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连续层析除盐
栏目:技术知识库 发布时间:2020-04-28
当含有A、B两种待分离组分的混合料液,由上部加入到装载有固定相(一般为树脂)的层析塔中,在由上至下连续加入的流动相(一般为水)推动力作用下,料液中的A、B组分就会因其与两相的亲和力不同而实现分离。


这个过程类似于龟兔赛跑,乌龟代表与固定相亲和力强的组分(慢组分),兔子代表与固定相亲和力弱的组分(快组分),随着时间的延长,乌龟和兔子最终将在终点线处分离开。

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20世纪60年代,工业化层析装置实现了从批处理到连续化操作的升级这极大地拓展了层析分离技术的应用领域和范围。


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层析分离的连续化操作原理


如何实现连续化生产,层析技术的研发科学家想到一个办法,其基本理念可简单描述为让乌龟和兔子在传送带上赛跑,传送带的旋转方向与乌龟和兔子的奔跑方向相逆,且旋转速度介于乌龟和兔子之间,这样乌龟(代表慢组分)和兔子(代表快组分)便能实现连续地分离。


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怎样实现类似于传送带逆向旋转的效果,科学家们最直观想到的是使固定相(填料)逆向循环,这在工业上其实岩允迪郑蛭岽刺盍夏ニ稹⒁合喾植疾痪戎疃辔侍狻


可以把一台层析塔分成若干段,在段与段间均设置进出料阀,通过这些阀门周期性地切换来模拟实现固定相逆向循环的效果,此即模拟移动床层析技术(SMB)诺华赛公司ApplexionTM SC技术即是在此基础上开发而来。


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层析分离技术在工业脱盐上的应用


2.1工业脱盐


在化工生产过程中,当生产装置主反应过程有盐产生或中间过程有盐生成或加入时,无论是无机盐还是有机盐,这些盐最终均需作为副产物或杂质去除。


在多数情况下,这些在体系中存在的盐因其含量高、成分复杂等原因难以有效地与产品分离,或者分离过程会带来更加棘手的设备问题和环境问题。


随着国家安全环保标准的逐渐提高,探寻清洁高效的脱盐工艺已成为众多企业的努力方向。层析脱盐过程中无需额外加入任何化学品,且操作安全稳定、运行成本优势明显,这些特点在当今的经济政策环境下显得尤为宝贵。


2.2工业脱盐工艺


化工产品的脱盐工艺主要有:离子交换电渗析层析分离工艺,依据不同的工况条件,这些工艺均有其各自的适用性。


离子交换工艺适用于低含盐物料的脱盐,通常电导率在2000us以内较为适宜。


优点:离交工艺脱盐非常彻底,离交脱盐后物料电导率可低至1-2us。


缺点:当盐含量较高时,由于该工艺需要大量的酸碱再生树脂,会产生大量的废水,因此并不是最佳选择。


电渗析工艺适用于中等盐含量的物料脱盐,一般物料电导率在10,000us-20,000us最为适宜。


优点:电渗析工艺通过电场作用及离子交换膜的选择性,将盐分从物料中去除,过程中只需消耗电能而无需消耗任何化学品。


缺点:相对于离交工艺,脱盐不是很彻底,通常仅可脱至电导率为1000us左右,再用离交进行深度脱盐;此外,电渗析工艺在盐含量很高时,不仅电耗较高,而且会降低目标产品的收率。


层析分离工艺适用于大规模高含盐产品的脱盐


优点对于某些化学合成的产品,合成液中目标产品与盐的比例可高达1:1甚至1:2,此时,无论离交工艺还是电渗析工艺,均已不再适用,而此时层析分离工艺的优势会变得尤为明显。


该工艺无需消耗任何化学品,也无需消耗电能,只需在分离过程中加入一定量的去离子水作为洗脱介质,即可实现目标产品与盐的分离。


目前该工艺已经非常广泛地应用于生物化工及食品行业的大规模装置中,如万吨级氨基酸、有机酸的生产及糖蜜回收等领域。

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2.3层析分离技术进行工业脱盐的原理


层析分离依据的机理为混合物中不同组分因其物理?化学性质不同而在层析塔中的固定相(一般为树脂)与流动相(一般为水)间产生的不同的亲和力,盐类与中性分子(如氨基酸、有机酸、多元醇等)的分离可以说是该分离机理的典型应用,因为盐类在流动相中解离出的电荷会与固定相上负载的离子产生排斥作用而中性分子则不会(如图4所示),这样就使得盐类能更快地流出层析塔,从而实现与中性分子的有效分离。



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