DE2601459C2

DE2601459C2 - Verfahren zur Durchführung von chromatografischen Trennvorgängen in einer zylindrischen, zwischenbodenfreien Chromatografiekolonne

Info

Publication number: DE2601459C2
Application number: DE2601459A
Authority: DE
Inventors: Lauri Hämäläinen; Asko J. Melaja; Lasse Kantvik Rantanen
Original assignee: SUOMEN SOKERI HELSINKI FI Oy; Suomen Sokeri Oy
Current assignee: SUOMEN SOKERI HELSINKI FI Oy; Suomen Sokeri Oy
Priority date: 1975-02-14
Filing date: 1976-01-16
Publication date: 1983-08-04
Also published as: JPS5194479A; IE41958L; ZA757598B; CA1058337A; NO754164L; DE2601459A1; BR7600042A; PL102735B1; SE7513857L; DK560175A; IT1060519B; US3928193A; FI760360A; FR2300598A1; SE426912B; AU497787B2; AT353288B; RO71034A; CH629971A5; DK147815B

Description

im System erfolgt, wobei S₁ und S₂ die Dichte (in kg/m³) und μι und \i2 die Viskosität (in N · see · m²) der Flüssigkeit in der oberen bzw. unteren Flüssigkeitsschicht in der Kolonne ist, K der Durchlässigkeitsfaktor (in m-²) des Bettes und ^ die Gravitationskonstante 9,81 m/sec² ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lonenaustauscherpartikel mit Divinylbenzol vernetzte sulfonierte Polystyrol-Kationenaustauscherharze verwendet werden, deren durchschnittliche Partikaigröße innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 0,2 mm liegt und wobei 95% der Harzpartikel sich innerhalb ±25% der durchschnittlichen Partikelgröße des Harzes befinden.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von chromatografischen Trennvorgängen in einer zylindrischen, zwischenbodenfreien Chromatografiekolonne, deren Durchmesser mehr als einen Meter und de-en Höhe 2,6 bis 6 m beträgt, wobei man die Kolonne so mit Ionenaustauscherpartikeln zur Bildung eines Bettes bepackt, anschließend eine Sättigung der Kolonne mit Wasser vornimmt sowie eine Rückspülung der Harzteilchen durchführt und danach die chromatografisch zu trennende Flüssigkeit gleichmäßig über die Kolonne aufgibt und eine Elution mit Wasser zum Sammeln der aufeinanderfolgenden Fraktionen aus dem Boden der Kolonne vornimmt.

Chromatografische Trennungen und Fraktionierungen von organischen und anorganischen Stoffen auf &o Ionenaustauschharzen werden in der Literatur weitgehend besprochen. In den meisten Fällen sind die beschriebenen Verfahren analytische Verfahren, die mit kleinen Laborkolonnen ausgeführt werden. Wenn Trennverfahren für kommerzielle Verwendung vorgeschlagen werden, werden die meisten Versuche, auf welche sich die Vorschläge gründen, mit Kolonnen von kleinen Abmessungen ausgeführt. Die theoretischen Aspekte von chromatografischen Trennungen werden z. B. in »Introduction To Modem Chromatography« herausgegeben von )ohn WiIy, London, 1974, Verfasser Snyder und Kirkland behandelt. Die in diesem Text zum Ausdruck gebrachten Theorien gründen sich meistens auf Versuche mit Laborkolonnen in kleinem Maßstab.

Es wird auf diesem Fachgebiet allgemein angenommen, daß ein Vergrößern des Maßstabes ausgehend von Laborergebnissen schwer ist, besonders bei chromatografischen Prozessen, bei welchen theoretische Modelle nicht befriedigend sind. Das Bauen von kommerziellen Anlagen auf Grundlage von aus Laborversuchen erhaltenen Kenntnissen auf diesem Gebiet hat sich als ein größeres Problem erwiesen. Laut der Meinung von Fachleuten dieses Gebiets ist die Verwendung von großen Harzkolonnen, z. B. Kolonnen mit mehr als 1 m Durchmesser und einer Höhe von mehr als rund 2,5 m nicht möglich, und zwar wegen schlechter Trennergebnisse und übermäßiger Verdünnung der eluierten Komponenten, welche beiden Faktoren den Prozeß unwirtschaftlich machen. Auch wenn eine Flüssigkeit gleichmäßig über den Oberteil der Kolonne eingeführt worden ist, kann ein Teil der Flüssigkeitsfront sich nach unten mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit bewegen, im Vergleich zur Bewegungsgeschwindigkeit des Restes der Flüssigkeit wobei die Strömung schräg läuft, und es kommen im Bett »Schwanzbildung« und »Fingerbildung« vor. Um diese Probleme zu vermeiden, ist es erwünscht, daß die Flüssigkeitsfront sowohl bei Zufuhr der fraktionierbaren Flüssigkeit als der Eluierflüssigkeit, sich nach unten mit einer gleichen Geschwindigkeit bewegt, indem die Front wesentlich in einem schmalen Band in waagerechter Ebene verbleibt.

Diese Probleme des früheren Fachwissens werden z. B. von Baddour in der US-PS 32 50 058 besprochen. Gute Trennungen werden bei Verwendung von kleinen Laborkolonnen erreicht, aber wenn man versucht, die Trennung in technischem oder kommerziellem Maßstab unter Verwendung von Kolonnen mit Durchmesser von 5 cm oder mehr zu wiederholen, findet man, daß »Schwanzbildung« und »Fingerbildung« in der Kolonne eintreten, welche beide Verdünnung und schlechte Trennungsergebnisse herbeiführen. Baddour versucht diese Probleme dadurch zu beseitigen, daß er eine Anordnung von quergerichteten Zwischenscheiben in der Kolonne anordnet, um dadurch seitliche Strömung der durch die Kolonne strömenden Flüssigkeit zu veranlassen. Außerdem findet Baddour es notwendig, diese Zwischenscheiben in Verbindung mit lateralen Scheiben zu verwenden.

Der Gedanke einer zwangsläufigen senkrechten Strömung in Kolonnen im großen Maßstab wurde ferner von Lauer et al in der US-PS 35 39 505 entwickelt, die die Kolonne mit Einheiten für radiales Mischen ausrüsteten oder die Kolonne in mehrere kurze Abschnitte unterteilten, wie in der DE-OS 20 36 525 beschrieben wird. Noch eine weitere Behandlungsweise des Problems wird in der DE-OS 22 24 794 und in der JP-OS 73-68 752 beschrieben, gemäß welcher die Kolonne mit der zu trennenden Lösung gesättigt wird. Mittels der gesättigten Kolonnen und einer Rückflußströmung können die von Dichtegradienten verursachten Störungen in der Kolonne vermieden werden.

Die ziemlich komplizierten Verfahren, die oben beschrieben sind, ermöglichen das Ausführen ve η chromatografischen Trennprozessen in großem Maßstab auf kommerzieller Grundlage. Aber diese Verfahren führen zu komplizierten Kolonnenbauweisen und zu

Verfahren, die in kommerziellem Maßstab schwer zu verwirklichen sind. Wenn es Einbauten in der Kolonne gibt, entstehen beträchtliche Probleme, wenn das Harz zurückgespült wird oder wenn es notwendig wird, die lonenform des Harzes zu verändern. Rückspülung ist in diesen Verfahren nach einer gewissen Zahl von Zyklen erforderlich, weil mechanische Verunreinigung sich aus der Zufuhr oder aus dem Eluierstoff auf dem Harzbett anhäufen, so daß die Leistungsfähigkeit der Kolonne allmählich abnimmt. Wenn die lonenform des Harzes verändert wird, ändert sich gewöhnlich der Rauminhalt der Harzpartikel, was zum Ausdehnen oder Zusammenschrumpfen des Harzbettes führt. Es ist offenbar, daß Einbauten in der Kolonne in solchen Fällen ein Ärgernis sind. Der Gedanke des gesättigten Harzbettes und der Rückflußströmung führt auch zu komplizierten Bauweisen, wie in der DE-OS 22 24 794 beschrieben wird, oder zu einem komplizierten Vorgang beim Betrieb des Systems.

Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung ist aus der FR-PS 21 90 918 bekannt. Dabei sind zur Gewinnung von Zucker aus Melasse durch lonentrennung Kolonnen mit einem Durchmesser von 3 m und einer Höhe von 7 m verwendet worden. Es handelt sich insoweit um ein lonenausschlußverfahren. Auch dabei ist es jedoch schwierig, eine gleichbleibende und in den Querschnitten der Kolonne gleichmäßige Geschwindigkeit zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren so zu verbessern, daß auf einfache Weise eine gleichbleibende Behandlungsgeschwindigkeit ohne nennenswerten apparativen Aufwand erreicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man die Kolonne so mit den lonenaustauscherpartikeln bepackt, daß das Bett einen Durchlässigkeitsfaktor K von 1 · 10¹⁰ bis 4 · 10¹⁰ITi-² besitzt und daß die Strömung der zu trennenden Flüssigkeit nach unten durch die Kolonne mit einer Strömungsgeschwindigkeit vom 0,5 bis 2fachen der kritischen Geschwindigkeit

μι)

im System erfolgt, wobei Si und S₂ die Dichte (in kg/m³) und μι und μ2 die Viskosität (in N · see · m~²) der Flüssigkeit in der oberen bzw. unteren Flüssigkeitsschicht in der Kolonne ist, K der Durchlässigkeitsfaktor (in m-²) des Bettes und g die Gravitationskonstante 9,81 m/sec²ist.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine einfache Zufuhr nach unten mittels der Schwerkraft der chromatografisch zu trennenden Flüssigkeit bzw. des Eluierstoffes bewirkt. Gleichmäßige Strömung wird dadurch erreicht, daß Harzpartikel von gleichmäßiger Größe benutzt werden, daß Homogenität der Harzpartikelmischung gesichert wird, daß ein Harz gewählt wird, das eine solche durchschnittliche Partikelgröße aufweist, die einen minimalen Widerstand der Strömung leistet, daß die Verteilungsfaktoren des zu trennenden Materials berücksichtigt werden, daß eine gleichmäßige wirbellose Zufuhr über den oberen Teil der Kolonne mittels Schwerkraft gewährleistet wird, und daß eine gleichmäßige, wirbelfreie Entnahme der Lösung mittels Schwerkraft aus dem Boden der Kolonne gewährleistet wird. Außerdem muß die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im System 0,5- bis 2mal die kritische Geschwindigkeit betragen.

lonenaustauschharze, die im Verfahren gemäß der

vorliegenden Erfindung benutzt werden, können jede beliebigen Harze sein, die in diesem Fachgebiet normalerweise zum chromatografischen austauschharzbetten benutzt werden. Zu bevorzugten Harzen zählen die Alkalimetall- und Erdalkalimetallsalze von einem Polystyrolsulfonat-Kationenaustauschharz vernetzt mit Divinylbenzol. Diese Harze werden im allgemeinen vom Hersteller in gewissen Graden und Partikelgrößen geliefert. Es ist gefunden worden, daß, wenn in der Partikelgröße der Harzpartikel im Bett große Variation vorkommt, eine sachdienliche gleichmäßige Strömung der Flüssigkeit schwer zu erreichen sein wird. Demnach ist es gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig, die meisten Harze weiter zu klassifizieren, um solche Harze zu erhalten, deren Partikelgrößen so gleichmäßig wie es praktisch ist, sind. Die besten Ergebnisse, einschließlich guter Trennung der Bestandteile werden erhalten, wenn sich 95% des Harzes innerhalb ±25% der durchschnittlichen Partikelgröße befinden. Der bevorzugte Bereich der durchschnittlichen Partikelgröße befindet sich im Bereich von rund 0,5 mm bis rund 0,20 mm.

Ein weiterer Faktor, der für die Erreichung einer gleichmäßigen Strömung wichtig gefunden worden ist, ist die Homogenität der Harzpartikel im Bett. Wie es im Fachgebiet gut erkannt ist, gibt es in Kolonnen von Partikelmaterial eine Neigung bei den Partikeln, daß Partikel von unterschiedlicher Größe sich klassifizieren, z. B. sich in verschiedenen Schichten in der Kolonne konzentrieren. Es ist deshalb wichtig, daß die Schichtenbildung in der Kolonne aufs Minimum beschränkt wird und daß die Harzpartikel homogen gemäß der Partikelgröße über die Kolonne und durch deren gesamte Länge verteilt werden. Dieses Ergebnis wird einheitliches Packen genannt. Um dieses zu erreichen, ist eine durchgreifende und energische Rückspülung des Harzbettes wichtig.

Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist die mechanische Stärke des verwendeten Harzes. Dies ist wichtig, weil bei Verwendung von gewissen Harzen von schwacher Natur in langen Kolonnen das Gewicht des Inhalts der Kolonne Verformung der Partikel im Bett verursacht, was wieder zu Störungen in der Strömung führt. Wenn Polystyrolharze verwendet werden, beruht die Stärke des Harzes auf dem Divinylbenzolinhalt des Harzes. Gute chromatografische Trennungen von Zucker sind erreicht worden mit Harzen, die 2 bis 6% von Divinylbenzol enthalten bei einer Harzbettiefe von rund 3,5 m.

Ein weiterer wichtiger Faktor in der Verwirklichung einer gleichmäßigen Strömung ist die Wahl der geeigneten durchschnittlichen Harzpartikelgröße. Eine optimale Leistung der Kolonne wird erreicht, wenn die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur wie auch der Trockenstoffinhalt der Zufuhr so gewählt werden, daß die Viskosität und die Dichtegradienten in der Kolonne weder »Schwanzbildung« noch »Fingerbildung« verursachen, sondern dazu neigen, die Verhältnisse an den Frontschichten zwischen den Fraktionen zu stabilisieren. Es ist gefunden worden, daß dies variiert je nach dem Verteilungsfaktor der Komponenten in der zu trennenden Flüssigkeit. Die durchschnittliche Partikelgröße wird in Übereinstimmung mit dem Verteilungsfaktor der zu trennenden Komponenten gewählt, so daß der Strömungswiderstand in der Kolonne möglichst gering ist und die Diffusion in die und aus den Harzpartikeln nicht die die Geschwindigkeit steuernde Stufe im Trennverfahren wird. Wenn die Faktoren groß sind, kann ein grobes Harz verwendet werden. Außer

den oben besprochenen Faktoren, die gleichmäßige Strömung der viskosen Flüssigkeit betreffen, ist es auch wichtig, daß eine optimale Durchlässigkeit der Kolonne benutzt wird und daß die Lösung durch die Kolonne mit dem 0,5- bis 2fachen der kritischen Geschwindigkeit des Systems strömt.

In der chromatografischen Trennung beruht die Spaltung zwischen den zu trennenden Komponenten auf der linearen Geschwindigkeit der Strömung durch die Kolonne und nimmt im allgemeinen mit Zunahme der Geschwindigkeit ab. Die Durchlässigkeit des Systems nimmt mit größerer Partikelgröße des Harzes zu. Es ist erwünscht, eine möglichst hohe Durchlässigkeit zu erreichen, um eine kommerziell brauchbare Produktionsgeschwindigkeit zu erhalten. Andererseits muß die Strömungsgeschwindigkeit niedrig genug sein, um eine mäßige Spaltung oder Trennung der Komponenten in der Lösung sicherzustellen. Die Spaltung setzt eine obere Grenze für die Durchlässigkeit und für die Geschwindigkeit der Strömung durch das System. Die Durchlässigkeit der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Kolonne kann aus dem Durchlässigkeitsfaktor bestimmt werden und muß empirisch für jedes System ermittelt werden. Der Durchlässigkeitsfaktor kann mittels der nachstehenden Gleichung bestimmt werden:

(1)

μ V L

Druckabnahme im Harzbett (N/m²)

lineare Geschwindigkeit der Strömung der Lösung m/s)

Höhe des Harzbettes (m)

Viskosität der Lösung (Ns/m²)

Durchlässigkeitsfaktor (m -²)

μ = Viskosität (Ns/m²)

K = Durchlässigkeitsfaktor des Bettes (m-²)

g = Gravitationskonstante 9,81 m/s²

In der Betrachtung einer Flüssigkeit von einer Viskosität μ₂ und einer Dichte S₂, die eine Flüssigkeit einer Viskosität μ, und einer Dichte S] durch Strömung nach unten beseitigt, beziehen sich die Indexe 1 und 2 in (2) auf die obere bzw. auf die untere Flüssigkeitsschicht.

In den Konzentrationsbereichen, die bei Trennungen von Zucker und Polyolen im großen Maßstab verwendet werden, befinden sich die Dichte und die Viskosität in ungefähr linearer Korrelation zur Konzentration. Somit erhält man folgende Gleichungen:

35

Die Formel (1) ist eine Modifikation des sogenannten Darcy'schen Gesetzes für Strömung in einem porösen Medium, in welchem die Reynolds'sche Zahl unterhalb von 1 liegt.

Es hat sich herausgestellt, daß die »Fingerbildung« und die »Schwanzbildung«, die sogar in ganz einheitlich gepackten Betten vorkommen und die von Dichte- und Viskositätsunterschieden in der Lösung verursacht werden, vermieden oder aufs Minimum beschränkt werden, wenn die Geschwindigkeit der Strömung 0,5-bis 2mal die kritische Geschwindigkeit beträgt, welche so kritische Geschwindigkeit von den Systemparametern abhängt.

Die kritische Geschwindigkeit muß für das Chromatografsystem empirisch ermittelt werden und beruht auf Viskositäts- und Dichteunterschieden in der Lösung. S. Hill diskutiert die kritische Geschwindigkeit für gepackte Kolonnen in Chem. Eng. Sei. VoI 1, Seite 247 (1952).

Die kritische Geschwindigkeit kann mit der folgenden Formel ausgedrückt werden: bO

(2)

S = S_u + ac

u = μ₀ + β C

in welchen

χ und β empirische Konstanten, cdie Konzentration der Lösung als Gewichtsprozent, S₀ die Dichte von Wasser und μο die Viskosität von Wasser bedeuten.
Wenn die Gleichungen 3 und 4 in der Gleichung 2 substituiert werden, erhält man für die kritische Geschwindigkeit folgende Gleichungen:

30

kritische Geschwindigkeit (m/s)
Dichte (kg/m³)

Es wurde gefunden, daß für Trennungen von Zucker und Polyolen mit Chromatografie im großen Maßstab in Kolonnen mit einem Durchmesser von mehr als 1 m und einer Höhe von mehr als 3 m, die mit einem Polystyrol-divinylbenzolharz einer Partikelgröße von 0,25 bis 0,50 mm in Erdalkaliform gefüllt sind, der Durchlässigkeitsfaktor innerhalb des Bereiches liegt:

1 · 10^l0bis4 · 10¹⁰ITi-²

Der Durchlässigkeitsfaktor beruht auf folgenden Systemparametern: Querschnittsfläche und Höhe des Harzbettes, Partikelgröße des Harzes, Größenverteilung des Harzes und Typ des Harzes.

Außerdem ist gefunden worden, daß, wenn Monosaccharide oder Polyole bei 50⁰C getrennt werden, die Konstanten <x und β folgende Werte haben:

α = 4 (kg/m³)
0=1,3 · 10-⁵(Ns/m²)

Somit kann die kritische Geschwindigkeit für die in den Beispielen 1 und 2 unten beschriebenen Trennungen berechnet werden als:

v_c1=0,5m/h
v_c 2 = 0,3 m/h

Die Druckabnahme in der Kolonne, AP/L, betrug 2000 N/m² pro Meter Harztiefe im Bett.

Die oben beschriebene kritische Geschwindigkeit und der Durchlässigkeitsfaktor beziehen sich auf stabilisierte chromatografische Systeme. Nach einem Rückspülvorgang muß der Kolonne Zeit für Stabilisierung gewährt werden. Dies wird dadurch ausgeführt, daß man Wasser der Kolonne zuführt, bis das Bett einen stabilen Zustand erreicht hat.

Die Zufuhrabstände werden möglichst kurz gewählt, aber doch so, daß fraktionierte Komponenten einander

nicht decken von einer Zufuhrmenge zur anderen. Der Trockenstoffinhalt der Zufuhr wird so gewählt, daß optimale Verhältnisse erreicht werden mit Rücksicht auf die Trennleistung und Qualität wie auch auf die Verdunstung und die Baukosten.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, großtechnische Trennungen mit einer Trennleistung auszuführen, die ebensogut wie die, die mit kleinen Laborkolonnen erreicht wird. Dies wird dadurch erreicht, daß einfache und ziemlich billige Konstruktionen verwendet werden, die leichter mit Harz zu füllen sind, leichter rückzuspülen sind und die einen geringen Strömungswiderstand aufweisen. Außerdem begegnet man keinen bedeutenden Problemen beim Ausdehnen oder Zusammenschrumpfen des Harzes während des Trennzyklus oder während der Regenerierung. Im Vergleich zu einer Batterie von kleinen Kolonnen, die dieselbe Kapazität ergeben ist die in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendete Apparatur weniger kostspielig zu bauen und zu unterhalten, verlangt weniger Hilfsausrüstung wie z. B. Rohrleitungen, Ventile und Pumpen, und ist mit beträchtlich gesenkten Instrumentationskosten verbunden.

Der Prozeß der vorliegenden Erfindung wird als eine einfache Chromatografie mit Schwerkraftzufuhr und mit Strömung nach unten verwirklicht, worin die Zufuhrlösung und der Eluierstoff nacheinander dem oberen Teil der Kolonne zugeführt werden. Die nachstehenden Arbeitsbeispiele veranschaulichen die Leistung einer Kolonne in großem Maßstab weiter. In jedem Beispiel wird nur ein Trennzyklus beschrieben. Es wird aber erkannt, daß im praktischen Betrieb dem Eluierstoff, der in der Trennstufe verwendet wird, die nächste Menge an Zufuhrlösung folgt, und dieser Lösung folgt wieder Eluierstoff an der Reihe. Im Beispiel 1 dauert die Trennstufe 120 Minuten, worauf die nächste Zufuhr dem oberen Teil der Kolonne hinzugesetzt wird. In den Beispielen 2 und 3 dauert jede Trennstufe 160 Minuten.

Es wird ferner bemerkt, daß jede der folgenden Beispiele in einer Kolonne ausgeführt wurde, die mit einem Flüssigkeitssteuerapparat ausgerüstet war, wie in der US-PS 38 14 253 beschrieben wird und dessen Offenbarung hierin als Hinweis eingetragen wird. Die Harzkolonne wird von einem Feinmaschennetz am Boden der Kolonne getragen, welches Netz wieder von einer gleichmäßig gelochten Scheibe getragen wird. Unterhalb der Scheibe gibt es einen freien Raum zum Sammeln der Lösung, die durch die Kolonne gelaufen ist. Weitere Mittel sind am Boden der Kolonne vorhanden, und zwar zur wirbelfreien Entfernung der Lösung mittels Schwerkraft.

Beispiel 1

Glukose und Fruktose wurden aus einer, beide Stoffe enthaltenden Wasserlösung mittels chromatografischer Verfahren getrennt unter Verwendung der folgenden Apparatur und Verhältnisse:

Kolonne:

Durchmesser 260 cm, Harzbett 350 cm hoch

Starker Kationenaustauscher von sulfoniertem Polystyrol mit 3,5% Divinylbenzol, durchschnittliche Partikelgröße 0,38 mm, Ca⁺+-Form; von den Harzpartikeln waren 95% innerhalb ±25% der durchschnittlichen Partikelgröße.

Lineare Zuführgeschwindigkeit:

0,42 m/h
Zufuhrtemperatur:

+ 55° C
■5 Zufuhr:

750 kg Trockenstoff als 37,5%ige Wasserlösung.

Die Zufuhr enthielt 60,5% Fruktose und 39,5%

Glukose aus dem Trockengewicht.
Durchlässigkeitsfaktor:
ίο K = 2,2 · 10'°m-²
Kritische Geschwindigkeit:

v_L = 0,5 m/h

Die Kolonne wurde mit dem Harz bis auf die Höhe von 350 cm gefüllt, und das Harz wurde gründlich rückgespült, um Homogenität der Harzpartikelgröße durch die Kolonne sicherzustellen. Die durchschnittliche Harzpartikelgröße von 0,38 mm wurde nach Bewertung eines Bereiches von durchschnittlichen Harzpartikelgroßen gewählt. Die gewählte Harzpartikelgröße ergab einen minimalen Strömungswiderstand bei der Zufuhrlösung.

Sowohl die Zufuhrlösung als auch der Eluierstoff (Wasser) wurden dem oberen Teil der Kolonne unter Verwendung des in der US-PS 38 14 253 offenbarten Flüssigkeitssteuerapparats dadurch zugeführt, daß ein feiner Strahl über eine Flüssigkeit durchlassende Scheibeneinheit auf das Harzbett gespritzt wurde. Einheitliche Strömung wurde durch die gesamte

» Kolonne verwirklicht und während des gesamten Prozesses beibehalten. Die Fraktionen wurden aus dem Boden der Kolonne entfernt ohne die einheitliche Strömung zu stören.

Die Kolonne wurde mit Wasser eluiert und die

*■'> Zucker wie folgt getrennt:

Fraktion	Trockenstoff	Fruktose	Glukose
(10 Minuten)	g/100 ml	g/100 ml	g/100 ml
1	0,5		0,5
2	2,7	-	2,7
3	7,2	-	7,2
4	11,5	-	11,5
5	13,4	-	13,4
6	13,7	0,1	13,6
7	11,0	0,3	10,7
8	7,5	3,0	4,5
9	10,8	8,7	2,1
10	15,6	14,7	0,9
11	18,6	18,3	0,3
12	19,3	19,3	-
13	18,0	18,0	-
14	12,9	12,9	-
15	7,0	7,0	-
16	2,5	2,5	-

Im Vergleich zu einem Laborversuch, in dem eine Kolonne mit 9,5 cm Durchmesser verwendet wird, welcher in der US-PS 30 44 904 beschrieben ist, sind die Ausbeuten ebensogut oder besser und der Maßstab viel größer.

B e i s ρ i e 1 2

Einzelne Polyole wurden aus einer Wasserlösung getrennt, die eine Mischung von Polyolen enthielt, unter Anwendung der in dem Beispiel 1 beschriebenen

ίο

Apparatur. Die angewandten Verhältnisse waren die folgenden:

Kolonne:

wie in dem Beispiel 1

Durchlässigkeitsfaktor:
K = 2,6 · 10'⁰Hi-³

Kritische Geschwindigkeit:
v_c =0,3 m/h

sulfonierter Polystyrol-Kationenaustauscher mit 3,5% Divinylbenzol; durchschnittliche Partikelgröße 0,27 mm; Sr⁺+-Form; von den Harzpartikeln waren 95% innerhalb +25% der durchschnittlichen Partikelgröße.

Lineare Zufuhrgeschwindigkeit:
0,50 m/h

Zufuhrtemperatur:
+ 55⁰C

Zufuhr:

420 kg Trockenstoff als 28%ige Wasserlösung, Zusammensetzung: Arabinitol 4,5%, Xylitol 77,9%, Manitol 3,7%, Galactitol 3,6%, Sorbitol 8,1%, andere 2,2%.

20 Die Kolonne wurde mit dem Harz bis auf die Höhe von 350 cm gefüllt und das Harz wurde gründlich rückgespült, um Homogenität der Harzpartikelgröße durch die Kolonne sicherzustellen.

Die durchschnittliche Harzpartikelgröße von 0,27 mm wurde nach Bewertung eines Bereiches von durchschnittlichen Harzpartikelgrößen gewählt. Es wurde bestimmt, daß das Harz der gewählten Partikelgröße einen minimalen Strömungswiderstand bei der Zufuhrlösung ergab.

Sowohl die Zufuhrlösung als auch der Eluierstoff (Wasser) wurden dem oberen Teil der Kolonne unter Verwendung des in der US-PS 38 14 253 offenbarten Flüssigkeitssteuerapparats dadurch zugeführt, daß ein feiner Strahl über eine Flüssigkeit durchlassende Scheibeneinheit auf das Harzbett gespritzt wurde. Einheitliche Strömung wurde durch die gesamte Kolonne verwirklicht und während des gesamten Prozesses beibehalten. Die Fraktionen wurden aus dem Boden der Kolonne entfernt ohne die einheitliche Strömung zu stören.

Die Kolonne wurde mit Wasser eluiert und die Komponenten wie folgt getrennt:

Fraktion	Trockenstoff	Mannitol	Arabinitol	Galactitol	Andere	Xylitol	Sorbitol
(10 Min)	g/100 ml	g/100	g/100	g/100	g/100	g/100	g/100 ml
1	0,6	0,25	0,25	—	0,1	-	—
2	1,65	1,00	0,55	-	0,1	-	-
3	2,4	1,4	0,8	-	0,2	-	-
4	3,1	1,3	1,15	0,15	0,4	0,1	-
5	3,65	0,7	0,9	0,75	0,45	0,8	0,05
6	5,05	0,3	0,5	1,1	0,35	2,6	0,2
7	7,3	0,1	0,2	0,9	0,2	5,4	0,5
8	9,4	-	0,1	0,55	0,05	8,0	0,7
9	12,25	-	-	0,3	-	11,0	0,95
10	12,4	-	-	0,15	-	11,3	0,95
11	9,3	-	-	-	-	8,5	0,8
12	6,9	-	-	-	-	6,3	0,6
13	4,85	-	-	-	-	4,4	0,45
14	2,95	-	-	-	-	2,6	0,35
15	1,95	-	-	-	-	1,7	0,25
16	0,65	-	-	-	-	0,5	0,15

Diese mit einer großen Kolonne erhaltenen Ergebnisse sind ebenso gut wie oder als Ergebnisse, die mit kleinen Laborkolonnen von 22,5 cm Durchmesser erhalten werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Durchführung von chromatografischen Trennvorgängen in einer zylindrischen. ^r> zwischenbodenfreien Chromatografiekolonne, deren Durchmesser mehr als einen Meter und deren Höhe 2,5 bis 6 m beträgt, wobei man die Kolonne mit Ionenaustauscherpartikeln zur Bildung eines Bettes bepackt, anschließend eine Sättigung der Kolonne i<> mit Wasser vornimmt und eine Rückspülung der Harzteilchen durchführt und danach die chromatografisch zu trennende Flüssigkeit gleichmäßig über die Kolonne aufgibt und eine Elution mit Wasser zum Sammeln der aufeinanderfolgenden Fraktionen ι > aus dem Boden der Kolonne vornimmt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kolonne so mit den Ionenaustauscherpartikeln bepackt, daß das Bett einen Durchlässigkeitsfaktor K von 1 · 10¹⁰ bis 4 · 10^l0m-² besitzt und daß die Strömung der zu trennenden Flüssigkeit nach unten durch die Kolonne mit einer Strömungsgeschwindigkeit vom 0,5 bis 2fachen der kritischen Geschwindigkeit