離子交換分離原理及設備PPT課件

1、幾類樹脂性能的比較 類型類型性能性能陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂強酸性強酸性弱酸性弱酸性強酸性強酸性弱酸性弱酸性活性基團活性基團磺酸磺酸羧酸羧酸季胺季胺伯胺、仲胺伯胺、仲胺pH的影響的影響無無酸性交換力小酸性交換力小無無堿性交換力小堿性交換力小鹽的穩(wěn)定性鹽的穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定洗滌時水解洗滌時水解穩(wěn)定穩(wěn)定洗滌時水解洗滌時水解再生劑用量再生劑用量35倍倍1.52倍倍35倍倍1.22倍倍交換速率交換速率快快慢慢快快慢慢第1頁/共40頁離子交換樹脂的理化性能 顆粒度：大多數(shù)為球形，直徑0.20.21.2mm； 交換容量：表示方法有質(zhì)量交換容量( (mmol/g樹脂) )和體積交

2、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2頁/共40頁離子交換機理及選擇性 離子交換機理B+A+BRARBA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3頁/共40頁Sampleapplicationand washE

3、lutionEquilibrationRegeneration-+anionexchangerbead-離子交換機理及選擇性 離子交換機理第4頁/共40頁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、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5頁/共40頁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6頁/共40頁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7頁/共40頁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

4、流再生廢液再生液料液再生液處理液對流再生第8頁/共40頁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畫演示第9頁/共40頁離子交換裝置及再生再生操作混合床再生的操作過程第10頁/共40頁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11頁/共40頁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12頁/共40頁被交換溶液進口淋洗水、解吸液及再生劑進口廢液出口

5、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13頁/共40頁擴口式離子交換器第14頁/共40頁混合床交換罐制備無鹽水的流程第15頁/共40頁篩板式連續(xù)離子交換設備漩渦式連續(xù)離子交換設備第16頁/共40頁離子交換設備的計算 罐體積yVVt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)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17頁/共40頁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.

6、操作方便第18頁/共40頁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19頁/共40頁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20頁/共40頁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

7、柱或吸附塔第21頁/共40頁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22頁/共40頁Column Chromatography第23頁/共40頁Gel Filtration -size Resin has fixed size pores which allow molecules smaller than a given size to enter Small molecules will take longer to pass down the column than large ones because they travel further Can estim

8、ate molecular weight by comparison with a standard第24頁/共40頁Ion Exchange - charge a)Mixture of proteins is applied to the negatively charged column resin balanced by Na+ ions (red)b)-ve and neutral proteins pass in the void volume, +ve proteins stickc)Excess of Na+ ions is addedd)+ve proteins are elu

9、tedCould have used change in pH to elute the proteins第25頁/共40頁Affinity Chromatography Uses specific binding property to attach protein to column Increase concentration of ligand to elute the protein Examples: antibody columns - monoclonal antibody attached to column glutathione column binds glutathi

10、one-S-transferase on target第26頁/共40頁工業(yè)規(guī)模的色譜分離流程第27頁/共40頁色譜分離設備玻璃色譜分離柱第28頁/共40頁色譜分離設備帶熱夾套分離柱反轉(zhuǎn)式分離柱第29頁/共40頁KTAexplorer KTApurifierKTAFPLC色譜分離設備第30頁/共40頁色譜分離設備第31頁/共40頁實驗室層析和大規(guī)模層析的分別實驗室層析和大規(guī)模層析的分別分辨率越多峰越好 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32頁/共40頁線性放大線性放大固定以下

11、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33頁/共40頁2.01.000123456(column volumes)A280 nm2.01.000123456(column volumes)A280 nmColumn: SOURCE 30RPC, a) 10 x300 mm (23.6 ml)b) FineLINE 200L, 100 x300 mm (9.4 l)Sample: Mixture of Angiotensin II,

12、 ribonuclease and insulinSample load: 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切實可行的可放大性KTAKTA explorer10BioProcess23.6-ml column9.4-litre column第34頁/共40頁切實可行的可放大性切實可行的可放大性第35頁/共40頁大型層析柱 多種大小多種大小, ,材料可供材料可供選擇選擇, ,柱床體積高達柱床體積高達千多升千多升 也可以也可以訂訂做做 經(jīng)濟型經(jīng)濟型 INdEX INdEX 和和 層疊柱層疊柱 制藥用制藥用BPG BPG 和和CHROMAFLOW CHROMAFLOW 柱柱 極高標準的極高標準的 BPSS BPSS 柱柱 專為專為 SOURCE SOURCE 填料填料設計的設計的 FineLINE FineLINE 柱柱第36頁/共40頁CHROMAFLOW 自動裝卸層析柱 裝卸柱到清洗都無需裝