Способ хроматографического разделения текучих смесей на фракции

 

ОП ИСАНЯЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДНВЛЬСТВУ

% (») 518726

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Уеснублнн (6)) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 28,01.74 (21) 1981713/25 (5l) М. Кл.а

G 01 M 31/08 с присоединением заявки №

Гааударатавннюй наннтет

Сааатв Мнннатраа СССР аа дваан нэааратаннй и атнрмтнй (23) Приоритет (53) УДК

543.544 (088.8) (43) Опубликовано25.06,76.6þëëàòåíü №23

{4в} Дата опубликования описания 06.07.76 (72) Автор изобретения

Т, И. Клементи

Специальное конструкторское бюро AH Эстонской CCP (71) Заявитель (54) СПОСОБ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО РАЗДЕJIEHHH ТЕКУЧИХ СМЕСЕЙ

НА ФРАКЦИИ

Изобретение относится к хроматографии и может быть использовано, например, для получения чистых веществ.

Известен способ непрерывного разделения текучих смесей при помощи циркуляционной хроматографической схемы.

Способ заключается в том, что процесс разделения смеси с отбором менее сорбируюшихся компонентов и отбор сильнее сорбируюшихся компонентов осуществляют раз- тр дельными газовыми потоками, перемещение мест ввода и вывода которых вдоль последовательно установленных колонок производят одновременно с переключением места ввода разделяемой смеси. Весь процесс та- Iá кого хроматографического разделения проводят при одинаковой температуре.

Однако, несмотря на преимущества при эксплуатации, уходе за оборудованием и наладке, применение известного способа с точ- 30 ки зрения произзодительности и степени чистоты отбираемых фракций имеет определеннче пределы.

&то объясняется тем, что условием для полного разделения двухкомпонентной смеси М,является требование, чтобы к моменту, кИ" да к выходу последней по ходу движения газа-носителя ступени двухступенчатого участка хроматографической петли приблизится фронт смешанной зоны с равновесным содержанием компонентов 4 и Ь, задний фронт атой же эоны уже вышел бы, из первой по ходу движения газа-носителя ступени того же двухступенчатого участка, причем задний фронт смешанной зоны будет огставать тем больше, чем больше скорость подачи разделяемой смеси.

Бельо изобретения является повышение производительности разделения и чистоты фракций.

Для этого часть хроматографической пет ли между местами ввода потока разделяемой смеси и, потока носителя, поддерживают при температуре, превышающей температуру остальной петли с последующим понижением температуры до температуры остальной час ти петли, когда на указанной части петли находится зона выводимой из системы более сорбируюше1 .,".я фракции.

Кроме того, целью изобретения явпяетсв также повышение степени разделения менеесорбируюшейся фракции.

Для этого через зону разделения и отбо-ра менее сорбируюшейся фракции пропускают поток вытеснитэпя в чистом ипи разбавлен ном нссителем виде. . Сущность изобре генья пояснеиа чертежом, на котором приведено несколько рабочих по» ложеиий компочентов одного из вариантов В устройства, при помощи которого может быть . реализован предложенный способ.

В качестве примера выбрано газохроматографическое разделение бинарной смеси с лиьейными нзотермами сорбции и с независимым распределением компонентов меж- ду фазами.

Устройство содержит несколько, например три, хроматических колонки Kl, К2, КЗ, сседийенных друг с другом при помощи переходных каналов Кн, в которых установ- эя лены управляемые переключающие элементы Э1, Э2,ЭЗ, выполненные, например, в виде малогабаритных мембранных клапанов, управляемых командным устройством при помощи сжатого воздуха. И

Каждыми из переходных каналов Кн снабжен подводящими газовыми линиями Л, в которых установлены аналогичные переключающие элементы Э4. Газовые линки Л

I предназначены для ввода и вывода газовых ® потоков в систему колонок КХ-КЗ, Количество подводящих газовых линий Л, которыми снабжен каждый:иэ, переходных каналов Ки, определяется суммарным количеством газовых потоков, вводимых и вы- й® водимых из системы.

При разделении текучей смеси на две фракции количество подводящих линий Л равно пяти (в систему вводятся два потока газа-носителя .и поток разделяемой сме- 46 си, а выводятся потоки легкой и тяжелой. фракций смеси, разбавленные газом -носителем), На чертеже газовые линии Л изображены с клапанами, находящимися в данный момент в закрытом положении, а не имеющие принципиального значения при разъяснении, хода процесса - частично не показаны.

Каждая из колонок К1-КЗ снабжена индивидуальными средствами регулирования @ температуры, В положении Q, когда клапан Э2 в переходном канале. между колонками К2 и КЗ открыт, а клапаны Э1 и ЭЗ закрыты, в колонку К1 подается поток %g газа-носителя, который с выхода той же колонки направля ется в коллектор для сбора более сорбируюшейся фракции, а чЪрез колонки К2 и КЗ пропускают потЬк фй газа-носителя, ко-29

4 торый с выхода колонки КЗ направляется в коллектор менее сорбируюшейся фракции (коллекторы не показаны), причем температуру Тй колонки К2 поддерживают выше температуры Т в коионке К3.

В начале процесса разделения при установившихся потоках газа-носителя hf и

Я„на вход колонки КЗ начинают непре-

-рывно подавать поток разделяемой газовой (ипи паровой) смеси, содержащей, например, два компонента 4 и Ьр, один из которых A обладает меньшей сорбируем остью.

По мере продвижения компонентов смеси вдоль слоя сорбента в колонке К3 фронт движущейся хроматографической полосы вследствие различия в коэффициентах распределения компонентов начинает обогащать-. ся по менее сорбируюшемуся (более aevкому") компоненту A., Начиная с некоторого момента времени при достижении;фронтом хроматографи . ческой полосы выхода колонки КЗ в коллектор, для сбора легкой фракции вместе с потоком М газа-носителя поступает фракция смеси, обогащенная по легкому компоненту Л .

° .

B зависимости от разделяемой смеси . и заданной степени обогащения выбирают длину колонки и условия разделения в ней

1 (скорость потока газа-носителя, скорость подачи разделяемой смеси и температу-у

i:îëoèêè). Отбор легкой фракции смеси с выхода колонки КЗ и подачу разделяемой смеси на вход колонки КЗ осушествляют до того момента времени, когда к выходу колонки КЗ приблизится зона хроматографической полосы, содержащая разделяемую смесь с равновесным содержанием компонентов Л и 3 (заштрихованный учас» ток А +3 колонки s положении Я 1). В

"Этот момент производят переключение га», вовой схемы в положение д, в корором клапан:ЭЗ в переходном канале между колонками К3 и К1 открыт, а клапаны Э1 ! и Э2 закрыты. Одйовременно переключают нагрев колонок с таким: расчетом, чтобы ,колонка КЗ поддерживалась при температуре Т, колонка K1 — при температуре71 а колонка К2 перешла в режим охлаждения с температурыТ на температуру,Т>. В тот же момент осуществляют перемещение мест ввода и вывода потоков газа-носителя и места ввода разделяемой смеси путем переключения клапанов Э4, установленных на подводящих газовых линиях Л. Начиная с этого момента времени подачу потока W газа-носителя производят на в .од колонки

К2, потока Ф/ на вход колонки КЗ„а разделяемую смесь непрерывно подают на вход колонки К1, r>) др, )с;

Вывод газовых. потоков в положении 0 производят с выхода колонок У1 и К2, Про-, :цесс разделения, происходящий в этом по лржении схемы в колонке Kl полностью

:йдентичен описанному выше процессу раз деления, проходящему в колонке КЗ в пред шествующий промежуток времени. Оставшаяся в колонке КЗ часть смеси под действй1ем потока Жу, газа-носителя перетекает :

;ив колонки КЗ в колонку Kl. При этом задний фронт, перемещающийся в колонкеКЗ

,.хроматографической полосы, начинает обога-.

)цаться по компоненту В смеси, обладающему большей сорбируемостью. Следует от-: .метить, что цри одинаковой скорости гаэаЬоситепя линейная скорость перемещения .переднего фронта смешанной эоны А + В равна линейной скорости перемещения тя желого компонента В при температуре Т», а линейная скорость перемещения заднего фронта атой эоны равна скорости перемещения легкого компонента А при темпе« ратуре Т» . Ho так как через колесику КЗ протекает поток W газа-носителя, а чез колонку Кl тот же поток вместе с ком разделяемой смеси, задний фронт смешанной зоны А + В будет тем больше отставать от скорости перемещения легкого компонента при температуре Т, чем больше отличаются потоки газа в обеих ко-. лонках.

° ю» °

Следовательно, для достижения максимальной производительности в конкретных условиях необходимо соотношение пото ка разделяемой смеси к потоку 94@ E аеаносителя подбирать так, чтобы к моменту приближения переднего фронта смешанной эоны Л + В (заштрихованный участок А+3, положение Ь ) к выходу колонки Кl, зад ний фронт смешанной зоны А + В уже успел полностью перейти из колонки КЗ в колонку K3., a a колонке К3 осталась лишь эона Ь хроматографичвской полосы, обое. гашенная по тяжелому компоненту 3., . Нагревая колонку КЗ, увеличивают скорость передвижения в ней части смешан ной зоны $+Q и зоны Я хроматографической полосы, обогащенной по тяжелому компоненту по сравнению с передней частью смешанной зоны А + В и зоны Р., обогашен« ной пс легкому компоненту g в колонке

Кl, Это представляет возможность увеличить объемную скорость подачи разделяемой смеси с расчетом, чтобы было соблю/ дено условие полного выхода заднего фрон» та смешанной зоны A, + В иэ копонкиКЗ к моменту подхода переднего фронта той .же зоны к выходу колонки Kl. Таким образом повышают производительность систе мы, Когда передний фронт смешанной зоны

Ь% °

Д + 3 приблизится. к выходу колонки к.), а задний фронт Выйдет из колонки КЗ, про йзводят переключение газовой схдмй хр»,ErE-тографа из положения > в псчтожение 4

5 IB этом положении клапан Э1 между колон)хами К1 и К2 открыт, а клапаны Э2 и ЭЗ

- акрыты. Поток W» газа-носителя с того

;же момента перзключается на ехоп колонки

КЗ, поток Ф/ - на вход колонки Kl„a

Щ разделяемую смесь непрерывно подают на ,вход колонки К2.

Одновременно с переключением газовой г схемы переключают и обогрев колонок с расчетом, чтобы колонка Kl поддерживя@ лась при температуре Т, колонка К2,при температуре Т, а колонка КЗ переш ла в режим охлаждения с температуры Т на емпературу Т»

Оставшаяся в колонке КЗ часть хромвтографической полосы, обогащенная по бо лее сорбнруюшемуся компоненту В, выводится потоком %/1 газа-носителя, в коллектор для сбора тяжелой фракции смеси, При этом скорость потока Ф» газа-носителя подби-я рают так, чтобы к моменту следующего переключения обогрева и клапанов сорбент в колонке КЗ успел полностью регенерироваться от компонента

Учитывая то, что эона, обогащенная по

Э) тяжелому компоненту В, находится у выхода колонки КЗ, начало регенерации при температуре Т с последующим охлаждением до Ч1 позволяет значительно сократить расход газа в потоке Ф@ ЕЕо сравнению

Эб с регенерацией при температуре Т».

Отбор л гкой фракции смеси с выхода колонки К2 производят до тех пор, пока передний фронт смешанной эоны А + И хроматографической полосы приблизится к выл ходу колонки К2, а задний фронт зоны полностью abEAEEeT из колонки Kl, после чего переключают газовую схему и обогрев ко лонок из положения .6 в положение 3

В этом положении газовой схемы поток Ю1 ц газа-носителя подается на вход. колонки Кl и выводится с выхода той же колонки вмес те с оставшейся в колонке Kl частью хро матографической полосы, обогащенной по тяжелому компоненту 3, в коллектор для

Щ сбора тяжелой фракции. Поток 9/ газаносителя подается на вход колонки К2, раз жляемая смесь - на вход колонки КЭ, а отбор легкой фракции производят с выхода колонки КЭ. у . Колонка К2 поддерживается при темпе ратуре Т<, колонка КЗ - при температу-

@е Г», а колонка Kl охлаждается с темпе ратуры Т на температуру Т», Начиная с этого момента циклы раздещ ленни пов"еоряются в описанной выше по7; 5 следовательности. При этом разделение непрерывно вводимой текучей смеси и отбор легкой фракции производят при помощи одного потока -.ààà-носителя, а отбор тяжелоа фракции производят при помощи другого потжа газа, места ввода и вывода которых перемещают вдоль последовательно включенных колонок синхронно с переключением места ввода разделяемой смеси с поддержанием в каждом, положении схемы температуры первой по ходу газа-носителя колонки двухступенчатого участка выше температуры последней по ходу газа-носителя колонки того же участка с последую-. щим охлаждением этой же колонки в течение времени пребывания ее в регенерационной позиции.

При разделении многокомпонентных смесей обеспечивается выделение в чистом виде наименее или наиболее сорбирующегося компонента или разделение смеси íà две фракции в любой точке по хроматограмме.

При осуществлении разделения паровых и газовых смесей с использованием вытеснения в качестве потока / в систему подают газ-вытеснитель в чистом виде или разбавленный инертным газом»носителем.

В таком случае процесс в общем похож на вышеописанный с той разницей, что перемеВ щение хроматографической полосы и разделение смеси в первой по ходу движения газа-носителя колонке двухступенчатого участка хроматографической петли осуществляется под воздействием расширяющейся зоны сорбирующего вытеснителя, который вытесняет компоненты смеси из колонки.

В качестве вытеснителя, в частности, удобно использовать часть потока выделенной тяжелой фракции. Скорость газа-носителя в потоке Е91 выбирают при этом так, чтобы колонка, смываемая потоком %fg, успела бы за цикл регенерироваться от газавытеснителя.

При разделении жидких смесей потоки

%/ и М/ образуют из жидкостей раст18726 воряюших компоненты разделяемой смеси.

Наличием двух потоков М/ и Ж с 5еспечиваются также удобные условия для применения градиентного элюирования с целью улучшения условий разделения и по ыщения производительности.

В зависимости or конкретных условий разделения и свойств компонентов смеси, каждая иэ трех функциональных частей.

lO хроматографической петли может быть составлена из одной или более секций равной длины с перемещением в каждый раз точек ввода и вывода на длину одной секции, Таким образом функциональные части хроматографической петли могут иметь неравную длину, Формула изобре гения

1. Способ хроматографического разделен ния текучих смесей на фракции путем осуществления циркуляции непрерывно вводимой смеси в потоках носителя в системе из нескольких хроматографических колонок, последовательно соединенных s замкнутую петлю с перемещением мест ввода и вывода потоков вдоль колонок и с отбором обогащенных фракций концов хроматографической полосы, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности яв разделения и чистоты фракций, часть хроматогра ической петли между местами ввода потока разделяемой смеси и потока носителя, поддерживают при температуре, превышающей температуру остальной петли с последующим понижением температуры до температуры остальной части петли, когда на указанной части петли находится зона выводимой из системы более сорбирующейся фракции.

2. Способ поп. 1, отличаюшийс я тем, что, с целью повышения степени разделения менее сорбирующейся фракции, r через зону разделения и отбора менее сорбирующейся фракции,пронускают поток вы,- теснителя в чистом или разбавленном носи-! телем виде,