PDF - Bramy Nauki

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