【摘 要】
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模拟移动床（Simulated Moving Bed,简称SMB）色谱技术是一种成熟的分离纯化技术,其具有分离能力强、洗脱液消耗少和可连续化生产等优势,故已广泛应用于石油化工、食品、生物制药和精细化工等领域。然而SMB分离过程的工艺复杂,其分离性能受多个工艺参数和操作方式的影响,且不同分离性能之间存在很强的竞争关系。因此,如何优化SMB以提高其分离性能已成为当前该领域的主要研究方向之一。虽然可以通
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模拟移动床（Simulated Moving Bed,简称SMB）色谱技术是一种成熟的分离纯化技术,其具有分离能力强、洗脱液消耗少和可连续化生产等优势,故已广泛应用于石油化工、食品、生物制药和精细化工等领域。然而SMB分离过程的工艺复杂,其分离性能受多个工艺参数和操作方式的影响,且不同分离性能之间存在很强的竞争关系。因此,如何优化SMB以提高其分离性能已成为当前该领域的主要研究方向之一。虽然可以通过实验的方法对SMB的分离过程进行优化,但这种做法耗时且伴有较高的成本,所以通过对SMB的分离过程进行数学建模以仿真研究该分离过程是有必要的,从而能更快、更科学地进行优化工作,这也是SMB领域的研究方向之一。本文首先对SMB的分离过程进行精准的建模并研究其分离特性,然后分别从SMB的工艺参数和操作方式出发对其进行优化,以提高过程的分离性能。本文的主要研究内容总结如下:（1）对SMB的分离过程进行建模并仿真研究该分离过程。首先采用平衡扩散模型来描述色谱柱的吸附行为,并采用有限元正交配置法求解所得模型以获得各组分在装置中的浓度分布。然后研究在SMB的分离过程中组分浓度的变化。最后通过仿真研究工艺参数的变化如何影响SMB的分离性能,从而为选取工艺参数提供理论指导。（2）对SMB的工艺参数进行优化,提出一种基于平衡理论的模拟移动床工艺参数寻优方法,以解决模型参数变化导致的初始工艺参数下分离性能下降这一问题。所提方法通过分析模型参数如何受到干扰的不确定影响,从而将工艺点移至故障更少、可靠性更高的参数区域。以果葡糖浆的分离过程为研究对象,验证了所提方法在吸附剂失活和色谱柱堵塞的情况下能以很高的置信水平满足对果糖纯度和回收率的要求。（3）对SMB的操作方式进行优化,提出一种带额外色谱柱的双部分丢弃（ExtraColumn and Binary-Partial-Discard,简称EC-Bi PD）策略,以解决在SMB的完全分离区域内选取工艺点导致的产率受限这一问题。在所提策略中,首先为增大进料流量将工艺点选取在纯提取产品和非纯提余产品区域。然后根据设置的积分纯度阈值进行部分提余产品的暂时丢弃和部分额外产品的永久丢弃。最后分析所设置的额外产品的积分纯度阈值对总分离性能的影响,并与传统SMB工艺和部分丢弃策略对比,证明了所提策略的优越性。
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