高速逆流色譜儀整機動態性能分析及實驗研究

摘 要： 高速逆流色譜儀是一種由行星結構做離心運動實現化合物高效快速提純的色譜分離設備。其核心結構及整機動態性能對設備的穩定運行和分離效率都有較大影響。該文基于結構動力學方程對高速逆流色譜儀核心運動部件離心機構和整機進行合理化簡和有限元建模，運用ANSYS 對整機進行低階模態分析與諧響應分析。同時基于噪聲振動測試系統，設計并搭建高速逆流色譜儀整機動態性能采集分析實驗平臺，利用錘擊法對整機進行模態實驗并進行對比驗證。實驗結果表明：仿真值與實驗值曲線總體變化趨勢相近，波峰波谷處頻響函數值吻合較好，整機前6階各階固有頻率仿真值與實驗值之間的相對誤差都較小，前6 階誤差平均值為3.4%。證明整機動力學建模的準確性和實驗方案的可行性，明確結構薄弱點及優化目標，為后續整機結構優化與效率提升提供理論與實驗基礎。

關鍵詞： 高速逆流色譜儀; 動力學建模; 動態性能分析; 諧響應分析; 模態試驗

中圖分類號： TB9; TH833 文獻標志碼： A 文章編號： 1674–5124（2024）12–0147–09

0 引 言

高速逆流色譜（ high-speed counter-currentchromatography，HSCCC）是實現化學物質分離純化技術的關鍵設備，被廣泛應用于生物化學、生物工程、醫藥、環境、食品、石油等領域[1]，尤其在生物醫藥領域，是各類天然或合成化合物、具有重要生理作用的蛋白質分離純化[2] 的核心設備。也是研究疾病機理、進行新藥創制的基礎技術載體。近年來，由于國家生物醫藥行業的高速發展，HSCCC 也隨之成為市場上研發熱點。多家國內企業均開發了系列逆流色譜儀并實現了商業化，如在新冠病毒肆虐期間起到良好療效的瑞德西韋原型藥就是由HSCCC 純化而來。雖然國產設備在工作性能和分離效果等方面均有了大幅進步，但與國際先進水平相比仍存在較大差距[3]，部分關鍵指標對比如表1所示。要實現較高分離效率與工業制備能力，改善分離質量，關鍵是在增加管路直徑的同時大幅提高轉速與離心力，而這勢必對整機結構穩定性和動態性能提出了更高要求，其轉速設置、振動狀態、變形量等均會對分離效率和質量產生直接影響。