模拟移动床研究进展
模拟移动床(simulatedmovingbed，SMB)的设计脱胎于真实移动床
(truemovingbed，TMB)，最早由美国环球油品公司(UOP)于20世纪60年代开发并应用于石油化工领域，工艺被称为Sorbex;后来又开发了不少新的SMB系统，并逐渐应用到精细化工、药物分离和生物技术等领域，目前研发的重点集中到了高纯度的产品，但产量较小。为了对相应的模拟移动床系统进行最佳的设计与优化，达到高纯度、高生产率、低溶剂量的要求，研究人员又提出了各种不同的理论设计方法。近些年来随着人们对于产品的精度、生产率、产量及生产的经济性有了更高的要求，针对传统的模拟移动床工艺操作过程提出了一些新的概念，如powerfeed，varicol，modicon等，并设计出了诸如三区开环SMB，五区SMB，单柱四区SMB等新式SMB系统，并取得了较好的效果。
1模拟移动床(SMB)原理
在真实移动床(TMB)中，液相与固相会做相对移动，如图1b所示，但是由于固相移动困难，固体颗粒磨损，液化，低效
等一系列的问题而阻碍了它的发展与大范
围应用，并在一定程度上催发了模拟移动
床(SMB)的出现。模拟移动床通过周期性
(切换时间ts)改变进出口的位置而模拟出
与真实移动床同样效果的液固相连续逆
流，如图1a所示。由图1可以看出，SMB
和TMB都可以分成4个区，I区，II区，
III区，IV区，不同之处在于SMB系统这
四个区的固相并不发生实际的移动而
TMB系统中固相与液相会发生实际的相
对运动，但是在SMB系统中每隔ts时间
段2个进口和2个出口都会发生一次位置
变动，推进方向一致，每次变动都是跨越
一个区，从而模拟出固相与液相的相对运动。以两组份混合物A(强吸附组份)，B(弱吸附组份)为例，Q1，Q2，Q3，Q4分别为4个区的流量。模拟移动床Ⅰ区位于洗脱液入口处与萃取液出口处之间，在此区内，实现组分A的解吸。在Ⅰ区应将固定相清洗干净，使其不能将组分A带入Ⅳ区，因此要使Q1大于组分A随固定相向下移动的速度。模拟移动床色谱Ⅱ区位于萃取液出口处与进料口之间，其作用相当于精馏塔，使被吸附的组分A反复吸附、解吸而浓缩。要使Q2介于组分B、组份A移动速度之间，使组分B往上移动，而组分A往下移动，从而在提取液出口得到纯的组分A。模拟移动床色谱Ⅲ区位于进料口与萃余液出口之间，其作用是尽可能地将组分A吸附在固定相上。在Ⅲ区要控制Q3，使组分A往上移动，而组分B向下移动，这样就可以在提余液出口得到纯的组分A。模拟移动床Ⅳ区位于洗脱液入口与提余液出口之间。一方面，液相中的组分B被固定相吸附，其洗脱液与新鲜的洗脱液一起进入Ⅰ区，
从而达到循环利用的目
的;另一方面将Ⅲ区与Ⅰ区隔开，以免萃余液中的组分B进入Ⅰ区而污染提取液，起到一定的缓冲作用。因此在Ⅳ区使Q4小于组分B向下移动的速度，使其循环液中不含组分B，这样就不会污染Ⅰ区。当模拟移动床色谱4个区的液体流量分别满足以上的这些条件后，将可同时在2个出口得到纯的分离产物。
这4个区的功能可以用图2更为直观的表示。
分离机理的解释:以2组分混合物A(强吸附组
份)，B(弱吸附组份)为例，由于二者吸附能力
的不同导致它们在随液相流过固相时移动速
度的差异，A慢，B快，这时只要控制液相的
主体速度uflu符合uA
＜uflu＜uB这一关系，就会使A，B两组分逐
渐分离。
2模拟移动床的应用发展
2.1石油化工领域的应用
模拟移动床在石油化工领域的应用可以追溯到20世纪60年代。1961年UOP公司在Broughton和Gerhold2人提出的SMB概念的基础上开发了世界上第一个被成功应用的传统SMB工艺———Sorbex，并获得专利，目前获得官方认证的Sorbex操作单元已有100多种;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，该分离过程被称为Parex过程，后来又开发了用于分离石蜡的molex和olex系统;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1-丁烯，从蒎烯混合物中分
离β-蒎烯等。
20世纪70年代初引进的对二甲苯吸附分离技术，是我国模拟移动床分离技术的开端。到目前，我国石化系统已陆续引进了近10套生产装置，吸附剂总装填量约4000t，吸附剂也全部由国外进口。国内引进的模拟移动床分离装置大部分采用美国UOP公司的工艺技术及吸附剂，包括上海金山石化总厂、扬子石化公司、齐鲁石化公司、天津石化公司、燕山石化公司、独山子炼油厂、辽阳化纤公司等。近期中国石化镇海炼油化工公司采用法国IFP开发的Eluxyl对二甲苯分离工艺，建设4500t/年对二甲苯吸附分离装置，此技术与美国UOP公司的Parex工艺相似。
总体来讲，在20世纪90年代之前，SMB技术还主要用于石油化工领域，其本身就是在研究分离石油产品的过程中发展起来的。
2.2生化分离领域的应用
SMB在生物分离领域应用最早并成功工业化的是对于糖的分离，在20
世纪
90年代以前研究者们就开发了用于在玉米糖浆中分离果糖和葡萄糖的Sarex［3］工艺过程，该工艺选择一种Ca2+型的阳离子交换树脂作为固定相，用热水作为洗脱剂。原料糖浆中含有42%的果糖利用模拟移动床分离时，果糖和Ca2+形成的复合体被阻流在柱中，葡萄糖和其他寡糖被洗脱剂带走。分离后，提取液中果糖浓度为90%～94%，收率在90%以上，提余液中葡萄糖的浓度大于80%。利用模拟移动床技术进行糖类的分离，树脂用量、再生液用量大幅度减少，生产自动化程度提高，而且排污很少，这使得整个过程的费用降低。Sarex工艺已成功应用到内径达数米的柱子上，当前国外已有年产万吨果糖的成套商品化设备，而我国在这方面还处在初级研究阶段。脱盐是SMB技术在生物分离领域的一个简单而有趣的应用，其中涉及到许多不同的机理，如离子排斥，疏水作用，离子交换，大小排斥等。将(NH4)2SO4从蛋白质中分离涉及到大小排斥机理，对NaCl和丙三醇的分离涉及到离子交换机理，对苯基丙氨酸和氯化钠的分离涉及到疏水排斥作用机理。在氨基酸分离方面，SMB色谱技术广泛应用于苯丙氨酸、赖氨酸、缬氨酸、色氨酸和苏氨酸等产品的分离和精制。VanWalsem等报道了使用模拟移动床技术生产赖氨酸的工艺过程，最终生产出的赖氨酸纯度可达98.5%。我国不少赖氨酸生产厂家采用ISEP系统生产赖氨酸，Andreev等研究了模拟移动床色谱对于同位素的分离，如H和D，D和T，16O和17O等。
2.3手性药物分离领域的应用
当前国内外对于SMB应用研究最为热门的应该是针对手性药物的分离。临床应用的化学药物很大一部分是手性的，在化学合成药物中有1/3甚至更多是手性或者是由手性对应异构体构成的外消旋体，而不同的手性对应体在人体内的药理作用、毒性或毒副作用往往存在显著差异。如20世纪60年代在欧洲市场上销售的反应停导致的胎儿畸形，后经研究发现该药的疗效来自R-异构体，而其中的S-异构体可导致胎儿畸形，该事件直接推动了人们对于手性药物中对应体的分离研究，并最终使SMB技术进入手性药物分离领域并逐渐占据统治地位。 1992年，Negawa和Shoji对于1-苯基乙醇的分离成为世界上第一个应用SMB技术分离对映异构体的成功案例，之后被一些药企应用到实际生产中。到了1997年，比利时的UCB制药公司和日本的Daicel化工公司应用SMB技术已经可以年产数吨的对应异构体;2002年，使用SMB工艺生产的单一对应异构体药物Lexapro(抗抑郁药)通过了美国食品及药物管理局(FDA)的认证。同时有记录指出，在2000年之后，主要的大型药企都已经开始使用SMB技术。浙江大学采用德国Knauer公司的pilotsystemCSEPC916模拟移动床装置对奥美拉唑对应异构体进行了分离。除了上述领域外，SMB技术还在中药和天然药物中有效成分的分离提纯中起到了积极的推动作用。辽宁科技大学分离技术中心用自行设计研制的中小型模拟移动床装置分离出了紫杉醇、银杏总内酯B、银杏黄酮、甘草苷、EGCG和人参中的Rb1等有效成分。
3.展望及建议
经典的模拟移动床技术已经比较成熟，而且因为其在产品浓度以及经济性方面的优势而为更多的企业，更多的领域所应用。但现在的SMB系统更多的用于两组份混合物的分离，对于3组分甚至更多组分的分离应用较少，所以在今后的研究中应加强对于多组分物质的分离;再者，虽然现在对于模拟移动床的设计与优化都有现成的较为成熟的模型以及计算方法可用，但是大多数方法涉及到复杂而大
量的数学计算，且必须借助专门的计算软件，工作量较大，所以开发出较为简便易行的模型与计算方法显得尤为重要;最后，虽然模拟移动床的分离率以及产品纯度都达到了很高的水平，但是一直以来其生产率并不是太高，而耗费较多的溶剂，这对于一个大型生产企业来说具有很大的影响，所以今后的研究还应致力于模拟移动
床生产率的提高，溶剂用量的减少上面，在这方面做的比较好的是近些年出现的一些新型模拟移动床，如文章第四部分所述;最后对于固定相也有以下的要求:更高的选择性，更大容量，高稳定性，低成本等。
〔参考文献 〕
［1］ 万红贵；
［2］ 王德华；
张波； 汪文进； 王文娟； 缪玲玲；王辉国； 模拟移动床工业应用． 模拟移动床研究进展．
模拟移动床研究进展
模拟移动床(simulatedmovingbed，SMB)的设计脱胎于真实移动床
(truemovingbed，TMB)，最早由美国环球油品公司(UOP)于20世纪60年代开发并应用于石油化工领域，工艺被称为Sorbex;后来又开发了不少新的SMB系统，并逐渐应用到精细化工、药物分离和生物技术等领域，目前研发的重点集中到了高纯度的产品，但产量较小。为了对相应的模拟移动床系统进行最佳的设计与优化，达到高纯度、高生产率、低溶剂量的要求，研究人员又提出了各种不同的理论设计方法。近些年来随着人们对于产品的精度、生产率、产量及生产的经济性有了更高的要求，针对传统的模拟移动床工艺操作过程提出了一些新的概念，如powerfeed，varicol，modicon等，并设计出了诸如三区开环SMB，五区SMB，单柱四区SMB等新式SMB系统，并取得了较好的效果。
1模拟移动床(SMB)原理
在真实移动床(TMB)中，液相与固相会做相对移动，如图1b所示，但是由于固相移动困难，固体颗粒磨损，液化，低效
等一系列的问题而阻碍了它的发展与大范
围应用，并在一定程度上催发了模拟移动
床(SMB)的出现。模拟移动床通过周期性
(切换时间ts)改变进出口的位置而模拟出
与真实移动床同样效果的液固相连续逆
流，如图1a所示。由图1可以看出，SMB
和TMB都可以分成4个区，I区，II区，
III区，IV区，不同之处在于SMB系统这
四个区的固相并不发生实际的移动而
TMB系统中固相与液相会发生实际的相
对运动，但是在SMB系统中每隔ts时间
段2个进口和2个出口都会发生一次位置
变动，推进方向一致，每次变动都是跨越
一个区，从而模拟出固相与液相的相对运动。以两组份混合物A(强吸附组份)，B(弱吸附组份)为例，Q1，Q2，Q3，Q4分别为4个区的流量。模拟移动床Ⅰ区位于洗脱液入口处与萃取液出口处之间，在此区内，实现组分A的解吸。在Ⅰ区应将固定相清洗干净，使其不能将组分A带入Ⅳ区，因此要使Q1大于组分A随固定相向下移动的速度。模拟移动床色谱Ⅱ区位于萃取液出口处与进料口之间，其作用相当于精馏塔，使被吸附的组分A反复吸附、解吸而浓缩。要使Q2介于组分B、组份A移动速度之间，使组分B往上移动，而组分A往下移动，从而在提取液出口得到纯的组分A。模拟移动床色谱Ⅲ区位于进料口与萃余液出口之间，其作用是尽可能地将组分A吸附在固定相上。在Ⅲ区要控制Q3，使组分A往上移动，而组分B向下移动，这样就可以在提余液出口得到纯的组分A。模拟移动床Ⅳ区位于洗脱液入口与提余液出口之间。一方面，液相中的组分B被固定相吸附，其洗脱液与新鲜的洗脱液一起进入Ⅰ区，
从而达到循环利用的目
的;另一方面将Ⅲ区与Ⅰ区隔开，以免萃余液中的组分B进入Ⅰ区而污染提取液，起到一定的缓冲作用。因此在Ⅳ区使Q4小于组分B向下移动的速度，使其循环液中不含组分B，这样就不会污染Ⅰ区。当模拟移动床色谱4个区的液体流量分别满足以上的这些条件后，将可同时在2个出口得到纯的分离产物。
这4个区的功能可以用图2更为直观的表示。
分离机理的解释:以2组分混合物A(强吸附组
份)，B(弱吸附组份)为例，由于二者吸附能力
的不同导致它们在随液相流过固相时移动速
度的差异，A慢，B快，这时只要控制液相的
主体速度uflu符合uA
＜uflu＜uB这一关系，就会使A，B两组分逐
渐分离。
2模拟移动床的应用发展
2.1石油化工领域的应用
模拟移动床在石油化工领域的应用可以追溯到20世纪60年代。1961年UOP公司在Broughton和Gerhold2人提出的SMB概念的基础上开发了世界上第一个被成功应用的传统SMB工艺———Sorbex，并获得专利，目前获得官方认证的Sorbex操作单元已有100多种;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，该分离过程被称为Parex过程，后来又开发了用于分离石蜡的molex和olex系统;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1-丁烯，从蒎烯混合物中分
离β-蒎烯等。
20世纪70年代初引进的对二甲苯吸附分离技术，是我国模拟移动床分离技术的开端。到目前，我国石化系统已陆续引进了近10套生产装置，吸附剂总装填量约4000t，吸附剂也全部由国外进口。国内引进的模拟移动床分离装置大部分采用美国UOP公司的工艺技术及吸附剂，包括上海金山石化总厂、扬子石化公司、齐鲁石化公司、天津石化公司、燕山石化公司、独山子炼油厂、辽阳化纤公司等。近期中国石化镇海炼油化工公司采用法国IFP开发的Eluxyl对二甲苯分离工艺，建设4500t/年对二甲苯吸附分离装置，此技术与美国UOP公司的Parex工艺相似。
总体来讲，在20世纪90年代之前，SMB技术还主要用于石油化工领域，其本身就是在研究分离石油产品的过程中发展起来的。
2.2生化分离领域的应用
SMB在生物分离领域应用最早并成功工业化的是对于糖的分离，在20
世纪
90年代以前研究者们就开发了用于在玉米糖浆中分离果糖和葡萄糖的Sarex［3］工艺过程，该工艺选择一种Ca2+型的阳离子交换树脂作为固定相，用热水作为洗脱剂。原料糖浆中含有42%的果糖利用模拟移动床分离时，果糖和Ca2+形成的复合体被阻流在柱中，葡萄糖和其他寡糖被洗脱剂带走。分离后，提取液中果糖浓度为90%～94%，收率在90%以上，提余液中葡萄糖的浓度大于80%。利用模拟移动床技术进行糖类的分离，树脂用量、再生液用量大幅度减少，生产自动化程度提高，而且排污很少，这使得整个过程的费用降低。Sarex工艺已成功应用到内径达数米的柱子上，当前国外已有年产万吨果糖的成套商品化设备，而我国在这方面还处在初级研究阶段。脱盐是SMB技术在生物分离领域的一个简单而有趣的应用，其中涉及到许多不同的机理，如离子排斥，疏水作用，离子交换，大小排斥等。将(NH4)2SO4从蛋白质中分离涉及到大小排斥机理，对NaCl和丙三醇的分离涉及到离子交换机理，对苯基丙氨酸和氯化钠的分离涉及到疏水排斥作用机理。在氨基酸分离方面，SMB色谱技术广泛应用于苯丙氨酸、赖氨酸、缬氨酸、色氨酸和苏氨酸等产品的分离和精制。VanWalsem等报道了使用模拟移动床技术生产赖氨酸的工艺过程，最终生产出的赖氨酸纯度可达98.5%。我国不少赖氨酸生产厂家采用ISEP系统生产赖氨酸，Andreev等研究了模拟移动床色谱对于同位素的分离，如H和D，D和T，16O和17O等。
2.3手性药物分离领域的应用
当前国内外对于SMB应用研究最为热门的应该是针对手性药物的分离。临床应用的化学药物很大一部分是手性的，在化学合成药物中有1/3甚至更多是手性或者是由手性对应异构体构成的外消旋体，而不同的手性对应体在人体内的药理作用、毒性或毒副作用往往存在显著差异。如20世纪60年代在欧洲市场上销售的反应停导致的胎儿畸形，后经研究发现该药的疗效来自R-异构体，而其中的S-异构体可导致胎儿畸形，该事件直接推动了人们对于手性药物中对应体的分离研究，并最终使SMB技术进入手性药物分离领域并逐渐占据统治地位。 1992年，Negawa和Shoji对于1-苯基乙醇的分离成为世界上第一个应用SMB技术分离对映异构体的成功案例，之后被一些药企应用到实际生产中。到了1997年，比利时的UCB制药公司和日本的Daicel化工公司应用SMB技术已经可以年产数吨的对应异构体;2002年，使用SMB工艺生产的单一对应异构体药物Lexapro(抗抑郁药)通过了美国食品及药物管理局(FDA)的认证。同时有记录指出，在2000年之后，主要的大型药企都已经开始使用SMB技术。浙江大学采用德国Knauer公司的pilotsystemCSEPC916模拟移动床装置对奥美拉唑对应异构体进行了分离。除了上述领域外，SMB技术还在中药和天然药物中有效成分的分离提纯中起到了积极的推动作用。辽宁科技大学分离技术中心用自行设计研制的中小型模拟移动床装置分离出了紫杉醇、银杏总内酯B、银杏黄酮、甘草苷、EGCG和人参中的Rb1等有效成分。
3.展望及建议
经典的模拟移动床技术已经比较成熟，而且因为其在产品浓度以及经济性方面的优势而为更多的企业，更多的领域所应用。但现在的SMB系统更多的用于两组份混合物的分离，对于3组分甚至更多组分的分离应用较少，所以在今后的研究中应加强对于多组分物质的分离;再者，虽然现在对于模拟移动床的设计与优化都有现成的较为成熟的模型以及计算方法可用，但是大多数方法涉及到复杂而大
量的数学计算，且必须借助专门的计算软件，工作量较大，所以开发出较为简便易行的模型与计算方法显得尤为重要;最后，虽然模拟移动床的分离率以及产品纯度都达到了很高的水平，但是一直以来其生产率并不是太高，而耗费较多的溶剂，这对于一个大型生产企业来说具有很大的影响，所以今后的研究还应致力于模拟移动
床生产率的提高，溶剂用量的减少上面，在这方面做的比较好的是近些年出现的一些新型模拟移动床，如文章第四部分所述;最后对于固定相也有以下的要求:更高的选择性，更大容量，高稳定性，低成本等。
〔参考文献 〕
［1］ 万红贵；
［2］ 王德华；
张波； 汪文进； 王文娟； 缪玲玲；王辉国； 模拟移动床工业应用． 模拟移动床研究进展．