一种模拟移动床色谱分离装置的制作方法

本发明属于色谱分离技术领域，特别涉及一种通用模拟移动床色谱分离装置。

背景技术：

模拟移动床色谱(简称SMB)技术具有高分离度、高产率、高收率、高生产效率和连续自动运行机制，是高端分离手段。模拟移动床色谱装置由若干根尾首相接成循环回路的色谱柱组成，通过沿流动相的流动方向有次序地移动流动相进口与流出液出口的位置来模拟固定相与流动相的相对逆流流动，进而实现不同组分的分离。SMB工作模式包括设置参与分离的色谱柱数目、划分不同功能区、设置各区色谱柱，模拟移动床色谱分离原理决定了工作模式的多样性；并且工作模式是优化模拟移动床色谱分离首先考查的关键因素，但实际上的SMB设备大都受切换阀及其配套软件的制约采用较为固定的运行模式，同一台SMB设备难于实现多种不同模式之间的转换。

技术实现要素：

本发明提供一种通用模拟移动床色谱分离装置。该装置为在SMB体系中每个色谱柱安排11个二通阀，可以设置多种的工作模式，实现多组分分离。

一种模拟移动床装置，包括M根色谱柱，4≤M≤30，每根色谱柱入口和出口分别连接入口多通和出口多通，入口多通分别连接6条输入管路以及前一根色谱柱的循环管路，出口多通分别连接4条输出管路以及当前色谱柱的循环管路；所述的每根输入管路或输出管路分别与相应的输入总线或输出总线连接；原料液、洗脱液分别由相应的输入总线输入相应色谱柱的输入管路；所述的循环管路连接前一根色谱柱出口多通和当前色谱柱入口多通，使所有色谱柱通过循环管路尾首相连；除循环流出液以外的各种色谱柱流出液分别由相应色谱柱通过相应的输出管路输出到相应的输出总线；

原料液、洗脱液存贮于相应的储液罐中；从输出总线流出的各种色谱柱流出液即模拟移动床的体系流出液存贮于相应的储液罐中；

每根色谱柱的输入管路、输出管路和循环管路上均设置二通阀；所述二通阀由电磁阀和止逆阀组成，并由PLC或单片机控制系统控制每个二通阀为开启或关闭状态；

所述色谱柱在-10℃～200℃范围内的恒温条件下工作；

上述的模拟移动床装置，可以设置多区带SMB：如三带a-b-c、四带SMB：a-b-c-d，五带SMB：a-b-c-d-e六带至更多带，a、b、c、d、e指每带色谱柱数目，可以设置开环输入原料液或者洗脱液模式的模式，吸附区和慢组分精细分离区连续、洗脱区独立的模式，各区独立工作的顺序SMB运行模式。

进一步的，上述的模拟移动床装置，可选择SMB参与分离的色谱柱数目，即：在所述装置中参与分离过程的色谱柱为N根，3≤N≤M；N根色谱柱通过循环管路尾首相连，形成回路。

进一步的，上述的模拟移动床装置，将一条输出总线与一条输入总线连接，构成截取管路。

进一步的，上述的模拟移动床装置，可以实现截取部分流出液并连续回流精制，打开当前输出流出液的色谱柱的与所述截取管路相连的输出管路二通阀和该柱的后一根色谱柱的与所述截取管路相连的输入管路二通阀，构成回流管路，并且在回流管路上设置输送泵；

或者在截取管路中设置1个三通和1台输送泵，所述三通的一个口用于输出流出液，同时打开当前输出流出液的色谱柱的与所述截取管路相连的输出管路二通阀和该柱的后一根色谱柱的与所述截取管路相连的输入管路二通阀，同样构成回流管路；

并且，上述两种构成回流管路的方式中，在当前色谱柱的回流管路开通时，将当前色谱柱循环管路关闭。

或者，上述的模拟移动床装置，可以实现截取部分流出液并反馈给进样入口或洗脱液入口，打开当前输出流出液的色谱柱的与所述截取管路相连的输出管路二通阀和除该柱的后一根色谱柱之外任意一根色谱柱的与所述截取管路相连的输入管路二通阀，构成绕过管路；

所述绕过管路中设置0～1台输送泵。

进一步的，上述的模拟移动床装置，可以设置同步或异步切换模式，针对同一个工作模式，在切换周期内，通过控制系统分时间段设置进口、出口位置，调整各个功能区带的长度即各带色谱柱数目。

进一步的，上述的模拟移动床装置，所述的M根色谱柱依次排列的序号为：Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、…、Z(n-1)、Zn、Z(n+1)、…、ZM，则在所述的N根色谱柱中，排在两端的相邻色谱柱尾首相连，其它相间隔的色谱柱尾首相连，色谱柱尾首相连即为所述循环管路，所有循环管路等长；

N为偶数时，N根色谱柱的连接方式为：Z1、Z3、Z5、…、Z(N-3)、Z(N-1)、ZN、Z(N-2)、Z(N-4)、…、Z4、Z2、Z1，即：按奇数增大的方向，奇数色谱柱尾首相连至一端Z(N-1)，Z(N-1)与ZN尾首相连，然后，按偶数减小方向，偶数色谱柱尾首相连至另一端Z2，Z2与Z1尾首相连，构成N根色谱柱的回路，为“麻花式”尾首相连；

N为奇数时，N根色谱柱的连接方式为：Z1、Z3、Z5、…、Z(N-4)、Z(N-2)、ZN、Z(N-1)、Z(N-3)、…、Z4、Z2、Z1，即：按奇数增大的方向，奇数色谱柱尾首相连至一端ZN，ZN与Z(N-1)尾首相连，然后，按偶数减小方向，偶数色谱柱尾首相连至另一端Z2，Z2与Z1尾首相连，构成N根色谱柱的回路，为“麻花式”尾首相连；

采用“麻花式”尾首相连的方式连接管线，能够使循环管路的被循环的液体有近似的输送过程，避免扩散差异。

进一步的，上述的模拟移动床装置，所述M根色谱柱的排列方式为一字排列、环形排列或者矩形排列等方式时，“麻花式”尾首相连方便，循环管线等长。

进一步的，上述的模拟移动床装置，可设置多种工作模式同时工作，将N根色谱柱的模拟移动床分解为2套模拟移动床体系，即：L根色谱柱尾首相连组成一套模拟移动床，3≤L≤(N-3)，剩余(N-L)根色谱柱尾首相连组成另外一套模拟移动床，2套模拟移动床体系为独立运行模式、并联运行模式或者串联运行模式。

进一步的，上述的模拟移动床装置，断开2套模拟移动床之间的连接管线，能够构成数套不同模拟移动床体系，数套模拟移动床体系为独立运行模式、并联运行模式或者串联运行模式。

进一步的，上述的模拟移动床装置，将所有色谱柱设置于一个区域，所有二通阀设置于另外一个区域，对色谱柱区域进行控温。

进一步的，上述的模拟移动床装置，输入总线上配备过滤器、在线脱气机，循环管路上配备流量计，输出总线上配备流量计、溶液浓度和纯度的检测器。

进一步的，上述的模拟移动床装置，与工作模式无关的管路均可在相应的多通或三通处用堵头密封，以延长相关二通阀寿命。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本装置具有多种功能：设置SMB参与分离的色谱柱数目；设置多区带SMB：如三带a-b-c、四带SMB：a-b-c-d，五带SMB：a-b-c-d-e，六带至更多带，a、b、c、d指每带色谱柱数目；设置区带间连续运行或独立运行模式；设置开环进样与取样的模式；设置同步或异步切换模式；截取部分流出液并反馈给进样入口或洗脱液入口；多种工作模式同时工作；完成多组分分离等。

2、二通阀操作灵活，容易维护。

3、管线连接方便。

4、阀与色谱柱分区放置，可以对色谱柱整体控温。

附图说明

图1是一种8根色谱柱的模拟移动床装置示意图，该模拟移动床为一个回路，八个区带，1-1-1-1-1-1-1-1，分离三组分强吸附组分A、中等吸附组分B和弱吸附组分C。

图2是一种8根色谱柱的模拟移动床装置示意图，该模拟移动床为一个回路，六个区带，1-1-2-1-1-2，分离三组分A、B和C。与工作模式无关的管路可在相应的多通或三通处用堵头密封。

图3是一种8根色谱柱的模拟移动床装置示意图，该模拟移动床为一个回路，四个区带，2-2-2-2，分离二组分A、B。

图4是一种8根色谱柱的模拟移动床装置示意图，该模拟移动床为一个回路，六个区带，1-1-2-1-1-2，其中第一带独立且梯度洗脱，分离三组分A、B和C。

图5是一种8根色谱柱的模拟移动床装置示意图，执行顺序色谱分离，4根色谱柱参与分离，各带独立运行，或分离四段馏分A、B、C和W，或用梯度洗脱。

图6是一种8根色谱柱的模拟移动床装置示意图，该模拟移动床为“麻花式”尾首相连。

图7是一种8根色谱柱的模拟移动床装置示意图，该模拟移动床为“麻花式”尾首相连，两个1-1-2模拟移动床回路，串联分离组分A、B和C。

其中，Zn：第n根色谱柱，n：色谱柱序号，Lmi：输入或输出总线，m＝1代表输入，m＝2代表输出，i为输入或输出总线序号，Lnmi：第n根色谱柱输入/输出管路；Vnmi：Lnmi的二通阀，Tn：循环管路二通阀；

F：原料液储液罐，D或Dq：洗脱液D或洗脱液Dq储液罐，q：洗脱液序号，A：分离组分A储液罐，B：组分B储液罐，C：组分C储液罐，W：组分W储液罐，Pi：第i条输入总线的输送泵。

具体实施方式

以下以8根色谱柱模拟移动床装置为实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

一种模拟移动床装置，包括8根相同的色谱柱，第n根色谱柱Zn入口和出口分别连接入口多通和出口多通，入口多通分别连接6条输入管路和前一根色谱柱的循环管路T(n-1)，出口多通分别连接4条输出管路和当前色谱柱的循环管路Tn，共11条管路；原料液、洗脱液分别被相应的输送泵经由输入总线泵入各自的输入管路；循环管路连接前一根色谱柱Z(n-1)出口和当前色谱柱Zn入口，使所有色谱柱尾首相连；除循环流出液以外的各种色谱柱流出液分别经由各自的输出管路汇入相应的输出总线；原料液、洗脱液存贮于相应的储液罐中；从输出总线流出的溶液即模拟移动床的体系流出液存贮于相应的储液罐中；色谱柱的所有输入管路、所有输出管路和所有循环管路均设置二通阀；色谱柱在室温下工作；二通阀由电磁阀和止逆阀组成，由PLC或单片机控制系统控制所有二通阀各自的工作状态，或开或关。具体运行步骤通过各个二通阀的开、关状态体现，在此，仅叙述色谱柱的开通状态，关闭状态不赘述，色谱柱循环管路二通阀只用出口方向设置的Tn表示。

图1所示的模拟移动床装置具体为：设有一个回路，八个区带，1-1-1-1-1-1-1-1，分离三组分，分别为强吸附组分A、中等吸附组分B和弱吸附组分C；

在该装置中，原料液于储液罐F中由输液泵P1泵入输入总线L11，洗脱液于储液罐D中由输液泵P2泵入输入总线L12，分离后组分A经输出总线L24进入储液罐A，组分B经输出总线L23进入储液罐B，组分C经输出总线L22进入储液罐C；

连接其中的一条输出总线和其中的一条输入总线，构成截取管路，L24-L16、L23-L15、L22-L14、L21-L13；

在截取管路L24-L16中设置一个三通和一台流动相输送泵P6，三通的一个口输出该截取管路的体系流出液A，打开当前输出流出液A的色谱柱Z1的与截取管路L24-L16相连的输出管路二通阀V124和后一根色谱柱Z2的与截取管路L24-L16相连的输入管路二通阀V216，开通截取管路，同时关闭色谱柱Z1流出液A循环管路T1，形成色谱柱Z1与色谱柱Z2之间的流出液A回流管路；

在截取管路L23-L15和L22-L14同理设置，形成色谱柱Z3与色谱柱Z4之间的流出液B回流管路，以及色谱柱Z7与色谱柱Z8之间的流出液C回流管路；

在截取管路L21-L13中设置1台流动相输送泵P3，打开当前输出A、B混合物流出液的色谱柱Z5的与截取管路L21-L13相连接的输出管路二通阀V521和色谱柱Z3的与截取管路L21-L13相连接的输入管路二通阀V313，形成色谱柱Z5与色谱柱Z3之间的流出液AB的绕过管路。

该装置的工作模式具体为：

Z1：V112和V124开，用洗脱液D洗脱组分A，固定相再生，组分A流出液一部分流入储液罐A，一部分通过回流管路L24-L16回流至Z2；

Z2：V216和T2开，组分A与B精细分离；

Z3：V313和V323开，组分A、B被吸附并分离，组分A、B混合液由绕过管路L21-L13提供，组分B流出液一部分流入储液罐B，一部分通过回流管路L23-L15回流至Z4；

Z4：V415和T4开，回收组分B，流动相再生；

Z5：V521和T5开，洗脱组分A、B混合物，固定相再生，A、B混合物流出液一部分经绕过管路L21-L13流入Z3，一部分通过回流管路L23-L15回流至Z6；

Z6：T6开，组分A、B混合物和组分C精细分离；

Z7：V711和V722开，原料液的A、B、C被吸附并分离，组分C流出液一部分流入储液罐C，一部分通过回流管路L22-L14回流至Z8；

Z8：V814和T8开，回收C组分，流动相再生。

到达切换时间时，控制系统将工作模式沿流动相方向移至回路中下一根色谱柱，该过程反复进行，模拟固定相与流动相的相对逆流流动，经过吸附、脱附和精馏，实现3个组分分离。

图2所示的模拟移动床装置具体为：设有一个回路，六个区带，1-1-2-1-1-2，分离三组分A、B和C。

在多通入口和三通的出口使用堵头密封，关闭与工作模式无关的管路Ln14和L22-14，同时将原L23-L15截取管路三通的出口用堵头密封，用P5输送D2洗脱液。

该装置的工作模式具体为：

Z1：V112和V124开，用洗脱液D1洗脱组分A，固定相再生，组分A流出液一部分流入储液罐A，一部分通过回流管路L24-L16回流至Z2；

Z2：V216和T2开，组分A与B精细分离；

Z3和Z4：V313、T3和V423开，组分A、B被吸附并分离，组分A、B混合液由绕过管路L21-L13提供，组分B流出液流入储液罐B；

Z5：V515、V521和T5开，用D2洗脱组分A和B，固定相再生，A和B混合物流出液一部分经绕过管路流入Z3，一部分循环至Z6；

Z6：T6开，组分A、B混合物和组分C精细分离；

Z7和Z8：V711、T7和V822开，原料液的A、B、C被吸附并分离，组分C流出液流入储液罐C。

到达切换时间时，控制系统将工作模式沿流动相方向移至回路中下一根色谱柱，该过程反复进行，模拟固定相与流动相的相对逆流流动，经过吸附、脱附和精馏，实现3个组分分离。

图3所示的模拟移动床装置具体为：设有一个回路，2-2-2-2四个区带，分离二组分A、B。

该装置的工作模式具体为：

Z1和Z2：V112、T1、V224开，用洗脱液D洗脱组分A，固定相再生，组分A流出液一部分流入储液罐A，一部分通过回流管路L24-L16回流至Z3；

Z3和Z4：V316、T3、T4开，组分A与B精细分离；

Z5和Z6：V511、T5和V623开，组分A、B被吸附并分离，组分B流出液一部分流入储液罐B，一部分通过回流管路L23-L15回流回流至Z7；

Z7和Z8：V715、T7和T8开，回收组分B，流动相再生；

到达切换时间时，控制系统将工作模式沿流动相方向移至回路中下一根色谱柱，该过程反复进行，模拟固定相与流动相的相对逆流流动，经过吸附、脱附和精馏，实现2个组分分离。

针对2-2-2-2四个区带，把切换周期Ts依次分t1、t2、t3、t4时间段，

t1：将组分B出口，沿流动相方向移至下一根色谱柱，切换周期为Ts；

t2：将洗脱液入口，沿流动相方向移至下一根色谱柱，切换周期为Ts；

t3：将组分A出口，沿流动相方向移至下一根色谱柱，切换周期为Ts；

t4：将进料口，沿流动相方向移至下一根色谱柱，切换周期为Ts；

Ts：复原，2-2-2-2四个区带。

上述过程重复进行，由此异步切换改变各带色谱柱数目即区带长度。

图4所示的模拟移动床装置具体为：设置一个回路，六个区带，1-1-2-1-1-2，其中第一带独立且梯度洗脱，分离三组分A、B和C。

洗脱液D1于储液罐D1中由输液泵P2泵入输入总线L12，洗脱液D2于储液罐D2中由输液泵P4泵入输入总线L14，洗脱液D3于储液罐D3中由输液泵P5泵入输入总线L15，洗脱液D4于储液罐D4中由输液泵6泵入输入总线L16；L24、L23、L22输出总线的三通原截取管路出口处用堵头密封。

工作模式具体为：

Z1：V112、V114和V124开，用洗脱液D1和D2梯度洗脱组分A，固定相再生，组分A流出液流入储液罐A；

Z2：V215和T2开，用D3作流动相，精细分离组分A与B；

Z3和Z4：V313、T3和V423开，组分A、B被吸附并分离，组分A、B混合液由绕过管路L21-L13提供，组分B流出液流入储液罐B；

Z5：V516、V521和T5开，用D4洗脱组分A和B，固定相再生，A和B混合物流出液一部分经绕过管路流入Z3，一部分循环至Z6；

Z6：T6开，组分A、B混合物和组分C精细分离；

Z7和Z8：V711、T7和V822开，混合物A、B、C被吸附并分离，组分C流出液流入储液罐C。

图5所示的模拟移动床装置具体为：设置Z1～Z4共4根色谱柱参与分离，执行顺序色谱分离，各带独立运行，能够进行分离四段馏分A、B、C和W，或进行梯度洗脱。

洗脱液D1于储液罐D1中由输液泵P2泵入输入总线L12，洗脱液D2于储液罐D2中由输液泵P3泵入输入总线L13，洗脱液D3于储液罐D3中由输液泵P4泵入输入总线L14；分别由L24、L23、L22和L21输出组分A至储液罐A、组分B至储液罐B、组分C至储液罐C和组分W至储液罐W；L24、L23、L22输出总线的三通原截取管路出口处用堵头密封

工作模式具体为：

Z1：V114、V124开，用洗脱液D1洗脱组分A，固定相再生，组分A流出液流入储液罐A；

Z2：V213和V223开，用D2作流动相，精细分离组分B；

Z3：V312和V322开，用D3作流动相，精细分离组分C；

Z4：V411和V421开，进样液的组分A、B、C、W被吸附并分离，W流出液流入储液罐B；

图6所示的模拟移动床装置具体为色谱柱的“麻花式”尾首相连。

这里仅考虑色谱柱间循环管路的设置方式，未考虑工作状态。8根色谱柱依次排列的序号为：Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8，设定N根色谱柱参与分离过程，3≤N≤8，N＝8时色谱柱的连接方式为：Z1、Z3、Z5、Z7、Z8、Z6、Z4、Z2、Z1，即：两端Z7与Z8尾首相连、Z2与Z1尾首相连，其它间隔色谱柱尾首相连，构成8根色谱柱的回路；当选择参与分离的色谱柱数目时，这种循环管路等长，且连接方式操作简单，如：当N＝6时或将N＝8时色谱柱的连接方式转换为N＝6时，将Z5循环管路连在Z6入口端即可，连接回路为：Z1、Z3、Z5、Z6、Z4、Z2、Z1，即：两端Z5与Z6尾首相连、Z2与Z1尾首相连，其它间隔色谱柱尾首相连，构成6根色谱柱的回路；当N＝7时或将N＝8时色谱柱的连接方式转换为N＝7时，将Z6循环管路连在Z7入口端即可，连接回路为：Z1、Z3、Z5、Z7、Z6、Z4、Z2、Z1，即：两端Z7与Z6尾首相连、Z2与Z1尾首相连，其它间隔色谱柱尾首相连，构成7根色谱柱的回路；

通过这种循环管路的设置，能够容易的将本实施例的装置构成多套移动床，例如，N＝8时，将Z3循环管路连在Z4入口端，将Z6循环管路连在Z5入口端，即可构成两套各4根柱的移动床，两套移动床体系能够设置成独立运行(可以是不同流动相、不同固定相、不同原料液)，并联运行，或者串联运行。

图7所示的模拟移动床装置具体为：色谱柱的“麻花式”尾首相连，两个1-1-2模拟移动床回路，串联分离组分A、B和C。

洗脱液D1于储液罐D1中由输液泵P2泵入输入总线L12，洗脱液D2于储液罐D2中由输液泵P5泵入输入总线L15。L23、L22输出总线的三通原截取管路出口处用堵头密封。

工作模式具体为：

第一个回路连接顺序为：Z1、Z3、Z4、Z2和Z1；

Z1：V112和V124开，用洗脱液D1洗脱组分A，固定相再生，组分A流出液一部分流入储液罐A，一部分经回流管路L24-L16回流至Z3；

Z3：V316和T3开，组分A与B精细分离；

Z4和Z2：V413、T4和V223开，组分A、B被吸附并分离，组分A、B混合液由绕过管路L21-L13提供，组分B流出液流入储液罐B；

第二个回路连接顺序为：Z5、Z7、Z8、Z6和Z5。

Z5：V515、V521和T5开，用D2洗脱组分A和B，固定相再生，A和B混合物流出液一部分经绕过管路流入Z4，一部分循环至Z7；

Z7：T7开，组分A、B混合物和组分C精细分离；

Z8和Z6：V811、T8和V622开，原料液中混合物A、B、C被吸附并分离，组分C流出液流入储液罐C。

断开2套模拟移动床之间的连接管路，可以构成3～7套模拟移动床控制体系，配备泵、管线、三通和储液罐，进行4-14组分分离。