方案摘要
方案下载| 应用领域 | 石油/化工 |
| 检测样本 | 其他 |
| 检测项目 | 其他 |
| 参考标准 | 模拟移动床,SMB,石油化工，三组分，糖分离，天然产物分离 |
模拟移动床色谱是一项十分成熟的技术，已成功应用于石油化工、制糖工业和制药工业，但仍有提升空间。首先，可以从区间结构着手，移除相关区间，这样可简化 SMB，提高生产能力，或者增加相关区间，来实现多组分分离；其次，从操作模式着手，引入新的操作变量，来增加系统自由度，以提高分离性能。目前以江苏汉邦科技为首的国内大型色谱仪器生产企业都可以生产制造从实验室工艺开发到生产的SMB设备。 值得注意的是，多组分分离在实际应用中更为普遍，新型SMB应该在这一领域发挥其优势，目前也已受到一些关注。可以预见，SMB多组分分离技术的理论研究及其工业化应用将是未来 SMB 技术的发展方向。
模拟移动床色谱（Simulated Moving Bed Chromatography,简称SMB）技术，是一种连续的色谱分离技术。它将多根色谱柱首尾相接，通过阀切换周期性的改变物料进出口的位置，模拟固定相与流动相的逆流移动，从根本上提高了色谱分离效率。
SMB的应用起源于石油化工，目前已拓展到精细化工包括食品、药品及天然产物、手性药物分离领域。SMB技术因其特别适合于分离2种或2类化合物，同时具有周期短、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，获得广泛关注。
SMB技术的不断发展使其在色谱分离领域逐渐受到重视，目前最成熟且应用最广泛的SMB工艺是传统的四区和三区工艺，但是它们只适合分离两组分混合物。对于三组分或多组分混合物的分离，需要两级或多级串联，已有研究者从结构和填料模式等方面对SMB做了一系列改进研究，本文将着重探讨分离三组分的以下几种新型SMB工艺。
两级三区串联SMB
两级三区串联SMB有两种形式用于分离三组分混合物。如图1先将（A＋B＋C）分离为（A＋B）和C，再由第二级将（A＋B）分离为A和B；图2先将（A＋B＋C）分离为A和（B＋C），再由第二级将（B＋C）分离为B和C。
图1 两级三区串联SMB形式一
图2 两级三区串联SMB形式二
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五区串联SMB
2012年，在两级三区串联SMB的基础上，浙江大学宁波理工学院危凤等提出了五区串联SMB，这是一种简化的串联SMB工艺，它的目标在于得到三组分混合物的中间保留组分。
对应于两级三区串联SMB，五区串联SMB有2种方式：图3为（4＋3）串联SMB，将1区并入3′区，2、3、4区构成一级分离区，把进料（A＋B＋C）分离为（A＋B）和C，通过支路连接至2′、3′区构成的二级分离区，进一步把（A＋B）分离为A和B；图4为（3＋3）串联SMB，将1′区并入3区，类似的，先把进料（A＋B＋C）分离为A和（B＋C），再把（B＋C）分离为B和C。合并区带使得3区或3′区在不同的时段洗脱出弱保留组分A和强保留组分 C。在仅需得到中间保留组分B时，可以节省一个区带的柱数。
图3 五区串联（4+3）SMB形式
图4 五区串联（3+3）SMB形式
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六区串联SMB
五区串联模拟移动床（simulated moving bed，SMB）可以分离出三组分混合物的中间保留组分，但在实际应用中由于存在支路死体积和返混引起被分离的中间保留组分浓度波的滞后，从而导致一定的回收率损失。基于此，厦门大学龚智宏等在五区串联SMB的基础上提出了六区串联SMB工艺。改进之处是对五区串联SMB的2种方式分别加入了5区和4'区。如此，和五区串联SMB不同点在于：图5中４区的流速可以大幅提高，但控制A不从5区流出；图6中1区的流速可以大幅减小，但控制B能从1区被完全洗脱出。这样，支路的流量能大幅减小，可以同时满足2′区和3′区的流量要求。无论B组分在支路流路的前末端，理论上都没有B组分的损失，在实际应用时，支路的死体积和返混并不会降低中间保留组分的回收率。
图5 六区串联（4+1+3）SMB形式
图6 六区串联（3+1+3）SMB形式
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九区SMB
九区 SMB可以完成3个混合组分的一次性分离。它相当于在一个四区 SMB 之后再并联一个五区 SMB（图7）。由五区SMB单元（区Ⅴ～Ⅸ）先分离出全部的A和部分C，第三个出口流出的 B/C混合液在四区SMB单元中（Ⅰ～Ⅳ区）完全分离。
图7 九区SMB示意图
模拟移动床色谱目前是一项十分成熟的技术，已成功应用于石油化工、制糖工业和制药工业领域，但仍有提升空间。首先，可以从区间结构着手，移除相关区间，这样可简化 SMB，提高生产能力，或者增加相关区间，来实现多组分分离；其次，从操作模式着手，引入新的操作变量，来增加系统自由度，以提高分离性能。目前以江苏汉邦科技为首的国内大型色谱仪器生产企业都可以生产制造从实验室工艺开发到生产的SMB设备。
值得注意的是，多组分分离在实际应用中更为普遍，新型SMB应该在这一领域发挥其优势，目前也已受到一些关注。可以预见，SMB多组分分离技术的理论研究及其工业化应用将是未来 SMB 技术的发展方向。
本文得到浙江大学宁波理工学院危凤教授、大连大学尤慧艳教授、厦门大学许建中教授的研究成果及文献支持，谨此致谢。
参考文献：
[1]模拟移动床改进进料模式提高生产效率的模型化研究(英文)[J]. 危凤,沈波,陈明杰,赵迎宪,邵立平.Chinese Journal of Chemical Engineering. 2010(02)
[2]新型模拟移动床技术进展[J].李敏，危凤.化工进展，2011，30（8）:1651-1657.
[3]模拟移动床色谱技术研究进展[J].翟学萍，齐建平，尤慧艳.化学教育，2018，39（4）:1-9.
[4]支路死体积对五区和六区串联模拟移动床的影响[J].龚智宏，夏金梅，宋磊，许晨，许建中，李军.厦门大学学报（自然科学版），2015，54（4）:455-463.
文献贡献者
SMB在黄酮类分析分离中的应用
SMB在氨基酸中的分析分离应用
SMB在糖类中的分析分离应用
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