CN103249462A - 用于气体-液体分离器的主动排出的系统和操作 - Google Patents

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Abstract

描述了一种设备和处理，其对于高、低压力气液分离器有效地实现了主动排出。本发明实现来自分离器的可变体积和粘性馏分的确定排出速率。其机构和方法产生了来自于分离器的流动路径，该分离器在约束流体质量流的同时有助于在大范围的流速和粘性下的受控的流体质量流。相比于采用压力、真空、隔离阀和/或被动流约束器来实现分离器排出的传统系统，本发明是优秀的排出方法。实施例主要涉及制备超临界流体色谱法(SFC)和超临界流体萃取(SFE)的领域。一个实施例的优点允许将典型的HPLC系统在对系统组件具有最小调整的状态下经济地转换为现有技术的超临界流体色谱法(SFC)系统的状态。

Description

用于气体-液体分离器的主动排出的系统和操作
优先权状态
本申请要求2010年9月20日递交的美国临时申请No.61/384,318的权益。
技术领域
本发明涉及高、低压力气体-液体分离器的系统和操作。
背景技术
除了用作溶剂的流体之一是高压缩性液化气体之外，超临界流体色谱法(SFC)是与高性能液体色谱法(HPLC)类似的分离技术。超临界流体萃取(SFE)是相关技术，但是对于精确的流体或压力控制具有略微更低的要求。用在SFC(和SFE)中最通常的流体是二氧化碳，其将会被认为是全部这种流体的代表。
在室温和大气压下，二氧化碳是低密度气体(密度约为0.002g/cm3)二氧化碳对于SFC和SFE的理想特性仅在通过将其压力升高到80到600Bar，同时将温度保持在大致20摄氏度到100摄氏度(并且更普通地在35摄氏度到60摄氏度之间)的范围内，将二氧化碳保持在液体状密度(通常在0.6到1.0g/cm3)时实现。在这种条件下，二氧化碳：(1)担当溶剂的作用，(2)表现非常高的溶质二元扩散系数(允许比HPLC中更高的流速)，并且(3)表现非常低的粘性(在穿过柱的过程中相比于HPLC产生更低的压力降)。
为了能够在SFC(或SFE)中使用，二氧化碳被压缩到高压力并且作为液体或作为超临界流体以类似液体的密度泵浦通过分离柱。为了防止其在柱中膨胀到大气压，回压调节器(BPR)通常被布置在下游，以将柱出口压力保持为通常高于80Bar。能够在高压下工作的检测器可以被安装在柱与BPR之间。低压力检测器可以被直接安装到在BPR紧接下游的流动液流中。
对于从用在制备超临界流体色谱法(SFC)系统中从气液分离器获得纯化液体馏分，存在几个问题。制备SFC使用在超临界压力(＞72.9bar)下接近临界温度的二氧化碳(CO2)作为构成移动相的一个主要要素并且液体有机调节剂作为另一个主要要素。在高压力下，这些成分以及需要纯化的高溶解水平的固体可以溶解和/或混合到单个射流相中。携带有溶解样本的等分试样的经结合的移动相穿过分离柱，样品的被称作“峰”的纯化的流片段从该分离柱脱离。制备SFC系统的目的是将各个峰引导到清洁的、空的容器，或者引导到通过之前的进料而在先填充有相同溶质的峰的容器——该过程被称作“混合(pooling)”。
在制备SFC色谱法过程的末尾中，峰穿过背压调节器，其减轻流体的用于分离所需的高压力。这种快速的压力减小引起了CO2成分向气体的膨胀，该过程是非常吸热的。因此，从背压调节器带走的流动线的原始移动相变为CO2和调整剂蒸汽的非常冷的混合物以及容纳峰的溶解溶质的液体调整剂的双相。
在回压调节器之后的CO2蒸发过程是非常骚动和混乱的过程，其中，原始移动相被转变为急速膨胀的蒸汽云，其包括对于CO2饱和的原始液体调节剂的非常小的液滴、浮质。蒸汽的流速由在这种情况下包括CO2和少量有机蒸汽特殊气体的动态粘性所限制。因为BPR的出口与下游路径之间的固有压力差，蒸汽继续膨胀，这不仅仅是由于相改变，并且还因为对其进行约束的流动线的压力差。因此，CO2蒸汽速度实际上随着其在流动线向下移动而加速。
在当前可以买到的、具有超出5-10mL/min的流速的制备SFC系统中，膨胀的流动液流一般首先穿过加热器，之后到达一个或多个气液分离器，其在约束包括溶质的液体成分或将其传输到合适的存储容器的同时，将大部分蒸汽从配器口排出。
用于制备SFC的原始的气液分离器是高压力的涡旋分离器，其保持五以上的内部压力，以限制CO2在液体分离过程中的膨胀。气体/浮质的混合物被切线地引入圆柱形分离器，其通常具有渐细的底部和延伸通过顶部的轴向通风口。流将会被继续由分离器壁重新引导，以形成圆形流动图案。由于更高的转矩力，稠密的成分将会聚集在壁附近。因此，更重的浮质将会堆积，以在容器壁上形成膜并且在重力作用下降落到底部，同时蒸汽成分将会通过中央路径到达具有最少阻力的通风孔。
涡旋分离器不完美，并且包括保持悬浮的有价值被分析物的原始浮质的一部分通常也通过路径到达通风口，从而引起样品的损失以及下游成分的可能污染。此外，分离器很昂贵并且必须占据了特定容积(通常小于容器容积的三分之一)以允许足够的高空间来用于进入的蒸汽云的膨胀。一旦到达分离器的极限液体容量，容器必须被清空。一种方式是通过打开将CO2饱和液体释放到外部容器的阀，这引起猛烈的脱气和容器的潜在破裂。第二种方式是给容器减压并且将其排空，这可能是无效率并且耗时的。最终，因为收集处理将承载溶质的液体的薄膜沉积在壁上，所以每个分离器在被重新用于不同的收集峰之前必须被彻底地(通常是手动地)清洁，这同样是无效率并且耗时的。
在对涡旋分离器进行每次进料之前，使用分离的分离器来收集各个峰。涡旋通常被串联连接到三通阀，该三通阀将其转移到收集器或者将流传递到下一个收集器。最终的涡旋串联收集残余的流。这种系统最频繁地与相同样品的一系列重复进料等度地(isocratically)使用(即，在分离期间不改变调解剂成分)。该聚集处理被用来相比于由单次进料良好分离的材料的量净化更多的材料的量。通过涡旋分离器进行收集的连续特性可能引入额外的困难。因为馏分(fraction)首先由一个涡旋收集并且之后由下一个涡旋收集，所以检测与收集器之间的延迟时间段移动。该时间移动是管道尺寸和流速的函数，并且在精确馏分收集中必须被考虑。错过时间窗口差不多数秒可能引起在先汇聚(pool)的馏分的污染并且需要重新净化。
另一个具有开床馏分收集的在先制备SFC馏分收集器使用低回压气液分离器，其以略微大于所增加的液体的速率连续地进行排出。已有的调整剂被经由分离器底部的传输线引导到输送探测器。因为分离器被连续地排空，所以其可以相对较小并且容易清洗。因为分离器不聚集液体，所以(即使在相对接近的时间)进入分离器的下一个峰应当相对不受影响，以不与紧接着前一个峰混合。因此，该系统具有决定性的优点：单个气液分离器可以处理来自给定进料的全部馏分。各个馏分被简单地转移到机器人床中的分离容器中。
时机对于该系统的成功是关键要素。从检测到和/或确认到峰的时刻到其到达探测器转移阀的时刻是关键值。此外，强烈期望在探测器之后，不使得峰的液体变得过度地稀释或者“加宽”到其不能够被看到的程度。可以改变该时机的因素可能显著地影响所收集的馏分的获得和纯度。
这种因素之一是排出速率，其由回压、调节剂粘度和传输线流动阻力的结合来控制，并且因此对于给定系统必须被小心地实施。因为目标是完全移除进入的液体，而使其不聚集在分离器中，所以少量的蒸汽不可避免地也进入到传输线。对于给定的等度分离，这些条件可以被相对容易地调整，以给出合理的结果。然而，对于构成系统的主要期望用途的梯度分离，产生了问题。梯度分离是这样的分离：其在单个进料的过程中系统地改变移动相成分或流速。线性调节剂梯度在分离的过程中连续地改变调节剂成分。阶梯梯度可能将成分保持恒定一段时间，并且之后突然地改变成分。流梯度可以根据一些可设计的轮廓简单地改变总的或调节剂的流速。
改变系统中的调节剂和/或整体流引入了以下问题。系统条件必须被设置，以适应在最低压力条件下最高水平的调节剂流动。因此，对于在梯度开始处的较低调节剂的情况，传输线必须相比于其普通水平具有更少约束性。不受约束的线在这些条件下将会传输大量的蒸汽，并且由于喷溅而在探测器处潜在地引起困难。此外，峰被递送到探测器的时机相比于以恒定压力携带更多气体的情况变得更可变。这是因为随着沿着线的压力下降，气体以不确定的速度将液体推动通过传输线。因此，非常难以在探测器端计算收集开始和结束的时间。随着用户改变调节剂粘度，该问题变得更加严重。在诸如甲醇(0.3cp)的低流速下，相当约束性的管道仍将携带中等压力的有效流。因此，通过管道的蒸汽流将会非常有限。然而，如果调节剂被改变到n-丁醇(cp＞2.9cp)，对于相同的流范围，管道必须被制作为约束性减小到十分之一。现在，至少10倍以上的蒸汽被释放到探测器并且可能关于时机、剂量和浮质形成引起严重问题。
之前的系统已经采取了许多不寻常的手段来尝试克服这些问题。首先，尾吹泵(makeup pump)被增加到系统，目的是将固定量的调节剂输送到分离器。尾吹泵被设计为用于反向流动梯度，最初输送高流速并且随着梯度输送更多调节剂将其减小为更小的流速。因此，必须总是由系统收集最大量的调节剂。其次，用户被建议仅使用单个调节剂粘度，以避免改变流动线的必要。结果是获得了相比与期望明显更不灵活的系统，其由于尾吹流而收集了不必要的大的馏分。
因此，对于高、低压力气液分离器二者都需要解决方案，来提供向远程容器的基本更好的确定性排放。
发明内容
描述了一种发明，其实现了了来自气液分离器的可变溶剂和粘性液体馏分的确定排放速率。各种实施例包括对于高、低压力气液分离器有效地产生主动排出的方法和系统。其机构和方法产生了来自于分离器的流动路径，该分离器在约束流体质量流的同时有助于在大范围的流速和粘性下的受控的流体质量流。这是通过使用特殊泵来进行主动计量完成的，该特殊泵将容积流通常不受到外部流动路径的正的和负的压力梯度影响的离散流体积隔离。相比于采用压力、真空、隔离阀和/或被动流约束器来实现分离器排出的传统系统，本发明是优秀的排出方法。实施例主要涉及制备超临界流体色谱法(SFC)和超临界流体萃取(SFE)的领域。然而，使用气液分离器的其他技术领域被包括在本发明的范围内，并且在具有显著不同的密度、粘性和容积流速的相需要被分离的情况下，可以利用本发明。
附图说明
为了更好地理解本发明的本质，参照了以下的附图和具体描述，其中，相似的附图标记被给予相似的附图标记，并且其中：
图1是包括制备SFC系统的收集端的优选实施例的处理流程图；
图2是可以被实施在实施例的系统中的典型外部齿轮泵的图；
图3是可以被实施在实施例的系统中的典型内部齿轮泵的图；
图4是可以被实施在实施例的系统中的典型蠕动泵的图；
图5是可以被实施在实施例的系统中的具有旋转陶瓷活塞的典型无阀泵的图；
图6是包括由SFC系统中的歧管连接的多个分离器的可选实施例的图；
图7示出了现有技术的SFC收集系统的处理流程图；
图8示出了附加现有技术SFC收集系统的处理流程图；
图9的A和图9的B是示出了在各个压力下流动通过管道的液体和蒸汽的计算结果的图；以及
图10是用于本发明的优选和可选实施例的方法的处理流程图。
具体实施方式
图1示出了包括制备SFC系统的收集端的优选实施例的示意处理流程图。在该图中，色谱法系统100包括必要的流体源、泵、进料器、分离器柱和检测器，以有效地允许将样本混合物进料到系统中并且产生包括感兴趣的各种溶解化合物的“峰”的时间和流动区段分离的液流。流动液流的流体载体或移动相包括接近超临界二氧化碳或等价载体流与诸如甲醇、乙醇或异丙醇的有机调节剂的混合物。二氧化碳(CO2)在色谱法处理期间也由回压调节器(BPR)110良好地保持在其临界压力以上。
在BPR110之后紧接着，移动相受到通常具有60到200bar的数量级的大的压力降。这使得移动相的CO2在其临界压力以下，并且允许其返回到气体状态。CO2的蒸发是高度吸热的过程。此外，CO2气体在流动路径内的突然膨胀也是高度混乱的过程，其趋向于将残余的调节剂液体划分为被称为浮质的微细液滴。根据所使用的气液分离器的类型，可选的加热器组件120可以被用来将蒸发的热量归还到流动系统。加热器组件120也可以在盘绕的管道内包括加热和减压步骤的布置，其将输送的浮质在传输管道的内壁上有效地转换为连续的流体膜，该流体膜由膨胀的CO2流的剪切力向下游移动。
来自BPR110或可选的加热器组件120的双相流被经由传输管130输送到气液分离器150。如果流动液流继续输送高水平的浮质进入分离器150，那么可以使用传统的气液分离器，诸如涡旋分离器。在该分离器中，浮质喷雾被高速并与柱壁正切地引入分离器。气流和液体流产生螺旋流动图案152，其中更重的浮质液滴由离心力引导到壁。当到达壁处时，液体通过重力产生沿着分离器壁盘旋向下到达分离器容器150的片状流。蒸汽被通过在分离器150顶部处的通气孔160引导到分离器150之外。涡旋分离器通常由排气线160中的约束器170保持在10到20bar数量级的相对高的压力下。约束的目的首先是为了控制进入分离器150的CO2的线速度，以减小在浮质的液体膜上的剪切，并且其次是为了保持允许CO2易于在更大的流动系统中循环的压力。通过线160逃离的空气或蒸汽可以被排出或引导到循环和/或回收系统162。
图1中示出的优选实施例的操作的系统和模式以及图10中的处理流程图如下所示。液体混合物被向SFC系统100中进料500、分离510并检测520近超临界移动相。从系统100排出的峰穿过BPR110并且流动液流在低压力下变为双相。双相流动液流进入分离器550。蒸汽相被允许通过通风口160在基于分离器腔的压力的流动速率下离开640。液体由泵190的操作在容积控制的流速下移除580，该流速将液体以略微大于填充速率以及少量蒸汽的通过，该步骤用来将液体流分段并且防止薄层与随后的流分段混合。由泵190进行主动排出，以提供良好约束的容积流，其相对于气体更像是液体并且限定了本申请的实施例。
通过以比流体入口的速率更大的流速操作排水泵190，在分离器150内不允许汇聚流体，并且显著地减小了两个连续的峰重新混合的风险。相比于基于使用压力和约束器的系统，泵190的使用允许大粘性范围的移动相调节剂被从分离器以相同流速排出。在调节剂的可变流进入分离器的情况下，如梯度色谱法555中，泵190可以以略微超出的速率跟踪流速570，或者以最高必须排出速率继续操作并且将更多蒸汽接收到收集液流中560。
或者，如果进入分离器150的流动液流已经被预设条件为高饱和的浮质，那么可以使用低压力气液分离器。在这种情况中，流可以被引导为与壁更加正交，以将液体的空气运输的距离最小化。更大的液体液滴重复撞击壁形成了片状流，其由重力拉到容器底部。线速度通常由低水平回压(＜4bar)和将流输送到分离器150的管道的高截面面积的组合来控制。
在任一种分离器中，所获得的液体相被排出到气液分离器150的底部。管道180是在底部与分离器150连接的低约束管道。期望管道允许经由重力或压力的自由流动到泵190的入口端口。该泵190具有多个优选的规格。首先，其应当具有有限的不受控制的流。泵应当不允许由于在设计规格内的压力引起在正向或反向上能察觉到的液体或蒸汽的不可控制的流。泵体应当能够在标准操作下承受涡旋的最大压力。无阀泵或主动止回阀泵是被允许的。被动止回阀不是理想的，因为他们将会允许不可控制的流在正向上施压。第二个要求是泵190的工作模式。在一个实施例中，泵使用正位移工作来作为泵浦模式。在这种构造中，泵190将流划分为离散体积的片段620，其不会与入口和出口端口同步连通，并且在受控操作期间被传递可能偏向任一方向的压力差。关于用于最大效率的可变流动范围，泵190应当优选地具有这样的最小流速，其小于或等于比进入分离器的最小液体流速大约5％的值。泵应当具有这样的最大流速，其大于或等于比进入分离器的最大液体流速大约5％的值。虽然其他可变流速也可以被用于泵190，但是这些范围可能导致更小效率的流速并且使用泵从涡旋分离器150中收集液体馏分。固定速率的泵必须被确定尺寸来用于期望用在系统中的调节剂的最大体积再加小的增量。当进入的液体流速几乎固定的任何时刻，可变流泵都是不需要的。泵190应当也优选地具有低的上扫内体积。优选地在泵中快速地交换流体以防止与随后的峰混合。在此方面，具有低的死空间和高的压缩率的泵190是更加理想的。
可接受的泵的示例满足以下条件，包括：
(a)齿轮泵：图2和图3分别示出了外部和内部齿轮泵的示例。在这种泵中，流片段通过齿轮排列的旋转并以以下方式从入口端口隔离：它们被输送到出口端口，但是由于齿轮的紧密配合啮合而不能返回到入口端口。
(b)蠕动泵：图4示出了标准蠕动泵，其中流片段由一对辊隔离，这一对辊在多个点压缩流动管道，以在入口与出口之间对流进行隔离。辊轮的旋转引起旋转方向上的流动。
(c)无阀陶瓷泵：图5示出了陶瓷泵的示例。这些泵通过将活塞在非常接近公差套筒内平移和旋转活塞来工作。活塞顶部中的平坦凹口提供了在端口之间转移的可隔离容积。随着活塞从缸收回，凹口被暴露到入口，并且随着活塞被推入到缸，凹口暴露到出口。随着活塞旋转，其圆形侧面提供了对于相反端口的密封。
(d)主动阀往返泵。示例性主动阀可以使各种螺线管隔离阀和/或旋转球或开关阀，其与往返泵中的活塞的运动同步，使得在泵的吸入行程中仅入口对于流可用，并且在送出行程中仅出口可用。
泵190经由正的位移来调节从分离器到导管200的流。流导管具有已知的内部容积并且将流传递630到收集系统210。收集系统210包括通过阀布置或机器人馏分收集器中的一者(其能够随着峰流体积进入收集器而在收集容器之间切换)安装到导管200的一个或多个收集容器。
对于高压分离器150，泵190对于液体和蒸汽的流都提供了明显的约束。仅允许由泵的正位移操作通过的流到达导管200。因此，不可压缩的液体以泵流速通过，同时可压缩的蒸汽以乘以膨胀因子的流速通过，该膨胀因子取决于分离器150压力以及管道200和收集系统210的下游约束。
也在图1中示出了其他可选实施例。泵220是对于收集系统可选的尾吹泵。容积储存器230对泵220进行供应并且导管230将尾吹流引入收集液流中。尾吹流可以由于许多原因530而被引入540，包括：
·仅需要CO2的分离，其中CO2需要液体载体来进行收集；
·由于可选加热器120所引起的溶剂损失；
·需要更高的容积流来按时地冲刷气液分离器；
·向泵190提供最小的液体流，来保持液压泵对于蒸汽流密封；以及
·提供更高或更低粘性的液体相来改善泵190效率。
在图1中，尾吹泵的输送点被示出为紧接在可选的加热器120之前，但是根据实际应用，该点可以实际出现在SFC系统100检测器之后、进入分离器150之前的任何位置。
在其他实施例中，图1示出了隔离阀250。该阀250可以被增加590，以被结合泵190使用，来允许在阀250关闭的同时收集汇聚在分离器150中的液体，之后通过打开阀250并且以高速操作泵190来快速地排空600。这种操作600可以进一步防止不利地将蒸汽引入收集流动液流并且改善泵150的使用寿命。
图6示出了本发明的替换实施例。实施例增加了分流阀260和270，以将流引导分别进入或绕过分离器150和280。省略号290表示附加的分流阀和分离器延伸进入流系统，使得分离馏分峰可以被引导到一个或多个独立的分离器。歧管300对于各个隔离阀250和310提供支撑，以在一个时刻选择来自任何或全部分离器的流。歧管300可以被延伸以处理图示的两个以上的分离器。当选择具体的分离器时，相应的排出阀打开并且示例性泵190将所收集的液体携带到收集系统。同时激活一个以上泵的能力允许多个分离器处理比单个分离器所能处理的流更大的流。因此，分离器的分离组可以处理流动液流的下一个峰。除了对于歧管共有的非常小体积的液体之外，如果独立的分离器被用于每个峰，应当在峰之间看不到携带残留(carry over)。
图6的可选用法是在收集器150和280之间改变连续峰的收集。当一个峰收集完成之后，快速冲洗液被添加，以在下次使用之前清洗分离器。在该清洗期间触发的新的峰应当被存储在替换的分离器中。在清洗循环的末尾，排出装置(drainage)应当被切换到替换的分离器。作为示例，冲洗溶液可以经由诸如路径320的管道作为分离流从尾吹泵输送或者经由阀直接从尾吹泵流动。
为了将本发明的实施例与已有的收集方法(诸如高压分离器排出)相比较，图7示出了用作SFC系统的收集系统的传统的涡旋分离器布置。在附图中，三个涡旋分离器与三路螺线管串联地布置，该三路螺线管确定涡旋是否接收流或是否被绕过。在该串联布置中，向涡流打开的最上游的阀将会接收全部流。传统的涡流分离器趋向于在相对高的压力(例如10到20bar)下工作并且具有大的容积来容纳通过样品的重复注入而汇聚的相同峰的大量馏分。最终，分离器必须被清空。这通过打开隔离阀330来执行，该隔离阀330利用分离器的高的回压来迅速地将液体强迫进入管道340，到达最终收集容器350。来自液体的压力的突然释放可能在管道340和分离器自身中引起溶解的CO2从液体猛烈地脱气。气体在管道中的迅速膨胀随着其被从管道喷洒到收集容器350而引起了液体的重新雾化。分离器内的脱气引起了所存储的液体的飞溅和/或产生泡沫，这是对于分离器壁的污染源，通常需要被手动清除，这是费劲的过程。
允许阀330保持打开太长时间使得CO2完全流动到管道340中并到达收集容器350，这增加了容器的机械要求，以为了满足安全标准。可选地，用户可以选择将压力排空到液体在打开阀330之后具有更小力的更低状态。该处理清楚地示出了因为在更低压力下不能收集馏分的处理产量。此外，在更低压力下减小了循环利用CO2的能力。
通过将示例性主动泵浦机构190和处理在阀330和收集容器350之间增加到现有技术的系统，除了在容积控制设置下之外，泵190不通过液体或气体。因此，即使液体被以合理的速率抽出，仍然保持分离器中的压力。虽然在管道340中可能发生一些脱气，但是如在先情况一样，显著更低的流速防止了灾难性的雾化。被泵浦到管道340中的蒸汽将会进行十倍到二十倍的膨胀，但是仍不足以防止液体流动液流填充进容器350中。由于本发明，传统的涡旋可以被尺寸改变为更小，因为他们可以被更加频繁地清空或者甚至在更加受控的环境下被连续地清空。
图8示出了可以买到的连续分离器，其使用了低压力气液分离器，以提供将液体取回到机器人馏分收集器的连续液流。在该布置中，气液分离器被设计为以至少略大于所进入的液体速率的速率连续地排出。因此，在分离器中不存在液体的汇聚，并且连续的峰将会被在管道200内携带并在最小混合的状态下传送到机器人馏分收集器430。通过小心选择作为流的被动约束器的BPR110和管道200的特性来控制排出速率。如放大部分所示，机器人收集器430使用三轴机器人机构将转移阀400移动到机器人床的各个位置。当转移阀400被无效时，流通过到迂回管道440并且最终被收集到汇聚的污物容器450中。
时机是馏分收集成功的关键要素。峰流区段从检测器行进(这触发收集)到转移阀(其将峰流区段引导到合适收集容器)的可预测的时间是关键。该时机可以由多个因素影响，包括：
·液体相的流速
·液体相的粘性
·液体进入分离器130以到达管道200的排出时间
·在收集线200中携带的蒸汽的量
·收集和迂回路径之间的约束差异
执行SFC分离提供了在用于分离气体和液体的其他类型的色谱仪或系统中不会面对的挑战。虽然已知选择一组回压和约束的条件来满足任何固定状态的流和粘性，但是随着这些条件改变，急剧地产生显著的问题。对于100mL/分钟的制备SFC，总的流通常被保持在最大100mL/分的速率下。调节剂流通常可以从总的流速的5％到50％来选择。调节剂具有不同的粘性。在该示例中，将会被比较的两个通常的调节剂是甲醇(MeOH，0.58cp)和异丙醇(IPA，2.43cp)。在BPR之前的流动条件和大气压力之间，移动相的CO2将会在体积上膨胀500倍。因为系统中纯CO2的100mL/分的流速将会在排气口处到达500L/分，同时最大的流速将会在50％调节剂成分下为25L/分。类似地，来自色谱仪系统的最大的液体流将会在5到50mL/分的范围内。
图9的A和图9的B是示出了在各个压力下流动通过管道的液体和蒸汽的计算结果的图。在该示例中，选择了管道200的具有不同约束的两个变化。每个管道具有0.75mm的平滑的内径。管道在长度上不同，分别为1m和4m。管道分别具有0.44mL和1.76mL的容积。对于每种流体，MeOH、IPA和空气，计算在管道的低压力端处的容积流速。图的非线性是由于在不同的压力下流的类型在薄层和湍流形态之间转变所引起的。
通过比较两个图可以看到的第一个问题是尺寸相差了一个数量级以上。例如，在2bar(29psi)的压力差下1米的管道允许0.062L/分的MeOH流、0.038L/分的IPA流和2.83L/分的气流。因此，在管道中的、仅仅基于管道两端压力差的流速非常有助于蒸汽流。这成为了一个问题，因为一些蒸汽必须进入管道200以确保全部的液体都被从分离器排出。图8中输送到探测器410的大量蒸汽可能导致液体的汽化。还应当指出，在该压力下IPA38mL/分的流速不足以在50％调节剂流的情况下将50mL/分的流输送到分离器130。因此，虽然该管道对于MeOH可以工作，但是对于IPA必须安装不同的约束器，这将会仅增加高的最大蒸汽流的问题。用在示例中的1m的管道表示穿过机器人样本收集器的优化最短长度。如可以通过图9的A和图9的B的比较看到的，将会需要更高的压力或管道直径，来允许更合适的液体流范围。由于他们不同的粘性，MeOH和IPA对于相同的流范围也需要不同的约束器。
即使对于相同的容积被用在全部分离器中的情况，处于梯度模式(其中调节剂在每次分离中在最小和最大成分之间连续改变)的SFC系统的操作可能引起关于时机的严重问题。这是由于管道200中的蒸汽和液体流速之间的可观差异。在低的调节剂成分下，高的溶剂流速将液体等分试样高速推进通过管道200。在低调节剂成分下出现的峰相比于在高调节剂成分下出现的峰在更短时间段内到达转移阀400。非常难以预测实际的时机差异，因为在低成分下在加热器120中发生更高百分比的溶剂蒸发，并且液体粘性可以随着溶质装填而急剧改变。
为了克服在所描述的商用系统中的这些时机改变，制造商已经建议在大部分情况中使用相同的调节剂。此外，实施包括储存器220、泵210和导管230的调节剂尾吹流系统。尾吹流系统提供了调节剂的反转梯度，以确保进入分离器的调节剂的容积流保持恒定，使得排出速率以及流动时机在梯度的过程中不改变。这种方法明显的缺陷是大量不必要的溶剂被增加到系统，它们必须被收集并蒸发，以对馏分进行处理。这严重地减小了SFC的主要优点之一——它使用低水平的有机溶剂。通过实施本发明展示了一种出众的解决方案。
再次参照图1和图6中的本发明的优选实施例，具有合适规格的泵190的加入以及进入导管200的条件显著地改变了流动动力特性。即使泵190流速被设置为例如55mL/分(其为比如上所述的最大液体流速高10％的流速)，其在大气压下将仅膨胀3倍到达蒸汽的150mL/分。这表示了减小了17倍以上，或者少于6％体积的蒸汽由管道约束器传送到收集系统。上文中描述的150mL/分的流速仅发生在探测器端。在导管200的开始位置处，流速将会更接近原始的55mL/分。因此，如果在管道被填充液体时馏分需要6秒来到达探测器，在存在90％气体时仅需要约3秒。该时机变化也在馏分收集的可接受范围内。
最终，气液分离器的压力通常高于由泵190在泵作为流动路径中的主动流约束器的状态下施加的流动液流的压力。然而，在泵190的出口处的约束流动线200与液体流的急流或者高粘性液体相的结合可能使得流动线200中的压力超出分离器的压力。流动线200中的流速事实上不由这种压力梯度反转影响，因为泵具有抬升压力以保持流速的能力。泵190从主动约束器切换到主动压力源的能力是本发明的基础和新颖特性，其允许在相对精确的输送窗口内管理非常大动态范围的流和粘性。
因为在这里教导的创造性概念的范围内可以作出许多改变和不同的实施例，并且因为可以在这里的具体实施例中根据法律的描述性要求做出许多改变，所以应当理解这里的细节被理解为示意性的并且不是限制性的。

Claims (22)

1.一种处理，包括：
通过正位移将离散的流片段在入口和出口之间传递，使得所述流片段在所述入口和所述出口处都不同步连通，所述流片段来自气液分离器的富有液体的流出端口；以及
以通常不受到所述入口和所述出口之间的正的或负的压力梯度的存在影响的速率来传递所述流片段，由此提供来自所述气液分离器的确定的排出速率。
2.根据权利要求1所述的处理，还包括：
在流动液流中主动产生正的和/或负的压力梯度，以促进可预测的液体流区段的流到达收集系统。
3.根据权利要求1所述的处理，其中，所述传递包括利用正位移泵来传递。
4.根据权利要求1所述的处理，还包括：
对来自所述出端口的流的全部其他方面进行约束。
5.根据权利要求1所述的处理，还包括：
以足以防止液体相聚集在所述分离器中的速度来控制所述液体相的排出。
6.根据权利要求1所述的处理，还包括：
以足以在引入下一个感兴趣的馏分之前将所聚集的流体排空的速度来控制所述液体相的排出。
7.根据权利要求1所述的处理，还包括：
将多个双相加压流动液流引导到多个分离器中；
将来自多个分离器的所分离的液体流结合到单个流动通道中；以及
引导所结合的流动通道，使其由所述正位移传递。
8.根据权利要求1所述的处理，还包括：
将双向加压流动液流引导到多个分离器之一；
通过多个泵由所述正位移将各个分离器输出引导到各个收集容器。
9.根据权利要求1所述的处理，还包括：
将双向加压流动液流引导到多个分离器之一；以及
将液体馏分聚集在所述分离器中；以及
在停止聚集之后排出并清洗所选择的分离器。
10.根据权利要求1到8中任意一项所述的处理，其中，从色谱法系统接收所述加压流动液流，所述色谱法系统在超临界温度和压力下或在其附近泵浦、分离和检测移动相流动液流。
11.一种装置，包括：
气液分离器，其具有入口，所述入口接收并分离加压双向流动液流，并且将流输送到极富有蒸汽相成分的至少一个出口端口以及极富有液体相成分的至少一个出口端口；
与所述分离器的极富有液体相成分的至少一个出口端口连通的低约束入口导管；以及
正位移泵，其包括与所述入口导管连通的入口端口以及与出口导管连通的出口端口。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述泵从所述入口导管接收流并且在所述泵入口端口与所述泵出口端口之间传递离散的流片段，从而产生在可预测的时间窗口内完成行进通过所述出口导管的平均流速。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述泵被布置为使得所述离散流片段被传递，使得与所述泵入口连通的流片段不与与所述泵出口连通的流片段同步。
14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述入口导管被安装到所述分离器，以允许经分离的液体流由重力排出到所述导管中。
15.根据权利要求9所述的装置，其中，所述入口导管被安装到所述分离器，以提供经分离的液体在所述导管内的压力下的脱离路径。
16.根据权利要求11所述的装置，还包括位于所述导管上的阀，通过与所述泵的移动同步，使得在所述泵的吸入行程中仅所述入口对于流可用，并且在送出行程中仅所述出口对于流可用，所述阀在来自所述分离器的所述流动流体在进入所述泵之前主动对所述流动流体进行控制。
17.一种系统，包括：
与第二流动流体混合的第一流动流体，所述第一流动流体包括高压缩气体、可压缩流体或超临界流体中的一者，所述第二流动流体包括相对不可压缩的流体；
进料阀，其将样本进料到所述流动流体中；
分离柱，其洗脱所进料的样本的溶质；
气液分离器，其具有入口，所述入口从所述柱接收并分离加压双向流动液流，并且将流输送到极富有蒸汽相成分的至少一个出口端口以及极富有液体相成分的至少一个出口端口；
与所述分离器的极富有液体相成分的出口端口连通的低约束入口导管；以及
正位移泵，其包括与所述入口导管连通的入口端口以及与出口导管连通的出口端口；以及
收集系统，其与所述出口导管连接。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述泵从所述入口导管接收流并且在所述泵入口端口与所述泵出口端口之间传递离散的流片段，从而产生在可预测的时间窗口内完成行进通过所述出口导管的平均流速。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述泵被布置为使得所述离散流片段被传递，使得与所述泵入口连通的流片段不与与所述泵出口连通的流片段同步。
20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述入口导管被安装到所述分离器，以允许经分离的液体流由重力排出到所述导管中。
21.根据权利要求17所述的系统，其中，所述入口导管被安装到所述分离器，以提供经分离的液体在所述导管内的压力下的脱离路径。
22.根据权利要求17所述的系统，还包括位于所述导管上的阀，通过与所述泵的移动同步，使得在所述泵的吸入行程中仅所述入口对于流可用，并且在送出行程中仅所述出口对于流可用，所述阀在来自所述分离器的所述流动流体在进入所述泵之前主动对所述流动流体进行控制。
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