DE2601459C3 - - Google Patents
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Description
im System erfolgt, wobei S\ und Si die Dichte (in
kg/m3) und μι und μ2 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 jrdie
Gravitationskonstante 931 m/sec2 ist
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lonenaustauscherpartikel mit a
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 durch- -to schnittlichen Partikelgröße des Harzes befinden.
45
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 mit lonenaustauscherpartikeln 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 so
lönenäüstäüschharzen 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 zlB.in »Introduction To Modern Chromatography«
herausgegeben von John WiIy, Lohdon, 1974, Verfasser
Snyder und Kirldand behandelt. Die m diesem Text zum
Ausdruck gebrachten Theorien gründen sichr 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 chromätografischen 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 2J5 m
nicht möglich, und zwar wegen schlechtefCrennergebnisse 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 Zwischenscheiber, 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 entwipkelt, 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: >Verin es Einbauten in der Kolonne
gibt, entstehen beträchtliche Probleme, wenn das Harz
zurückgespült wird oder wenn es notwendig, wird, die
lönenform des Harzes zu verändern.Rückspülung ist in
diesen Verfahren nach einer gewissen Zahl vonZyklen erforderlich, weil mechanische Verunreinigung sich aus
der Zufuhr oder aus dem Elüierstoff auf dem Harzbett
anhäufen, so daß die Leistungsfähigkeit der Kolonne allmählich abnimmt Wenn die iönenform des Harzes ln
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 2"
ist aus der FR-PS121 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 Ionenausschlußverfahren. 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 griöst, daß man die
Kolonne so mit den Ionenaust.iuscherpartikeln bepackt,
daßdasBetteinenDurchlässigkehsfabor/Cvonl - 10'° 5>
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
40
im System erfolgt, wobei Si und & 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
60 vorliegenden Erfindung benutzt werden, können jede
beliebigen Harze sein, die in diesem Fachgebiet normalerweise zum chrbmatografischen aüstäuschharzbetten
benutzt werden. Zu bevorzugten Harzen zählen die Alkalimetall- und Erdalkalimetallsalze von einem
PolystyroLsulfonat-Kationenaustauschharz vernetzt mit DivinylbenzoL. Diese Fiarze werdeniiri allgemeinen vom
Hersteller in gewissen Graden und Partikelgrößen geliefert Es ist gefunden worden, daß, wenn in der
Pärtikelgröße der Harzpartikel im Bett große Variation
vorkommt, eine sachdienliche gleichmäßige Strömung der Flüssigkeit schwer zu erreichen seih 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 Κσώηηεη du 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 V/ahl 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 Obereinstimmung mit dem Veisteilungsfaktor
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 viskoser» 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 chromatogr?fischen Trennung beruht die
Spaltung zwischen den zu trennenden Komponenten auf der linearen Geschwindigkeit der Strömung durch
die Kolonne und nimmt im allgemeinen aiit 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
Produktionsgesehwihdigkeit zu erhalten. Andererseits
muß die Strömungsgeschwindigkeit niedrig genug sein, um eine mäßige Spaltung pder 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 empsisch für jedes
System ermittelt werden. Der Durchlässigkeitsfaktor kann mittels dOr nachstehenden Gleichung bestimmt
werden:
(D
= Viskosität (Ns/m2)
= Durchlässigkeitsfaktor des Bettes (m~2)
= Gravitatiohskonstante 9,81 m/s2
In der Betrachtung einer Flüssigkeit von einer Viskosität μ2 und einer Dichte S2, die eine Flüssigkeit
einer Viskosität μι und einer Dichte Si 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:
S= S0 +ac
a = μο+ßc
ivL
in welchen
λ und β empirische Konstanten, rdie Konzentration der
Lösung als Gewichtsprozent, SB 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:
(5)
Ap =
L =
μ =
κ =
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)
(2)
35
40
Die Formel (1) ist eine Modifikation des sogenannten Darc/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 Viskotitätsunterschieden 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 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:
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 - 10I0bis4 · 10'°m-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 α und β folgende Werte haben:
«=4(kg/nv»)
0=1,3 · 10-5 (Ns/m2)
Somit kann die kritische Geschwindigkeit für die in den Beispielen f und 2 unten beschriebenen Trennungen
berechnet werden als:
VcI
VcI
= 0,5 m/h
= 03 m/h
= 03 m/h
kritische Geschwindigkeit (m/s) Dichte (kg/i ,l·1)
Die Druckabnahme in der Kolonne, Δ P/L, betrug
2000 N/m2 pro Meter Harztiefe im Bett.
Die oben beschriebene kritische Geschwindigkeit und
der Durchlässigkeitsfaktor beziehen sich auf stabilisierte chromatografische Systei.ie. 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 irreicht hat.
Die Zufuhrabstände werden möglichst kurz gewählt, aber doch so, daß fraktionierte Komponenten einander
26 Ol 459
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'. 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
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 sulfonierten! Polystyrol mit 3,5% DivinylbenzoL durchschnittliche
Partikelgröße 0,38 mm, Ca++-Form; von den
Harzpartikeln waren 95% innerhalb ±25% der durchschnittlichen Partikelgröße.
Lineare Zufuhrgeschwindigkeit:
0,42 m/h
Zufuhrtemperatur:
Zufuhrtemperatur:
+ 550C
"> Zufuhr:
"> Zufuhr:
750 kg Trockenstoff als 37,5%ige Wasserlösung.
Die Zufuhr enthielt 60,5% Fruktose und 39,5%
Glukose aus dem Trockengewicht.
Durchlässigkeitsfaktor:
Durchlässigkeitsfaktor:
Kritische Geschwindigkeit:
Die Kolonne wurde mit dem Harz bis auf die Höhe
i"> 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 Harznartikel-
-") größen 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
r> Verwendung des in der US-PS 38 14 253 offenbarten
Flüssigkeitssteuerapparats dadurch zugeführt, daß ein feiner Strahl über eine Flüssigkeit durchlassende
ScheibeneiTheit auf das Harzbett gespritzt wurde. Einheitliche Strömung wurde durch die gesamte
i» 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
r> 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 | ','1J |
10 | 15,6 | 14,7 | 0,9 | |
11 | 18,6 | 18,3 | 0,3 | Iv . |
12 | 19,3 | 19,3 | - | |
13 | 18,0 | 18,0 | — | |
14 | 12,9 | 12,9 | - | Ψ\ |
15 | 7,0 | 7,0 | - | ?-■! |
16 | 2,5 | 24 | - |
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
größen
Einzelne Polyole wurden aus einer Wasserlösung getrennt, die eine Mischung von Polyolen enthielt, unter
Anwendung der in dem Beispiel 1 beschriebenen
26 Ol
ίο
Apparatur. Die angewandten Verhältnisse waren die folgenden:
Kolonne:
wie in dem Beispiel I ">
Durchlässigkeitsfaktor:
K = 2,6 · 1010IIi-
K = 2,6 · 1010IIi-
K /-tische Geschwindigkeit:
V1 = 0,3 m/h
V1 = 0,3 m/h
Harz: m
sulfonierter Polystyrol-Kationemustauscher mit 3,5% Divinylben/ol; durchschnittliche Partikelgröße
0,27 mm; Sr++-Form; von den Harzpartikeln
waren 95% innerhalb ±25% der durchschnittlichen Partikelgröße. ι -.
Lineare Zufuhrgeschwindigkeit:
0.50 m/h
0.50 m/h
Zufuhrtemperatur:
+ 55"C
+ 55"C
Zufuhr: :i>
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%.
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 |
I | 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 | - |
S | 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 (1)
1. Verfahren zur Durchführung von chromatografischen Trennvorgängen in einer zylindrischen, *>
zwischenbodenfreieii Chromatografiekolonne, deren Durchmesser mehr als einen Meter und deren
Höhe 2ß bis 6 m beträgt, wobei man die Kolonne mit
lonenaustauscherpartikeln 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 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 - 10I0bis
4 - 1010 m~2 besitzt und daß die Strömung der zu ^0
trennenden Flüssigkeit nach unten durch die Kolonne mit einer Strömungsgeschwindigkeit vom
0,5 bis 2fachen der kritischen Geschwindigkeit
Family
ID=
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