CN110201420A - 一种分离有机酸与有机酸酯的色谱系统及方法 - Google Patents
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Classifications
-
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
- B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
- B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
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Abstract
本发明涉及一种分离有机酸与有机酸酯的色谱系统及方法，包括依次连接的进液系统(1)、泵(2)、压力传感器(3)、混合器(4)、过滤柱(5)、色谱柱(6)、PH计(7)、UV检测器(8)、出液系统(9)，通过填充满介质保护液；收集有机酸酯；收集有机酸和清洗装置等步骤完成分离。与现有技术相比，本发明克服了目前传统工艺，萃取、蒸馏、树脂等在纯化过程中低速低效，高成本的缺点，环境污染、资源浪费等痛点；具有高效、环保、节能、介质使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及高效液相色谱分离领域，尤其是涉及一种分离有机酸与有机酸酯的色谱系统及方法。
背景技术
有机酸及有机酸酯在精细化工领域以及化药、原料药、药物中间体等领域应用广泛，且需求量大，产量大。一般的生产型企业生产规模最少都在吨级以上，所以生产的效率及成本以及质量对生产型企业至关重要。
目前，传统化工生产型企业生产有机酸酯类物质都需要有机酸作为原料，产物大部分为酯类物质，但会残留部分有机酸在体系中，影响产品的纯度及质量。接着，采用工业化萃取等手段通过分层分离有机酸及有机酸酯。有机酸一般都在水溶液或者水系缓冲液中，此酸性溶液无法直接排放，因为酸水会污染土壤环境，因此需要通过传统蒸馏手段，得到固体有机酸，作为固废处理。另外，常规的树脂介质可以分离有机酸，但是树脂介质会使用大量的无机强酸强碱，而且占地空间较大、处理速度慢、效率低。
本发明采用一款特殊强阴离子介质——驿站-20ESQ-1.1-300和色谱系统，高效的分离有机酸和有机酸酯，并且介质机械强度高、传质快、载量高、无需强酸强碱再生、溶剂选择面广、适合各种规格色谱柱系统、可实现自动化等优点。满足工业化色谱制备分离需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实现快速提取、分离、纯化、降低了生产成本，提高效率，节约资源，工艺环保，并能通过色谱柱的按比例放大及自动化控制达到量产效果的分离有机酸与有机酸酯的色谱系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种分离有机酸与有机酸酯的色谱系统，其特征在于，包括依次连接的进液系统、泵、压力传感器、混合器、过滤柱、色谱柱、pH计、UV检测器和出液系统。
进一步地，所述的色谱柱内径为400-500mm，高度为2000-2500mm，内壁粗糙度≤0.7μm，材质为316不锈钢、304不锈钢或碳素钢的一种或几种，内部装填型号为高效强阴离子介质。
进一步地，所述的高效强阴离子介质的载体为SiO2，孔径为粒径为5-20μm。如市售的型号为驿站-20ESQ-1.1-300的介质。
进一步地，所述的进液系统包括进样管路和其上设置的进样阀和进样液位开关，洗脱液管路和其上设置的洗脱阀和洗脱液位开关，平衡清洗液管路及其上设置的平衡清洗阀和平衡清洗液位开关，其中进样管路、洗脱液管路和平衡清洗液管路并联连通泵。
进一步地，所述的出液系统包括有机酸酯收集管路及其上设置的收有机酸酯阀和收有机酸酯液位开关；有机酸收集管路及其上设置的收有机酸阀和收有机酸液位开关，排空液管路及其上设置的排空阀和排空液位开关，其中有机酸酯收集管路、有机酸收集管路和排空液管路并连接在UV检测器的出液口。
进一步地，所述的UV检测器用于检测有机酸酯的存在，pH计用于检测有机酸的存在，通过UV检测器和pH计的检测信号控制进液系统和出液系统的阀门开关。
进一步地，所述的泵为至少两台高压活塞式恒流泵或柱塞泵，每台泵最大流量为10L/min，最大总流量为20L/min，所述的过滤柱直径为100-200mm，高度为250-350mm，用以去除混合物中的固体杂质。
一种分离有机酸与有机酸酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先将色谱柱内填充满介质保护液，然后将进样阀和排空阀打开，其他阀处于关闭状态，使待分离混合物进入色谱柱内，与介质相互作用；
(2)由于有机酸可以和介质相互作用，有机酸酯不与介质相互作用，所以有机酸酯待柱内保护液排出后直接穿出色谱柱，当UV检测器监测到有机酸酯时，立刻发送电信号，使排空阀关闭，收有机酸酯阀打开，开始收集有机酸酯；
(3)当介质与有机酸作用饱和时，有机酸会穿出色谱柱，此时使用洗脱剂将有机酸从色谱柱上洗脱下来，当pH计检测到有机酸时，立刻发送电信号，使进样阀和收有机酸酯阀关闭，洗脱阀和收有机酸阀打开，开始收集有机酸，一般饱和进样量≥2倍柱体积，此酸醇混合物可以作为酯化反应的反应体系，循环再使用；
(4)当有机酸洗脱完全，pH计不再检测有机酸时，立刻发送电信号，使洗脱阀和收有机酸阀关闭，平衡清洗阀和排空阀打开，开始收集平衡清洗液，此液体为中性溶液，可直接排放或回收其他用途。洗至3-5个柱体积，进入下一个循环。
进一步地，步骤(1)中所述的介质保护液包括水、乙醇或异丙醇中的一种或多种，步骤(3)中所述的洗脱剂包括乙醇、甲醇或异丙醇中的一种或几种。
进一步地，步骤(2)中所述UV检测器监测到有机酸酯的条件为有机酸酯在210-358nm波长范围内的信号；步骤(3)中所述pH计监测到有机酸的条件为PH值≤n，n＝1-5；步骤(4)中所述pH计不再监测到有机酸的条件为PH值≥m，m＝5-7.5。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)克服了目前传统工艺，萃取、蒸馏、树脂等在纯化过程中低速低效，高成本的缺点，环境污染、资源浪费等痛点；
(2)避免使用强酸强碱，具有高效、环保、节能、介质使用寿命长等优点；
(3)酸-醇混合液可以用于后续反应体系，洗脱液可以回收利用进入下一个循环，使资源的充分利用。
附图说明
图1为自动化控制色谱系统总示意图；
图2为色谱柱示意图；
图3为实施例1中马来酸及马来酸酯的混合样品HPLC色谱图；
图4为实施例1中分离后马来酸二乙酯HPLC色谱图；
图中标号所示：进液系统1、进样阀111、进样液位开关112、洗脱阀121、洗脱液位开关122、平衡清洗阀131、平衡清洗液位开关132、泵2、压力传感器3、混合器4、过滤柱5、色谱柱6、pH计7、UV检测器8、出液系统9、收有机酸酯阀911、收有机酸酯液位开关912、收有机酸阀921、收有机酸液位开关922、排空阀931、排空液位开关932。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1、2所示，一种分离马来酸与马来酸乙二酯的色谱系统，包括依次连接的进液系统1、泵2、压力传感器3、混合器4、过滤柱5、色谱柱6、pH计7、UV检测器8、出液系统9。
其中，色谱柱6内径为450mm，高度为2200mm，内壁粗糙度≤0.7μm，材质为316不锈钢，内部装填型号为驿站-20ESQ-1.1-300的高效强阴离子介质。
高效强阴离子介质的载体为改性SiO2，孔径为粒径为20μm，用量为150kg。
进液系统1包括进样阀111和进样液位开关112、洗脱阀121和洗脱液位开关122以及平衡清洗阀131和平衡清洗液位开关132。
出液系统9包括收马来酸乙二酯阀911和收马来酸乙二酯液位开关912、收马来酸阀921和收马来酸液位开关922以及排空阀931和排空液位开关932。
UV检测器8用于检测马来酸乙二酯的存在，pH计7用于检测马来酸的存在，控制系统会通过UV检测器8和pH计7得到的检测信号控制进液系统1和出液系统9的阀门。通过阀门配合UV检测器8和pH计7检测信号输出控制实现制备工艺的自动化。
泵2为两台高压活塞式恒流泵，每台泵最大流量为10L/min，工作总流量为6-20L/min；
过滤柱5直径为159mm，高度为300mm，介质用量为5kg，用以去除混合物中的固体杂质。
分离马来酸与马来酸乙二酯包括以下步骤：
(1)先以6-20L/min的流量将色谱柱6内填充满介质保护液乙醇，然后将进样阀111和排空阀931打开，其他阀处于关闭状态，使混合物进入色谱柱6内，与介质相互作用；
(2)由于马来酸可以和介质相互作用，马来酸乙二酯不与介质相互作用，所以马来酸乙二酯待柱内保护液在约12min后排出后直接穿出色谱柱，当UV检测器8监测到马来酸乙二酯时(即UV检测器8检测到马来酸乙二酯在254nm波长的特定信号)，立刻发送电信号，使排空阀931关闭，收马来酸乙二酯阀911打开，开始收集马来酸乙二酯；
(3)约50min后，当介质与马来酸作用饱和时，马来酸会穿出色谱柱，此时使用洗脱剂乙醇将马来酸从色谱柱6上洗脱下来，当pH计7检测到马来酸时(pH值≤5)，立刻发送电信号，使进样阀111和收马来酸乙二酯阀911关闭，洗脱阀121和收马来酸阀921打开，开始收集马来酸，饱和进样量约为320L；
(4)当马来酸洗脱完全，pH计7不再检测马来酸时(pH值≥5.5)，立刻发送电信号，使洗脱阀121和收马来酸阀921关闭，平衡清洗阀131和排空阀931打开，开始收集平衡清洗液。洗至3-5个柱体积，进入下一个循环。
一个循环经历100min，处理量0.32t，完成2t/d的产量，需要10-11h，6-7个循环即可。
图3为本实施例中马来酸及马来酸酯的混合样品HPLC色谱图；
图4为本实施例中分离后马来酸二乙酯HPLC色谱图。
可以看出，通过本发明色谱系统和方法将有机酸与有机酸酯进行了有效分离，得到的有机酸与有机酸酯纯度都很高，如图所示，纯化后的有机酸酯纯度在98％以上，基本上检测不到残留的有机酸，有机酸回收至乙醇体系中进行循环再利用。
实施例2
一种分离乙酸与乙酸乙酯的色谱系统，包括依次连接的进液系统1、泵2、压力传感器3、混合器4、过滤柱5、色谱柱6、pH计7、UV检测器8、出液系统9。
色谱柱6内径为400mm，高度为2000mm，内壁粗糙度≤0.7μm，材质为304不锈钢，内部装填型号为驿站-20ESQ-1.1-300的高效强阴离子介质。
高效强阴离子介质的载体为SiO2，孔径为粒径为5μm，用量为150kg。
进液系统1包括进样阀111和进样液位开关112、洗脱阀121和洗脱液位开关122以及平衡清洗阀131和平衡清洗液位开关132。
出液系统9包括收乙酸乙酯阀911和收乙酸乙酯液位开关912、收乙酸阀921和收乙酸液位开关922以及排空阀931和排空液位开关932。
UV检测器8用于检测乙酸乙酯的存在，pH计7用于检测乙酸的存在，控制系统会通过UV检测器8和pH计7得到的检测信号控制进液系统1和出液系统9的阀门。通过阀门配合UV检测器8和pH计7检测信号输出控制实现制备工艺的自动化。
泵2为两台高压活塞式恒流泵，每台泵最大流量为10L/min，工作总流量为6-20L/min；
过滤柱5直径为100mm，高度为250mm，介质用量为5kg，用以去除混合物中的固体杂质。
分离乙酸与乙酸乙酯包括以下步骤：
(1)先以6-20L/min的流量将色谱柱6内填充满介质保护液，然后将进样阀111和排空阀931打开，其他阀处于关闭状态，使混合物进入色谱柱6内，与介质相互作用；
(2)由于乙酸可以和介质相互作用，乙酸乙酯不与介质相互作用，所以乙酸乙酯待柱内保护液在约12min后排出后直接穿出色谱柱，当UV检测器8监测到乙酸乙酯时，立刻发送电信号，使排空阀931关闭，收乙酸乙酯阀911打开，开始收集乙酸乙酯；
(3)约50min后，当介质与乙酸作用饱和时，乙酸会穿出色谱柱，此时使用洗脱剂将乙酸从色谱柱6上洗脱下来，当pH计7检测到乙酸时，立刻发送电信号，使进样阀111和收乙酸乙酯阀911关闭，洗脱阀121和收乙酸阀921打开，开始收集乙酸，饱和进样量约为320L；
(4)当乙酸洗脱完全，pH计7不再检测乙酸时，立刻发送电信号，使洗脱阀121和收乙酸阀921关闭，平衡清洗阀131和排空阀931打开，开始收集平衡清洗液。洗至3-5个柱体积，进入下一个循环。
步骤(1)中所述的介质保护液为水，步骤(3)中所述的洗脱剂为甲醇。
步骤(2)中所述UV检测器8监测到有机酸酯的条件为UV检测器8检测到乙酸乙酯在210nm波长的特定信号；
步骤(3)中所述pH计7监测到有机酸的条件为pH值≤4；
步骤(4)中所述pH计7不再监测到有机酸的条件为pH值≥6。
一个循环经历100min，处理量0.32t，完成2t/d的产量，需要10-11h，6-7个循环即可。
实施例3
一种分离苯甲酸与苯甲酸乙酯的色谱系统，包括依次连接的进液系统1、泵2、压力传感器3、混合器4、过滤柱5、色谱柱6、pH计7、UV检测器8、出液系统9。
色谱柱6内径为500mm，高度为3000mm，内壁粗糙度≤0.7μm，材质为304不锈钢，内部装填型号为驿站-20ESQ-1.1-300的高效强阴离子介质。
高效强阴离子介质的载体为SiO2，孔径为粒径为15μm，用量为150kg。
进液系统1包括进样阀111和进样液位开关112、洗脱阀121和洗脱液位开关122以及平衡清洗阀131和平衡清洗液位开关132。
出液系统9包括收苯甲酸乙酯阀911和收苯甲酸乙酯液位开关912、收苯甲酸阀921和收苯甲酸液位开关922以及排空阀931和排空液位开关932。
UV检测器8用于检测苯甲酸乙酯的存在，pH计7用于检测苯甲酸的存在，控制系统会通过UV检测器8和pH计7得到的检测信号控制进液系统1和出液系统9的阀门。通过阀门配合UV检测器8和pH计7检测信号输出控制实现制备工艺的自动化。
泵2为两台高压活塞式恒流泵，每台泵最大流量为10L/min，工作总流量为6-20L/min；
过滤柱5直径为200mm，高度为350mm，介质用量为5kg，用以去除混合物中的固体杂质。
分离苯甲酸与苯甲酸乙酯包括以下步骤：
(1)先以6-20L/min的流量将色谱柱6内填充满介质保护液，然后将进样阀111和排空阀931打开，其他阀处于关闭状态，使混合物进入色谱柱6内，与介质相互作用；
(2)由于苯甲酸可以和介质相互作用，苯甲酸乙酯不与介质相互作用，所以苯甲酸乙酯待柱内保护液在约12min后排出后直接穿出色谱柱，当UV检测器8监测到苯甲酸乙酯时，立刻发送电信号，使排空阀931关闭，收苯甲酸乙酯阀911打开，开始收集苯甲酸乙酯；
(3)约50min后，当介质与苯甲酸作用饱和时，苯甲酸会穿出色谱柱，此时使用洗脱剂将苯甲酸从色谱柱6上洗脱下来，当pH计7检测到苯甲酸时，立刻发送电信号，使进样阀111和收苯甲酸乙酯阀911关闭，洗脱阀121和收苯甲酸阀921打开，开始收集苯甲酸，饱和进样量约为320L；
(4)当苯甲酸洗脱完全，pH计7不再检测苯甲酸时，立刻发送电信号，使洗脱阀121和收苯甲酸阀921关闭，平衡清洗阀131和排空阀931打开，开始收集平衡清洗液。洗至3-5个柱体积，进入下一个循环。
步骤(1)中所述的介质保护液为异丙醇，步骤(3)中所述的洗脱剂为异丙醇。
步骤(2)中所述UV检测器8监测到有机酸酯的条件为UV检测器8检测到苯甲酸乙酯在358nm波长的特定信号；
步骤(3)中所述pH计7监测到有机酸的条件为pH值≤3；
步骤(4)中所述pH计7不再监测到有机酸的条件为pH值≥7。
一个循环经历100min，处理量0.32t，完成2t/d的产量，需要10-11h，6-7个循环即可。
以上实施例仅用于说明本发明技术方案，并非是对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换，都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
Claims (10)
1.一种分离有机酸与有机酸酯的色谱系统，其特征在于，包括依次连接的进液系统(1)、泵(2)、压力传感器(3)、混合器(4)、过滤柱(5)、色谱柱(6)、pH计(7)、UV检测器(8)和出液系统(9)。
2.根据权利要求1所述的一种分离有机酸与有机酸酯的色谱系统，其特征在于，所述的色谱柱(6)内径为400-500mm，高度为2000-2500mm，内壁粗糙度≤0.7μm，材质为316不锈钢、304不锈钢或碳素钢的一种或几种，内部装填型号为高效强阴离子介质。
3.根据权利要求2所述的一种分离有机酸与有机酸酯的色谱系统，其特征在于，所述的高效强阴离子介质的载体为改性SiO2，孔径为粒径为5-20μm。
4.根据权利要求1所述的一种分离有机酸与有机酸酯的色谱系统，其特征在于，所述的进液系统(1)包括进样管路和其上设置的进样阀(111)和进样液位开关(112)，洗脱液管路和其上设置的洗脱阀(121)和洗脱液位开关(122)，平衡清洗液管路及其上设置的平衡清洗阀(131)和平衡清洗液位开关(132)，其中进样管路、洗脱液管路和平衡清洗液管路并联连通泵(2)。
5.根据权利要求1所述的一种分离有机酸与有机酸酯的色谱系统，其特征在于，所述的出液系统(9)包括有机酸酯收集管路及其上设置的收有机酸酯阀(911)和收有机酸酯液位开关(912)；有机酸收集管路及其上设置的收有机酸阀(921)和收有机酸液位开关(922)，排空液管路及其上设置的排空阀(931)和排空液位开关(932)，其中有机酸酯收集管路、有机酸收集管路和排空液管路并连接在UV检测器(8)的出液口。
6.根据权利要求1所述的一种分离有机酸与有机酸酯的色谱系统，其特征在于，所述的UV检测器(8)用于检测有机酸酯的存在，pH计(7)用于检测有机酸的存在，通过UV检测器(8)和pH计(7)的检测信号控制进液系统(1)和出液系统(9)的阀门开关。
7.根据权利要求1所述的一种分离有机酸与有机酸酯的色谱系统，其特征在于，所述的泵(2)为至少两台高压活塞式恒流泵或柱塞泵，每台泵最大流量为10L/min，最大总流量为20L/min，所述的过滤柱(5)直径为100-200mm，高度为250-350mm，用以去除混合物中的固体杂质。
8.一种使用如权利要求1-7中任一项所述的色谱系统分离有机酸与有机酸酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先将色谱柱(6)内填充满介质保护液，然后将进样阀(111)和排空阀(931)打开，其他阀处于关闭状态，使待分离混合物进入色谱柱(6)内，与介质相互作用；
(2)当UV检测器(8)监测到有机酸酯时，排空阀(931)关闭，收有机酸酯阀(911)打开，开始收集有机酸酯；
(3)当pH计(7)检测到有机酸时，进样阀(111)和收有机酸酯阀(911)关闭，洗脱阀(121)和收有机酸阀(921)打开，开始收集有机酸；
(4)当有机酸洗脱完全，pH计(7)不再检测到有机酸时，洗脱阀(121)和收有机酸阀(921)关闭，平衡清洗阀(131)和排空阀(931)打开，开始收集平衡清洗液。
9.根据权利要求8所述的一种分离有机酸与有机酸酯的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的介质保护液包括水、乙醇或异丙醇中的一种或多种，步骤(3)中所述的洗脱剂包括乙醇、甲醇或异丙醇中的一种或几种。
10.根据权利要求8所述的一种分离有机酸与有机酸酯的方法，其特征在于，步骤(2)中所述UV检测器(8)监测到有机酸酯的条件为有机酸酯在210-358nm波长范围内的信号；步骤(3)中所述pH计(7)监测到有机酸的条件为PH值≤n，n＝1-5；步骤(4)中所述pH计(7)不再监测到有机酸的条件为PH值≥m，m＝5-7.5。
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