突破传统分离极限的连续层析分离技术前景如何

作者：张馨予

2019-08-12 17:42 来源:中国化工信息周刊

原标题：突破传统分离极限的连续层析分离技术前景如何

关键词|层析分离技术前景广阔

共 4046字 | 建议阅读时间 13分钟

来源|《中国化工信息》第16期

作者|诺华赛分离技术（上海）有限公司侯宝军、袁斌

层析分离技术对大部分人来说比较陌生，而实际上其发展已有逾百年历史，目前已经非常广泛地应用于生物、食品和医药等领域。虽然层析分离技术在化学工业中的应用拓展起步较晚，但由于其具有绿色环保、稳定可靠和运行成本低等优势，相信随着国家对化工装置安全环保等方面标准的逐步提高，该技术未来的应用前景将十分广阔。

工艺过程

层析分离的过程如下：在层析塔（柱）中装载有填料（一般为树脂），通常被称为固定相；另外，还需在该体系中加入流动相，一般为水（也可采用有机溶剂）。在整个分离过程中，流动相是在层析塔中自上至下连续（再生）流动。当在层析塔上方进料时，料液中A、B两种待分离组分会因其物理-化学性质（如分子的空间结构、极性和亲疏水性等）不同而在两相间产生不同的亲和力。这样在流动相推动力作用下，最终结果即表现为A、B两组分在层析塔中的流动速度有快慢之分，与固定相亲和力强的组分流动速度慢，与固定相亲和力弱的组分流动速度快，从而在层析塔下端可以分别得到富含A的和富含B的两种粗分液，粗分液经浓缩（同时流动相再生）后可得到A、B两种产品。此即为批处理的层析分离过程。

工业层析装置的最大发展在于实现了从批处理到连续化操作的升级，1961年模拟移动床（Simulated Moving Bed, SMB）概念由Broughton提出后，该单元过程最终才得以走向规模化和集约化。

发展历史

早在1906年，层析法概念便由俄国植物学家Michael Tswett提出，所以说层析技术发展有超百年的历史。工业化的连续层析分离技术开发于20世纪60~70年代，最初仅用于PTA装置中对二甲苯（PX）和间二甲苯（MX）的分离。因为这两种物质的沸点差不足1℃，精馏分离工艺已不适用，而层析法相较于其他工艺在设备投资、生产成本和产品收率等方面的优势均非常明显，目前全球每年有千万吨级的PX产品采用层析技术进行生产。

20世纪90年代，法国诺华赛公司在其原有的SMB工艺的基础上，开发成功了顺序式模拟移动床层析分离技术（ApplexionTM SSMB），这在工业层析分离技术的发展史上具有里程碑式的意义。该技术大量运用于食品及生物化工行业，已实现数百万吨级别低成本的生产，如葡萄糖与果糖同分异构体的分离，产品的分离成本通常仅为100~200元/吨。2015年，该公司又在ApplexionTM SSMB技术基础上开发了ApplexionTM SC层析技术，使得连续层析技术在降低能耗、提高工艺性能、增加装置操控的稳定性与简便性等方面均有了长足的进步。诺华赛公司ApplexionTM系列工艺也引领了工业连续层析技术的最新发展方向。

技术分类

层析分离技术依据不同的基准可有多种分类方式，

■ 如按溶质分子与固定相间不同的相互作用机理，层析技术可分为吸附层析、离子交换层析、亲和层析、疏水作用层析、分配层析等；

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■ 按操作压力不同，可分为低压层析（<0.5MPa）、中压层析（0.5~5MPa）和高压层析（5~40MPa）等。

■ 当然还有很多其他分类方法，如根据流动相的相态不同或者固定相的形态不同等，在此不做赘述。

依据溶质与固定相间的相互作用不同或者操作压力不同进行分类是工业层析技术最为常见的分类方式。前者比较明确地表明了不同类别层析技术的分离机理，因此也能很好地反映出该类层析技术的应用范围，如工业中最常用的吸附层析和离子交换层析等。

■ 吸附层析是利用固定相（层析介质）表面的活性分子或活性基团，对流动相中不同溶质吸附能力的强弱而进行分离的一种方法，如美国UOP的Parex工艺即为利用K-BaX/Y分子筛为吸附介质，以对二乙苯为洗脱介质，分离PX和MX的吸附层析工艺。