专利名称：气液固循环流化床吸附分离装置及操作方法
技术领域：
本发明涉及提取分离技术领域，特别是涉及一种气液固循环流化床吸附分离装置及操作 方法，即在气液固三相循环流化床装置系统中，利用树脂对黄酮类、生物碱类和皂苷类等中 草药进行连续吸附和脱附操作，以达到良好分离效果。
背景技术：
世界范围内的回归自然的热潮的兴起使中药及天然药物越来越多地受到青睐，这为开发 中医药高新技术提供了良好的机遇。中草药(如黄酮类、生物碱类、皂苷类等)提取分离方 法主要有有机溶剂提取、水提取、物理场辅助提取、酶解法提取等。提取液中有效成分， 如黄酮的含量一般较低且含有较多的杂质和其它非有效成份。采用树脂吸附法进行分离，较 传统的溶剂萃取等，不仅可克服工艺复杂等缺点，而且能提高黄酮含量，且溶剂损耗少，产 物纯度和收率高。但是，目前利用吸附树脂进行中草药(以及生化产品)分离，无论是实验 室研究，还是工业生产，多采用稳定性较高的固定床操作。为克服固定床的间歇操作、压降 高、易堵塞等不足，Chase、刘坐镇、姚善经、苏志国、孙彦等提出采用扩张床(膨胀床，属 传统流化床)进行生化产品的吸附分离。潘丽君等采用传统流化床吸附分离茶多酚，王帮臣 等采用传统流化床吸附分离银杏黄酮。膨胀床缺点在于吸附、清洗、洗脱、再生时均要进行 切换操作，较为繁琐和耗时。液固循环流化床能够实现操作过程的连续化，是较为理想的分 离装置。为克服传统流化床的间歇操作等缺点，Lan等采用离子交换树脂液固循环流化床分离 生化产品如牛血清蛋白(US6716344Bl)。Liu等借鉴Lan等的离子交换树脂液固循环流化床分离 牛血清蛋白的研究成果，提出采用吸附树脂液固循环流化床吸附分离中草药银杏黄酮等，其 分离效果优与相同操作条件下的固定床和膨胀床。
发明内容
虽然液固循环流化床吸附分离可以实现中草药的连续吸附分离。但是液固循环流化床有 传热、传质不及气液固三相循环流化床的不足，有必要在技术及装置上创新。根据气液固三 相循环流化床的气泡尾涡等理论，液固循环流化床中，气相的加入对于传质、传热过程可以 产生很大的促进作用。因此，本发明提出一种气液固三相循环流化床吸附分离中草药的装置 和操作方法，从而实现气液固三相循环流化床高效、连续吸附分离操作。
本发明的气液固循环流化床吸附分离装置，包括上行床l、下行床2、气体分布器、液体 分布器、液固分离器3和循环管6;其中上行床下部通过下部循环管6与下行床下部相连； 上行床上部与液固分离器3相连，液固分离器3则通过上部循环管6与下行床相连；在上行 床和下行床下部各装有一个气体分布器；在各气体分布器下方各装有一个液体分布器；在上 行床和下行床都装有取样口 8;上下循环管6上均设有冲洗液流管道，上行床与上部循环管
4间的夹角在10° 90°之间，上行床与下部循环f间的夹角在'10。"9(T之间，使上行床和下行 床之间的颗粒流通顺利进行。
所述的气体分布器为环形气体分布器9，气体分布器管内外侧各打有一周均匀分布的直 径为0.1-6mm的圆孔。
所述的下行床液体分布器为环形提取液分布器10，出液孔向上，中间部位为空心，并在 其上端面覆有一层金属丝网。
所述的上行床液体分布器为主辅洗脱液分布器13，由主洗脱液进口 11和辅助洗脱液进 口 12组成，主洗脱液流出口位于上行床中心线与下部循环管中心线交点的上部。
所述的下行床上部循环管出口下装有-个蝶阀7,阀板上打有均匀分布的圆孔，并在阀 板上覆有一层金属丝网。
本发明的气液固循环流化床吸附分离装置的操作方法，是在气液固三相循环流化床的下 行床中进行逆流吸附操作，同时在上行床中进行并流脱附操作。
本发明的气液固循环流化床吸附分离装置的操作方法，步骤如下
(1) 向系统加入吸附树脂颗粒，利用水进行调试，通过气体分布器在上行床通入气体或 下行床通入气体或上行床和下行床同时通入气体，调节各流量计，使系统稳定流动；
(2) 将中草药提取液通过提取液分布器上的进料口加入下行床中，洗脱液通过主辅洗脱 液分布器13上的主洗脱液进口 11和辅助洗脱液进口 12加入上行床中，通过主辅洗脱液分布 器形成主、辅两股液流；
(3) 提取液进入下行床后向上运动，在下行床通气时的气相的扰动下，与不断向下运动 的吸附树脂颗粒逆流接触，并从下行床顶部废液出口 5排入废液储罐中；
(4) 吸附后的吸附树脂颗粒通过下部循环管，经来自循环管上洗涤通道的洗液冲洗后进 入上行床，被洗脱液流共同携带向上运动，在上行床通气时的气相的扰动下，与洗脱液并流 接触进行脱附；
(5) 脱附液运动至上行床顶部洗脱液出口 4后排入产品储罐中；
(6) 经过脱附的吸附树脂颗粒进入液固分离器3，在那里与洗脱液分离后进入上部循环 管，经来自循环管上洗涤通道的洗液冲洗后沿循环管返回下行床中，进行新一轮操作。
所述的吸附树脂采用粒径0.1-6mm的通用的D-101、 DA-201、 D-4020、 AB-8、 ADS-5、 ADS-F8、 ADS隱17、 X-5、 S-8、 H隱103、 LD-605或CDA-40等的吸附树脂。
采用本发明的吸附树脂气液固三相循环流化床分离装置和操作方法，应用于包括黄酮类、 生物碱类或皂苷类的中草药进行连续吸附和脱附操作，达到分离浓縮精制的效果。
本发明的吸附树脂气液固三相循环流化床分离中草药的装置的操作方法，是在气液固三 相循环流化床的下行床中进行逆流吸附操作，同时在上行床中进行并流脱附操作。在循环流 化床内可以采用只上行床加入气体，或只下行床加入气体，或两个床同时加入气体的双气液 固三相循环流化床，是一种全新的气液固三相循环流化床吸附分离操作方式，目前国内外尚 未见到任何文献报道，是我们的经过多次实验和研究所得，不同于现有技术，优点是可以同 时强化吸附传质和脱附传质过程，使分离速率和效率得以提高。
采用本发明的装置的操作方法，具体步骤如下(1) 向系统加入吸附树脂颗粒，利用水进行调试;"通53*气^1^ 布器在上行床通入气体或 下行床通入气体或上行床和下行床同时通入气体，调节各流量计，使系统稳定流动；
(2) 将中草药提取液由泵通过提取液分布器上的进料口加入下行床中，洗脱液由泵通过 主辅洗脱液分布器13上的主洗脱液进口 11和辅助洗脱液进口 12加入上行床中，通过主辅洗 脱液分布器形成主、辅两股液流r
(3) 提取液进入下行床后向上运动，在下行床通气时的气相的扰动下，与不断向下运动 的吸附树脂颗粒逆流接触，并从下行床顶部废液出口 5排入废液储罐中；
(4) 吸附后的吸附树脂颗粒通过下部循环管，经来自循环管上洗涤通道的洗液冲洗后进 入上行床，被洗脱液流共同携带向上运动，在上行床通气时的气相的扰动下，与洗脱液并流 接触进行脱附；
(5) 脱附液运动至上行床顶部洗脱液出口 4后排入产品储罐中；
(6) 经过脱附的吸附树脂颗粒进入液固分离器3，在那里与洗脱液分离后进入上部循环 管，经来自循环管上洗涤通道的洗液冲洗后沿循环管返回下行床中，进行新一轮操作。
本发明应用于包括黄酮类、生物碱类或皂苷类的中草药进行连续吸附和脱附操作，达到 分离浓縮精制的效果。
本发明所提供的循环流化床系统，在主、辅液流为0.001-lm/s，料液浓度为0.1-100mg/ml， 进料速度为0.001-lm/s时，液固循环流化床对银杏黄酮的吸附率大于76%，脱附率大于68%, 均优于Liu所得到的最优工艺条件下的吸附树脂液固循环流化床吸附分离银杏黄酮的效果。 而在同样的操作条件下，对循环流化床系统的上行床以及下行床通入气相，保持气量为
0. 0001-5.0m3/s时，气液固三相循环流化床的吸附率大于82%，脱附率大于85%。气液固三相 循环流化床的吸附以及脱附情况均优于液固循环流化床，并提高了银杏黄酮的收率。气液固 三相循环流化床吸附树脂分离装置系统较液固循环流化床吸附分离装置系统在技术上的进歩 之一在于气泡的运动有利于减小吸附颗粒表面的液膜厚度，降低液膜传质阻力，提高传质 速率，进而增强吸附和脱附效果。因此，气液固三相循环流化床是分离银杏黄酮等中草药的 高效吸附分离装置系统。
图1:气液固三相循环流化床吸附树脂分离装置示意图2:蝶阀7俯视图3:提取液分布器10俯视图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明
如图1所示， 一种吸附树脂气液固三相循环流化床分离中草药的装置系统，包括上行床
1、 下行床2、气体分布器9、液体分布器10和13、液固分离器3和循环管6;上行床l下部 通过下部循环管6与下行床2下部相连；上行床上部与液固分离器3相连，液固分离器则通 过上部循环管6与下行床相连；在下行床和上行床下部各装有一个环形气体分布器9，气体分布器的环形钢管内外侧各打有一周均匀分布的-直径为O.IMmm'的圆孔，作用在于使气体能 够均匀分布到床体中去，并不对液固两相的顺利通过产生影响；在各气体分布器下方各装有 液体分布器，上行床液体分布器为有主洗脱液进U 11和辅助洗脱液进口 12组成的主辅洗脱 液分布器13，主洗脱液分布器的液流出口位于上行床与下部循环管交界处的上部。在下行床 气体分布器下方装有一环形提取液分布器10，示意见图3，液相进口 (10-1)与提取液输送 管道相连；液相分布孔(10-2)上面装有一层金属丝网，用于防止堵塞；同时设置有液固相 通道(10-3)。环行结构可保证液、固相顺利下行通过分布器，提取液分布器上端面开有均匀 分布的直径0.1-6mm的圆孔，以使提取液均匀分布在床体内。在下行床上部循环管6出口下 装有一个蝶阀7，示意见图2，蝶阀法兰(7-1)与下行床床体通过此法兰连接；碟阀阀板(7-2) 上均匀地打有供液体通过的圆孔，在阀板上固定了一层金属丝网以阻止固体颗粒通过孔道； 碟阀阀杆(7-3)控制蝶阀转动，用于计量树脂颗粒的循环速度，当阔板处于水平方向时，阔 板上的孔道可供气相和液相通过，而将树脂颗粒截留其上，通过测量一段时间内颗粒的堆积 高度，可以计算出颗粒循环速度，金属丝网用于阻止颗粒通过孔道。上行床和下行床均装有 取样口 8，以取样测试溶液浓度和压力降。上行床顶部所设的液固分离器3的作用在于降低 颗粒流化液速，防止颗粒被液流带出以及液速过大而喷出床体，同时增大气体逸出面积，防 止塞状气泡出现。上下循环管6上均设有可控冲洗液流管道，用于吸附后或脱附后的树脂颗 粒的清洗。上行床与上部循环管间的夹角在10° 90°之间，上行床与下部循环管间的夹角在 10° 90°之间，使上行床和下行床之间的颗粒流通顺利进行。
本发明的吸附树脂气液固三相循环流化床分离中草药的操作方法，在下行床中进行逆流 吸附操作，同时在上行床中进行并流脱附操作。
下面以苦参碱、黄芩苷和银杏黄酮的吸附分离为例，说明具体实施方式
。
实施方式1
(1) 利用水进行调试，可从下行床2的上部加入吸附树脂颗粒D-101，通过气体分布器9 在上行床l中通入气体，调节流量计，保持气量在0.0001-5.0m3/s，并使系统达到一个稳定循 环流动状态。
(2) 利用泵通过提取液分布器10向下行床2中加入苦参碱提取液，进料速度为0.001-lm/s， 同时利用泵向上行床1中通入60-80%乙醇洗脱液，洗脱液通过主辅洗脱液分布器13形成流 速为0.001-lm/s的主、辅两股液流。
(3) 提取液进入下行床2后向上运动，与不断向下运动的吸附树脂颗粒逆流接触吸附。 到达下行床顶部的提取液已进行了较为充分的吸附分离，将从废液出口排出，进入废液储罐。
(4) 吸附完毕的树脂颗粒通过下部循环管6进入上行床1的下部。饱和吸附树脂颗粒在 辅助洗脱液流的作用下被流化，并被主洗脱液流携带沿上行床上行。这个过程中吸附颗粒、 洗脱液和上行床中的气泡并流上行。从上行床的气体分布器9进入的气体对上行中的传质产 生促进作用，使得从吸附颗粒中脱附出來的苦参碱能够迅速地分散到洗脱液主体中去。气相 在上行床顶部液固分离器3中与脱附完全的树脂颗粒和洗脱液进行分离进入大气。
(5) 洗脱液运动至上行床顶部液固分离器3中的洗脱液出口，排入产品储罐中。
(6) 经脱附的吸附树脂颗粒进入上部循环管6，经冲洗后返回下行床2中进行下一轮操作，从而实现吸附、脱附分离操作的高效和连续运行。苦参，e^r气液蹈三相循环流化床的吸
附率为83%，脱附率为88%。 实施方式2
(1) 利用水进行调试，可从下行床2的上部加入吸附树脂颗粒CDA-40，通过气体分布 器9在下行床2中通入气体，调节流量计，保持气量在0.0001-5.0m3/s，并使系统达到一个稳 定循环流动状态。
(2) 利用泵通过提取液分布器10向下行床2中加入黄芩苷提取液，进料速度为0.001-lm/s， 同吋利用泵向上行床1中通入60-80%乙醇洗脱液，洗脱液通过主辅洗脱液分布器13形成流 速为0細-lm/s的主、辅两股液流。
(3) 提取液进入下行床2后和加入的气体一起向上运动，与不断向下运动的吸附树脂颗 粒逆流接触吸附，加入的气体在下行床中产生的扰动使吸附颗粒表面的液膜厚虔减小，传质 阻力降低，传质速率增加。到达下行床顶部的提取液已进行了较为充分的吸附分离，将从废 液出口排出，进入废液储罐。
(4) 吸附完毕的树脂颗粒通过下部循环管6进入上行床1的下部。饱和吸附树脂颗粒在 辅助洗脱液流的作用下被流化，并被主洗脱液流携带沿上行床上行。这个过程中吸附颗粒和 洗脱液并流上行。
(5) 洗脱液运动至上行床顶部液固分离器3中的洗脱液出口，排入产品储罐中。
(6) 经脱附的吸附树脂颗粒进入上部循环管6，经冲洗后返回下行床2中进行下一轮操 作，从而实现吸附、脱附分离操作的高效和连续运行。黄芩苷的气液固三相循环流化床的吸 附率为86°/。，脱附率为86%。
实施方式3
(1) 利用水进行调试，可从下行床2的上部加入吸附树脂颗粒ADS-F8，通过两个气体分 布器9分别在—h行床l、下行床2中通入气体，调节各流量计，保持气量在0.0001-5.0m3/s， 并使系统达到一个稳定循环流动状态。
(2) 利用泵通过提取液分布器10向下行床2中加入银杏提取液，进料速度为0.001-lm/s， 同时利用泵向上行床1中通入60-80%乙醇洗脱液，洗脱液通过主辅洗脱液分布器13形成流 速为0.001-lm/s的主、辅两股液流。
(3) 提取液进入下行床2后和加入的气体一起向上运动，与不断向下运动的吸附树脂颗 粒逆流接触吸附，加入的气体在下行床中产生的扰动使吸附颗粒表面的液膜厚度减小，传质 阻力降低，传质速率增加。到达下行床顶部的提取液已进行了较为充分的吸附分离，将从废 液出口排出，进入废液储罐。
(4) 吸附完毕的树脂颗粒通过下部循环管6进入上行床1的下部。饱和吸附树脂颗粒在 辅助洗脱液流的作用下被流化，并被主洗脱液流携带沿上行床上行。这个过程中吸附颗粒、 洗脱液和上行床中的气泡并流上行。从上行床的气体分布器9进入的气体对上行中的传质产 生促进作用，使得从吸附颗粒中脱附出来的银杏黄酮能够迅速地分散到洗脱液主体中去。气 相在上行床顶部液固分离器3中与脱附完全的树脂颗粒和洗脱液进行分离进入大气。
(5) 洗脱液运动至上行床顶部液固分离器3中的洗脱液出口，排入产品储罐中。
8(6)经脱附的吸附树脂颗粒进入上部循环管'6，经7t汰后返回下行床2中进行下一轮操 作，从而实现吸附、脱附分离操作的高效和连续运行。银杏黄铜的气液固三相循环流化床的 吸附率为87%，脱附率为89%。 ■
本发明的装置和方法适用于中药及天然药物的吸附分离纯化和浓縮技术，对黄酮类(银杏 黄酮、桑叶总黄酮、竹叶黄酮、山楂黄酮、苦参黄酮、葛根黄酮、黄芩总黄酮)，生物碱类(麻 黄碱、川草乌总生物碱、川穹总提物、乌头类总生物碱、贝母总生物碱、博落回生物碱、苦 参碱、延胡索生物碱)，皂苷类(黄芩苷、黄芪总皂苷、栀子苷、三七叶皂苷、大豆总皂苷、 人参皂苷、柚皮苷、绞股兰皂苷等)等中草药进行连续吸附和脱附操作，以达到分离浓縮精制 的效果。
本发明的公开和提出的气液固循环流化床吸附分离装置及操作方法，本领域技术人员可 通过借鉴本文内容，适当设备、工艺参数等环节实现。本发明的方法与装置已通过最佳实例 进行描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产 品进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换 和截取对本领域技术人员来说显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
权利要求
1. 一种气液固循环流化床吸附分离装置，包括上行床(1)、下行床(2)、气体分布器、液体分布器、液固分离器(3)和循环管(6)；其特征是上行床下部通过下部循环管(6)与下行床下部相连；上行床上部与液固分离器(3)相连，液固分离器则通过上部循环管(6)与下行床相连；在上行床和下行床下部各装有一个气体分布器；在各气体分布器下方各装有一个液体分布器；在上行床和下行床都装有取样口(8)；上下循环管(6)上均设有冲洗液流管道，上行床与上部循环管间的夹角在10°～90°之间，上行床与下部循环管间的夹角在10°～90°之间，使上行床和下行床之间的颗粒流通顺利进行。
2. 如权利要求1所述的气液固循环流化床吸附分离装置，其特征是所述的气体分布器为环 形气体分布器(9),气体分布器管内外侧各打有r周均匀分布的直径为0.1-6mm的圆孔。
3. 如权利要求1所述的气液固循环流化床吸附分离装置，其特征是所述的下行床液体分布 器为环形提取液分布器(10),出液孔向上，中间部位为空心，并在其上端面覆有一层金 属丝网。
4. 如权利要求1所述的气液固循环流化床吸附分离装置，其特征是所述的上行床液体分布 器为主辅洗脱液分布器(13)，由主洗脱液进口 (11)和辅助洗脱液进口 (12)组成的， 主洗脱液流出口位于上行床中心线与下部循环管中心线交点的上部。
5. 如权利要求1所述的气液固^环流化床吸附分离装置，其特征是所述的下行床上部循环 管出口下装有一个蝶阀(7),阀板上打有均匀分布的圆孔，并在阔板上覆有一层金属丝 网。
6. 权利要求l、 2、 3、 4或5所述的气液固循环流化床吸附分离装置的操作方法，其特征是 在气液固三相循环流化床的下行床中进行逆流吸附操作，同时在上行床中进行并流脱附 操作。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征是所述的方法是在循环流化床内只上行床加入气体或 只下行床加入气体或两个床同时加入气体。
8. 如权利要求6所述的方法，其特征是步骤如下(1) 向系统加入吸附树脂颗粒，利用水进行调试，通过气体分布器在上行床通入气体 或下行床通入气体或上行床和下行床同时通入气体，调节各流量计，使系统稳定流动；(2) 将中草药提取液通过提取液分布器上的进料口加入下行床中，洗脱液通过主辅洗 脱液分布器(13)上的主洗脱液进口 (11)和辅助洗脱液进口 (12)加入上行床中，通过主 辅洗脱液分布器形成主、辅两股液流；(3) 提取液进入下行床后向上运动，在下行床通气时的气相的扰动下，与不断向下运 动的吸附树脂颗粒逆流接触，并从下行床顶部废液出口 (5)排入废液储罐中；(4) 吸附后的吸附树脂颗粒通过下部循环管，经来自循环管上洗涤通道的洗液冲洗后 进入上行床，被洗脱液流共同携带向上运动，在上行床通气时的气相的扰动下，与洗脱液并 流接触进行脱附；(5) 脱附液运动至上行床顶部洗脱液出口 (4)后排入产品储罐中；(6)经过脱附的吸附树脂颗粒进入液固分离器(3)，在那里与洗脱液分离后进入上部 循环管，经来自循环管上洗涤通道的洗液冲洗后沿循环管返回下行床中，进行新一轮操作。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征是所述的吸附树脂釆用粒径0.1-6mm的D-101 、DA-201、 D-4020、 AB-8、 ADS墨5、 ADS-F8、 ADS-17、 X-5、 S陽8、 H-103、 LD-605或CDA-40。
10. 采用权利要求1的吸附树脂气液固三相循环流化床分离装置，其特征是应用于包括黄酮 类、生物碱类或皂苷类的中草药进行连续吸附和脱附操作，达到分离浓縮精制的效果。
全文摘要
本发明是气液固循环流化床吸附分离装置及操作方法，包括上行床、下行床、气体分布器、液体分布器、液固分离器和循环管；上行床下部通过下部循环管与下行床下部相连；上行床上部与液固分离器相连，液固分离器则通过上部循环管与下行床相连；在上行床和下行床下部各装有一个气体分布器；各气体分布器下方各装有一个液体分布器；在上行床和下行床都装有取样口；上下循环管上均设有冲洗液流管道。方法是在气液固循环流化床的下行床中进行逆流吸附操作，同时在上行床中进行并流脱附操作。气泡的运动有利于减小吸附颗粒表面的液膜厚度，降低液膜传质阻力，是分离银杏黄酮等中草药的高效吸附分离装置系统。
文档编号B01D15/02GK101485939SQ20091006760
公开日2009年7月22日 申请日期2009年1月5日 优先权日2009年1月5日
发明者刘建华, 刘明言, 琳 谭 申请人:天津大学