離子交換分離原理及設(shè)備

離子交換分離原理及設(shè)備第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日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(xué)反應(yīng)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(luò)樹脂(大孔樹脂)及均孔樹脂；按樹脂的酸堿性分為強(qiáng)酸性、弱酸性陽離子交換樹脂和強(qiáng)堿性、弱堿性陰離子交換樹脂。第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日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(qiáng)酸性弱酸性強(qiáng)酸性弱酸性活性基團(tuán)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)定性穩(wěn)定洗滌時(shí)水解穩(wěn)定洗滌時(shí)水解再生劑用量3～5倍1.5～2倍3～5倍1.2～2倍交換速率快慢快慢第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日離子交換樹脂的理化性能

顆粒度：大多數(shù)為球形，直徑0.2～1.2mm；

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(jī)械強(qiáng)度膨脹度含水量及密度：含水量一般是0.3～0.7g/g干樹脂)；濕堆積密度和濕真密度一般為600～850kg/m2和1100～1400kg/m2；

孔結(jié)構(gòu)第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日離子交換機(jī)理及選擇性離子交換機(jī)理B+A+薄膜離子交換過程包括5步：1.A+自溶液擴(kuò)散到樹脂表面；2.A+從樹脂表面擴(kuò)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(yīng)；4.解吸離子B+自樹脂內(nèi)部的活性中心擴(kuò)散到樹脂表面；5.B+從樹脂表面擴(kuò)散到溶液；第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日SampleapplicationandwashElutionEquilibrationRegeneration--------------------------------------------------------------------++++++++++++++++++++++++++++++-----------離子交換機(jī)理及選擇性離子交換機(jī)理第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日離子交換機(jī)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(jià)溶液的酸堿度交聯(lián)度、膨脹度和分子篩樹脂與交換離子之間的輔助力有機(jī)溶劑的影響第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日離子交換裝置及再生料液處理液?jiǎn)未彩搅弦禾幚硪憾啻彩搅弦禾幚硪簭?fù)床式料液處理液混合床式離子交換裝置第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日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九頁，共四十一頁，2022年，8月28日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(duì)流逆流再生廢液再生液料液再生液處理液對(duì)流再生第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日離子交換裝置及再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(dòng)畫演示第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日離子交換裝置及再生再生操作混合床再生的操作過程第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日具有多孔支持板的離子交換罐圓筒體的高徑比一般為2～3，樹脂層高度約為圓筒高度的50～70％。1-視鏡2-進(jìn)料口3-手口4-液體分布器5-樹脂層6-多孔板7-尼龍層8-出液口第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日具有塊石支持層的離子交換罐1-進(jìn)料口2-視鏡3-液位計(jì)4-樹脂層5-卵石層6-出液口第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日被交換溶液進(jìn)口淋洗水、解吸液及再生劑進(jìn)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(jìn)口反吸附離子交換罐第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日擴(kuò)口式離子交換器第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日混合床交換罐制備無鹽水的流程第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日篩板式連續(xù)離子交換設(shè)備漩渦式連續(xù)離子交換設(shè)備第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日離子交換設(shè)備的計(jì)算罐體積罐體積Vt：罐高徑比一般取Hi/D=2～3。交換設(shè)備的放大1.根據(jù)交換罐負(fù)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十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日離子交換的應(yīng)用及特點(diǎn)應(yīng)用1.氨基酸2.有機(jī)酸3.抗生素4.生物酶特點(diǎn)1.樹脂無毒且可反復(fù)使用2.少用或不用有機(jī)溶劑3.成本低4.設(shè)備簡(jiǎn)單5.操作方便第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日吸附分離原理及設(shè)備吸附分離機(jī)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(dāng)?shù)慕馕鼊a(chǎn)物從吸附劑上解吸下來，從而達(dá)到分離濃縮的目的。第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日吸附分離原理及設(shè)備吸附劑的選擇

吸附劑按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為兩大類：一類是有機(jī)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(jī)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.溶劑及操作條件第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日吸附分離原理及設(shè)備吸附操作及設(shè)備1.攪拌罐內(nèi)的吸附操作2.固定床吸附主要設(shè)備有吸附柱或吸附塔第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日色譜分離原理及設(shè)備色譜分離原理色譜分離操作條件色譜分離設(shè)備第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日ColumnChromatography第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日GelFiltration-sizeResinhasfixedsizeporeswhichallowmoleculessmallerthanagivensizetoenterSmallmoleculeswilltakelongertopassdownthecolumnthanlargeonesbecausethey

travelfurtherCanestimatemolecularweightbycomparisonwithastandard第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日IonExchange-chargeMixtureofproteinsisappliedtothenegativelychargedcolumnresin–balancedbyNa+ions(red)-veandneutralproteinspassinthevoidvolume,+veproteinsstickExcessofNa+ionsisadded+veproteinsareeluted CouldhaveusedchangeinpHtoelutetheproteinsCATIONEXCHANGE第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日AffinityChromatographyUsesspecificbindingpropertytoattachproteintocolumnIncreaseconcentrationofligandtoelutetheproteinExamples:antibodycolumns-monoclonalantibodyattachedtocolumnglutathionecolumn–bindsglutathione-S-transferaseontarget第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日工業(yè)規(guī)模的色譜分離流程第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日色譜分離設(shè)備玻璃色譜分離柱第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日色譜分離設(shè)備帶熱夾套分離柱反轉(zhuǎn)式分離柱第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日?KTAexplorer?KTApurifier?KTAFPLC色譜分離設(shè)備第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日色譜分離設(shè)備第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)室層析和大規(guī)模層析的分別實(shí)驗(yàn)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第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日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.上樣體積第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.01.000123456(columnvolumes)A280nm2.01.000123456(columnvolumes)A280nmSOURCE30RPCFineLINE200L400-foldscaleup10mmdiametercolumnColumn:

SOURCE30RPC,

a)10x300mm(23.6ml)

b)FineLINE200L,100x300mm(9.4l)Sample:

MixtureofAngiotensinII,ribonucleaseandinsulinSampleload:

0.064mg/mlmediumEluentA:

0.1%TFA/0.05MNaClEluentB:

0.1%TFA/60%

n-propanolFlowrate:

150cm/ha)2ml/min

b)785ml/minGradient:

20-70%B,5columnvolumes切實(shí)可行的可放大性?KTA?explorer10BioProcess23.6-mlcolumn9.4-litrecolumn第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日切實(shí)可行的可放大性第三十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日大型層析柱多種大小,材料可供選擇,柱床體積高達(dá)千多升也可以訂做經(jīng)濟(jì)型INdEX和層疊柱制藥用BPG和CHROMAFLOW柱極高標(biāo)準(zhǔn)的BPSS柱專為SOURCE填料設(shè)計(jì)的FineLINE