[发明专利]一种采用流动相独立环外置换的温度梯度模拟移动床装置及其分离方法

说明书

本发明公开了一种采用流动相独立环外置换的温度梯度模拟移动床装置及其分离方法，其技术方案要点是：包括色谱柱、加热器、高压流量泵、连接管路以及若干阀门、进料罐、缓冲罐，分离方法上，将较低温度的原料连续地通过进料口引入系统，将较高温度的洗脱剂连续地引入洗脱口；在萃取口和萃余口分别收集纯化的强吸附组分和重吸附组分，沿着流动相流动方向切换物料进出口位置，实现流动相与固定相的反方向运动，特别是在洗脱区和洗脱口相连的、具有较高温度的色谱柱被切换后不直接进入传统的IV区或III区，而是先在环外由低温的流动相进行置换，在下一个切换才进入IV区和III区，置换出的流动相经加热器升温后进入高温洗脱剂缓冲罐。

技术领域

本发明涉及生物和化工领域领域，尤其涉及一种采用流动相独立环外置换的温度梯度模拟移动床装置及其分离方法。

背景技术

SMB技术最早由Universal Oil Product提出，并被用于从C8芳香烃混合物中纯化对二甲苯，即PX(US Patent 2985589，1961)，另一个商业化的大规模应用则是果糖和葡萄糖的分离。得益于近年来新型固定相材料的发展，SMB的应用被拓展到精细化学品、手性对映体和生物产品的分离和纯化。SMB作为一种分离装置和方法是公知的(林炳昌，模拟移动床色谱技术，化学工业出版社，2008；Traub H S,Preparative Chromatography,Weinheim,Germany,2005；Nicoud R M,Chromatographic processes:modeling,simulation anddesign,Cambridge University Press,United Kingdom,2015)。SMB设备由若干串联的色谱柱组成。一个典型的双组分拆分SMB装置有两个物料出口，即萃取口和萃余口，分别用于收集强吸附组分和弱吸附组分；两个物料进口，及进料口和洗脱口，分别连接待分离原料和洗脱剂。这些进出料口将色谱柱分为三或四个操作区，习惯上称为I区到IV区。每个操作区各自具有不同的功能：I区位于洗脱口和萃取口之间，IV区位于萃取口和进料口之间，分别回收固定相和流动相；III区位于进料口和萃余口之间，主要是保留强吸附组分，从而与弱吸附组分分离；II区位于萃取口和进料口之间，负责把残留的弱吸附组分洗脱，重新进入III区。其中IV区是可选的。所有色谱柱由管路串联，与进出料口共同构成环路，按照IV区是否直接与洗脱口连接，分为闭环和开环。环路的特征在于，其中任一色谱柱的进口或出口中的至少一个与相邻色谱柱连通。

传统上，SMB为恒温、恒组成操作，也就是所有操作区具有相同的吸附强度。但是，根据如前所述不同操作区的功能，低吸附强度更有利于I区和II区，而高吸附强度更有利于III区和IV区。因此，可以通过引入一个吸附强度的梯度来提升SMB在设备产量和溶剂消耗等方面的性能。相对于溶剂梯度，能量驱动的温度梯度可以简化下游溶剂分离纯化步骤。

在SMB上实现温度梯度，可采用直接和间接两种模式(Adsorption,2005,11(1)579–584；IndustrialEngineering Chemistry Research,2007,46(22)7208–7220；AIChEJournal,1993(3)471-492)。直接模式使用夹套来改变柱温，但受限于有限的径向传热效率，无法用于大规模生产。一种间接模式采用柱间换热器来调节每根柱子的进料温度。然而，这种模式不但比较复杂，无法在现有设备上进行改造升级，而且换热器中额外死体积所带来的的混合过程也会降低分离效果。另一种间接模式则通过调控进料液和洗脱剂的温度建立温度梯度(中国发明专利，201110432680.0)，也被称为内部温度梯度SMB(ITG-SMB)。研究表明(Journal of Chromatography A,2018,1513,131-142)，虽然ITG-SMB可以有效提高设备产率，但高温的I区色谱柱切换后进入IV区，无法充分发挥IV区的溶剂回收功能，导致溶剂消耗增加。如果高温区进一步切换入III区，还会降低III区的重吸附组分保留功能，不利于提高设备产率。

发明内容