[发明专利]一种约束床吸附分离技术及方法

说明书

技术领域

   本发明涉及新型分离技术领域，具体涉及一种约束床吸附分离技术及方法。

背景技术

扩张床吸附(Expanded Bed Adsorption，EBA)技术是上世纪九十年代发展起来的一种新型分离纯化技术，能直接从发酵液或细胞匀浆中捕获目标产物，集固液分离、浓缩和初期纯化于一个操作单元之中，减少了操作单元数，缩短了操作时间，节约了生产成本，被称为近几十年来出现的第一个新的单元操作。扩张床也称之为稳定的流化床(Stabilized Fluidized Bed)，床内填料处于临界流态化状态，是流化床的一种特例，但基于扩张床内固体填料(如吸附剂和催化剂)的稳定分级行为，其理论塔板数要远高于普通的流化床，与固定床接近。

然而，要达到稳定的扩张床状态，必须同时满足三个特殊条件。一是扩张床内的固体填料要有较大的密度和一定的粒径分布，这样床层扩张时大的、重的颗粒在床层底部，小的、轻的颗粒在床层上部，形成稳定的分级行为，而这种扩张床的吸附剂的生产多为国外大公司垄断，价格昂贵；二是扩张床装置必须有利于形成平推流，尤其是在装置的流体进口处和出口处，不能存在明显的射流区，如丹麦UpFront公司推出商品名为FastLine的流体分布器系统；三是必须采取特殊的操作方式，流体流速应控制在最低流化速度和终端速度之间，尤其是吸附剂吸附相应物质后，会使其性状发生变化，有必要调整流速，否则就无法保持扩张床状态，甚至会发生扩张床的崩溃。

这其中流体分布器和吸附剂设计最为关键，近年来，各国学者对此进行了大量研究,虽然中试和生产规模的应用实例有学者作过报道，但是大多数EBA过程的开发还只停留在实验室规模。主要原因是以上关于扩张床装置、吸附剂和操作方式的要求，尤其是操作过程中细胞碎片、核酸类阴离子物质等引起的架桥作用以及临界流化低流度引起的清洗困难，有时即便及时调整流速等操作条件，也会发生扩张床的崩溃，无法保持扩张床状态，EBA技术的工业化遭遇了“瓶颈”，极大地限制了EBA技术在生物工程领域的广泛应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种经济实惠、操作简单、容易放大的吸附分离方法，不仅可用于分离提取过程，特别的，也可用于反应过程。

本发明采用如下的技术方案：一种约束床吸附分离技术，其核心是利用外力将吸附剂约束在固定骨架上，柱体、固定骨架、吸附剂或“集合体”约束的“约束组件”间空隙允许固体颗粒通过，只要流体流速不超过“约束力”,吸附剂可以保持“初始约束状态”。吸附剂分别按硬约束、软约束和集合体约束三类方式，规整地排布在约束床柱内。特别的，当约束的介质为催化剂、细胞或酶等时，约束床可用于反应过程。

进一步的：其中第一类硬约束床柱，采用机械力或磁力将吸附剂以不同的结构和方式固定在固定骨架上，如此吸附剂约束在约束床柱内，只要流体流动产生的作用力不超过约束力，吸附剂呈扩张床样分布。

进一步的：硬约束可以为一类磁力硬约束床，其单层固定骨架上均匀分布有磁性约束点——节点，用一种简易装填吸附剂的模板，可将超顺磁磁性吸附剂装填到单层固定骨架上，吸附剂可均匀约束在单层固定骨架的任意一侧或两侧。硬约束床柱内设置有三根或三根以上的支持柱，多个单层固定骨架由支持柱贯穿所固定，按磁力线一致方向相互叠加，每两层间均设置有套于支持柱上的层间支撑管，最后形成约束床柱。所述磁性硬约束床柱，其单层固定骨架也可以为网状结构，由许多个节点相互呈网状连接而成，该节点为磁性约束点，呈网状均匀分布在单层固定骨架上。

进一步的：硬约束床柱也可以为一类机械式硬约束床柱结构，阴、阳吸附剂可以在节点上相扣。阴、阳吸附剂的固定杆长度相对较短时，能使阴、阳吸附剂相对固定在设置于两个吸附剂之间的滤网上，形成节点；节点相互连接呈网状均匀分布在单层固定骨架上，按上面所述的方法相互叠加，形成机械式硬约束床柱。

进一步的：硬约束床柱也可为规整化吸附剂叠加或堆积而成的硬约束床柱，所述规整化硬约束床柱可以分为四种方式：一是将吸附剂制成规整多孔圆片状，直径同柱内径，节点处为球形，按前述的磁力硬约束方法叠加，形成约束床柱；二是第一种方式中去掉每两层单层固定骨架之间的支持管，进行叠加，此方法结构较简单，但柱体孔隙率较小；三是若干个规整化吸附剂无规则的堆积形成相对规整孔道，颗粒可以通过，从而形成约束床柱；四是将吸附剂骨架按前述多种硬约束，如磁性硬约束柱内形态铸成一个整体，外敷薄壳吸附剂，再把这个整体放到柱内，形成一个约束床柱。