離子交換分離原理及設備

1、離子交換分離原理及設備第1頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六離子交換樹脂的分類 按樹脂骨架的主要成分分為聚苯乙烯型樹脂、聚丙烯酸型樹脂、酚-醛型樹脂等； 按聚合的化學反應分為共聚型樹脂和縮聚型樹脂； 按樹脂骨架的物理結(jié)構(gòu)分為凝膠型樹脂(微孔樹脂)、大網(wǎng)絡樹脂(大孔樹脂)及均孔樹脂； 按樹脂的酸堿性分為強酸性、弱酸性陽離子交換樹脂和強堿性、弱堿性陰離子交換樹脂。第2頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六幾類樹脂性能的比較 類型性能陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂強酸性弱酸性強酸性弱酸性活性基團磺酸羧酸季胺伯胺、仲胺pH的影響無酸性交換力小無堿性交換力小鹽的穩(wěn)定

2、性穩(wěn)定洗滌時水解穩(wěn)定洗滌時水解再生劑用量35倍1.52倍35倍1.22倍交換速率快慢快慢第3頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六離子交換樹脂的理化性能 顆粒度：大多數(shù)為球形，直徑0.21.2mm； 交換容量：表示方法有質(zhì)量交換容量(mmol/g樹脂)和體積交換容量(mmol/mL樹脂)；此外還有工作交換容量和再生交換容量； 機械強度 膨脹度 含水量及密度：含水量一般是0.30.7g/g干樹脂)；濕堆積密度和濕真密度一般為600850kg/m2和11001400kg/m2； 孔結(jié)構(gòu)第4頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六離子交換機理及選擇性 離子交換機理B

3、+A+薄膜離子交換過程包括5步：1. A+自溶液擴散到樹脂表面；2. A+從樹脂表面擴散到樹脂內(nèi)部的活性中心；3. A+在活性中心發(fā)生交換反應；4. 解吸離子B+自樹脂內(nèi)部的活性中心擴散到樹脂表面；5. B+從樹脂表面擴散到溶液；第5頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六Sampleapplicationand washElutionEquilibrationRegeneration-+-離子交換機理及選擇性 離子交換機理第6頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六離子交換機理及選擇性 離子交換過程的選擇性 離子的水化半徑 離子的化合價 溶液的酸堿度 交聯(lián)度、

4、膨脹度和分子篩 樹脂與交換離子之間的輔助力 有機溶劑的影響第7頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六離子交換裝置及再生料液處理液 單床式料液處理液 多床式料液處理液 復床式料液處理液 混合床式離子交換裝置第8頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六離子交換裝置及再生再生方式料液再生液處理液廢液順流再生料液再生液處理液廢液逆流再生第9頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六離子交換裝置及再生再生方式廢液再生液料液再生液處理液對流逆流再生廢液再生液料液再生液處理液對流再生第10頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六離子交換裝置及再

5、生再生操作交換反洗再生水洗交換料液處理液廢水反洗水再生水再生廢液正洗水廢水料液處理液動畫演示第11頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六離子交換裝置及再生再生操作混合床再生的操作過程第12頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六具有多孔支持板的離子交換罐 圓筒體的高徑比一般為23，樹脂層高度約為圓筒高度的50 70。1-視鏡 2-進料口 3-手口4-液體分布器 5-樹脂層6-多孔板 7-尼龍層 8-出液口第13頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六具有塊石支持層的離子交換罐1-進料口 2-視鏡 3-液位計4-樹脂層 5-卵石層 6-出液口第1

6、4頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六被交換溶液進口淋洗水、解吸液及再生劑進口廢液出口分布器分布器淋洗水、解吸液及再生劑出口，反洗水進口反吸附離子交換罐第15頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六擴口式離子交換器第16頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六混合床交換罐制備無鹽水的流程第17頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六篩板式連續(xù)離子交換設備漩渦式連續(xù)離子交換設備第18頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六離子交換設備的計算 罐體積罐體積Vt：罐高徑比一般取Hi/D=23。 交換設備的放大1.根據(jù)

7、交換罐負荷相同的原則放大；2.根據(jù)交換罐中溶液空塔流速相同的原則放大；3.溶液通過床層的壓力降第19頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六離子交換的應用及特點 應用 1.氨基酸 2.有機酸 3.抗生素 4.生物酶 特點 1.樹脂無毒且可反復使用 2.少用或不用有機溶劑 3.成本低 4.設備簡單 5.操作方便第20頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六吸附分離原理及設備 吸附分離機理 吸附法是利用合適的吸附劑，在一定的操作條件下，使發(fā)酵液中的產(chǎn)物被吸附在固定吸附劑的內(nèi)外表面上，再以適當?shù)慕馕鼊a(chǎn)物從吸附劑上解吸下來，從而達到分離濃縮的目的。第21頁，共41頁

8、，2022年，5月20日，1點47分，星期六吸附分離原理及設備 吸附劑的選擇 吸附劑按其化學結(jié)構(gòu)可分為兩大類：一類是有機吸附劑，如活性炭、球形炭化樹脂、聚酰胺、纖維素、大孔樹脂等；另一類是無機吸附劑，如白土、氧化鋁、硅膠、硅藻土等。 影響吸附過程的因素1.吸附劑的性質(zhì)2.吸附物的性質(zhì)3.溶劑及操作條件第22頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六吸附分離原理及設備 吸附操作及設備1.攪拌罐內(nèi)的吸附操作2.固定床吸附 主要設備有吸附柱或吸附塔第23頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六色譜分離原理及設備 色譜分離原理 色譜分離操作條件 色譜分離設備第24頁，共4

9、1頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六Column Chromatography第25頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六Gel Filtration -size Resin has fixed size pores which allow molecules smaller than a given size to enterSmall molecules will take longer to pass down the column than large ones because they travel furtherCan estimate molecul

10、ar weight by comparison with a standard第26頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六Ion Exchange - charge Mixture of proteins is applied to the negatively charged column resin balanced by Na+ ions (red)-ve and neutral proteins pass in the void volume, +ve proteins stickExcess of Na+ ions is added+ve proteins are

11、elutedCould have used change in pH to elute the proteinsCATION EXCHANGE第27頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六Affinity ChromatographyUses specific binding property to attach protein to columnIncrease concentration of ligand to elute the proteinExamples:antibody columns - monoclonal antibody attached to colu

12、mn glutathione column binds glutathione-S-transferase on target第28頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六工業(yè)規(guī)模的色譜分離流程第29頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六色譜分離設備玻璃色譜分離柱第30頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六色譜分離設備帶熱夾套分離柱反轉(zhuǎn)式分離柱第31頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六KTAexplorerKTApurifierKTAFPLC色譜分離設備第32頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六色譜分離

13、設備第33頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六實驗室層析和大規(guī)模層析的分別實驗室大規(guī)模生產(chǎn)分辨率越多峰越好 要求純度種類 提高分辨率純度定性 增加 增加 樣品量 產(chǎn)量 (生產(chǎn)力) (峰越少越好) 上樣速度不注重 最大樣品處理速度次/h 生產(chǎn)力=g/ml 膠/h第34頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六線性放大固定以下條件：1. 相同線行流速2. 相同緩沖液3. 相同填料4. 相同柱高5. 相同樣品濃度和pH6. 相同樣品體積和柱床體積比例7. 相同梯度體積和柱床體積比例放大：1. 柱直徑2. 體積流速3. 上樣體積第35頁，共41頁，2022年，5月20

14、日，1點47分，星期六2.01.000123456(column volumes)A280 nm2.01.000123456(column volumes)A280 nmSOURCE 30RPCFineLINE 200L400-fold scale up10 mm diameter columnColumn: SOURCE 30RPC, a) 10 x300 mm (23.6 ml)b) FineLINE 200L, 100 x300 mm (9.4 l)Sample: Mixture of Angiotensin II, ribonuclease and insulinSample load

15、: 0.064 mg/ml mediumEluent A: 0.1% TFA/0.05 M NaClEluent B: 0.1% TFA/60% n-propanolFlow rate: 150 cm/h a) 2 ml/minb) 785 ml/minGradient: 20-70% B, 5 column volumes切實可行的可放大性KTA explorer10BioProcess23.6-ml column9.4-litre column第36頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六切實可行的可放大性第37頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六大型層析柱多種大小,材料可供選擇,柱床體積高達千多升也可以訂做經(jīng)濟型 INdEX 和 層疊柱制藥用BPG 和CHROMAFLOW 柱極高標準的 BPSS 柱專為 SOURCE 填料設計的 FineLINE 柱第38頁，共41頁，2022年，5月20日，1點47分，星期六CHROM