离子交换分离原理及设备

离子交换分离原理及设备第1页，课件共41页，创作于2023年2月离子交换树脂的分类

按树脂骨架的主要成分分为聚苯乙烯型树脂、聚丙烯酸型树脂、酚-醛型树脂等；按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂；按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂(微孔树脂)、大网络树脂(大孔树脂)及均孔树脂；按树脂的酸碱性分为强酸性、弱酸性阳离子交换树脂和强碱性、弱碱性阴离子交换树脂。第2页，课件共41页，创作于2023年2月几类树脂性能的比较类型性能阳离子交换树脂阴离子交换树脂强酸性弱酸性强酸性弱酸性活性基团磺酸羧酸季胺伯胺、仲胺pH的影响无酸性交换力小无碱性交换力小盐的稳定性稳定洗涤时水解稳定洗涤时水解再生剂用量3～5倍1.5～2倍3～5倍1.2～2倍交换速率快慢快慢第3页，课件共41页，创作于2023年2月离子交换树脂的理化性能

颗粒度：大多数为球形，直径0.2～1.2mm；

交换容量：表示方法有质量交换容量(mmol/g树脂)和体积交换容量(mmol/mL树脂)；此外还有工作交换容量和再生交换容量；

机械强度膨胀度含水量及密度：含水量一般是0.3～0.7g/g干树脂)；湿堆积密度和湿真密度一般为600～850kg/m2和1100～1400kg/m2；

孔结构第4页，课件共41页，创作于2023年2月离子交换机理及选择性离子交换机理B+A+薄膜离子交换过程包括5步：1.A+自溶液扩散到树脂表面；2.A+从树脂表面扩散到树脂内部的活性中心；3.A+在活性中心发生交换反应；4.解吸离子B+自树脂内部的活性中心扩散到树脂表面；5.B+从树脂表面扩散到溶液；第5页，课件共41页，创作于2023年2月SampleapplicationandwashElutionEquilibrationRegeneration--------------------------------------------------------------------++++++++++++++++++++++++++++++-----------离子交换机理及选择性离子交换机理第6页，课件共41页，创作于2023年2月离子交换机理及选择性离子交换过程的选择性

离子的水化半径离子的化合价溶液的酸碱度交联度、膨胀度和分子筛树脂与交换离子之间的辅助力有机溶剂的影响第7页，课件共41页，创作于2023年2月离子交换装置及再生料液处理液单床式料液处理液多床式料液处理液复床式料液处理液混合床式离子交换装置第8页，课件共41页，创作于2023年2月离子交换装置及再生再生方式料液再生液处理液废液顺流再生料液再生液处理液废液逆流再生第9页，课件共41页，创作于2023年2月离子交换装置及再生再生方式废液再生液料液再生液处理液对流逆流再生废液再生液料液再生液处理液对流再生第10页，课件共41页，创作于2023年2月离子交换装置及再生再生操作交换反洗再生水洗交换料液处理液废水反洗水再生水再生废液正洗水废水料液处理液动画演示第11页，课件共41页，创作于2023年2月离子交换装置及再生再生操作混合床再生的操作过程第12页，课件共41页，创作于2023年2月具有多孔支持板的离子交换罐圆筒体的高径比一般为2～3，树脂层高度约为圆筒高度的50～70％。1-视镜2-进料口3-手口4-液体分布器5-树脂层6-多孔板7-尼龙层8-出液口第13页，课件共41页，创作于2023年2月具有块石支持层的离子交换罐1-进料口2-视镜3-液位计4-树脂层5-卵石层6-出液口第14页，课件共41页，创作于2023年2月被交换溶液进口淋洗水、解吸液及再生剂进口废液出口分布器分布器淋洗水、解吸液及再生剂出口，反洗水进口反吸附离子交换罐第15页，课件共41页，创作于2023年2月扩口式离子交换器第16页，课件共41页，创作于2023年2月混合床交换罐制备无盐水的流程第17页，课件共41页，创作于2023年2月筛板式连续离子交换设备漩涡式连续离子交换设备第18页，课件共41页，创作于2023年2月离子交换设备的计算罐体积罐体积Vt：罐高径比一般取Hi/D=2～3。交换设备的放大1.根据交换罐负荷相同的原则放大；2.根据交换罐中溶液空塔流速相同的原则放大；3.溶液通过床层的压力降第19页，课件共41页，创作于2023年2月离子交换的应用及特点应用1.氨基酸2.有机酸3.抗生素4.生物酶特点1.树脂无毒且可反复使用2.少用或不用有机溶剂3.成本低4.设备简单5.操作方便第20页，课件共41页，创作于2023年2月吸附分离原理及设备吸附分离机理

吸附法是利用合适的吸附剂，在一定的操作条件下，使发酵液中的产物被吸附在固定吸附剂的内外表面上，再以适当的解吸剂将产物从吸附剂上解吸下来，从而达到分离浓缩的目的。第21页，课件共41页，创作于2023年2月吸附分离原理及设备吸附剂的选择

吸附剂按其化学结构可分为两大类：一类是有机吸附剂，如活性炭、球形炭化树脂、聚酰胺、纤维素、大孔树脂等；另一类是无机吸附剂，如白土、氧化铝、硅胶、硅藻土等。影响吸附过程的因素1.吸附剂的性质2.吸附物的性质3.溶剂及操作条件第22页，课件共41页，创作于2023年2月吸附分离原理及设备吸附操作及设备1.搅拌罐内的吸附操作2.固定床吸附主要设备有吸附柱或吸附塔第23页，课件共41页，创作于2023年2月色谱分离原理及设备色谱分离原理色谱分离操作条件色谱分离设备第24页，课件共41页，创作于2023年2月ColumnChromatography第25页，课件共41页，创作于2023年2月GelFiltration-sizeResinhasfixedsizeporeswhichallowmoleculessmallerthanagivensizetoenterSmallmoleculeswilltakelongertopassdownthecolumnthanlargeonesbecausethey

travelfurtherCanestimatemolecularweightbycomparisonwithastandard第26页，课件共41页，创作于2023年2月IonExchange-chargeMixtureofproteinsisappliedtothenegativelychargedcolumnresin–balancedbyNa+ions(red)-veandneutralproteinspassinthevoidvolume,+veproteinsstickExcessofNa+ionsisadded+veproteinsareeluted CouldhaveusedchangeinpHtoelutetheproteinsCATIONEXCHANGE第27页，课件共41页，创作于2023年2月AffinityChromatographyUsesspecificbindingpropertytoattachproteintocolumnIncreaseconcentrationofligandtoelutetheproteinExamples:antibodycolumns-monoclonalantibodyattachedtocolumnglutathionecolumn–bindsglutathione-S-transferaseontarget第28页，课件共41页，创作于2023年2月工业规模的色谱分离流程第29页，课件共41页，创作于2023年2月色谱分离设备玻璃色谱分离柱第30页，课件共41页，创作于2023年2月色谱分离设备带热夹套分离柱反转式分离柱第31页，课件共41页，创作于2023年2月ÄKTAexplorerÄKTApurifierÄKTAFPLC色谱分离设备第32页，课件共41页，创作于2023年2月色谱分离设备第33页，课件共41页，创作于2023年2月实验室层析和大规模层析的分别实验室大规模生产分辨率

越多峰越好

要求纯度 种类

提高分辨率 纯度 定性

增加

增加 样品量

产量 (生产力) (峰越少越好)上样速度

不注重

最大样品处理速度 次/h 生产力=g/ml胶/h第34页，课件共41页，创作于2023年2月线性放大固定以下条件：1.相同线行流速2.相同缓冲液3.相同填料4.相同柱高5.相同样品浓度和pH6.相同样品体积和柱床体积比例7.相同梯度体积和柱床体积比例放大：1.柱直径2.体积流速3.上样体积第35页，课件共41页，创作于2023年2月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切实可行的可放大性ÄKTA™explorer10BioProcess23.6-mlcolumn9.4-litrecolumn第36页，课件共41页，创作于2023年2月切实可行的可放大性第37页，课件共41页，创作于2023年2月大型层析柱多种大小,材料可供选择,柱床体积高达千多升也可以订做经济型INdEX和层叠柱制药用BPG和CHROMAFLOW柱极高标准的BPSS柱专为SOURCE填料设计的FineLIN