CZ379198A3

CZ379198A3 - Způsob frakcionace roztoku chromatograficky simulovaným postupem s pohyblivým ložem

Info

Publication number: CZ379198A3
Application number: CZ983791A
Authority: CZ
Inventors: Heikki Heikkilä; Göran Hyöky; Jarmo Kuisma; Hannu Paananen
Original assignee: Cultor Corporation
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 1999-07-14
Also published as: EP0910448A1; HUP9903841A2; ATE223251T1; IL127180A0; CA2256354A1; SK283345B6; CN1222869A; DE69715204D1; ZA974203B; ES2183173T3; JP4371434B2; PL330481A1; HU223300B1; CN1180867C; HUP9903841A3; CA2256354C; PT910448E; AU2900997A; WO1997045185A1; BR9709368A

Description

Způsob frakcionace roztoku v systému obsahujícím jeden nebo více okruhů, kde každý okruh obsahuje jednu nebo více kolon obsahujících jednu nebo více dílčích náplňových vrstev, přičemž uvedený roztok složky vytvářející první separační profil, kde uvedené složky zahrnují složky s nízkou rychlostí migrace, složky se střední rychlostí migrace a složky s vysokou rychlostí migrace, a dále obsahuje složky vytvářející druhý separační profil, při kterém se frakce získávají vícestupňovou sekvencí, která zahrnuje napájecí fázi, eluční fázi, cirkulační fázi a jejich kombinace, přičemž uvedená cirkulační fáze zahrnuje cirkulaci prvního a druhého separačního profilu v jednom nebo ve více okruzích, takže uvedený systém současně obsahuje dva nebo více separačních profilů ve stejném okruhu.

Ό-11~ ý/ • * · ·

Způsob frakcionace roztoku chromatograficky simulovaným postupem s pohyblivým ložem

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu frakcionace roztoku na dvě nebo více frakcí obohacených odlišnými složkami. Zejména se vynález týká způsobu frakcionace roztoku pomocí chromatograficky simulovaného postupu s pohyblivým ložem (SMB) ve kterém se tok tekutiny zavádí do systému obsahujícího jednu nebo více kolon obsahujících jednu nebo více dílčích náplňových vrstev. Rozpuštěné substance přítomné ve výchozí složce se dělí v dílčích náplňových vrstvách a vytvoří se separační profil (t.j. profil tvořený pevnými složkami). Tyto kolony/dílčí náplňové vrstvy tvoří, jeden nebo více okruhů. Uvedený nový separační systém obsahuje nejméně dva separační profily ve stejném okruhu.

Tento separační profil se vytváří pomocí napájecího roztoku a recirkulované pevné složky. Separační profil je úplný nebo v podstatě úplný profil pevných složek.

Nový chromatografický SMB způsob v zásadě umožňuje zlepšení separační kapacity uvedeného způsobu SMB.

Frakcionace roztoku obsahujícího více rozpuštěných složek na frakce obohacené různými složkami je často nezbytná pro získání požadovaných složek v optimální čistotě. K takovéto frakcionaci je možné použít způsob podle vynálezu. Například sulfitový výluh lze tímto způsobem frakcionovat tak, že se získá frakce obohacená o monosacharidy a/nebo frakce obohacená o lignosulfonaty. Dále je možné tímto způsobem frakcionovat melasu nebo výpalky na frakce například obohacené • · cukrem jako je sacharosa a/nebo betainem.

Způsob podle vynálezu je zvláště vhodný pro separaci substancí, které se obtížně separují ze směsí ve kterých jsou obsaženy. Tyto směsi zahrnují sirupy obsahující fruktosu/glukosu, šťávy řepného původu, směsi invertního cukru, škrobové hydrolyzáty, hydrolyzáty dřeva, roztoky mléčné syrovátky a další roztoky obsahující laktosu, roztoky obsahující aminokyseliny, fermentační půdy obsahujícící různé organické kyseliny jako je kyselina citrónová, bagasové hydrolyzáty, a zejména roztoky obsahující inositol, mannitol, sorbitol, xylitol, erythritol, kyselinu glutamovou a/nebo glycerol.

Dosavadní stav techniky

U kontinuálně pracujících chromatografických separačních způsobů se v současnosti obvykle používá simulovaný postup s pohyblivým ložem a využívá se pro různé aplikace. Simulovaný postup s pohyblivým ložem může být sekvenční nebo kontinuální nebo může zahrnovat kombinaci kontinuálního a sekvenčního způsobu. Při kontinuálním způsobu se simulovaným pohyblivým ložem obvykle proudí všechny toky tekutin kontinuálně. Tyto toky zahrnují: přívody vstupního roztoku a eiučního prostředku, cirkulaci tekuté směsi, a odvod produktů. Průtoková rychlost těchto toků může být upravena podle cílů separace (výtěžek, čistota, kapacita). Obvykle se spojuje 8 až 20 dílčích náplňových vrstev do okruhu. Místa přívodu eiučního prostředku, vstupní suroviny a odvodu produktů se cyklicky posunují v náplňovém loži ve směru toku. Díky přívodu eiučního prostředku a vstupní suroviny, odvodu produktů a průtoku náplňovou vrstvou, se v náplňové vrstvě vytváří profil pevných látek. Složky s nižší migrační rychlostí v náplňové

4« 4444 44 4 44 44 • 44 4 4 4 4 4444

4444 4 4 4 4 4 4 4

444 4 4 4 444444

4 4 4 4 4 4

4444444 44 444 44 «4 vrstvě se koncentrují v zadní oblasti separačního profilu, t.j. profilu tvořeného pevnými složkami, zatímco složky s vyšší migrační rychlostí se koncentrují v čelní oblasti. Místa zavádění vstupního roztoku a elučního prostředku a místa odvodu produktů se cyklicky posunují v podstatě stejnou rychlostí, jakou se profil pevných látek pohybuje v náplňové vrstvě. Místa zavádění vstupní suroviny a elučního prostředku a místa odvodu produktů se cyklicky posunují s použitím ventilů umístěných podle náplňového lože, obvykle na koncích každé dílčí náplňové vrtvy proti směru toku a ve směru toku. Jestliže produkty frakcionace mají mít vysokou čistotu, je nutné použít krátkou dobu cyklu a více dílčích náplňových vrstev (pro zařízení jsou potřebné ventily a přívodní a odvodní armatura).

U sekvenčně pracujícího způsobu se simulovaným pohyblivým ložem některé z toků tekutin nemají kontinuální průtok. Tyto toky zahrnují; přívody vstupního roztoku a elučního prostředku, cirkulaci tekuté směsi, a odvod produktů (eluční fáze: dva až čtyři nebo více produktů). Průtoková rychlost a objemy různých vstupních surovin a produktů frakcionace lze upravit na základě stanovených cílů separace (výtěžek, čistota, kapacita). Tento způsob obvykle zahrnuje tři základní fáze: napájení, elucí a cirkulaci. Během napájecí fáze se vstupní roztok a případně také při současně probíhající eluční fázi i eluční prostředek zavádějí do předem určených dílčích náplňových vrstev a současně se odvádí frakce produktu nebo produktů. Během eluční fáze se do předem určené dílčí náplňové vrstvy nebo do předem určených dílčích náplňových vrstev zavádí eluční prostředek a současně se odvádějí tři nebo i čtyři frakce produktu. Během cirkulační fáze se do dílčích náplňových vrstev nezavádí žádný vstupní roztok nebo eluční prostředek a neodvádí se žádné produkty.

·· 0 0 0 0 · · • · · 0« • · 0 0

Způsob podle vynálezu může být buď kontinuální nebo sekvenční nebo to může být kombinace kontinuálního a sekvenčního způsobu.

Kontinuální způsob se simulovaným pohyblivým ložem uvádí například US patent 2 985 589 (Broughton a sp. ) . Podle tohoto způsobu, se směs určená k frakcionaci zavádí do jedné dílčí náplňové vrstvy a eluční prostředek se zavádí do jiné dílčí náplňové vrstvy, a v podstatě současně se odvádějí dvě frakce obsahující produkt. Tento systém obsahuje nejméně čtyři dílčí náplňové vrstvy tvořící jeden okruh s kontinuální cirkulací, a přívodní místa a místa odvodu produktu se cyklicky posunují ve směru toku v náplňové vrstvě. Podobný způsob uvádí US patent 4 412 866 (Schoenrock a sp.) .

Sekvenční způsoby se simulovaným pohyblivým ložem jsou uvedeny například v GB přihlášce 2 240 053 a v US patentech 4 332 623 (Ando a sp.), US 4 379 751 (Yoritami a sp.) a US 4 970 002 (Ando a sp.). Sekvenční způsob se simulovaným pohyblivým ložem pro získání betainu a sacharosy z řepné melasy je popsán ve patentu FI 86 416 autorů vynálezu (US patent 5 127 957). Při těchto způsobech cirkuluje ve smyčce s dílčí náplňovou vrstvou pouze jeden úplný nebo v podstatě úplný profil pevných látek. Také v souvisejících finských přihláškách č. 930 321 (datum podání 26. leden 1993) a 932 108 (datum podání 19.květen 1993) autorů vynálezu jsou uvedeny sekvenční způsoby se simulovaným pohyblivým ložem, a to v prvním případě pro frakcionaci melasy a v druhém případě pro frakcionaci sulfitových výluhů. Jak je v těchto přihláškách uvedeno, způsob se simulovaným pohyblivým ložem může zahrnovat více okruhů; v každé smyčce dosud cirkuluje jeden profil pevných složek.

• 4

6 4 44

Fl patent 86 416 (US patent 5 127 957) uvedený výše se týká způsobu získání betainu a sacharosy z řepné melasy s použitím sekvenčního způsobu se simulovaným pohyblivým ložem. Uvedený chromatografický systém obsahuje nejméně 3 dílčí chromatografické náplňové vrstvy spojené v sérii. Při tomto způsobu se betain a sacharosa separují ve stejné sekvenční fázi která zahrnuje i stupeň napájecí fáze melasou, při které se vstupní melasa zavádí do jedné z uvedených dílčích náplňových vrstev a voda jako eluční prostředek se zavádí v podstatě současně do jiné z uvedených dílčích náplňových vrstev a sekvence zahrnuje elučně napájecí fázi a cirkulační fázi. Ty se opakují jednou nebo vícekrát během uvedené sekvence.

Při způsobu uvedeném ve výše zmíněné finské přihlášce 930 321, se tok tekutiny zavádí do systému obsahujícího nejméně dvě dílčí náplňové vrstvy, a produkt nebo produkty se získávají během vícestupňové sekvence. Tato sekvence zahrnuje fáze napájení, eluce a cirkulace. Během cirkulační fáze tekutina přítomná v částečných náplňových vrstvách společně s jejím profilem pevných látek cirkuluje ...ve dvou nebo více okruzích obsahujících jednu, dvě nebo více dílčích náplňových vrstev. Tento okruh může být uzavřený nebo otevřený, jinak řečeno to znamená, že jestliže tekutina cirkuluje v jednom okruhu, je možné eluční prostředek zavádět do jiného okruhu a odebírat z něj frakce obsahující produkt.

Během napájecí a eluční fáze tok náplňovou vrstvou může probíhat mezi navazujícími okruhy, přičemž dochází k převodu nosného materiálu z jednoho okruhu do dalšího. Během cirkulační fáze je okruh uzavřen a oddělen od ostatních okruhů. V každém okruhu cirkuluje pouze jeden profil pevných látek.

φ · · · · · ·

Ve FI přihlášce 941 866 autorů vynálezu je uveden způsob kontinuální frakcionace roztoků, se simulovaným pohyblivým ložem a s použitím iontoměničových pryskyřic s dvěma nebo více iontovými formami způsobem při kterém profil pevných látek který se vytvoří průchodem roztoku chromatografickou náplní mající první iontovou formu prochází do chromatografické náplně mající druhou iontovou formu aniž by došlo k opětovnému smísení částečně oddělených složek, a/nebo při kterém je možné se vyhnout stupňům zahušťování a přečerpávání, které jsou zahrnuty ve způsobech frakcionací roztoků s náplňovými vrstvami s dvěma různými iontovými formami dosud známými v oboru.

V US patentu 5 198 120 (Masuda a sp.) je uveden způsob frakcionace ternárního nebo vícesložkového roztoku pomocí způsobu se simulovaným pohyblivým ložem zahrnujícím několik kolon. Mezi sérií kolon je cirkulační uzavírací ventil. Roztok určený k frakcionaci se přivádí do kolony umístěné bezprostředně za uzavíracím ventilem z hlediska směru toku a současně se odvádí z kolony umístěné z hlediska proti směru toku jeden nebo více frakcí produktu. Během spojené eluční a cirkulační fáze roztok cirkuluje v okruhu tvořeném úplnou sérií kolon.

V EP přihlášce 663 224 (přihlašovatel Mitsubishi) je uveden způsob frakcionace ternárního nebo vícesložkového roztoku způsobem se simulovaným pohyblivým ložem s použitím série čtyř kolon. Při tomto způsobu může okruh zahrnovat dvě až čtyři kolony; i při tomto způsobu dosud v okruhu cirkuluje pouze jeden profil tuhých složek.

A A · · • · · · • A A A • A · AAA rt /

AAA

Podstata vynálezu

Vynález se týká způsobu frakcionace roztoku chromatograficky simulovaným způsobem s pohyblivým ložem, při. kterém se tok tekutiny zavádí do systému obsahujícího jednu nebo více kolon, které obsahují jednu nebo více dílčích náplňových vrstev. Rozpuštěné složky, přítomné v napájecí surovině se dělí v dílčích náplňových vrstvách a vytváří se separační profil (t.j. profil pevných složek). Tyto kolony/dílčí náplňové vrstvy tvoří jeden nebo více okruhů. Tento nový způsob je charakterizován tím, že separační systém obsahuje nejméně dva separační profily v jednom okruhu.

Separační profil se vytváří recirkulací napájecího roztoku a pevných složek. Separační profil obsahuje všechny složky obsažené v napájecí surovině, t.j. složky mající nízkou rychlost migrace, složky mající střední rychlost migrace a složky mající vysokou rychlost migrace. Podle toho je tedy separační profil úplný nebo v podstatě úplný profil pevných složek. Výhodně se podíl složek majících nejvyšší migrační rychlost odvádí před cirkulační fází.

Tento nový chromatografický SMB způsob je schopný zásadně zlepšit kapacitu SMB separace. Ve srovnání s dřívějšími chromatografickými SMB způsoby, tento nový SMB způsob umožňuje například v případě separace melasy zlepšení separační kapacity o několik obsahových procent, přičemž parametry výkonu pro danou frakci zůstávají v podstatě stejné.

Použité chromatografické zařízení obsahuje jednu nebo více kolon spojených v sérii, spojovací vedení mezi kolonami, zásobníky roztoku a elučních prostředků, vedení pro napájecí «« surovinu a eluční prostředky, recyklační a napájecí čerpadla, výměníky tepla, vedení pro odvod frakcí obsahujících produkt, a ventily, regulátory průtoku a tlaku, a měřidla on-line koncentrace, hustoty, optické aktivity a vodivosti. Postup probíhá do stavu rovnováhy a průběh separačního procesu se sleduje měřidlem hustoty. Průběh separace řídí mikroprocesor, který řídí průtokové objemové rychlosti a objemy napájecí suroviny s použitím zařízení měřících množství/objem, teplotu, a funkci ventilů a čerpadel.

Počet kolon je od 1 do 20, výhodně od 2 do 8. Výhodně kolona obsahuje jednu nebo více oddělených dílčích náplňových vrstev.

Výhodné je použití silně kyselé iontoměniěové pryskyřice jako je Finex V09C (výrobce Finex Oy), Finex V13C (výrobce Finex Oy), Finex 11 GC (výrobce Finex Oy) nebo Purolite PCR 651 (výrobce Purolite Co) jako náplňové vrstvy kolony.

Jako eluční prostředek se výhodně použije voda.

Průtoková rychlost může být v rozmezí od 0,5 do 15 m³/hodina/m²; výhodně je 3 až 10 m³/hodina/m².

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Ďvouprofi 1ová separace melasy

Série kolon pro separaci obsahuje osm dílčích náplňových vrstev, z nichž vždy čtyři vytváří kolonu, t.j. použijí se dvě kolony. Frakce obsahující produkty se odebírají φφ φφφφ φ φ φ φφφφ

z kolony 1 a 2, zbytkové frakce rovněž z kolony 1 a 2, ale frakce obsahující sacharosu a betain se odebírají pouze z kolony 2 jako recyklované frakce.

Provozní podmínky jsou uvedeny v tabulce IA

Tabulka IA Provozní podmínky teplota separace výška vrstvy pryskyřice průměr kolony »C m (7 m/kolonu) 11,1 cm

V této sérii kolon se vytvoří dvouprofi 1ová separační sekvence, kde při separačním procesu současně cirkulují dva oddělené separační profily, t.j. v podstatě úplné profily tuhých složek. Tato frakcionace se provádí v osmi stupňové sekvenci. Délka cyklu této sekvence je 38 minut a zahrnuje následující stupně:

stupeň 1: 1,5 litru vstupního napájecího roztoku se zavádí do kolony 1 objemovou průtokovou rychlostí 50 1/hodinu a z kolony 2 se eluuje odpovídající množství recyklované f rakce;

stupeň 2: 5,5 litru vstupního napájecího roztoku (pokračování napájecí fáze) se zavádí do kolony 1 objemovou průtokovou rychlostí 50 1/hodinu a z kolony 2 se eluuje odpovídající množství frakce obsahující sacharosu;

stupeň 3: do kolony 1 se zavádí 3,2 1 vocly jako elučního prostředku objemovou průtokovou rychlostí 60 1/hodinu a odvede

4944 • 9 9

994

9

9 se odpovídající množství zbývající části frakce obsahující sacharosu (z kolony 2);

stupeň 4: pokračuje se v zavádění vody jako elučňího prostředku do kolony 1 (3,3 litru; 60 1/hodina), a z kolony 2 se eluuje odpovídající množství recyklované frakce;

stupeň 5: pokračuje se v zavádění vody jako elučňího prostředku do kolony 1 (5,0 litru; 60 1/hodina) a z kolony 2 se eluuje odpovídající množství betainové frakce;

stupeň 6: pokračuje se v zavádění vody jako elučňího prostředku do kolony 1 (13,0 litru; 68 1/hodina) a ze stejné kolony se eluuje odpovídající množství zbytkové frakce. Současně se zavádí voda jako eluční prostředek i do kolony 2 (10,0 litrů; 73 1/hodina), a ze stejné kolony se odvede odpovídající množství zbytkové betainové frakce;

stupeň 7: pokračuje se v zavádění vody jako elučňího prostředku do kolony 2 (2,5 litru; 73 1/hodina) a ze stejné kolony se eluuje odpovídající množství zbytkové frakce;

stupeň 8: zahrnuje cirkulaci v okruhu tvořeném kolonou 1 a 2 (6,0 litru; 75 1/hodina).

Sekvence zahrnující tyto stupně se osmkrát opakuje k dosažení rovnovážného systému, načež způsob probíhá v rovnovážném stavu. Během jedné sekvence v rovnovážném stavu se odeberou vzorky.

Složení suroviny ve vstupním napájecím roztoku je uvedeno v tabulce 1B.

fcfc fcfcfcfc * · • · ♦ · * • fcfcfc fc · • · · · · fc fcfcfc • fcfc fcfcfc fcfc * fcfc fcfc fcfc · • · · fcfcfc fcfcfc • fc fcfc

Tabulka 1B Analýza suroviny

složení, %	pevných složek
t r i - sacharidy	sacharosa	mon o- s achari dy	beta in	vápník
2,8	57 , 6	0,6	7,6	< 0,04

obsah pevných složek g/100 g 52,7 pH 9,4 vodivost mS/cm 13,7

Jako separační pryskyřice v náplni se použije Finex V09C, která se nejprve regeneruje chloridem sodným (během frakcionace se dostává do rovnováhy s kationty z melasy) Analýza separační pryskyřice je uvedena níže v tabulce ÍC.

Tabulka IC

Analýza separační pryskyřice výrobek Finex V09C

DVB % 5,5 kapacita ekv./l 1,56 střední velikost částic ve vrstvě v mm 0,360

V rovnováze má spojená zbytková frakce obsah pevných složek 6,7 g/100 g a čistota sacharosy je 12,4 % hmotnostních. Sacharosová frakce má obsah pevných složek 19,1 g/100 g a

2

čistota sacharosy je 90,1 % hmotnostních. Betainová frakce má obsah pevných složek 4,4 g/100 g a čistota betainu je 43,1 % hmotnostni ch.

Příklad 2

Dvouprofi 1ová separace výpalků

Série použitých separačních kolon zahrnuje tři oddělené separační kolony. Zbytkové frakce se odebírají ze všech kolon, a frakce obsahující betain se odebírá pouze z kolony 3.

Provozní podmínky jsou uvedeny v tabulce 2A

Tabulka 2A Provozní podmínky teplota separace výška, vrstvy pryskyřice průměr kolony °C

10,5 m (3,5 m/kolona) 20 cm

V této sérii kolon se vytvoří dvouprofi 1ová separační sekvence, kde při separačním procesu současně cirkulují dva oddělené separační profily, t.j. v podstatě úplné profily pevných složek. Tato frakcionace. se provádí v sedmistupňové sekvenci. Délka cyklu této sekvence je asi 58 minut a zahrnuje následující s tupně:

stupeň 1: 7 litrů vstupního napájecího roztoku se zavádí do kolony 1 objemovou průtokovou rychlostí 150 1/hodinu, a současně se z kolony 2 eluuje odpovídající množství zbytkové frakce. Současně se do kolony 3 zavádí 7 litrů vody jako ·· ·· ···· • « • ··*

·· · ♦ · · ·· 9 9 9 9

9 9 9 9 · ··· ··· • · 9

9 · · · · · elučního prostředku objemovou průtokovou rychlostí 150 1/hodinu, a ze stejné kolony se eluuje odpovídající množství betainové frakce;

stupeň 2: 5 litrů vstupního napájecího roztoku (pokračování napájecí fáze) se zavádí do kolony 1 objemovou průtokovou rychlostí 150 1/hodinu a z kolony 3 se eluuje odpovídající množství betainové frakce;

stupeň 3; 29 litrů vstupního napájecího roztoku se zavádí do kolony 1 a současně se ze stejné kolony eluuje odpovídající množství zbytkové frakce. Současně se do kolony 2 zavádí 17 litrů vody jako elučního prostředku objemovou průtokovou rychlostí 90 1/hodinu a z kolony 3 se odvede odpovídající množství zbývající betainové frakce;

stupeň 4: pokračuje se v přívodu vody jako elučního prostředku do kolony 2 (6 litrů; 80 1/hodina) a z kolony í se eluuje odpovídající množství zbytkové frakce;

stupeň 5: zahrnuje cirkulaci v okruhu tvořeném kolonami 1-3 (10 litrů; 100 1/hodina);

stupeň 6: do kolony 1 se zavádí voda jako eluční prostředek (33 litrů; 100 1/hodina) a z kolony 3 se eluuje odpovídající množství zbytkové frakce;

stupeň 7: do kolony 3 se zavádí voda jako eluční prostředek (28 1; 150 1/hodina) a současně se z kolony 2 eluuje odpovídající množství zbytkové frakce.

Sekvence zahrnující tyto stupně se sedmkrát opakuje k dosažení rovnovážného systému, načež způsob probíhá v

9

99 9 •

• ·

9 9 99 9

9 9 99 9 • · · 999999 99 rovnovážném stavu. Během jedné sekvence v rovnovážném stavu se o d e b e r o u v z o r k y .

Složení suroviny ve vstupním napájecím roztoku je uvedeno v tabulce 2B.

Tabulka 2B Analýza suroviny složení, % pevných složek betain 13,8 obsah pevných složek g/l00 g 53,8 pH 7,1 vodivost mS/cm 46,5

Jako separační pryskyřice v náplni se použije Finex V13C, která se nejprve regeneruje chloridem sodným (během frakcionace se dostává do rovnováhy s kationty z výpalků). Analýza separační pryskyřice je uvedena níže v tabulce 2C.

Tabulka 2C

Analýza separační pryskyřice výrobek

DVB % kapacita ekv./l střední velikost částic ve vrstvě v mm

Finex VI3C 8,0 1 ,8

0,34

ΦΦ Φφφφ φφ · ·· ·Φ φ φφ φφφφ φ φφφ φ φ · φφφφ • φφφ φ φ · φφφφφφ • φφφφ · · φφφ φφφ φφ φφφ - φφ φφ

V rovnováze, má betainová frakce obsah pevných složek 22,4 % a čistota betainu je 48,4 % hmotnostních. Spojená zbytková frakce má obsah pevných složek 18,4 % a čistota betainu je 2,3 % hmotnostních.

Příklad 3

Dvouprofi 1ová separace směsi glukosy/fruktosy

Série kolon pro separaci obsahuje čtyři oddělené separační kolony. Frakce produktu se odebírají ze všech čtyř kolon.

Provozní podmínky jsou uvedeny v tabulce 3A

Tabulka 3A

Provozní podmínky teplota separace výška vrstvy pryskyřice průměr kolony °C

11,2 m (2,8 m/kolonu) 20 cm

V této sérii kolon se vytvoří dvouprofi 1ová separační sekvence, kde při separačním procesu současně cirkulují dva oddělené separační profily, t.j. v podstatě úplné profily pevných složek. Tato frakcionace se provádí v čtyřstupňové sekvenci. Délka cyklu této sekvence je 74 minut a zahrnuje následující stupně:

stupeň l: 18 litrů vstupního napájecího roztoku se zavádí do kolon 1 a 3 objemovou průtokovou rychlostí 120 1/hodinu a ftft ftft·· • · ft · · · • ftft • ft • ftft • · se stejných kolon se eluuje odpovídající množství glukosové f r a k c e ;

stupeň 2: do kolon 2 a 4 se zavádí 8 litrů vody jako eiučního prostředku objemovou průtokovou rychlostí 120 1/hodinu a z kolon 3 a 1 se eluuje odpovídající množství glukosové frakce;

stupeň 3: do kolon 2 a 4 se zavádí 30 eiučního prostředku a ze stejných kolon se množství fruktosové frakce;

litrů vody jako eluuje odpovídající stupeň 4; zahrnuje cirkulaci 1-4 (106 litrů; 130 1/hodina).

v okruhu tvořeném kolonami

Složení suroviny ve vstupním napájecím roztoku je uvedeno v tabulce 3B.

Tabulka 3B Analýza suroviny

složení, glúkosa	% pevných složek 49,2	f ruktosa	49,5
obsah pevných složek g/100 g	50

Jako separační pryskyřice v náplni se použije Fínex CS

GC, která se nejprve regeneruje chloridem vápenatým.

Analýza separační pryskyřice je uvedena níže v tabulce 3C.

·*·· a · • ··· ·· «· • 4 4 4 • 4 4 4

444 444

4 • ·· 44

Tabulka 3C

Analýza separační pryskyřice výrobek

DVB % kapacita ekv./l střední, velikost částic ve vrstvě v mm

Finex CS 11 GC

5.5

1.5

0,310

V rovnováze má spojená glukosová frakce obsah pevných složek 23,3 g/100 g a čistota glukosy je 96,7 % hmotnostních. Spojená fruktosová frakce má obsah pevných složek 20,3 g/l00 g a čistota fruktosy je 99,7 % hmotnostních.

Příklad 4

Tříprofilová separace melasy

Série kolon pro separaci obsahuje tři oddělené separační kolony. Zbytkové frakce se odebírají ze všech kolon a frakce obsahující sacharosu, recyklovaná frakce a frakce obsahující betain se odebírají z kolony 1.

Provozní podmínky jsou uvedeny v tabulce 4A • ·

Tabulka 4A Provozní podmínky teplota separace výška vrstvy pryskyřice průměr kolony °C

15,3 m (5,1 m/kolonu) 20 cm

V této sérii kolon se vytvoří tříprofilová separační sekvence, kde při separačním procesu současně cirkulují tři oddělené separační profily, t.j. v podstatě úplné profily pevných složek. Tato frakcionace se provádí v osmistupňové sekvenci. Délka cyklu této sekvence je 43 minut a zahrnuje následující stupně:

stupeň 1: do kolony 2 se zavádí 9 litrů vstupního napájecího roztoku objemovou průtokovou rychlostí 110 1/hodinu a z kolony 1 se odebere odpovídající množství recyklované f rakce;

stupeň 2: 11 litrů vstupního napájecího roztoku (pokračování napájecí fáze) se zavádí do kolony 2 objemovou průtokovou rychlostí 110 1/hodinu a z kolony 1 se eluuje odpovídající množství fruktosové frakce.;

stupeň 3: do kolony 2 se zavádí 16 litrů vody jako elučního prostředku objemovou průtokovou rychlostí 110 1/hodinu a z kolony 1 se eluuje odpovídající množství sacharosové frakce;

stupeň 4: do kolony 2 se zavádí 5,5 litru vody jako elučního prostředku objemovou průtokovou rychlostí 110 1/hodinu a z kolony 1 se odvede odpovídající množství

4444

I 4 4

4 44 «·

4 4 4

4 4 4 •44 444

4

4 4 4 recyklované frakce;

stupeň 5: pokračuje se v přívodu eluční vody do kolony 2 (9 litrů; 110 1/hodina) a z kolony 1 se eluuje odpovídající množství betainové frakce;

stupeň 6; eluční voda se zavádí do kolon 1, 2 a 3 (do každé kolony 5 litrů při objemové průtokové rychlosti 120 1/hodinu) a z kolony 1 se eluuje odpovídající množství betainové frakce a z kolon 2 a 3 odpovídající množství zbytkových frakcí;

stupeň 7: pokračuje se v přívodu eluční vody do kolon 1, a 3 (15 1 při objemové průtokové rychlosti 100 1/hodinu do kolony, 21 litrů rychlostí 140 1/hodinu do kolony 2, 21 litrů rychlostí 140 1/hodinu do kolony 3) a z kolon 1, 2 a 3 se eluují odpovídající množství zbytkových frakcí;

stupeň 8: zahrnuje cirkulační stupeň v okruhu tvořeném kolonami 1-3 (4 litry; 120 1/hodina).

Sekvence zahrnující tyto stupně se osmkrát opakuje k dosažení rovnovážného systému, načež způsob probíhá v rovnovážném stavu. Během jedné sekvence, .v rovnovážném stavu se odeberou vzorky.

Složení suroviny ve vstupním napájecím roztoku je uvedeno v tabulce 4B.

00

0 0 0

000 004

0 • 0 «0 «9 0000 00 ·

00 0 00« 0000 0 0 «

0 0 0 0 «

0 0 0 fl «00000 0 ·* *«

Tabulka 4B Analýza suroviny složení, % složek v surovině.

tri- sacharídy	sacharosa	betain	vápník
3,9	60,4	5,1	< 0,04

obsah pevných složek pevné složky PH vodivost mS/crn g/l00 g 58,5 < 0,1 % obj.

9,0

23,1

Jako separační pryskyřice v náplni se použije Finex VO9C, která se nejprve regeneruje chloridem sodným (během frakcionace dochází k rovnováze s kationty z melasy). Analýza separační pryskyřice je uvedena níže v tabulce 4C.

Tabulka 4C

Analýza separační pryskyřice výrobek

DVB % kapacita ekv./l střední velikost částic ve vrstvě v mm

Finex VO9C

5.5

1.5

0,310

V rovnováze má spojená sacharosová frakce obsah pevných

·.· · ·· »

složek 22 g/100 g a čistota sacharosy je 92,7 % hmotnostních. Spojená betainová frakce má obsah pevných složek 5,2 g/100 g a čistota hetainu je 36,6 % hmotnostních. Spojená zbytková frakce má obsah pevných složek 8,2 g/100 ml.

Příklad 5

Dvouprofi 1ová kontinuální separace melasy

Separační kolona obsahuje 14 oddělených dílčích náplňových vrstev mezi kterými je zařazena kontaktní deska propustná pro tekutinu ale zadržující pryskyřici; na horní straně kontaktní desky je umístěna napájecí a odvodní armatura. Kolona má průměr 0,2 m a vrstva má výšku 14 m (1 m na dílčí náplňovou vrstvu. Délka stupně je 310 s, a zahrnuje dvě části, z nichž jednou je napájení v délce 280 s a druhou promývání trubkového systému a napájecí a odvodní armatury po dobu 30 s. Délka cyklu je 4 340 s.

Jako separační pryskyřice v náplni se použije Purolite PCP 651, která se nejprve regeneruje chloridem sodným (během frakcionace dochází k rovnováze s kationty z melasy).

Analýza separační pryskyřice je uvedena níže v tabulce 5A.

Tabulka 5A

Analýza separační pryskyřice výrobek

DVB % kapacita ekv./l střední velikost částic ve vrstvě v mm

Purolite PCR 651

5.5

1.5

0,340 »4 4444

4 «

444 444

9

4 4

Složení suroviny ve vstupním napájecím roztoku v tabulce 5B.

je uvedeno

Tabulka 5A Analýza suroviny složení, % pevných složek sacharosa 59 obsah pevných složek g/100 g 59 pH 9,2 vodivost mS/cm 13,8

Sekvence zahrnuje 14 stupňů. Průběh v každém stupni je nás 1edující:

Frakce obsahující sacharosu se odvádějí z dílčích náplňových vrstev 2 a 9 a zbytkové frakce se odvádějí z dílčích náplňových vrstev 6 a 13.

Napájecí roztok a promývací roztok se zavádějí do dílčích náplňových vrstev 5 a 12 a eluční voda se zavádí do dílčích náplňových vrstev 1 a 8.

Dílčí náplňové vrstvy 1 a 2 (a 8 a 9) tvoří v koloně eluční zónu sacharosy, kde objemová průtoková rychlost je 240 1/hodinu. Sacharosová frakce se odvádí objemovou průtokovou rychlostí 19,6 1/hodinu.

• · · · · ·

Dílčí náplňové vrstvy 3 a 4 ( a 10 a tí) tvoří extrakční zónu, kde objemová průtoková rychlost je 194 1/hodinu. Dílčí náplňové vrstvy 5 a 6 (a 12 a 13) tvoří iontovou vylučovací zónu, kde objemová průtoková rychlost je 206 1/hodinu. Mezi tyto zóny se zavádí napájecí roztok (objemová průtoková rychlost 12,5 1/hodina), a rovněž promývací roztok (objemová průtoková rychlost 12,5 1/hodina).

Dílčí náplňová vrstva 7 (a 14) tvoři přechodovou vrstvu, ve které je objemová průtoková rychlost 140 1/hodinu.

Zbytkové frakce se odvádějí z prostoru mezi iontovou vylučovací zónou a přechodovou zónou (objemová průtoková rychlost 66 1/hodina).

Místa napájení a odvodu se cyklicky posouvají v intervalech 310 sekund pro každou dílčí náplňovou vrstvu ve směru toku (t.j. eluční, extrakční, iontová vylučovací a přechodová zóna se cyklicky posunují přes každou dílčí náplňovou zónu).

V rovnováze má sacharosová frakce obsah pevných složek

27,1 % a čistotu sacharosy 87,8 %. Zbytková frakce má obsah pevných složek 5,5 % a čistota sacharosy. je 16,4 %.

Příklad 6

Dvouprofi 1ová separace xylitolových výluhů

Série použitých separačních kolon zahrnuje tři kolony. Frakce obsahující produkt se odebírají z kolony 1 a zbytkové frakce se odebírají z kolon 1, 2a 3.

·· ··· ·

Provozní podmínky jsou uvedeny v tabulce 6A

Tabulka 6A Provozní podmínky teplota separace výška vrstvy pryskyřice průměi~ kolony počet kolon °C

11,1 m (3,8 m/kolona) 20 cm

V této sérii kolon se vytvoří dvouprofi 1ová separační sekvence, kde při separačním procesu současně cirkulují dva oddělené separační profily, t.j. v podstatě úplné profily pevných složek. Tato frakcionace se provádí v osmistupňové sekvenci. Délka cyklu této sekvence je 87 minut a zahrnuje následující stupně;

stupeň í: 15 1 vstupního napájecího roztoku se zavádí do horní části kolony 1 objemovou průtokovou rychlostí 52 1/hodinu a z kolony 2 se eluuje odpovídající množství recyklované frakce. Současně se do kolony 3 zavádí voda jako eluční prostředek (15,0 litrů; 160 1/hodina) a z druhého profilu stejné kolony se odebírá odpovídající množství xylitolové frakce;

stupeň 2: 10,0 litrů vstupního napájecího roztoku (pokračování napájecí fáze) se zavádí do kolony l objemovou průtokovou rychlostí 125 1/hodina a z kolony 3 se eluuje odpovídající množství xylitolové frakce;

stupeň 3 : zahrnuje cirkulaci v okruhu tvořeném kolonami 1 až 3 (15,0 litrů; 125 1/hodina);

stupeň 4: do kolony 2 se zavádí voda jako eluční.

prostředek (15,0 1; 125 1/hodina) a z kolony í se eluuje odpovídající množství recyklované frakce;

stupeň 5: pokračuje se v přívodu eluční vody do kolony 2 (40 litrů; 140 1/hodina) a z kolony 3 se odebere odpovídající množství recyklované frakce. Současně se eluční voda zavádí do kolony 1 (15,0 litrů; a ze stejné kolony se eluuje odpovídající množství recyklované frakce;

stupeň 6: pokračuje se v přívodu eluční vody do kolony 1 (15,0 litrů; 125 1/hodina) a z kolony 3 se eluuje odpoví da j í cí množství zbytkové frakce;

stupeň 7: zahrnuje, cirkulaci v okruhu tvořeném kolonami 1 až 3 (18,0 litrů; 125 1/hodina);

stupeň 8: do kolony 3 se zavádí voda jako eluční prostředek (20,0 litrů; 125 1/hodina) a z kolony 2 se eluuje odpovídající množství zbytkové frakce.

Složení suroviny ve vstupním napájecím roztoku je uvedeno v tabulce 6B. Před separací se surovina zfiltruje a koncentrace v napájecím roztoku se upraví na 50 g/100 g.

4 4944 9 ·

4 · · ·

9499 9 ·

4 9 · 4

4 4 4

444 444 4* 4

4 4 4 9*

4

9 * ·

Tabulka 6B Analýza suroviny

složení ,	% pevných složek '
g 1 y c e r- o 1	mannitol	rharnni tol	xyli tol	sorbitol	ostat ní
2,5	18,2	1 , t	43,0	7,8	28,5

obsah pevných složek g/100 g 50,6 pH 5,2 vodivost mS/cm 0,3

Jako separační pryskyřice v náplni se použije Finex CS 13 GC (polystyrénová matrice zesítěná diviny lbenzenenv, výrobce Finex Oy, Finsko), která se nejprve regeneruje chloridem vápenatým (během frakcionace dochází k rovnováze s kationty z xylitolového výluhu). Analýza separační pryskyřice je uvedena níže v tabulce 6C.

Tabulka 6C

Analýza separační pryskyřice výrobek Finex CS 13 GC

DVB % 6,5 kapacita ekv./l 1,65 střední velikost částic ve vrstvě v mm 0,41

V rovnováze má spojená zbytková frakce obsah pevných ft · · ft · ·

složek 7,7 g/100 g a čistota xylitolu je 19,1 % hmotnostních.

Xylitolová frakce má obsah pevných složek 16,5 g/100 g, čistota xylitolu je 66,2 % hmotnostních a výtěžek xylitolu je

80,6 % hmo t nos t ηíc h.

• · · ♦ • · · · • ·· · · · · fc *

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

fc *

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob frakcionace roztoku na dvě nebo více frakcí chromatograficky simulovaným postupem s pohyblivým ložem (SMB).vyznačující se t í m , že separační systém obsahuje nejméně, dva separační profily ve stejném okruhu.
2. Sekvenční způsob frakcionace roztoku na dvě nebo více frakcí chromatograficky simulovaným postupem s pohyblivým ložem (SMB), kde tok tekutiny se zavádí do systému obsahujícího jednu nebo více kolon obsahujících jednu nebo více dílčích náplňových vrstev, vyznačující se t í m , že separační sekvence vytváří nejméně dva separační profily ve stejném okruhu.
3. Způsob podle nároku 2 v y z n a č u j í c í se tím, že nejméně jeden okruh obsahuje nejméně dva separační profily.
4. Kontinuální způsob frakcionace roztoku na dvě nebo více frakcí chrotna tograf i cky simulovaným způsobem s pohyblivým ložem (SMB), vyznačující se tím, že separační systém obsahuje v jednom okruhu nejméně dva separační profily.
5. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků.

vyznačující se tím, že část složek majících nejvyšší rychlost migrace se odvádí před cirkulační fází.
6. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vy z n a č u j í c í se tím, že uvedené kolony tvoří jeden nebo více okruhů.
7. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků_z v yz n a č u j í c í se tím , že kolona obsahuje/ko1 ony ♦ 4

44 ·*··

4 4

44 4 4

4 4 obsahují několik dílčích náplňových vrstev.
8. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků vyznačující se t í m , že náplňovou vrstvu tvoří silně kyselá iontoměničová pryskyřice.
9. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků vyznačující se t í m , že počet kolon je 1-20, výhodně 2-8.
10. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků^ vyznačující se t í m , že eluční prostředek je voda.
11. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků vyznačující se t í m , že průtoková rychlost je 0,5-15 m³/h/m², výhodně 3-10 m²/h/m².
12. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků vyznačující se tím, že vstupní surovina se zvolí ze skupiny zahrnující melasu, výpalky, fruktosové/g1 úkosové sirupy, šťávy pocházející z řepy, směsi invertního cukru, škrobové hydrolyzáty, dřevné hydrolyzáty, roztoky mléčné sirovátky a další roztoky obsahující laktosu, roztoky obsahující aminokyseliny, fermentační půdy obsahující různé organické kyseliny jako kyselinu citrónovou, bagasové hydrolyzáty, a zejména roztoky obsahující inositol. mannitol, sorbitol, xylitol, erythritol, kyselinu glutamovou a/nebo glycerol.
13. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se t í m , že vstupní surovinou jsou výpa1ky.

30 V· 4 44 4 4 4 • 4 4 · ·

4444 « 4 • *444

4 » · 4

4 4 4 4 * 4 4 » • 4 4 4

4 444 444

4 ·

4 4 4 4
14. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků vyznačující se t í m , že vstupní surovinou je melasa.
15. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků vyznačující se tím, že vstupní surovinou je sulfitový výluh.
16. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků v y z n a č u j í c í se t í m , že produkt (produkty) je/jsou zvoleny ze skupiny zahrnující glukosu, fruktosu, sacharosu, betain, inositol, mannitol, glycerol, xylitol, xylosu, sorbitol, erythritol, organické kyseliny, zejména