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Hintergrund der Erfindung
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1. Feld der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Prozess einer chromatographischen
Trennung und insbesondere auf einen Prozess zum chromatographischen
Trennen einer Flüssigkeitsmischung,
die zwei oder mehr Komponenten umfasst, in zwei oder mehr von den
jeweiligen Komponenten angereicherte Fraktion.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Chromatographische
Trenntechniken unter Verwendung von festen Adsorptionsmitteln finden
in der Industrie extensiv Verwendung. Verschiedene Techniken der
chromtorgraphischen Trennung wurden zum Separieren einer Mischung
von zwei oder mehr Komponenten in an jeden Komponenten angereicherte
Fraktion vorgestellt.
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Unter
chromatographischen Trennsystem wird ein simuliertes Fluidatbett-System
in der Industrie weit verbreitet und ist wegen seiner exzellenten
Trennfähigkeit
und hohen Produktivität
bekannt. In diesem System wird eine Ausgangsflüssigkeit oder ein dieser Desorptionsmittel
zu einem gepackten Lager unter einer konstanten Fließrate zugeführt, wobei
die Flüssigkeit
durch das gepackte Lager ebenso bei konstanter Fließrate hindurchfließt. Das
simulierte Fluidatbett-System erfordert jedoch eine komplizierte
Vorrichtung und hohe Fachkenntnis beim Regeln der Zufuhr der Ausgangsflüssigkeit
oder eines Desorptionsmittel zu dem gepackten Bett und der Bewegung
der durch das gepackte Lager zirkulierenden Flüssigkeit. Während das simulierte Fluidatbett-System
eine exzellente Leistungsfähigkeit
beim Trennen einer Mischung in zwei Fraktionen zeigt, wurde beim
Betrieb dieses Systems eine Schwierigkeit darin gesehen, die Trennung
in drei oder mehrere Fraktionen zu erzielen.
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Chromatographische
Trennprozesse, die zufriedenstellende Trennresultate mit einfacheren
Vorrichtung erzielen, wurden wie in der JP-A-63-158105 (korrespondierend
zur USP 4,970,002 und dem kanadischen Patent Nr. 1305434) und der
JP-A-2-49159 offenbart zur Verfügung
gestellt. Der in der JP-A-63-158105 offenbarte Prozess umfasst beispielsweise
die Wiederholung von Zyklen, die jeweils zumindest drei Schritte
beinhalten; ein Schritt des Zuführens
einer Ausgangsflüssigkeit,
ein Schritt des Zuführens
einer Desorptionsmittelflüssigkeit
sowie ein Schritt des Zirkulierens der Flüssigkeit in dem gepackten Lager.
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In
dem simulierten Fluidatbett-System weisen die Konzentrationsverteilungs-Kurven,
die in dem gepackten Lager erzeugt werden, makroskopisch nahezu
die gleiche Form auf und bewegen sich zirkulierend durch das gepackte
Lager mit einer Zeit, während
sie diese Form beibehalten. Dementsprechend kann der zum Bewegen
der Flüssigkeit
durch das gepackte Lager erforderliche Druck, nämlich der Druckabfall (Druckverlust),
der erzeugt wird, während
die Flüssigkeit
von dem stromaufwärtigen
Ende zu dem stromabwärtigen Ende
des gepackten Lagers bewegt wird zu jeder Zeitzone als im Wesentlichen
gleich angesehen werden. In dieser Situation ist die oben beschriebene
Prozess-Regelung, die auf einer konstanten Fließrate beruht, ein effektives
System zum Regeln der Vorrichtung mit einer guten Reproduzierbarkeit,
um den gewünschten Trennbetrieb
zu erzielen.
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Gemäß des Verfahrens
der JP-A-63-158105 werden die Fließrate der Ausgangsflüssigkeit
sowie der Desorptionsmittelflüssigkeit
während
der Zufuhr sowie die Fließrate
der durch das gepackte Lager bewegten Flüssigkeit bei einer vorgeschriebenen
Rate geregelt und Umschaltungen zwischen den Schritten werden für eine bestimmte
Menge der Flüssigkeit
oder für
einen bestimmten Zeitraum erzeugt. In diesem Fall variieren jedoch
die Konzentrationen der individuellen Komponenten in dem gepackten
Lager sowie die Konzentrationsverteilungen, die in dem Lager ausgebildet
sind, schrittweise mit der Zeit in jedem Schritt. Insbesondere wird in
dem Schritt, bei dem die Ausgangsflüssigkeit zugeführt wird,
während
eine angereicherte Fraktion einer bestimmten Komponente Abgezogen
wird, die Konzentration der vorliegenden Komponente in dem gepackten Lager
schrittweise von dem Start bis zum Ende der Zufuhr angehoben und
die Ausgangsflüssigkeit
wird in ihrer Maximumkonzentration in dem gepackten Lager verteilt,
zu dem sie zugeführt
wurde. In dem Schritt, bei dem das Desorptionsmittel zugeführt wird,
während
eine angereicherte Fraktion einer anderen bestimmten Komponente
abgezogen wird, verringert sich die Konzentration der in dem gepackten
Lager vorliegenden Komponenten schrittweise vom Start bis zum Ende
der Zufuhr. In anderen Worten verringert die zu dem gepackten Lager zugeführte Ausgangsflüssigkeit
ihre Konzentration, wenn sie stromabwärts fließt. Auch wenn in dem Schritt, bei
dem die Flüssigkeit
zirkulierend bewegt wird, und keine Flüssigkeit zugeführt oder
abgezogen wird, um einer Zone mit einer Vielzahl von vorliegenden
Komponenten den Mischungen zu erlauben, sich zum stromaufwärtigen Ende
des gepackten Lagers zu bewegen, wobei die Konzentrationsverteilung
in dem gepackten Lager sich schrittweise vom Start bis zum Ende
dieses Schritts verändert.
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Eine
Mischung von Sachariden (d.h. eine Kohlenstoffhydratlösung mit
verschiedenen Arten von Zuckern und/oder Zuckeralkoholen) ist eine
der am meisten verwendeten Ausgangsflüssigkeiten, die bei der chromatographischen
Trennung behandelt werden. In der vorliegenden Erfindung bedeutet
eine Mischung von Sachariden eine Mischungslösung von zumindest zwei aus
der Gruppe der Zucker und Zuckeralkohole ausgewählten Mittel. Eine Mischung
von Sachariden variiert ihre Viskosität stark von der Konzentration,
wobei eine höher
konzentrierte Mischung eine höhere
Viskosität
aufweist. Beim Behandeln solch einer Flüssigkeit wie einer Sacharide-Mischung,
die ihre Viskosität
gemäß der Konzentration
stark variiert, erfordern die Variationen in der Konzentration oder
die Konzentrationsverteilung der in dem gepackten Lager vorliegenden
Komponenten Variationen des Drucks zum Bewegen der Flüssigkeit
durch das Lager bei einer konstanten Rate. In anderen Worten ist
der durch Bewegen der Flüssigkeit
in einem stromaufwärts
gepackten Lager, zu dem die Ausgangsflüssigkeit zugeführt ist,
erzeugte Druckabfall, der als Druckabfall pro Größeneinheit des gepackten Lagers
(im Folgenden „Einheits-Druckabfall") ausgedrückt ist,
unterschiedlich von dem stromabwärts
positionierten gepackten Lager. Dies bedeutet, dass das gepackte
Lager, zu dem die Ausgangflüssigkeit
zugeführt
wird, einen größeren Einheits-Druckabfall
zeigt als jedes andere gepackte Lager.
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Die
Veränderungen
des Druckabfalls werden wie folgt analysiert. Im Zufuhrschritt,
bei dem eine Ausgangsflüssigkeit
mit einer Vielzahl von Komponenten zugeführt wird, wird eine Flüssigkeit,
die eine geringere Konzentration als die in einer bestimmten Komponente
angereicherte Ausgangsflüssigkeit
aufweist, abgezogen. Dementsprechend zeigt die Durchschnittliche
Konzentration der Komponenten in dem Lager während dieses Schritts schrittweise
an. In dem Schritt des Zuführens
des Desorptionsmittels und des Abziehens einer anderen bestimmten
Komponente angereicherten Fraktion weit die abgezogene Flüssigkeit
offensichtlich eine höhere
Konzentration auf, als das Desorptionsmittel. Dies bedeutet, dass
die mittlere Konzentration der in dem gepackten Lager vorliegenden
Komponenten schrittweise in diesem Desorptionsschritt abnimmt. Die
zugeführte
Ausgangsflüssigkeit
bewegt sich durch das gepackte Lager mit einem absinkenden Einheits-Druckabfall. Generell
wird ein maximaler Einheitsdruckabfall in dem gepackten Lager da
erreicht, wo die Ausgangsflüssigkeit
etwa zum Ende des Schritts des Zuführens der Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird.
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Die
in den. oben beschriebenen chromatographischen Trennprozessen verwendete
Vorrichtung mit einem simulierten Fluidatbett-System umfasst eine
Vielzahl von Einheitslagern, die mit einem Adsorptionsmittel versehen
sind, welches gemäß der zu
trennenden Komponenten ausgewählt
wurde. Kationen-Austauschharze
wurden bisher regelmäßig als
ein Adsorptionsmittel verwendet. Die Reinheit oder Erholung einer
getrennten oder wiedergewonnenen Komponente stark von den Eigenschaften
eines ausgewählten
Kationen-Austauschharzes beeinflusst sind, wurden verschiedene Ansätze bei
der Wahl eines Adsorptionsmittels verwendet. Es wurde beispielsweise
vorgeschlagen, Ionenaustausche mit verschiedenen ionischen Formen
zu verwenden, die für
individuelle Komponenten passen oder eine Kombination von zwei der
mehr Arten von Adsorptionsmitteln beim Trennen einer Ausgangsflüssigkeit
mit drei oder mehr Komponenten in individuelle Fraktionen zu verwenden
(siehe die JP-A-11-183459 und die JP-A-11-267404).
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Um
die Trenn-Effizienz einer chromatographischen Trennvorrichtung mit
einer Vielzahl von gepackten Einheitslagern zu verbessern wird üblicherweise
bevorzugt, dass jedes Lager mit einem Ionen-Austauschharz mit einer
kleinen durchschnittlichen Partikelgröße und/oder einem geringen
Grad an Vernetzung Verwendung findet. Jedoch wird bei Verwendung
eines Adsorptionsmittels mit kleinerer Partikelgröße der Einheits-Druckabfall
vergrößert und
ein Harz mit einem geringeren Grad an Vernetzung weist eine niedrigere
Festigkeit auf.
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Das
Verfahren gemäß der JP-A-63-158105
supra verwendet eine Vorrichtung mit einem gepackten Lager, zu dem
eine Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, und ein oder mehr andere gepackte Lager. Wie vorher bereits
angemerkt erreicht da, wo eine Ausgangsflüssigkeit stark ihre Viskosität in Abhängigkeit
von der Konzentration verändert,
wie dies bei Sacharide-Mischungen der Fall ist, der Einheits-Druckabfall
das Maximum in dem gepackten Lager, zu dem die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird. Der der Flüssigkeit
zugeführte
Druck bewirkt eine mechanische Kraft auf das Adsorptionsmittel,
d.h. auf einen Ionen-Austauschharz, als Reibdruck, der die Formhaltigkeit
des Ionen-Austauschharzes deutlich beeinflusst. Im schlechtesten
Fall wird der Harz durch diese Kraft gebrochen.
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Wo
der Ionen-Austauschharz des gepackten Lagers, zu dem eine Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, eine kleine durchschnittliche Partikelgröße aufweist, bewirkt das gepackte
Lager einen großen
Druckabfall-Faktor (Reibfaktor), um einen hohen Einheits-Druckabfall
zu bewirken. Des Weiteren weit ein Ionen-Austauschharz mit einem
niedrigen Vernetzungsgrad eine relativ geringe mechanische Festigkeit
auf, so dass ein Druck oberhalb eines bestimmten Niveaus dazu neigt,
eine Kompaktierung zu bewirken. Als Ergebnis dessen steigt der Druckabfall
bei einer ansteigenden Rate an und ein Brechen der Harzpartikel
kann daraus resultieren.
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Es
besteht ein Trend, Ionen-Austauschharze mit kleiner Partikelgröße und niedrigem
Vernetzungsgrad zu verwenden, um ein gewünschtes Trennergebnis zu erzielen.
Jedoch wird bei der Verwendung solcher Ionen-Austauschharze ein
großes
Hemmnis beim Sicherstellen eines gewünschten Trennergebnisses mit
großen
Vorrichtungen im Industriemaßstab
für einen
langen Zeitraum bewirken, während
in kleinen Vorrichtungen kein spezielles Problem auftritt, was dazu
führt,
dass es auch ökonomisch
problematisch aufgrund der großen zur
Bewegung der Flüssigkeit
erforderlichen Energie ist (d.h. hohe laufende Kosten).
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Die
vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass bei Verwendung eines
Ionen-Austauschharzes mit einer erhöhten durchschnittlichen Partikelgröße oder
einem erhöhtem
Grad an Vernetzung des Adsorptionsmittels, welches in einer Trennspalte
gepackt ist, zu der eine Ausgangsflüssigkeit zugeführt wird,
der Trennbetrieb des gesamten Trennsystems nicht beeinflusst wird,
da der Grad an Trennung in diesem gepackten Lager klein ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung bei der
Verwendung eines Adsorptionsmittels (speziell eines Ionen-Austauschharzes)
mit spezifischen physikalischen Eigenschaften in einem chromatographischen
Trennprozess zum Trennen einer Ausgangsflüssigkeit mit einer Vielzahl
von Komponenten in an individuellen Komponenten angereicherte Fraktionen
zur Verfügung
zu stellen, wobei der Prozess Variationen der Konzentration und
Konzentrationsverteilungen der Komponenten der Ausgangsflüssigkeit
in den gepackten Einheitslagern beinhaltet.
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Das
Konzept der vorliegenden Erfindung beruht auf den Regeln der Beziehung
von physikalischen Eigenschaften zwischen dem Adsorptionsmittel,
beispielsweise einem Ionen-Austauschharz, welches in einem gepackten
Einheitslager verwendet wird, zu dem die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird und dem Adsorptionsmittel, welches in dem oder den anderen
gepackten Einheitsbett oder -betten verwendet wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen chromatographischen Trennprozess
eines Typs, bei dem eine Ausgangsflüssigkeit mit einer Vielzahl
von Komponenten, welche unterschiedliche Grade an Affinität für ein Adsorptionsmittel
sowie ein Desorptionsmittel aufweisen, abwechselnd in ein chromatographisches
Trennsystem zugeführt
werden, in dem das stromabwärtige
Ende eines mit dem Adsorptionsmittel gepackten Lagers mit dessen
stromaufwärtigem
Ende mittels einer Rohrleitung verbunden ist, um der Flüssigkeit
zu ermöglichen, zirkulierend
von dem stromaufwärtigen
Ende des gepackten Lagers zu dessen stromabwärtigem Ende zu fließen, um
Adsorptionszonen mit der Konzentrationsverteilung der jeweiligen
Komponenten auszuformen und hiervon eine Vielzahl von an Komponenten
unterschiedlichen Fraktionen im Bezug auf die Ausgangsflüssigkeit abzuziehen,
wobei der Prozess die folgenden Schritte beinhaltet:
- (i) Zuführen
der Ausgangsflüssigkeit
in ein gepacktes Lager an seinem stromaufwärtigen Ende, während die
mit einer ersten Komponente angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende
des Lagers abgezogen wird,
- (ii) Zuführen
einer Desorptionsflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
mit einer zweiten Komponente angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende
des Lagers abgezogen wird, und
- (iii) Zirkulieren der Flüssigkeit
in dem gepackten Lager von dem stromabwärtigen Ende des Lagers durch die
Rohrleitung zu dessen stromaufwärtigem
Ende, ohne eine Flüssigkeit
in das gepackte Lager zuzuführen oder
hiervon abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone gestaltet wird,
bei der die in Schritt (i) abgezogene erste Komponente und die zweite
Komponente in einer Beimischungsbewegung zu dem stromaufwärtigen Ende
des gepackten Lagers vorliegt, wobei die Schritte (i) bis (iii)
zyklisch und wiederholt ausgeführt
werden, worin:
das gepackte Lager eine erste mit einem Adsorptionsmittel
gepackte Lagereinheit umfasst, zu der die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, und zumindest eine weitere mit einem Adsorptionsmittel gepackte
Lagereinheit, und worin das in die erste Lagereinheit gepackte Adsorptionsmittel,
zu dem die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, eine größere durchschnittliche
Partikelgröße als die
in das zumindest eine andere gepackte Lager aufweist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird i) das in die Lagereinheit gepackte Adsorptionsmittel,
zu dem die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, eine größere durchschnittliche
Partikelgröße als das
in jede andere packte Lagereinheit gepackte Adsorptionsmittel aufweist,
wenn das in die Lagereinheit, zu der die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, den gleichen Vernetzungsgrad wie das in jede andere gepackte Lagereinheit
aufweist, ii) das in die Lagereinheit, zu die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, einen höheren
Vernetzungsgrad aufweist, als das in jede andere gepackte Lagereinheit
gepackte Adsorptionsmittel, wenn das in die Lagereinheit, zu der
die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird die gleiche mittlere Partikelgröße aufweist wie das in jede
andere gepackte Lagereinheit, oder iii) das in die Lagereinheit
gepackte Adsorptionsmittel, zu dem die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, eine größere mittlere
Partikelgröße aufweist
als das in jede andere Lagereinheit gepackte Adsorptionsmittel,
und einen höheren
Vernetzungsgrad aufweist als das in jede andere gepackte Lagereinheit.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Adsorptionsmittel, beispielsweise ein Ionen-Austauschharz
in einer gepackten Lagereinheit, zu der die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, 1,2 bis 2,0 mal größer als
das Adsorptionsmittel/die Adsorptionsmittel in den anderen gepackten
Lagereinheiten bezüglich
der mittleren Partikelgröße. In einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Volumen des Adsorptionsmittels, beispielsweise
ein Ionen-Austauschharz,
in der gepackten Lagereinheit, zu der die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, 1/8 bis 1/2 des vollständigen
Volumens des Adsorptionsmittels aller gepackten Lagereinheiten,
und das in die Lagereinheit, zu der die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, gepackte Adsorptionsmittel weist eine größere mittlere Partikelgröße auf als
das in jede andere gepackte Lagereinheit und/oder weist einen höheren Vernetzungsgrad
auf als das in jede andere gepackte Lagereinheit gepackte Adsorptionsmittel.
Der chromatographische Trennprozess gemäß der Erfindung ist insbesondere
zum Trennen einer Mischung von Sachariden (eine Karbonhydrat-Lösung) geeignet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Diagramm einer chromatographischen Trennvorrichtung,
die so verwendet werden kann, den Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung
durchzuführen.
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2 und 3 sind
schematische Diagramme der chromatographischen Trennvorrichtung,
die jeweils in den Beispielen 1 und 2 verwendet wurden.
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4 und 5 sind
Konzentrationsverteilungen der einzelnen Komponenten, die in Beispiel
1 und dem Vergleichsbeispiel 1 jeweils aus dem gepackten Lager ausgeflossen
sind.
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In
den 4 und 5 bezeichnen die Y-Achse sowie
die X-Achse jeweils
die Konzentration einer individuellen Komponente (%) sowie die Zeit
(Minuten).
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Der
chromatographische Trennprozess gemäß der vorliegenden Erfindung
basiert auf den Typ, wie er in der JP-A-63-158105 gelehrt wurde, bei dem eine Ausgangsflüssigkeit
unterbrochen zugeführt
wird und Komponenten der Ausgangsflüssigkeit durchgehend in dem
gepackten Lager vorliegen, wobei der Prozess durch wiederholte Zyklen,
die jeweils die folgenden Schritte beinhalten, durchgeführt wird:
- (i) Zuführen
der Ausgangsflüssigkeit
in ein gepacktes Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer Arbeitskomponente (einer ersten Komponente) angereicherte
Fraktion vom stromabwärtigen Ende
des Lagers abgezogen wird (im Folgenden als Zufuhrschritt bezeichnet),
- (ii) Zuführen
einer Desorptionsflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer anderen Komponente (einer zweiten Komponente) angereicherte
Fraktion vom stromabwärtigen
Ende des Lagers abgezogen wird (im Folgenden als Desorptionsschritt
bezeichnet), und
- (iii) Zirkulieren der Flüssigkeit
in dem Lager ohne Zuführen
oder Abziehen irgendeiner Flüssigkeit
zu oder von dem gepackten Lager, wodurch eine gemischte Zone erzeugt
wird, bei der die erste Komponente in Schritt (i) gezogen und die
zweite Komponente in Beimischungsbewegung zu dem stromaufwärtigen Ende des
gepackten Lagers vorliegt (im Folgenden als Zirkulationsschritt
bezeichnet).
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Der
chromatographische Trennprozess gemäß der vorliegenden Erfindung
wird durch Wiederholen des Zykluses ausgeführt, der zumindest die Schritte
(i) bis (iii) umfasst und wenn nötig
abhängig
von in der Ausgangsflüssigkeit
enthaltenen Komponenten, die getrennt werden müssen, zusätzliche Schritte. Der chromatographische
Trennprozess, der dazu verwendet werden kann, den Prozess gemäß der Erfindung
auszuführen,
weist eine Vielzahl von gepackten Einheitslagern, d.h. ein gepacktes
Lager, zu dem eine Ausgangsflüssigkeit
direkt zugeführt
wird (im Anschluss als Zufuhrlager bezeichnet) und zumindest ein
anderes gepacktes Einheitslager auf. Das Adsorptionsmittel wird
gemäß der zu
behandelnden Ausgangsflüssigkeit
ausgewählt und
beinhaltet Ionen-Austauschharze, Silica-Gele, Zeolite, Aktivkohlenstoff,
ODS sowie synthetische Adsorptionsmittel. Ein Beispiel der chromatographischen
Trennvorrichtung ist in 1 gezeigt. Die gezeigt Vorrichtung
umfasst Einheitslager 1 und 2, die mit einem Adsorptionsmittel
gepackt sind (diese Lager können
die gleichen oder unterschiedliche Kapazitäten oder Volumina des Adsorptionsmittels
aufweisen), einen Ausgangsflüssigkeits-Tank 3,
einen Desorptionsflüssigkeits-Tank 4 sowie
eine Zirkulationspumpe 20. Die Linien 5 bis 9 sind
zum Abzug von entstehenden Fraktionen und die Ventile 10 bis 19 sind
An-Aus-Ventile für
Flüssigkeiten und
zugehörige
Fraktionen geeignet.
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Bei
der chromatographischen Trennung mit der Vorrichtung gemäß der 1 verändert sich
die Konzentration sowie die Verteilung jeder Komponente in dem gepackten
Lager mit der Zeit. In dem Zufuhrschritt (die Ventile 11 und 13 werden
geöffnet,
um die Ausgangsflüssigkeit
von dem Tank 3 in das gepackte Einheitslager (d.h. das
Zufuhrlager) 1 zuzuführen,
und das Ventil 15 ist geöffnet, um die an einer bestimmten
Komponente angereicherte Fraktion durch die Linie 5 abzuziehen,
erhöht
sich die Konzentration der Komponenten in den gepackten Einheitslagern
schrittweise vom Beginn bis zum Ende der Zufuhr, und die Ausgangsflüssigkeit wird
in der höchsten
Konzentration in das gepackte Lager 1 an dem Ende dieses
Schritts verteilt. In dem Desorptionsschritt (die Ventile 12 und 13 sind
geöffnet,
um ein Desorptionsmittel zu dem gepackten Einheitslager 1 zuzuführen und
das Ventil 16 ist geöffnet,
um eine an einer anderen bestimmten Komponente angereicherte Fraktion
durch die Linie 6 abzuziehen) verringert sich die Konzentration
der Komponenten schrittweise vom Beginn bis zum Ende der Desorptionsmittel-Zufuhr, bis diese
ein Minimum am Ende des Desorptionsschritts erreicht. Dies bedeutet,
dass sich die Konzentration des Ausgangsstoffs der zu dem Zufuhrlager
zugeführt wird,
schrittweise verringert, wenn diese nach unten fließt. In dem
Zirkulationsschritt (die Ventile 11 und 12 sind geschlossen
und die Ventile 10 und 13 werden geöffnet, um
die Flüssigkeit
durch die gepackten Einheitslager zu zirkulieren), verändern sich
die Gehalte der individuellen Komponenten durch das ganze System
hindurch nicht, doch werden die Komponenten voneinander getrennt,
wenn sie während
der Zeit vom Beginn bis zum Abstoß der Zirkulation sich bewegen,
was in schrittweisen Veränderungen
von deren Konzentrations-Verteilung
führt.
Der oben beschriebene chromatographische Trennprozess mit dem Zufuhrschritt
und dem Desorptionsschritt stellt eine Situation zur Verfügung, bei
der eine Zone, in der die Komponenten der Ausgangsflüssigkeit
in hohen Konzentrationen vorliegen, nach unten bewegt werden.
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Jedoch
variiert in den Zellen, wo sich die Viskosität der Ausgangsflüssigkeit
abhängig
von deren Konzentration wie eine Mischung von Sachariden stark variiert,
die Tatsache, dass die Konzentration oder die Konzentrationsverteilung
der Komponenten, die im gepackten Lager vorliegen, mit der Zeit,
was bedeutet, dass sich der zum Erzeugen der Flüssigkeitsbewegung durch das
gepackte Lager bei einer konstanten Fließrate, nämlich der Einheits-Druckverlust,
der erforderlich ist, mit der Zeit verändert. Es ist das Zufuhrlager,
wo die Komponenten der Mischung von Sachariden in der höchsten Konzentration,
welche den höchsten
Einheitsdruckverlust zeigt, vorliegen.
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Beim
Durchführen
der chromatographischen Trennung unter Verwendung der in 1 gezeigten
Vorrichtung ist es eine übliche
Praxis, alle Einheitslager mit einem Adsorptionsmittel einer Sorte
zu befüllen,
d.h, einem Ionen-Austauschharz
und als Ionen-Austauschharz einen Harz zu verwenden, der eine relativ
kleine durchschnittliche Partikelgröße und einen geringen Grad
an Vernetzung aufweist. Jedoch erreicht da, wo eine Ausgangsflüssigkeit
ihre Viskosität
mit der Konzentration stark verändert,
wie dies bei Sachariden-Mischungen der Fall ist, der Einheitsdruckverlust
das Maximum in dem Zufuhrlager. Der auf die Flüssigkeit aufgebrachte Druck übt eine
mechanische Kraft auf das Adsorptionsmittel, d.h. einen Ionen-Austauschharz
als Reibdruck aus, um im Wesentlichen die Formhaltigkeit de Ionen-Austauschharzes
zu beeinflussen und die physikalischen Charakteristika des Ionen-Austauschharzes
zu verschlechtern. Im schlimmsten Fall wird der Harz durch die Kraft
zerbrochen.
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Wo
der Ionen-Austauschharz eines Zufuhrlagers eine kleine durchschnittliche
Partikelgröße aufweist übt das Lager
einen großen
Druckverlustfaktor (Reibfaktor) aus, um einen hohen Einheits-Druckverlust
aufzuweisen. Des Weiteren weist einen Ionen-Austauschharz mit kleinem
Grad an Vernetzung eine relativ geringe mechanische Festigkeit auf,
so dass ein Druck oberhalb eines bestimmten Niveaus dazu neigt,
eine Kompaktierung zu bewirken. Als Ergebnis hiervon steigt der
Druckverlust mit ansteigender Rate an, was dazu führt, dass
keine kontinuierliche Operation in stabiler Weise für eine verlängerte Zeitdauer
durchgeführt
werden kann. In einem extremen Fall wird das System unfähig, ein
Zirkulieren und/oder Bewegen der Flüssigkeit zu ermöglichen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die oben beschriebenen Nachteile, die durch den
hohen Druck bewirkt werden, der mit der Flüssigkeits-Zirkulation- und/oder
Bewegung verbunden ist, durch Regeln der Balance von physikalischen
Eigenschaften zwischen dem Adsorptionsmittel (beispielsweise einem
Ionen-Austauschharz) in dem Zufuhrlager und dem in dem anderen gepackten
Einheitslager oder den anderen gepackten Einheitslagern. In der
vorliegenden Erfindung ist es notwendig, das Zufuhrlager mit einem
Adsorptionsmittel (beispielsweise einem Ionen-Austauschharz) zu
packen, der einen größere durchschnittliche
Partikelgröße aufweist
als der, der in dem anderen gepackten Einheitslager oder den anderen
gepackten Einheitslagern verwendet wird. Unter Verwendung des Zufuhrlagers,
welches mit einem Adsorptionsmittel gepackt ist (beispielsweise
einem Ionen-Austauschharz),
der eine so weit wie möglich
erhöhte
durchschnittliche Partikelgröße aufweist,
so dass die Trennperformanz nicht negativ beeinflusst wird, kann
eine Erhöhung
des Einheits-Druckverlusts, der zur Zirkulation und/oder der Bewegung
der Flüssigkeit
erforderlich ist, auch dann unterdrückt werden, wenn die Flüssigkeitskonzentration
in dem Zufuhrlager sich erhöht.
Insbesondere wird die auf die Adsorptionsmittel-Partikel (beispielsweise
ein Ionen-Austauschharz)
agierende Kraft in dem Zufuhrbett verringert und die Haltbarkeit
des Adsorptionsmittels verbessert.
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Es
wird bevorzugt, dass die durchschnittliche Partikelgröße des Adsorptionsmittels
(beispielsweise ein Ionen-Austauschharz)
in dem Zufuhrlager 1,2 bis 2,0 mal mehr des Adsorptionsmittels oder
der Adsorptionsmittel in anderen gepackten Einheitslagern ist. Wenn
die Größendifferenz
zwischen dem Adsorptionsmittel in dem Zufuhrlager und dem anderen
Adsorptionsmittel oder den anderen Adsorptionsmitteln kleiner ist
als der oben beschriebene Bereich, würden die resultierende Effekte
unwesentlich sein. Wenn die Größendifferenz außerhalb
des oben beschriebenen Bereichs läge, würde die Trennperformanz insgesamt
reduziert.
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Die
durchschnittliche Partikelgröße eines
Adsorptionsmittels (beispielsweise ein Ionen-Austauschharz) kann
auf gewohnte Weise ermittelt werden. Beispielsweise kann der Methode
der Partikelgrößen-Verteilungs-Messung,
wie sie in DIAION®I
(2. Ausgabe, 01. Juni 1995), Seiten 139–141, Veröffentlicht durch Mitsubishi
Chemical Corporation, Separation Materials Department, beschrieben
ist, gefolgt werden.
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Der
gleiche Effekt kann ebenso dadurch erzielt werden, dass ein Zufuhrlager,
welches mit einem Ionen-Austauschharz gepackt ist, dessen Grad an
Vernetzung höher
ist als der des Ionen-Austauschharzes oder der Ionen-Austauschharze
in den anderen gepackten Einheitslagern, verwendet wird. Da ein
Harz mit einem hohen Grad an Vernetzung eine hohen Widerstand gegen
den durch die Flüssigkeitszirkulation
und/oder -Bewegung erzeugten hohen Einheitsdruckverlust aufweist,
wird dieser davon abgehalten, kompaktiert zu werden, und eine gewünschte Trennperformanz
kann gesichert werden.
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Der
Grad der Vernetzung der Ionen-Austauschharze weist einen Einfluss
auf die Trennperformanz, die Festigkeit und dergleichen auf. Während verschiedene
Grade gemäß dem Vernetzungsgrad
im Handel erhältlich
sind, wird der zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung verwendete
Ionen-Austauschharz
aus denjenigen ausgewählt,
die einen Vernetzungsgrad von etwa 4 bis 10% aufweisen. Das in dem
Einheitslager gepackte Adsorptionsmittel, zu dem die Ausgangsflüssigkeit
zugeführt
wird, weist vorzugsweise eine zumindest um 1% höheren Grad an Vernetzung auf
als der in jedem anderen gepackten Einheitslager.
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In
der vorliegenden Erfindung wird der Grad an Vernetzung (Vernetzung)
des Ionen-Austauschharzes durch die Proportionen des Divinylbenzols
(DVB) als Vernetzungs-Agents representiert (d.h. (Gewicht von DVB)/(Gewicht
aller Monomere)) × 100%).
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Um
den Einheitsdruckverlust zu reduzieren und die mechanische Festigkeit
des Adsorptionsmittels zu sichern, wird insbesondere bevorzugt,
dass der Ionen-Austauschharz in der Erfindung verwendet wird, der
sowohl die Erfordernisse der durchschnittlichen Partikelgröße als auch
des Grads an Vernetzung erfüllt.
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Um
die gewünschte
Trennperformanz zu erzeugen ist das Volumen des Adsorptionsmittels,
beispielsweise eines Ionen-Austauschharzes,
in dem Zufuhrlager vorzugsweise 1/8 bis 1/2 des vollständigen Volumens der
Adsorptionsmittel aller gepackten Einheitslager, die das Trennsystem
darstellen.
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Der
Ionen-Austauschharz, der als Adsorptionsmittel, welches in die Trennsäulen gepackt
ist, beinhalten stark saure Kationen-Austauschharze von Alkalimetallen
(beispielsweise Na oder K) in Salzform oder Alkalineerdmetalle (beispielsweise
Ca) in seiner Salzform. Zur Vereinfachung können Ionen-Austauschharze, die die oben beschriebenen
Erfordernisse erfüllen,
aus gewerblich erhältlichen
Produkten ausgewählt
werden.
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Der
Prozess gemäß der Erfindung
kann auf verschiedene Mischung angewandt werden, die eine Vielzahl
von Komponenten umfassen und mittels der chromatographischen Trenntechnik
in Komponenten trennbar sind für
anwendbare Mischung beinhalten Mischungen verschiedener Sacharide
(beispielsweise Zucker und/oder Zuckeralkohole). Beispielsweise
ist der Prozess auf die Trennung von Fructose von Hochfructose-Getreidesirup,
die Trennung von Oligosachariden von Hochfructose-Getreidesirup,
die Trennung von Sucrose von Melasse, die Trennung von Speisestärke-Hydrolyzat,
welches Maltose enthält,
Maltodextrin, etc. in individuelle Komponenten, die Trennung von
Inulinehydrolyzat, welches Fructose enthält, Inulo-biose, etc. in individuelle
Komponenten, die Trennung einer Mischung, welche Isomaltose und
Isomaltosedextrin enthält,
in individuelle Komponenten sowie die Trennung einer Mischung, die
Zuckeralkohole enthält,
sowie Sorbitol und Maltitol, in individuelle Komponenten, anwendbar.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen Trennprozess, der die Basisschritte
(i) bis (iii), die in der JP-A-63-158105 beschrieben sind, sowie
einen zusätzlichen
Schritt oder zusätzliche
Schritte, die in Übereinstimmung
mit der zu behandelten Ausgangsflüssigkeit sowie der Trennbedingungen
zugefügt
sind, anwendbar. Spezielle Beispiele der chromatographischen Trennprozesse,
für die
die vorliegende Erfindung anwendbar ist, beinhalten.
- (1) Einen chromatographischen Trennprozess eines Typs, bei dem
eine Ausgangsflüssigkeit,
die eine Vielzahl von Komponenten enthält, die unterschiedliche Grade
der Affinität
für eine
Adsorptionsmittel- und eine Desorptionsmittelflüssigkeit aufweisen, nacheinander
in ein chromatographisches Trennsystem zugeführt werden, bei dem das stromabwärtige Ende
eines mit dem Adsorptionsmittel gepackten Lagers mit dessen stromaufwärtigem Ende über eine
Röhre verbunden
ist, um es der Flüssigkeit
zu ermöglichen,
zirkulierend von dem stromaufwärtigen
Ende des gepackten Lagers zu dessen stromabwärtigem Ende zu fließen, um Adsorptionszonen
auszubilden die die Konzentrationsverteilung der jeweiligen Komponenten
aufweisen, und davon eine Vielzahl von in den Komponenten der Ausgangflüssigkeit
unterschiedlichen Fraktionen abzuziehen, wobei der Prozess die Schritte
beinhaltet:
(i) Zuführen
der Ausgangsflüssigkeit
in ein gepacktes Lager an seinem stromaufwärtigen Ende, während die
mit einer Komponente, die einen höheren Grad an Affinität zu dem
Adsorptionsmittel aufweist, an dem stromabwärtigen Ende des gepackten Lagers
abgezogen wird.
(ii) Zuführen
der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer Komponente mit einem niedrigerem Grad an Affinität angereicherte
Fraktion von dem stromabwärtigen
Ende des Lagers abgezogen wird, und
(iii) Zirkulieren der Flüssigkeit
in dem Lager von dem stromabwärtigen
Ende des gepackten Lagers durch die Röhre zu dessen stromaufwärtigem Ende,
ohne eine Flüssigkeit
in das gepackte Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone ausgebildet
wird, in der die Komponente mit höherer Affinität zu dem
Adsorptionsmittel sowie die Komponente mit der niedrigeren Affinität zu dem
Adsorptionsmittel in Mischung vorliegen, welche sich zum stromaufwärtigen Ende
des gepackten Lagers bewegt,
die Schritte (i) bis (iii) zyklisch
und wiederholt ausgeführt
werden, um die Ausgangsflüssigkeit
in zwei Fraktionen zu trennen.
- (2) Ein chromatographischer Trennprozess des in (1) oben beschriebenen
Typs, der die Schritte beinhaltet:
(i) Zuführen der Ausgangsflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer Komponente mit einem höheren
Grad an Affinität
für das
Adsorptionsmittel von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird,
(ii) Zuführen
der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an der Komponente mit höheren
Grad an Affinität
für das
Adsorptionsmittel von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird,
(iii) Zuführen
der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
Fraktion, die an einer Komponente mit einem niedrigeren Grad an
Affinität
für das
Adsorptionsmittel angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende
des Lagers abgezogen wird, und
(iv) Zirkulieren der Flüssigkeit
in dem Lager von dem stromabwärtigen
Ende des gepackten Lagers durch die Röhre zu dessen stromaufwärtigem Ende
ohne dabei eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone erzeugt
wird, in der die Komponenten, die einen höheren Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
aufweisen und die Komponente mit niedrigerem Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
in Mischung vorliegen und sich zum stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers
bewegen,
die Schritte (i) bis (iv) zyklisch und wiederholt
durchgeführt
werden, um die Ausgangsflüssigkeit
in zwei Fraktionen zu trennen.
- (3) Ein chromatographischer Trennprozess des in (1) oben beschriebenen
Typs, der die Schritte beinhaltet:
(i) Zuführen der Ausgangsflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer Komponente mit einem höheren
Grad an Affinität
für das
Adsorptionsmittel angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende
des Lagers abgezogen wird,
(ii) Zuführen der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dem Mittelabschnitt des gepackten Lagers,
während
eine an einer Komponente mit einem höheren Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel angereicherte
Fraktion von dem stromaufwärtigen
Ende des Lagers abgezogen wird,
(iii) Zirkulieren der Flüssigkeit
in dem Lager von dem stromabwärtigen
Ende des gepackten Lagers durch die Röhre zu dessen stromaufwärtigem Ende,
ohne dabei eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone ausgebildet
wird, in der die Komponente mit höherem Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
sowie die Komponente mit niedrigerem Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
in Mischung vorliegen, und sich zu dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers
bewegen,
(iv) Zuführen
der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer Komponente mit niedrigerem Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird, und
(v) Zirkulieren der Flüssigkeit in dem Lager, ohne
eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone erzeugt
wird, in der die Komponente mit höherem Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
und die Komponente mit niedrigerem Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
in Mischung vorliegen und sich zu dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers
bewegen,
die Schritte (i) bis (v) zyklisch und wiederholt durchgeführt werden,
um die Ausgangsflüssigkeit
in zwei Fraktionen zu trennen.
- (4) Ein chromatographischer Trennprozess des in (1) oben beschriebenen
Typs, der die Schritte beinhaltet:
(i) Zuführen der Ausgangsflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer Komponente mit niedrigerem Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird,
(ii) Zirkulieren der Flüssigkeit in dem Lager von dem
stromabwärtigen
Ende des gepackten Lagers durch die Röhre zu dessen stromaufwärtigem Ende,
ohne dabei eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone erzeugt
wird, in der eine Komponente mit höherem Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
und die Komponente mit niedrigerem Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
in Mischung vorliegen und sich zu dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers
bewegen, und
(iii) Zuführen
der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer Komponente mit höherem
Grad an Affinität
für das
Adsorptionsmittel angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende
des Lagers abgezogen wird,
die Schritte (i), (ii) und (iii)
zyklisch und wiederholt durchgeführt
werden, um die Ausgangsflüssigkeit
in zwei Fraktionen zu trennen.
- (5) Ein chromatographischer Trennprozess des in (1) oben beschriebenen
Typs, der die Schritte beihaltet:
(i) Zuführen der Ausgangsflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer Komponente mit dem zweithöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird,
(ii) Zirkulieren der Flüssigkeit in dem Lager von dem
stromabwärtigen
Ende des gepackten Lagers durch die Röhre zu dessen stromaufwärtigem Ende,
ohne dabei eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone erzeugt
wird, in der die Komponente mit dem zweithöchsten Grad an Affinität sowie
die Komponente mit dem höchsten
Grad an Affinität
für das Adsorptionsmittel
in Mischung vorliegen und sich zu dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers
bewegen,
(iii) Zuführen
der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers,
während
eine an einer Komponente mit dem höchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird,
(iv) Zuführen
der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers,
während
eine an einer Komponente mit dem niedrigsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird, und
(v) Zirkulieren der Flüssigkeit in dem Lager von dem
stromabwärtigen
Ende des gepackten Lagers durch die Röhre zu dessen stromaufwärtigem Ende,
ohne dabei eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone erzeugt
wird, in der die Komponente mit dem zweithöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
und die Komponente mit dem niedrigsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
in Mischung vorliegen und sich zu dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers
bewegen,
die Schritte (i) bis (v) zyklisch und wiederholt durchgeführt werden,
um die Ausgangsflüssigkeit
in drei Fraktionen zu trennen.
- (6) Ein chromatographischer Trennprozess des oben in (1) beschriebenen
Typs, der die Schritte beinhaltet:
(i) Zuführen der Ausgangsflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine an
einer Komponente mit dem zweithöchsten
Grad an Affinität
für das
Adsorptionsmittel angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende
des Lagers abgezogen wird,
(ii) Zuführen der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an der Mitte des gepackten Lagers, während eine
an der Komponente mit dem zweithöchsten
Grad an Affinität
für das
Adsorptionsmittel angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende
des Lagers abgezogen wird,
(iii) Zirkulieren der Flüssigkeit
in dem Bett von dem stromabwärtigen
Ende des gepackten Lagers durch die Röhre zu dessen stromaufwärtigem Ende,
ohne dabei eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen oder
von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone erzeugt wird,
in der die Komponente mit dem zweithöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
sowie eine Komponente mit dem höchsten
Grad an Affinität
für das
Adsorptionsmittel in Mischung vorliegen und sich zu dem stromaufwärtigen Ende
des gepackten Lagers bewegen,
(iv) Zuführen der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers,
während
eine an der Komponente mit dem höchsten
Grad an Affinität
für das
Adsorptionsmittel angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende
des Lagers abgezogen wird,
(v) Zuführen der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers,
während
eine an einer Komponente mit dem niedrigsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird, und
(vi) Zirkulieren der Flüssigkeit in dem Lager, ohne
dabei eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone erzeugt
wird, bei die Komponente mit dem zweithöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
und die Komponente mit dem niedrigsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
in Mischung vorliegen, und sich dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers
bewegen,
die Schritte (i) bis (vi) zyklisch und wiederholt
durchgeführt
werden, um die Ausgangsflüssigkeit
in drei Fraktionen zu trennen.
- (7) Ein chromatographischer Trennprozess des in (1) oben beschriebenen
Typs, der die Schritte beinhaltet:
(i) Zuführen der Ausgangsflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer Komponente mit dem zweithöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird,
(ii) Zuführen
einer zusätzlichen
Menge an Ausgangsflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer Komponente mit dem niedrigsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von der Mitte des gepackten Lagers abgezogen
wird,
(iii) Zirkulieren der Flüssigkeit in dem Lager von dem
stromabwärtigen
Ende des gepackten Lagers durch die Röhre zu dessen stromaufwärtigem Ende,
ohne dabei eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone erzeugt
wird, in der die Komponente mit dem zweithöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
sowie die Komponente mit dem höchsten Grad
an Affinität
für das
Adsorptionsmittel in Mischung vorliegen und sich zu dem stromaufwärtigen Ende des
gepackten Lagers bewegen,
(iv) Zuführen der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers,
während
eine an einer Komponente mit dem höchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird,
(v) Zuführen
einer zusätzlichen
Menge der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers,
während
eine an einer Komponente mit dem niedrigsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird, und
(vi) Zirkulieren der Flüssigkeit in dem Lager, ohne
dabei eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone erzeugt
wird, in der die Komponente mit dem zweithöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
sowie die Komponente mit dem niedrigsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
sich zu dem stromaufwärtigen
Ende des gepackten Lagers bewegen,
die Schritte (i) bis (vi)
zyklisch und wiederholt durchgeführt
werden, um eine Ausgangsflüssigkeit
in drei Fraktionen zu trennen.
- (8) Ein chromatographischer Trennprozess des in (1) oben beschriebenen
Typs, der die Schritte beinhaltet:
(i) Zuführen der Ausgangsflüssigkeit
in das gepackte Lager an dessen stromaufwärtigem Ende, während eine
an einer Komponente mit dem zweithöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird,
(ii) Zuführen
der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an der Mitte des gepackten Lagers, während eine
an der Komponente mit dem zweithöchsten
Grad an Affinität
für das
Adsorptionsmittel angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende
des Lagers abgezogen wird,
(iii) Zirkulieren der Flüssigkeit
in dem Lager von dem stromabwärtigen
Ende des gepackten Lagers durch die Röhre zu dessen stromaufwärtigem Ende,
ohne dabei eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone erzeugt
wird, in der die Komponente mit dem zweithöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
sowie die Komponente mit dem höchsten Grad
an Affinität
für das
Adsorptionsmittel in Mischung vorliegen und sich zu dem stromaufwärtigen Ende des
gepackten Lagers hinbewegen,
(iv) Zuführen der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers,
während
eine an der Komponente mit dem höchsten
Grad an Affinität
für das
Adsorptionsmittel angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende
des Lagers abgezogen wird,
(v) Zuführen einer zusätzlichen
Menge der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers,
während
eine an einer Komponente mit dem niedrigsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird,
(vi) Zuführen
einer zusätzlichen
Menge der Desorptionsmittelflüssigkeit
in das gepackte Lager an dem stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers,
während
eine an einer Komponente mit dem dritthöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
angereicherte Fraktion von dem stromabwärtigen Ende des Lagers abgezogen
wird, und
(vii) Zirkulieren der Flüssigkeit in dem Lager von dem
stromabwärtigen
Ende des gepackten Lagers durch die Röhre zu dessen stromaufwärtigem Ende,
ohne dabei eine Flüssigkeit
zu dem gepackten Lager zuzuführen
oder von diesem abzuziehen, wodurch eine gemischte Zone erzeugt
wird, in der die Komponente mit dem zweithöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
sowie die Komponente mit dem dritthöchsten Grad an Affinität für das Adsorptionsmittel
in Mischung vorliegen und sich zum stromaufwärtigen Ende des gepackten Lagers
hinbewegen,
die Schritte (i) bis (vii) zyklisch und wiederholt
durchgeführt
werden, um die Ausgangflüssigkeit
in vier Fraktionen zu trennen.
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Die
vorliegende Erfindung ist selbstverständlich anwendbar auf chromatographische
Trennprozesse, die die Wiederholung von Zyklen umfassen, wobei jeder
Zyklus die Schritte aufweist: Zuführen einer Ausgangsflüssigkeit
nur in einer begrenzten Zeitdauer während eine an einer bestimmten
Komponente angereicherte Fraktion abgezogen wird, Zuführen eines
Desorptionsmittels, um eine an einer bestimmten Komponente angereicherte
Fraktion in einer anderen Zeitperiode abzuziehen, sowie Zirkulieren
der Flüssigkeit,
wie dies in der JP-A-62-91205, der JP-A-1-80409, der JP-A-4-227804, der JP-A-334503,
der JP-A-4-367701, der JP-A-11-267404,
der JP-A-11-183459, der JP-A-4-363102 usw. beschrieben ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nunmehr detaillierter mit Bezug auf die
Beispiele dargestellt, wobei jedoch selbstverständlich ist, dass die Erfindung
hierdurch nicht beschränkt
wird.
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BEISPIEL 1
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Eine
Ausgangsflüssigkeit
(eine Mischung von Zuckeralkoholen), deren Zusammensetzung in Tabelle 1
gezeigt ist, wurde einer chromatographischen Trennung unter Verwendung
einer Vorrichtung des in 2 gezeigten Typs unterworfen.
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Die
Vorrichtung war aus vier Trennsäulen 1a, 1b, 2a und 2b,
die in Serie miteinander verbunden waren, zusammengesetzt, wobei
jeder der Säulen
einen inneren Durchmesser von etwa 43 mm sowie eine Lagerhöhe von 410
mm aufweist. Die Säule 1a war
in ihrer vollen Höhe
mit einem stark sauren Kationen-Austauschharz
aus Ca-Salz gepackt, der eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,36
mm (360 μm)
sowie einen Grad an Vernetzung von 6% (DIAION® UBK-535KN, erhältlich von
der Mitsubishi Chemical Corp.) aufweist, und die Säulen 1b, 2a und 2b wurden
in ihrer vollen Höhe
mit einem stark sauren Kationen-Austauschharz aus Ca-Salz mit einer
durchschnittlichen Größe von 0,22
mm (220 μm)
und einem Grad der Vernetzung von 6% (DIAION® UBK-535, erhältlich von
der Mitsubishi Chemical Corp.) gepackt. Wasser wurde als Desorptionsmittel
verwendet. Alle gepackten Lager wurden bei 80°C gehalten. Die Ausgangsflüssigkeit
sowie das Wasser wurden durch die gepackten Einheitslager bei einer
volumetrischen Fließrate
von 1200 ml/h. behandelt, um einen zyklischen Betrieb der chromatographischen
Trennung gemäß des in
Tabelle 2 unten gezeigten Zeitablaufs zu bewirken.
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Bei
Beendigung von 15 Zyklen war ein stabiler Zustand erreicht. Die
in dem stabilen Zustand erzielten Konzentrationsverteilungen sind
in 4 gezeigt, in der die Y-Achse und die X-Achse
Konzentrationen einer individuellen Komponente (%) sowie die Zeit
(Min.) kennzeichnet.
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Die
Zusammensetzung jeder Fraktion sowie die Ausbeute der jeweiligen
Komponenten sind unten in Tabelle 1 gezeigt.
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Die
oben angegebenen Ergebnisse wurden auf eine gestaffelte Anlage unter
Verwendung von vier Trennsäulen
mit 3.300 mm Innendurchmesser und 1.750 mm in der Höhe angewandt,
um den Druckverlust jedes gepackten Lagers zu berechnen. Die erhaltenen
Ergebnisse sind unten in Tabelle 3 gezeigt.
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VERGLEICHSBEISPIEL 1
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Eine
Ausgangsflüssigkeit
(eine wässrige
Lösung
von Zuckeralkoholen), deren Zusammensetzung unten in Tabelle 4 gezeigt
ist, wurde der chromatographischen Trennung unter Verwendung einer
Vorrichtung des in 2 gezeigten Typs unterworfen.
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Die
Vorrichtung war aus vier Trennsäulen 1a, 1b, 2a und 2b zusammengesetzt,
die in Serie miteinander verbunden waren und die jeweils einen inneren
Durchmesser von etwa 27,3 mm sowie eine Höhe von 550 mm aufwiesen. Alle
Säulen
wurden jeweils zu ihrer vollen Höhe
(550 mm) mit einem stark sauren Kationen-Austauschharz des Ca-Salzes mit einer
durchschnittlichen Partikelgröße von 0,22
mm (220 μm)
und einem Grad an Vernetzung von 6% (DIAION® UBK-535, erhältlich von
der Mitsubishi Chemical Corp.) gepackt. Wasser wurde als Desorptionsmittel
verwendet. Alle gepackten Einheitslager wurden bei 80°C gehalten.
Die Ausgangsflüssigkeit
wurde durch die gepackten Einheitslager bei einer volumetrischen
Fließrate
von 600 ml/h. behandelt, um einen zyklischen Betrieb der chromatographischen
Trennung gemäß dem in
Tabelle 5 unten gezeigten Zeitschema zu bewirken. Bei Beendigung
von 15 Zyklen war ein stabiler Zustand erreicht. Die in dem stabilen
Zustand erzielten Konzentrationsverteilungen sind in 5 gezeigt,
in der die X-Achse und die Y-Achse die gleiche Bedeutung wie in 4 haben.
Die Zusammensetzung jeder Fraktion sowie die Ausbeute der jeweiligen
Komponenten sind unten in Tabelle 4 gezeigt.
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Die
oben angegebenen Ergebnisse wurden auf eine gestaffelte Vorrichtung
unter Verwendung von vier Trennsäulen
mit 3.300 mm Innendurchmesser und 1.750 mm Höhe angewandt, um den Druckverlust
in jedem gepackten Lager zu berechnen. Die erzielten Resultate sind
unten in Tabelle 6 gezeigt.
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BEISPIEL 2
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Eine
Ausgangsflüssigkeit
(eine Mischung von Sachariden) mit der unten in Tabelle 7 gezeigten
Zusammensetzung wurde einer chromatographischen Trennung unter Verwendung
einer Vorrichtung des in 3 gezeigten Typs unterworfen.
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Die
Vorrichtung war aus sechs Trennsäulen 1a, 1b, 1c, 2a, 2b sowie 2c zusammengesetzt,
die in Serie miteinander verbunden waren, und jeweils einen Innendurchmesser
von etwa 30 mm sowie eine Höhe
von 410 mm (vollständig
gepackte Lagerhöhe:
2.460 mm) aufwies. Die Säule 1a war
in ihrer vollen Höhe
mit einem stark sauren Kationen-Austauschharz des Na-Salzes mit
einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,36 mm (360 μm) und einem
Grad an Vernetzung von 6% (DIAION® UBK-530KN,
erhältlich
von der Mitsubishi Chemical Corp.) gepackt und die Säulen 1b, 1c, 2a, 2b sowie
2c waren in ihrer vollen Höhe
mit einem stark sauren Kationen-Austauschharz des Na-Salzes mit
einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,3 mm (300 μm) und einem
Grad an Vernetzung von 5% (DIAION® UBK-520M,
erhältlich
von der Mitsubishi Chemical Corp.) gepackt. Wasser wurde als Desorptionsmittel
verwendet. Alle gepackten Einheitslager waren bei 80°C gehalten. Die
Ausgangsflüssigkeit
wurde durch die gepackten Einheitslager bei einer volumetrischen
Fließrate
von 600 ml/h. behandelt, um zyklische Operationen einer chromatographischen
Trennung gemäß dem in
Tabelle 8 unten gezeigten Zeitablauf zu bewirken.
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Die
Zusammensetzung jeder Fraktion sowie die Ausbeute der jeweiligen
Komponenten, die in dem 15. Zyklus erhalten wurden, bei dem ein
stabiler Zustand erreicht wurde, sind unten in Tabelle 7 gezeigt.
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Die
oben angegebenen Ergebnisse wurden auf eine gestaffelte Anlage unter
Verwendung von sechs Trennsäulen
von 2.200 mm Innendurchmesser und 1.300 mm Höhe angewandt, um den Druckverlust
in jedem gepackten Lager zu berechnen. Die zu erhaltenen Ergebnisse
sind unten in Tabelle 9 gezeigt.
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VERGLEICHSBEISPIEL 2
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Eine
Ausgangsflüssigkeit
(eine Mischung von Zuckeralkoholen), deren Zusammensetzung unten
in Tabelle 10 gezeigt ist, wurde einer chromatographischen Trennung
unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 2 unterworfen.
Alle Säulen
wurden jeweils zu ihrer vollen Höhe
(410 mm) mit einem stark sauren Kationen-Austauschharz des Na-Salzes
mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 300 μm und einem Grad an Vernetzung
von 5% (DIAION® UBK-520M,
erhältlich
von der Mitsubishi Chemical Corp.) gepackt. Die vollständige Länge der
gepackten Einheitslager war 2.460 mm. Wasser wurde als Desorptionsmittel
verwendet. Alle gepackten Einheitslager wurden bei 80°C gehalten.
Die Ausgangsflüssigkeit
wurde durch die gepackten Einheitslager behandelt, um zyklische
Operationen der chromatographischen Trennung gemäß dem unten in Tabelle 11 gezeigten
Zeitablauf zu bewirken. Die Zusammensetzung jeder Fraktion sowie
die Ausbeute der jeweiligen Komponenten, die im stabilen Zustand
(15. Zyklus) erzielt wurden, sind in Tabelle 10 gezeigt.
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Die
oben angegebenen Ergebnisse wurden auf eine gestaffelte Anlage unter
Verwendung von sechs Trennsäulen
mit 2.200 mm Innendurchmesser und 1.300 mm Höhe angewandt, um den Druckverlust
in jedem gepackten Lager zu berechnen. Die erzielten Ergebnisse
sind unten in Tabelle 12 gezeigt.
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Ein
anderes Vergleichsbeispiel 2, in dem ein Ionen-Austauschharz mit einer kleinen Partikelgröße verwendet
wurde, erzielt im Wesentlichen die gleiche Trennperformanz wie in
Beispiel 2 in Bezug auf Reinheit und Ausbeute der DP 2B Fraktion
und zeigt einen extrem hohen Druckverlust (ΔP), der ein operativer Nachteil
ist.
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Die
vorliegende Erfindung macht es möglich,
das Arbeitsleben des Adsorptionsmittels zu verlängern und eine Kompaktierung
des Adsorptionsmittels zu verhindern, wodurch eine Erhöhung des
Druckverlusts ohne Reduzierung der Trennperformanz verhindert wird.
Als Ergebnis hiervon können
die operativen Kosten inklusive der Pumpenergie reduziert werden.
Die Effekte der Erfindung ermöglichen
das Minimieren des aufgebrachten Drucks der Trennsäulen, was
zu einer Reduktion des Anlageninvestments führt.
