异亮氨酸离子交换色谱分离过程的CFD模拟

摘要

色谱技术是从混合物中分离组分的重要方法之一，能够分离物化性能差别很小的化合物。本世纪以来，随着生物技术的迅速发展，制备液相色谱分离技术在生物活性物质分离纯化领域内正发挥着越来越重要的作用。然而目前在制备色谱工业中，却缺少一种能够系统地对整个分离过程进行参数优化的工具。目前研究色谱过程依然大都采用传统的数值研究方法(如正交配置法等)，具有建模过程复杂、论证实验繁琐、难以应用于制备色谱工艺优化等缺点。上世纪末本世纪初，学者们将CFD模拟技术引入色谱领域，对色谱过程动力学、热力学做出了一系列的研究，取得了一系列显著的成果。然而由于制备色谱分离过程分离流动特性复杂、数学模型非线性化等原因，目前的CFD模拟研究以分析色谱为主。
　　 本研究采用宏观和微观结合的研究方式，建立了多孔介质模型和组分在流动相和固定相间传质模型的耦合模型。采用传质扩散模型定义组分在色谱柱内流固两相间的传递，将组分的传质方程写入CFD控制方程中源项，实现了制备液相色谱过程的CFD模拟。通过异亮氨酸的离子交换分离实验发现，模拟结果能准确预测异亮氨酸的离子交换色谱分离过程。同时考察了操作参数(进样浓度、体积流量、系统温度)对分离过程的影响，对制备液相色谱过程的系统模拟以及工业色谱过程的优化设计具有重要的指导意义。