DE4402081C2 - Chromatographische Trennsäule und zugehöriges Trennverfahren - Google Patents
Chromatographische Trennsäule und zugehöriges TrennverfahrenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine chromatographische
Trennsäule nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie
sie beispielsweise aus der EP 0 005 708 A1 bekannt ist. Die
als Innenaufbauten vorgesehenen Trennwände dienen dazu, den
Wirkungsgrad der Trennsäule und das Trennergebnis zu
verbessern. Derartige Innenaufbauten sind besonders geeignet
für den Einsatz in großen Trennsäulen, in welchen der
Durchmesser etwa 1,5 m übersteigt und die Höhe des
Füllmaterials in der Trennsäule mehrere Meter überschreitet.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein chromatographisches
Trennverfahren unter Verwendung einer derartigen Trennsäule.
Werden chromatographische Trennverfahren in industriellem
Maßstab in großen Trennsäulen eingesetzt, so treten
verschiedene Schwierigkeiten auf. Wird die Trennsäule mit
einer Aufschlämmung von Füllmaterial gefüllt, und konnte sich
das Füllmaterial absetzen, so ist die Füllung ausgeglichen,
und ihre Oberfläche nimmt eine bestimmte Höhe ein. Wird
daraufhin ein Elutionsmittel durch das Füllmaterial
befördert, so sinkt die Oberfläche des Füllmaterials am
Anfang stark über einige Stunden ab, und dann sinkt während
der Verarbeitung des zu trennenden Materials die Oberfläche
des Füllmaterials über einige wenige Tage weiter ab. Die
Druckdifferenz über der Höhe des Füllbettes nimmt zu Beginn
des Verfahrens stark zu, und daraufhin verlangsamt sich der
Anstieg. Wird das Verfahren über mehrere Tage auf solche
Weise durchgeführt, daß Wasser und zu trennendes Material
abwechselnd durch das Füllmaterial befördert werden, so nimmt
die Trockensubstanzkonzentration der Produktfraktionen ab,
und ihre Reinheit verringert sich; gleichzeitig nimmt die
Trennkapazität der Trennsäule ab. Da das Trennergebnis und
die Trennsäulenkapazität nicht mehr ausreichend sind, muß die
Verarbeitung unterbrochen werden, und eine erneute Packung
des Füllmaterials durchgeführt werden. Das Füllmaterial wird
rückgespült, wobei Leitungswasser durch das Material vom
Boden nach oben unter hoher Geschwindigkeit hindurchbefördert
wird. Dann wird das Füllmaterialbett ausgedehnt und
fluidisiert. Daraufhin läßt man das Füllmaterial sich
absetzen, und daraufhin kann der Trennvorgang erneut begonnen
werden.
Die Verdichtung des Füllmaterials während des Trennvorgangs
ist schädlich, da sie dazu führt, daß die Trennkapazität
verringert wird. Die ungleichmäßige Verdichtung des
Füllmaterials ist in der Hinsicht schädlich, daß eine
Kanalisierung des Flüssigkeitsflusses hervorgerufen wird. In
diesem Fall bleibt das Konzentrationsprofil des
abzutrennenden Materials im Querschnitt der Trennsäule, mit
anderen Worten die Fronten, nicht gleichförmig, und das
Trennergebnis wird beeinträchtigt. Dies zeigt sich in der
Tatsache, daß die Extraktionsdiagramme für die
unterschiedlichen Komponenten, die im Idealfall relativ
steile Gaußkurven sind, verflacht werden und vollständig
unregelmäßig werden können.
Die voranstehenden Schwierigkeiten erhöhen sich, wenn der
Trennsäulendurchmesser und die Betthöhe ansteigen. Die
schädliche Wirkung der Durchmessererhöhung zeigt sich selbst
bei verhältnismäßig kleinen Trennsäulen; beispielsweise ist
in einer chromatographischen Trennsäule mit einem Durchmesser
von etwa 25 cm die Verdichtung wesentlich langsamer als in
einer Trennsäule mit einem Durchmesser von 1 m. Dieselbe
Wirkung hält an, wenn der Durchmesser der Trennsäule weiter
erhöht wird, und die Differenz zeigt sich deutlich bei der
Trennung von Saccharose und Betain aus Rübensaft (Molasse) in
Trennsäulen mit einem Durchmesser von 3,6 m beziehungsweise
2,76 m.
Es sind verschiedene Konstruktionen bekannt, die innerhalb
von Trennsäulen vorgesehen werden können, mit denen Versuche
unternommen wurden, die voranstehenden Schwierigkeiten
abzumildern.
Wird die Trennsäule mit Platten ausgerüstet, welche für den
Flüssigkeitsfluß durchlässig sind, jedoch das Füllmaterial
tragen, so kann das Füllmaterial in mehrere überlagerte
Schichten unterteilt werden, wodurch die Druckdifferenz über
die Gesamthöhe des Füllmaterials verringert wird.
Beispielsweise beschreibt die GB-PS 12 03 439
eine derartige Konstruktion zur Verwendung in einer
Gelfiltrationssäule, wobei das Füllbett durch
flüssigkeitspermeable Platten in mehrere gegenseitig
getrennte überlagerte Abschnitt unterteilt wird. Allerdings
wird in diesem Fall das Trennergebnis beeinträchtigt, und die
Füllung der Trennsäule mit Füllmaterial, das Rückspülen des
Füllmaterials, und das Entfernen verbrauchten Füllmaterials
werden wesentlich beeinträchtigt. Eine Lösung derselben Art
ist in der US-PS 35 39 505 beschrieben; Diese
Lösung soll angeblich eine Verbesserung des Trennergebnisses
ermöglichen. Wie in dieser Veröffentlichung beschrieben ist,
ist das Füllbett in der Längsrichtung der Trennsäule in
Trennzonen unterteilt, zwischen denen verhältnismäßig flache
Mischzonen vorgesehen sind, die durch Platten ausgebildet
werden, die für den Flüssigkeitsfluß durchlässig sind und
kein Füllmaterial enthalten. In den Mischzonen wird der
Flüssigkeit eine Bewegung aufgezwungen, die von der
Axialrichtung der Trennsäule abweicht. Verläßt die
Flüssigkeit eine derartige Mischzone, so ist ihre Front
tatsächlich gleichförmig. Allerdings korrigiert die Mischzone
nicht die Ungleichförmigkeit und das Ausflachen der Front,
welche in dem Bereich der vorherigen Trennzone entstanden
sind. Daher stellt auch diese Konstruktion kein ausreichend
gutes Trennergebnis zur Verfügung, und weist weiterhin den
Nachteil auf, daß die Füllung der Trennsäule, deren Leerung
und eine Neupackung des Füllmaterials schwierig sind.
Weiterhin wurden Versuche unternommen, die Nachteile großer
Trennsäulen mit Hilfe verschiedener Wände auszuschalten, die
in der Trennsäule angeordnet sind und in Richtung der
Vertikalachse der Trennsäule verlaufen. Diese Wände
unterteilen die Trennsäule in mehrere parallele Abschnitte
mit kleinerem Querschnitt, wobei sich die Abschnitte
kontinuierlich durch das Füllbett oder durch beinahe das
gesamte Bett erstrecken. Derartige Konstruktionen sind in der
eingangs erwähnten EP 0 005 708 A1 beschrieben, wobei die
Trennsäule durch mehrere konzentrische Zylinderwände in
Abschnitte unterteilt werden kann, der zentrale Abschnitt
kreisförmig ist, und die ihn umgebenden Abschnitte im
Querschnitt ringförmig sind. Bei einer anderen, in dieser
Veröffentlichung beschriebenen Konstruktion ist die
Trennsäule durch vertikale Wände unterteilt, die miteinander
einen rechten Winkel bilden, und zwar in Abschnitte, die
einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Diese
Konstruktionen sind so ausgelegt, daß die oberen Enden der
Wände unterhalb der oberen Oberfläche des Füllmaterials
bleiben, und dies führt dazu, daß die obere Oberfläche des
Füllmaterials im wesentlichen gleichförmig und ausgeglichen
verläuft. In der Veröffentlichung wird behauptet, daß
Konstruktionen dieser Art die Verdichtung des
Trennsäulenfüllmaterials verringern. Allerdings gibt es
Schwierigkeiten bezüglich der Durchlaßrate der Front. Infolge
der unterschiedlichen Geometrien der unterschiedlichen
Abschnitte kann eine unterschiedliche Verdichtung der
Abschnitte auftreten, und daher ist das kombinierte Produkt,
welches von den unterschiedlichen Abschnitten entfernt wird,
unzulänglich.
Weiterhin beschreibt die US 5 124 133 A
Trennsäulen, in welchen Konstruktionen vorgesehen sind, die
durch Platten gebildet werden, die sich vertikal
kontinuierlich durch das Füllbett erstrecken. Von diesen
Konstruktionen wird behauptet, daß sie eine Vergleichmäßigung
des Flusses dadurch bewirken, daß sie einen Fluß in
Querrichtung verhindern, so daß ein gleichförmiges Flußprofil
erzeugt wird. Die Platten können die Trennsäule in
unterschiedliche Abschnitte unterteilen, so daß ein
zylindrischer Abschnitt im Zentrum der Trennsäule zur
Verfügung gestellt wird, und der Raum zwischen dem Zylinder
und der Wand der Trennsäule weiterhin in Abschnitte
unterteilt ist, mittels radial ausgerichteter Platten. Auch
in diesem Fall können allerdings die Durchlaßraten der Front
in unterschiedlichen Abschnitten unterschiedlich sein, und
daher kann sich ein schlechtes Trennergebnis ergeben.
Weiterhin beschreibt diese Veröffentlichung eine
Konstruktion, bei welcher zwei Reihen vertikaler Platten, die
sich durch die gesamte Höhe des Füllbettes erstrecken, in der
Trennsäule angeordnet sind. Eine dieser Reihen ist radial und
äquidistant an einem vertikalen Pfosten befestigt, der im
Zentrum der Trennsäule vorgesehen ist, und die Platten der
anderen Reihe sind an der Wand der Trennsäule befestigt und
erstrecken sich in Radialrichtung der Trennsäule zwischen den
Platten der ersten Reihe nach innen. Die Breite der Platten
in jeder Reihe ist etwas größer als die halbe Entfernung
zwischen den vertikalen Pfosten und der Trennsäulenwand. Da
diese Konstruktion relativ lange, ungehalterte Plattenkanten
innerhalb des Füllmaterials aufweist, und das Füllmaterial
sehr große lokale Druckunterschiede zeigen kann, müssen
derartige Konstruktionen verhältnismäßig schwer sein, damit
die Platten gerade bleiben. Die Anordnung einer derartigen
Konstruktion in einer großen Trennsäule ist aus diesem Grunde
schwierig.
Die US-PS 3 298 527 beschreibt eine
chromatographische Trennsäule, die mit mehreren Rippenteilen
versehen ist, die auf der Innenwand der Trennsäule angebracht
sind und sich durch diese nach innen und in Längsrichtung
erstrecken. Diese Trennsäule kann ebenfalls aus identischen
Segmenten bestehen, deren Enden aneinander anstoßen, wobei
jedes Segment derartige Rippenteile aufweist und in Bezug auf
die Segmente neben ihm gedreht ist, so daß die Rippen in zwei
benachbarten Segmenten nicht bezüglich des Winkels
ausgerichtet sind. Würde eine derartige Trennsäule zum
Einsatz in industriellen Trennverfahren heraufskaliert, so
würden dieselben Schwierigkeiten auftreten, wie sie
voranstehend im Zusammenhang mit der Konstruktion nach
der US 5 124 133 A beschrieben wurden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kapazität und
das Trennergebnis großer Trennsäulen wesentlich zu
verbessern. Die Aufgabe wird durch eine Trennsäule mit den
Merkmalen des Patenanspruchs 1 gelöst. Daher ist bei der
erfindungsgemäßen Trennsäule ein Innenaufbau angeordnet, der
sich von vorbekannten Aufbauten unterscheidet. Dieser
Innenaufbau ist leicht, selbsttragend und einfach in der
Trennsäule zu installieren. Hierbei ist die Trennsäule so
ausgebildet, daß ihr Füllmaterialraum in der Vertikalrichtung
zumindest zwei Zonen übereinander und gegeneinander versetzt
aufweist, zwischen denen keine Einrichtung vorhanden ist, die
einen Vertikalfluß behindern könnte, wobei die Zonen durch
vertikal verlaufende Wände in getrennte Abschnitte unterteilt
sind, wobei die Abmessungen der Zonen so gewählt sind, daß
die oberen Enden der Trennwände unterhalb der Oberfläche des
Trennsäulenfüllmaterials unter Betriebsbedingungen der
Trennsäule bleiben.
Die Wände bilden in jeder Zone eine Zellenstruktur. Es ist
wesentlich, daß die Wände in der Struktur keine Winkel
miteinander bilden, die wesentlich kleiner als 90° sind, und
auch nicht mit der Trennsäulenwand, da in derartigen Ecken
die Verdichtung des Füllmaterials und der Flüssigkeitsfluß
von der Verdichtung und dem Flüssigkeitsfluß verschieden sein
könnten, die in den anderen Bereichen des Abschnitts
vorherrschen, und daher das Trennergebnis beeinträchtigt
werden könnte.
Vorzugsweise bilden die Wände in jeder Zone eine
Zellenstruktur, bei welcher die Wände ineinander in einem
Winkel von 120° übergehen, und mit der Trennsäulenwand in der
Radialrichtung der Trennsäule. Bei einem derartigen,
bevorzugten Aufbau weist jede Zone daher zumindest einen
Abschnitt auf, der einen Querschnitt eines im wesentlichen
gleichseitigen Sechsecks aufweist. In diesem Fall sind die
Zellenstrukturen zweier überlagerter Zonen so angeordnet, daß
die geraden Linien, an welchen die Wände einer bestimmten
Zone ineinander übergehen, in der Mitte der Abschnitte der
folgenden Zone liegen.
Die erfindungsgemäße Struktur ist besonders geeignet zum
Einsatz in Trennsäulen, die einen Durchmesser von 1 bis 5 m
aufweisen, vorzugsweise von 2 bis 4 m. Die vereinigte Höhe
der Zonen beträgt vorzugsweise etwa 70 bis 90% der Höhe des
Füllbettes in der Trennsäule, und jede Zone kann eine Höhe
von 0,5 bis 3 m aufweisen, vorzugsweise von 1 bis 2 m.
Geeignete Durchmesser für die Abschnitte hängen
selbstverständlich vom Durchmesser der Trennsäule ab, und
betragen vorzugsweise etwa 0,25 bis etwa 1,5 m, besonders
bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 1 m.
Aufeinanderfolgende Zonen können einander berühren, oder es
können dazwischen Räume ohne Wandstrukturen vorgesehen sein.
Allerdings muß ein derartiger Raum ohne Wandstrukturen
verhältnismäßig niedrig sein, bezogen auf die Höhe der Zone,
und darf höchstens etwa 10% der Höhe der Zone ausmachen.
Aufgrund des voranstehend beschriebenen Innenaufbaus wird das
Füllmaterial (stationäre Phase) nicht gleichförmig
verdichtet, und die Packung der Trennsäule bleibt im
wesentlichen gleichförmig an unterschiedlichen Punkten der
Trennsäule. Der Innenaufbau hält das Füllmaterial homogen
über einen längeren Zeitraum nach dem Rückspülen, und die
Verdichtung ist nicht so stark wie ohne diesen Innenaufbau.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
chromatographischen Trennung gemäß Patentanspruch 13. Dieses
Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die zu trennende
Flüssigkeit abwechselnd mit dem Elutionsmittel gleichmäßig
auf die Oberfläche des Füllmaterials einer erfindungsgemäßen
Trennsäule aufgebracht wird, und Saccharose und Betain aus
Rübensaft abgetrennt werden.
Die Trennsäule und das Verfahren gemäß der Erfindung wurden
erfolgreich bei der Trennung von Saccharose und Betain aus
Rübensaft oder Rübensirup (Molasse) in einer Trennsäule mit
einem Durchmesser von 3,6 m eingesetzt, wobei eine Betthöhe
von 6 m für das Trennharz verwendet wurde. Wenn in der
Trennsäule ein Innenaufbau gemäß der Erfindung angebracht
wurde, verbesserte sich das Trennergebnis deutlich,
verglichen mit dem Ergebnis, das man mit derselben Trennsäule
ohne die Innenaufbauten enthielt. In diesem Zusammenhang
wurde die Kapazität der Trennsäule mit der Kapazität einer
kleineren Trennsäule (Durchmesser 2,76 m) ohne Innenaufbauten
verglichen. Ohne die Innenaufbauten war das Betriebsergebnis
der großen Trennsäule schlechter als jenes der kleinen
Trennsäule. Die Innenaufbauten ermöglichten es der größeren
Trennsäule, im wesentlichen bei derselben Zufuhrkapazität zu
arbeiten wie die kleinere Trennsäule. Die Zufuhrkapazität in
diesem Zusammenhang bedeutet die Zufuhrmenge an
Trockensubstanz in einer Zeiteinheit pro Volumeneinheit von
Füllmaterial (kgds/(hm3)).
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Achse einer
Trennsäule;
Fig. 2 Querschnitte der Trennsäule von Fig. 1 in Ebenen
A-A, A'-A' und A"-A";
Fig. 3 Querschnitte der Trennsäule von Fig. 1 in Ebenen
B-B und B'-B';
Fig. 4 einen Querschnitt einer denkbaren,
unterschiedlichen Zellenstruktur;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Achse einer
andersartigen Trennsäule;
Fig. 6 einen Querschnitt der Trennsäule von Fig. 5 in der
Ebene C-C;
Fig. 7 Querschnitte der Trennsäule von Fig. 5 in Ebenen
D-D und D'-D'; und
Fig. 8 einen Querschnitt der Trennsäule von Fig. 5 in
einer Ebene E-E.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der
Erfindung umfaßt der Füllmaterialraum 2 in der Trennsäule 1
fünf Zonen 3, 3'. Die erste, dritte und fünfte Zone und die
zweite und vierte Zone weisen aufeinanderfolgend jeweils
gleiche Geometrien auf. Bei dieser Ausführungsform weisen die
Zonen 3, 3' eine gleiche Höhe auf, und dazwischen ist ein
Raum 8 vorgesehen, der keine Wände 4 aufweist und eine Höhe
von etwa 5% der Höhe der Zone. Die Zellenstrukturen zweier
überlagerter Zonen 3, 3' die so angeordnet, daß die geraden
Linien 6, an welchen die Wände 4 einer bestimmten Zone
zusammenlaufen, in der Mitte 7 des Abschnitts 5 der nächsten
Zone liegen.
Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform der Erfindung
unterscheidet sich von jener in Fig. 1 in Bezug auf die
Querschnitte unterschiedlicher Zonen, und zusätzlich darin,
daß sie vier Zonen 3, 3' und 3" aufweist. Die erste und
dritte Zone vom Boden aus weisen die gleiche Geometrie auf,
und die zweite und vierte Zone unterscheiden sich in ihrer
Geometrie, sowohl untereinander als auch von jener der ersten
und dritten Zone. Die in den Fig. 5 bis 8 gezeigten
Innenaufbauten sind beispielsweise geeignet für Trennsäulen
mit einem Durchmesser von etwa 3,9 m.
Die in den unterschiedlichen Zonen vorhandenen Wände sind
fest aneinander und an der Trennsäulenwand befestigt,
beispielsweise durch Schweißen. Die Wände können
beispielsweise aus Metallblech von 2 mm bestehen. Zur
Vermeidung möglicher übermäßiger mechanischer Spannungen
können Anordnungen in den Wandplatten eingesetzt werden, die
den Blechen Nachgiebigkeit verleihen, beispielsweise
faltenbalgartige Anordnungen.
Oberhalb und unterhalb des Füllmaterialraums weist die
Trennsäule bekannte Anordnungen auf, die zur Durchführung des
Trennvorgangs erforderlich sind. Derartige Anordnungen wurden
beispielsweise in der britischen Patentschrift Nr. 1 403 382
und in dem U.S.-Patent Nr. 4 604 199 beschrieben.
Die Erfindung und die hiermit erzielbaren Vorteile werden
nachstehend im einzelnen anhand von Beispielen erläutert,
welche die Erfindung nicht einschränken sollen. Die Beispiele
A und C sind Bezugsbeispiele, und die bei diesen Beispielen
eingesetzten Trennsäulen enthielten nicht die Innenaufbauten
gemäß der Erfindung.
In sämtlichen Beispielen wurden Saccharose und Betain von
Rübensirup getrennt. Um Zahlen zu nennen wurde 88,0% der
Trockensubstanz als die Reinheit für die Saccharosefraktion
gewählt, 22,0% als Saccharosegehalt der übrigbleibenden
Fraktion, und für die Betainfraktion wurde eine Reinheit von
45,0% gewählt.
Fig. 9 zeigt die in den Beispielen für Saccharose erhaltenen
Eluierungsdiagramme.
Die bei den Beispielen erhaltenen Trennergebnisse wurden auch
durch Ermittlung der nachstehenden rechnerischen Größen
bewertet: Anzahl theoretischer Platten, und Höhe einer
theoretischen Transfereinheit. Diese Größen wurden durch die
nachstehend angegebene, bekannte mathematische Formel
bestimmt:
N = 16(V/W)2
und
HETP = L/N
wobei:
N = Anzahl theoretischer Platten
V = Eluierungsvolumen (Liter) eines Peaks im Trenndiagramm
W = Fußbreite des Peaks (Liter)
HETP = Höhe theoretischer Transfereinheit (mm)
L = Höhe des Harzbettes
V = Eluierungsvolumen (Liter) eines Peaks im Trenndiagramm
W = Fußbreite des Peaks (Liter)
HETP = Höhe theoretischer Transfereinheit (mm)
L = Höhe des Harzbettes
Analysen der in den Beispielen verwendeten, zugeführten
Lösungen sind in Tabelle 1 gezeigt.
Das verwendete Füllmaterial war ein stark saures
Kationenaustauschharz mit der folgenden Harzzusammensetzung:
Fabrikat | Duolite |
Kapazität | 1,58 äquival./1 |
Wasserrückhaltekapazität | 0,95 g H2O/g |
Mittlere Kügelchengröße | 0,47 mm |
Divenylbenzol-Kreuzvernetzungsgrad | 6,5% |
Die Testbedingungen waren wie folgt:
Betthöhe | 6,0 m |
Volumenfluß | 9,0 m3/h |
Temperatur | 80°C |
Zugeführtes Volumen | 4650 l |
Zugeführter Trockensubstanzgehalt | 36,9-37,8 Gewichtsprozent |
Zufuhrintervall | 160 Minuten |
Während des Trennvorgangs wurde eine bestimmte Menge
(zugeführtes Volumen) einer zugeführten Lösung über der
Oberfläche des Trennharzes in vorgegebenen Intervallen
zugeführt (Zufuhrintervallen); während der Intervalle
zwischen den Zuführungsvorgängen wurde Wasser als
Elutionsmittel durch die Trennsäule geleitet.
Vor dem Beginn des Tests 1 erfolgte ein Rückspülen des
Trennharzes in der Trennsäule, worauf sich dieses verdichten
konnte. Die Zufuhrvorrichtung wurde auf die Oberfläche des
Trennharzes eingestellt, und es wurde mit dem Durchlauf
begonnen. Nachdem die Bearbeitung entsprechend dem Verfahren
einen Tag lang durchgeführt wurde, wurde die
Zufuhrvorrichtung so exakt wie möglich auf die Harzoberfläche
nachjustiert. Man ließ den Vorgang sich stabilisieren, und es
wurde eine erste Reihe von Proben der Trennung gesammelt, und
die Eluierungsdiagramme wurden gezeichnet.
Die Bearbeitung entsprechend dem in Test 1 begonnen Verfahren
wurde unter denselben Parametern eine Woche lang
weitergeführt, worauf eine weitere Reihe von Proben genommen
wurde, und die Eluierungsdiagramme gezeichnet wurden. Im Test
2 wurde die gewünschte Reinheit von 45% für die
Betainfraktion nicht erzielt, jedoch blieb die Reinheit auf
dem Wert von 43,0%.
Beim Vergleich der Saccharose-Eluierungsdiagramme des Tests 1
und des Tests 2 in Fig. 9 sieht man, daß die Hinterflanke
des Peaks abgeflacht wurde, und sich der Fuß des Peaks
verbreitert hat.
Im Test 2 betrug die Anzahl erhaltener theoretischer Platten
N = 61, und HETP betrug 98 mm.
Trennsäulendurchmesser 3,6 m, Innenaufbau gemäß der
Erfindung.
Nach dem im Beispiel A ausgeführten Test wurde das Trennharz
aus der Trennsäule entfernt. Der Deckel der Trennsäule wurde
entfernt, und Zellenaufbauten (Zellenstrukturen) gemäß Fig.
1, 2 und 3 wurden in der Trennsäule angebracht, beginnend am
Boden. Jede zweite Trennsäulenstruktur war gleich. Die Wände
der Zellenstrukturen bestanden aus Stahlblech von 2 mm, und
sie wurden auf solche Weise an die Trennsäulenwand
angeschweißt, daß die Wände der Zellenstrukturen nicht
ausgerichtet waren, sondern versetzt. Die Höhe der Wände in
der Zellenstruktur betrug 1 m. Die unterste Zellenstruktur
wurde in einer Höhe von 0,5 m von der Bodenoberfläche des
Füllharzbettes angebracht, und der Abstand zwischen den
Zellenstrukturen betrug 50 mm.
Das Trennharz wurde zurück in die Trennsäule gepumpt und
rückgespült. Eine Bearbeitung mit denselben Parametern wie in
den Tests 1 und 2 wurde in der Trennsäule begonnen. Das
Zufuhrintervall betrug 150 Minuten. Eine Reihe von Proben
wurde nach einer Woche nach Beginn entnommen. Auf der
Grundlage der Ergebnisse der Tests 2 und 3 wurde deutlich,
daß das Trennergebnis verbessert wurde, welches unter
Verwendung der Innenaufbauten erzielt wurde (vergleiche die
Eluierungsdiagramme in Fig. 9). Die Zusammensetzung der
zugeführten Lösungen in den Tests 2 und 3 war praktisch
gleich.
Im Test 4 betrug das zugeführte Volumen 4,8 m3. Die übrigen
Verfahrensparameter waren dieselben wie im Test 3. Vor der
Probenabnahme ließ man den Vorgang zwei Wochen lang sich
stabilisieren.
Die zugeführte Konzentration betrug 36,7 Gewichtsprozent. Die
Ausbeuten an Saccharose und Betain waren niedriger, und der
Kreislaufprozentsatz war höher als im Test 3.
Test 4 sorgte für eine deutliche Verbesserung der
Konzentration der Saccharosefraktion, welche sich von dem
Wert von 20,2 g/100 ml im Test 3 auf den Wert von
24,6 g/100 ml erhöhte. Ein Vergleich der Form des Saccharose-
Peaks im Test 4 mit der Form des Saccharose-Peaks im Test 2
(vgl. Fig. 9) macht deutlich, daß der Peak höher ist und
einen schmaleren Fuß aufweist, wenn die Trennsäule einen
Innenaufbau aufweist.
Die Anzahl theoretischer Platten, die im Test 4 erhalten
wurde betrug N = 93, und HETP betrug 65 mm, woraus ebenfalls
deutlich wird, daß im Vergleich zum Test 2 die Trennung
verbessert war.
Das zugeführte Volumen betrug 4,65 m3, und das
Zufuhrintervall betrug 140 Minuten. Der Vorgang wurde ohne
Unterbrechung und ohne Rückspülen länger als einen Monat lang
durchgeführt, und daraufhin wurden Probenreihen entnommen.
Die Ausbeuten an Saccharose und Betain waren im Vergleich zum
Test 4 verbessert. Weiterhin erhöhte sich die Anzahl
theoretischer Platten von 93, dem im Test 4 erhaltenen Wert,
auf 117 beim vorliegenden Test.
Der Test ergab die besten Ergebnisse bei einer Trennsäule mit
einem Durchmesser von 3,6 m.
Die Harzzusammensetzung des Füllmaterials war wie folgt:
Fabrikat | Korela V09 |
Kapazität H+ | 1,39 äquiv./1 |
Wasserrückhaltekapazität (Na+) | 1,16 g H2O/g |
Mittlere Kügelchengröße (Na+) | 0,50 mm |
Divenylbenzol-Kreuzvernetzungsgrad | 5,5% |
Die Versuchsbedingungen waren wie folgt:
Betthöhe | 6,0 m |
Volumenfluß | 5,5 m3/h |
Temperatur | 80°C |
Zugeführtes Volumen | 3500 l |
Zugeführter Trockensubstanzgehalt | 37,0 Gewichtsprozent |
Zufuhrintervall | 130 Minuten |
Die Konzentration der Restfraktion betrug 7,4 g/100 ml mit
einer Saccharosereinheit von 22% Trockensubstanz.
Die Konzentration der Saccharosefraktion betrug 19,7 g/100 ml
mit einer Reinheit von 88,0%, und die Anzahl theoretischer
Platten betrug N = 113.
Die berechneten Vergleichsergebnisse der Tests 2, 5 und 6
sind in Tabelle 2 angegeben.
Die voranstehend angegebenen Ausbeuten für Saccharose und
Betain wurden auf der Grundlage der Trockensubstanz bestimmt,
welche von der Trennsäule entfernt wurde. Kreislaufanteile
sind in der Ausbeute nicht enthalten. Die Ausbeuten wurden
auf der Grundlage folgender Gleichung berechnet:
Die ausgeführten Tests zeigen, daß das Trennergebnis einer
großmaßstäblichen chromatographischen Trennsäule dadurch
verbessert werden kann, daß in der Trennsäule ein Innenaufbau
gemäß der Erfindung installiert wird. Infolge des
Innenaufbaus wurde die Trennkapazität der Trennsäule deutlich
verbessert. Durch den Innenaufbau wurde ermöglicht, daß eine
Trennsäule mit einem Durchmesser von 3,6 m bei einer
Zufuhrkapazität von 16,4 kg Trockensubstanz/(m3/h) arbeiten
konnte, also bei annähernd derselben Zufuhrkapazität wie eine
Trennsäule mit einem Durchmesser von 2,76 m, welche eine
Zufuhrkapazität von 16,6 kg Trockensubstanz/(m3(h) aufwies.
Claims (13)
1. Chromatographische Trennsäule mit vertikalen Trennwänden
im Füllmaterialraum, wobei die oberen Enden der
Trennwände unterhalb der Oberfläche des Füllmaterials
bleiben,
dadurch gekennzeichnet, daß
die vertikalen Trennwände (4) in mindestens zwei Zonen
(3, 3') übereinander angeordnet und gegeneinander
versetzt sind, wobei zwischen den Zonen keine
Einrichtung vorhanden ist, die einen Vertikalfluß
behindern könnte, und daß die Zonen durch die vertikal
verlaufenden Wände (4) in getrennte Abschnitte (5)
unterteilt sind.
2. Trennsäule nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Winkel, die durch die Wände (4) untereinander und
mit der Säulenwand (1) gebildet werden, größer oder
gleich 90° sind.
3. Trennsäule nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die in jeder Zone (3, 3', 3") vorhandenen Wände (4)
eine Zellenstruktur bilden, in welcher die Wände (4)
ineinander in einem Winkel von 120° übergehen, und in
die Säulenwand (1) in Radialrichtung der Säule.
4. Trennsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zellenstrukturen übereinander angeordneter Zonen (3,
3', 3") so angeordnet sind, daß die geraden Linien (6),
unter welchen die Wände (4) einer bestimmten Zone
ineinander übergehen, in der Mitte (7) der Abschnitte
(5) der nächsten Zone liegen.
5. Trennsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die vereinigte Höhe der Zonen (3, 3', 3") etwa 70-90%
der Höhe des Füllmaterials in der Säule beträgt.
6. Trennsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
Räume (8) ohne Wandstrukturen zwischen den Zonen (3, 3',
3") vorgesehen sind.
7. Trennsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
aufeinanderfolgende Zonen (3, 3', 3") einander
berühren.
8. Trennsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den Zonen (3, 3', 3") Räume (8) ohne
Wandstrukturen vorgesehen sind, die jeweils eine Höhe
von höchstens etwa 10% der Höhe der Zonen (3, 3', 3")
aufweisen.
9. Trennsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchmesser der Säule 1 bis 5 m beträgt,
vorzugsweise 2 bis 4 m.
10. Trennsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Durchmesser der Abschnitte 0,25 bis 1,5 m betragen,
vorzugsweise 0,5 bis 1 m.
11. Trennsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Höhe jeder Zone 0,5 bis 3 m beträgt, vorzugsweise 1
bis 2 m.
12. Trennsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
die vertikalen Wände in ihrem Querschnitt ein Muster
eines gleichseitigen Sechsecks ausbilden.
13. Verfahren zur chromatographischen Trennung in der
Trennsäule nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
Saccharose und Betain aus Rübensaft abgetrennt werden,
wobei die zu trennende Flüssigkeit abwechselnd mit dem
Elutionsmittel gleichmäßig auf die Oberfläche des
Füllmaterials aufgebracht wird.
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