DE3016077A1

DE3016077A1 - Verfahren und vorrichtung zur einspritzung von fluessigkeit in eine technische gaschromatographische trennvorrichtung

Info

Publication number: DE3016077A1
Application number: DE19803016077
Authority: DE
Inventors: Michel Prof Perrut; Marcel Pointet; De Santerre Henri Tollet
Original assignee: Societe National Elf Aquitaine; Recherches Techniques et Industrielles Ste
Current assignee: Societe National Elf Aquitaine; Recherches Techniques et Industrielles Ste
Priority date: 1979-04-26
Filing date: 1980-04-25
Publication date: 1980-11-13
Also published as: JPS55160847A; US4362046A; FR2454831A1; FR2454831B1; GB2050191A; DE3016077C2; GB2050191B

Description

1. SOCIETE NATIONALE ELF AQUITAINE, Courbevoie 2 ο SOCIETE DE RECHERCHES TECHNIQUES ET INDUSTRIELLES, Buc

Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Einspritzung von Flüssigkeit in eine technische gaschromatographische

Trennvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Einspritzung flüssiger Chargen in technische Gaschromatographiesysteme mit Säulen großen Durchmessers.

Wie aus der FR-PS 73 16 247 vom 4. Mai 1973 hervorgeht, ist die Einspritzung der flüssigen Analysenprobe in eine gaschromatographische Trennvorrichtung wichtig, um eine gute Trennung in der Säule zu erzielen. Die höchste Wirksamkeit wird erhalten, wenn das zeitliche Konzentrationsprofil des eingespritzten Produkts während der Einspritzung und eines Zyklus rechteckig ist, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. In dieser Figur ist die Konzentration des in das Trägergas eingespritzten Produkts (Ordinate) in Abhängigkeit von der Zeit (Abszisse) angetragen.

Bei Durchführung einer Einspritzung dieser Art verhindert man vor oder nach der Einspritzung in die Säule den

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Durchtritt von Spuren des zu trennenden Gemischs, die das Gleichgewicht zwischen den vorliegenden Phasen in der Säule stören und zu einer schlechten Auflösung des zu trennenden Gemischs führen.

Herkömmlicherweise wird die Flüssigkeit in einen Verdampfer eingeführt, wobei das erzeugte Gas durch die Transportwirkung des Trägergases in die Säule befördert wird. Der Einspritzbeginn wird durch Öffnen eines Ventils in der Zufuhrleitung zur Zuführung der Flüssigkeit zum Verdampfer und das Einspritzende durch Schließen dieses Ventils gesteuert. Diese Technik ergibt Einspritzungen nicht rechteckigen Profils, was zu einer 'Schwanzbildung¹ durch Verdampfung von Spuren des zu trennenden Produkts führt, die nach Beendigung der Einspritzung im Verdampfer bleiben. In der FR-PS 73 16 247 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einspritzung flüssiger Analysenproben in gaschromatographische Trennsäulen angegeben, bei der ein Verdampfer ständig von einem Trägergas durchspült wird. Die Flüssigkeit wird dem Verdampfer über eine mit einem Ventil versehene Leitung zugeführt. Durch Öffnen und darauffolgendes Schließen des Ventils kann die gewünschte Menge an einzuspritzender Flüssigkeit bei gegebenem Durchsatz eingespritzt werden, wobei die Leitung zwischen dem Ventil und dem Verdampfer am Ende der Einspritzung rasch und zwischen den Einspritzperioden mit sehr geringem Durchsatz gespült wird.

Diese für Säulen von 125 mm Durchmesser verwendete Vorrichtung ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Das vorerhitzte Trägergas wird bei Q^ eingeführt und spült ständig den mit Wärmetausch arbeitenden Verdampfer 6^,bevor es in die Trennsäule 9_ eintritt, wo es über eine gesinterte

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Platte J|_O verteilt wird. Das zu behandelnde flüssige Produkt wird über ein Einspritzventil 3^ eingeführt.

Während der Einspritzung ist das Einspritzventil 3 offen, während das zur Schnellspülung dienende Ventil 2_ geschlossen ist. Die Flüssigkeit wird dann in Gegenwart des Trägergases im Verdampfer 6^ sehr schnell verdampft. Zur Verbesserung der Form des zeitlichen Konzentrationsprofils wird das Ventil 2 unmittelbar nach dem Beginn der Einspritzung einige Sekunden geöffnet, damit der zwischen dem Verdampfer 6_ und dem Einspritzventil _3_ befindliche und mit dem zu behandelden Produkt gefüllte Leitungsteil durchgespült wird. Das handbetätigte Feinventil 1 läßt ständig einen sehr geringen Durchsatz hindurchtreten, wodurch geringe Leckverluste des ferngesteuerten Einspritzventils _3 ausgeglichen werden.

Die Erfahrung zeigt, daß diese Vorrichtung mehrere Nachteile aufweist:

- ständige Überhitzung des Trägergases zwischen den Einspritzperioden des zu verdampfenden und zu trennenden Gemischs;

- Schwanzbildung beim zeitlichen Konzentrations-Rechteckprofil der Einspritzung, was zu einer geringen Trennwirkung der Säule vor allem bei großdimensionierten Verdampfern (Säulendurchmesser 2 400 mm) führt;

- Gefahr der Überhitzung und Crackung kleiner Mengen der zu trennende Produkte, die im allgemeinen thermisch empfindlich sind, was zur Verstopfung der Sinterplatte am Säuleneingang und einer fortschreitenden Verkokung der Wände des Verdampfers führt und langwierige Reinigungen erfordert, die die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sehr belasten.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Einspritzung von Flüssigkeit in Verdampfer von gaschromatographischen Trennvorrichtungen anzugeben, die insbesondere für Vorrichtungen mit Säulen großen Durchmessers von größenordnungsmäßig 400 mm und mehr anwendbar sind.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Einspritzung von Flüssigkeit in eine technische gaschromatographische Trennvorrichtung mit einem mit Trägergas durchspülten Verdampfer wird die Flüssigkeit dem Verdampfer durch eine Leitung mit einem Ventil zugeführt, dessen Öffnen und Schließen die Einspritzung einer bestimmten Flüssigkeitsmenge bei einem gegebenen Durchsatz bewirkt, wobei die schnelle Spülung des am Ende der Einspritzung im Verdampfer und in den angrenzenden Leitungen enthaltenem Fluids und die kontinuierliche langsame Spülung zwischen den Einspritzungen durch ein System von Ventilen erfolgt; das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die sofortige Verdampfung der Flüssigkeit durch gleichzeitige Einführung des vorerhitzten Trägergases und der vorerhitzten Flüssigkeit unter Druck in einen mit Wärmetausch arbeitenden Verdampfer vorgenommen wird; der Verdampfer am Ende der Einspritzung durch eine Bypassleitung im Nebenschluß vom Trägergas umgangen wird, wobei das Trägergas weiterhin durch die Trennsäule strömt und der Ausfluß des Verdampfers durch ein Filterelement gefiltert wird, das zwischen dem Verdampfer und der Trennsäule vorgesehen ist;

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Ventil (16) in der Leitung vom mit Wärmeaustausch arbeitenden Verdampfer zur Trennsäule zwischen dem Filterelement und dem Anschluß

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der Bypassleitung für das Trägergas, wobei das Ventil die aus dem Filterelement, dem Verdampfer und den Vorrichtungen zur Einspritzung der zu behandelnden Flüssigkeit und zur Spülung bestehende Einheit abtrennen kann und hierdurch die Reinigung dieser Vorrichtungen ohne Abkühlung der Trennsäule ermöglicht, die von dem durch die Bypassleitung strömenden Trägergas durchspült wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft erläutert; es zeigen:

Fig. 1 das zeitliche Konzentrationsprofil des

in das Trägergas eingespritzten Produkts;

Fig. 2 eine bekannte Vorrichtung zur Einspritzung von Flüssigkeit in gaschromatographische Trennsäulen;

Fig. 3 ein Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einspritzung von l·lüssigkeiten in gaschromatographische Trennsäulen; und

Fig. 4 und 5 registrierte P^^^c bei einem System ohne bzw. mit Bypass.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine chromatographische Säule 9^, einen von einem Wärmeträgerfluid gespeisten, mit Wärmetausch arbeitenden Verdampfer 6_, ein handbetätigtes Spülventil J_ mit sehr geringem Durchsatz, das bei normalen Betrieb der Vorrichtung offen ist, ein ferngesteuertes Spülventil 2^ mit höherem Durchsatz, ein ferngesteuertes Ventil _3_ für die Zufuhr der zu behandelnden Flüssigkeit, ferngesteuerte

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Ventile J_4 und J_5 im Trägergaskreis und handbetätigte Ventile _1jj. und Y]_, die beim normalen Betrieb der Vorrichtung offen bzw. geschlossen sind.

Während der Einspritzperiode der zu trennenden Produkte sind die Ventile _3^ und J_4 offen und die Ventile 2^ und JJ5 geschlossen. Das über die Leitung Q_ eingeführte vorerhitzte Trägergas, z. B. Wasserstoff, und die zu verdampfende Flüssigkeit durchlaufen den mit Wärmetausch arbeitenden Verdampfer, wobei die Verdampfung praktisch augenblicklich erfolgt.

Außerhalb der Einspritzperiode sind die Ventile 3^ und J_£ geschlossen, während das Ventil J_5 offen ist. Das vorerhitzte Trägergas, z. B. Wasserstoff, strömt am Verdampfer vorbei und gelangt ohne Überhitzung unmittelbar zum Säuleneingang. Das Spülventil 2^ wird unmittelbar nach dem Ende der Einspritzung einige Sekunden geöffnet, wodurch das Gasgemisch des gesamten Verdamfpungskreises herausgespült wird. Das Spülventil J_ für die langsame Spülungjhat dieselbe Aufgabe wie bei der oben beschriebenenjherkömmlichen Vorrichtung.

Das Konzept der Fluidführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermeidet eine überhitzung des Trägergases außerhalb der Einspritzperioden, da es dann durch die Bypassleitung J_9. strömt und das Einspritzprofil aufgrund der Schnellspülung völlig rechteckig ist, die den gesamten Inhalt des Verdampfers und der angrenzenden Leitungen abführt. Auf diese Weise wird eine deutlich bessere Trennwirksamkeit als bei der bisherigen Vorrichtung erzielt, wie aus dem folgenden Beispiel hervorgeht.

Zwischen dem Verdampfer und der Säule ist eine Filtervorrichtung 18 angeordnet, die alle Partikel zurückhält,

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die die Fritte JJ^ ^am Eintritt der Säule verstopfen könnten.

Darüber hinaus können die Reinigung des Verdampfers oder der Austausch der Filtervorrichtung _1_8 oder jedes Teils oder jeder Leitung zur Einspritzung der Flüssigkeit vorgenommen werden, ohne daß die gesamte Anlage stillgelegt werden muß. Das Trägergas fließt dann über die Bypassleitung J_9, wobei die Ventile 14 und J_6 die Einheit aus Verdampfer, Filtervorrichtung und angrenzenden Leitungen abtrennen. Auf diese Weise wird eine Abkühlung und anschließende Wiederaufheizung der Säule vermieden, was lange dauert und sowohl für die Qualität der Säule als auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nachteilig ist. Außerdem kann das handbetätigte Ventil Y]_ zur periodischen Entleerung des Behälters mit dem Filterelement verwendet werden.

Beispiel

Es wurde eine technische Chromatographievorrichtung mit einer 125-mm-Säule und einem Plattenwärmeaustauscher als Verdampfer verwendet, der mit einem Wärme-Trägerfluid gespeist wurde. Es wurde Linalool unter folgenden Bedingungen eingespritzt:

- Durchsatz an Trägergas (Wasserstoff)

bei 180 °C: 17,5 m³/h

- Durchsatz an Linalool: 207 mol/h ^ 8,7 g/s.

Der Durchsatz an Wärme-Trägerfluid im Wärmeaustauscher betrug etwa 2 m /h bei 210 ⁰C, die Temperatur betrug 180 ⁰C. Die Kurven von Fig. 4 und 5 zeigen die ohnejbzw. mit Bypasssystem registrierten Pert.'<i

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Bei den unter Verwendung des herkömmlichen Einspritzsystems erhaltenen p«_n ta. ist ein außerordentlich starkes Tailing festzustellen (Fig. 4), während die mit dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem erhaltenen PeaA$'> sehr schmal sind (Fig. 5) und bei der Auftrennung von Gemischen eine hohe Produktivität ermöglichen.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Einspritzung von Flüssigkeit in eine technische gaschromatographische Trennvorrichtung mit einem mit Trägergas durchspülten Verdampfer,

- wobei die Flüssigkeit dem Verdampfer durch eine Leitung mit einem Ventil zugeführt wird, dessen Öffnen und Schließen die Einspritzung einer bestimmten Flüssigkeitsmenge bei einem gegebenen Durchsatz bewirkt,

- wobei die schnelle Spülung der am Ende der Einspritzung im Verdampfer und in den angrenzenden Leitungen enthaltenen Fluids und die kontinuierliche langsame Spülung zwischen den Einspritzungen durch ein System von Ventilen erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die sofortige Verdampfung der Flüssigkeit durch gleichzeitiges Einführen des vorerhitzten Trägergases und der vorerhitzten Flüssigkeit unter Druck in einen mit Wärmetausch arbeitenden Verdampfer vorgenommen wird,

- der Verdampfer am Ende der Einspritzung durch eine Bypassleitung im Nebenschluß vom Trägergas umgangen wird, wobei das Trägergas weiterhin durch die Trennsäule strömt, und

- der Ausfluß des Verdampfers durch ein Filterelement gefiltert wird, das zwischen dem Verdampfer und der Trennsäule vorgesehen ist.

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2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- ein Ventil (16) in der Leitung vom mit Wärmeaustausch arbeitenden Verdampfer (6) zur Trennsäule (9) zwischen dem Filterelement (18) und dem Anschluß der Bypassleitung (19) für das Trägergas,

- wobei das Ventil (16) die aus dem Filterelement (18), dem Verdampfer (6) und den Vorrichtungen zur Einspritzung der zu behandelnden Flüssigkeit und zur Spülung bestehende Einheit abtrennen kann und hierdurch die Reinigung dieser Vorrichtungen ohne Abkühlung der Trennsäule (9) ermöglicht, die von dem durch die Bypassleitung (19) strömenden Trägergas durchspült wird.

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