CN109432822B - 一种高效模拟移动床设备以及高效模拟移动床工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效模拟移动床设备以及高效模拟移动床工艺；所述的高效模拟移动床设备，包括吸附床、原料进料系统、解析剂进料系统、循环系统、抽出液系统、抽余液系统、程控阀组以及自动控制系统；本发明采用程控阀组代替传统的多通道旋转阀控制模拟移动床的周期转换，降低了设备造价；本发明中与吸附柱相连的各管线体积相同，循环泵在区域中的相对位置不变，因此循环泵的流量不变，压力波动小，控制简单。

Description

一种高效模拟移动床设备以及高效模拟移动床工艺

技术领域

本发明属于模拟移动床分离技术领域，具体涉及一种高效模拟移动床设备以及高效模拟移动床工艺。

背景技术

模拟移动床是利用吸附原理进行分离操作的分离设备。模拟移动床技术作为连续色谱的主要代表，具有生产效率高、有机溶剂消耗少、传质推动力大、便于自动化连续生产等优点，被广泛应用于石油化工、食品工业和制药等领域，它是一个复杂的工业过程且影响因素众多的非线性、非平衡、非理想、多自由度的周期性过程。

模拟移动床把固定吸附床分为许多段，段内装有吸附剂，段间液体不能直接流通。每段均装有进出口管道，由多通道旋转阀控制其进出。典型地，在具有8个吸附柱的模拟移动床中，24个进出口中的20个只起段间联系的作用，另4个供四股物料的进入或离出，某一瞬间的物料进出口位置把整个吸附床层分成了四个区，各区距离不等长，每段相际传质也不同。

模拟移动床利用多通道旋转阀使四个物料的进出口以与固相浓度的变化同步的速度上移。这样，构成一闭合回路，其总的结果与保持进出口位置不动，而固体吸附剂在吸附器中自上而下移动的效果基本相同，从而达到分离效果。而实现此过程的核心设备就是多通道旋转阀，通过多通道旋转阀的旋转来实现流程的周期性切换，从而达到分离产品的目的。

现有技术中，CN100453867C公开了一种用于高效液相制备色谱模拟移动床的36通旋转阀，该36通旋转阀通过皮带与一个安装有同步带轮的步进电机相连，所述的36通旋转阀主要包括静盘和安装在静盘上的罩壳，静盘与罩壳之间有传动轴，传动轴的一端插入静盘的中心孔中，另一端穿出罩壳并安装另一同步带轮，静盘和罩壳的圆周边装有密封圈并均匀固定；静盘与罩壳之间从下至上还依次有动盘、驱动盘、碟形弹簧、调整垫块和推力轴承。该36通旋转阀结构紧凑、死体积小，极大地减少了模拟移动床设备的故障率；但是该36通旋转阀造价较高，不便于拆卸检修，更换吸附剂时需要真个模拟移动床装置停工，这就降低了装置长周期运转能力。

将程控阀用于模拟移动床已经是现有技术，Axens Eluxyl模拟移动床工艺与Sorpx模拟移动床工艺也是通过n*24个程控阀组进行控制。但由于其与吸附柱相连的各管线体积不同，同时循环泵在区域中的相对位置周期性变化，因此，循环泵流量随所在区域大幅度变化，控制困难，压力波动大。

发明内容

针对现有技术中模拟移动床存在的上述技术问题，本发明的目的是公开一种高效模拟移动床设备以及高效模拟移动床工艺。本发明采用程控阀组代替传统的多通道旋转阀控制模拟移动床的周期转换，降低了设备造价；程控阀组可根据检修要求灵活切出，方便设备检修；每根吸附柱均可切出检修，更换吸附剂后切入系统，装置长周期运转能力大幅提高。同时，本发明中与吸附柱相连的各管线体积相同，循环泵在区域中的相对位置不变，因此循环泵的流量不变，压力波动小，控制简单。

本发明的第一个方面公开一种高效模拟移动床设备，其技术方案如下。

一种高效模拟移动床设备，包括吸附床、原料进料系统、解析剂进料系统、循环系统、抽出液系统、抽余液系统、程控阀组以及自动控制系统；其中，所述的吸附床包括若干根吸附柱，分为吸附区、提纯区、脱附区；

每一根所述的吸附柱的上端设置有原料进料阀、解析剂进料阀、循环液进料阀；

每一根所述的吸附柱的下端设置有抽余液出料阀、抽出液出料阀；

相邻两根吸附柱之间设置单向阀；

所述的原料进料系统连接每一根吸附柱的原料进料阀；

所述的解析剂进料系统连接每一根吸附柱的解析剂进料阀；

所述的循环系统的包括循环泵，所述的循环系统通过循环泵连接每一根吸附柱的循环液进料阀；

所述的抽出液系统连接每一根吸附柱的抽出液出料阀；

所述的抽余液系统连接每一根吸附柱的抽余液出料阀；

所有阀门组成程控阀组，程控阀组与自动控制系统相连，自动控制系统能够控制程控阀组中每一个阀门的开、闭状态。

优选的，所述的吸附柱为3～100根。

优选的，所述的吸附柱为8*N根，其中，N为大于等于1的整数。

优选的，所述的原料进料系统包括原料泵以及位于原料泵下游的原料加热器，原料加热器出口管线连接吸附柱；

所述的解析剂进料系统包括解析剂泵以及位于解析剂泵下游的解析剂加热器，解析剂加热器出口管线连接吸附柱；

所述的抽出液系统包括抽出液泵，抽出液泵连接吸附床的抽出液管线；

所述的抽余液系统包括抽余液泵，抽余液泵连接吸附床的抽余液管线；

所述的循环系统的循环泵的进料口连接吸附床的抽出液管线。

优选的，所述的程控阀组中的阀门类型各自独立的选择为球阀、针阀、截止阀、蝶阀中的一种。优选的，执行机构为气动或电动。

优选的，所述的循环泵在区域中的相对位置不变。

优选的，每一根吸附柱之间的连接管线体积相同。

优选的，每一根吸附柱连接到循环泵的管线体积相同。

优选的，其特征在于，所述吸附区还包括缓冲区，即，所述的吸附床分为吸附区、提纯区、脱附区以及缓冲区。

本发明的第二个方面公开了使用上述的高效模拟移动床设备的高效模拟移动床工艺，其技术方案如下。

一种使用所述的高效模拟移动床设备的高效模拟移动床工艺，控制阀门切换以改变每次进出料的位置，实现了吸附区、提纯区、脱附区的模拟移动。

优选的，控制阀门切换以改变每次进出料的位置，实现了吸附区、提纯区、脱附区、缓冲区的模拟移动。

优选的，所述的吸附柱为8根，所述的高效模拟移动床工艺具体是：

0-t时序，打开吸附柱1的单向阀A1、解析剂进料阀A2、吸附柱2的解析剂进料阀B2、抽出液出料阀B6、吸附柱3的循环液进料阀C4、吸附柱4的单向阀D1、吸附柱5的单向阀E1、原料进料阀E3、吸附柱6的单向阀F1、抽余液出料阀F5、吸附柱7的单向阀G1、吸附柱8的单向阀H1打开，其余阀关闭；

此时，吸附区为吸附柱5及吸附柱6，原料进入吸附柱5和吸附柱6，对目标产品组分进行吸附，非目标组分由出口流出；

提纯区为吸附柱3及吸附柱4，由循环泵带动循环液进入吸附柱3和吸附柱4，将上个周期中吸附的目标产品组分进行提纯；

脱附区为吸附柱1及吸附柱2，由解析剂泵带动解析剂以及部分来自于缓冲区的解吸剂进入吸附柱1和吸附柱2，上个周期中经过提纯的目标产品组分进行洗脱，抽出系统，达到吸附分离的目的；

缓冲区为吸附柱7及吸附柱8，原料中的目标产品组分大部分已在吸附区被吸附，剩余大量非目标组分及少量目标组分的混合液进入缓冲区，等待下一个周期的进行；

控制阀门切换以改变t-2t、2t-3t、3t-4t时序进出料的位置，实现了吸附区、提纯区、脱附区、缓冲区的模拟移动。

本发明取得了有益的效果。

本发明针对现有技术中存在的多通道旋转阀造价高、不易检修、装置长期运转能力差、难于控制的技术问题，创造性地提出了一种高效模拟移动床设备，采用程控阀组代替传统的多通道旋转阀控制模拟移动床的周期转换，降低了设备造价；程控阀组可根据检修要求灵活切出，方便设备检修；每根吸附柱均可切出检修，更换吸附剂后切入系统，装置长周期运转能力大幅提高。本发明中与吸附柱相连的各管线体积相同，循环泵在区域中的相对位置不变，因此循环泵的流量不变，压力波动小，控制简单。

附图说明

图1是现有技术中的采用多通道旋转阀的模拟移动床设备的示意图。

图2是本发明的一种高效模拟移动床设备的示意图。

具体实施方式

图1是现有技术中的采用多通道旋转阀的模拟移动床设备的示意图。模拟移动床把固定吸附床分为许多段，段内装有吸附剂，通过多通道旋转阀的旋转来实现流程的周期性切换，某一瞬间的物料进出口位置把整个吸附床层分成了四个区，模拟移动床利用多通道旋转阀使四个物料的进出口以与固相浓度的变化同步的速度上移。这样，构成一闭合回路，其总的结果与保持进出口位置不动，而固体吸附剂在吸附器中自上而下移动的效果基本相同，从而达到A组分和B组分的分离效果。而实现此过程的核心设备就是多通道旋转阀，从而达到分离产品的目的。现有技术采用多通道旋转阀的模拟移动床存在造价高、不易检修、装置长期运转能力差、难于控制的技术问题，影响了模拟移动床的分离效果。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种新型高效模拟移动床设备，下面结合具体实施例以及附图对本发明的技术方案进行详细阐述。

实施例1

参见图2，以8根吸附柱组成的吸附床为例。

一种高效模拟移动床设备，包括吸附床、原料进料系统、解析剂进料系统、循环系统、抽出液系统、抽余液系统、程控阀组以及自动控制系统；其中，所述的吸附床若干根吸附柱，分为吸附区、提纯区、脱附区以及缓冲区(需要指出的是，本实施例采用包含吸附区、提纯区、脱附区以及缓冲区的吸附床，但是缓冲区对于本发明而言并不是必须要选的，属于可选的)；

吸附柱1-8的上端分别设置有原料进料阀A3、B3、C3、D3、E3、F3、G3、H3，解析剂进料阀A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2、H2，循环液进料阀A4、B4、C4、D4、E4、F4、G4、H4；

吸附柱1-8的下端分别设置有抽余液出料阀A5、B5、C5、D5、E5、F5、G5、H5，抽出液出料阀A6、B6、C6、D6、E6、F6、G6、H6；

相邻两根吸附柱之间设置单向阀A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1；

所述的原料进料系统连接每一根吸附柱的原料进料阀A3、B3、C3、D3、E3、F3、G3、H3；

所述的解析剂进料系统连接每一根吸附柱的解析剂进料阀A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2、H2；

所述的循环系统的包括循环泵，所述的循环液进料系统通过循环泵连接每一根吸附柱的循环液进料阀A4、B4、C4、D4、E4、F4、G4、H4；

所述的抽出液系统连接每一根吸附柱的抽出液出料阀A6、B6、C6、D6、E6、F6、G6、H6；

所述的抽余液系统连接每一根吸附柱的抽余液出料阀A5、B5、C5、D5、E5、F5、G5、H5；

本实施例中，所述的循环泵在区域中的相对位置不变，因此循环泵的流量不变，每一根吸附柱之间的连接管线体积相同，每一根吸附柱连接到循环泵的管线体积相同。因此，本实施例的循环泵的流量不变，压力波动小，控制简单。

本实施例中，所有阀门组成程控阀组，程控阀组与自动控制系统相连，自动控制系统能够控制程控阀组中每一个阀门的开、闭状态。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的原料进料系统包括原料泵以及位于原料泵下游的原料加热器，原料加热器出口管线连接吸附柱；原料泵可以为原料进料提供进料动力，而原料加热器可以将原料加热至合适问题，提高吸附活性，具体的泵送压力和加热温度根据物分离体系的特点决定。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的解析剂进料系统包括解析剂泵以及位于解析剂泵下游的解析剂加热器，解析剂加热器出口管线连接吸附柱；解析剂泵可以为解析剂进料提供进料动力，而解析剂加热器可以将解析剂加热至合适温度，提高解析能力，具体的泵送压力和加热温度根据物分离体系的特点决定。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的抽出液系统包括抽出液泵，抽出液泵连接吸附床的抽出液管线。抽出液泵提供抽出液的抽出动力。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的抽余液系统包括抽余液泵，抽余液泵连接吸附床的抽余液管线。抽余液泵提供抽余液的抽出动力。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的循环系统的循环泵的进料口连接吸附床的抽出液管线；将抽出液进行循环。

作为本实施例的改进，可选择的，

所述的程控阀组中的阀门类型各自独立的选择为球阀、针阀、截止阀、蝶阀中的一种；即本实施例的56个阀门各自独立的为球阀、针阀、截止阀、蝶阀中的一种，相互之间没有干扰。阀门执行机构为气动或电动。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的循环泵在区域中的相对位置不变，因此循环泵的流量不变，每一根吸附柱之间的连接管线体积相同，每一根吸附柱连接到循环泵的管线体积相同。因此，本实施例的循环泵的流量不变，压力波动小，控制简单。

实施例2

采用实施例1的8根吸附柱的模拟移动床设备的模拟移动床工艺，控制阀门切换以改变每次进出料的位置，实现了吸附区、提纯区、脱附区、缓冲区的模拟移动。具体程序控制步序是：

0-t时序，打开吸附柱1的单向阀A1、解析剂进料阀A2、吸附柱2的解析剂进料阀B2、抽出液出料阀B6、吸附柱3的循环液进料阀C4、吸附柱4的单向阀D1、吸附柱5的单向阀E1、原料进料阀E3、吸附柱6的单向阀F1、抽余液出料阀F5、吸附柱7的单向阀G1、吸附柱8的单向阀H1打开，其余阀关闭；

此时，吸附区为吸附柱5及吸附柱6，原料进入吸附柱5和吸附柱6，对目标产品组分进行吸附，非目标组分由出口流出；

提纯区为吸附柱3及吸附柱4，由循环泵带动循环液进入吸附柱3和吸附柱4，将上个周期中吸附的目标产品组分进行提纯；

脱附区为吸附柱1及吸附柱2，由解析剂泵带动解析剂以及部分来自于缓冲区的解吸剂进入吸附柱1和吸附柱2，上个周期中经过提纯的目标产品组分进行洗脱，抽出系统，达到吸附分离的目的；

缓冲区为吸附柱7及吸附柱8，原料中的目标产品组分大部分已在吸附区被吸附，剩余大量非目标组分及少量目标组分的混合液进入缓冲区，等待下一个周期的进行；

控制阀门切换以改变t-2t、2t-3t、3t-4t时序进出料的位置，实现了吸附区、提纯区、脱附区、缓冲区的模拟移动。

0-1t、t-2t、2t-3t、3t-4t时序的阀门控制参见表1-表4。表1 0-1t时序的阀门控制

表2 t-2t时序的阀门控制

表3 2t-3t时序的阀门控制

表4 3t-4t时序的阀门控制

Claims (9)

1.一种高效模拟移动床设备，其特征在于，包括吸附床、原料进料系统、解析剂进料系统、循环系统、抽出液系统、抽余液系统、程控阀组以及自动控制系统；其中，所述的吸附床包括若干根吸附柱，分为吸附区、提纯区、脱附区；每一根所述的吸附柱的上端设置有原料进料阀、解析剂进料阀、循环液进料阀；每一根所述的吸附柱的下端设置有抽余液出料阀、抽出液出料阀；相邻两根吸附柱之间设置单向阀；所述的原料进料系统连接每一根吸附柱的原料进料阀；所述的解析剂进料系统连接每一根吸附柱的解析剂进料阀；所述的循环系统的包括循环泵，所述的循环系统通过循环泵连接每一根吸附柱的循环液进料阀；所述的抽出液系统连接每一根吸附柱的抽出液出料阀；所述的抽余液系统连接每一根吸附柱的抽余液出料阀；所有阀门组成程控阀组，程控阀组与自动控制系统相连，自动控制系统能够控制程控阀组中每一个阀门的开、闭状态；

所述的抽出液系统包括抽出液泵，抽出液泵连接吸附床的抽出液管线；所述的循环系统的循环泵的进料口连接吸附床的抽出液管线；

所述的循环泵在区域中的相对位置不变；每一根吸附柱之间的连接管线体积相同；每一根吸附柱连接到循环泵的管线体积相同。

2.根据权利要求1所述的一种高效模拟移动床设备，其特征在于，所述的吸附柱为3～100根。

3.根据权利要求1或2所述的一种高效模拟移动床设备，其特征在于，所述的吸附柱为8*N根，其中，N为大于等于1的整数。

4.根据权利要求1或2所述的一种高效模拟移动床设备，其特征在于，所述的原料进料系统包括原料泵以及位于原料泵下游的原料加热器，原料加热器出口管线连接吸附柱；所述的解析剂进料系统包括解析剂泵以及位于解析剂泵下游的解析剂加热器，解析剂加热器出口管线连接吸附柱；所述的抽余液系统包括抽余液泵，抽余液泵连接吸附床的抽余液管线。

5.根据权利要求1或2所述的一种高效模拟移动床设备，其特征在于，所述的程控阀组中的阀门类型各自独立的选择为球阀、针阀、截止阀、蝶阀中的一种；执行机构为气动或电动。

6.根据权利要求1所述的一种高效模拟移动床设备，其特征在于，所述吸附区还包括缓冲区。

7.一种使用权利要求1-5任意一项所述的高效模拟移动床设备的高效模拟移动床工艺，其特征在于，控制阀门切换以改变每次进出料的位置，实现了吸附区、提纯区、脱附区的模拟移动。

8.一种使用权利要求6所述的高效模拟移动床设备的高效模拟移动床工艺，其特征在于，控制阀门切换以改变每次进出料的位置，实现了吸附区、提纯区、脱附区、缓冲区的模拟移动。

9.根据权利要求8所述的高效模拟移动床工艺，其特征在于，所述的吸附柱为8根，所述的高效模拟移动床工艺具体是：0-t时序，打开吸附柱1的单向阀A1、解析剂进料阀A2、吸附柱2的解析剂进料阀B2、抽出液出料阀B6、吸附柱3的循环液进料阀C4、吸附柱4的单向阀D1、吸附柱5的单向阀E1、原料进料阀E3、吸附柱6的单向阀F1、抽余液出料阀F5、吸附柱7的单向阀G1、吸附柱8的单向阀H1打开，其余阀关闭；此时，吸附区为吸附柱5及吸附柱6，原料进入吸附柱5和吸附柱6，对目标产品组分进行吸附，非目标组分由出口流出；提纯区为吸附柱3及吸附柱4，由循环泵带动循环液进入吸附柱3和吸附柱4，将上个周期中吸附的目标产品组分进行提纯；脱附区为吸附柱1及吸附柱2，由解析剂泵带动解析剂以及部分来自于缓冲区的解吸剂进入吸附柱1和吸附柱2，上个周期中经过提纯的目标产品组分进行洗脱，抽出系统，达到吸附分离的目的；缓冲区为吸附柱7及吸附柱8，原料中的目标产品组分大部分已在吸附区被吸附，剩余大量非目标组分及少量目标组分的混合液进入缓冲区，等待下一个周期的进行；控制阀门切换以改变t-2t、2t-3t、3t-4t时序进出料的位置，实现了吸附区、提纯区、脱附区、缓冲区的模拟移动。