Chromatografia preparatywna jako proces rozdzielania mieszanin
Książka z płytą CD
Książka zawiera usystematyzowany przegląd aktualnych dokonań w dziedzinie
chromatografii preparatywnej, stosowanej do rozdzielania różnych związków, począwszy
od substancji chemicznych o stosunkowo prostej budowie, poprzez związki izometrycznie i
optycznie czynne aż po cukry i białka.
W pracy szczegółowo omówiono takie zagadnienia, jak:
- podstawy teoretyczne procesu chromatograficznego rozdzielania substancji,
- termodynamika adsorpcji,
- modelowanie procesu chromatografii kolumnowej (z uwzględnieniem metod wyznaczania
parametrów oraz matematycznych metod rozwiązywania tych modeli),
- powiększanie skali procesu rozdzielania chromatograficznego,
- optymalizacja procesu chromatografii,
- zintegrowany proces chromatografii reaktywnej i charakterystyka reaktorów
chromatograficznych,
- adsorpcyjne metody rozdzielana białek.
Przedstawiony materiał odniesiono do bardzo obszernej literatury przedmiotu
zamieszczonej po każdym rozdziale. Do książki dołączono płytę z prostym programem
do symulacji procesu adsorpcji chromatografii wraz z przykładami. Publikacja jest
przeznaczona dla studentów i doktorantów wydziałów technologii chemicznej i procesowej
oraz biotechnologii i bioinżynierii, a także dla pracowników przemysłu chcących bliżej
poznać aspekty związane z wdrożeniem chromatografii preparatywnej na skalę techniczną.
Przedmowa – 9
Oznaczenia – 11
Wstęp – 15
Literatura – 20
1. Podstawy teoretyczne procesu chromatograficznego – 23
1.1. Techniki chromatograficzne – 23
1.2. Podstawowe pojęcia i definicje – 31
1.3. Chromatografia liniowa i nieliniowa – 39
1.4. Przeładowanie masowe kolumny – 41
1.5. Podsumowanie – 42
Literatura – 43
2. Termodynamika adsorpcji – 45
2.1. Wprowadzenie – 45
2.2. Równowaga adsorpcyjna idealna na homogenicznej powierzchni adsorbentu w układzie
gaz–ciało stałe – 47
2.2.1. Izoterma Gibbsa – 47
2.2.2. Model izotermy liniowej – 49
2.2.3. Model izotermy Volmera – 49
2.2.4. Model izotermy Langmuira – 50
2.3. Modele izotermy jednoskładnikowej dla idealnej adsorpcji na heterogenicznej
powierzchni adsorbentu w układzie płyn–ciało stałe – 51
2.3.1. Niejednorodność energetyczna powierzchni adsorbentów – 51
2.3.2. Termodynamiczny opis powierzchni heterogenicznej – 52
2.4. Modele izotermy dla nieidealnej adsorpcji w układzie ciecz–ciało stałe – 55
2.4.1. Równowaga adsorpcyjna w układzie wieloskładnikowym – 55
2.4.2. Faza ruchoma rzeczywista – współczynnik aktywności molowej – 60
2.4.3. Rozpuszczalność adsorptywu w funkcji jego aktywności w fazie ruchomej – 62
2.5. Nieidealność fazy zaadsorbowanej – 65
2.5.1. Współczynniki aktywności w fazie zaadsorbowanej – 65
2.5.2. Klasyczne modele izotermy jednoskładnikowej dla nieidealnej adsorpcji – 66
2.6. Nadmiar adsorpcyjny – 70
2.7. Adsorpcja wieloskładnikowa konkurencyjna dla układu ciecz–ciało stałe – 75
2.7.1. Podstawy termodynamiczne – 75
2.7.2. Klasyczne izotermy konkurencyjne – 79
2.7.3. Wpływ adsorpcji konkurencyjnej na kształt pików. Przykłady – 81
2.8. Wpływ parametrów operacyjnych na proces chromatografii – 83
2.8.1. Wpływ składu fazy ruchomej na wartości parametrów izoterm. Przegląd metod
stosowanych do opisu procesu – 84
2.8.2. Wpływ temperatury na wartości parametrów izoterm – 86
2.8.3. Wpływ ciśnienia na wartości parametrów izoterm – 88
2.9. Równowaga adsorpcyjna w chromatografii jonowej – 88
2.9.1. Model Donnana – 89
2.9.2. Izoterma stechiometryczna – 91
2.10. Podsumowanie – 91
Literatura – 93
3. Modele dynamiki procesu chromatografii – 96
3.1. Wprowadzenie – 96
3.2. Klasyfikacja modeli dynamiki chromatografii – 98
3.3. Modele dynamiczne – 98
3.3.1. Model ogólny – 98
3.3.2. Model POR – 105
3.3.3. Model równowagowo-dyspersyjny – 106
3.3.4. Model kinetyczno-dyspersyjny – 108
3.3.5. Model idealny – 110
3.4. Modele dyskretne – 110
3.5. Parametry kinetyczne modeli transportu masy – 112
3.5.1. Współczynnik wnikania masy – 113
3.5.2. Efektywny współczynnik dyfuzji – 114
3.5.3. Współczynnik dyspersji wzdłużnej – 117
3.5.4. Stałe szybkości adsorpcji i desorpcji – 118
3.6. Kryteria kompatybilności modeli GR, POR, ED oraz TD – 119
3.6.1. Bezwymiarowe postaci modeli GR, POR, ED oraz TD – 119
3.6.2. Metoda momentów – 121
3.6.3. Warunki kompatybilności modeli GR, ED oraz TD – 124
3.6.4. Porównanie rozwiązań modeli GR, ED, POR i TD – 127
3.7. Dynamika procesu wymiany jonowej – 129
3.8. Model nieizotermiczny kolumny chromatograficznej – 133
3.8.1. Wprowadzenie – 133
3.8.2. Dwuwymiarowy model transportu ciepła – 134
3.8.3. Dwuwymiarowy model transportu masy – 137
3.8.4. Model rozkładu prędkości dla fazy ruchomej – 138
3.8.5. Rozkłady temperatury, prędkości oraz stężenia w warunkach dużych i bardzo dużych
spadków ciśnienia – 139
3.8.6. Rozkłady temperatury, prędkości oraz stężenia dla różnych wartości
temperatury wprowadzanego eluentu oraz kolumny – 142
3.9. Podsumowanie – 143
Literatura – 145
4. Matematyczne metody rozwiązywania modeli dynamiki chromatografii
– 148
4.1. Wprowadzenie – 148
4.2. Metoda kolokacji ortogonalnej – 149
4.3. Metoda różnic skończonych – 151
4.3.1. Implementacja schematów różnic skończonych do rozwiązywania modelu ED – 152
4.3.2. Implementacja schematów różnic skończonych do rozwiązywania modelu TD – 155
4.4. Metoda charakterystyk – 157
4.5. Podsumowanie – 169
Literatura – 169
5. Metody wyznaczania parametrów modelu dynamiki chromatografii –
171
5.1. Wprowadzenie – 171
5.2. Metody pomiaru równowagi adsorpcyjnej – 172
5.2.1. Izotermy w układach jednoskładnikowych – 172
5.2.2. Izotermy w układach wieloskładnikowych – 182
5.3. Wyznaczanie parametrów modelu dynamiki w chromatografii – 186
5.3.1. Wyznaczanie liczby stopni teoretycznych – 186
5.3.2. Wyznaczanie efektywnego współczynnika dyspersji oraz zastępczego współczynnika
szybkości transportu masy – 189
5.3.3. Wyznaczanie współczynników wnikania masy, dyfuzji i dyspersji – 190
5.3.4. Wyznaczanie porowatości całkowitej i usypowej, porowatości złoża oraz ziarna
– 194
5.4. Podsumowanie – 196
Literatura – 197
6. Podstawowe techniki rozdzielania chromatograficznego na skalę preparatywną
i przemysłową – 199
6.1. Wprowadzenie – 199
6.2. Tryb elucji w chromatografii okresowej i cyklicznej – 200
6.3. Tryb rugowania – 202
6.4. Chromatografia półciągła z recyklem – 204
6.5. Chromatografia ciągła – 206
6.5.1. Zasady procesu chromatografii ciągłej – 206
6.5.2. Proces TMB – 207
6.5.3. Proces SMB – 213
6.6. Podsumowanie – 219
Literatura – 220
7. Powiększanie skali i optymalizacja procesu rozdzielania chromatograficznego
– 223
7.1. Powiększanie skali procesu – 223
7.2. Optymalizacja – 225
7.2.1. Podstawowe definicje – 225
7.2.2. Optymalizacja chromatografii cyklicznej – 225
7.2.3. Wybór funkcji celu – 230
7.2.4. Optymalne warunki rozdzielania w chromatografii cyklicznej – 233
7.3. Optymalizacja chromatografii ciągłej – 237
7.4. Podsumowanie – 242
Literatura – 243
8. Przegląd metod optymalizacji stosowanych w chromatografii – 245
8.1. Wprowadzenie – 245
8.2. Metody deterministyczne – 247
8.2.1. Bezpośrednie, iteracyjne metody szukania ekstremum – 248
8.2.2. Metody gradientowe – 250
8.3. Metody stochastyczne – 253
8.3.1. Charakterystyka ogólna – 253
8.3.2. Algorytmy genetyczne – 253
8.3.3. Metoda adaptacyjnego przeszukiwania losowego – 255
8.3.4. Metoda symulowanego wyżarzania – 257
8.4. Podsumowanie – 259
Literatura – 259
9. Procesy zintegrowane w chromatografii – 261
9.1. Wprowadzenie – 261
9.2. Reaktor chromatograficzny – 263
9.3. Reaktory chromatograficzne o działaniu ciągłym – 265
9.3.1. Reaktor RCAC – 266
9.3.2. Reaktor SMBR – 266
9.4. Hybrydowy proces chromatografii i krystalizacji – 272
9.4.1. Zastosowanie – 272
9.4.2. Podstawy procesu krystalizacji – 273
9.4.3. Krystalizacja różnych typów mieszanin enancjomerycznych – 274
9.4.4. Krystalizacja preferencyjna – 277
9.4.5. Połączenie krystalizacji i chromatografii – 279
9.5. Podsumowanie – 281
Literatura – 281
10. Adsorpcyjne metody rozdzielania białek – 284
10.1. Wprowadzenie – 284
10.2. Proces ekspandowanego złoża – 285
10.2.1. Zasady procesu – 285
10.2.2. Modelowanie procesu ekspandowanego złoża – 286
10.3. Chromatografia białek – 291
10.3.1. Specyfika procesu – 291
10.3.2. Techniki chromatografii białek – 293
10.3.3. Chromatografia oddziaływań hydrofobowych (HIC) – 294
10.3.4. Wymiana jonowa (IEC) – 303
10.3.5. Chromatografia żelowa (SEC) – 310
10.4. Podsumowanie – 311
Literatura – 312
Skorowidz – 315
Program „Kolumna chromatograficzna” – 324
324 strony, Format: 16.5x24.0cm, oprawa miękka
