[发明专利]36通旋转阀的驱动控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机电一体化的驱动控制方法和装置，特别是一种用于高效液相制备色谱模拟移动床或微流控旋转分液等核心部件---36通旋转阀的驱动控制方法和装置。

背景技术

色谱根据混合物中不同组分在两相间平衡分配的差异分离提取物质，它既可作为分析工具使用，也可用于药物大规模制备。近三十年，色谱技术经历了环形色谱、错流梯度色谱、真实移动床(Ture moving bed，TMB)及模拟移动床(Simulated moving bed，SMB)等。SMB作为一种高效连续制备型色谱，广泛地应用于手性药物分离、精细化工、生物工艺学、药品学和食物糖处理等方面。其优点在于设备结构小、投资成本低、产率高、分离能力强、能耗低、污染少、便于连续化大规模生产等。在SMB中，固、液两相的相对反向流动是通过按顺序开关进出料阀门来实现的。如图1所示，SMB用阀门和液流管线把多根色谱柱连接在一起，每根柱子都有样品的进出口1.1-1.4，并通过阀沿着液相的流动方向1.5不断地向前更替，改变样品的进出口位置，以此来模拟液相和固相之间的逆流移动，而不需要固定相真正移动，而实现两组分的连续分离。

SMB核心的部分是以带区(一根或多跟色谱柱所形成的功能区域)切换来模拟逆流移动实现带区移动的过程。切换时，由连接色谱柱的阀门进行相应的动作模拟实现带区的移动。所以，针对SMB的控制主要是针对连接色谱柱的阀门进行控制(包括切换顺序和时间间隔)，而在SMB中阀门的连接方式主要可以分为分散阀门方式(Distributed valve)和集中阀门方式(Concentrate valve)两种，针对这两种阀门连接方式的驱动控制系统也主要分为三个种方式：

方式一、SMB的色谱柱之间使用数个单通路的通断式电磁阀(Solenoid valve)来连接。手动阀、气动阀和电磁阀控制的本质都是执行通断开关作用。这里只综述SMB中电磁阀的控制形式。以《生产银杏黄酮的模拟移动床色谱工艺》中的对苯丙氨酸模拟移动床为例，整个系统是由16根内装固体吸附剂的色谱柱彼此串联，其中每根色谱柱上有19个阀门分别连接洗脱液、萃取液、萃余液和循环液体等管道，当带区进行切换时，每根色谱柱上的阀门要进行相应的动作(一个开通，其余的关断)。所有的电磁阀门由PLC(可编程逻辑控制器)控制，PLC间又通过相应的网络进行通信(串口或PROFIBUS等)。十六根色谱柱共计需要16×19＝304个阀门，其中电磁阀为160个，则系统中至少需要进行控制以及通信的节点就有160个，整个系统的构建需要建立一个较大的网络。因此，系统故障诊断及维修就相对复杂了。同时，阀门越多、阀门间的联通管道越多，柱外体积越大，对于小柱实验室规模的SMB来说，其柱内固有体积较小，则柱外死体积就相对增大，这就降低了SMB的分离效率。

方式二、SMB色谱柱之间使用多个多通阀，参见《Application of continuous chromatographic separation in sugar processing》、《阀门的使用方法——国产PAX-2000A型对二甲苯吸附剂小型模拟移动床试验》、《Enantioseparation of 1-phenyl-1-propanol by supercritical fluid-simulated moving bed chromatography》和《Experimental implementation of automatic‘cycle to cycle’control of a chiral simulated moving bed separation》。通常多通阀是指旋转多通阀(Rotated valve)。SMB系统采用多通阀时，其控制节点的数目较电磁阀方式确实有所减少，虽然在一定程度上解决了第一种方式中所存在的问题，但是整个SMB通常也要五个8+1路多通阀以及数个电磁阀门，参照《Management and control of modifier content in preparative SFC solvent cycles》及《Separation of stereoisomers in a simulated moving bed-supercritical fluid chromatography plant》，带区进行切换时，控制系统至少也要对五个控制点进行控制动作。在构造以及维护上仍然不可避免的存在着第一种方式所存在的问题。