离子交换分离原理及设备介绍

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,离子交换别离原理及设备,离子交换树脂及其别离原理,离子交换树脂的分类及合成,离子交换树脂的理化性能,离子交换机理及选择性,离子交换装置及再生,离子交换设备及计算,离子交换设备的结构,离子交换设备的计算,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；,按聚合的化学反响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。,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,35倍,1.52倍,35倍,1.22倍,交换速率,快,慢,快,慢,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,600850kg/m,2,和11001400kg/m,2,；,孔结构,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,+,自溶液扩散到树脂外表；,2.A,+,从树脂外表扩散到树脂内部的活性中心；,3.A,+,在活性中心发生交换反响；,4.解吸离子B,+,自树脂内部的活性中心扩散到树脂外表；,5.B,+,从树脂外表扩散到溶液；,Sample,application,and wash,Elution,Equilibration,Regeneration,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,离子交换机理及选择性,离子交换机理,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,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,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,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,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,离子交换装置及再生,再生操作,混合床再生的操作过程,具有多孔支持板的离子交换罐,圆筒体的高径比一般为23，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,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,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,扩口式离子交换器,混合床交换罐制备无机盐的流程,筛板式连续离子交换设备,漩涡式连续离子交换设备,离子交换设备的计算,罐体积,罐体积V,t,：,罐高径比一般取H,i,/D=23。,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,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,吸附别离原理及设备,吸附别离机理,吸附法是利用适宜的吸附剂，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外表上，再以适当的解吸剂将产物从吸附剂上解吸下来，从而到达别离浓缩的目的。,吸附别离原理及设备,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。,吸附操作及设备,1.搅拌罐内的吸附操作,2.固定床吸附,色谱别离原理及设备,色谱别离原理,色谱别离操作条件,色谱别离设备,Column Chromatography,实验室规模空柱装柱示范录像,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 estimate molecular weight by parison with a standard,Ion Exchange-charge,Mixture of proteins is applied to the negatively charged column resin balanced by Na,+,ions red,-ve and neutral proteins pass in the void volume,+ve proteins stick,Excess of Na,+,ions is added,+ve proteins are eluted,Could have used change in pH to elute the proteins,CATION EXCHANGE,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 glutathione-S-transferase on target,工业规模的色谱别离流程,色谱别离设备,玻璃色谱别离柱,色谱别离设备,带热夹套别离柱,反转式别离柱,KTAexplorer,KTApurifier,KTAFPLC,色谱别离设备,色谱别离设备,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,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,pH,6.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,2.0,1.0,0,0,1,2,3,4,5,6,(,column volumes),A,280,nm,2.0,1.0,0,0,1,2,3,4,5,6,(,column volumes),A,280,nm,SOURCE 30RPC,FineLINE 200L,400-,fold scale up,10,mm diameter column,Column:,SOURCE 30RPC,a 10 x300 mm 23.6 mlb FineLINE 200L,100 x300 mm 9.4 l,Sample:,Mixture of Angiotensin II,ribonuclease and insulin,Sample load:,0.064 mg/ml medium,Eluent A:,0.1%TFA/0.05 M NaCl,Eluent B:,0.1%TFA/60%n-propanol,Flow rate:,150 cm/h a 2 ml/minb 785 ml/min,Gradient:,20-70%B,5 column volumes,切实可行的可放大性,KTA,explorer10,BioProcess,23.6-,ml column,9.4-,litre column,切实可行的可放大性,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,FineLINE,柱,CHROMAFLOW,自动装卸层析柱,装卸柱到清洗都无需翻开柱头,安全,重复性高,节省人力,Chromaflow 自动装卸填料生产柱示范录像,STREAMLINE 扩张柱床吸附技术,配合,STREAMLINE填料和层析柱使用,粗样无需离心，过滤，直接上柱,层析,法回收率高，选择性多，可自动化,取代离心和超滤设备,离子交换别离原理及设备,吸附别离原理及设备,色谱别离原理及设备,小 结,演讲完毕，谢谢观看！,