离纯度和分离浓度
• 由于不同物质的性能不同, 或原料进料时的含量不同, 所以不同物质 的分离纯度有所区别。
• 分离液保持比较高的浓度, 可降低后处理的能耗。在进料进解吸剂比
例相同的情况下, 进料浓度越高, 出料浓度就会越高, 相应浓缩或蒸 馏需要的能耗就越低。
• 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
分离效果有利。
b.与分离效果有关的指标 1. 分离强度
单位时间内一定体积的分离剂能处理的原料的干物重,
称为分离强度。
不同的分离剂, 对相同物质的分离, 其分离强度是不同的。同样地, 相 同的分离剂, 对不同物质的分离, 其分离强度也不同的。分离强度并
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
• 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。
模拟移动床色谱分离技术
5.2.3模拟移动床系统
在模拟移动床系统中，整 洗脱液
萃取液
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
流动相
柱也不动，但进出样口沿
流动相的流动方向有次序 残余液
样品溶液
的移动，从而有效的模拟
萃取液
了固定相与流动相的相对
逆流流动。
洗脱液 残余液
流动相
样品溶液
6 模拟移动床色谱系统
5.2.2移动柱系统
移动柱系统是固定相装在色谱柱中，相对柱 管的位置不动，进出口位置也不变，但把整 根柱切成很短的小柱，整个小柱在移动。
移动柱系统通过柱的移动来代替填料的直接 移动，克服了真正逆流移动床色谱系统的不 足，但其本身有不可逾越的缺陷，即在较高 的系统操作压力下，在移动的色谱柱与静止 的进、出口之间很难实现可靠的机械密封。 正是在这种情况下，模拟移动床应运而生。
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。
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。
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来自间体的规模化精细分离技 术。4 模拟移动床色谱分离技术
模拟移动床色谱简介
图12
模拟移动床色谱分离原理示意图
第四章 模拟移动床色谱应用
工业手性药物大规模拆
1.工业化应用于建造每套10万吨规模的从C8链烃混
合物中分离对二甲苯的装置；从支链和环状烃烯中分 离直链烃等。 2.从玉米糖浆中分离果糖有机酸药品及同分异构化 合物的提纯。但SMB的主要缺点是所得到的产品液的浓 度低于进料液的浓度而在生化工业中几乎所有发酵液 中的产品浓度都很低 (0.1%~10%)这给SMB技术在生化 领域中的应用带来了困难，Ching和Ruthven曾经开发 了可获取高浓度产品的非等温操作SMB系统， 3.从柠檬酸发酵母液中分离柠檬酸 目前，国内柠檬酸行业还都是采用钙盐沉淀法精制 柠檬酸，少数厂家采用吸交法精制。要实现连续的高 效的低成本的低污染精制工艺，采用逆流色谱的模拟 移动床技术是很有潜力的方案之一。
思考题：
关于加入 一只猎兔 犬的问题？
图8 移动床色 谱分离原 理示意图
第三章 模拟移动床色谱简介
模拟移动床色谱把一个长的色谱柱分成若干小的色谱 柱，各柱之间首尾相连，由进样点、两个采出点以及洗脱 液输入点把所有的色谱柱分成了4组（分区）。t为给定的 一个切换时间，选择好进样点、两个采出点和溶剂输入点， 在经过了t时间后各点分别沿着溶剂流动的方向，向下一个 柱子推移，这样循环往复就形成了固定相向相反方向的虚 拟流动，从而实现了与真实移动床色谱相近的分离效果． 按照上述模拟移动床色谱的工作原理，把小色谱柱组 装成简易的模拟移动床色谱装置，如图6所示．简便起见，
各个分区分别完成不同的功能．分区IV主要用来吸附 多余的没有采出的组分A；分区皿主要吸附组分B；分 区11用来洗脱组分A；分区I主要用来洗脱没有采出的 组分B． 移动床色谱虽然有可连续操作和分离效果好的特 点，但是在实际操作中实现固定相的流动非常困难， 而引人模拟移动床思想就能够很好地解决固定相实际 流动困难的问题．它可以在固定相不动的情况下，通 过一定的切换序列，模拟出固定相和溶剂间相对流动 的效果。
模拟移动床色谱_SMB_技术在食品工业中的应用_孙菲菲
模拟移动床色谱(S MB)技术在食品工业中的应用孙菲菲,崔波＊,张晓旭(山东轻工业学院山东省轻工助剂重点实验室,济南 250353) 摘 要:模拟移动床色谱(S i m u l a t e d M o v i n g B e d C h r o m a t o g r a p h y,简称S M B)技术是一种高效的现代化分离技术。
该技术具有分离能力强、设备体积小、投资成本低、环境污染少、便于实现自动控制等优点,特别有利于分离热敏性物质及难分离的物系。
目前,国际上几个主要发达国家如美国、法国及德国都已出现了提供模拟移动床技术的产业,如美国的U O P、A S T,法德联合建立的N O V A S E P,上述公司对这一领域的关注与投入,说明这种规模化精细分离技术对未来的化工、药物和食品生产的重要意义和商业价值。
该技术最早应用于石化领域,近年来,越来越受到工业界和研究者的关注,在食品工业中的应用研究不断深人。
本文介绍了模拟移动床色谱技术的发展历史及其工作原理,综述了S M B技术在糖类、氨基酸、玉米须黄酮及辣椒碱等的分离中的应用并对其前景进行了展望,以期为相关研究提供参考。
关键词:S M B;分离;原理;应用中图分类号:T S201.1 文献标识码:A 文章编号:1006-2513(2011)03-0201-05A p p l i c a t i o no f S M Bt e c h n o l o g y i nf o o di n d u s t r yS U NF e i-f e i,C U I B o＊,Z H A N G X i a o-x u(S h a n d o n g P r o v i n c i a l K e y L a b o r a t o r y o f F i n e C h e m i c a l s,S h a n d o n g I n s t i t u t e o f L i g h t I n d u s t r y,J i n a n250353)A b s t r a c t:S i m u l a t e dM o v i n gB e dC h r o m a t o g r a p h y i s a n e f f i c i e n t m o d e r n s e p a r a t i o n t e c h n o l o g y.T h e r e a r e m a n y a d v a n-t a g e s i nt h i s t e c h n o l o g y,s u c h a s s t r o n g e r s e p a r a t i o n a b i l i t y,s m a l l e r e q u i p m e n t,l o w e r c o s t s,l o we n v i r o n m e n t a l p o l l u-t i o n,a n d e a s i e r t o r e a l i z ea u t o m a t i cc o n t r o l,p a r t i c u l a r l y b e n e f i t t h e s e p a r a t i o no f h e a t-s e n s i t i v ea n dt h ed i f f i c u l t t o s e p a r a t e m a t e r i a l s.N o w,i ns o m e d e v e l o p e d c o u n t r i e s,s u c h a s t h e U n i t e d S t a t e s,F r a n c e a n d G e r m a n y,o S M Bt e c h-n o l o g y h a v e a l r e a d y a p p l i e d i n t h e i n d u s t r y,l i k e U O P,A S Ti nt h e U n i t e dS t a t e s,a n d N O V A S E Pi n F r a n c e a n dG e r-m a n y.T h e a t t e n t i o n a n dd e v o t i o n o f t h e t e c h n o l o g y b y t h e c o m p a n i e s i n d i c a t ei t s i m p o r t a n c ea n d t h e b u s i n e s s v a l u e i nf u t u r e c h e m i c a l e ng i n e e r i n g,m e d i c i n e a n d f o o d p r o d u c t i o n.Thi s t e c h n o l o g y w a s a p p l i e d t o p e t r o c h e m i c a l a t t h e e a r l i e s ts t a g e.I n r e c e n t y e a r s,i t a t t r a c t s m o r e a n dm o r e a t t e n t i o no f i n d u s t r i a l f i e l da n dt h e r e s e a r c h e r s.T h i s a r t i c l e i n t r o-d u ce s t h e h i s t o r y of i t s d e v e l o p m e n t a n d p r i n c i p l e o p e r a t i o n.T h e p a p e r a1s o s u m m a r i z e s i t s a p p l i c a t i o n i n t h e s e p a r a t i o no f c a r b o h y d r a t e s,a m i n o a c i d s,m a i z e s i l k f l a v o n e s a n d c a p s a i c i n,a n d i t s p r o s p e c t s i n f o o di n d u s t r y i n o r d e r t o p r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h e r e l a t e dr e s e a r c h.K e yw o r d s:S M B;s e p a r a t i o n;p r i n c i p l e;a p p l i c a t i o n收稿日期:2011-02-11 ﹡通讯作者资助项目:济南市高校院所自主创新计划项目(N o.200906023)。
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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
分离效果有利。
b.与分离效果有关的指标 1. 分离强度
单位时间内一定体积的分离。
不同的分离剂, 对相同物质的分离, 其分离强度是不同的。同样地, 相 同的分离剂, 对不同物质的分离, 其分离强度也不同的。分离强度并
布将是稳定的。
模拟移动床的技术指标
• a.与设备结构有关的指标
• 1. 色谱柱数量 • SMB 的色谱柱数量是指分离单元的总数量。理论上柱数越多, 分离越精
细, 主产品纯度越高。但柱数越多, 系统的结构越复杂, 反而易造成其
它性能指标的下降。 • 2.柱长、柱径、柱压降
• SMB的柱数确定后,
造成流速的径向滞后,
SMB 在制药行业的应用主要是用于分离手性药物、生物药物
和天然药物。
手性药物种类繁多, 对其的吸附分离要比石化系统中的异构体 分离和糖业中的不同糖类分离复杂得多。
国外已有采用串联SMB 对发酵生产的胰岛素进行分离提纯工
艺; 国内也有用改进的 SMB 分离抗生素替考拉宁。 中药和天然药物作为药物的重要来源, 已经受到各国研究人员
增大柱径是增大进料量的有效途径。但柱径增大会
以及出现流速分布不均匀, 从而造成谱带展宽,
直接结果是主产品含量降低。
• 为克服柱径增大引起的柱效下降的问题 , 均匀时,
一般需要增加柱长。当填充 所以
理论上柱效与柱长成正比。因柱压降也与柱长成正比,
柱长增加也带来柱压降增大。因此,
比。
实际的柱效并不完全与柱长成正
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
不是越高越好, 实际应用中尚需考虑其他如浓
度、运行成本等综合指标。
•
2.分离纯度和分离浓度
• 由于不同物质的性能不同, 或原料进料时的含量不同, 所以不同物质 的分离纯度有所区别。
• 分离液保持比较高的浓度, 可降低后处理的能耗。在进料进解吸剂比
例相同的情况下, 进料浓度越高, 出料浓度就会越高, 相应浓缩或蒸 馏需要的能耗就越低。
Qe, Ql 分别为提余液流量、进样流 量、提取液流量、洗脱液流量 ; Q 为固定相流量。 图2 移动床色谱示意图
分离过程中, 由于固定相是以一定速度往下
移动的, 因此待分离组分将不会像在单柱色 谱中那样随流动相往同一方向移动。只要适
当控制固定相的移动速度, 弱吸附组分A 将
往上移动, 而强吸附组分B 将往下移动。当 系统运行一段时间后, 系统中组分的浓度分
物的分离中显示出其独特性能。
推动模拟移动床色谱研究的力量，源自于手
性药物市场的需求。但是，随着生命科学的 发展，人们越来越认识到，外消旋体药物中
对应异构体的错误使用是一种严重的药物污
染，其毒副作用有时可能比具有医药活性的 对映体的疗效要大得多。“反应停”悲剧就 是一个典型的案例。“反应停”的R-构型是 一种有效的镇静剂，而其S-构型却是一种强 致畸剂，孕妇服用后产生了1万多起畸胎悲剧， 被称为“20世纪最大的药物灾难”。
的重视。对于中药和天然药物中有效成分的分离提纯, SM B将会
起到重要的作用。
国内模拟移动床分离技术的发展前景
近年国内SMB的主要应用领域仍将会是石化行业和
糖醇行业。但精细化工行业和制药行业的应用前景 不容忽视。
对于精细化工行业和制药行业上使用的小型化SMB,
要解决以下三个问题: 减小分离体积、寻找和选择
这些具有不同药理作用的外消 旋体药物就像两种药物，只有将其分为两种单 一的对映体，才能对症下药。在手性药物研发 中，为满足用纯对映体进行生物活性测试、毒 性研究和临床试验的需要，一般而言需要 1Kg 左右的单一对映体药物。与手性药物的化学拆 分法、酶法拆分、不对称合成等方法相比，模 拟移动床色谱具有周期短、成本低、风险小、 分离效率高、固定相利用率高、流动相循环使 用、自动化连续操作等优势，已被国际上公认 为制备规模拆分手性药物 的最有效手段。
模拟移动床色谱 （SMBC）
前 言
SMBC原理 SMBC评价指标 SMBC的应用 SMBC的发展前景
前
言
模拟移动床(SMB)色谱分离技术是20 世纪60 年代发展起来的一 种现代化分离技术, 具有分离能力强, 设备体积小, 投资成本低, 便于实现 自动控制并特别有利于分离热敏性及难以分离的物系等优点, 在制备色谱 技术中最适用于进行连续性大规模工业化生产。 SMB 技术的兴起是化工技术中的一次革新, 其应用范围也不断扩大, 遍及石油、精细化工、生物发酵、医药、食品等很多生产领域, 尤其在同 系化合物、手性异构体药物、糖类、有机酸和氨基酸等混合
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。
我国于 20 世纪 70 年代初开始引进的对二甲苯吸附
分离技术，到目前，我国石油化工系统已陆续引进
了近 10 套模拟移动床吸附分离生产装置，吸附剂总 装填量约 4 000 t，吸附剂也全部由国外进口。利用
模拟移动床技术可以实现石油化工分离的连续性，
提高产品纯度和收率，使原料、副产品得到充分利 用，同时能耗也大幅度下降。
利用 SMBC 技术进行糖的分离，不仅节约了
树脂、洗脱剂用量，提高了生产自动化程度，
而且过程中的排污很少，实现了清洁生产， 有利于环保。当前国内外已有年产万吨果糖
的成套商品化设备。模拟移动床色谱技术还
广泛用于其他糖类的生产中，在其他单糖的 分离中，如木糖和阿拉伯糖以及木糖和葡萄
糖的分离。此外从二糖中分离单糖或是不同
二糖之间的分离也是人们感兴趣的研究应用 之一。
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。