Способ непрерывного хроматографического разделения газовых смесей
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства ¹
1хл. 421, 4/16
Заявле11о 04.111,1965 (№ 944978j26-25) с присоединением заявки ¹
LrIK с 01п
"QK 543,544.42 (088.8) ГIриоритет
Опуб IIIKoB Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Даты о11убликования описания 9Л 11.1966 Авторы 11зобпе1х1 и» Заявитель СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ Известен способ непрерывного хроматографического разделения газовых смесей с использованием замкнутой кольцевой колонки, в которой зона разделяемых веществ непрерывно перемещается в токе газа-носителя вдоль слоя сорбецта по замкнутому контуру. В среднее сечение зоны осуществляют непрерывный ввод разделяемой смеси, а на концах зоны — непрерывный отбор ее обогащенных компонентов. Относительное перемещение зоны разделяемых веществ и слоя сорбента осуществляется вращением колонки по отношению к распределительному устройству, в котором точки ввода разделяемой смеси и газа-носителя, а также вывода обогащенных компонентов остаются Heïoäâèÿíûìè. Сама зона разделяемых веществ (вернее, границы ее) в процессе разделения остается неподвижной, а перемещаются по отношению к ней противотоком слой сорбента и инертный газ-носитель. Недостатком известного способа является то, что в процессе разделения происходит сильное разбавление компонентов разделяемой смеси инертным газом-носителем. Это ограничивает производительность способа и требует решения проблемы возможно более полного улавливания продуктов разделения из отбираемых потоков, В процессе разделения сорбент используется неэффективно, так как только сравнительно небольшая часть его (рабочы» зоны) 11ысыще11;1 разделяемыми вещсствамп, большая же часть его, служащая зоной десорбции, контактирует с чистым газом-носителем. Известный способ позволяет получать только две фракции обогащенных компонентов разделяемой смеси. в то время как смеси содер>кат, как правило, значительно большее число компонентов и во многих, представляю10 1цих практический интерес, случаях стоит задача выделения одновременно нескольких компонентов смеси. Конструктивное осуществление известного способа довольно сложно. Это является при15 чиной того, что сведения о практическом применении его до настоящего времени отсутствуют. Предлагаемый способ отличается от известного тем, что относительное перемещение зо20 ны разделяемых веществ и слоя сорбента достигается относительным перемещением кольцевой хроматографической колонки и источника тепла, создающего в слое сорбента колонки движущееся тепловое поле с градиен25 том температур по длине колонки. Это позволяет резко упростить конструкцшо хроматографа, так как отпадает необходимость в притертых самоуплотняющихся дисках, licKлючает разбавление выделяемых компонентов разде30 ляемой смеси газом-носителем и позволяет по182396 Высить эффектиВность использовани51 сорОент11 сокращением дл1шы зоны десорбции. В качестве источника тепла используют печь, имеющую градиент температур, направление которого совпадает с направлением относительного перемещения колонки, а максимальная температура равна температуре полной десорбции разделяемой смеси. Это позволяет осуществлять концентрирование компонентов многокомпонентных смесей в сечениях, отвечающих x;Iрактернстическим температурам компонентов, а также осуществлять отбор одновременно нескольких компонентов из указанных сечений. Перемещение температурного поля Вдоль колонки Возможно периодическим переключением нагревательных секций, установленных по всей длине колонки, а Ввод смеси и отбор Обогащенных компонентов — синхронно с переключением секций. Это позВоляет созл11ть черезвычайно простую конструкцию устройств для непрюрывного хроматографического разделения газовых смесей, пригодную для промышленного применения. В среднюю часть зоны колонки, отвечающую максимальной температуре температурного поля (зона полной десорбции), подают непрерывно или периодически, синхронно с переключением секций нагрева, подогретый инертный газ, вывод которого осуществляют на концах данной зоны. Подача инертного газа необходима для обеспечения более полной :1есорбции смеси в зоне десорбции н компенсации изменения давления в колонке, возникающего в результате десорбции. Сущность предлагаемого способа поясняется прилагаемыми чертежами и описанным ниже примером осуществления способа. На фиг. 1 схематически изображена кольцевая хроматографическая колонка с указанием температурных зон, мест ввода разделяемой 4-компонентной смеси и вывода обогащенных фракций; на фиг. 2 — та же кольцевая колонка, в которой осуществлено перемещение температурных зон и мест ввода и вывода на один такт (стрелкой указано направление перемещения температурных зон и мест ввода и вывода); на фиг. 3 — один из вариантов конструктивного выполнения колонки с секциями нагревателей и распределительным устройс1вом для ввода и вывода потоков из колонки. Устройство для осуществления предлагае-. мого способа содержит кольцевую хроматографическую колонку 1, заполненную сорбентом. Снаружи колонка окружена рубашкой 2, разбитой на ряд изолированных друг от друга секций А, Б, В, Г... Каждый из участков колонки, окруженный одной секцией рубашки, имеет два капиллярных канала 3, 4, один из которых служит для вывода, а другой для ввода газового потока. Каждый канал снабжен распределительным устройством 5, выполненным в виде малогабаритного пневматического мембранного клапана, мембрана б которого, управляемая давлением сжатого возду5 ю 2О 65 ха, служит для открывания и перекрывания канала. Колонка дополнительно снабжена манометром (или вакуумметром) 7 и пробоотборным устройством 8. Разделяемая смесь, содержащая, например, четыре компонента (этан + этилен + про. пан + пропилеи), вводится в хроматографическую колонку, которую предварительно откачивают. В период заполнения смесью колонки остается открытым только клапан подачи смеси (точка 0), остальные клапаны закрыты. После заполнения колонки, что может контролироваться по манометру 7, клапан подачи разделяемой смеси перекрывают и, подавая В секции рубашки теплоноситель (например, нагретое силиконовое масло) и хладагент (охлажденное силиконовое масло), устанавливают вдоль колонки градиент температур. Температурная зона, отвечающая температуре Т1, является зоной полной десорбции. После создания температурного градиента вдоль колонки, направление которого противоположно направлению перемещения температурных зон и мест ввода и вывода потоков в процессе разделения, в центр зоны десорбции (точка И) начинают подавать инертный газ (например, азот, воздух и др.), который выводят через открытые клапаны на краях зоны десорбции, В этот момент положение температурных зон и точек ввода и вывода инертного газа отвечает изображенному на фиг. l. Затем переключением каналов подачи теплоносителей и хладагента и клапанов подачи и вывода инертного газа осуществляют перемещение температурных зон и мест ввода и вывода инертного газа на один такт (см. фиг. 2). Перемещение температурных зон и мест ввода и вывода инертного газа без продукта из колонки (в безотборном режиме) осуществляют до тех пор, пока в колонке не установится распределение веществ по температурным зонам, т, е. не будет достигнуто стационарное состояние. Контроль установления стационарного состояния можно осуществлять с помощью хроматографического анализатора, отбирая пробы шприцем через пробоотборное устройство 8. Этот же контроль позволяет определить положение максимумов концентраций компонентов в колонке, из которых будет осуществляться отбор компонентов, и положение средней точки, в которую необходимо будет осуществлять ввод разделяемой смеси. После достижения стационарного состояния и уточнения положения точки ввода разделяемой смеси и точек вывода обогащенных фракций с учетом скорости перемещения температурных (и, следовательно, концентрационных) зон, определяемой частотой переключения распределительных кранов и клапанов, начинают осуществлять периодический ввод и отбор веществ при каждом такте перемещения. Скорость перемещения температурных зон и мест ввода и вывода газовых потоков, а так182396 >ке градиент температур подбирают эксперименгально в зависимости от конкретной разделяемой смеси. Предмет изобретен ия 1. Способ непрерывного хроматографического разделения газовых смесей введением разделяемой смеси в кольцевую замкнутую хроматографическую колонку, относительным перемещением зоны разделяемых веществ и слоя сорбента в колонке, и отбором из колонки обогащенных компонентов смеси, отличающийся тем, rro, с целью повышения производительности, упрощения конструкции хроматографа и обеспечения возможности одновременного отбора нескольких обогащенных компонентов смеси, относительное перемещение зоны разделяемых веществ и слоя сорбента осуществляют относительным перемещением кольцевой колонки и источника тепла, создающего в слое сорбента колонки движущееся тепловое поле, имеющее градиент температур по длине колонки. 5 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемещение теплового поля по слою сорбента в колонке осуществляют периодически переключением нагревательных секций, установленных по всей длине колонки, а ввод смеси и 10 отбор обогащенных компонентов осуществляют синхронно с переключением секций. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью обеспечения более полной десорбции смеси в зоне десорбции и компенсации из15 менения давления в колонке, возникающего в результате десорбции, в среднюю часть зоны десорбции подают непрерывно или периодически, синхронно с переключением секций нагрева, подогретый инертный газ, вывод которого 20 из колонки осуществляют на концах зоны десорбции. 182396,Иво yasueu ewuu Войпб инсрптогс ГП.Ы Составитель В, Ф. Травкин Редактор И. Н. Нечай Техред Г. Е. Петровская Типография, пр. Сапунова, 2 Корректоры: Л. Е. Марисич и T. H. Костикова Заказ 1928/13 Тираж 1175 Формат бум. 60+90 /з Объем 0,49 нзд. л. Подписное Цl-1ИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Центр, пр. Серова, д. 4
