DE1419686A1

DE1419686A1 - Continuous gas chromatic process and device for its implementation

Info

Publication number: DE1419686A1
Application number: DE19611419686
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung
Original assignee: Snam SpA
Current assignee: Snam SpA
Priority date: 1960-03-11
Filing date: 1961-03-11
Publication date: 1969-01-23
Also published as: GB973831A; CH421059A; DE1419686B2

Description

B e s c h r e i b u n g Kontinuierliches gaschromatisches Verfahren und Vorrichtung zu dessen Durchführung.D e c e r i n g e Continuous gas-chromatographic process and device for its implementation.

Zur Trennung eines Gemisches von verdampfbaren Plüssigkeiten oder von Gasen in seine Komponenten ist ein Verfahren mittels Gasohromatographie bekannt, welches darin besteht, daß eine Aufteilung zwischen einer beweglichen, gasförmigen Phase, die auch gasförmigö Trägerphase oder Trägergas genannt wird, und einer stationären flüssigen Phase bzw. zwischen einer beweglichen, gasförmigen und einer stationären festen Phase durchgeführt wird. For separating a mixture of vaporizable liquids or of gases into its components, a method using gas chromatography is known, which consists in that a division between a mobile, gaseous Phase, which is also called the gaseous carrier phase or carrier gas, and a stationary phase liquid phase or between a moving, gaseous and a stationary phase solid phase is carried out.

Bs sind auch bereits Laboratoriumseinrichtungen bekannt, welche es ermöglichen, fllr Vorbereitungszwecke die Trennung mittels Gasohromatographie unter Zugrundelegung der gleichen Technik durchzuführen, wobei diese Einrichtungen entweder handbetätigt sind oder mit Zeitprogrammschaltern versehen sind. Laboratory facilities are also already known which it allow the separation by means of gas chromatography for preparatory purposes Using the same technique perform with these facilities either are manually operated or equipped with time program switches.

Ferner sind kontinuierliche Verfahren ebenfalls ftlr Vorbereitungszwecke bekannt, bei denen sowohl die stationäre Phase als auch die gasförmige Trägerphase in Gegenstrom längs der gleichen Richtung bewegt werden (R.T.W. Scott, Seite 287 von n GAS CHROMATOGRAPHY " 1958, D.H.Desty, But@erworths Sei, Publ. London 1958). Furthermore, continuous processes are also used for preparatory purposes known in which both the stationary phase and the gaseous carrier phase be moved in countercurrent along the same direction (R.T.W. Scott, p. 287 by n GAS CHROMATOGRAPHY "1958, D.H. Desty, But @ erworths Sei, Publ. London 1958).

Die Erfindung hat ein Verfahren, insbesondere ftlr Vorbereitungszwecke, zur zweidimensionalen Gaschromatographie, sowie die praktische Ausführung einer zu diesem Zweck geeigneten Vorrichtung zum Gegenstand. The invention has a method, in particular for preparatory purposes, for two-dimensional gas chromatography, as well as the practical execution of a device suitable for this purpose to the subject.

Erfindungsgemäss wird die Trennung eines Gasgemisches bn. eines Gemisches von Flüssigkeiten in Dampfzustand in seine Komponenten daduroh erreicht, dass die stationäre Phase in einer von der Bewegungsrichtung des Trägergases verschiedenen Richtung, vorzugsweise senkrecht dasu bewegt wird, wobei der Winkel den die beiden die Bewegungen darstellenden Vektoren miteinender einschliessen, einen Wert zwischen 0° und 1800 mit Ausnahme dieaer beiden Grenzwerto besitzt, und die Masse der stationären Phase derart aufgeteilt wird, dass sie eine Vielzahl von getronnten Vegon oder Kanälen ft1r das Trägergas bildet, die parallel verlaufen und kleine Querscheittzabmessungen besitzen. Diese Kanäle kennen gernalinig und im wesentlichen parallel rur Bewegungsrichtung des Trägergases oder zu dieser Richtung schräg verlaufen bsw. im besonderen schraubenlinienförmigGn Verlauf haben.According to the invention, the separation of a gas mixture is bn. of a mixture of liquids in vapor state in its components daduroh that achieves the stationary phase in a different from the direction of movement of the carrier gas Direction, preferably perpendicular dasu is moved, the angle being the two vectors representing movements include a value between 0 ° and 1800 with the exception of the two limit values o, and the mass of the stationary Phase is divided in such a way that it has a multitude of separated vegons or channels ft1r forms for the carrier gas, which run parallel and small cross-sectional dimensions own. These channels know like-line and essentially parallel to the direction of movement of the carrier gas or inclined to this direction bsw. in particular helicalGn Have course.

Zufolge der unterschiedlichen Bewegungsrichtung der beiden Phasen erfolgt die Trennung der Komponenten auf einer Fl@ oho anstatt nur länge einer Richtung, wodurch es möglich ist, auoh beträchtlich großme Materialmengen leicht ma behandeln.As a result of the different directions of movement of the two phases the separation of the components takes place on a Fl @ oho instead of just in one direction, whereby it is also possible to handle considerably large amounts of material easily.

Ferner wird durch die, Aufteilung der stationären Phase ttnd durch die Bildung einer Vieliahl von Kenälen für das Gas mit in Berug auf die Länge kleinen querabmessungen die seitliche diffusione verhindert, welche sich hingegen einstellen würde, wenn keine Autteilungen in der Masse der stationnren Phase vorhanden wären oder wenn Aufteilungen vorsanden wären, die Strömungswege ttr das Gas bilden würden, deren eine oder beide Querabmeasungen beträchtlich grose sind, so, dass sie massgebende Diffusionserscheinungen su liessen.Furthermore, by dividing the stationary phase ttnd by the formation of a multitude of channels for the gas with small ones in relation to the length transverse dimensions prevents lateral diffusion, which, however, occurs if there were no divisions in the bulk of the stationary phase or if there were divisions that would form the flow paths ttr the gas, whose one or both transverse dimensions are considerably large so that they are decisive Left diffusion phenomena.

Das des erfindungsgemässen Verfahren zugrunde liegende Psinrip ist ii Schemn der Fig.1 klargelegt.The Psinrip on which the method according to the invention is based is ii Schemn of Fig. 1 clarified.

Die Stationäre Phase (S), welche aus einem dännen Film einer Verteilungsflüssigkeit oder aus einer dünnen Schicht eines feston Adsorptionsmittels besteht, eine Höhe h und ein unbestimmte Länge 1 besitzt, bewegt sich mit der Geschwindigkeit V5 ii Sinn des eingezeichneten Pfeile..The stationary phase (S), which consists of a thin film of a distribution liquid or consists of a thin layer of a feston adsorbent, a height h and has an indefinite length 1, moves with the speed V5 ii Sense of the arrows drawn.

Die bewegliche Phase, oder Trägergas, fliesst in Lamellarbewegung senkrecht sur Bowegungsrichtung der stationären Phase (siche Pfeile VG in Fig.1). Die Zuführungsmittel der in Dampfform au trennenden Mischung, welche in der Figur synbolisch durch den Kolben A angedeutet sind, sowie die Auffangmittel, die als eine Reihe von Probegläsern der anschaulicht sind, nehmen nicht an der Bewegung teil.The moving phase, or carrier gas, flows in lamellar motion perpendicular to the direction of movement of the stationary phase (safe arrows VG in FIG. 1). The means of supplying the mixture to be separated in vapor form shown in the figure synbolically indicated by the piston A, as well as the collecting means, which as a number of sample glasses, which are clear, do not take part in the movement part.

Es versteht iokw da umgekehrt auch die stationäre Phase im Stillstand belassen werden kann und dafür die Zuführungs-und Auffangmittel gemeinsam miteinander bewegt werden können, was auf das Oleiohe hinausläuft.Conversely, iokw also understands the stationary phase at a standstill can be left and for this the supply and collecting means together with one another can be moved, which amounts to the oleohe.

Ein Gemisch von Komponenten, da. an der Stelle A zugsfährt wird,, wird längs der Vertikalen h die äbliche ohromatographische Trennung erfahren da sich Jede Komponente mit ihrer eigenen Geschwindigkeit, die von ihrer Zurückhalteseit abhängt, bewegt.A mixture of components, there. a train runs at point A, the usual ohromatographic separation is experienced along the vertical h Each component moves at its own speed dictated by its reluctance depends, moves.

Anderseits verschiebt sich die stationäre Phase ebenfalls eigenen mit ihrer Geschwindigkeit Bewegungs- senkrecht nur richtung Nachdem der Mischung. mit ede in ?canlle Querschnittsabmessungen kleinen freis unterteilt ist und nachdem somit eine Komponenten seitliche Diffusion der Mischung der der Masse in wird der stationären Phase verhindert ist, die Verschiebegeschwindigkeit der stationären Phase prattisch unvera@dert auf jedon Teil der Komponenten aber tragen.On the other hand, the stationary phase also shifts its own with their speed of movement perpendicular only in the direction after the mixture. with ede divided into? canlle cross-sectional dimensions small freis and after thus a lateral diffusion of the mixture of the mass in the component becomes the stationary phase is prevented, the speed of movement of the stationary Phase prattisch unchanged on each part of the components but carry.

Zufolge der gleichseitigen Bewegung der stationären Phase ergibt sich weiters die Bewegung Jeder einsolnen Komponente als Resultierende der beiden Bewegungen und die Trennung des Gemisches in seine Komponenten erfolgt gemäes schräger Streifent deren Bewegungsbahnen mit der Lotrechten verschiedene Winkel einschliesen nie Lösung (elution) einer moden Komponente erfolgt somit in einer bestimmten Zone längs des unteren Randes der etatlontren Phase, die von der Geschwindigkeit der Bewegung der stationären Phase und von der Zeit abhängt, weiche die betrachtete Komponente zurückgehalten wird.The equilateral movement of the stationary phase results furthermore the movement of each individual component as a resultant of the two movements and the separation of the mixture into its components takes place according to the oblique strip their trajectories of movement with the vertical never include different angles (Elution) of a modem component thus takes place in a certain zone along the lower edge of the etatlontren phase, which depends on the speed of movement of the stationary phase and depends on the time by which the component under consideration is retained will.

Das beschriebene Prinzip kann zweckmässig in der Weise verwirklicht werden, dass man die stationäre Phase im Zwischenraum zwischen swei schsengleichen Zylindern anordnet, welche um ihre Achse gedreht werden, wobei das Trägergas prarallel zu dieser Achse in bosagtem Zwischenraum strömen gelassen wird.The principle described can expediently be implemented in this way be that one has the stationary phase in the space between swei swei equals Arranges cylinders, which are rotated around their axis, with the carrier gas parallel is allowed to flow to this axis in the space mentioned above.

Die zwockmässigste Drehzahl der Zylinder ist in Abhängigkeit von den Zurückhaltezeiten, der Geschwindigkeit des Trägergases und der Höhe der Zylinder su wählen.The most dynamic speed of the cylinders depends on the Hold-back times, the velocity of the carrier gas and the height of the cylinders choose su.

Man unterteilt die stationäre Phase, indem in don Zwischenraum zwischen den beiden Zylindern Trennwände längs Erzeugen den der Zylinder bzw. länge Schraubenflächen angeordnet werden, wodurch eine Vielzahl tot Kanälen mit kleinen Querschnittsabmeszungen erzeugt werden.One divides the stationary phase by putting in the space between The two cylinders create partitions along the length of the cylinder or long helical surfaces be arranged, creating a multitude of dead channels with small cross-sectional dimensions be generated.

Im letzteren Fall ist der Winkel den die beiden, die Bewegung des Trägergases und jene der stationären Phase darstellenden Sektoren miteinander einschliessen, von 90. verschieden und besitzt einen Wert swischen O'und 180°, welche beiden Grenzwerte Jedoch ausgeschlossen sind.In the latter case, the angle is the two, the movement of the Include carrier gas and those sectors representing the stationary phase, different from 90 and has a value between O'and 180 °, which are the two limit values However, are excluded.

Eine technisch äquivalente Ausführungsform der Vorrichtung besicht in der Vorwendung einer Ansahl von Röhrohen, welche länge der Zyseugenden eines Zylinders oder schraubenlinienformig um einen Zylinder angeordnet sind.Visit a technically equivalent embodiment of the device in the use of a number of Röhrohen, which length of the Zyseugenden one Cylinder or helical are arranged around a cylinder.

Auf diese Weise werden die durch seitliche Diffusion hervorgerufenen Strömungen bessitigt, ohne dass die Notwendigkeit besteht, die Geschwindigkeit des Trägergases au erhöhen bzw. ohne dass diese Geschwindigkeit irgend welchen Beschrän kungen unterliegt.In this way, those caused by lateral diffusion are removed Currents improve without the need to reduce the speed of the Increase carrier gas au or without this speed any restriction is subject to changes.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorriohtunß zur zweidimensionalen Gaschromatographie ist schematisoh in Fig.2 dargestellt.An embodiment of a device according to the invention for two-dimensional Gas chromatography is shown schematically in Fig. 2.

Ein Rohrbündel aif einer oder mehreron Reihen Chromatographiskolonnen (100,' 200 und mehr) dreht sich gleichförmig un seine Aekse, während die Zufuhreinrichtung des zu tronnenden flüssigen oder gasförmigen Gemisches sowie die, beispielsweise aus in ein Kühlbad getauchten Fallen be- @ stehende Auffang@inrichtung stillstehen. Das Trägergas strömt axial entlang dem Rohrbündel.A tube bundle in one or more rows of chromatography columns (100, '200 and more) rotates uniformly and its axis while the feeder of the liquid or gaseous mixture to be separated and, for example The collection device consisting of traps immersed in a cooling bath stand still. The carrier gas flows axially along the tube bundle.

Im Schema der Fig.2 sind mit 1 die Zufuhreinriohtung des zu trennenden Gemisches, mit E der Sintritt des Trägergasos, mit C der dicht abschliessende Deckel, mit D ein rotierender Metallzylinder, mit F ein Ofen, mit t das die station@-re Phase enthaltende Rohrbündel,mit P die Auffanggefässe (Pallen) und mit R ein Isoliergefäss, beispielsweise ein Dewargefäss bezeichnet.In the scheme of FIG. 2, the feed device to be separated is indicated by 1 Mixture, with E the entry of the carrier gas, with C the tightly closing lid, with D a rotating metal cylinder, with F a furnace, with t the station @ -re Tube bundle containing phase, with P the collecting vessels (pels) and with R an insulating vessel, for example a Dewar vessel called.

Wio bereits erwähnt, kann das Kolonnensystem auch foststehend angeordnet werden, in welchem Fall die zufuhr- und Auffangeinrichtungen gemeinsam gedreht werden.As already mentioned, the column system can also be arranged in a standing position in which case the feed and collection devices are rotated together.

Als Füllung der Kolonnen wird die bei Gaschromatographie übliche Füllung vorwendet, d.h. Verteilungsflüssigkeiten auf inerten Trägern oder feste Adsorptionsmittel.The filling usual for gas chromatography is used as the filling of the columns used, i.e. distribution liquids on inert carriers or solid adsorbents.

Eine Vorrichtung der beschriebenen Art kann vorteilhafterweise folgendermassen praktisch verwirklicht werden.A device of the type described can advantageously be as follows can be put into practice.

Die Anzahl der Rohre kann verzugsweise zwischen 10 und 1000 schwanken und die Länge eins jeden Rohres schwankt vorzugsweise zwischen 0,5 bis 10 Meter. ier Innendurchmesser eines Jeden Rohres kann vorzugsweise zwischen 0,4 und 10 cm schwanken.The number of tubes can vary between 10 and 1000 and the length of each tube preferably varies between 0.5 to 10 meters. The inside diameter of each tube can preferably be between 0.4 and 10 cm vary.

Besitzen die Kanäle einen nicht kreisförmigen Querschnitt, dana ist die geringeste linear Abmessung des Querschnittes eines jeden Rohren vorzugsweise nicht geringer als 0,2cm und die grösste Abmessung vorzugsweise nioht grösser als 20cm. Da Rohrsystem bzw. die Kanäle drehen sich vorzugsweise in bezug auf die Zufuhr- und Auffangorgang mitzeiner relativen Drehzahl, welche von Fall zu Fall zwischen 1 und 50 Umdrehungen in der Stunde einregelbar ist.If the ducts have a non-circular cross-section, that is preferably the smallest linear dimension of the cross-section of each tube not less than 0.2 cm and the largest dimension preferably not greater than 20 cm. Since the pipe system or the channels preferably rotate in relation to the supply and collecting device with a relative speed, which from case to case between 1 and 50 revolutions per hour can be set.

Eine derartige Vorrichtung kann mit einer in weiten Grenzen veränderlichen Zufuhrgeschwindigkeit des zu trennenden Gemisches arbeiten. Handelt es sich un ein Flüssigkeitsgemisch, dann kann die zugeführe Menge vorzugsweise zwischen wenigen cm3/h und etlichen kg/h schwanken. Auch die Menge des Trägergasen kann stark schwanken, vorzugsweise swischen 0,5 und 10 m3/h und der Druck des Gases schwankt vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 kg/cm2.Such a device can be varied within wide limits Feed rate of the mixture to be separated work. Is it a Liquid mixture, then the amount supplied can preferably be between a few cm3 / h and several kg / h vary. The amount of carrier gas can also fluctuate greatly, preferably between 0.5 and 10 m3 / h and the pressure of the gas preferably fluctuates between 0.1 and 10 kg / cm2.

Vorrichtungen der beschriebenen Art bringen zahlreiche Vorteile in beaug auf bekannte Vorbereitungsprozesse mit sich.Devices of the type described bring numerous advantages supervise known preparatory processes.

In der Tat sind die umständlichen Systeme der Zeitprcgrammgestaltung überflässig, noch braucht man die in den bisher verwendeten Einrichtungen notwendigen Mittel zur Offenbarung der gelösten (eluted) Komponenten vorsehen. Es genügt, wenn man grössenordnungsmässig den mittbelren Siedepunkt des zu trennenden Gemisches kennt, danit die ungefähr bei dieser Temperatur betriebene Vorrichtung gleichseitig die Trennung für Vorbereitungszwebke und die Anmlyse des Gemisches l@efort.Indeed, the systems of scheduling are cumbersome superfluous, you still need the facilities necessary in the previously used facilities Provide means for disclosing the eluted components. It is enough if the average boiling point of the mixture to be separated is of the order of magnitude knows, then the device operated approximately at this temperature at the same time the separation for preparatory work and the analysis of the mixture l @ efort.

Die Lage einer gewissen Komponente im Auffangsystem gestattet es nimlich die Zurückhaltezeit zu berechnen und infolgedsssen die Komponente zu identifisieren. Trägt man ferner in ein graphische Darstellung die in jedem Auffanggemäss angesammelten Mengen der Komponenten in Abhängigkeit von der Lage der Gefässe ein, dann erhält man die chromatographische Trennungskurve.Indeed, the location of a certain component in the containment system allows it calculate the retention time and consequently identify the component. If one also carries in a graphic representation the accumulated in each receptacle Quantities of the components depending on the position of the vessels, then receives one the chromatographic separation curve.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Continuous gas chromatic Process in which the gas chromatic active phase and the carrier phase for the oasis or vapor mixture to be separated are moved relative to one another, thereby g It is not noted that a large number of p @@@ lleler separate channels (T), @@ iit the gas chromatic active phase are filled, moved around the axis of the annulus and the carrier phase that of the inputs of the channels swept space is supplied (through E), and that that too separable Mixture fed to a point of this space (through A) and close to tier variety adjacent space swept over 4.1 by the exits of the channels Places (P).

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 thereby it is noted that a large number of parallel separate receiving channels (T) for the phase active in gas chromatography over the space between two coaxial ones Cylinders distributed and movable around the cylinder axis, that a feed (E) the carrier phase 2 to that of. the throat of the canals swept over space and qne Supply (A? Of the ruin separating mixture provided to a point in this space are, and that over the space swept by the channel ends a multiplicity of Traps (P) for the components of the mixture to be separated is distributed.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that g e k e n nz e i c h n e t that the receiving channels of tubes (T) formed with a small passage cross-section are.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that the receiving channels (T) are along helical lines around the cylinder axis extend.