用于分离二元和多元物质混合物的半连续色谱法和相应设备

摘要

本发明涉及一种用于分离二元和多元物质混合物的半连续色谱法和其相应设备。

说明书

本发明涉及一种用于分离二元和多元物质混合物的半连续色谱法 和其相应设备。

色谱法可用于分离或净化化学产物、精细化学产物、生物产物和药 物产物。与其它热分离方法相比，其特别的优点在于，色谱法可在温和 的和由此可保护产物的温度下进行(M.Juza，M.Mazzotti和M. Morbidelli，Trends in Biotechnology，18，2000)，第108-118页；S. Imamoglu，Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology，76，2002， 第211-231页)。此外，在许多应用中，特别是在生命科学领域，与最终 产物相关的高纯度要求常仅可借助于色谱法实现(M.Schulte和J. Strube，Journal of Chromatography A 906，2001，第399-416页)。

所谓的间歇法广为应用。其特别灵活和在技术上构造相对简单。在 相继的周期中，待分离的物质混合物的最终脉冲被分布在色谱柱上。然 后用一种或多种溶剂洗脱。不同的物质组分在流过色谱柱时不同强度地 被吸附、因此被分离和在柱的出口处发生分级。然后是固定床再生阶段。 只有在前一批料结束或该前一批料的最强吸附组分移动得足够远，以致 不会由可弱吸附的组分所超越时才开始新的批料。因此用间歇法纯化给 定的产物量通常需很长的时间。

除间歇运行方式外，还有特别在中等工业规模和大工业规模生产中 应用的连续运行方案(B.Clay，Chemical Market Report 259，2001，第 15页)。该方案通常有较小的溶剂消耗并允许较高的生产率。连续的反 流色谱法的原理由M.Negawa和F.Shoji，Journal of Chromatography 590，1992.第113-117页已知。实施该连续色谱法的合适装置如特别是 所谓的模拟移动床(SMB)装置例如描述于US 2621149B；US 2985589B 并可购得。

通常在SMB装置中将多根单柱连接成闭合循环。在该循环中的一 个部位加入通常含二元混合物(A+B)的进料。在该循环的另一部位加入 纯溶剂。在起始阶段后调节物质混合物A+B所产生的内部浓度分布。 该弱吸附性组分(A)在所谓的残液流出口排出，而该强吸附性组分(B)在 提取液出口得到。在运行SMB装置时，入口和出口经阀门如单个阀、 多路阀、阀门组、止回阀或旋转阀周期性地但不必需同时地转接到液体 物流方向，以使看起来形成液体物流和固定相之间呈反向流动。在SMB 工艺中，各确定为入口和出口的区在整个分离过程中有下列作用：

区I：强吸附性组分(A)的解吸，

区II：弱吸附性组分(B)的解吸，

区III：强吸附性组分(A)的吸附，

区IV：弱吸附性组分(B)的吸附。

在专利文献中可查到一系列的模拟移动床法的进展，其目的主要在 于实现改进的分离效率和/或将该方法扩展到多元物质分离。

在专利US 6712973B中实行了例如进料位和排出位的不同步换接， 由此对影响平均的区长度产生了附加的自由度。在专利US 5102553B 中要求保护一种运行方式，其中可改变在换接阶段期间的体积流量，由 此在提取液和残余液的产物取样可较好地适配于轴向浓度分布的时间 进程。此外，H.Schramm，M.Kaspereit和A.Seidel-Morgenstern在Journal of Chromatography A 1006，2003，第77-86页中建议了一种供料浓度的 调制，其导致生产率明显提高。但与通常的SMB运行方式相比，在此 情况下经济优点大大受限于洗脱液中物质混合物的溶解度限值。最后， 专利US 6602420B中描述了一种借助SMB法纯化蔗糖的方法，其中利 用所谓的“置换”效应。这里该“置换”效应表示高浓度溶液的组分由 于交换作用机制可相互排挤()，从而导致附加的分离效果 的特性。

此外，在专利文献中已知的方法是ISMB和SSMB。在所谓的改进 型SMB方法(ISMB)中，其与通常的SMB方法的主要差别是进料和排出 与再循环断开(entkoppeln)(D.Costesson，G.Rearick和M.Kearne， Zuckerindustrie 125，2000，第333-335页)。在供给进料和洗脱液并排出 残余液和萃取液后，进行纯的再循环。接着所述端口再以物流方向同步 接通柱子。再循环阶段的能耗是大工业装置整体成本的主要因素。该能 耗在ISMB方法中可降低，这是因为该再循环泵不是一直需要的(F. Lutin，M.Bailly和D.Bar，Desaltination 148，2002，第121-124页)。 连续SMB方法(SSMB)是为得到物质混合物中的多个级分而设计的，并 仅用于糖工业中(S.Baudouin和X.Lancrenon，Industries Alimentaires et Agricoles，120，2003，第42-48页)。类似于SMB方法，在闭合循环中 配置有多根柱子。与常规SMB运行方式不同，加料和排出呈非连续式 设计。此外，进料可在多个位置加入循环中。产物流可在任何时间在任 何柱的出口收集。未纯化的级分的再循环可在同一柱中或在相邻柱中进 行。SSMB相应于多个间歇柱的智能配置，其实是非连续方法，并仅部 分利用摸拟反流的优点。此外，产生了对这类装置的最佳运行必须解决 的复杂的调度问题。

在专利文献US 6805799中描述了新运行方式即“SMB聚焦”，借 助于此可在“SMB装置”中分离多元物质混合物。其中达到梯度分布， 这样控制了区与区之间的例如盐含量或pH-值的区别。由此在每区的出 口处仅洗脱出一个组分。在第一区添加进料，并且各组分依其洗脱强度 (Elutonkraft)在各区依次得到。类似于SSMB方法，未利用逆流效应。 这种结构以相应于多个间歇柱的组合运行为佳。这种运行方式的应用局 限于其中存在某些影响分离作用的附加影响因素如(盐含量或pH-值)的 分离问题。此外，还需形成明显的梯度。

常规的SMB方法和所有至今已知的连续的进一步发展(VARICOL、 PowerFeed、ModiCon、ISMB等)原则上仅可用于二元分离目的。甚至仅 能从混合物中得到一个组分，如果该组分是最强或最弱的吸附组分的 话。与可灵活运行的间歇运行方式相比，这是一个缺点。这就是为什么 大多工业应用以间歇运行方式进行的原因。

由于常规的SMB方法仅能将多物质混合物分离成两级分，所以其 用于多元物质分离就要利用多个例如呈串联排列的SMB装置。例如专 利US 6602420 B描述了借助由两个SMB装置组成的级联以工业规模获 得蔗糖。但这意味着明显大的投资量。运行单个SMB装置，其中各分 离步骤按时间相继进行直到该多元物质混合物分离成名个组分，这在经 济上是有利的。当然这也会带来高的生产耗费和时间耗费。但在此情况 下，与间歇运行模式相比，SMB技术在生产率和溶剂消耗方面提供了至 今有价值的优点。

在分离多元物质混合物时，除批次色谱法外还建立了所谓的环形色 谱法(Finke等人，J.Agric.Food Chem.，50，2002，第185-201页；F.Hilbrig， Journal of Chromatography B，790，2003，第1-17页)。在环形色谱法中， 该进料位置固定地加到旋转的柱中，而在其余周边加洗脱液。通过色谱 柱的旋转产生呈不同角度的谱带。由此可将多元物质混合物分离成各组 分。在环形色谱法中，虽然呈径向移动但该分离主要呈轴向进行。因此 该环形色谱法相应于具有多个环形排列的柱的批次方法。这需明显多的 溶剂量。溶液在CAC单元(连续环形色谱法)顶部分布和产物在CAC单 元底部收集时的困难是已知的，并且物质组分均匀加到旋转柱上和从旋 转柱流出也是工程技术上的难题，这对较高生产量的大型装置至今未能 令人满意地解决。但可连续分离多元物质混合物的可能性是其优点。

因此急需一种可分离二元和多元物质混合物的色谱方法，该方法应 很经济地可用于单一的装置中。

因此，本发明的主题在于提供一种在由多根在X方向上互相连接成 环形的单一柱中用于分离二元和多元物质混合物的半连续色谱方法，其 特点在于，通过下列步骤实现两维分离：

a)在周期p的步骤1中，在柱m中供入进料并在另一柱中以Y 方向供入洗脱液物流，

b)在周期p的步骤2中，洗脱液物流以X方向流过连接的柱并 形成所谓的环形流，

c)在周期p+1的步骤1中，在柱m+1中再次供入进料并在另一 柱中再次以Y方向供入洗脱液物流，

d)在周期p+1的步骤2中，洗脱液物流以X方向再次流过连接 的柱并形成所谓的环形流，

e)连续重复a)-d)。

本发明的方法按模拟反流色谱法原理构造。令人意外的是，通过修 改SMB过程实现该物质组分类似于环形色谱呈对角线谱带移动，使得 这些物质组分可以在单个装置中被分离。此外，本发明方法与可半连续 分离多元物质混合物的SMB技术的间歇运行方式相组合。由于这种组 合，该新型方法得益于间歇法的灵活性和SMB法的较高生产率和较小 的溶剂消耗。此外，与通常的间歇运行方式相比，较好地利用了吸附剂。 与通常的SMB法的情况相比，其过程导向方案(Prozessführungskonzept) 更易实现。本发明方法适于分离二元混合物并可取代常规的SMB方法。 此外，与通常的SMB方法不同，其还可用于分离多元物质混合物。

按图1阐明本发明方法的一个特别实施方案。

图1示出适于本发明方法的设备的基本组件，但不受限于此。

多根色谱柱(S^*)，至少2根，优选3-12根，呈串联连接。在径向 Y-向(1)沿整个宽度加有底部，并形成柱入口(A^*)，其对面有柱出口(B^*)。 每根柱均用具有分配器入口(C^*)和分配器出口(D^*)的特殊分配器(V^*)与 X方向的相邻柱相连。该色谱环呈封闭状，最后柱的末端与第一柱的开 端通过分配器V_A相连。另外，该最后柱的末端与第一柱的开端也可通 过两个环绕导管K的分配器V_E呈序列V_E-K-V_A相连。

该色谱柱(S^*)如SMB柱在X-方向上具有两个侧向玻璃料和过滤器。 此外，在Y-方向上两个另外的玻璃料和过滤器可形成Y-向物流。每根 柱均充满静态相，依分离问题不同该静态相可为正相、反相、手性相、 离子交换相或聚合物相。该静态相优选按如下充填：首先置入下面的以 及侧面的玻璃料和过滤器，固体物质相优选从上面以浆料法充入，并通 过水力驱动的冲头或液体射流压紧。然后置入上玻璃料和过滤器。

在周期p中，步骤1(＝注入阶段)供料是将进料通过入口A_m送入柱 S_m中，所有其它柱子均含新鲜的洗脱液。所有分配器(V^*)在X-方向封闭， 以使加入的液体在该柱出口(B^*)处离开该柱(S^*)。每根柱的出口(B^*)可经 分级阀与所有的产物容器相连。在注入阶段可彼此独立地调节各柱的体 积流量。在该方向上，该方法其实以间歇法运行。该体积流量的调节应 使各目标组分以所需纯度和产率得到。

在第二步骤中，沿X-方向(2)进行分离，这时在给定的分配器(V_n) 的分配器入口(C_n)处加入新鲜溶剂，通常m≥n。在同一分配器(V_n)的分 配器出口(D_n)处流出环形物流。V_n朝向X-方向，所有其它分配器(V^*) 在X-方向是打开的，并由此可通过所有柱子形成环形物流。该整个浓度 分布在X-方向推进。

在分配器出口(D_n)可产生两种状态：

1.出现纯溶剂，其可再次使用，

2.或出现最弱吸附的组分，其可导入相应的产物容器。

该方法相应于在单一装置中的SMB运行方式和间歇运行方式的合 适组合，

其中该两运行方式可以说是交替进行。该物质组分如下面所示迁 移，类似于呈不同横向谱带的环形色谱法。该分离沿两个坐标进行，其 与环形的以及至今已知的常用色谱法完全不同。其是真正的二维色谱 法。形成各种组分的谱带所沿的轨迹可受在径向和轴向上所调节的体积 流量的影响。

依所存在的物质混合物以及其热力学特性设计过程的目的在于设 计该分离过程以可在给定柱(S^*)的上面出口(B^*)处仅得到各所需组分。 在轴向X的分离类似于通常的SMB方法，其中不发生进料引入。因此 与常规的SMB方法相比该步骤设计得较简单。可如此调节体积流量， 以使在该周期末该加新鲜洗脱液的柱子(S_n)完全再生，即仅纯的溶剂离 开该柱。

体积流量的准确值可通过基于模型的设计计算或实验确定。

为能理解和分析该过程的动力学行为，提出了下列数学模型。每根 柱子在轴向和径向均分级，在各级中可认为在液相和固相之间是呈热力 学平衡的。如在图2呈轴向示出的级模型(塔板模型)非常好地给出色谱 分离的动力学行为并可进行该动力学特性的近真实性的研究。塔板数是 流体动力学效率的量度，并可按范·德姆特方程式求得(Guiochon，G. 2002，Journal of Chromatography A，965，129-161)： $J\{,K\}=\frac{B\{,H\}}{\mathrm{HETP}}$HETP＝A+Bu且$u=\frac{Q}{A{ϵ}_{\mathrm{ext}}}.$

HETP是理论塔板当量高度，即色谱柱的流体动力学效率的量度， 其可按脉冲实验经实验求得。

如果考虑在一块塔板的质量平衡，在轴向X-方向得出下式方程式：

$C_i^{j-1,k}=C_i^{j,k}+\frac{T_0^J}{J}\frac{{\partial C}_i^{j,k}}{\partial t}+\frac{1-{ϵ}_{\mathrm{ext}}}{{ϵ}_{\mathrm{ext}}}\frac{T_0^J}{J}\frac{{\partial \bar{C}}_i^{j,k}}{\partial t},i=1,···,n_{\mathrm{sp}};j=1,···,J;k=1,···,K$

类似于此可在径向Y-方向建立下列方程式：

$C_i^{j,k-1}=C_i^{j,k}+\frac{T_0^K}{K}\frac{{\partial C}_i^{j,k}}{\partial t}+\frac{1-{ϵ}_{\mathrm{ext}}}{{ϵ}_{\mathrm{ext}}}\frac{T_0^K}{K}\frac{{\partial \bar{C}}_i^{j,k}}{\partial t},i=1,···,n_{\mathrm{sp}};j=1,···,J;k=1,···,K$

C_i^j，k表示在(i，j)-塔板液相中组分k的浓度，其中i表示水平位置(轴 向X-方向)和j表示垂直位置(径向Y-方向)。是在固体相中的相应浓 度。n_sp相应于组分数。在液相和固体相之间呈吸附平衡，其概括地通过 下列的所谓等温方程式表示：

${\bar{C}}_i^{j,k}=f(C_1^{j,k},C_2^{j,k},···,C_{n_{\mathrm{sp}}}^{j,k}),$

许多的物质分离遵循线性吸附定律。特别是高度稀释的溶液的情 况。该溶液通过所谓的亨利系数表征：

${\bar{C}}_i^{j,k}=H_i{C}_i^{j,k}.$

T₀是滞留时间并相应于不可吸附的物质在轴向或径向流过色谱柱 所需的时间。最后，ε_ext表示填料的孔隙度。

如在许多出版物(特别是Ludemann-Hombourger，O.und Nicoud， R.-M，2000，Separation Science and Technology，35，1829-1862)中所表 明的，该模型可非常好地描述色谱分离。该数学模型也可用于设计过程。

是否出现一种或另一种运行模式取决于体积流量的选择以及待分 离组分的吸附特性。

该柱(S^*)经两不同的方向，优选呈相互垂直的方向X(2)和Y(1)流过。

该柱在几何形状上可为圆柱形部分环(在2根柱情况下形成半环)或 为呈正方形的板。如果该柱是部分环，可不设置最后的分配器V_E，因为 该最后柱的端部可与第一分配器V_A直接相连，由此产生圆柱形的整体 结构。对于20-200bar的高压区，优选耐压的图柱形，而在低压区可使 用正方形柱。

在柱之间在径向X-方向设置满足下列功能的分配器(V^*)：

1.在X-方向(2)流过该柱时，在色谱柱(S^*)中沿Y-方向(1)所形成 的径向浓度分布应可转移到相邻柱上而无大的相混效应。

2.在X-方向(2)流过该柱时，每个分配器(V^*)应可使新鲜洗脱物液流 (通过C^*)加到环形物流中以及可排出该环形物流(通过D^*)。

3.在Y-方向(1)流过该柱时，这些分配器(V^*)应在流体动力学上将色 谱柱相互分开(环形物流和D^*封闭)，以使每根柱子可加入其特定的径向 体积流量。

图3示出该设备的一种特别的实施方案，其具有包括由泵、阀门和 容器组成的周边的整个系统的总结构。

N-柱顺序连接。此外，从含nsp-组分(nsp≥2)的一般的多元物质混 合物开始。将每根柱沿径向Y-方向分成等间距或逐渐更细的G-区。该 分配器将柱m的G-区g与柱m+1的G-区g相连接，以使柱m的浓度分 布传递给柱m+1。在每个区中收集液体，接着通过形成分配器V^*的截 止阀(v^*)的组合导向下面的柱或导向分配器出口(D^*)。经分配器入口(C^*) 即简单的阀门可将新鲜洗脱液送入环形物流。尽可能地再使用在分配器 (D^*)出口的洗脱液，任选用探测器可分析该洗脱液并可进行相应分级。

进料或洗脱液以径向Y-方向送入柱的下面的入口。这时可将该进料 同时导向多根柱。优选将进料加入一根柱中，以致可应用纯切换阀 (F₁-F_N)。与此不同的是，对洗脱液入口(E₁-E_N)配置调节阀，由此可相 互独立地为每根柱规定在径向Y-方向的洗脱液体积流量。另外，在洗脱 液入口的调节阀的部位还可使用输送泵该柱的出口可 经分级阀P¹-P^nsp导向产品容器之一或按R送入洗脱液容器。还可配置废 液容器，以弃去错误的级分(图3中由于清楚原因未示出)。

图4示出总共具有3根色谱柱的本发明设备的另一示图。也标明了 连接。该色谱柱S₁-S₃呈正方形或部分环形形式，其宽为B、高为H和 深为T。在径向Y-方向有柱的入口A₁-A₃以及柱的出口B₁-B₃。在柱入 口处借助于双通阀各引入洗脱液或进料。柱出口B₁-B₃借助于分级阀与 相应的输出容器连接。在具有3个容器的三元物质混合物情况下，三通 阀是适用的。此外，在柱之间以轴向X-方向设置有分配器V₁-V₄。如图 3所示，该分配器将柱子再分成G-区并被直接固定在柱上。图4示例性 示出再分成的6区。这里将在X-方向流过时形成的径向物流分布再分成 区，这些区由分配器收集并分配给下一柱。如在功能描述中所示，经连 接C₁-C₄可同时加入新鲜的溶剂。经各连接D₁-D₄平行排出物流。

该分配器V^*可相应于图3借助于切换阀(Schaltventil)实现，其缺 点为除大量所需的阀门外还形成含较高滞留体积的许多连接。

在一个特别的实施方案中，该分配器V^*被制成单个紧凑构件。每 个分配器必须允许均匀的穿流而不会产生高的压力损失，并且特别是不 会对径向浓度分布产生强的干扰。在每个周期中的径向注入阶段期间(步 骤1)，该分配器应使色谱区互相分离(X-方向封闭)。在轴向SMB分离阶 段(步骤2)中则不同，其必须可经分配器将洗脱液加到环形物流中。返 回的物流应在相同位置流出并可经再次利用。对本发明方法，所有的分 配器V^*必须满足这些功能。

这可通过图5所示结构实现。该结构由2个构件组成；即基体(1) 和旋转的圆柱体(2)。在分配器基体中铣削出洗脱液的通路，这些通路各 形成分配器出口D^*和分配器入口C^*。在基体的轴向方向配置有通过旋 转圆柱体关闭或打开的通道。在圆柱体(2)中的该基体(1)的通道高度上设 有孔。如果旋转该圆柱体(2)，则在基体(1)中的这些通道可接通或断开。 为此这些通道在对着圆柱形通道的中心处呈缩小(见截面AA’)，该圆柱 形通道通过所述闭合机构按需被关闭。

附图

图1-5示出适于本发明方法的设备，但不受限于此。

标号

1       方向Y

2       方向X

A^*      柱入口

B^*      柱出口

C^*      分配器入口

D^*      分配器出口

E₁-E_N   洗脱液入口

F₁-F_N   进料切换阀

元件E和F共同形成柱入口A^*

G       柱在径向Y-方向的再分配，也称为G-区

P¹-P^nsp 进入产物容器的分级阀

R       到洗脱液容器的阀+导管

元件P和R共同形成柱出口B^*

S^*      柱

K       第一分配器和最后的分配器之间的连接，并形成环形物流

V^*      分配器

V_E      最后的分配器

V_A      第一分配器

v^*      用于控制环形物流的分配器的截止阀

H       柱高

B       柱宽

T       柱深

B’     分配器宽

T’     分配器深

图1：用于新方法的设备的基本元件

图2：色谱柱的塔板模型

图3：具有阀门的总系统的构造

图4：连接与构造

图5：分配器的构造

图6：以二元物质混合物为例的新方法的模拟

图7：三元物质混合物的分离原理

图8：组分A、B和C的浓度分布(研究1)

图9：组分A、B和C的浓度分布(研究2)

实施例

实施例1：二元物质混合物的分离模拟

图6以二元物质混合物(A+B)为例说明本方法的运行方式。为此应 用三根色谱柱。假设是具有理想行为的线性吸附，即不考虑离散效应、 扩散效应或其它前缘轮廓模糊效应。此外，为了简化假设弱吸附组分(A) 的流速是强吸附组分(B)流速的两倍。再则将流经全部柱子的径向Y-方 向的体积流量调节成相同(Q_y)，并且是轴向X-方向体积流量(Q_x)的一半。 Q_x如此选择，即该强吸附组分(B)在第二步骤结束时总共才移动了柱长 的一半。如此结构的实例在此情况下仅应用于理解各步骤以及该总的方 法。

由图6可以看出组分A和B的浓度分布在6个周期过程中经三个色 谱柱中的进展。在第一个周期(图6的行1)中，将进料在进料期/步骤1 期间送入第二柱。组分A移动到柱的中间，而组分B装载于柱的1/4处。 在SMB分离期/步骤2中，洗脱液呈X-方向流动。在第一周期末，组分 A在X-方向和Y-方向均继续与组分B分开，这是两维分离的结果(图6 的行1列2)。对第2周期步骤1，将进料加到第三柱中(图6的行2列1)。 在此步骤中，在第二柱和第三柱的出口得到组分A。组分B由于其较强 的吸附需4个周期以从第一柱的出口排出。

如图6总的看出，二元物质混合物可按该调节分离。该两组分在柱 的各自上面的出口(方向Y)处分开排出。类似于常规的SMB方法这里也 达到了周期平衡。在此情况和假设理想行为下，在正好4个周期后出现。 在此情况下表明，在所述的摸拟中仅使用3根色谱柱，而在常规的SMB 方法中这是不可能的。在此新方法中甚至2根柱就足够了，但这以低的 生产率为代价。

实施例2：三元物质混合物的分离

在运行该新方法时，如图7中用总共7根柱的三元物质分离的例子 所示，可区分成相继进行的两个步骤和形成该体系的一个周期。在第一 步骤(＝进料期)中，在环形的位置(A₄)处以径向Y-方向供入进料，此外对 其余的柱子(A₁-A₃，A₅-A₇)加纯溶剂。在此步骤中分配器(V₁-V₇)使色谱 柱(S₁-S₇)相互分开，由此各色谱柱的体积流量可相互独立调节。各体积 流量以如下方式调节，以使各目标组分可在各色谱柱的各出口(B₁-B₇)处 按所需纯度得到。体积流量的正确值可按基于模型的设计计算或经验确 定。

在第二步骤(＝SMB分离期)中，沿X-方向进行分离，这时在环形中 的分配器V₁处通过C₁加入新鲜溶剂。所有其余的分配器V₂-V₇在X-方 向是打开的。该总的浓度分布在X-方向推进。SMB分离的体积流量如 此调节，以使在该周期末加有新鲜洗脱液的柱(这里为柱1)完全已经再 生，即纯溶剂离开柱子。在分配器出口D1可出现两种情况：

1.出现可再循环的纯溶剂(再循环物流)，

2.或出现导入相应的产物容器中的最弱吸附的组分。

出现何种运行方式取决于体积流量的选择以及待分离组分的吸附 特性。在再循环物流使中可任选置入多组分探测器，以在不希望的组分 穿透的情况下可将其切换到废物。

一旦第二步骤结束，该周期结束，并开始一个新周期。将在径向 (A₁-A₇)的进料和洗脱液的入口位置以及柱出口(B₁-B₇)以物流方向移动 一根柱。按图7所示，进料入口从A₄移动到A₅。将柱出口与相应的新 的产物容器连接。在轴向上，该洗脱液入口从分配器入口C₁移动到C₂和洗脱液出口从分配器出口D₁移动到D₂。通过重复串接 (Weiterschaltung)在轴向X-方向形成固体相和液体之间的模拟反流。

基于具有下列物质特性的三元物质分离加以说明。

下面的研究用具有图5的分配器的图4的装置进行。

三元混合物的物质特性

参数              值                 说明

N[-]              6                  柱子数

ε_ext[-]          0.4                外孔隙度

B[cm]             10                 柱子的水平长度

H[cm]             10                 柱子的垂直长度

T[cm]             2                  柱子深度

n_sp[-]            3                  组分数

c_fe[g/l]          [2.5，2.5，2.5]    进料浓度

A，B              [1e-4，20]         范·德姆特参数

H[-]              [2.0，1.5，1.0]    亨利系数

起始进料          2                  第一进料入口位置

步骤1的时间[s]    见研究             进料注入时间

步骤2的时间[s]    见研究             SMB分离时间

Q_hor[ml/min]      见研究             水平体积流量

Q_ver[ml/min]      见研究             垂直体积流量

色谱柱数为6。第一进料引入第二柱(A₂)。在周期1(X-方向)的步骤 2中洗脱液进入在分配器1(通过C₁)处进行。不定的操作参数是轴向和 径向的体积流量，其在下面研究中是变化的。

研究1：开始进料位置＝5，Q_hor＝15ml/min，Q_ver＝15ml/min

图8示出在第10周期末形成的各组分(A，B，C)的二维浓度分布。物 料正好在位置5送入倒数第二柱中。组分A是弱吸附性组分，C是强吸 附性组分和B是其中间组分。高浓度区为暗红色，而纯溶液为蓝色。可 看出，这些组分沿不同的谱带移动。

研究2：开始进料位置＝3，Q_hor＝25ml/min，Q_ver＝15ml/min

在该柱中将半体积流量增加10ml/min，以致组分在轴向X-方向更 强烈地分离。同时起始进料位置从第5柱移到第三柱。组分沿其移动的 横向谱带位置受有目的改变轴向体积流量和进料供入位置的影响。在此 研究中，实现了可使组分A和C相对于进料位置向右或向左移动，而其 中间组分B却笔直地到出口。图9示出在第10周期末的静态浓度分布。