[發明專利]一種約束床吸附分離技術及方法

有效

• 申請號: 201310440806.8
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103463834A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 何衛中;鄧剛
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: B01D15/20
• 分類號: B01D15/20;B01D15/24
• 代理公司: 北京恒都律師事務所 11395
• 代理人: 邸建凱

技術領域

???本發明涉及新型分離技術領域，具體涉及一種約束床吸附分離技術及方法。

背景技術

擴張床吸附(Expanded?Bed?Adsorption，EBA)技術是上世紀九十年代發展起來的一種新型分離純化技術，能直接從發酵液或細胞勻漿中捕獲目標產物，集固液分離、濃縮和初期純化于一個操作單元之中，減少了操作單元數，縮短了操作時間，節約了生產成本，被稱為近幾十年來出現的第一個新的單元操作。擴張床也稱之為穩定的流化床(Stabilized?Fluidized?Bed)，床內填料處于臨界流態化狀態，是流化床的一種特例，但基于擴張床內固體填料(如吸附劑和催化劑)的穩定分級行為，其理論塔板數要遠高于普通的流化床，與固定床接近。

然而，要達到穩定的擴張床狀態，必須同時滿足三個特殊條件。一是擴張床內的固體填料要有較大的密度和一定的粒徑分布，這樣床層擴張時大的、重的顆粒在床層底部，小的、輕的顆粒在床層上部，形成穩定的分級行為，而這種擴張床的吸附劑的生產多為國外大公司壟斷，價格昂貴；二是擴張床裝置必須有利于形成平推流，尤其是在裝置的流體進口處和出口處，不能存在明顯的射流區，如丹麥UpFront公司推出商品名為FastLine的流體分布器系統；三是必須采取特殊的操作方式，流體流速應控制在最低流化速度和終端速度之間，尤其是吸附劑吸附相應物質后，會使其性狀發生變化，有必要調整流速，否則就無法保持擴張床狀態，甚至會發生擴張床的崩潰。

這其中流體分布器和吸附劑設計最為關鍵，近年來，各國學者對此進行了大量研究,雖然中試和生產規模的應用實例有學者作過報道，但是大多數EBA過程的開發還只停留在實驗室規模。主要原因是以上關于擴張床裝置、吸附劑和操作方式的要求，尤其是操作過程中細胞碎片、核酸類陰離子物質等引起的架橋作用以及臨界流化低流度引起的清洗困難，有時即便及時調整流速等操作條件，也會發生擴張床的崩潰，無法保持擴張床狀態，EBA技術的工業化遭遇了“瓶頸”，極大地限制了EBA技術在生物工程領域的廣泛應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題，是提供一種經濟實惠、操作簡單、容易放大的吸附分離方法，不僅可用于分離提取過程，特別的，也可用于反應過程。

本發明采用如下的技術方案：一種約束床吸附分離技術，其核心是利用外力將吸附劑約束在固定骨架上，柱體、固定骨架、吸附劑或“集合體”約束的“約束組件”間空隙允許固體顆粒通過，只要流體流速不超過“約束力”,吸附劑可以保持“初始約束狀態”。吸附劑分別按硬約束、軟約束和集合體約束三類方式，規整地排布在約束床柱內。特別的，當約束的介質為催化劑、細胞或酶等時，約束床可用于反應過程。

進一步的：其中第一類硬約束床柱，采用機械力或磁力將吸附劑以不同的結構和方式固定在固定骨架上，如此吸附劑約束在約束床柱內，只要流體流動產生的作用力不超過約束力，吸附劑呈擴張床樣分布。

進一步的：硬約束可以為一類磁力硬約束床，其單層固定骨架上均勻分布有磁性約束點——節點，用一種簡易裝填吸附劑的模板，可將超順磁磁性吸附劑裝填到單層固定骨架上，吸附劑可均勻約束在單層固定骨架的任意一側或兩側。硬約束床柱內設置有三根或三根以上的支持柱，多個單層固定骨架由支持柱貫穿所固定，按磁力線一致方向相互疊加，每兩層間均設置有套于支持柱上的層間支撐管，最后形成約束床柱。所述磁性硬約束床柱，其單層固定骨架也可以為網狀結構，由許多個節點相互呈網狀連接而成，該節點為磁性約束點，呈網狀均勻分布在單層固定骨架上。

進一步的：硬約束床柱也可以為一類機械式硬約束床柱結構，陰、陽吸附劑可以在節點上相扣。陰、陽吸附劑的固定桿長度相對較短時，能使陰、陽吸附劑相對固定在設置于兩個吸附劑之間的濾網上，形成節點；節點相互連接呈網狀均勻分布在單層固定骨架上，按上面所述的方法相互疊加，形成機械式硬約束床柱。

進一步的：硬約束床柱也可為規整化吸附劑疊加或堆積而成的硬約束床柱，所述規整化硬約束床柱可以分為四種方式：一是將吸附劑制成規整多孔圓片狀，直徑同柱內徑，節點處為球形，按前述的磁力硬約束方法疊加，形成約束床柱；二是第一種方式中去掉每兩層單層固定骨架之間的支持管，進行疊加，此方法結構較簡單，但柱體孔隙率較小；三是若干個規整化吸附劑無規則的堆積形成相對規整孔道，顆粒可以通過，從而形成約束床柱；四是將吸附劑骨架按前述多種硬約束，如磁性硬約束柱內形態鑄成一個整體，外敷薄殼吸附劑，再把這個整體放到柱內，形成一個約束床柱。