DE4041414C2 - Verfahren zur fraktionierten Trennung eines Mehrkomponenten-Fluidgemisches und Vorrichtung zur Verwendung bei der fraktionierten Trennung eines Mehrkomponenten-Fluidgemisches - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trennen eines drei oder mehr Komponenten enthaltenden Fluidgemi­ sches in drei oder mehr Fraktionen, die mit den jeweili­ gen Komponenten angereichert sind (nachstehend meist mit "Fraktionen der entsprechenden Komponenten" oder "ange­ reicherte Fraktionen der entsprechenden Komponenten" be­ zeichnet), sowie auf eine zugeordnete Vorrichtung, und insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Verfah­ ren zur chromatographischen Trennung eines gasförmigen oder flüssigen Mehrkomponentengemisches, das drei oder mehr Komponenten enthält, und mit einer Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

In großindustriellem Maßstab kamen diese Verfahrensweisen bisher zur Anwendung, bei denen ein Feststoffadsorptions­ mittel eingesetzt wird, um eine Mehrzahl von Komponenten voneinander chromatographisch dadurch zu trennen, daß man sich eine Differenz des Adsorptionsvermögens am Adsorptions­ mittel unter den Komponenten zunutze macht. (Nachstehend bezeichnet als "chromatographische Trennungsverfahren").

Unter diesen Verfahren gibt es die sogenannten "simulierten Fließbettsysteme", bei denen eine Mehrzahl von Festbett-Ein­ heiten miteinander in einem Kreislauf in Serienschaltung derart verbunden sind, daß man eine kontinuierliche chroma­ tographische Trennung bewirken kann. Derartige Verfahrens­ weisen sind als zweckmäßige Verfahrensweisen an sich bekannt, welche sich mit hoher Produktivität betreiben lassen. Da diese Systeme im allgemeinen zur Fraktionierung von zwei Kom­ ponenten aus einem Gas oder einer Flüssigkeit eingesetzt wer­ den, haben sich aber Schwierigkeiten beim Fraktionieren ei­ nes drei oder mehr Komponenten enthaltenden Fluides in die Fraktionen der entsprechenden Komponenten ergeben.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen wurden bisher einige Verfahren zum Fraktionieren eines drei oder mehrere Komponenten enthaltenden Fluids in Fraktionen der entsprechenden Komponenten vorgeschlagen, wobei Beispiele hiervon ein Verfahren umfassen, bei dem eine chromatographi­ sche Trennungsanlage der Festbett-Bauart eingesetzt wird, um kontinuierlich drei oder mehrere Komponenten aus einem Fluid zu fraktionieren (siehe offengelegte japanische Patentanmel­ dung No. 158,105/1988). Auch wurde ein Verfahren vorgeschla­ gen, bei dem ein Flüssigaufgabematerial, die erste, zwei­ te und dritte Komponente enthält, eine simulierte Fließbett-Anlage durchströmt, in der die Betteinheiten ein erstes Adsorptionsmittel in Packungsform enthalten, das Affinitäten für drei Komponenten abnehmend in der Reihen­ folge von der dritten Komponente zu der zweiten Komponente und dann zu der ersten Komponente haben, und diese Bett­ einheiten in abwechselnden endlosen Serienkreisläufen mit Betteinheiten verknüpft sind, die in Packungsform ein zwei­ tes Adsorptionsmittel enthalten, das Affinitäten für die drei Komponenten abnehmend in der Reihenfolge von der zwei­ ten Komponente zu der dritten Komponente und dann zu der ersten Komponente hat, wobei insgesamt wenigstens vier Bett­ einheiten vorgesehen sind. Hierdurch wird ein Flüssigaufgabematerial nach Maßgabe der wechselseitig unterschiedlichen Adsorptionsvermögen der drei Komponenten fraktioniert, um die drei Komponenten voneinander zu trennen (siehe offengelegte japanische Patentanmeldung No. 80,409/1989).

Die vorstehend genannten Verfahrensweisen zum Fraktionieren eines drei oder mehr Komponenten enthaltenden Fluids in drei oder mehr Fraktionen der entsprechenden Komponenten brin­ gen jedoch die nachstehenden Schwierigkeiten mit sich.

Das erste Verfahren zeichnet sich beispielsweise durch ei­ nen Schritt aus, bei dem "ein Fluid durch ein Festbett ohne Zugabe von jeglichem neuem Fluid in das Festbett und ohne das Ableiten des Fluids von dem Festbett im Kreislauf ge­ führt wird", wobei der Durchsatz im Kreislauf über das ge­ samte Festbett hinweg gleich ist, da es sich wesensmäßig um chromatographische Trennungsverfahren der Festbettbau­ form handelt. Hierdurch ist es erforderlich, daß man eine zu­ sätzliche Längserstreckung des Festbetts benötigt, um die Adsorptionszone einer Komponente, die eine schwache Affinität für ein Adsorptionsmittel hat, ständig von einer Adsorptions­ zone einer Komponente, die eine starke Affinität für das Adsorptionsmittel hat, im Laufe der Kreislaufführung auf­ genommen werden kann und auftreten kann. Hierdurch nehmen die Abmessungen der Vorrichtung bzw. Anlage beträchtlich zu, und somit steigt die darin vorgesehene Adsorptionsmit­ telmenge im Vergleich zu jener bei den simulierten Fließ­ bettsystemen. Die hieraus resultierende Schwierigkeit ist darin zu sehen, daß die Größe der chromatographischen Tren­ nungsbehandlung (Durchsatzleistung) pro Mengeneinheit des Adsorptionsmittels, wobei diese Größe von großer industriel­ ler Bedeutung in Verbindung mit diesen Bauarten von Vor­ richtungen ist, kleiner wird. Eine weitere Schwierigkeit ist darin zu sehen, daß die Belastung einer gegebenenfalls durchzuführenden Nachbehandlung stärker wird, da die Kompo­ nentenkonzentration der durch die Fraktionierung gewonnenen Frak­ tionen gering ist, wenn man die Gewinnung nach dieser Ver­ fahrensweise durchführt.

Andererseits ist das zweitgenannte Verfahren unter Verwen­ dung von zwei unterschiedlichen Adsorptionsmitteln dahinge­ hend zweckmäßig, daß die fraktionierte Trennung der drei Komponenten voneinander mit ausgezeichneten Ergebnissen er­ zielt werden kann. Dieses Verfahren ist jedoch auf eine Gruppe von Fluiden begrenzt, für welche diese Verfahrensweise anwendbar ist, sowie eine Verknüpfung von diesen darin ent­ haltenen Komponenten, da man bei diesem Verfahren zwei un­ terschiedliche Adsorptionsmittel notwendigerweise wählen muß, die entsprechend geeignete Adsorptionsaffinitäten für drei gesonderte Komponenten haben.

DE-A 27 56 496 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines simuliert bewegten Betts, das zur fraktionierten Trennung eines Fluidgemisches verwendet wird. Aus EP-A 0 010 769 ist ebenfalls ein Verfahren zur fraktionierten Trennung eines Fluidgemisches bekannt.

Die Erfindung zielt darauf ab, die vorstehend genannten Schwierigkeiten bei üblichen Verfahrensweisen zu überwinden.

Somit bezweckt die Erfindung, eine neuartige Verfahrensweise und Vorrichtung bereitzustellen, mittels denen ein drei oder mehr Komponenten enthaltendes Gemisch effektiv in drei oder mehr Fraktionen fraktioniert werden kann, die jeweils mit einer Komponente angereichert sind.

Ferner sollen nach der Erfindung eine neuartige Verfahrenswei­ se und eine Vorrichtung bereitgestellt werden, mittels denen eine fraktionierte Trennung von drei oder mehr Komponenten voneinander lediglich unter Einsatz einer Art eines Adsorp­ tionsmittels erzielt werden soll.

Ferner sollen nach der Erfindung ein neuartiges Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt werden, mittels denen ein drei oder mehr Komponenten enthaltendes Gemisch konti­ nuierlich in drei oder mehr Fraktionen fraktioniert werden kann, indem eine Verfahrensweise der chromatographischen Trennung an einem simulierten Fließbett zur Anwendung kommt.

Auch sollen nach der Erfindung eine neuartige Verfahrensweise und eine Vorrichtung bereitgestellt werden, welche äußerst geeignet für einen Fraktionierbetrieb, insbesondere zur Durch­ führung in industriellem Maßstab ist, da man den Vorteil der chromatographischen, simulierten Fließbetteinrichtung nutzt, wodurch sich die einzusetzende Adsorptionsmittelmenge möglichst gering halten läßt, so daß man einerseits eine kleiner bemessene Vorrichtung benötigt und andererseits grö­ ßere Durchsatzleistungen pro Mengeneinheit des Adsorptions­ mittels erhält.

Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Zielsetzungen gibt die Erfindung die nachstehend näher beschriebene Ver­ fahrensweise an.

Das Verfahren nach der Erfindung zur fraktionierten Trennung eines eine Mehrzahl von Komponenten aufweisenden Fluids in mindestens drei Komponenten wird in einer Vorrichtung durchge­ führt, in der eine Mehrzahl von mit einem Adsorptionsmittel gefüllten Festbetteinheiten vorhanden sind, die in einer endlosen Folge miteinander derart verknüpft sind, daß sich ein Kreislaufkanal bildet, der durchströmt und abgesperrt werden kann, und bei dem ein Fluidaufgabematerial mit den Komponenten unterschiedlicher Affinität für das Adsorptionsmittel durch eine Mehrzahl von Festbetteinheiten strömt, um Adsorptionszonen der entsprechenden voneinander in einer seriellen Reihenfolge getrennten Komponenten von schwacher zu starker Affinität für das Adsorptionsmittel zu bilden, wobei sich die Verfahrensweise dadurch auszeichnet, daß ein Zyklus wiederholt durchlaufen wird, welcher als Schritt (1) das Absperren der Fluidzirkulation in der Vorrichtung an einer Stelle ("Absperrstelle"), die stromauf einer Adsorptionszone einer vorbestimmten Komponente mit einer schwachen Affinität für das Adsorptionsmittel liegt, sowie die Aufgabe von frischem Fluidaufgabematerial in die Vorrichtung an einer Stelle stromab der Absperrstelle, während aus der Vorrichtung eine Fraktion einer vorbestimmten Komponente an einer Stelle, die stromauf der Absperrstelle liegt abgezogen wird, und als Schritt (2) das gesonderte Abziehen der Fraktionen der in den jeweiligen Adsorptionszonen fraktionierten Komponenten umfaßt, die nach dem Schritt (1) bei einer Zufuhr eines fluid­ desorbierenden Mittels (nachstehend als ein "Fluiddesorptions­ mittel" bezeichnet) in die Vorrichtung nach Maßgabe einer Vorgehensweise der chromatographischen Trennung eines Binär­ fluidgemisches an einem simulierten Fließbett (nachstehend als ein "simuliertes Fließbettverfahren" bezeichnet) zurück­ bleiben, während zugleich die Fluidzirkulation in der Vor­ richtung beibehalten wird und keine neue Fluidmaterialaufgabe zu der Vorrichtung erfolgt.

Zur Durchführung des vorstehend angegebenen Verfahrens gibt die Erfindung auch eine Trennvorrichtung zur Verwendung bei der fraktionellen Trennung von drei oder mehr angereicher­ ten Komponenten aus einem Mehrkomponentengemisch an, wel­ che einen endlosen Kreislaufkanal aufweist, der von einer Mehrzahl von mit einem Adsorptionsmittel gefüllten Festbett­ einheiten gebildet wird, welche miteinander in Form einer Serienschaltung verbunden sind, die wenigstens ein Absperr­ ventil aufweist, das in dem Kreislaufkanal vorgesehen ist, ferner eine Fluidmaterialaufgabeeinrichtung aufweist, die mit dem Kreislaufkanal an der stromabwärtigen Seite des Ab­ sperrventils verbunden ist, eine Fluid (Fraktions-oder Aus­ fluß)-Abzugseinrichtung aufweist, die mit dem Kreislauf­ kanal und der stromaufwärtigen Seite des Absperrventils ver­ bunden ist, ferner eine Fluiddesorptionsmittel-Zufuhreinrich­ tung aufweist, die mit dem Kreislaufkanal zwischen den je­ weils benachbarten Betteinheiten verbunden ist, und eine Fluid (Fraktions- oder Ausfluß-)-Abzugseinrichtung aufweist, die die vorstehend genannte Fluidabzugseinrichtung auf der stromaufwärtigen Seite des Absperrventils umfaßt, und mit dem Kreislaufkanal zwischen den jeweils benachbarten Bett­ einheiten verbunden ist.

Der vorstehend angegebene Schritt (1) ist eine Stufe, bei der neues Fluidaufgabematerial in die Vorrichtung einge­ bracht wird, um eine Verteilung der Adsorptionszonen der entsprechenden aus der Vorrichtung im nächsten Zyklus abzuzie­ henden Komponenten zu bilden, während zugleich wenigstens eine Fraktion einer Komponente, die eine mittlere Affinität für das Adsorptionsmittel (nachstehend bezeichnet als die "mittlere Affinitätskomponente") unter den Komponenten in den bereits gebildeten Adsorptionszonen hat, aus der Vor­ richtung abgezogen wird. Das einströmende Fluidaufgabematerial kann eine große Menge der Komponente mit mittlerer Af­ finität aus der Vorrichtung innerhalb einer kurzen Zeit ver­ drängen.

Der vorstehend genannte Schritt (2) ist eine Stufe, bei der die angereicherten Fraktionen der gewünschten Komponenten, abgesehen von der Komponente mit mittlerer Affinität, geson­ dert aus der Vorrichtung nach Maßgabe des "simulierten Fließ­ bettverfahrens" abgezogen werden, und bei dem zugleich die in dem neuen Fluidaufgabematerial enthaltenen Komponenten, welche in die Vorrichtung im Schritt (1) erfolgt, voneinander zur Bildung von gesonderten Adsorptionszonen der zugeordneten Komponenten getrennt werden, die sich in einer Reihenver­ knüpfung, ausgehend von schwacher zu starker Affinität, für das Adsorptionsmittel einpegeln, während zugleich das in der Vorrichtung befindliche Fluid durch die Vorrichtung strömen kann und keine neue Fluidaufgabe in die Vorrichtung erfolgt. Das "simulierte Fließbettverfahren" zum getrennten Abziehen der Fraktionen der entsprechenden Komponenten mit der Zugabe des Fluiddesorptionsmittels läßt sich auf im wesentlichen die­ selbe wie an sich bekannte Weise bei den üblichen simulier­ ten Fließbettverfahren abgesehen davon durchführen, daß man die Aufgabe von neuem Fluidmaterial wegläßt. Beispielsweise kann man im wesentlichen die gleiche Verfahrensweise wie bei dem Verfahren anwenden, das in der offengelegten japa­ nischen Patentanmeldung No. 91,205/1987, insbesondere auf Seite 2, rechte obere Spalte, Zeile 2 bis zur linken unteren Spalte mit der letzten Zeile in Verbindung mit Fig. 3 ange­ geben ist, wobei eine Ausnahme der Umstand bildet, daß kei­ ne Fluidaufgabe in die Vorrichtung erfolgt, so daß man die ersten und vierten Betteinheiten so betrachten kann, daß sie ein und dasselbe Teil bilden. Insbesondere wenn das Fluid durch die Vorrichtung mit Hilfe einer Pumpe o. dgl. umgewälzt wird, wird das Fluiddesorptionsmittel in die Vorrichtung an der stromaufwärtigen Seite einer Adsorptionszone eingebracht, an der eine bestimmte Komponente verteilt ist, und zugleich wird eine Mehrzahl von Fraktionen, die mit entsprechenden Komponenten, abgesehen von der vorstehend angegebenen Kom­ ponente mit mittlerer Affinität, angereichert sind, gesondert aus der Anlage an einer stromabwärtigen Seite dieser Ad­ sorptionszone abgezogen. Der vorstehend genannte Ablauf der Zugabe von Desorptionsmitteln und des Abziehens der Komponente wird wiederholt, währenddem sequentiell die Stelle der Zufuhr des Desorptionsmittels sowie die Stel­ len des Abziehens der entsprechenden Komponenten nach Maß­ gabe der Bewegung der entsprechend zugeordneten Adsorptions­ zonen in Richtung stromabwärts verlagert werden.

Obgleich das Verfahren nach der Erfindung hauptsächlich die Wiederholung des vorstehend angegebenen Zyklus wieder­ gibt, der den Schritt (1) und den Schritt (2) umfaßt, sind natürlich zahlreiche Abänderungen der Verfahrensweise nach der Erfindung insoweit möglich, als die angestrebten Wirkungs­ weisen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zunichte ge­ macht werden.

Beispielsweise kann die Vorgehensweise des Abzugs einer vor­ bestimmten Komponente an der stromaufwärtigen Seite der Ab­ sperrstelle im Schritt (1) nicht nur für eine, sondern auch für zwei oder mehr Komponenten durchgeführt werden. Bei ei­ ner bevorzugten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Kompo­ nenten mit mittlerer Affinität vorhanden, die sich als Kom­ ponenten klassifizieren lassen, die für das Adsorptionsmittel eine mittlere Affinität haben. Wenn beispielsweise das Fluid­ aufgabematerial vier Komponenten A, B, C und D enthält, können die Komponenten B und C mit mittlerer Affinität aus der Vor­ richtung, abgesehen von der Komponente A, die die schwächste Affinität für das Adsorptionsmittel hat, und der Komponente D, die die stärkste Affinität für das Adsorptionsmittel hat, abgezogen werden. Bei dieser Ausführungsform tritt die Kompo­ nente B, die die relativ schwächere Affinität für das Ad­ sorptionsmittel von diesen beiden Komponenten mit mittlerer Affinität hat, als erste aus der Vorrichtung aus, und im An­ schluß daran tritt die Komponente C aus, die eine relativ starke Affinität für das Adsorptionsmittel hat. Folglich kann eine Fraktionierung in zeitlicher Abfolge zu einer Trennung der Komponenten A und C voneinander führen, während man eine Fraktion, die mit den beiden Komponenten B und C angereichert ist, erhalten kann, wenn eine Trennung der Kom­ ponenten B und C voneinander insbesondere nicht erforderlich ist.

Ferner kann das Fluiddesorptionsmittel zusätzlich zu der Fluidaufgabe ebenfalls in die Vorrichtung im Schritt (1) ein­ gebracht werden, um in zweckmäßiger Weise die Menge des zu­ gegebenen Fluidaufgabematerial und die Abzugsmenge der Kom­ ponente(n) mit mittlerer Affinität zu steuern (Steuerung des Massenausgleichs). Die Zugabe des Fluiddesorptionsmittels kann insbesondere den Durchsatz auf der stromabwärtigen Sei­ te der Stelle der Desorptionsmittelzugabe erhöhen, um in zweckmäßiger Weise die Bewegungsgeschwindigkeit der Adsorp­ tionszone einer bestimmten Komponente auf einen geeigneten Wert einzustellen. Wenn insbesondere bei einer Vorrichtung, bei der gesonderte Adsorptionszonen der Komponenten (beispiels­ weise drei Komponenten A, B und C), welche jeweils eine schwache bis starke Affinität für das Adsorptionsmittel ha­ ben, die bereits in der Serienschaltung gebildet wurden und hierbei eine Zufuhr mit einem Fluiddesorptionsmittel auf der stromaufwärtigen Seite der Adsorptionszone der Komponente S, die die stärkste Affinität für das Adsorptionsmittel hat, er­ folgt, wandern die Komponenten A′, B′ und C′ des neuen Fluidaufgabematerials, das unmittelbar in die Vorrichtung einge­ bracht wurde, und die Komponente A, die die schwächste Affi­ nität für das Adsorptionsmittel hat, und auf der stromab­ wärtigen Seite der Absperrstelle angeordnet ist, mit ent­ sprechenden Geschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Strö­ mungsgeschwindigkeit, basierend auf der Menge der Fluidma­ terialzugabe zu der Vorrichtung, während zugleich der Abzug der Komponente B mit mittlerer Affinität und die Bewegung der Adsorptionszone der Komponente C, die die stärkste Affi­ nität für das Adsorptionsmittel hat, mit entsprechend hohen Geschwindigkeiten, basierend auf der Summe aus der Menge der Fluidzufuhr und der Menge des in die Vorrichtung eingebrach­ ten Fluiddesorptionsmittels bewirkt werden können. Hierdurch kann in wirksamer Weise die Komponente A, die die schwächste Affinität für das Adsorptionsmittel hat und auf der stromab­ wärtigen Seite der Absperrstelle (Wanderungsgeschwindigkeit der Komponente A ist am höchsten) so verbleiben, daß sie an der Adsorptionszone der Komponente c aufgenommen werden kann, die die stärkste Affinität für das Adsorptionsmittel hat (die Wanderungsgeschwindigkeit der Komponente C ist am kleinsten). Die Zufuhr des Fluiddesorptionsmittels kann entweder gleich­ zeitig mit der Zufuhr des Fluidaufgabematerial oder in einer zeitlichen Abfolge vor oder nach der Zugabe des Fluidmate­ rials erfolgen.

Im Schritt (1) können die angereicherte Fraktion(en) der Kom­ ponente(n) mit mittlerer Affinität aus dem System gleichzei­ tig mit angereicherter Fraktion(en) der anderen Komponente(n) an entsprechend zugeordneten Positionen abgezogen werden.

Obgleich voranstehend die Verfahrensweise zum Wiederholen des Schritts (1) und des Schritts (2) in Verbindung mit ei­ ner Vorrichtung beschrieben wurde, die kontinuierlich arbei­ tet, kann eine Vorstufe einer unabhängigen Arbeitsweise zur Zufuhr eines Fluidaufgabematerials in die Vorrichtung, das drei oder mehr Komponenten enthält, die sich hinsichtlich ihrer Affinität für das Adsorptionsmittel unterscheiden, vor dem ersten Schritt (1) zum Inbetriebsetzen der Vorrichtung durchgeführt werden, um seriell gesonderte Adsorptionszonen der Komponenten jeweils zu bilden, die schwache bis starke Affinitäten für das Adsorptionsmittel haben.

Beim Verfahren nach der Erfindung kann der folgende zusätz­ liche Schritt (3) durchgeführt werden, nachdem der Schritt (2) jedes Zyklus durchlaufen ist. Im Schritt (3) werden bei in der Vorrichtung zirkulierendem Fluid die Adsorptions­ zonen der entsprechenden Komponenten, die gesondert in der Reihenfolge von schwach zu starken Affinitäten für das Ad­ sorptionsmittel in Zirkulationsrichtung verteilt sind, un­ abhängig mit dem Fluiddesorptionsmittel gespeist, und es erfolgt ein Abziehen der angereicherten Fraktionen der je­ weiligen Komponenten einschließlich einer angereicherten Fraktion der Komponente mit mittlerer Affinität, wobei sich die Stelle der Zugabe des Fluiddesorptionsmittels und die Stelle des Abzugs einer Fraktion entsprechend der jeweili­ gen Komponente in Stromabwärtsrichtung der Zirkulationsströ­ mung verschieben.

Der Schritt (3) wird zu einem Zeitpunkt begonnen, wenn die Komponenten im Fluidaufgabematerial nach Schritt (1) im Schritt (2) in Richtung zu den Zonen wandern, die mit den entsprechenden Komponenten angereichert sind, um Adsorptions­ zonen der jeweiligen Komponenten zu bilden, die voneinander in der Reihenfolge von schwach bis starken Affinitäten für das Adsorptionsmittel in dem gewünschten Maße getrennt sind. Die Bedeutung der Durchführung dieses Schritt (3) ist darin zu sehen, daß die bereits in einem Endzustand der gewünsch­ ten Trennung befindlichen Adsorptionszonen im Kreislauf zu den entsprechenden vorbestimmten Stellen bewegt werden, an denen der eine Zyklus beendet ist, wobei zugleich kontinuier­ lich alle gewünschten Fraktionen abgezogen werden. Während eine chromatographische Trennungsanlage für Industriezwecke im allgemeinen für einen jeweils speziellen Anwendungszweck abgestimmt ausgelegt ist und in anderen Worten ausgedrückt jeweils ein bestimmter Bestimmungszweck für das in Fraktio­ nen zu trennende Gemisch mit Hilfe der Vorrichtung erfüllt werden soll, besteht ein großes Bedürfnis nach einer Trenn­ einrichtung, welche als solche für eine Mehrzahl von Bestim­ mungszwecken als solche anwendbar ist. Als ein Beispiel für derartige Anwendungsfälle kann ein Anwendungsbeispiel erwähnt werden, bei dem ein Fluidaufgabematerial, das fünf Komponenten A, B, C, D und E enthält, in fünf Fraktio­ nen mit entsprechenden Einzelkomponenten unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung frak­ tioniert werden, bei denen die drei Komponenten A, B und C in eine Fraktion mit zwei Komponenten D und E getrennt wer­ den, die in weitere Einzelfraktionen in der ersten Stufe getrennt werden, und bei dem das Mischfluid aus den drei Komponenten A, B und C, das als eine Fraktion in der ersten Stufe abgezogen wurde, als Fluidaufgabematerial in der­ selben Anlage eingesetzt wird, welches in Fraktionen der entsprechenden Einzelkomponenten in der zweiten Stufe ge­ trennt wird. Bei diesem Anwendungsbeispiel unterscheidet sich der Schwierigkeitsgrad der Trennung von jener in der ersten Stufe und der zweiten Stufe. Wenn die Vorrichtung so ausgelegt ist, daß sie für einen Trennvorgang geeignet ist, bei dem höhere Schwierigkeitsgrade bei der Trennung auftre­ ten, besteht die Möglichkeit, daß der Trennungsvorgang, bei dem ein geringerer Schwierigkeitsgrad bei der Trennung auf­ tritt, sich bis zu einem gewünschten Trennungsgrad im Zuge des vorstehend genannten Schrittes (2) abschließen kann, be­ vor die Adsorptionszonen, die mit den entsprechenden Kompo­ nenten angereichert sind, die zugeordneten vorbestimmten Stellen erreichen, an denen ein Zyklus zu beenden ist. In einem solchen Fall kann der Schritt (2) unmittelbar im An­ schluß an die Beendigung der Trennung mit dem vorstehend an­ gegebenen gewünschten Trennungsgrad durchgeführt werden. Hierdurch ergibt sich jedoch, daß das Fluid in der Vorrich­ tung zirkuliert, ohne daß eine angereicherte Fraktion einer Komponente mit mittlerer Affinität von der zugeordneten Ad­ sorptionszone abgezogen wird, was dazu führt, daß die vor­ stehend genannte Adsorptionszone sich ausdehnt. Daher läßt sich die Konzentration der Komponente mit mittlerer Affinität in dieser Adsorptionszone nicht an einem Kleinerwerden hin­ dern.

Der Schritt (3) bei dem Verfahren nach der Erfindung bringt ferner den Vorteil mit sich, daß sich alle gewünschten Frak­ tionen kontinuierlich aus dem System abziehen lassen, und daß zugleich die mit der Komponente mit mittlerer Affinität angereicherte Zone belassen wird und sich nicht zu den be­ nachbarten stromaufwärtigen und stromabwärtigen Zonen aus­ breiten kann, da der Vorgang des Abziehens der Komponente mit mittlerer Affinität aus dem System zusätzlich zu den im wesentlichen gleichen Vorgängen wie im Schritt (2) ermöglicht, daß die Strömungsgeschwindigkeit auf der stromaufwärtigen Seite der Stelle des Abzugs der Fraktion der Komponente mit mittlerer Affinität sich derart einstellen läßt, daß die Kom­ ponente mit mittlerer Affinität sich schneller bewegt und die Strömungsgeschwindigkeit auf der stromabwärtigen Seite der Stelle des Abzugs der Fraktion der Komponente mit mitt­ lerer Affinität derart eingestellt werden können, daß sich die Komponente mit mittlerer Affinität langsam bewegt. Wenn man daher die Auslegung derart trifft, daß die Vorrichtung den Schritt (3) durchführen kann, läßt sich die Möglichkeit erweitern, eine einzige Vorrichtungseinheit für eine Mehrzahl von zu behandelnden Systemen von in einige Fraktionen zu tren­ nende Gemische einzusetzen.

Das Verfahren nach der Erfindung ist zur fraktionierten Tren­ nung von drei oder mehr Komponenten voneinander anwendbar, die in einem Gas oder einer Flüssigkeit enthalten sind. Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind äußerst zweckmäßig anwendbar bei einer industriell einsetzbaren Zucker­ raffinerieanlage, bei der gesondert eine große Vielzahl von Saccharid- oder Zuckeralkoholgemischen raffiniert werden kön­ nen, wobei diese Gemische industriell in einer Fluidform mit großer Menge behandelt werden sollen. Hierbei wird ein stark saurer Kationenaustauschharz in Form eines Alkalime­ talls oder eines Erdalkalimetalls als Adsorptionsmittel ein­ gesetzt. Im Speziellen ergeben sich als Beispiele für die Zuckerraffination die Trennung von Saccharose und anderen wertvollen Substanzen aus den Molmassematerialien, die Frak­ tionierung von isomerisierten Sacchariden der Glukose, Fruktose und Oligosacchariden, die Trennung von Laktose, Laktulose und Galaktose aus einem Flüssiggemisch hiervon, die Trennung von Glukose, Saccharose und Fruktooligosacchariden aus einem Flüssiggemisch hiervon, die Trennung von Glukose, Isomaltose und Isomaltodextrin aus einem Flüssiggemisch hier­ von, die Trennung von Glukose, Maltose und Maltodextrin aus einem Flüssiggemisch hiervon, und die Trennung von Zuckeral­ kohol, wie Sorbit und Maltit aus einem Flüssiggemisch hiervon.

Die Erfindung hat die nachstehend angegebenen Wirkungen.

Ein drei oder mehr Komponenten enthaltendes Gemisch kann ef­ fizient in drei oder mehr angereicherte Fraktionen der je­ weiligen Komponenten getrennt werden.

Die fraktionierte Trennung der drei oder mehr Komponenten voneinander läßt sich unter Verwendung nur einer einzigen Adsorptionsmittelsorte bewirken. Ferner ermöglicht der Ein­ satz der Verfahrensweise der chromatographischen Trennung an einem simulierten Fließbett, daß ein drei oder mehr Kom­ ponenten enthaltendes Gemisch kontinuierlich in drei oder mehr Fraktionen getrennt wird.

Das Verfahren nach der Erfindung macht den Einsatz einer minimalen Adsorptionsmittelmenge erforderlich, und die Vorrichtung hat kleine Abmessungen, so daß sich als Folge hiervon die Durchsatzleistung pro Mengeneinheit des Adsorp­ tionsmittels optimieren läßt. Daher ist das Verfahren nach der Erfindung insbesondere für kommerziell einsetzbare Anlagen geeignet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevor­ zugten Ausführungsformen und Ausführungsbeispielen unter Be­ zugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des Aufbaus eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der Verteilung der Komponentenkonzentrationen in dem simulierten Fließbett bei der Vorrich­ tung nach Fig. 1, wenn das Verfahren nach der Erfindung unter Verwendung der vorstehend an­ gegebenen Vorrichtung gemäß Beispiel 1 durch­ geführt wird,

Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der Verteilung der Komponentenkonzentrationen in dem simulierten Fließbett bei der Vorrich­ tung nach Fig. 1, wenn das Verfahren nach der Erfindung unter Verwendung der vorstehend an­ gegebenen Vorrichtung gemäß Beispiel 2 durchgeführt wird, und

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der Ar­ beitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 in Ver­ bindung mit der Zufuhr und dem Abziehen von Flüssigkeiten sowie in zeitlicher Zuordnung zum Öffnen und Schließen der Ventile.

Die nachstehenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung, sie sind aber nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken, der durch den allgemeinen Erfindungsgedanken bestimmt ist.

Fig. 1 verdeutlicht schematisch den Aufbau eines Beispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Betteinheiten 1 bis 8 enthalten alle ein und das­ selbe Adsorptionsmittel und sind miteinander über Verbin­ dungsleitungen derart verbunden, daß man eine kommunizie­ rende Flüssigkeitsverbindung zwischen denselben erhält, wäh­ rend das hintere Ende der Betteinheit 8 in der letzten Stu­ fe mit dem vorderen Ende der Betteinheit 1 der ersten Stufe über einen Flüssigkeitsleitungsweg verbunden ist. Der Flüs­ sigkeitsleitungsweg 11 enthält eine Umwälzpumpe 10.

Die Verbindungsleitung bzw. die Verbindungsrohrleitung, die die Packungsbetteinheiten 4 und 5 miteinander verbindet, ist mit einem Absperrventil 9 versehen, das in gesteuerter Weise geöffnet und geschlossen wird, wozu eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die in der Figur nicht gezeigt ist.

Zwischen den gepackten Betteinheiten 4 und 5 ist eine Flüs­ sigkeitszufuhrleitung mit der vorstehend angegebenen Verbin­ dungsleitung unmittelbar auf der stromabwärtigen Seite des Absperrventils 9 verbunden. Die Flüssigkeitszufuhrleitung ist mit einer Flüssigkeitszufuhr-Zufuhrleitung 12e über ein Flüssigmaterial-Zufuhrventil 5e sowie mit einer gemeinsamen Flüssigdesorptionsmittel-Zufuhrleitung 12d verbunden (die Bezeichnung "gemeinsam" gibt an, daß die Desorptionsmittel­ zufuhrleitung 12d für alle Desorptionseinspeisungen zu den zugeordneten Verbindungsleitungen gemeinsam ist), hierüber wird ein Flüssigdesorptionsmittel oder ein Extraktionsmittel über ein Zufuhrventil 5d zugegeben. Eine Flüssigkeitsabzugs­ leitung zum Abziehen einer Flüssigkeit aus dem System ist mit der Verbindungsleitung unmittelbar auf der stromaufwärti­ gen Seite des Absperrventils 9 verbunden. Diese Flüssig­ keitsabzugsleitung ist in drei Leitungen verzweigt, die mit gemeinsamen Fraktionsabzugsleitungen 12a, 12b und 12c über Fraktionsabzugsventile 4a, 4b und 4c zum Abziehen der Fraktionen einer Komponente, die eine schwache Affinität für das Adsorptionsmittel hat (nachstehend als "Komponente A" bezeichnet) einer Komponente, die eine mittlere Affinität für das Adsorptionsmittel hat (nachstehend bezeichnet als "Komponente B") und einer Komponente, die eine starke Affi­ nität für das Adsorptionsmittel hat (die nachstehend als "Komponente C" bezeichnet wird), jeweils verbunden sind, wodurch angereicherte Fraktionen der drei zugeordneten Kom­ ponenten voneinander getrennt werden können, wie dies nach­ stehend noch näher beschrieben wird.

Die vorstehend genannte, gemeinsame Extraktionsmittelzufuhr­ leitung 12d ist mit den zugeordneten Verbindungsleitungen verbunden, die zwischen den Packungsbetteinheiten 1 und 2, 2 und 3, 3 und 4, 5 und 6, 6 und 7 und 7 und 8 vorgesehen sind, und ist mit dem Flüssigkeitsleitungsweg 11 zwischen den Packungsbetteinheiten 8 und 1 über Extraktionsmittel- Zufuhrventile 2d, 3d, 4d, 6d, 7d, 8d und 1d jeweils verbun­ den, wobei die Steuerung des Öffnens und Schließens der je­ weiligen Ventile mittels einer in der Zeichnung nicht gezeig­ ten Steuereinrichtung zusammen mit der Steuerung des vorste­ hend angegebenen Extraktionsmittel-Zufuhrventils 5d und des Flüssigaufgabematerial-Zufuhrventils 5e gesteuert werden.

Flüssigkeitsabzugsleitungen sind mit den zugeordneten Verbin­ dungsleitungen, die zwischen den Packungsbetteinheiten 1 und 2, 2 und 3, 3 und 4, 5 und 6, 6 und 7 und 7 und 8 vorgesehen sind, und dem Flüssigkeitsleitungsweg 11 zwischen den Packungsbett­ einheiten 8 und 1 verbunden. Die Flüssigkeitsabzugsleitung zwischen den Packungsbetteinheiten 1 und 2 ist mit gemeinsa­ men Fraktionsabzugsleitungen 12a und 12c über Fraktionsabzugs­ ventile 1a und 1c zum Abziehen der Fraktionen der jeweiligen Komponenten A und C verbunden. Die Flüssigkeitsabzugsleitun­ gen zwischen den Packungsbetteinheiten 2 und 3 und 3 und 4 sind mit den gemeinsamen Fraktionsabzugsleitungen 12a, 12b und 12c über Fraktionsabzugsventile 2a, 2b und 2c und 3a, 3b und 3c zum Abziehen der jeweiligen Fraktionen der Komponen­ ten A, B und C verbunden. Die Flüssigkeitsabzugsleitungen zwischen den Packungsbetteinheiten 5 und 6, 6 und 7, 7 und 8 und 8 und 1 sind mit den gemeinsamen Fraktionsabzugsleitungen 12a und 12c über Fraktionsabzugsventile 5a und 5c, 6a und 6c, 7a und 7c, und 8a und 8c zum Abziehen der jeweiligen Frak­ tionen der Komponenten A und C verbunden. Die zeitliche Steu­ erung des Öffnens und Schließens dieser jeweiligen Fraktions­ abzugsventile erfolgt zusammen mit der Steuerung der Frak­ tionsabzugsventile 4a, 4b und 4c mittels einer in der Zeich­ nung nicht gezeigten Steuereinrichtung.

Unter Verwendung der Vorrichtung mit dem vorstehend beschrie­ benen Aufbau läßt sich beispielsweise die Verfahrensweise ge­ mäß dem Flußdiagramm nach Fig. 4 durchführen, um eine drei Komponenten enthaltende Flüssigkeit in angereicherte Fraktionen der jeweiligen Komponenten zu trennen.

Fig. 4 (1-1) ist eine schematische Modelldarstellung zur Ver­ deutlichung einer Stufe, bei der eine Flüssigaufgabematerial in die Packungsbetteinheit 5 über das Flüssigzugabe- Zufuhrventil 5e eingespeist wird, das unmittelbar stromab­ wärts des Absperrventils 9 im geschlossenen Zustand angeordnet ist, während zugleich ein Extraktionsmittel D in die Vorrich­ tung über das Extraktionsmittel-Zufuhrventil 1d zugeführt wird, das stromaufwärts der Zone der Komponente c angeordnet ist, um die angereicherte Fraktion der Komponente B aus dem System über das Fraktionsabzugsventil 4b abzuziehen, das un­ mittelbar auf der stromaufwärtigen Seite des Absperrventils 9 angeordnet ist. In dieser Stufe kann eine der beiden ange­ reicherten Fraktionen der Komponenten A und C gleichzeitig aus dem System über die Fraktionsabzugsventile 6a und 2c jeweils abgezogen werden, wie dies mit gebrochenen Linien in der Figur gezeigt ist.

Fig. 4 (1-2) ist eine schematische Modelldarstellung zur Verdeutlichung einer Stufe, bei der das Extraktionsmittel D zusätzlich in das System über das Extraktionsmittel-Zufuhr­ ventil 1d zugegeben wird, um die Fraktion der Komponente B aus dem System weiter über das Fraktionsabzugsventil 4b ab­ zuziehen, das unmittelbar auf der stromaufwärtigen Seite des geschlossenen Absperrventils 9 angeordnet ist. In dieser Figur beziehen sich die Buchstaben A′, B′ und C′ auf jeweils die Komponenten A, B und C, die in dem Flüssigaufgabematerial f enthalten sind und frisch in das System in der Stufe nach Fig. 4 (1-1) eingeleitet wurde.

Die Stufe nach Fig. 4 (1-1) entspricht dem Schritt 1, der im Anspruch I angegeben ist (nähere Einzelheiten hierzu sind im Anspruch 4 angegeben) für den Fall, daß das Extrak­ tionsmittel als Desorptionsmittel zusätzlich zu dem Flüssig­ aufgabematerial als Fluidzugabe bei Durchströmung des Systems zugegeben wird. Die Stufe nach Fig. 4 (1-2) ist ein Schritt, bei dem die Einströmzeit für das Extraktionsmittel über den Extraktionsmitteleinlaß verlängert wird, um eine größere Men­ ge der Fraktion der Komponente B aus dem System abzuziehen. Daher kann diese Stufe bei der Behandlung von gewissen Stof­ fen und Stoffsystemen von Gemischen entfallen, welche in ihre Komponenten zu zerlegen sind.

Die Stufen nach Fig. 4 (2-1) bis (2-7) entsprechen dem Schritt 2, der im Anspruch 1 angegeben ist, wobei das Absperrventil 9 offen ist, um die Flüssigkeit ohne eine Zufuhr von neuem Flüssigaufgabematerial f in das System im Kreislauf zu führen, während das Extraktionsmittel D in das System einge­ leitet wird und die Fraktionen der Komponenten C und A aus dem System nach Maßgabe der simulierten Fließbettver­ fahrensweise gesondert abgezogen werden. In diesen Stufen verschieben sich die Stelle des Abzugs der Fraktion für die Komponente C und die Stelle des Abzugs der Fraktion für die Komponente A sowie die Stelle der Zugabe des Extraktionsmit­ tels sequentiell in stromabwärtiger Richtung unter Beibehal­ tung der Wanderung der zugeordneten Komponenten. Die Fig. 4 (2-1) bis (2-7) sind schematische Modellansichten zur Ver­ deutlichung dieses vorstehend beschriebenen Ablaufs.

Wenn der Abzug der Fraktion der Komponente B in den Stufen nach Fig. 4 (2-6) und (2-7) erfolgt, wie dies mit gebroche­ nen Linien in den Figuren eingetragen ist, entsprechen diese beiden Stufen dem Schritt (3), welcher im Anspruch 2 angege­ ben ist, und daher sollten diese Figuren zutreffenderweise als Fig. 4 (3-1) und (3-2) bezeichnet werden.

Obgleich in der voranstehenden Beschreibung der Vorrichtung sowie der Verfahrensweise der chromatographischen Trennung unter Verwendung der Vorrichtung im Zusammenhang mit einer chromatographischen Trennung eines Flüssigaufgabematerials als Fluidaufgabematerial erläutert wurde, können im wesent­ lichen dieselbe Vorrichtung und dieselbe Verfahrensweise bei einer chromatographischen Trennung von einem gasförmigen Auf­ gabematerial eingesetzt werden.

Obgleich die Anlage nach Fig. 1 acht Betteinheiten umfaßt, ist die Anzahl der Betteinheiten in starkem Maße nach Maß­ gabe des zu behandelnden Gemisches, dem Zweck der fraktio­ nierten Trennung, usw. variabel. Im allgemeinen beläuft sich die Anzahl der Betteinheiten auf vorzugsweise 3 bis 36, ins­ besondere auf 3 bis 24, und im besonderen auf 3 bis 16.

Obgleich ferner zur Durchführung des Verfahrens wenigstens ein Absperrventil in dem Kreislaufkanal vorgesehen ist, kann die Anzahl der Absperrventile in dem Fall beispiels­ weise erhöht werden, wenn eine Mehrzahl von Zufuhreinläs­ sen an unterschiedlichen Stellen des Kreislaufkanals vor­ gesehen ist.

Obgleich die vorliegende Erfindung ein neuartiges Verfahren und eine Vorrichtung angibt, mittels denen ein drei oder mehr Komponenten enthaltendes Gemisch kontinuierlich in drei oder mehr Fraktionen aufgeteilt werden kann, beläuft sich im allgemeinen die Anzahl der voneinander zu trennenden Frak­ tionen vorzugsweise auf 3 bis 16, insbesondere auf 3 bis 6 und im besonderen vorzugsweise auf 3.

Beispiel 1

Dieses Beispiel bezieht sich auf die Trennung von Oligo­ sacchariden, Glukose und Fruktose, die in einem Gemisch ent­ halten sind.

Die in Fig. 1 gezeigte Anlage nutzt hierzu ein stark saures Kationenaustauschharz in Ca-Form (Amberlite CG6000: Waren­ zeichen der Firma Rohm und Haas Co.) als ein Adsorptionsmit­ tel und Wasser als ein Extraktionsmittel, um die chromato­ graphische Trennung eines Flüssigaufgabematerials (Lösung der isomerisierten Saccharide) durchzuführen, wie dies in Tabelle 1 gezeigt ist.

Ein simuliertes Fließbett, das eine Packung mit insgesamt 73,7 l Adsorptionsmittel hat und aus 8 Packungssäulen be­ steht, die miteinander in einer Serienschaltung verknüpft sind, und einen Innendurchmesser von 108,3 mm hat, und eine Packungsbetthöhe von 1000 mm wurde bei einer Innentempera­ tur von 60°C konstant gehalten, um hierzu in wiederholter Weise die chromatographische Trennung nach Maßgabe eines Zeit­ ablaufs durchzuführen, der in Tabelle 2 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel ergibt sich für die Affinitäten der Kom­ ponenten für das Adsorptionsmittel die Reihenfolge von Fruktose < Glukose < Oligosacchariden. Eine Flüssigfrak­ tion, die mit Oligosacchariden angereichert ist, wurde aus dem System über die Fraktionsabzugsventile 1a bis 8a abge­ zogen. Eine Flüssigfraktion, die mit Glukose angereichert war, wurde über das Fraktionsabzugsventil 4b abgezogen, und eine Flüssigfraktion, die mit Fruktose angereichert war, wurde über die Fraktionsabzugsventile 1c bis 8c abgezogen.

Die verschiedenen Durchflußgeschwindigkeiten in den Schrit­ ten (1) und (2) sind nachstehend angegeben.

Strömungsgeschwindigkeiten im Schritt (1)
Zuleitungsströmungsgeschwindigkeit des Flüssigaufgabematerials: 36,8 l/h
Zufuhrströmungsgeschwindigkeit des Extraktionsmittels: 18,4 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Oligo­ saccharidfraktion: 11,0 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Glu­ kosefraktion: 36,8 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Fruk­ tosefraktion: 7,4 l/h

Strömungsgeschwindigkeiten im Schritt (2)
Zufuhrströmungsgeschwindigkeit des Extraktionsmittels: 18,4 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Oligo­ saccharidfraktion: 11,0 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Fruk­ tosefraktion: 7,4 l/h
Strömungsgeschwindigkeit durch das Packungsbett zwischen der Stelle der Zufuhr des Extraktionsmittels und der Stelle des Abzugs der Fruktose­ fraktion: 44,2 l/h

Tabelle 1

Nach neun Zyklen bei der Verfahrensweise gemäß dem zeitli­ chen Ablauf nach Tabelle 2 und wenn die vorstehend ange­ gebenen Strömungsgeschwindigkeiten vorhanden waren, wurde die Verteilung der Komponentenkonzentrationen über das si­ mulierte Fließbett hinweg untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 gezeigt. Die Zusammensetzungen der Fraktionen, die man im neunten Zyklus des Verfahrensablaufes erhielt, sind in Tabelle 3 aufgelistet.

Tabelle 3

Beispiel 2

Dieses Beispiel bezieht sich auf die Trennung von Oligosaccha­ riden, Maltose und Glukose, die in einem Gemisch enthalten sind.

Die gleiche wie in Beispiel 1 eingesetzte Anlage wird verwen­ det, ein stark saurer Kationenaustauschharz in Na-Form (Am­ berlite CG6000: Warenzeichen der Firma Rohm & Haar, Co.) wird als Adsorptionsmittel eingesetzt, und Wasser als ein Extraktionsmittel wird zur Durchführung der chromatographi­ schen Trennung eines Flüssigaufgabematerials (Lösung eines Gemisches aus Oligosaccharide, Maltose und Glukose) nach der Tabelle 4 verwendet.

Das simulierte Fließbett enthält insgesamt 73,7 l Adsorptions­ mittel und besteht aus 8 gepackten Säulen, die miteinander in einer Serienschaltung verbunden sind und einen Innendurch­ messer von 108,3 mm haben und eine Packungsbetthöhe von 1000 mm wurde bei einer Innentemperatur von 70°C konstant ge­ halten, um darin in wiederholter Weise die chromatographi­ sche Trennung nach Maßgabe eines Zeitablaufs durchzuführen, der in Tabelle 5 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel sind die Affinitäten der Komponenten für das Adsorptionsmittel in der Reihenfolge Glukose < Maltose < Oligosacchariden abgestuft. Eine Flüssigfraktion, die mit Oligosacchariden angereichert war, wurde aus dem System über die Fraktions­ abzugsventile 1a bis 8a abgezogen, eine Flüssigfraktion, die mit Maltose angereichert war, wurde über die Fraktions­ abzugsventile 2b bis 4b abgezogen, und eine Flüssigfraktion, die mit Glukose angereichert war, wurde über die Fraktions­ abzugsventile 1c bis 8c abgezogen.

Die verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten in den Schrit­ ten (1), (2) und (3) sind nachstehend angegeben.

Strömungsgeschwindigkeiten im Schritt (1)
Zufuhrströmungsgeschwindigkeit des Flüssigaufgabematerials: 36,8 l/h
Zufuhrströmungsgeschwindigkeit des Extraktionsmittels: 23,9 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Oligosaccharid-Fraktion: 13,8 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Maltose-Fraktion: 36,8 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Glukose-Fraktion: 10,4 l/h

Strömungsgeschwindigkeiten im Schritt (2)
Zufuhrströmungsgeschwindigkeit des Extraktionsmittels: 23,9 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Oligosaccharid-Fraktion: 13,8 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Glukose-Fraktion: 10,1 l/h
Strömungsgeschwindigkeit durch das Packungsbett zwischen der Stelle der Zufuhr des Extraktionsmittels und der Abzugsstelle der Glukose- Fraktion: 46,9 l/h

Strömungsgeschwindigkeiten im Schritt (3)
Zufuhrströmungsgeschwindigkeit des Extraktionsmittels: 23,9 l/h
Abzugsgeschwindigkeit der Oligo­ saccharid-Fraktion: 11,7 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Maltose-Fraktion: 5,8 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Glukose-Fraktion: 6,4 l/h
Strömungsgeschwindigkeit durch das Packungsbett zwischen der Stelle der Zufuhr des Extraktionsmittels und der Abzugsstelle der Glukose- Fraktion: 46,9 l/h

Tabelle 4

Nach zehn Zyklen des Verfahrensablaufs, der in dem Zeitab­ lauf nach Tabelle 5 gezeigt ist, wenn die vorstehend angegebenen Strömungsgeschwindigkeiten eingehalten wurden, wurde die Verteilung der Komponentenkonzentrationen über das simulierte Fließbett hinweg untersucht. Die Ergebnis­ se sind in Fig. 3 gezeigt. Die Zusammensetzungen der Frak­ tionen, die man im zehnten Zyklus des Verfahrensablaufes erhielt, sind in Tabelle 6 angegeben.

Tabelle 6

Beispiel 3

Dieses Beispiel bezieht sich auf die Fraktionierung von Rü­ benzuckermelasse in vier Komponenten, umfassend Raffinose, Saccharose, Monosaccharide und Betaine.

Im wesentlichen die gleiche Anlage wie beim Beispiel 1, abgesehen von der Säulenhöhe, wurde eingesetzt, um die chro­ matographische Trennung eines Flüssigaufgabematerials (Rüben­ zuckermelasse) durchzuführen, welche eine Zusammensetzung gemäß der Tabelle 7 hat. Ein Adsorptions­ mittels in Form eines stark sauren Kationaustauschharzes in Na-Form (Amberlite CG6000: Warenzeichen für ein Erzeugnis der Firma Rohm & Haas Co.) und Wasser als ein Extrak­ tionsmittel wurden eingesetzt.

Das simulierte Fließbett hatte eine Packung von insgesamt 110,6 l Adsorptionsmittel und bestand aus 8 gepackten Säulen, die miteinander in einer Serienschaltung verknüpft sind und einen Innendurchmesser von 108,3 mm haben, und es wurde eine Packungsbetthöhe von 1500 mm mit einer Innentemperatur von 80°C aufrechterhalten, um darin die chromatographische Trennung nach Maßgabe eines Zeitplanes wiederholt aus zu­ führen, der in Tabelle 8 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel waren die Affinitäten der Komponenten für das Adsorptions­ mittel in der Reihenfolge von Betaine < Monosaccharide < Saccharose < Raffinose gegeben. Eine Flüssigfraktion, die mit Raffinose angereichert war, wurde aus dem System über die Fraktionsabzugsventile 1a bis 8a abgezogen. Über das Fraktionsabzugsventil 4b wurde eine Flüssigfraktion, die mit Saccharose angereichert war, zuerst aus dem System ab­ gezogen, und im Anschluß daran wurde eine Fraktion abge­ zogen, die mit Monosacchariden angereichert war. Eine Flüssigfraktion, die mit Betaine angereichert war, wurde aus dem System über die Fraktionsventile 1c und 3c bis 8c abgezogen.

Die verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten in den Schrit­ ten (1) und (2) sind nachstehend angegeben.

Strömungsgeschwindigkeiten im Schritt (1)
Zufuhrströmungsgeschwindigkeit des Flüssigaufgabematerials: 19,8 l/h
Zufuhrströmungsgeschwindigkeit des Extraktionsmittels: 45,7 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Raffinosefraktion: 2,1 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Saccharose- oder Monosaccharid- Fraktion: 63,4 l/h

Strömungsgeschwindigkeiten im Schritt (2)
Zufuhrströmungsgeschwindigkeit des Extraktionsmittels: 16,6 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Raffinose- Fraktion: 4,2 l/h
Abzugsströmungsgeschwindigkeit der Betaine-Fraktion: 12,4 l/h
Strömungsgeschwindigkeit durch das Packungsbett zwischen der Stelle der Aufgabe des Extraktionsmittels und der Abzugsstelle der Betaine- Fraktion: 52,0 l/h

Tabelle 7

Die Arbeitsdurchläufe des simulierten Fließbetts wurden nach Maßgabe des zeitlichen Ablaufes nach Tabelle 8 und bei den vorstehend angegebenen Strömungsgeschwindigkeiten wieder­ holt. Die Zusammensetzungen der Fraktionen, die man beim zehnten Zyklus erhielt, bei dem sich ein stationärer Zustand bereits eingestellt hatte, sind in Tabelle 9 aufgelistet.

Bei den vorstehend genannten drei Beispielen wurden die je­ weiligen Flüssigaufgabematerialien, die drei oder mehr Komponenten enthielten, der chromatographischen Trennung unterworfen und jeweils in drei oder vier Fraktionen ge­ trennt. Hierbei erhielt man gute Trennungsergebnisse, die sich bei üblichen Verfahrensweisen und Anlagen bisher nicht erzielen ließen.

Claims (7)

1. Verfahren zur fraktionierten Trennung eines Fluid­ gemisches, das eine Mehrzahl von Komponenten enthält, in mindestens drei Komponenten, welches in einer Vorrichtung durchgeführt wird, in der eine Mehrzahl von mit Adsorptionsmittel gefüllten Betteinheiten vorhanden sind, die miteinander in einer endlosen Folge derart verbunden sind, daß man einen Kreislaufkanal zur Umwälzung und zum Absperren erhält, und bei der ein Fluidaufgabematerial mit den Komponenten unterschiedlicher Affinität für das Adsorptionsmittel durch eine Mehrzahl von Betteinheiten unter Bildung von Adsorptionszonen der zugeordneten Komponenten strömt, die voneinander in der Abfolge von schwacher zu starker Affinität für das Adsorptionsmittel getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zyklus wiederholt wird, der als Schritt (1) das Absperren der Fluidzirkulation in der Vorrichtung an einer Stelle die stromauf einer Adsorptionszone einer vorbestimmten Komponente mit einer schwachen Affinität für das Adsorptionsmittel liegt, sowie die Aufgabe von frischem Fluidaufgabematerial in die Vorrichtung an einer Stelle stromab der Absperrstelle unter gleichzeitigem Abziehen einer Fraktion einer vorbestimmten Komponente aus der Vorrichtung an einer Stelle die stromauf der Absperrstelle liegt, und der als Schritt (2) das gesonderte Abziehen der Fraktionen der Komponenten umfaßt, die in den zugeordneten Adsorptionszonen frak­ tioniert wurden und nach dem Schritt (1) zurückbleiben, indem ein Fluiddesorptionsmittel in die Vorrichtung nach Maßgabe eines Verfahrensablaufes der chromatographischen Trennung eines binären Fluidgemisches auf einem simulier­ ten Fließbett zugeführt wird und zugleich der Kreislauf in der Vorrichtung aufrechterhalten wird und kein neues Fluidaufgabematerial in die Vorrichtung eingespeist wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus ferner nach dem Schritt (2) den Schritt (3) aufweist, gemäß dem das Fluiddesorptionsmittel in die je­ weiligen Adsorptionszonen der zugeordneten Komponenten ein­ geleitet wird, die voneinander in Zirkulationsrichtung in der Reihenfolge von schwacher zu starker Affinität gegen­ über dem Adsorptionsmittel getrennt sind, und die angerei­ cherten Fraktionen der jeweiligen Komponenten aus den Zuge­ ordneten, getrennten Adsorptionszonen abgezogen werden und sequentiell die Zugabestelle des Fluiddesorptionsmittels in die Abzugsstelle einer Fraktion entsprechend der je­ weiligen Komponente in Stromabwärtsrichtung der Zirkula­ tionsströmung verschoben werden und hierbei die Zirkula­ tion des Fluids durch die Vorrichtung beibehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abziehen der Fraktion der vorbestimmten Komponente im Schritt (1) in zeitlicher Abfolge vor oder nach dem Ab­ ziehen wenigstens einer Fraktion einer anderen vorbestimmten Komponente durchgeführt wird, die aus den Komponenten ge­ wählt ist, die in den Adsorptionszonen vorhanden sind, die stromauf der Absperrstelle liegen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluiddesorptionsmittel in die Vorrichtung über den Kreislaufkanal im Schritt (1) zugegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabestelle des Fluiddesorptionsmittels im Schritt (1) stromaufwärts von einer Adsorptionszone liegt, in der eine Komponente verteilt ist, die die stärkste Af­ finität gegenüber dem Adsorptionsmittel hat.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abziehen der Fraktion der vorbestimmten Komponente gleichzeitig mit dem Abziehen wenigstens einer Fraktion einer anderen vorbestimmten Komponente vorgenommen wird, die aus den Komponenten ausgewählt ist, die in den Adsorp­ tionszonen vorhanden sind, die stromauf der Absperrstelle liegen.

7. Trennungsvorrichtung zur Verwendung bei der frak­ tionierten Trennung eines Fluidgemisches, das eine Mehrzahl von Komponenten aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß sie einen endlosen Kreislaufkanal (11) aufweist, der mit einer Mehrzahl von mit einem Adsorptionsmittel gefüllten Betteinheiten (1-8) versehen ist und die mitein­ ander in einer Serienschaltung verknüpft sind, wenigstens ein Absperrventil (9), das in dem Kreislaufkanal (11) vor­ gesehen ist, eine Fluidaufgabematerial-Zufuhreinrichtung (5e), die mit dem Kreislaufkanal (11) an der stromabwärtigen Seite des wenigstens einen Absperrventils (9) verbunden ist, eine Fluidabzugseinrichtung (1c-8c), die mit dem Kreislauf­ kanal (11) an einer stromaufwärtigen Seite von dem wenig­ stens einen Absperrventil (9) verbunden ist, eine Fluidde­ sorptionsmittel-Zufuhreinrichtung (5d, 12d), die mit dem Kreislaufkanal (11) zwischen den jeweils benachbarten Bett­ einheiten (1-8) verbunden ist, und eine Fluidabzugseinrich­ tung (1a-8a) aufweist, welche die Fluidabzugseinrichtung auf der stromaufwärtigen Seite von dem wenigstens einen Absperrventil (9) umfaßt, und mit dem Kreislaufkanal zwi­ schen den jeweiligen benachbarten Betteinheiten (1-8) ver­ bunden ist.