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模拟移动床(Simulated Moving Bed,简称SMB)技术作为一种新兴的制备色谱分离技术,经过数十年的发展,已经广泛应用于石油化工、生物医药和食品工业。近几年来,其理论研究主要集中在模型求解、操作方式改进以及操作参数优化设计等方面。本文针对三区带异步切换模拟移动床技术分离邻香兰素与香兰素进行了以下研究工作。首先,应用一类四阶的紧致差分算法求解SMB模型方程,通过计算实例验证了该算法在空间方向的四阶精度。另外,考察了模型参数对色谱流出曲线的影响。最后,应用该数值方法求解分离葡萄糖和果糖的SMB过程,能够得到准确的模拟结果和快速的计算效率。其次,应用线性递减惯性因子粒子群算法(Linear Decreasing Inertial Weight Particle Swarm Optimization,LDIWPSO)优化设计 SMB 和 Varicol 过程。研究发现,相比于标准粒子群算法(Standard Particle Swarm Optimization,StaPSO)和遗传算法(Genetic Algorithm,GA),LDIWPSO算法能够得到更好的优化结果;过多的将柱子分配在分离区,不利于提高SMB系统的分离性能,对于不同的区带分配方式,其分离性能差异也很明显;随着分离负荷的增加,洗脱液消耗不断增大,分离区所需柱子数目也不断增加。最后,应用三区带模拟移动床技术分离邻香兰素和香兰素。首先,通过总孔堵塞法测定了制备色谱柱的床层空隙率;通过前沿分析色谱法测定各组分的吸附数据,拟合得到吸附等温线方程;通过经验公式计算得到轴向扩散系数和表观传质系数。根据测得的模型参数,分别构建了同步和异步切换的三区带模拟移动床分离邻香兰素和香兰素过程的数学模型。第二,应用三角形理论得到了五个位于完全分离区域内的操作参数。模拟和实验的结果都表明,在传质阻力和扩散效应比较明显的情况下,基于三角形理论的设计并不可靠,不能实现高纯度的分离。因此,应用LDIWPSO算法直接优化过程操作参数。限定区带I的流量为2.0 mL/min,两个产品的纯度都高于99.5%。同步切换的SMB过程的区带构型为[1,1,2],最大化的进料流量为0.481 mL/min;异步切换的SMB过程的平均区带构型为[1.10,1.27,1.63],最大化的进料流量为0.551 mL/min,比同步切换过程提高了 14.6%。经实验验证,两种操作条件下,产品纯度都高于99%。