固定式模擬移動床色譜分離裝置的製作方法
2023-10-07 05:29:29 2
專利名稱：固定式模擬移動床色譜分離裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種固定式模擬移動床工業色譜分離裝置，尤其是一種多柱組合能實現連續化、自動化生產要求的固定式模擬移動床色譜分離裝置，屬於色譜分離技術領域。
背景技術：
模擬移動床色譜分離法是在離子交換移動床基礎上發展起來的一種先進色譜分離技術。這種分離技術目前已經廣泛地應用於石油化工、醫藥、食品和生化工程等領域，並取得了良好的社會和經濟效益。
20世紀60年代美國universal oil product(uop)公司率先採用模擬移動床色譜法成功地完成了多種液態烴的分離，如從C8芳烴及非芳烴混合物中分離P-二甲苯，從鏈烷烴及烯烴的寬沸點混合物中分離直鏈烯烴，從輕石腦油、煤油、瓦斯油中分離正烷烴等。
1986年美國在佛羅裡達州的萊克蘭創立了先進分離技術公司(Advanced SeparationTechnologic Inc.簡稱AST)專門從事連續離子交換和色譜分離的研究。上述兩種色譜分離裝置已經在美國、法國、日本和加拿大等國的石化、製藥、化工、澱粉糖和胺基酸等工業中應用，且獲得用戶的好評。我國從97年開始在食品、胺基酸行業中引進美國的ISEP裝置，應用於從發酵液中分離提取賴氨酸，澱粉糖精製和糖醇的純化分離等，也取得了較好的技術經濟效果。
1996年法國Separex公司色譜部整合成立了一個新的諾華賽公司，該公司採用模擬移動原理開發了4-8柱多閥自控色譜分離裝置，目前正在我國澱粉糖行業中推廣。
近年來我國澱粉糖行業飛速發展，產品種類日益增多，其中尤以果/葡糖漿產量為最大。然而目前國產的高果糖漿均為第一代產品(果糖含量42％)，在飲料行業中，如「可口可樂」、「健力寶」所用的甜味劑都採用國外進口的果糖含量為55％的第二代高果糖漿。因此，國產42％高果糖漿產品急需更新換代，而製成55％高果糖漿最理想的技術手段就是採用色譜分離技術。而實現工業色譜分離技術的主要技術手段，最理想的設備選型就是採用模擬移動床工業色譜分離裝置。
近幾年，隨著模擬移動床系統設計的發展，新型分離材料品種的不斷出現以及非線性色譜分離數學模型的進一步完善，有力地推動了模擬移動床色譜分離技術的快速發展。
固定式模擬移動床，簡稱FSMB，它與模擬移動床和移動床原理一樣，都是在色譜分離理論基礎上發展起來的色譜分離裝置。色譜分離過程主要是將一種物料中的某種不同組分進行純化分離的操作，它是採用一種對各組分具有不同吸附能力的吸附劑(也叫固定相)作為吸附介質，當含有不同組分(如A、B兩組分的料液，也叫流動相)以一定的速度流過吸附劑床層時，因吸附劑對料液中A、B兩種組分吸附能力的不同，而使強吸附組分A，在吸附床層中滯留時間稍長，向出口方向移動速度較慢；而通過吸附床的弱吸附組分B，則在床層中滯留時間稍短，向出口方向移動速度較快，先於組分A從出口流出，而組分A則遲於組分B一段時間才從出口流出。與此同時，在出口按流出先後順序，分別收集，即可達到A、B兩種組分的色譜分離目的。現在國外發展有單閥單塔(UOP)、旋轉吸附柱(CSEP)和固定柱多閥(Novasep)的模擬移動系統。但它們的結構複雜，成本高，不利於國內的應用和推廣。
發明內容
本發明的目的在於提供一種在現有固定式模擬移動床分離裝置基礎上作出改良設計，以適應國內生產企業生產需要的固定式模擬移動床色譜分離裝置。
本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，它包括有多個裝有吸附劑的吸附柱，所述多個吸附柱的進口與出口分別連通於至少一個由動盤與靜盤組成的分配器，該分配器的動盤由一電機通過一凸輪步進機構帶動作間歇步進轉動。
所述的動盤上開有與吸附柱進口和出口數相對應的流道通孔及與不同工藝流程要求相適應的環槽，每條環槽的槽孔分別與靜盤上的進出料孔相通，在靜盤上同樣設置有與吸附柱進口和出口相對應的流道通孔，靜盤側面通孔分為兩組分別與對應的吸附柱進口與出口連接。
所述的靜盤側面通孔分為按上下兩排等分布置，每排為一組，下排通孔通過外管與其對應的吸附柱進口或出口連接，而上排的通孔同樣用外管與對應的吸附柱出口或進口連接；動盤的側面也設置有可任意改變料流流向，實現多柱串聯、並聯或跨接的通孔。
所述的動盤上面設置有一可產生預緊力使動、靜盤的摩擦面緊密貼合的推力盤。
所述的吸附柱被均布安裝在一環形平臺上，該環形平臺設置在一機架的中部，機架中線下部裝有電機及凸輪步進機構。
本發明與現有技術相比，有如下技術特點一是它可使離子交換和色譜分離過程連續化、自動化，不僅可以提高生產效率，而且可以穩定地控制產品質量；二是它採用多柱逆流循環方式，可以明顯地提高吸附劑的利用率，降低化工原料和洗水量的消耗；三是在運行中，流動相在各區段內以不同的速度連續流動，通過流速調節可以得到較高的產品濃度，因而降低了下遊工藝的濃縮費用，節省能源；四是該裝置的核心組件是一物料分配器，它採用了獨特的結構設計，既不利用柱形旋轉，又不採用多閥控制，同樣可達到逆流模擬移動的效果，實現連續離子交換和連續色譜法對物料不同組分的有效分離；五是該裝置的設計考慮了系統對適應不同物料分離的多樣性和使用、調整的靈活性，只要變換分配器上外接軟管進、出口的連接位置，即可改變物料的分配流程，擴大了裝置的應用領域；六是裝置採用了恆定的進料流速和吸附劑移動速度控制，可以實現穩定的分離譜峰，產品出口濃度恆定；七是該裝置為多柱系統，可以通過改變吸附柱的串並聯方式，來調整流動相和固定相流速，可以獲得最佳的吸附和解吸時間；八是該裝置採用PLC控制連續分離過程中的進出料流量，可以將泵、槽等輔助設備容量減至最小；具有結構簡單，使用方便，成本低，工效高，控制簡單，操作管理方便，適用範圍廣，便於推廣應用等特點。
圖2是本發明的進料狀態分配器內管通道示意圖。
圖3是本發明的進脫附劑狀態分配器內管通道示意圖。
圖4是本發明的循環狀態分配器內管通道示意圖。
圖5是本發明的果糖出料狀態分配器內管通道示意圖。
圖6是本發明的葡萄糖出料狀態分配器內管通道示意圖。
圖7是本發明的FSMB操作原理示意圖。
圖8是本發明的FSMB操作原理又一示意圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明作詳細的介紹附
圖1所示，本發明包括有多個裝有吸附劑3的吸附柱4，所述多個吸附柱4的進口與出口分別連通於至少一個由動盤7與靜盤9組成的分配器8，所述的動盤7上面設置有一可產生預緊力使動、靜盤的摩擦面緊密貼合的推力盤10。分配器8的動盤7由一電機通過一凸輪步進機構5帶動作間歇步進轉動。所述的動盤7上開有與吸附柱4進口和出口數相對應的流道通孔及與不同工藝流程要求相適應的環槽，每條環槽的槽孔分別與靜盤9上的進出料孔相通；在靜盤9上同樣設置有與吸附柱4進口和出口相對應的流道通孔，靜盤9側面通孔分為兩組分別與對應的吸附柱4進口與出口連接。所述的靜盤9側面通孔分為按上下兩排等分布置，每排為一組，下排通孔通過外管13與其對應的吸附柱4進口或出口連接，而上排的通孔同樣用外管14與對應的吸附柱4出口或進口連接；動盤7的側面也設置有可任意改變料流流向，實現多柱串聯、並聯合跨接的通孔12。
本發明所述的吸附柱4被均布安裝在一環形平臺2上，該環形平臺2設置在一機架1的中部，機架1中線下部通過主軸6裝有電機及凸輪步進機構5。
圖1所示為在環形平臺上沿周均布安裝20個裝有吸附劑3的吸附柱4。吸附劑的種類可以根據不同分離目的的要求，通過小型實驗進行篩選，可以使用如離子交換樹脂、凝膠、大孔型吸附樹脂、矽膠或活性炭等。所述的凸輪步進機構5作為本裝置的驅動系統，通過主軸6的轉矩，帶動分配器的動盤7沿反時針方向間歇步進，完成每一循環的物料、產品進出的分配任務。設置在機架1上部的分配器8是本裝置完成色譜分離任務的重要組件，也是本發明的核心技術之一。分配器靜盤9用合金鋼材料製成，動盤7由高密、高強石墨製造並組成摩擦副，採用推力盤10所產生的預緊力使動、靜盤的摩擦面緊密貼合，防止料流從密封面處洩漏。靜盤9是浮動安裝在機架1上，能在動盤7偏壓的情況下可以自由調整自身位置，始終與動盤保持恆定的端面比壓。圖1中還有機座11、給水管15和排水管16。
在動盤7上開有40個流道通孔和環槽，每條環槽的槽孔分別於靜盤上進出料孔相通。動盤7側面通孔可通過外管12接口的自由變換，任意改變料流流向，即可實現多柱的串並聯和跨接等方式，以適應多種不同工藝流程的要求，如此即可擴大FSMB的應用範圍。
在靜盤9上同樣設置有40個流道通孔，靜盤側面通孔按上下兩排等分布置，下排20個孔分別通過外管13與其對應的吸附柱進口連接；上排的20個通孔，同樣用外管14與對應的吸附柱出口連接，使料流在系統中形成有規律的預吸附劑逆流接觸，實現連續的循環流動。動盤和靜盤上的環槽和通道，主要作用是使色譜分離系統中的各種料流實現有組織的循環，同時完成物料對各個吸附柱的定時、定量分配任務，通道途徑的組成隨不同工藝要求而定，但就雙組分或三組分物料的色譜分離來說，採用四槽80通道的分配器結構完全可以滿足一般色譜分離的要求。
實施例現以果/葡糖漿色譜分離為例，說明四槽80通道分配器的運行狀態和定時、定量分配功能1、進料狀態，見附圖2所示，對果/葡糖色譜分離來說，進入系統的料流為果糖和葡萄糖混合的溶液，即42％果/葡糖漿。果/葡糖漿經送料泵PS輸送至靜盤進料口之前與來自10號柱17的回流液匯合，進入靜盤料液通道，並充滿動盤環槽S，然後料流沿動盤供料通道再經靜盤供料口引出，通過外連管進入11號吸附柱18，使物料與吸附劑全程接觸，進行吸附分離。當達到或接近平衡狀態時，動盤開始步進旋轉18°角，此時，動盤供料通道與下一工位的靜盤供料口對齊，開始向12號柱送料。於是，動盤依次步進旋轉，每周步進旋轉20次，可使20臺吸附柱實現定時、定量的精確供料。
果/葡糖色譜分離所用的脫附劑是去離子水，見附圖3所示，去離子水供給方式和動靜盤通道結構與上述供料情況基本相同，只是來自PD的洗脫劑進入靜盤入口後，經動盤環槽D流入動盤的脫附劑供給通道，進入吸附柱，與供料狀態稍有差別。
2、循環狀態，見附圖4所示，FSMB連續色譜分離操作要求流動相必須在系統中與吸附床層形成逆向平流連續流動，防止出現軸向反混，因此，在分配器的動靜盤通道結構設計中考慮合理安排循環通道結構是十分必要的。為使FSMB色譜分離裝置的流動相連續循環，是通過設置在分配器動靜盤上的循環通道實現的，圖中所示，將來自1號柱19回流引入靜盤進口，此時必定有一動盤循環通道與其對齊，液流(流動相)即通過動盤外連管經靜盤出口流入與1號柱19相鄰的2號柱20，依此類推，形成系統中流動相的連續循環。
3、出料狀態，見附圖5所示，所述的分配器設置有兩個出口通道，其中A通道為產品果糖流出通道，B通道為副產品葡萄糖流出通道。圖中所示，從3號柱21分離出來的果糖由循環通道引出，通過外連管進入動盤入口，經動盤環槽A，再沿靜盤出口用果糖泵PA送至成品貯槽。由於3號柱21回流通過外管跨接和果糖出口佔據了5號柱22回流靜盤入口的位置，所以採用5號、6號兩柱並聯方式，將其回流合併，引入靜盤入口，使其形成連續循環迴路。
副產品葡萄糖的流出通道與上述果糖流出狀態大同小異，見附圖6所示，它是將來自17號柱23的回流液通過外管跨接進入動盤入口，經動盤環槽B沿靜盤出口用葡萄糖泵PB，將葡萄糖送至副產品貯槽。與果糖出料狀態相同，葡萄糖出料管佔據了15號柱24的回流管位置，因此必須將15、16號兩柱通過外管並聯，來保持系統正常的循環狀態。
圖2-圖6中，實線表示有料通過，虛線表示無料通過，各槽口的代號是D-洗脫劑，A-果糖，S-42％糖漿，B-葡萄糖。
本發明採用「固定式多柱吸附」和「單閥多路分配」方式，通過分配器動盤對固定吸附柱你想步進旋轉合料液(流動相)在系統中與步進同向運動的結果就達到了逆流接觸模擬移動的色譜分離效果。圖7所示，本發明所述的FSMB在運行過程中，物料S與洗脫液W通過恆流泵連續不斷地從位於10號柱與11號柱之間的進口進料；從位於20號柱與1號柱之間的進口進入洗脫液W。料液S進入系統後在吸附劑R的吸附作用下，強吸附物質F隨吸附劑一齊向左緩慢地移動，當移至接近3號柱時，則被從20號柱和1號柱之間進入的洗脫劑W，由1號柱開始從左向右依次洗脫，使強吸附質F解吸，並沿洗脫劑流動的方向，由設在3號柱與4號柱之間的產品F出口排出。結合圖8所示，進入系統的S在柱11-17之間分離，弱吸附質G在柱18-20之間富集。同時被吸附劑由右向左攜帶，在柱11-17之間被向右流動的洗脫液解吸，副產品G則從位於柱17-18之間的出口排出，於是F、G兩組分得到分離。圖7-8中，Q-流量，U-流速，W-洗脫劑，F-果糖，S-果/葡糖(物料)，G-葡萄糖。
權利要求
1.一種固定式模擬移動床色譜分離裝置，它包括有多個裝有吸附劑的吸附柱，其特徵在於所述多個吸附柱(4)的進口與出口分別連通於至少一個由動盤(7)與靜盤(9)組成的分配器(8)，該分配器的動盤(7)由一電機通過一凸輪步進機構(5)帶動作間歇步進轉動。
2.根據權利要求1所述的固定式模擬移動床色譜分離裝置，其特徵在於所述的動盤(7)上開有與吸附柱(4)進口和出口數相對應的流道通孔及與不同工藝流程要求相適應的環槽，每條環槽的槽孔分別與靜盤(9)上的進出料孔相通，在靜盤(9)上同樣設置有與吸附柱(4)進口和出口相對應的流道通孔，靜盤(9)側面通孔分為兩組並分別與對應的吸附柱(4)進口與出口連接。
3.根據權利要求1或2所述的固定式模擬移動床色譜分離裝置，其特徵在於所述的靜盤(9)側面通孔分為按上下兩排等分布置，每排為一組，下排通孔通過外管(13)與其對應的吸附柱(4)進口或出口連接，而上排的通孔同樣用外管(14)與對應的吸附柱(4)出口或進口連接；動盤(7)的側面也設置有可任意改變料流流向、實現多柱串聯、並聯或跨接的通孔。
4.根據權利要求3所述的固定式模擬移動床色譜分離裝置，其特徵在於所述的動盤(7)上面設置有一可產生預緊力使動、靜盤的摩擦面緊密貼合的推力盤(10)。
5.根據權利要求1所述的固定式模擬移動床色譜分離裝置，其特徵在於所述的吸附柱(4)被均布安裝在一環形平臺(2)上，該環形平臺(2)設置在一機架(1)的中部，機架(1)中線下部裝有電機及凸輪步進機構(5)。
全文摘要
一種固定式模擬移動床色譜分離裝置，它包括多個裝有吸附劑的吸附柱，所述多個吸附柱的進口與出口分別連通於至少一個由動盤與靜盤組成的分配器，該分配器的動盤由一電機通過一凸輪步進機構帶動作間歇步進轉動；所述的動盤上開有與吸附柱進口和出口數相對應的流道通孔及與不同工藝流程要求相適應的環槽，每條環槽的槽孔分別與靜盤上的進出料孔相通，在靜盤上同樣設置有與吸附柱進口和出口相對應的流道通孔，靜盤側面通孔分為兩組分別與對應的吸附柱進口與出口連接；所述的動盤上面設置有一可產生預緊力使動、靜盤的摩擦面緊密貼合的推力盤；所述的吸附柱被均布安裝在一環形平臺上，該環形平臺設置在一機架的中部，機架中線下部裝有電機及凸輪步進機構；它具有結構簡單，使用方便，成本低，工效高，控制簡單，操作管理方便，適用範圍廣，便於推廣應用等特點。
文檔編號B01D15/10GK1923330SQ20061005318
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月28日 優先權日2006年8月28日
發明者李春辰, 沈建華 申請人:杭州爭光樹脂有限公司