CH629971A5

CH629971A5 - Verfahren zum chromatographieren.

Info

Publication number: CH629971A5
Application number: CH1687775A
Authority: CH
Inventors: Asko J Melaja; Lauri Haemaelaeinen; Lasse Rantanen
Original assignee: Suomen Sokeri Oy
Priority date: 1975-02-14
Filing date: 1975-12-30
Publication date: 1982-05-28
Also published as: NL181911B; AU497787B2; GB1508470A; ZA757598B; ATA987175A; BE836736A; AU8715975A; FR2300598A1; NO145327C; SE7513857L; NL7600605A; JPS5194479A; BR7600042A; NL181911C; DE2601459A1; JPS6021761B2; SU1126203A3; AT353288B; FI760360A; PL102735B1

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Chromatographieren unter Verwendung von Ionenaustauschharzen in einer zylindrischen Chromatographiekolonne ohne Zwischenböden, deren Durchmesser mehr als 1 Meter und deren Höhe 2,5 bis 6 Meter beträgt, gekennzeichnet durch folgende Stufen: (1) Packen der Kolonne mit Partikeln eines Ionen-austauschharzes zur Bildung eines Bettes, das einen Durchlässigkeitsfaktor k von 1 x 10101/m2 bis

4 x 10101/m2 besitzt, (2) Sättigung der Kolonne mit Wasser sowie Rückspülung zur Erzielung einer gleichmässigen Pak-kung des Harzes, (3) gleichmässiges Zuführen der chromatographisch zu trennenden Flüssigkeit auf die Kolonne zwecks gleichzeitiger gleichmässiger Strömung der Flüssigkeit nach unten durch die Kolonne mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5- bis 2mal der kritischen Geschwindigkeit des Systems, und (4) Elution mit Wasser zum Sammeln der aufeinanderfolgenden Fraktionen am Boden der Kolonne.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei die Kolonne aus der Ca+ +-Form eines stark sulphonierten Polystyrol-Kat-ionenaustauschharzes, vernetzt mit 3,5% Divinylbenzol, besteht, mit einer durchschnittlichen Harzpartikelgrösse von 0,38 mm, mit 95% der Harzpartikel innerhalb +25% der durchschnittlichen Partikelgrösse, gekennzeichnet durch ein Bett, dessen Durchlässigkeitsfaktor k

2,2 x IO101/m2 beträgt, durch welches eine Invertzucker-lösung mit einer Geschwindigkeit von 0,25 bis 1,0 m/h geführt wird, um Glukose und Fruktose chromatographisch zu trennen.

3. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei die Kolonne aus mit 3,5% Divinylbenzol vernetztem sulphoniertem Polysty-rol-Kationenaustauschharz in der Sr++-Form besteht und die durchschnittliche Partikelgrösse 0,27 mm beträgt, mit 95% der Partikel innerhalb ±25% der durchschnittlichen Partikelgrösse, gekennzeichnet durch ein Bett, dessen Durchlässigkeitsfaktor k 2,6 x 10101/m2 beträgt, durch welches eine Wasserlösung von Polyolen mit einer Geschwindigkeit von 0,15 bis 0,60 m/h geführt wird, um die Polyole zu trennen.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei die Ionen-austauschharzpartikel mit Divinylbenzol vernetzte sul-phonierte Polystyrol-Kationenaustauschharze sind, deren durchschnittliche Partikelgrösse 0,5 bis 0,20 mm beträgt, mit 95% der Harzpartikel innerhalb ±25% der durchschnittlichen Partikelgrösse.

Chromatographische Trennungen und Fraktionierungen von organischen und anorganischen Stoffen auf Ionenaustauschharzen werden in der Literatur eingehend besprochen. In den meisten Fällen sind die beschriebenen Verfahren analytische Verfahren, die mit kleinen Laborkolonnen ausgeführt werden. Wenn Trennverfahren für technische Verwendung vorgeschlagen werden, werden die meisten Versuche, auf welche sich die Vorschläge gründen, mit Kolonnen von kleinen Abmessungen ausgeführt.

Die theoretischen Aspekte von chromatographischen Trennungen werden zum Beispiel von Snyder und Kirkland, «Introduction To Modern Liquid Chromatography» John Wiley, London, 1974, beschrieben. Die darin vorgebrachten Theorien gründen sich meistens auf Versuche mit Laborkolonnen in kleinem Massstab.

Es wird allgemein angenommen, dass ein Extrapolieren von Laborergebnissen schwer ist, besonders bei chromatographischen Prozessen, bei welchen theoretische Modelle unbefriedigend sind. Das Bauen von kommerziellen Anlagen auf Grundlage von aus Laborversuchen erhaltenen Kenntnissen hat sich als ein grösseres Problem erwiesen. Laut der Meinung von Fachleuten ist die Verwendung von grossen Harzkolonnen, z.B. Kolonnen mit mehr als 1 Meter Durchmesser und einer Höhe von mehr als rund 2,5 Meter, nicht möglich, und zwar wegen schlechter Trennergebnisse und übermässiger Verdünnung der eluierten Komponenten, welche beiden Faktoren den Prozess unwirtschaftlich machen. Auch wenn eine Flüssigkeit gleichmässig dem Kopf der Kolonne zugeführt worden ist, kann die Strömung schräg verlaufen und es kommen im Bett zu «Schwanzbildung» und «Fingerbildung». Um diese Probleme zu vermeiden, sollte die Flüssigkeitsfront sich nach unten praktisch in einem schmalen waagrechten Band bewegen.

Diese Probleme werden zum Beispiel in der US-Patent-schrift Nr. 3 250 058 besprochen. Gute Trennungen werden bei Verwendung von kleinen Laborkolonnen erreicht, aber wenn man versucht, die Trennung in technischem Massstab unter Verwendung von Kolonnen mit Durchmessern von 5 cm oder mehr zu wiederholen, findet man, dass «Schwanzbildung» und «Fingerbildung» in der Kolonne vorkommen, welche beide Verdünnung und schlechte Trennungsergebnisse herbeiführen. Man versuchte, diese Probleme dadurch zu beseitigen, dass man quergerichtete Zwischenböden in der Kolonne vorsieht, um dadurch seitliche Strömung der durch die Kolonne strömenden Flüssigkeit zu veranlassen. Ausserdem fand man es notwendig, diese Zwischenböden in Verbindung mit lateralen Scheiben zu verwenden.

Der Gedanke einer zwangsläufigen senkrechten Strömung in grosse Kolonnen wurde ferner von Lauer et al. in der US-Patentschrift Nr. 3 539 505 entwickelt, die die Kolonne mit Einheiten für radiales Mischen ausrüsteten oder die Kolonne in mehrere kurze Abschnitte unterteilten, wie in der deutschen Offenlegungsschrift DOS 2 036 525 beschrieben wird. Eine weitere Behandlung des Problems wird in der deutschen Olfenlegungschrift DOS 2 224 794 und in der japanischen Patentschrift Nr. 73-68 752 beschrieben, gemäss welcher die Kolonne mit der zu trennenden Lösung gesättigt wird. Mittels der gesättigten Kolonne und einer Rückflussströmung können die von Dichtegradienten verursachten Störungen in der Kolonne vermieden werden.

Diese ziemlich komplizierten Verfahren, ermöglichen das Ausführen von chromatographischen Trennprozessen in grossem Massstab auf kommerzieller Grundlage. Aber diese Verfahren führen zu komplizierten Kolonnenbauweisen und zu Verfahren, die im technischen Massstab schwer zu verwirklichen sind. Durch Einbauten in der Kolonne entstehen beträchtliche Probleme, wenn das Harz rückgespült wird oder wenn es notwendig wird, die Ionenform des Harzes zu verändern. Rückspülung ist in diesen Verfahren nach einer gewissen Zahl von Zyklen erforderlich, weil mechanische Verunreinigungen sich aus der Zufuhr oder aus dem Eluier-stoff auf dem Harzbett anhäufen, so dass die Leistungsfähigkeit der Kolonne allmählich abnimmt. Wenn die Ionenform des Harzes verändert wird, ändert sich gewöhnlich der Rauminhalt der Harzpartikel, was zum Ausdehnen oder Zusammenschrumpfen des Harzbettes führt. Es ist offenbar, dass Einbauten in der Kolonne in solchen Fällen ein Ärger sind. Der Gedanke des gesättigten Harzbettes und der Rückflussströmung führt auch zu komplizierten Bauweisen, wie in der deutschen Offenlegungsschrift DOS 2 224 794 beschrieben wird, oder zu einem komplizierten Vorgang beim Betrieb des Systems. Die französische Patentschrift Nr.

2 190 918 zeigt, dass Kolonnen mit einem Durchmesser von

3 Metern und einer Höhe von 7 Metern in einem Verfahren zur Gewinnung von Zucker aus Melasse durch Ionentren5

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nung verwendet worden sind; es geht aus dieser Patentschrift nicht hervor, ob Zwischenscheiben verwendet werden. Das in der französischen Patentschrift beschriebene Verfahren bezieht sich aber auf einfache Trennverfahren, nämlich Ionenausschlussverfahren, während das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung sich auf das chromatographische Trennen beziehen.

Es hat sich jetzt herausgestellt, dass ein chromatographisches Trennen in grossen Kolonnen ausgeführt werden kann, welche keine Einbauten enthalten, und ohne dass Sättigungsverfahren benutzt werden. Dieses Verfahren ist im Anspruch 1 definiert. Vorzugsweise besteht das Ionen-austauschmittel aus mit Divinylbenzol vernetzten Polysty-rolsulfonat-Kationenaustauschharzen, deren durchschnittliche Partikelgrösse im Bereich von 0,5 bis 0,20 mm liegt, wobei 95% der Harzpartikel innerhalb ±25% der durchschnittlichen Partikelgrösse des Harzes liegen. Der zylindrische Behälter hat einen Durchmesser von mehr als 1 Meter und ist etwas länger als die erwünschte Höhe der Austauschkolonne. Ein geeignetes Mittel, um die Lösung gleichmässig zum oberen Teil des Bettes zu führen, wird in der US-Patent-schrift Nr. 3 814 253 offenbart.

Gleichmässige Strömung kann dadurch erreicht werden, dass Harzpartikel von gleichmässiger Grösse benutzt werden, dass Homogenität der Harzpartikelmischung gesichert wird, dass ein Harz gewählt wird, das eine solche durchschnittliche Partikelgrösse aufweist, die der Strömung einen minimalen Widerstand leistet, dass die Verteilungsfaktoren des zu trennenden Materials berücksichtigt werden, dass eine gleichmässige wirbellose Zufuhr über den oberen Teil der Kolonne mittels Schwerkraft gewährleistet wird, und dass eine gleichmässige, wirbelfreie Entnahme der Lösung mittels Schwerkraft am Boden der Kolonne gewährleistet wird. Ausserdem muss die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im System 0,5- bis 2mal die kritische Geschwindigkeit betragen.

Die grossen Kolonnen, auf welche sich das Verfahren der vorliegenden Erfindung richtet, sind solche, deren Durchmesser mehr als 1 Meter und deren Höhe mehr als 3 Meter beträgt. Kolonnen dieser Dimension und Grösse sind erwünscht, um ein technisches Verfahren mit ausreichender Leistung zu ergeben.

Ionenaustauschharze, die im Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung benutzt werden, können beliebige Harze sein, die normalerweise zum chromatographischen Trennen von organischen und anorganischen Stoffen auf Ionen-austauschharzbetten benutzt werden. Zu geeigneten Harzen zählen die Alkalimetall- und Erdalkalimetallsalze eines Polystyrolsulphonat-Kationenaustauschharzes vernetzt mit Divinylbenzol. Diese Harze werden im allgemeinen vom Hersteller in gewissen Graden und Partikelgrössen geliefert. Es wurde gefunden, dass, wenn in der Partikelgrösse der Harzpartikel im Bett eine grosse Variation vorkommt, eine gleichmässige Strömung der Flüssigkeit schwer zu erreichen sein wird. Demnach ist es gemäss der vorliegenden Erfindung zweckmässig, die meisten Harze weiter zu klassifizieren, um solche Harze zu erhalten, deren Partikelgrössen so gleichmässig wie möglich sind. Es wurde gefunden, dass die besten Ergebnisse, einschliesslich guter Trennung der Bestandteile, erhalten werden, wenn sich 95% des Harzes innerhalb ± 25% der durchschnittlichen Partikelgrösse befinden. Der bevorzugte Bereich der durchschnittlichen Partikelgrösse befindet sich im Bereich von 0,5 bis 0,20 mm.

Ein weiterer Faktor, der für eine gleichmässige Strömung wichtig ist, ist die Homogenität der Harzpartikel im Bett. Bekanntlich besteht in Kolonnen von Partikelmaterial eine Neigung, dass Partikel von unterschiedlicher Grösse sich klassifizieren, z.B. sich in verschiedenen Schichten in der

Kolonne konzentrieren. Es ist deshalb wichtig, dass die Schichtenbildung in der Kolonne auf ein Minimum beschränkt wird und dass die Harzpartikel homogen über die Kolonne und deren gesamte Länge verteilt werden. Dies wird einheitliches Packen genannt. Dazu ist gemäss der vorliegenden Erfindung, durchgreifende und energische Rückspülung des Harzbettes nötig.

Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist die mechanische Festigkeit des verwendeten Harzes. Dies ist wichtig, weil bei Verwendung von Harzen mit geringer Festigkeit in langen Kolonnen das Gewicht des Inhalts Verformung der Partikel im Bett verursacht, was wieder zu Störungen in der Strömung führt. Wenn Polystyrolharze verwendet werden, beruht die Festigkeit des Harzes auf dem Divinylben-zolgehalt des Harzes. Gute chromatographische Trennungen von Zuckern sind erreicht worden mit Harzen, die 2 bis 6% Divinylbenzol enthalten bei einer Harzbettiefe von rund 3,5 Meter.

Ein weiterer wichtiger Faktor für eine gleichmässige Strömung ist die Wahl der geeigneten durchschnittlichen Harzpartikelgrösse. Eine optimale Leistung der Kolonne wird erreicht, wenn die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur wie auch der Trockenstoffinhalt der Zufuhr so gewählt werden, dass die Viskosität und die Dichtegradienten in der Kolonne weder «Schwanzbildung» noch «Fingerbildung» verursachen, sondern dazu neigen, die Verhältnisse an den Frontschichten zwischen den Fraktionen zu stabilisieren. Es ist gefunden worden, dass dies je nach dem Verteilungsfaktor der Komponenten in der zu trennenden Flüssigkeit variieren kann. Die durchschnittliche Partikelgrösse wird in Übereinstimmung mit dem Verteilungsfaktor der zu trennenden Komponenten gewählt, so dass der Strömungswiderstand in der Kolonne möglichst gering ist und so dass die Diffusion in die und aus den Harzpartikeln nicht die, die Geschwindigkeit steuernde Stufe im Trennverfahren wird. Wenn die Faktoren gross sind, kann ein grobes Harz verwendet werden. Ausser den oben besprochenen Faktoren, die gleichmässige Strömung der viskosen Flüssigkeit betreffen, ist es auch wichtig, dass eine optimale Durchlässigkeit der Kolonne benutzt wird, und dass die Lösung durch die Kolonne ungefähr mit der kritischen Geschwindigkeit des Systems strömt.

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

worin

Ap = Druckabnahme im Harzbett (N/m2)

v = lineare Geschwindigkeit der Strömung der Lösung (m/s)

L = Höhe des Harzbettes (m)

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H = Viskosität der Lösung (Ns/m2) k = Durchlässigkeitsfaktor (1/m2)

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

Es hat sich herausgestellt, dass die «Fingerbildung» und «Schwanzbildung», die sogar in ganz einheitlich gepackten Betten vorkommen und die von Dichte- und Viskositätsunterschieden in der Lösung verursacht werden, vermieden oder auf ein Minimum beschränkt werden, wenn die Schnelligkeit der Strömung die kritische Geschwindigkeit (vc) oder 0,5-2,0mal die kritische Geschwindigkeit beträgt, welche kritische Geschwindigkeit auf den Systemparametern beruht.

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

Die kritische Geschwindigkeit kann mit der folgenden Formel ausgedrückt werden:

worin vc = S =

V- =

k =

g =

g(S2-St)

k (H2 - P-i)

kritische Geschwindigkeit (m/s) spezifisches Gewicht (kg/m3)

Viskosität (Ns/m2)

Durchlässigkeitsfaktor des Bettes (1/m2) Gravitationskonstante 9,81 m/s2

(2)

Bei einer Flüssigkeit mit einer Viskosität jj.2 und einer Dichte S2, die eine Flüssigkeit einer Viskosität und einer Dichte Sj durch Strömung nach unten verdrängt, beziehen sich die Indices 1 und 2 in (2) auf die obere bzw. auf die untere Flüssigkeitsschicht.

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

S = So+ac H = n„+ßc

(3)

(4)

in welchen a und ß empirische Konstanten, c die Konzentration der Lösung in Gewichtsprozent, S0 die Dichte von Wasser und H0 die Viskosität von Wasser bedeuten.

Wenn die Gleichungen 3 und 4 in die Gleichung 2 eingesetzt werden, erhält man für die kritische Geschwindigkeit folgende Gleichung:

vc =

ga kß

(5)

Wir haben gefunden, dass für Trennungen von Zuckern und Polyolen mit Chromatographie in grossem Massstab in Kolonnen mit einem Durchmesser von mehr als 1 m und einer Höhe von mehr als 3 m, die mit einem Polystyrol-divinylben-zolharz einer Partikelgrösse von 0,25 bis 0,50 mm in Erdalkaliform gefüllt sind, sich der Durchlässigkeitsfaktor k innerhalb des Bereichs:

1 x 1010 1/m2 bis 4 x 1010 1/m2 befindet.

Der Durchlässigkeitsfaktor beruht auf folgende «Systemparameter»: Querschnittsfläche und Höhe des Harzbettes, Partikelgrösse des Harzes, Grössenverteilung des Harzes und Typ des Harzes.

s Ausserdem ist gefunden worden, dass wenn Monosacchariden oder Polyole bei 50 °C getrennt werden, die Konstanten a und ß folgende Werte haben:

a= 4 (kg/m3)

io ß= 1,3 x 10-5 (Ns/m2)

Somit kann die kritische Geschwindigkeit für die in den Beispielen 2 und 3 unten beschriebenen Trennungen berechnet werden als:

15

vc2= 0,5 m/h vc3 = 0,3 m/h

Die Druckabnahme in der Kolonne, A P/L, betrug 2000 20 N/m2 pro Meter Harztiefe im Bett.

Die oben beschriebene kritische Geschwindigkeit und der Durchlässigkeitsfaktor beziehen sich auf stabilisierte chromatographische Systeme. Nach einem Rückspülvorgang muss der Kolonne Zeit für die Stabilisierung gewährt wer-25 den. Dies wird dadurch erreicht, dass man Wasser in die Kolonne führt, bis das Bett einen stabilen Zustand erreicht hat.

Die Zufuhrabstände werden möglichst kurz gewählt,

aber doch so, dass fraktionierte Komponenten einander von einer Zufuhrmenge zur anderen nicht decken. Der 30 TrockenstofBnhalt der Zufuhr wird so gewählt, dass optimale Verhältnisse erreicht werden mit Rücksicht auf die Trennleistung und Qualität wie auch auf die Verdunstung und die Baukosten.

Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung er-35 möglicht es, grosstechnische chromatographische Trennungen mit einer Trennleistung auszuführen, die ebenso gut ist wie die, die mit kleinen Laborkolonnen erreicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass einfache und ziemlich billige Konstruktionen verwendet werden, die leichter mit Harz zu 40 füllen sind, leichter rückzuspülen sind und die einen geringen Strömungswiderstand aufweisen. Ausserdem begegnet man keinen bedeutenden Problemen beim Ausdehnen oder Zusammenschrumpfen des Harzes während des Trennzyklus oder während der Regenerierung. Im Vergleich zu einer Bat-45 terie von kleinen Kolonnen, die dieselbe Kapazität ergeben, ist die in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendete Apparatur weniger kostspielig zu bauen und zu unterhalten, verlangt weniger Hilfsausrüstung wie z.B. Rohrleitungen, Ventile und Pumpen, und ist mit beträchtlich gesenkten In-50 strumentationskosten verbunden.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird als eine einfache Chromatographie mit Schwerkraftzufuhr und mit Strömung nach unten verwirklicht, wobei die Zufuhrlösung und der Eluierstoff nacheinander dem oberen Teil der Ko-55 lonne zugeführt werden. Die nachstehenden Arbeitsbeispiele veranschaulichen die Leistung einer Kolonne in grossem Massstab. In jedem Beispiel wird nur ein Trennzyklus beschrieben. Es ist aber klar, dass im praktischen Betrieb dem Eluierstoff, der in der Trennstufe verwendet wird, die näch-60 ste Menge von Zufuhrlösung folgt, und dieser Lösung folgt wieder Eluierstoff. Im Beispiel 1 dauert die Trennstufe 120 Minuten, worauf die nächste Zufuhr dem oberen Teil der Kolonne hinzugesetzt wird. In den Beispielen 2 und 3 dauert jede Trennstufe 160 Minuten.

65 Es wird ferner bemerkt, dass jedes der folgenden Beispiele in einer Kolonne ausgeführt wurde, die mit einem Flüssigkeitssteuerapparat ausgerüstet war, wie er in der US-Patentschrift Nr. 3 814 253 beschrieben wird. Die Harz

5

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kolonne wurde auf einem Feinmaschennetz am Boden der Kolonne getragen, welches Netz wieder von einer gleichmässig gelochten Scheibe getragen wird. Unterhalb der Scheibe gibt es einen freien Raum zu Sammeln der Lösung, die durch die Kolonne gelaufen ist. Weitere Mittel sind am Boden der Kolonne vorhanden, und zwar zur wirbelfreien Entfernung der Lösung mittels Schwerkraft.

Beispiel 1

Organische (Zucker) und anorganische (Nicht-zucker) Komponenten wurden aus einem Birkenholzhydrolysat durch chromatographische Verfahren unter Verwendung der folgenden Appararatur und Verhältnisse getrennt:

Kolonne:

Durchmesser 260 cm, Harzbett 350 cm hoch.

Harz:

Starker Kationenaustauscher von sulphonierten Polystyrol mit 3,5% Divinylbenzol; durchschnittliche Harzpartikelgrösse 0,43 mm; Na+-Form; von den Harzpartikeln waren 95% innerhalb ± 25% der durchschnittlichen Partikelgrösse.

Lineare Zufuhrgeschwindigkeit:

1 Meter/Stunde Zufuhrstemperatur:

+ 50 °C Zufuhr:

540 kg Trockenstoff als 18%ige Wasserlösung; die Zufuhr enthielt 59% Zucker vom Trockengewicht.

Die Kolonne wurde mit dem Harz bis auf die Höhe von 350 cm gefüllt, und das Harz wurde gründlich rückgespült, um Homogenität der Harzpartikelgrösse durch die Kolonne sicherzustellen. Die durchschnittliche Harzpartikelgrösse von 0,43 mm wurde nach Bewertung eines Bereichs von Harzpartikelgrössen gewählt. Die gewählte Harzpartikelgrösse ergab einen minimalen Strömungswiderstand bei der Zufuhrlösung von Birkenholzhydrolysat.

Sowohl die Zufuhrlösung als auch der Eluierstoff (Wasser) wurden dem oberen Teil der Kolonne unter Verwendung des in der US-Patentschrift Nr. 3 814 253 offenbarten Flüssigkeitssteuerapparats dadurch zugeführt, dass ein feiner Strahl über eine Flüssigkeit durchlassende Scheibeneinheit auf dem Harzbett gespritzt wurde. Einheitliche Strömung wurde durch die gesamte Kolonne verwirklicht und während des gesamten Prozesses beibehalten. Die Fraktionen wurden aus dem Boden der Kolonne entfernt ohne die einheitliche Strömung zu stören.

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

sen Kolonne des Prozesses dieses Beispiels ebenso gut oder besser ist als die Leistung der kleinen Kolonne des Standes der Technik.

Beispiel 2

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

Kolonne:

io Durchmesser 260 mm, Harzbett 350 cm hoch.

Harz:

Starker Kationenaustauscher von sulphonierten Polystyrol mit 3,5% Divinylbenzol, durchschnittliche Partikelgrösse 0,38 mm, Ca+ +-Form; von den Harzpartikeln waren i5 95% innerhalb +25% der durchschnittlichen Partikelgrösse.

Lineare Zufuhrsgeschwindigkeit:

0,42 Meter/Stunde Zufuhrstemperatur:

20 +55 °C Zufuhr:

750 kg Trockenstoff als 37,5%ige Wasserlösung. Die Zufuhr enthielt 60,5% Fruktose und 39,5% Glukose aus dem Trockengewicht.

25 Durchlässigkeitsfaktor:

k = 2,2x IO10 1/m2 Kritische Geschwindigkeit:

vc = 0,5 m/h

Die Kolonne wurde mit dem Harz bis auf eine Höhe von 30 350 cm gefüllt, und das Harz wurde gründlich rückgespült, um Homogenität der Harzpartikelgrösse durch die Kolonne sicherzustellen. Die durchschnittliche Harzpartikelgrösse von 0,38 mm wurde nach Bewertung eines Bereichs von durchschnittlichen Harzpartikelgrössen gewählt. Die ge-35 wählte Harzpartikelgrösse ergab einen minimalen Strömungswiderstand bei der Zufuhrlösung.

Sowohl die Zufuhrlösung als auch der Eluierstoff (Wasser) wurden dem oberen Teil der Kolonne unter Verwendung des in der US-Patentschrift Nr. 3 814 253 offenbarten 40 Flüssigkeitssteuerapparats dadurch zugeführt, dass ein feiner Strahl über eine Flüssigkeit durchlassende Scheibeneinheit auf dem Harzbett gespritzt wurde. Einheitliche Strömung wurde durch die gesamte Kolonne verwirklicht und während des gesamten Prozesses beibehalten. Die Frak-45 tionen wurden aus dem Boden der Kolonne entfernt ohne die einheitliche Strömung zu stören.

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

Fraktion

Gesamtfeststoffe

Nicht-zucker

Zucker so Fraktion

Trockenstoff

Fruktose

Glukose

(10 Minuten)

g/100 ml g/100 ml g/100 ml

(10 Minuten)

g/100 ml g/100 ml g/100 ml

1

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_

1

0,5

—

0,5

2

0,7

_

2

2,7

-

2,7

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—

55 3

7,2

-

7,2

4

2,3

_

4

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3,2

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5

13,4

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—

6

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0-1

13,6

7

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_

7

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0,3

10,7

8

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9

8,0

0,1

7,9

9

10,8

8,7

2,1

10

13,3

10

15,6

14,7

0,9

11

6,8

_

6,8

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0,3

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0,7

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-

Ein Vergleich des obigen Trennprozesses mit einer ähnli

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12,9

-

chen Trennung auf einer Laborkolonne, welche in der DOS

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7,0

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2 224 794 beschrieben ist, zeigt, dass die Leistung der gros-

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2,5

-

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6

Im Vergleich zu einem Laborversuch, in dem eine Kolonne mit 9,5 cm Durchmesser verwendet wird, welche in der US-Patentschrift Nr. 3 044 904 beschrieben ist, sind die Ausbeuten ebenso gut oder besser und der Massstab viel grösser.

Beispiel 3

Einzelne Polyole wurden aus einer Wasserlösung getrennt, die eine Mischung von Polyolen enthielt, unter Anwendung der in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Apparatur. Die angewandten Verhältnisse waren die folgenden: Kolonne:

wie in Beispielen 1 und 2 Durchlässigkeitsfaktor:

k = 2,6 x IO10 1/m2 Kritische Geschwindigkeit:

vc=0,3 m/h Harz:

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

Lineare Zufuhrsgeschwindigkeit:

0,50 Meter/Stunde Temperatur:

+ 55 °C

Zufuhr:

420 kg Trockenstoff als 28%ige Wasserlösung. Zusammensetzung: Arabinitol 4,5%, Xylitol 77,9%, Mannitol 3,7%, Galactitol 3,6%, Sorbitol 8,1%, andere 2,2%. s Die Kolonne wurde mit dem Harz bis auf eine Höhe von 350 cm gefüllt, und das Harz wurde gründlich rückgespült, um Homogenität der Harzpartikelgrösse durch die Kolonne sicherzustellen.

Die durchschnittliche Harzpartikelgrösse von 0,27 mm io wurde nach Bewertung eines Bereichs von durchschnittlichen Harzpartikelgrössen gewählt. Er wurde so gewählt, dass das Harz der gewählten Partikelgrösse einen minimalen Strömungswiderstand bei der Zufuhrlösung ergab.

Sowohl die Zufuhrlösung als auch der Eluierstoff (Was-i5 ser) wurden dem oberen Teil der Kolonne unter Verwendung des in der US-Patentschrift Nr. 3 814 253 offenbarten Flüssigkeitssteuerapparats dadurch zugeführt, dass ein feiner Strahl über eine Flüssigkeit durchlassende Scheibeneinheit auf dem Harzbett gespritzt wurde. Einheitliche Strö-20 mung wurde durch die gesamte Kolonne verwirklicht und während des gesamten Prozesses beibehalten. Die Fraktionen wurden aus dem Boden der Kolonne entfernt ohne die einheitliche Strömung zu stören.

Die Kolonne wurde mit Wasser eluiert und die Kom-25 ponenten wie folgt getrennt:

Fraktion Trockenstoff Mannitol Arabinitol Galaktitol Andere Xylitol Sorbitol

(10 Minuten) g/100 ml g/100 g/100 g/100 g/100 g/100 g/100 ml

1

0,6

0,25

0.25

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0,1

-

2

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1,00

0,55

0,1

—

3

2,4

1,4

0,8

0,2

4

• 3,1

1,3

1,15

0.15

0,4

0.1

5

3,65

0,7

0,9

0,75

0,45

0,8

0.05

6

5,05

0,3

0,5

1,1

0,35

2,6

0,2

7

7,3

0,1

0,2

0,9

0,2

5,4

0,5

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-

0,1

0,55

0,05

8,0

0,7

9

12,25

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0,3

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0,95

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-

0,15

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0,95

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9,3

-

8,5

0,8

12

6,9

-

6,3

0,6

13

4,85

-

4,4

0,45

14

2,95

-

—

2,6

0,35

15

1,95

-

1,7

0,25

16

0,65

-

0,5

0,15

Diese mit einer grossen Kolonne erhaltenen Ergebnisse nen Laborkolonnen von 22,5 cm Durchmesser erhalten wer-sind ebenso gut wie oder besser als Ergebnisse, die mit klei- den.

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