Способ хроматографического разделения текучих смесей на фракции

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К А 67 ОРСКОИУ СВИДВ 7 ВЛЬСТВУ/25 1 И 31/08 с присоединением заявкиГаауднретваннюй наинтет Саввтв Мнннатрва СССР аа двлан нзаарвтеннй и втнрмтнй) Приоритет 76.Бюллетень 23 43) Опубликовано 2 3,544 (088.8 46) Дата опубликования описания 06,07 2) Автор изобретения емент Т,1) аявите циальное конструкторское бюро АН Эстонской ССР СКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ТЕКУЧИХ СМЕСЕЙ ФРАКЦИИ Б ХРОМАТОГРАФИ 3 тение от ть исп истых олучения Известе ния текуч онной хроСпособ разделени мес тограф аключ смеси ом лоне рующихся бирующих дельными комн азовы тографической и отока разделяео часть хрома естами ввода п ля этеждусмеси ля, поддерживают и, потока носитатуре, превышапетли с последу шей юшимм не ратуру ижением ьной час тальк емпературы до теми петли, когда иааходится зона выворбируюше.,".я фрак пературы остуказанной чаОдимои из свции. и петли мы более носится к хроматографии ользовано, например, для веществ,об непррывного разделай при помощи циркуляциической схемы.ается в том, что процесс с отбором менее сорбинтов и отбор сильнее сор нентов осуществляют раз и потоками, перемещение мест ввода и вывода которых вдоль последовательно установленных колонок произво;- дят одновременно с переключением места ввода разделяемой смеси. Весь процесс такого хроматографического разделения проводят при одинаковой температуре.Однако, несмотря на преимущества при эксплуатации, уходе за оборудованием и наладке, применение известного способа с точки зренияпроизводительности и степени чистоты отбираемых фракций имеет определеннче пределы.Это объясняется тем, что условием для полиого разделения двухкомпонентной смеси,является требование, чтобы к моменту, кЯ"- да к выходу последней по ходу движениягаза-носителя ступени двухступенчатогоучастка хроматографической петли приблизится фронт смешанной зоны с равновеснымсодержанием компонентов 4 и Ь, заднийфронт атой же эоны уже вышел бы, из первой по ходу движения газа-носителя ступени гого же двухступенчатого участка, причем задний фронт смешанной зоны будет отставать тем больше, чем больше скоростьподачи разделяемой смеси,Цельо изобретения является повышениепроизводительности разделения и чистоты щ фракций.3Кроме того, целью изобретения яваяетсвтакже повышение степени разделения менее., сорбирующейся Фракции.Для этого через зону разделения и отбора менее сорбирующейся фракция пропускаютпоток вытеснителя в чистом или разбавленном нссителем виде., Сущность изобретенья пояснена чертежом,на котором приведено несколько рабочих положений компочентов одного из вариантовВустройства, при помощи которого может бытьреализован предложенный способ.В качестве примера выбрано газохроматографическое разделение бинарной смесис линейными нзотермами сорбции и с независимым распределением компоненте меж- фду фазамиУстройство содержит несколько, например три, хроматических колонки К 1, К 2КЗ, сседийенных друг с другом при помощипереходных каналов Кн, в которых установ- ффлены управляемые переключающие элементы Э 1, Э 2,ЭЗ, выполненные, например, ввиде малогабаритных мембранных клапанов,управляемых командным устройством припомощи сжатого воздуха. ИКаждыми из переходных каналов Кн снабжен подводящими газовыми линиями Л, вкоторых установлены аналогичные переключающие элементы Э 4. Газовые динки Лпредназначены для ввода и вывода газовыхпотоков в систему колонок К 3 КЗ,Количество подводящих газовых линий Л,которыми снабжен каждый из,переходныхканалов Кн, определяется суммарным количеством газовых потоков, вводимых и вы- Эйводимых из системы.При разделении текучей смеси на двефракции количество подводящих линий Лравно пяти (в систему вводятся два потока газа-носителя и поток разделяемой сме- Фси, а выводятся потоки легкой и тяжелойфракций смеси, разбавленные газом-носителем),На чертеже газовые линии Л изображеныс клапанами, находящимися в данный момент 46в закрытом положении, а не имеющие принципиального значения при разъяснении, ходапроцесса - частично не показаны.Каждая из колонок К 1-КЗ снабжена индивидуальными средствами регулированиятемпературы,В положении я, когда клапан Э 2 в переходном канале. между колонками К 2 и КЗМоткрыт, а клапаны Э 1 и;ЭЗ закрыты, в колонку К 1 подается поток Ю газа-носителя который с выхода той же колонки направля ется в коллектор для сбора более сорбирующейся фракции, а чЪрез колонки К 2 и КЗ пропускают потЬк 9 й газа-носителя, ко-. 2 бсторый с выхода колонки КЗ направляетсяв коллектор менее сорбирующейся фракции(коллекторы не показаны), причем температуру Тй колонки К 2 поддерживают вышетемпературы Т в колонке КЗ.В начале процесса разделения при установившихся потоках гаэа-носителя Ю иЮна вход колонки КЗ начинают непре-.рывно подавать поток разделяемой газовой(иля паровой) смеси, содержащей, например,два компонента А н Ьр, один яз которых Л обладает меньшей сорбируем остью.По мере продвижения компонентов смеси вдоль слоя сорбента в колонке КЗ фронтдвижущейся хроматографической полосывследствие различия в коэффициентах распределения компонентов начинает обогащать-.ся по менее сорбирующемуся (более легкому" ) компоненту Я.,Начиная с некоторого момента временипри достижении. фронтом хроматографи-.ческой полосы выхода колонки КЗ в коллектор, для сбора легкой фракции вместе с потоком Ф газа-носителя поступает фракция смеси, обогащенная по легкому компоненту Л .В зависимости от разделяемой смесия заданной степени обогащения выбираютдлину колонки и условия разделения в ней(скорость потока газа-носителя, скоростьподачи разделяемой смеси и температу-уколонки). Отбор легкой фракции смеси свыхода колонки КЗ и подачу разделяемойсмеси на вход колонки КЗ осуществляютдо того момента времени, когда к выходуколонки КЗ приблизится зона хроматографической полосы, содержащая разделяемуюсмесь с равновесным содержанием комцонентов Л и В (заштрихованный участок А + 3 колонки в положении Я 1). В"Этот момент производят переключение га,вовой схемы в положение д, в короромклапан:ЭЗ в переходном канале между колонками КЗ и К 1 открыт, а клапаны Э 1и Э 2 закрыты. Одйовременно переключаютнагрев колонок с таким: расчетом, чтобы,колонка КЗ поддерживалась при температуре Т, колонка К 1 - при температуре 11,а колонка К 2 перещла в режим охлажденияс температурыТ на температуру,Т. В тотже момент осуществляют перемещение местввода и вывода потоков газа-носителя нместа ввода разделяемой смеси путем переключения клапанов Э 4, установленных наподводящих газовых линиях Л. Начиная сэтого момента времени подачу потока Жгаза-носителя производят на вод колонкиК 2, по.ока Ф/ на вход колонки КЗа разделяемую смесь непрерывно подают на входколонки К 1., 1 ц р, р,Вывод газовых. потоков в положении 3 производят с выхода колонок г 1 и К 2, Про-, цесс разделения, происходящий в 1 этом положении схемы в колонке К 1 полностью :йдентичен описанному выше процессу раз 1 деления проходящему в колонке КЗ в пред- шествующий промежуток времени, Оставшаяся в колонке КЗ часть смеси под действи 1 ем потока 9, газа-носителя перетекает :;ив колонки КЗ в колонку К 1. При этом задний фронт перемещающийся в колонкеКЗ,хроматографической полосы, начинвег обога-, )цвться по компоненту В смеси, обладающему большей сорбируемостью, Следует отметить, что нри одинаковой скорости газа;"носителя линейная скорость перемещений .переднего фронта смешанной эоны А + В равна линейной скорости перемерения тяжелого компонента Я при температуре Ч, а линейная скорость перемещения заднего фронта атой эоны равна скорости перемещения легкого компонента А при темпе ратуре ТНо так квк через колэнку КЗ протекает поток И газа-носителя, а чез колонку К 1 тот же поток вместе ском разделяемой смеси, задний фронт .смешанной зоны А + В будет тем больше отставать от скорости перемещения легкого компонента при температуре Т, чем больше отличаются потоки газа в обеих колонках.д . ее.Следовательно для достижения максимальной производительности в конкретных условиях необходимо соотношение пото ка разделяемой смеси к потоку % газе- носителя подбирать так, чтобы к моменту приближения переднего фронта смешанной эоны Л + В (заштрихованный участок А+В, положение Ь ) к выходу колонки К 1, задний фронт смешанной зоны А + В уже успел полностью перейти из колонки КЗ в колонку К 1, в в колонке КЗ осталась лишь эона Ь хроматографичвской полосы, обое гашенная по тяжелому компоненту. Нагревая колонку КЗ, увеличивают скорость передвижения в ней части смешанрной зоный зоны я хроматографической полосы, обогащенной по тяжелому компоненту по сравнению с передней частью смешанной зоны А+ В и зоны Р.обогарцен ной пс легкому компоненту А в"колонке К 1, Это представляет возможность увеличить объемную скорость подачи разделяемой смеси с расчетом, чтобы было соблюI дено условие полного выхода заднего фрон га смешанной зоны А + В иэ копонкиКЗ к моментуподхода переднего фронта той же зоны к выходу колонки К 1. Таким образом повышают производительность систе мы, Когда передний фронт смешанной зоны Ь,6Л + 3 приблизится. к выходу колонкиКЯ,а задний фронт Выйдет из колонки К 3 црОйзводят переключение газовой схдмй хрзмв-.тографв из положенияв цоложеине5 В этом положении клапан 31 между колон)ками К 1 и К 2 открыт, а клапаны 32 и ЭЗвкрыты. Поток Ю/ газа-носителя с того,же момента перэключается на вход колонкиКЗ, поток Ф/ - на вход колонки К 1 аК разделяемую смесь непрерывно подают на.,вход колонки К 2.Одновременно с переключением газовой гсхемы переключают и обогрев колонок срасчетом, чтобы колонка К 1 поддерживя 5 лась при .температуре Тколонка К 2- ,при температуре Т, а колонка КЗ перецнлв в режим охлаждения с температуры Тна емпервтуру ТОставшаяся в колонке КЗ часть хромвщ тографической полосы, обогащенная по борлее сорбнрующемуся компоненту Ввыводит.- ся потоком Ф 1 газа-носителя, в коле;кгордля сбора тяжелой фракции смеси, При этомскорость потока Ф газа-носителя поцби-.25 рают так, чтобы к моменту следующего пе- фреключения обогрева и клапанов сорбент вколонке КЗ успел полностью регенерироваться от компонента Я .Учитывая то, что эона, обогащенная цоЭ) тяжелому компоненту В, находится у выхода колонки КЗ, начало регенерации притемпературе Т с последующим охлаждением до Г позволяет значительно сократитьрасход газа в потоке Ф по сравнению35 с регенерацией при температуре Т.Отбор л гкой фракции смеси с выходаколонки КЗ производят до тех пор, покапередний фронт смешанной эоны А + И хроматогрвфической полосы приблизится к выл ходу колонки К 2, в задний фронт зоны полностью выйдет из колонки К 1, после чегопереключают газовую схему и обогрев колонок из положения й в положение 3В этом положении газовой схемы поток Щ/ц газа-носителя подается на вход колонки К 1и выводится с выхода той же колонки вместе с оставшейся в колонке К 1 частью хро магографической полосы, обогащенной потяжелому компоненту В , в коллектор для9) сбора тяжелой фракции. Поток Ю газаносителя подается нв вход колонки К 2, рвзжляемая смесь - нв вход колонки КЗ, вотбор легкой фракции производят с выходаколонки КЗ,у; Колонка К 2 поддерживается при температуре Тколонке КЗ - при температу-ре Тв колонка К 1 охлвждается с температуры Т на температуру Т,Начиная с этого момента циклы рвздещ 1 ления повторяются в описанной выше по7, 5 следовательности. При этом разделение непрерывно вводимой текучей смеси и отбор легкой фракции производят при помощи одного потока газа-носителя, а отбор тяжелой фракции производят при помощи другого потока газа, места ввода и вывода которых перемещают вдоль последовательно включенных колонок синхронно с переключением места вводаразделяемой смеси с поддержанием в каждом, положении схемытемпературы первой по ходу гвэв-носителя колонки двухступенчатого участка выше температуры последней по ходу газа-носителя колонки того же участка с последую-. щим охлаждением атой же колонки в течение времени пребывания ее в регенерационной позиции.При разделении многокомпонентных смесей обеспечивается выделение в чистом виде наименее или наиболее сорбирующегося компонента или разделениесмеси на две фракции в любой точке по хроматограмме. При осуществлении разделения паровых и газовых смесей с использованием вытеснения в качестве потока %/ в систему подают газ-вытеснитель в чистом виде или разбавленный инертным газомносителем. В таком случае процесс в общем похож на вышеописанный с той разницей, что переме- Вшение хроматографической полосы и разделение смеси в первой по ходу движения газа-носителя колонке двухступенчатого участка хроматогрвфической петли осуществляется под воздействием расширяющейся зоны сорбирующего вытеснителя, который вытесняет компоненты смеси из колонки. В качестве вытеснителя, в частности, удобно испольэовать часть потока выделенной тяжелой фракции. Скорость гаэв-носителя в потоке 91 выбирают при этом так, чтобы колонка, смываемая потоком М, успела бы эв цикл регенерироваться от газавытеснителя,При разделении жидких смесей потоки% и Ю образуют из жидкостей раст 18726воряюших компоненты разделяемой смеси.Наличием двух потоков М/1 и Ж обеспечиваются также удобныеусловия дляприменения градиентного элюирования с целью улучшения условий разделения и поыщения производительности.В зависимости ог конкретных условийразделения и свойств компонентов смеси,каждая иэ трех функциональных частей.Вхроматографической петли может быть составлена из одной или более секций равнойдлины с перемещением и каждый раз точекввода и вывода на длину одной секции, Таким образом функциональные части хроматографической петли могут иметь неравнуюдлину,формула изобре гения1. Способ хроматогрвфического разделен ния текучих смесей на фракции путем осуществления циркуляции непрерывно вводимойсмеси в потоках носителя в системе из нескольких хроматографических колонок, последовательно соединенных в замкнутую петлю с перемещением мест ввода и выводапотоков вдоль колонок и с отбором обогашенных фракций концов хроматографическойполосы, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения производительностиразделения и чистоты фракций, часть хроматограической петли между местами ввода потока разделяемой смеси и потока носителя, поддерживают при температуре, превышающей температуру остальной петли сноследующим понижением температуры дотемпературы остальной части петли, когдана указанной части петли находится зонавыводимой из системы более сорбируюшейся фракции.2. Способ по п, 1, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения степениразделения менее сорбирующейся фракции,счерез зону разделения и отбора менее сорбирующейся фракции,процускают поток вы,теснителя в чистом или разбавленном носителем виде,