一种用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱及工艺流程的制作方法

专利名称：一种用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱及工艺流程的制作方法
技术领域：
本发明属于生物化学技术领域，尤其涉及一种在工业化规模生产中用于提取/分 离/纯化的色谱分离装置及其生产工艺。
背景技术：
色谱分离是生化分离过程中最常用的方法之一。传统的色谱分离柱(简称色谱柱)采用固定床形式，即将吸附树脂用上下多孔筛 板压紧固定于色谱柱中，使之无法流动，俗称“固定床”。传统固定床的特点是由于床层空隙率较小，流体通过床层的阻力较大，流体流过 床层呈“活塞流”，径向上的流体流速均布较好。但在实际的生化领域大规模工业化生产中，由于原料液通常为含有大量固体颗粒 /碎屑的粘稠液体，固定床色谱分离柱会因为易被阻塞而无法直接处理含有固体的原料液， 比如无法直接从含有细胞或细胞碎片的高黏度料液中分离出目标产物。因为料液中的固体 物质会聚集在细小流道中，不断增加床层阻力，最终堵塞床层。因此，在传统工艺/实际生产中，在采用固定床处理含固物料时，需首先将物料中 稍大固体颗粒采用离心机除去，随后再用过滤方式除去细小的颗粒，最后经过预处理的物 料进入固定床色谱分离柱，进行目标成份的捕获与分离。传统的固定床色谱分离工艺虽能满足日常生化产品生产过程中的分离要求，但其 工艺流程较长，设备投资额较高，高速/大容量离心机的价格昂贵，过滤设备需经常更换过 滤膜，导致了整个生产/操作的成本和费用较高，且难以降低。色谱分离柱采用膨胀床(Expanded Bed Adsorption)的概念自上世纪80年代开 始推出。所谓膨胀床，就是流体从色谱柱底部进入床层，利用流体向上流动时对固体颗粒 吸附剂产生的浮力和表面曳力，使固体吸附剂颗粒不同程度向上悬浮而引起床层膨胀，故 称之为膨胀床，其具体结构可参见说明书附图Ia所示。由于膨胀床中固体吸附剂颗粒处于悬浮状态，床层的空隙率远大于固定床的空隙 率，可以使原料液中的细胞、细胞碎片等固体颗粒杂质顺利通过床层，溶于原料液中的目标 成份被膨胀床中固体吸附剂捕获。因此，膨胀床无需对原料液的固体颗粒进行特别的处理， 可直接进行色谱捕获；故此，可将膨胀床应用于色谱分离过程中，以取代传统的固定床色谱 分离柱，并缩短工艺流程，降低生化分离的操作费用和生产成本。虽然膨胀床色谱分离技术在工业上已有成功应用的实例，但其使用范围并不广 泛。目前，在生物化学领域的实际工业化规模生产中只有少量的商业应用，如大肠杆菌勻 浆、包涵体、大肠杆菌培养液，酵母细胞勻浆，酵母培养液，杂交瘤细胞培养液以及动物组织 产物的提取等。影响膨胀床使用范围/使用效率的主要的原因之一，是因为膨胀床在处理含固体 的料液时，虽然料液中的固体能通过吸附剂之间的空隙穿过床层，但是由于阻挡/承载吸附剂的多孔阻挡筛板/多孔筛网支撑板(亦称筛网支撑板或支撑筛板)的孔径较小，固体 颗粒会聚集在多孔阻挡筛板或多孔筛网支撑板的下部，随着固体物质越聚越多，最后导致 固体颗粒堵塞筛板和孔道。而多孔阻挡筛板和/或多孔筛网支撑板和孔道的堵塞，轻则造 成流体均布情况恶化，清洗困难，重则造成停产。而在有沉淀或重聚现象的物料系统中，此类堵塞不仅在膨胀床底部的支撑筛板部 位发生，也会在膨胀床顶部的多孔阻挡筛板部位发生，故而严重地影响了膨胀床的正常使 用和运行。另一个影响膨胀床使用范围/使用效率的主要问题，是传统的膨胀床分布器不能 在膨胀床床层的底部迅速地形成平推流。膨胀床内部的流体分布可参见说明书附图Ib所示，该图给出了膨胀床内部的流 (体)场分布情况。由图可知，由于现有膨胀床的底部分布器不能形成膨胀床横截面上的均 压布水(即压力与流体的均勻分布)，导致膨胀床中心区域与其边缘区域的布水压力不均 衡，进而造成了非平排流形态，使得床体内部产生返流现象，导致了膨胀床在吸附时的总理 论板数较低(只有大约50)。理论板数是基于停留时间概念的衡量色谱柱中流型接近平推流程度或轴向返混 程度的参数，是指在一些分离操作中为完成某一指定分离要求所需理论塔板的数量。理论板数为无穷大代表理想平推流状态，而理论板数为1则对应着全混流状态。根据理论和经验估算，理论总板数大于400时，色谱分离装置的吸附/脱附性能很 少再受板数的影响，而实际上大部分固定床的理论总板数远超出400 (通常大于3000)。膨 胀床的优势在于通过牺牲不必要的理论板数来提高处理通量和获取直接处理颗粒的能力， 由于其半流化的特性，膨胀床层本身不能提供很大的阻力降，因此其分布器在低压降下的 液体分布性能对膨胀床技术有关键影响。目前关于膨胀床分布器的研究很少有公开或见报导。据申请人所知，已经有两项主要用于解决筛网和分布器堵塞的技术=Amersham Biosciences和Upfront提出的可周期性转动的蜘蛛臂避免堵塞结构，以及美国专利 US2007199899A1中提到的筛板切向清扫流设计方案。采用蜘蛛臂结构的技术方案(见说明书附图2a)，其进料液流通过图中的支管向 下进入膨胀床中，同时由多个支管构成的蜘蛛臂周期性地旋转，以力图减轻其堵塞的情况。虽采用蜘蛛臂设计方案解决了色谱交换柱的清洗和清洁问题，但其应用后料液的 液体均布性能较差，不能在膨胀床床层的底部规则地形成平推流，会导致膨胀床的总理论 板数偏低(尤其在脱附时造成低分辨率和稀释的产物)，失去了色谱分离的主要优势。另 外，蜘蛛臂的旋转导致了膨胀床交换柱内经常的机械摇动，机械密封困难，对吸附颗粒有磨 损。故该设计方案虽然形成了商业化产品，但并没有能够在实际工业化生产中得到大范围 的推广和应用。在美国专利US2007199899A1中，提出了一种能自清洁下支撑筛板的膨胀床分离 柱，其具体结构见说明书附图2b所示，样品料液经进料泵110和流量控制器120进入膨胀 床多孔丝网支撑板的下部，部分样品液穿过多孔丝网支撑板进入吸附树脂膨胀床层，而更 多的样品料液，与膨胀床内流体方向成垂直角度地、切向流过膨胀床多孔丝网支撑板的下 表面(见图中箭头125所示)，从而起到清扫的作用，此股清扫液由循环泵140提供动力和流量控制器130控制流量。采用筛板切向清扫流设计方案，理论上可降低分布器内多孔丝网支撑板的堵塞和 对多孔丝网支撑板起到辅助清洗作用，可是该设计存在着明显的不足1)没有能考虑流体从进口到出口的轴向上样品料液的压力均布问题，也没有考虑 在与进出口轴线相垂直的方向上(即筛板平面上)流体压力的均布问题。因此，该分布器内 的料液流体在进口到出口的轴线及其相垂直的轴线上都会有不同程度的压力不均勻(取 决于吹扫液体的流速和分布器空腔的体积)。为了达到压力均布的目标，膨胀床的空腔体积 势必要大，但空腔的体积增大了，又会导致返混现象严重，影响膨胀床的使用效果/使用效 率；2)到了“上样”过程的中、晚期，随着循环样品液中固含量的增加，固体颗粒发生聚 并，此时高黏度、高固含量的循环样品液很难起到清扫多孔丝网支撑板的作用，堵塞现象仍 会发生，且难以避免。所以，该技术方案直到目前，在现实工业化生产中并未得到实际应用，亦未见有相 应的商业产品。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱 及工艺流程，其通过在膨胀床底部多孔阻挡筛板的下方设置具有自清洁功能的液体均压分 布器，在膨胀床柱顶端设置具有反冲清洗功能的上部喷嘴组件，使得膨胀床色谱分离柱适 用于处理含有固体颗粒杂质的原料料液，同时，可以更好地对进入膨胀床的原料样品料液 进行均布，解决了膨胀床在工业放大生产过程中低床层压降下料液供液压力沿半径方向均 勻分布的问题，较好地确保了通过膨胀床床层的流体呈现平推流状态，大大改善膨胀床的 使用效果和使用效率，提高了膨胀床的吸附载量和脱附分辨率，还可方便地实现膨胀床分 离柱的“在位装柱”和“在位卸柱”操作工艺。本发明的技术方案是提供一种用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱，包括位 于膨胀床柱顶端的多孔阻挡筛板和出料管，位于膨胀床柱底端的多孔支撑筛板和进料管， 其特征是在膨胀床的顶端，设置至少包括料液上出管、固体污物排放管、移动塞柱和密封 圈，具有反冲清洗功能的上部喷嘴组件；在所述膨胀床的底端，设置至少包括进料管、径向 喷射孔、径向导流圆盘和料液下排管，具有自清洁功能的液体均压分布器。当多孔阻挡筛板下方有固体颗粒累积，造成多孔阻挡筛板的阻力降增大时，反冲 液从料液上出管进入膨胀床柱顶端，对多孔阻挡筛板进行反冲清洗，将聚集在多孔阻挡筛 板下部的固体累积物吹落，同时下移移动塞柱，打开固体污物排放管，将固体累积物从固体 污物排放管排出；反冲完毕后，上移移动柱塞，关闭固体污物排放管，膨胀床继续进行正常 的色谱分离操作。所述的径向导流圆盘与多孔筛网支撑板的下表面配合，在径向导流圆盘的中心沿 着导流圆盘的半径方向上，构成变截面流体均布流道；从所述径向喷射孔中喷射出的原料 料液，沿膨胀床或径向导流圆盘的半径方向，向四周喷射，在径向导流圆盘的引导下，对多 孔支撑筛板进行侧向/切向冲刷，将在筛板下部聚集的固体颗粒冲洗回流体主流，从料液 下排管排出，返回到样品循环罐中进行循环，实现对多孔支撑筛板的完全在位清洗和自清洁作用；通过设置具有反冲清洗和/或自清洁功能的上部喷嘴组件和液体均压分布器，使 得膨胀床色谱分离柱适用于处理含有固体颗粒杂质的原料料液，以此来改善/提高在生化 领域工业化规模生产中膨胀床的使用效果/使用效率。具体的，一方面，所述的料液上出管和固体污物排放管设置在多孔阻挡筛板上方 的膨胀床器壁上，所述的固体污物排放管贯穿膨胀床上端器壁和多孔阻挡筛板的中间部位 设置；所述的移动塞柱和密封圈设置在固体污物排放管内。当所述的移动塞柱上移时，其与密封圈配合，关闭固体污物排放管，所述的上部喷 嘴组件处于正常工作状态，膨胀床中的原料料液流经多孔阻挡筛板后，由料液上出管排出； 当所述的移动塞柱下移时，固体污物排放管导通，所述的上部喷嘴组件处于反冲清洗状态， 反冲液经料液上出管反向流经多孔阻挡筛板后，将聚集在多孔阻挡筛板下部固体累积物吹 落，由固体污物排放管排出；当反冲清洗完毕后，移动塞柱上移，关闭固体污物排放管，即可 继续进行正常的色谱分离操作；同时，利用上部喷嘴组件中移动塞柱的上移或下移，关闭或 打开固体污物排放管，用来实现膨胀床中固体吸附颗粒的在位装填和/或卸载。具体的，另一方面，在所述膨胀床柱底端的中心部位设置进料管，进料管的顶端设 置在多孔支撑筛板的下方，在所述进料管的顶端设置径向喷射孔；在膨胀床柱底端器壁与 多孔支撑筛板之间，设置径向导流圆盘；在径向导流圆盘的中心部位开设通孔，所述的进料 管贯穿径向导流圆盘的通孔设置；所述的径向导流圆盘与多孔支撑筛板的下表面配合，在 径向导流圆盘的中心沿着导流圆盘的半径方向上，构成变截面流体均布流道；所述的料液 下排管设置在多孔支撑筛板下方的膨胀床器壁上。所述的变截面流体均布流道为径向变截面流体流道或径向变质量流通道，其对进 入膨胀床的原料料液，进行沿膨胀床径向的液体压力均布，确保多孔筛网支撑板下的液体 压力沿径向基本恒定，从而使通过膨胀床床层的料液流体呈现平推流状态，同时实现在位 清洗和自清洁，以此来改善/提高膨胀床的使用效果/使用效率。进一步的，在所述径向导流圆盘的上表面，沿半径方向设置有多块竖立的导流板， 所述的导流板按圆周方向均布排列设置；在所述径向导流圆盘下方与膨胀床下端的器壁之 间，设置返流流道；所述径向导流圆盘中心部位通孔的直径大于或等于所述进料管的外径， 在通孔与进料管外管壁之间，形成一个液体流通间隙，构成内部液体循环流道。本发明还提供了一种用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱，包括膨胀床柱，在 所述膨胀床柱的顶部，设置料液上出管和固体污物排放管，在所述膨胀床柱的底部，设置进 料管和料液下排管，所述的多孔阻挡筛板、膨胀床上端器壁、料液上出管、固体污物排放管 和移动塞柱构成柱头组件，可移动地设置在膨胀床柱的上端，其特征是设置样品液循环罐、缓冲液循环罐、卸柱溶液循环罐、带有离心固液分离器的吸附 剂储罐、进料泵、装柱泵及在线粗滤器，与所述的膨胀床柱构成一个适用于生化分离规模化 生产过程的色谱分离单元。其中，所述样品循环罐和缓冲液循环罐的出口管经进料泵与膨胀床的进料管连 接；所述膨胀床的料液上出管经柱顶出口压力调节阀与产品罐连接，或者，料液上出管经柱 顶出口压力调节阀与废水或中间储存罐连接。所述膨胀床的料液下排管经循环流压力调节阀和在线粗滤器与样品循环罐的回 液管连接，构成循环回路；所述膨胀床的料液下排管经循环流压力调节阀与缓冲液循环罐的回液管连接。在所述膨胀床的料液上出管和料液下排管之间，设置旁路管路。所述膨胀床柱顶端的料液上出管经过阀门与进料泵的出口管连接。所述膨胀床的固体污物排放管，经过吸附剂储罐的上进口管、上出口管和卸柱溶 液循环罐，与进料泵的进口管连接。所述吸附剂储罐的下出口管经装柱泵与膨胀床的固体污物排放管连接。在所述膨胀床的料液下排管路上设置第一放空阀；在所述膨胀床的进料管路上设 置第二放空阀；在所述膨胀床的固体污物排放管路上设置第三放空阀。在所述膨胀床或各罐的进/出口管上设置阀门；在膨胀床的进料管上设置进口流 量计、进口压力计和在线式电导率计，在膨胀床的料液上出管上设置在线式电导率计、PH 计、出口流量计和紫外测试计，在膨胀床与样品循环罐/缓冲液循环罐回流管之间的连接 管路上设置循环液压力计。当所述的膨胀床处于正常工作状态时，样品循环罐中的原料料液经进料泵送入膨 胀床中进行色谱分离，分离后的料液经料液上出管输出；从料液下排管循环回流的原料料 液经在线粗滤器过滤后再返回样品循环罐。当所述的膨胀床处于反冲清洗工作状态时，反冲液经装柱泵送入膨胀床的上部， 对位于膨胀床上端的多孔阻挡筛板进行反冲清洗；同时，固体污物排放管中的移动塞柱下 移，打开顶部喷嘴出口，将多孔筛网下集聚的固体颗粒带出膨胀床并从固体污物排放管排
出ο当反冲清洗工作完毕后，固体污物排放管中的移动塞柱上移，关闭固体污物排放 管，继续进行正常的色谱分离操作。同时，利用上部喷嘴组件中移动塞柱的上移或下移，关闭或打开固体污物排放管， 在卸柱溶液循环罐、带有离心分离器的吸附剂储罐、进料泵以及装柱泵的配合下，实现膨胀 床中固体吸附颗粒的在位装填和/或卸载。进一步的，所述的样品循环罐与样品罐、清洗液罐和/或缓冲液罐连接，所述样品 罐、清洗液管和/或缓冲液罐中的液体采用液位控制的方式补入样品循环罐中。所述的缓冲液循环罐与缓冲液罐连接，所述缓冲液罐中的液体采用液位控制的方 式补入缓冲液循环罐中。所述进料泵的入口管，与洗脱液罐的出口管连接。在所述进料泵的出口管，设置用于捕捉和清除气泡的空气陷阱。本发明还提供了一种上述用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱的色谱分离工 艺，其特征是，所述膨胀床色谱分离柱的色谱分离工艺流程至少包括下列步骤A、色谱柱平衡进料泵从缓冲液循环罐中将缓冲液打入膨胀床底部的进料管，缓冲液先经料液上 出管和第一放空阀放空，再切换至缓冲液循环罐，以形成合适的循环流量和过柱流量；所述的过柱流量及循环流量，通过膨胀床底部的进口流量计和顶部的出口流量计 的反馈，籍以控制进料泵的泵速、循环流压力调节阀和柱顶出口压力调节阀来实现；流量压力稳定后，按照工艺要求让色谱柱通过一定量的缓冲液，使得紫外测试计、 PH计或在线式电导率计检测仪表稳定到工艺指定范围，即完成色谱柱平衡。
B、色谱柱上样；进料泵进口切换到样品液循环罐出口管，循环出口膨胀床下部的料液下排管切换 到样品液循环罐进口管；继续通过进口流量计和出口流量计反馈及调节进料泵、循环流压 力调节阀和柱顶出口压力调节阀，控制所需的过柱流量及循环流量；样品循环罐中样品料液经进料泵打入膨胀床进口管，其中一部分料液通过膨胀床 下部的料液下排管循环回流至样品循环罐，另一部分料液穿过多孔支撑筛板进入膨胀床 层，由膨胀床中的吸附剂颗粒对料液中的目标组份进行吸附；已被吸附了目标组份的料液穿过膨胀床上部的多孔阻挡筛板流出膨胀床；再经紫 外测试计、PH计或在线式电导率计检测后排出系统或排入中间储存罐；新鲜样品液从样品罐以液位控制的方式向样品循环罐不断补入；上样期间，如果膨胀床色谱分离柱压力降明显升高，可暂停上样操作，将进料泵进 口切换至缓冲液循环罐，关闭膨胀床底部的进料管，打开旁路，将缓冲液引入膨胀床顶部， 反冲清洗顶端的多孔阻挡筛板；同时移动塞柱下移，打开顶部上部喷嘴组件，将多孔阻挡筛 板下集聚的固体物料由固体污物排放管带出膨胀床并从废液口放空；反冲清洗结束后，关闭进料泵，移动塞柱上移，关闭顶部上部喷嘴组件，关顶部旁 路，打开膨胀床底部进样管，再重新回到上述上样操作；等样品处理完，上样即告结束。C、色谱柱冲洗；上样结束后，进料泵进口切换到缓冲液循环罐，膨胀床循环口先切换到废液放空， 再切回到缓冲液循环罐；控制同样的过柱流量及循环流量，按照工艺要求让色谱柱通过一 定量的缓冲液，使得紫外测试计、PH计或在线式电导率计检测仪表稳定到工艺指定范围即 完成色谱柱冲洗。D、吸附物洗脱；首先停止进料泵，让膨胀床床层静置，将所述的柱头组件降至床层静置界面并固 定，使得色谱柱由膨胀床结构状态变为固定床结构状态；然后，重新启动进料泵，进料泵的进口管切至缓冲液循环罐，膨胀床色谱分离柱循 环口关闭，通过底部进口流量计反馈控制过柱流量；按照工艺要求让膨胀床色谱分离柱通 过一定量的缓冲液，使得紫外测试计、PH计或在线式电导率计检测仪表稳定到工艺指定范 围；洗脱时，进料泵进口切换到与洗脱液罐出口连接，膨胀床色谱分离柱循环出口仍 关闭；继续通过底部进口流量计反馈控制过柱流量；监测紫外测试计、pH计和/或在线式电导率计，在合适时机切换将目标峰引入产 品罐，其余放入废液或中间停留罐。E、色谱柱清洗和再生；洗脱完成后，停止进料泵，将顶部多孔阻挡筛板的上部喷嘴组件打开，并通过放空 口通大气；然后将所述的柱头组件升至原来高度，固定柱头组件，使得色谱柱恢复为膨胀床 结构状态，移动塞柱上移，关闭上部喷嘴组件；将样品循环罐内液体全部放空，将清洗液自清洗液罐引入样品循环罐；启动进料泵，将进料泵进口切换至样品循环罐，色谱柱循环口切换回样品循环罐；根据工艺要求，控制所需过柱流量和循环流量。让色谱分离柱通过一定量的清洗 液，使得紫外测试计、PH计或在线式电导率计检测仪表稳定到工艺指定范围，即完成色谱柱 的清洗和再生。F、色谱柱重平衡；色谱柱清洗和再生完成后，关闭进料泵，将样品循环罐内液体全部放空，关闭各放 空阀门，将缓冲液自缓冲液罐引入样品循环罐；启动进料泵，将进料泵进口切换至样品循环罐；色谱柱循环口先从废液口放空，再切回样品循环罐；根据工艺要求，以上述同样方法控制所需过柱流量和循环流量；让色谱柱通过一定量的缓冲液，使得紫外测试计、PH计或在线式电导率计检测仪 表稳定到工艺指定范围，即完成色谱柱的重平衡；关停进料泵系统，样品循环罐内液体全部放空，关闭各放空阀门，等待下一次操作 循环。进一步的，上述用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱的色谱分离工艺，其所述 的色谱分离工艺流程还包括下列步骤G、装柱首先，先将膨胀床色谱分离柱注满缓冲液，再将膨胀床顶部的上部喷嘴组件出口 打开；启动装柱泵，将吸附剂颗粒悬浮液从吸附剂储罐打入色谱柱中；吸附颗粒自然沉降于色谱柱内，液体经多孔阻挡筛板从膨胀床柱顶端出口流出， 实现在位装柱。H、卸柱首先，膨胀床顶部的料液上出管关闭，顶部移动塞柱下移；进料泵进口切换至卸柱缓冲液循环罐；启动进料泵并适当开大流量，使膨胀床内的流体速度超过吸附颗粒沉降速度，吸 附剂颗粒会被带入吸附剂储罐；其中，吸附剂储罐中的离心固液分离器把吸附颗粒介质留在罐内，溶液则溢出并 循环使用；继续运行进料泵直至所有吸附颗粒介质都被移到吸附剂储罐中，实现在位卸柱。更具体的，在所述“上样”步骤后期，可通过在样品循环罐中注入稀释液，以降低原 料料液的粘度和颗粒浓度，提高回收率。更具体的，所述的循环流量和过柱流量的比在0到10之间，取决于防止阻塞和压 力均布的需要。与现有技术比较，本发明的优点是1.通过在膨胀床底部多孔阻挡筛板的下方设置具有自清洁功能的液体均压分布 器，在膨胀床柱顶端设置具有反冲清洗功能的上部喷嘴组件，使得膨胀床色谱分离柱适用 于处理含有固体颗粒杂质的原料料液；2.通过设置径向导流圆盘和位于进料管末端的径向喷射孔来构成料液分布器，其径向流和特定的流体均布流道/分布通道设计，保证了料液流体从中心到边缘都可以有较 高的/均勻的流速，使得筛板下的料液液体压力分布均勻，且料液喷射流速越高，分布越均 勻，带来了自稳定的料液液体压力均布作用；3.沿径向导流圆盘半径方向上，流体通道的径向纵截面设计成“中心厚、边缘薄” 的斜楔状结构形式，构成一个径向变截面流体流道或径向变质量流通道，通过改变流体沿 径向流动时的流通面积，来克服因变质量流动和流道呈扇形几何形状变化所引起的压力变 化，以确保多孔筛板下的液体压力沿径向基本恒定，从而通过床层的流体呈现平推流状态， 如此可大大提高膨胀床的分离理论板数和色谱分离效率；4.分布器设有流体进料管和除多孔筛网/筛板之外的料液下排管，可与外部泵配 合使用，使料液在储罐和分布器之间循环，该循环流量直接影响进料管的料液喷射流速，可 作为控制压力分布的操作变量；5.由于流体流道尺寸和多孔筛网/筛板阻力在设计时已经确定，循环流量和透过 流量则为可控操作变量，故其膨胀床整体容易控制，工业化规模放大容易；同时，分布器内 死体积小，分布器内返混和床层相比可忽略，从而可以实现低压下小体积内的流体均布，使 得低膨胀率、高理论板数的膨胀床在生化分离技术上的工业化应用得以实现，达到使用膨 胀床的核心优势；6.设置有内部液体循环流道，当料液从进料管喷射流速足够高时，分布器内会形 成内部小循环，进一步确保了多孔筛网/筛板下的压力沿径向基本恒定。从而通过床层的 流体呈现平推流状态，如此，可进一步地提高膨胀床的吸附载量和脱附分辨率；7.通过具有自清洁功能的液体均压分布器和具有反冲清洗功能的上部喷嘴组件， 结合外部设备，实现了膨胀床的“在位”装柱和卸柱，大大提高了工作效率，可有效改善/提 高膨胀床的使用效果/使用效率。


图Ia是现有膨胀床的结构示意图；图Ib是现有膨胀床内部的流体分布示意图；图2a是蜘蛛臂技术方案的示意图；图2b是美国专利筛板切向清扫流设计方案的示意图；图3a是本发明上部喷嘴组件正常工作时的部件位置和液体流向示意图；图3b是上部喷嘴组件反冲清洗时的部件位置和液体流向示意图；图4a是本发明液体均压分布器的结构和液体流向示意图；图4b是本发明径向导流圆盘的俯视结构和液体流向示意图；图5是本技术方案中膨胀床的内部流体分布示意图；图6是本技术方案中色谱分离单元的设备连接结构示意图；图7是本技术方案中工艺流程的示意图；图8是膨胀床的工艺操作步骤示意图；图9是在工艺流程中装柱和卸柱的液体流向示意图。图中102为料液储罐，110为进料泵，120为流量控制部件，125为切向流，130为流 量控制部件，140为循环流泵，202为分离柱，220为膨胀床吸附树脂，222为下支撑筛板。
301为多孔阻挡筛板，302为膨胀床上端器壁，303为料液上出管，304为固体污物 排放管，305为移动塞柱，306为密封圈，307为原料料液，308为反冲液。401为膨胀床器壁，402为多孔筛网支撑板，403为进料管，404为径向喷射孔，405 为径向导流圆盘，405-1为径向导流圆盘的中心部位，405-2为径向导流圆盘的圆周边缘部 位，405-3为通孔，405-4为导流圆盘下方返流，406为料液下排管，407为变截面切线流，408 为内部液体循环流，409为导流板。VlOl为样品液循环罐，V102为缓冲液循环罐，V103为卸柱溶液循环罐，V104为吸 附剂储罐，LXFLQ为离心固液分离器，TlOl为膨胀床色谱分离柱(简称为膨胀床或交换柱)， BlOl为进料泵，B102为装柱泵，FlOl为循环流压力调节阀，F102为柱顶出口压力调节阀， ZXCLQ为在线粗滤器，PIT-I为进口压力计，PIT-2为循环液压力计，FIT-I为出口流量计， FIT-2为进口流量计，KQXJ为空气陷阱，YPG为样品罐，QXYG为清洗液罐，XTYG为洗脱液罐， HCYG为缓冲液罐，CPG为产品罐，Cond为在线式电导率计，PH为pH计，UV为紫外测试计， F05UF052和FO14依次为第一、第二和第三放空阀，其余FOOl FO17为阀门。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。图Ia中，流体从色谱柱的底部进入床层，利用流体向上流动时对固体颗粒吸附剂 产生的浮力和表面曳力，使固体吸附剂颗粒不同程度向上悬浮而引起床层膨胀，故称之为 膨胀床。由于膨胀床中固体吸附剂颗粒处于悬浮状态，床层的空隙率远大于固定床的空隙 率，可以使原料液中的细胞、细胞碎片等固体颗粒杂质顺利通过床层，溶于原料液中的目标 成份被膨胀床中固体吸附剂捕获。由于膨胀床中阻挡/承载吸附剂的多孔阻挡筛板/多孔筛网支撑板(亦称筛网 支撑板或支撑筛板)的孔径较小，固体颗粒会聚集在多孔阻挡筛板或多孔筛网支撑板的下 部，随着固体物质越聚越多，最后导致固体颗粒堵塞筛板和孔道。此外，传统的膨胀床分布器不能在膨胀床床层的底部迅速地形成平推流，导致了 膨胀床在吸附时的总理论板数较低。图Ib中，由于传统膨胀床的底部分布器不能形成膨胀床横截面上的均压布水，导 致了膨胀床中心区域与其边缘区域的布水压力不均衡，进而造成了非平排流形态，使得床 体内部产生返流现象(图中以圆环流表示)，导致了膨胀床在吸附时的总理论板数较低。图2a中，进料液流通过图中的数个支管向下进入膨胀床中，同时由数个支管构成 的蜘蛛臂定期/定时旋转，对膨胀床承载吸附剂的下支承丝网/筛板进行相应的冲洗/冲 刷，以力图减轻其堵塞的情况。虽采用蜘蛛臂设计方案解决了柱子的清洗和清洁问题，但其应用后会导致膨胀床 的总理论板数偏低(尤其在脱附时造成低分辨率和稀释的产物)，失去了色谱分离的主要 优势。另外，蜘蛛臂的旋转导致了膨胀床交换柱内经常的机械摇动，机械密封困难，对吸 附颗粒有磨损。图2b中，样品料液经进料泵110和流量控制部件120进入膨胀床分离柱202下部的多孔丝网支撑板222的下方，部分样品液穿过多孔丝网支撑板进入吸附树脂220的膨胀 床层，而更多的样品料液，与膨胀床内流体方向成垂直角度地，切向流过膨胀床多孔丝网支 撑板的下表面(见图中切向流125所指)，从而起到清扫的作用，此股切向清扫液由循环泵 140提供动力和通过流量控制器130来控制流量。该设计的料液流体在进口到出口的轴线及其相垂直的轴线上都会有不同程度的 供液压力不均勻现象(取决于吹扫液体的流速和分布器空腔体积的大小)；为了达到供液 压力均布的目标，膨胀床的空腔体积势必要大，但空腔的体积增大了，又会导致返混现象严 重，影响膨胀床的使用效果/使用效率。同时，随着循环样品液中固含量的增加，固体颗粒发生聚并，此时高黏度、高固含 量的循环样品液很难起到清扫多孔丝网支撑板的作用，堵塞现象仍会发生，且难以避免。图3a中，本申请的技术方案提供了一种用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱， 其发明点之一在于在膨胀床柱302的顶端，设置至少包括料液上出管303、固体污物排放管304、移动 塞柱305和密封圈306，具有反冲清洗功能的上部喷嘴组件。其中，料液上出管和固体污物排放管设置在多孔阻挡筛板301上方的膨胀床器壁 302上，固体污物排放管贯穿膨胀床上端器壁和多孔阻挡筛板的中间部位设置，移动塞柱和 密封圈设置在固体污物排放管内。当移动塞柱上移至如本图所示位置时，移动塞柱与密封圈配合，关闭固体污物排 放管，上部喷嘴组件处于“正常工作”状态，膨胀床中的原料料液307流经多孔阻挡筛板后， 由料液上出管排出。图3b中，当多孔阻挡筛板下方有固体颗粒累积，造成多孔阻挡筛板的阻力降增大 时，移动塞柱下移至本图所示位置，固体污物排放管导通/被打开，上部喷嘴组件处于“反 冲清洗”状态，反冲液308从料液上出管进入膨胀床柱顶端，反向流经多孔阻挡筛板后，将聚 集在多孔阻挡筛板下部固体累积物吹落，由固体污物排放管排出。当反冲清洗完毕后，移动塞柱上移，关闭固体污物排放管，即可继续进行正常的色 谱分离操作。图4a中，本申请的技术方案的另一个发明点在于在膨胀床柱下端多孔筛网支撑 板的下方，设置有一个包括末端带有径向喷射孔的进料管和径向导流圆盘所构成的、具有 自稳定的料液均布作用、且带有自清除功能的料液均勻分布器。在机械结构上，其进料管403设置在膨胀床柱底端401器壁的中心部位，进料管的 末端，设置在多孔筛网支撑板402的下方，在进料管的末端，设置有径向喷射孔404 ；在膨胀 床柱底端器壁与多孔筛网支撑板之间，设置一径向导流圆盘405;在径向导流圆盘的中心 部位开设通孔405-3，通孔的直径大于或等于所述进料管的外径，进料管贯穿通孔设置。径向导流圆盘与多孔筛网支撑板的下表面配合，在径向导流圆盘的中心沿着导流 圆盘的半径方向上，构成了一个流体均布流道(见图中变截面切线流407所在路径，为简洁 亦可用407来表示该流体均布流道，下同)；其流体均布流道沿导流圆盘径向的纵向截面为 斜楔状结构。在径向导流圆盘下方与膨胀床下端的器壁之间，设置有返流流道(见图中导流圆 盘下方返流405-4所在路径，为简洁亦可用405-4来表示该返流流道，下同)。
其通孔的直径大于进料管的外径，在通孔与进料管外管壁之间，形成一个液体流 通间隙，构成内部液体循环流道(见图中内部液体循环流408所在路径，为简洁亦可用408 来表示该内部液体循环流道，下同)。在膨胀床柱底端器壁上，设置了一个料液下排管406。其中，进料管沿膨胀床的纵向轴线设置；径向喷射孔沿进料管末端的管壁圆周均 布设置。具体的，径向导流圆盘为倒置喇叭状或倒置锥状圆盘，所述径向导流圆盘的中心 部位405-1与多孔筛网支撑板402下表面之间的距离，大于径向导流圆盘的圆周边缘部位 405-2与多孔筛网支撑板402下表面之间的距离。由于多孔支撑筛板402两侧存在压差，部分原料液及其细小固体颗粒会穿过多孔 支撑筛板进入膨胀的吸附床层中，进而实现了目标成份的吸附。从现有技术中可知，当原料液从喷射小孔喷出后，在向导流圆盘圆周边缘流动过 程中，有部分原料液会穿过多孔支撑筛板进入膨胀床中，因此流体的体积流量和质量流量 都在变化。同时，在液体由中心向四周流动的过程中，由于流道呈扇形，流通面积逐步扩大， 会产生流体沿半径方向上的压力分布或压力差，使得多孔支撑筛板两侧的压差沿半径方向 存在一个不希望的分布。一方面，为避免这种不理想的压力分布变化，本技术方案中流体均布流道沿径向 的纵向截面设计成“中心宽/厚、边缘薄/窄”的呈斜楔状的结构形式，通过改变流体沿径 向流动时的流通面积，来克服因变质量流动和流道呈扇形几何形状变化所引起的布液/供 液压力变化。此外，上述流体均布流道采用斜楔状的纵向截面结构形式，使得径向导流圆盘与 多孔筛网支撑板的下表面相配合，在多孔筛网支撑板的下方，构成一个径向变截面流体流 道或径向变质量流通道，从导流圆盘的中心沿其半径方向向外的液体流经路径上，液体流 道/通道的横截面积依次递减，流体沿导流圆盘作径向流动时的流通面积依次减小。这样，本技术方案通过上述结构和布局设计，通过改变流体沿导流圆盘径向流动 时的流通面积，来克服/抵消因变质量流动和流道呈扇形几何形状变化所引起的压力变 化，保证了料液流体从中心到边缘都可以有较高的/均勻的流速，使得筛板下的料液液体 压力分布均勻，且料液喷射流速越高，分布越均勻，带来了自稳定的料液液体均布作用。通过设置返流流道，确保了多孔筛板下液体的压力沿径向基本恒定。另一方面，当原料样品料液从进料管末端的径向喷射孔中，沿膨胀床或径向导流 圆盘的半径方向，向四周喷射时，在径向导流圆盘的引导下，对多孔筛网支撑板进行侧向/ 切向冲刷，实现对多孔筛网支撑板的自清洁作用，避免了筛板堵塞，可实现完全在位清洗， 无死点/死区。最后，原料样品料液在径向导流圆盘的圆周边缘部位向下经返流流道折返，将在 多孔筛网支撑板下方聚集的固体颗粒冲洗回流体主流，从料液下排管排出，返回到原料罐 中进行外循环。实际工作状态下，原料样品料液由进料管403进入分布器，从进料管末端顶部的 喷射孔404中沿半径方向，向四周喷射，依次流经流体均布流道407、径向导流圆盘圆周边 缘部位405-2和返流流道405-4，最后从料液下排管406排出，返回到循环原料液罐中进行外循环。作为进一步的延伸，在外循环回路中还可以设置粗过滤器或筛网，以去除处理过 程中形成的大团固体物，在“上样”后期可以在料液罐中注入稀释液，以降低料液的粘度和 提高回收率。图4b中，径向导流圆盘401在沿半径方向设置有多块竖立的导流板409，导流板按 圆周方向均布排列设置，以确保从喷射孔喷射出的流体在向圆周边缘方向流动时，能沿圆 周均勻分布。图5中，通过采用前述图4a和图4b所示的结构和布局设计，径向导流圆盘与多 孔筛网支撑板在结构上相配合，利用流体流道径向截面的变化或流体沿径向压力均布的形 式，辅以内部液体的循环通道，对进入膨胀床的原料样品料液进行沿膨胀床径向的液体均 布，确保了多孔筛网支撑板下的液体压力沿径向基本恒定，从而使通过膨胀床床层的流体 呈现平推流状态，以此来提高膨胀床的分离理论板数和色谱分离效率，改善/提高膨胀床 的使用效果/使用效率。图中膨胀床中平行向上的液流箭头，就显示了色谱交换柱中独立于床层阻力的平 推流，将其与图Ib中所示的非理想流形态相比，可以明显看出，由于膨胀床中心区域与其 边缘区域的布水压力基本恒定，床体内部返流现象得以抑制，使得膨胀床在吸附时的总理 论板数大大提高。本申请的技术方案中，对膨胀床本体结构而言，充分考虑到料液喷射流速(循环 流加上透过流)、循环流道的大小以及筛板的透过阻力这三大影响分布器内液体压力均布 的主要因素，采用低压下流体均布设计、变截面流道、分布器内流体循环和分布器外流体循 环相结合，不但可以清洁多孔支撑筛板，同时可以更好地对进入膨胀床的原料液进行均布， 成功地解决了膨胀床在工业放大生产过程中低床层压降下料液供液压力沿半径方向均勻 分布的问题，较好地确保了通过膨胀床床层的流体呈现平推流状态，可大大改善/提高膨 胀床的使用效果/使用效率，提高了膨胀床的吸附载量和脱附分辨率。由于膨胀床中固体吸附剂颗粒处于悬浮状态，床层的空隙率远大于固定床的空隙 率，可以使原料液中的细胞、细胞碎片等固体颗粒杂质顺利通过床层，溶于原料液中的目标 成份被膨胀床中固体吸附剂捕获。因此，膨胀床无需对原料液的固体颗粒进行特别的处理， 将原有的离心、过滤、捕获三个步骤合成为一步，直接进行色谱捕获。为此，可将膨胀床应用 于色谱分离过程中取代传统的固定床色谱分离柱，并缩短工艺流程，降低生化分离的操作 费用和生产成本。图6中，给出了本技术方案中色谱分离单元的设备连接结构示意关系，其膨胀床 采用前述的具有反冲清洗功能的上部喷嘴组件和具有自清洁功能的液体均压分布器，具体 的，在膨胀床柱的顶部，设置料液上出管和固体污物排放管，在膨胀床柱的底部，设置进料 管和料液下排管；另外，前述的多孔阻挡筛板、膨胀床上端器壁、料液上出管、固体污物排放 管和移动塞柱构成柱头组件，可移动地设置在膨胀床柱的上端(现有的膨胀床色谱分离柱 均带有可上、下移动的柱头组件，下同)。本技术方案设置样品液循环罐V101、缓冲液循环罐V102、卸柱溶液循环罐V103、 带有离心固液分离器LXFLQ的吸附剂储罐V104、进料泵B101、装柱泵B102及在线粗滤器 ZXCLQ，与膨胀床TlOl构成一个适用于生化分离规模化生产过程的色谱分离单元。
其中，样品循环罐VlOl和缓冲液循环罐V102的出口管经分别经阀F006和F007， 通过进料泵BlOl和阀F013与膨胀床TlOl的进料管连接；膨胀床的料液上出管经阀F011、 柱顶出口压力调节阀F102及阀FOOl与产品罐CPG连接，或从柱顶出口压力调节阀F102经 阀F002与废水或中间储存罐(图中未示出)连接。膨胀床的料液下排管经循环流压力调节阀FlOl和阀F004与缓冲液循环罐的回液 管连接；同时，膨胀床的料液下排管经循环流压力调节阀F101、阀F003和在线粗滤器ZXCLQ 与样品循环罐的回液管连接，构成循环回路。在膨胀床的料液上出管和进料管之间，设置由阀FOlO控制的旁路管路。膨胀床柱顶端的料液上出管经过阀FO12与进料泵的出口管连接。膨胀床的固体污物排放管经过阀F015、吸附剂储罐的上进口管、上出口管和卸柱 溶液循环罐V103以及阀F009，与进料泵的进口管连接。吸附剂储罐的下出口管经阀F017、装柱泵B102和阀F016与膨胀床的固体污物排
放管连接。在膨胀床的料液下排管路上设置第一放空阀F051 ；在膨胀床的进料管路上设置 第二放空阀F052 ；在膨胀床的固体污物排放管路上设置第三放空阀F014。此外，在样品罐YPG、清洗液罐QXYG、洗脱液罐XTYG、缓冲液罐HCYG的出口管上以 及产品罐CPG的进口管上，分别设置有控制管路通断的阀门。在膨胀床的进料管上设置有进口流量计FIT-2、进口压力计PIT-I和在线式电导 率计Cond，在膨胀床的料液上出管上设置有在线式电导率计Cond、pH计PH、出口流量计 FIT-I和紫外测试计UV，在膨胀床与样品循环罐/缓冲液循环罐回流管之间的连接管路上 设置循环液压力计PIT-2。当膨胀床处于正常工作状态时，样品循环罐中的原料料液经进料泵送入膨胀床中 进行色谱分离，分离后的料液经料液输出管输出；循环回流的原料料液经在线粗滤器过滤 后再返回样品循环罐。当膨胀床处于“反冲清洗”状态时，反冲液经装柱泵送入膨胀床的上部，对位于膨 胀床上端的多孔阻挡筛板进行反冲清洗。同时，固体污物排放管中的移动塞柱下移，打开顶部喷嘴出口，将多孔筛网下集聚 的固体颗粒带出膨胀床并从固体污物排放管排出。当反冲清洗工作完毕后，固体污物排放管中的移动塞柱上移，关闭固体污物排放 管，继续进行正常的色谱分离操作。同时，利用上部喷嘴组件中移动塞柱的上移或下移，关闭或打开固体污物排放管， 在卸柱溶液循环罐V103、带有离心分离器LXFLQ的吸附剂储罐V104、进料泵以及装柱泵 B102的配合下，实现膨胀床中固体吸附颗粒的在位装填和/或卸载。进一步的，样品循环罐与样品罐、清洗液管和/或缓冲液罐连接，样品罐、清洗液 管和/或缓冲液罐中的液体采用液位控制的方式补入样品循环罐中。同时，缓冲液循环罐与缓冲液罐连接，同样，缓冲液罐中的液体采用液位控制的方 式补入缓冲液循环罐中。进料泵的入口管，还经过阀F008与洗脱液罐的出口管连接。在进料泵的出口管，设置用于捕捉和清除气泡的空气陷阱KQXJ。
图7中，通过在膨胀床柱底部多孔阻挡筛板的下方设置具有自清洁功能的液体均 压分布器，在膨胀床柱顶端设置具有反冲清洗功能的上部喷嘴组件，并采用图6所示的设 备连接关系后，本技术方案膨胀床色谱分离柱的色谱分离工艺流程至少包括下列步骤(该 工艺通常在4°C到室温的范围内进行)A、色谱柱平衡这是膨胀床色谱操作的第一步。进料泵BlOl从缓冲液循环罐V102将缓冲液打入膨胀床TlOl底部的进料管，缓冲 液先经料液上出管和第一放空阀F051放空，再切换至缓冲液循环罐V102，以形成合适的循 环流量和过柱流量。新鲜缓冲液以液位控制的方式不断补入缓冲液循环罐V102，此操作的目的是形成
一定的循环流量和过柱流量。过柱流量及循环流可通过膨胀床底部进口流量计FIT-I和膨胀床顶部出口流量 计FIT-2的反馈，通过控制进料泵BlOl速，循环流压力调节阀FlOl和柱顶出口压力调节阀 F102来实现。过柱流量是膨胀床分离工艺所需，而循环流量是为防止筛板阻塞和保证压力均布 所需。在大多数操作中，此循环流量和过柱流量的比可在0到10之间，取决于防止阻塞和 压力均布的需要。通过选择恰当的比值，可以达到均勻压力分布和低膨胀率高理论板数的 膨胀床。流量压力稳定后，按照工艺要求让色谱柱通过一定量的缓冲液，使得紫外测试计、 PH计或在线式电导率计检测仪表稳定到工艺指定范围，即完成色谱柱平衡。B、色谱柱上样；进样时，进料泵BlOl进口切换到样品液循环罐出口管，循环出口膨胀床下部的料 液下排管切换到样品液循环罐VlOl的进口管(可先放空一部分)。继续通过进口流量计和出口流量计FIT-I和FIT-2反馈及调节进料泵B101、循环 流压力调节阀FlOl和柱顶出口压力调节阀F102，控制所需的过柱流量及循环流量。样品循环罐VlOl中样品料液经进料泵BlOl打入膨胀床吸附柱TlOl进口管。其中一部分的料液通过膨胀床下部的料液下排管循环回流至样品循环罐V101，另 一部分料液穿过膨胀床下部多孔支撑筛板进入膨胀床层，由膨胀床中的吸附剂颗粒对料液 中的目标组份进行吸附。已被吸附了目标组份的料液穿过膨胀床上部多孔阻挡筛板流出膨胀床，再经紫外 测试计、PH计或在线式电导率计检测后排出系统或排入中间储存罐。新鲜样品液以液位控制的方式向样品循环罐不断补入。上样期间，如果膨胀床压力降明显升高(膨胀床操作压力通常在1. 5bar以下)，可 暂停上样操作，将进料泵BlOl进口切换至缓冲液循环罐V102(液位自控)，关闭膨胀床底部 进口，打开旁路阀F010，将缓冲液引入膨胀床顶部，反冲洗顶部的多孔阻挡筛板；同时打开 顶部喷嘴出口，将多孔阻挡筛板下集聚的固体物料带出膨胀床并从固体污物排放管放空。反冲清洗结束后，关进料泵B101，关顶部喷嘴，关闭顶部旁路阀F010，打开膨胀床 底部进料管；再重新回到上述“上样”操作。此操作可根据需要多次进行。等样品处理完，“上样”即告结束。管路上通常会设空气报警器以示“上样”结束。
如果必要，“上样”后期可在样品循环罐VlOl中加入缓冲液以降低料液粘度和颗粒 浓度。C、色谱柱冲洗；上样结束后，进料泵BlOl进口切换到缓冲液循环罐V102，膨胀床循环口先切换到 废液放空，再切回到缓冲液循环罐V102。控制同样的过柱流量及循环流量，按照工艺要求让膨胀床通过一定量的缓冲液， 使得紫外测试计、PH计或在线式电导率计检测仪表稳定到工艺指定范围，即完成色谱柱冲 洗。D、吸附物洗脱；首先停止进料泵B101，让膨胀床床层静置；再将所述的柱头组件降至床层静置界 面并固定，使得色谱柱由膨胀床结构状态变为固定床结构状态。然后，重新启动进料泵B101，其进口切至缓冲液循环罐V102，膨胀床色谱分离柱 循环口关闭，通过进口流量计FIT-I反馈控制过柱流量。按照工艺要求让膨胀床通过一定量的缓冲液，使得紫外测试计、PH计或在线式电 导率计检测仪表稳定到工艺指定范围。洗脱时，进料泵BlOl进口切换到与洗脱液罐出口连接，膨胀床循环出口仍关闭， 继续通过进口流量计FIT-I反馈控制过柱流量。监测紫外测试计、pH计和/或在线式电导率计，在合适时机切换将目标峰(产物) 引入产品罐，其余放入废液或中间停留罐。E、色谱柱清洗和再生；洗脱完成后，停止进料泵B101，将顶部多孔阻挡筛板的上部喷嘴组件打开，并通过 第三放空阀FO14通大气。然后将前述的柱头组件升至原来高度，固定柱头组件，使得色谱柱恢复为膨胀床 结构状态，移动塞柱上移，关闭上部喷嘴组件。将样品循环罐VlOl内液体全部放空，将清洗液自清洗液罐QXYG引入样品循环罐； 启动进料泵，将进料泵BlOl进口切换至样品循环罐V101，色谱柱循环口切换回样品循环罐 VlOl (即循环流压力调节阀FlO打开)，将清洗液引入样品循环罐V101。根据工艺要求，控制所需过柱流量和循环流量，让膨胀床通过一定量的清洗液，使 得紫外测试计、PH计或在线式电导率计检测仪表稳定到工艺指定范围，即完成色谱柱的清 洗和再生。F、色谱柱重平衡；色谱柱清洗和再生完成后，关进料泵B101。将样品循环罐VlOl内液体全部放空，关闭各放空阀门，将缓冲液引入样品循环罐 (通过液位控制)。启动进料泵B101，将其进口切换至样品循环罐VlOl ；膨胀床循环口先从固体污物 排放管放空再切回样品循环罐V101。根据工艺要求，以前述同样方法控制所需过柱流量和循环流量；让色谱柱通过一定量的缓冲液，使得紫外测试计、pH计或在线式电导率计检测仪 表稳定到工艺指定范围，即完成色谱柱的重平衡。
关停进料泵系统，样品循环罐内液体全部放空，关闭各放空阀门，等待下一次操作 循环。进一步的，本技术方案中的色谱分离工艺流程还包括下列步骤G、装柱首先，先将膨胀床色谱分离柱TlOl注满缓冲液，再将膨胀床顶部的上部喷嘴组件 出口打开；启动装柱泵B102，将吸附剂颗粒悬浮液(通过搅拌)从吸附剂储罐V104打入膨胀 床TlOl中；吸附颗粒自然沉降于膨胀床色谱柱内，液体经多孔阻挡筛板从膨胀床柱顶端出口 流出，实现在位装柱。H、卸柱首先，膨胀床顶部的料液上出管关闭，顶部移动塞柱下移，进料泵进口切换至卸柱 缓冲液循环罐。启动进料泵BlOl并适当开大流量，使膨胀床内的流体速度超过吸附颗粒沉降速 度，吸附剂颗粒会被带入吸附剂储罐V104 ；其中，吸附剂储罐V104中的离心固液分离器把吸附颗粒介质留在罐内，溶液则溢 出并循环使用。继续运行进料泵直至所有吸附颗粒介质都被移到吸附剂储罐中，实现在位卸柱。更进一步的，在“上样”步骤后期，可通过在样品循环罐中注入稀释液，以降低原料 料液的粘度和颗粒浓度，提高回收率。更进一步的，前述的循环流量和过柱流量的比在0到10之间，其比值大小取决于 防止阻塞和压力均布的需要。在图8中，(a)为膨胀床色谱交换柱的“平衡”步骤，原料料液下进上出，且在膨胀 床下部有循环流量，以满足料液喷射流速、料液液体压力均布作用和自清洁功能的需要。本步骤中设备的连接关系、各阀门的开闭以及液体流向，在前述工艺流程中已有 介绍，不再重复，下同。在(b)中，表示膨胀床的“上样”步骤，此时若膨胀床色谱分离柱压力降明显升高， 需要进行“反冲清洗”。在(c)中，在膨胀床“反冲清洗”步骤中，反冲液从料液上出管进入膨胀床，对多孔 阻挡筛板进行反冲洗反冲液从固体污物排放管排出。在(d)中，膨胀床在“上样”步骤结束后，进行“色谱柱冲洗”步骤。在(e)中，膨胀床进行“吸附物洗脱”步骤。在(f)中，膨胀床进行“清洗和再生”步骤。在(g)中，色谱柱清洗和再生完成后，进行“重平衡”步骤。图中点状区域为吸附颗粒所占空间，在(e)步骤中，很明显因为前述柱头组件的 下移，使得吸附颗粒所占空间最小，实际此时交换柱装置是处于固定床结构状态。在图9中，9a所示为装柱示意，先将膨胀床色谱分离柱注满缓冲液，再将膨胀床顶 部的上部喷嘴组件出口打开；启动装柱泵，将吸附剂颗粒悬浮液从吸附剂储罐打入色谱柱 中。
吸附颗粒从膨胀床顶部的上部喷嘴组件(即固体污物排放管)进入膨胀床中，液 体从膨胀床柱顶端的料液上出管流出，实现了在位“装柱”。9b所示为卸柱示意，膨胀床内的流体速度超过吸附颗粒沉降速度，吸附剂颗粒从 膨胀床顶部的上部喷嘴组件(即固体污物排放管)被带出膨胀床，带入吸附剂储罐，吸附剂 储罐中的离心固液分离器把吸附颗粒介质留在罐内，溶液则溢出并循环使用。继续运行进料泵直至所有吸附颗粒介质都被移到吸附剂储罐中，实现了在位“卸 柱”。本技术方案由于采用了上述设备结构/组成和连接管路，顺利实现了膨胀床的自 动“装柱”和“卸柱”过程，因为没有膨胀床柱体的“拆卸”或“移动”，故称之为“在位”装、卸柱。实施例1 膨胀床在单克隆抗体生产中的应用该蛋白由CHO动物细胞表达，析于细胞夕卜，CHO细胞大小约10_15um，于 1，500L-10，000L细胞罐中培养，最后细胞密度lX107cells/ml，滴度500mg/ml。传统工艺需要高速连续流离心加深层过滤再加蛋白A亲和色谱，然后再用离子交 换，疏水，或高分辨率凝胶色谱作进一部纯化。上述工艺通常需要2 3天的时间完成连续流离心、深层过滤，和蛋白A亲和色三 步。亲和色谱在180cm/hr(固定床 120_180cm/hr)，线速运行(床高30cm，停留时间10 分)，载量约为20g/L。色谱柱体积37. 5L，直径约40cm。色谱系统运行流量约为225L/hr，1500L样品约 在6. 6hr完成上样。连续流离心设备昂贵，深层过滤耗材量大，固定床亲和色谱通量低，上样时间长。 而且深层过滤会造成细胞破裂释放出其他杂蛋白和水解酶。如不及时去除会影响产品收 率。三步收率通常为95%，90%和97%。总收率为82%。采用膨胀床技术可将细胞表达液直接用于蛋白A亲和色谱，从而将传统的三步合 为一步。口及Pt齐[JiM streEimline r-proteinA (GE Healthcare)粒径 150um/80_165比重1.3g/ml筛网孔径20um床层高度30cm静止床层线流速:240cm/hr(200-400cm/hr)载量17.5g/L柱体积42L柱直径50cm ( 43cm)循环流/过柱流2. 5过柱流量约471L/hr系统流量1200L/hr运行压力<l.Obar上样时间3. 2hr
收率>92%可见，和传统工艺相比较，膨胀床工艺可大大简化“捕获”步骤，使三步简化成一 步，操作周期约降为传统工艺的40% (对单抗类蛋白纯化尤其重要)。同时，因为工艺路线中取消了高速离心机及过滤设备，初始投资约降为传统工艺 的60%，直接材料约降为原来的75%，总收率也可提高至少10%。实施例2 膨胀床在重组人体白蛋白(rHSA)生产中的应用该蛋白由Pichia Pastoris酵母细胞表达，析于细胞外，于5，000L发酵罐中培养， 最后滴度 1.0g/l。传统的工艺，需要高速连续流离心加深层过滤，再加离子交换色谱，然后再用疏 水，离子交换作进一部纯化。传统工艺通常需要2-3天的时间完成连续流离心，深层过滤， 和离子交换捕获色谱三步。离子交换在120cm/hr(固定床 120-180cm/hr)线速运行(床 高30cm，停留时间15分)，载量约为10g/L。色谱柱体积500L，直径约140cm(145cm)。色谱 系统运行流量约为1900L/hr，5000L样品约在2.6hr完成上样。连续流离心设备昂贵，深层 过滤耗材量大。而且深层过滤会造成细胞破裂释放出其他杂蛋白和水解酶。如不及时去除 会影响产品收率。三步收率通常为90%，90%和95%。总收率为76%。采用膨胀床技术可将细胞表达液直接用于离子交换色谱，从而将传统的三步合为 “■步 ο吸附剂介质streamlineSP(GE Healthcare)粒径 200um/100_300um比重1.2g/ml筛网孔径20um床层高度30cm静止床层线流速250cm/hr2X (200_400cm/hr)载量8.5g/L柱体积588L柱直径160cm ( 158cm)循环流/过柱流3.0过柱流量约5000L/hr系统流量15000L/hr运行压力<l.Obar上样时间l.Ohr收率>90%同样可以得知，和传统工艺相比较，膨胀床工艺可大大简化捕获步骤，使三步成 一步，操作周期约降为40%。因为去除了离心机及过滤设备，初始投资约降为传统工艺的 60 %，直接材料约降为原来的75 %，总收率可提高30 %。实施例3 膨胀床在抗生素生产中的应用抗生素生产规模大，流量高，是应用膨胀床技术的另一良好领域。随着医药工业对抗生素的纯度要求越来越高，离子交换色谱逐渐变成下游分离工 艺中的必需的手段，尤其是发酵液中含有絮状固体并无法用过滤一次清除的情形，膨胀床技术的应用可以有显著的经济效益。实施例4 膨胀床在从牛奶中分离蛋白(Lactoferrin)生产中的应用因为处理高粘度和固体杂质的能力，膨胀床技术在以牛奶为基础表达的转基因蛋 白方面也有显著的优势和明显的经济效益。综上，本技术方案在以下领域里尤其重要单克隆抗体(用药剂量大，常见年产量 吨级)，重组人血蛋白(超过500吨/年全球，常见年产量十几吨级)，转基因牛奶表达的蛋 白药物等(物料粘度高，杂蛋白多)。在本技术方案中，通过在膨胀床底部多孔阻挡筛板的下方设置具有自清洁功能的 液体均压分布器和在膨胀床柱顶端设置具有反冲清洗功能的上部喷嘴组件，使得膨胀床顶 部的多孔阻挡筛板和/或膨胀床底部的多孔筛网支撑板可具有反冲洗和/或自清洁功能， 使得膨胀床色谱分离柱适用于处理含有固体颗粒杂质的原料料液，解决了固体颗粒堵塞筛 板和孔道的难题。同时，由于在本申请的技术方案中，流体流道尺寸和多孔筛网/筛板阻力在设计 时已经确定，循环流量和透过流量则为可控操作变量，故其膨胀床整体控制方便，工业化规 模放大容易；同时，分布器内死体积小，分布器内返混和床层相比可忽略，从而可以实现低 压下小体积内的流体均布，使得低膨胀率、高理论板数的膨胀床在生化分离技术上的工业 化应用得以实现，达到使用膨胀床的核心优势。采用本申请的技术方案后，膨胀床技术可应用于所有用微生物和动物细胞生产的 蛋白类物质的纯化分离，允许含固体颗粒或沉淀物的物料直接用于色谱分离。结合上述内容可以得知，本申请的技术方案之主要创新点在于1)提出了一种新型结构的膨胀床分离柱，其可对生物行业中含固细胞液或裂解液 直接处理，实现高通量，高理论板数色谱分离；简化了生化分离的工艺流程，尤其对单克隆 抗体类，人体重组白蛋白等需要大规模生产的产品意义重大。2)在本技术方案中膨胀床吸附柱的多孔筛网支撑板的下部设置一个液体分布器， 此分布器具有更好的液体均布能力和自清洁功能；该均布器具有低压降，小体积，自稳定等 优点。3)本技术方案中膨胀床上部设有缓冲液的反冲入口，可以清除膨胀床上部多孔筛 板下部的固体颗粒累积和堵塞。4)针对上述改进结构的膨胀床的工艺流程中，在样品原料循环流路中设置滤器， 可除去循环样品料液中的大团固体污物，确保新膨胀床工艺流程顺利进行。5)可实现在位装柱和卸柱，在树脂罐里设置液固旋风分离器，在卸载膨胀床的树 脂时，便于吸附树脂与缓冲液的分离，且缓冲液可循环使用。6)对细胞裂解液的直接处理，免去离心和过滤步骤，设备一次采购费用降低明显。7)可实现全流程在位清洗、在位装柱和卸柱，有利于实现整个生产过程的全自动 化控制。本申请的技术方案，特别适合于对生物行业中含固细胞液或细胞裂解液直接进行 处理，实现高通量、高理论板数的色谱分离；其免去了现有的“离心”和“过滤”工艺步骤，简 化了生化分离的生产工艺流程，尤其对单克隆抗体类，人体重组白蛋白等需要大规模工业 化生产的产品意义重大，经济效益明显。
权利要求
一种用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱，包括位于膨胀床柱顶端的多孔阻挡筛板和出料管，位于膨胀床柱底端的多孔支撑筛板和进料管，其特征是在膨胀床的顶端，设置至少包括料液上出管、固体污物排放管、移动塞柱和密封圈，具有反冲清洗功能的上部喷嘴组件；在所述膨胀床的底端，设置至少包括进料管、径向喷射孔、径向导流圆盘和料液下排管，具有自清洁功能的液体均压分布器；当多孔阻挡筛板下方有固体颗粒累积，造成多孔阻挡筛板的阻力降增大时，反冲液从料液上出管进入膨胀床柱顶端，对多孔阻挡筛板进行反冲清洗，将聚集在多孔阻挡筛板下部的固体累积物吹落，同时下移移动塞柱，打开固体污物排放管，将固体累积物从固体污物排放管排出；反冲完毕后，上移移动柱塞，关闭固体污物排放管，膨胀床继续进行正常的色谱分离操作；所述的径向导流圆盘与多孔筛网支撑板的下表面配合，在径向导流圆盘的中心沿着导流圆盘的半径方向上，构成变截面流体均布流道；从所述径向喷射孔中喷射出的原料料液，沿膨胀床或径向导流圆盘的半径方向，向四周喷射，在径向导流圆盘的引导下，对多孔支撑筛板进行侧向/切向冲刷，将在筛板下部聚集的固体颗粒冲洗回流体主流，从料液下排管排出，返回到样品循环罐中进行循环，实现对多孔支撑筛板的完全在位清洗和自清洁作用；通过设置具有反冲清洗和/或自清洁功能的上部喷嘴组件和液体均压分布器，使得膨胀床色谱分离柱适用于处理含有固体颗粒杂质的原料料液，以此来改善/提高在生化领域工业化规模生产中膨胀床的使用效果/使用效率。
2.如权利要求1所述的用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱，其特征是所述的料液 上出管和固体污物排放管设置在多孔阻挡筛板上方的膨胀床器壁上，所述的固体污物排放 管贯穿膨胀床上端器壁和多孔阻挡筛板的中间部位设置；所述的移动塞柱和密封圈设置在 固体污物排放管内；当所述的移动塞柱上移时，其与密封圈配合，关闭固体污物排放管，所述的上部喷嘴组 件处于正常工作状态，膨胀床中的原料料液流经多孔阻挡筛板后，由料液上出管排出；当所 述的移动塞柱下移时，固体污物排放管导通，所述的上部喷嘴组件处于反冲清洗状态，反冲 液经料液上出管反向流经多孔阻挡筛板后，将聚集在多孔阻挡筛板下部固体累积物吹落， 由固体污物排放管排出；当反冲清洗完毕后，移动塞柱上移，关闭固体污物排放管，即可继 续进行正常的色谱分离操作；同时，利用上部喷嘴组件中移动塞柱的上移或下移，关闭或打开固体污物排放管，用来 实现膨胀床中固体吸附颗粒的在位装填和/或卸载。
3.如权利要求1所述的用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱，其特征是在所述膨胀 床柱底端的中心部位设置进料管，进料管的顶端设置在多孔支撑筛板的下方，在所述进料 管的顶端设置径向喷射孔；在膨胀床柱底端器壁与多孔支撑筛板之间，设置径向导流圆盘； 在径向导流圆盘的中心部位开设通孔，所述的进料管贯穿径向导流圆盘的通孔设置；所述 的径向导流圆盘与多孔支撑筛板的下表面配合，在径向导流圆盘的中心沿着导流圆盘的半 径方向上，构成变截面流体均布流道；所述的料液下排管设置在多孔支撑筛板下方的膨胀 床器壁上；所述的变截面流体均布流道为径向变截面流体流道或径向变质量流通道，其对进入膨 胀床的原料料液，进行沿膨胀床径向的液体压力均布，确保多孔筛网支撑板下的液体压力 沿径向基本恒定，从而使通过膨胀床床层的料液流体呈现平推流状态，同时实现在位清洗 和自清洁，以此来改善/提高膨胀床的使用效果/使用效率。
4.如权利要求1所述的用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱，其特征是在所述径 向导流圆盘的上表面，沿半径方向设置有多块竖立的导流板，所述的导流板按圆周方向均 布排列设置；在所述径向导流圆盘下方与膨胀床下端的器壁之间，设置返流流道；所述径 向导流圆盘中心部位通孔的直径大于或等于所述进料管的外径，在通孔与进料管外管壁之 间，形成一个液体流通间隙，构成内部液体循环流道。
5.一种如权利要求1所述的用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱，包括膨胀床柱， 在所述膨胀床柱的顶部，设置料液上出管和固体污物排放管，在所述膨胀床柱的底部，设置 进料管和料液下排管，所述的多孔阻挡筛板、膨胀床上端器壁、料液上出管、固体污物排放 管和移动塞柱构成柱头组件，可移动地设置在膨胀床柱的上端，其特征是设置样品液循环罐、缓冲液循环罐、卸柱溶液循环罐、带有离心固液分离器的吸附剂储 罐、进料泵、装柱泵及在线粗滤器，与所述的膨胀床柱构成一个适用于生化分离规模化生产 过程的色谱分离单元；其中，所述样品循环罐和缓冲液循环罐的出口管经进料泵与膨胀床的进料管连接；所 述膨胀床的料液上出管经柱顶出口压力调节阀与产品罐连接，或者，料液上出管经柱顶出 口压力调节阀与废水或中间储存罐连接；所述膨胀床的料液下排管经循环流压力调节阀和在线粗滤器与样品循环罐的回液管 连接，构成循环回路；所述膨胀床的料液下排管经循环流压力调节阀与缓冲液循环罐的回液管连接； 在所述膨胀床的料液上出管和料液下排管之间，设置旁路管路； 所述膨胀床柱顶端的料液上出管经过阀门与进料泵的出口管连接； 所述膨胀床的固体污物排放管，经过吸附剂储罐的上进口管、上出口管和卸柱溶液循 环罐，与进料泵的进口管连接；所述吸附剂储罐的下出口管经装柱泵与膨胀床的固体污物排放管连接； 在所述膨胀床的料液下排管路上设置第一放空阀； 在所述膨胀床的进料管路上设置第二放空阀； 在所述膨胀床的固体污物排放管路上设置第三放空阀； 在所述膨胀床或各罐的进/出口管上设置阀门；在膨胀床的进料管上设置进口流量计、进口压力计和在线式电导率计，在膨胀床的料 液上出管上设置在线式电导率计、PH计、出口流量计和紫外测试计，在膨胀床与样品循环罐 /缓冲液循环罐回流管之间的连接管路上设置循环液压力计；当所述的膨胀床处于正常工作状态时，样品循环罐中的原料料液经进料泵送入膨胀床 中进行色谱分离，分离后的料液经料液上出管输出；从料液下排管循环回流的原料料液经 在线粗滤器过滤后再返回样品循环罐；当所述的膨胀床处于反冲清洗工作状态时，反冲液经装柱泵送入膨胀床的上部，对位 于膨胀床上端的多孔阻挡筛板进行反冲清洗；同时，固体污物排放管中的移动塞柱下移，打开顶部喷嘴出口，将多孔筛网下集聚的固体颗粒带出膨胀床并从固体污物排放管排出；当反冲清洗工作完毕后，固体污物排放管中的移动塞柱上移，关闭固体污物排放管，继 续进行正常的色谱分离操作；同时，利用上部喷嘴组件中移动塞柱的上移或下移，关闭或打开固体污物排放管，在卸 柱溶液循环罐、带有离心分离器的吸附剂储罐、进料泵以及装柱泵的配合下，实现膨胀床中 固体吸附颗粒的在位装填和/或卸载。
6.如权利要求5所述的用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱，其特征是所述的样品 循环罐与样品罐、清洗液罐和/或缓冲液罐连接，所述样品罐、清洗液管和/或缓冲液罐中 的液体采用液位控制的方式补入样品循环罐中；所述的缓冲液循环罐与缓冲液罐连接，所述缓冲液罐中的液体采用液位控制的方式补 入缓冲液循环罐中；所述进料泵的入口管，与洗脱液罐的出口管连接； 在所述进料泵的出口管，设置用于捕捉和清除气泡的空气陷阱。
7.—种如权利要求5所述用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱的色谱分离工艺，其 特征是所述膨胀床色谱分离柱的色谱分离工艺流程至少包括下列步骤A、色谱柱平衡进料泵从缓冲液循环罐中将缓冲液打入膨胀床底部的进料管，缓冲液先经料液上出管 和第一放空阀放空，再切换至缓冲液循环罐，以形成合适的循环流量和过柱流量；所述的过柱流量及循环流量，通过膨胀床底部的进口流量计和顶部的出口流量计的反 馈，籍以控制进料泵的泵速、循环流压力调节阀和柱顶出口压力调节阀来实现；流量压力稳定后，按照工艺要求让色谱柱通过一定量的缓冲液，使得紫外测试计、PH计 或在线式电导率计检测仪表稳定到工艺指定范围，即完成色谱柱平衡；B、色谱柱上样；进料泵进口切换到样品液循环罐出口管，循环出口膨胀床下部的料液下排管切换到样 品液循环罐进口管；继续通过进口流量计和出口流量计反馈及调节进料泵、循环流压力调 节阀和柱顶出口压力调节阀，控制所需的过柱流量及循环流量；样品循环罐中样品料液经进料泵打入膨胀床进口管，其中一部分料液通过膨胀床下部 的料液下排管循环回流至样品循环罐，另一部分料液穿过多孔支撑筛板进入膨胀床层，由 膨胀床中的吸附剂颗粒对料液中的目标组份进行吸附；已被吸附了目标组份的料液穿过膨胀床上部的多孔阻挡筛板流出膨胀床；再经紫外测 试计、PH计或在线式电导率计检测后排出系统或排入中间储存罐； 新鲜样品液从样品罐以液位控制的方式向样品循环罐不断补入； 上样期间，如果膨胀床色谱分离柱压力降明显升高，可暂停上样操作，将进料泵进口切 换至缓冲液循环罐，关闭膨胀床底部的进料管，打开旁路，将缓冲液引入膨胀床顶部，反冲 清洗顶端的多孔阻挡筛板；同时移动塞柱下移，打开顶部上部喷嘴组件，将多孔阻挡筛板下 集聚的固体物料由固体污物排放管带出膨胀床并从废液口放空；反冲清洗结束后，关闭进料泵，移动塞柱上移，关闭顶部上部喷嘴组件，关顶部旁路，打 开膨胀床底部进样管，再重新回到上述上样操作；等样品处理完，上样即告结束；C、色谱柱冲洗；上样结束后，进料泵进口切换到缓冲液循环罐，膨胀床循环口先切换到废液放空，再切 回到缓冲液循环罐；控制同样的过柱流量及循环流量，按照工艺要求让色谱柱通过一定量 的缓冲液，使得紫外测试计、PH计或在线式电导率计检测仪表稳定到工艺指定范围即完成 色谱柱冲洗；D、吸附物洗脱；首先停止进料泵，让膨胀床床层静置，将所述的柱头组件降至床层静置界面并固定，使 得色谱柱由膨胀床结构状态变为固定床结构状态；然后，重新启动进料泵，进料泵的进口管切至缓冲液循环罐，膨胀床色谱分离柱循环口 关闭，通过底部进口流量计反馈控制过柱流量；按照工艺要求让膨胀床色谱分离柱通过一 定量的缓冲液，使得紫外测试计、PH计或在线式电导率计检测仪表稳定到工艺指定范围；洗脱时，进料泵进口切换到与洗脱液罐出口连接，膨胀床色谱分离柱循环出口仍关闭； 继续通过底部进口流量计反馈控制过柱流量；监测紫外测试计、PH计和/或在线式电导率计，在合适时机切换将目标峰引入产品罐， 其余放入废液或中间停留罐；E、色谱柱清洗和再生；洗脱完成后，停止进料泵，将顶部多孔阻挡筛板的上部喷嘴组件打开，并通过放空口通 大气；然后将所述的柱头组件升至原来高度，固定柱头组件，使得色谱柱恢复为膨胀床结构 状态，移动塞柱上移，关闭上部喷嘴组件；将样品循环罐内液体全部放空，将清洗液自清洗液罐引入样品循环罐；启动进料泵，将 进料泵进口切换至样品循环罐，色谱柱循环口切换回样品循环罐；根据工艺要求，控制所需过柱流量和循环流量。让色谱分离柱通过一定量的清洗液，使 得紫外测试计、PH计或在线式电导率计检测仪表稳定到工艺指定范围，即完成色谱柱的清 洗和再生；F、色谱柱重平衡；色谱柱清洗和再生完成后，关闭进料泵，将样品循环罐内液体全部放空，关闭各放空阀 门，将缓冲液自缓冲液罐引入样品循环罐；启动进料泵，将进料泵进口切换至样品循环罐； 色谱柱循环口先从废液口放空，再切回样品循环罐； 根据工艺要求，以上述同样方法控制所需过柱流量和循环流量； 让色谱柱通过一定量的缓冲液，使得紫外测试计、PH计或在线式电导率计检测仪表稳 定到工艺指定范围，即完成色谱柱的重平衡；关停进料泵系统，样品循环罐内液体全部放空，关闭各放空阀门，等待下一次操作循环。
8.如权利要求7所述用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱的色谱分离工艺，其特征 是所述的色谱分离工艺流程还包括下列步骤G、装柱首先，先将膨胀床色谱分离柱注满缓冲液，再将膨胀床顶部的上部喷嘴组件出口打开；启动装柱泵，将吸附剂颗粒悬浮液从吸附剂储罐打入色谱柱中； 吸附颗粒自然沉降于色谱柱内，液体经多孔阻挡筛板从膨胀床柱顶端出口流出，实现 在位装柱； H、卸柱首先，膨胀床顶部的料液上出管关闭，顶部移动塞柱下移； 进料泵进口切换至卸柱缓冲液循环罐；启动进料泵并适当开大流量，使膨胀床内的流体速度超过吸附颗粒沉降速度，吸附剂 颗粒会被带入吸附剂储罐；其中，吸附剂储罐中的离心固液分离器把吸附颗粒介质留在罐内，溶液则溢出并循环 使用；继续运行进料泵直至所有吸附颗粒介质都被移到吸附剂储罐中，实现在位卸柱。
9.如权利要求7所述用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱的色谱分离工艺，其特征 是在所述“上样”步骤后期，可通过在样品循环罐中注入稀释液，以降低原料料液的粘度和 颗粒浓度，提高回收率。
10.如权利要求7所述用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱的色谱分离工艺，其特 征是所述的循环流量和过柱流量的比在0到10之间，取决于防止阻塞和压力均布的需要。
全文摘要
一种用于生化分离过程的膨胀床色谱分离柱及工艺流程，属生化领域。其通过在膨胀床底部多孔阻挡筛板的下方设置具有自清洁功能的液体均压分布器，在膨胀床顶端设置具有反冲清洗功能的上部喷嘴组件，使得膨胀床色谱分离柱适用于处理含有固体颗粒杂质的原料料液，同时，可以更好地对进入膨胀床的原料样品料液进行均布，解决了膨胀床在工业放大生产过程中低床层压降下料液供液压力沿半径方向均匀分布的问题，较好地确保了通过膨胀床床层的流体呈现平推流状态，可大大提高膨胀床的分离理论板数和色谱分离效率，改善膨胀床的使用效果和使用效率，提高了膨胀床的吸附载量和脱附分辨率。
文档编号B01D15/18GK101972558SQ20101056531
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者顾雄毅 申请人:顾雄毅