DE69822445T2

DE69822445T2 - Chromatographischer trennprozess

Info

Publication number: DE69822445T2
Application number: DE69822445T
Authority: DE
Inventors: Kikuzo Kaneko; Takayuki Masuda; Fumihiko Matsuda; Kohei Sato; Kouji Tanikawa
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: AU1687299A; EP0969909A1; WO1999033540A1; ATE261751T1; EP0969909B1; CA2282429A1; DK0969909T3; JP3478325B2; JPH11183459A; US6409922B1; DE69822445D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen chromatografischen Trennprozess, und insbesondere einen chromatografischen Trennprozess zur Trennung eines mindestens 3 Komponenten enthaltenden Ausgangsfluidmaterials in mindestens 3 Fraktionen in einer Mehrzahl von Schritten mit einem chromatografischen Separator, der mit einem Ionenaustauscher als zumindest einem Teil der chromatografischen Packung gepackt ist.
STAND DER TECHNIK
Es gibt unterschiedliche herkömmliche Methoden der chromatografischen Trennung eines mindestens 3 Komponenten enthaltenden Ausgangsfluidmaterials in die jeweiligen Komponenten, wobei etwa folgende Methoden als repräsentative Beispiele dienen können:
Eine Methode (1) ist eine chargenweise Methode, bei der die analytische Hochdruck-Flüssigchromatographie erweitert wird und die allgemein als Vorbereitungschromatographie bezeichnet wird.
Eine Methode (2) benützt 2 simulierte chromatographische Fließbettseparatoren zur Trennung von nur 2 Komponenten, wie im Offengelegten Japanischen Patent Nr. 124,895/1990 offenbart. Insbesondere wird ein Ausgangsmaterial entweder zuerst in eine Komponente A und eine Mischung der Komponenten B + C getrennt, gefolgt von der Trennung der Komponentenmischung B + C in die Komponenten B und C, oder zuerst in eine Mischung der Komponenten A + B und die Komponente C, gefolgt von der Trennung der Komponentenmischung A + B in die Komponenten A und B. Dies deshalb, weil mit einem gewöhnlichen simulierten chromatografischen Fließbettseparator nur die Trennung von 2 Komponenten möglich ist. Um 3 Komponenten voneinander zu trennen, müssen deshalb 2 simulierte chromatografische Fließbettseparatoren vorbereitet werden.
Eine Methode (3) ist eine im Offengelegten Japanischen Patent Nr. 227,804/1992 offenbarte, bei der ein verbesserter, mit einer Packung gepackter, simulierter chromatografischer Fließbettseparator dazu verwendet wird, eine mindestens 3 Komponenten umfassende Fluidmischung effizient und kontinuierlich in Fraktionen zu trennen, die mit den jeweiligen Komponenten angereichert sind. Hier bezieht sich der Ausdruck „mit Komponenten angereichert" auf eine Feststoff-basierte Konzentration (Anreicherung) von zu trennenden Komponenten (Komponenten, die eine Trennung verlangen) in den jeweiligen Fraktionen, die in Strömungsrichtung des Fluids getrennt werden. Somit korreliert das Ausmaß der Anreicherung mit der Reinheit und der Ausbeute.
Eine Methode (4) ist im Offengelegten Japanischen Patent Nr. 80,409/1989 offenbart, wobei die Trennungssäulen (gepackte Säuleneinheiten mit Packungsbetteinheiten), die mit einer ersten Packung gepackt sind, welche folgende Abscheidungskonstanten für die Komponenten aufweist: Komponente A < Komponente B < Komponente C, abwechselnd angeordnet sind und gemeinsam mit Trennsäulen verwendet werden, die mit einer zweiten Packung mit folgenden Abscheidungskonstanten für Komponenten gepackt sind: Komponente A < Komponente C < Komponente B.
Die Methoden (2), (3) und (4) sind im wesentlichen jene, auf die entweder ein einfaches simuliertes Fließbettverfahren angewendet wird, bestehend aus der Operation der Zuführung eines Ausgangsfluidmaterials, enthaltend eine Mehrzahl von zu trennenden Komponenten, und Desorbens (das im Falle einer Flüssigkeit als „Elutionsmittel" bezeichnet wird) an jeweils bestimmten Positionen in einem Endloszirkulationssystem (Schleife), bestehend aus einer Mehrzahl von Packungsbetteinheiten, die mit chromatografischer Packung (Sorbens) gepackt und endlos verknüpft sind, um das Ausgangsfluidmaterial und das Desorbens in einer Richtung durch das endlose Zirkulationssystem zu strömen; und aus der Entnahme von Fraktionen aus Zonen, die mit den jeweiligen Komponenten angereichert sind, aus dem endlosen Zirkulationssystem, wobei ein Phänomen nutzbar gemacht wird, dass eine Mehrzahl von zu trennenden Komponenten in einzelne Zonen getrennt werden, die mit den einzelnen Komponenten infolge einer Differenz zwischen den Komponenten in der Affinität für chromatografische Packung angereichert sind; und aus einer Operation der intermittierenden Versetzung der Ausgangsfluidmaterial- und Desorbens-Zuführungspositionen sowie der Fraktions-Entnahmepositionen in Richtung der Fluidströmung, als ob die chromatografische Packung in eine Richtung entgegen der Fluidströmung bewegt würde, wobei zwei Fraktionen, die mit den einzelnen Komponenten angereichert sind, kontinuierlich aus dem Ausgangsfluidmaterial gewonnen werden; oder aus einem verbesserten oder geänderten Verfahren auf Basis des einfachen simulierten Fließbettverfahrens (in der vorliegenden Erfindung wird das „simulierte Fließbettverfahren" so definiert, dass es auch solche verbesserten oder geänderten Verfahren umfasst).
Obwohl die genannten Methoden alle zu der selben Technologie bezüglich der chromatografischen Trennung eines Ausgangsfluidmaterials, das mindestens 3 Komponenten enthält, in mindestens 3 Fraktionen gehören, weisen sie dennoch folgende Nachteile auf, wenn sie in Industrieanlagen zur Ausführung der Trenntechnologie angewendet werden.
Die Methode (1) ist mangelhaft bei der Trennung, weil diese chargenweise erfolgt, und ist oftmals ungeeignet für Trennung im Industriemaßstab mit der Behandlung großer Mengen von Ausgangsfluidmaterial, weil die Menge des verwendeten Eluationsmittels zwangsweise groß sein muss.
Die Methode (2) erfordert die Installation von 2 simulierten chromatografischen Fließbettseparatoren. Wenn 2 simulierte chromatografische Fließbettseparatoren installiert werden, steigen die Ausrüstungskosten.
Die Methode (3) scheitert ebenfalls manchmal an einer effizienten und präzisen Trennung aller 3 Komponenten, weil eine einzige Packungsart benützt wird. Beispielsweise kommt es zu einem Fall, in dem eine Komponente A zu gut von einer Komponente B getrennt wird, aber die Trennung der Komponente B von einer Komponente C so schlecht ist, dass es schwierig ist, die Komponentenreinheiten aller Fraktionen zu steigern.
Die Methode (4) weist eine Schwierigkeit in der Kombination von 2 Arten geeigneter Packungen für eine Ausgangslösung auf, welche einer chromatografischen Trennung unterzogen werden soll.
Demnach werden in den voranstehenden Methoden (2), (3) und (4) die Trennbarkeit der Komponenten [relevant für die Ladung (Speisungsrate) eines Ausgangsfluidmaterials], die Reinheiten und Ausbeuten von Komponenten, die als Trennobjekte in gewonnenen Fraktionen enthalten sind, die für die Konzentrationsenergie zur Konzentration gewonnener Fraktionen relevante Menge des benützten Desorbens (relevant für die gewünschten Komponentenkonzentrationen der gewonnen Fraktionen), usw. beeinflusst durch in Packungsbetteinheiten gepackte Packungen, bei gleichzeitiger Gegebenheit des Problems, dass eine Gegenmaßnahme im Sinne einer Verbesserung in bezug auf einen dieser Einflüsse andere nachteilige Wirkungen auslöst.
Obwohl festgestellt werden kann, dass die Auswahl und Verwendung der optimalen Packung, die für eine geeignete Anpassung der oben genannten unterschiedlichen Einflüsse geeignet ist, um ein derartiges Problem zu lösen, ist eben diese Auswahl der optimalen Packung in der Tat nicht einfach zu bewerkstelligen. Wenn beispielsweise die Auflösung durch Packung von Komponenten, die in einem Ausgangsfluidmaterial enthalten sind, so weit wie möglich verstärkt wird, um die Reinheiten und Ausbeuten von Komponenten als Ausbeuteobjekte zu steigern, werden die Intervalle zwischen einer Mehrzahl von Zonen, die mit den jeweiligen Komponenten angereichert sind, im endlosen Zirkulationssystem zu breit gestreut, wodurch die Menge des zu verwendenden Desorbens steigt (insbesondere die Menge des zur Desorption einer Hochaffinitätskomponente verwendeten Desorbens wird wegen einer großen Differenz zwischen Komponenten in der Affinität zur Packung erhöht), was zu dem Problem führt, dass die Komponentenkonzentrationen der jeweils gewonnenen Fraktionen gesenkt werden. Anderseits bringt die Verwendung von chromatografischer Packung mit schlechter Auflösung für Zwecke der Senkung der zu verwendenden Desorbens-Menge ein Problem mit sich, dass die Reinheiten und Ausbeuten von Komponenten sinken. Folglich bestehen kaum Möglichkeiten, dass eine konventionelle Packung existiert, die hinsichtlich der Auflösung einer Mehrzahl von zu trennenden Komponenten geeignet ist, und die Herstellung einer solchen Packung ist nicht einfach. Der Ausdruck „Auflösung", bei dem es sich um einen Maßstab für das Ausmaß der Trennung von 2 Komponenten handelt, wird im übrigen definiert als gleich einem Wert, der durch die Division des Abstands zwischen den Mitten zweier angrenzender angereicherter Zonen (Bänder) 1 und 2 durch eine durchschnittliche Bandbreite gewonnen wird (vgl. „High-Performances Liquid Chromatography", hrsg. von Tokyo Kagaku Dozin Co., Ltd. im Jahr 1976).
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme der älteren Techniken erfolgte, liegt in der Schaffung eines Prozesses für eine effiziente chromatografische Trennung von Komponenten von einem mindestens 3 Komponenten enthaltenden Ausgangsfluidmaterial.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Als ein Ergebnis umfassender Untersuchungen zu den voranstehend genannten herkömmlichen Methoden haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Probleme der konventionellen chromatografischen Trennverfahren gelöst und damit die vorliegenden Erfindung geschaffen. Beispielsweise können gemäß der vorliegenden Erfindung gleichzeitig das antinomische Erfordernis der Sicherstellung hoher Reinheiten und hoher Ausbeuten von Komponenten als Ziele der Trennung und die Sicherstellung einer möglichst hohen Konzentration der gewonnenen Komponenten gewährleistet werden.
Der chromatografische Trennprozess der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die chromatografische Trennung durch Wechseln zwischen einzelnen Schritten zumindest eines Teils (basierend auf der Ionenaustauschfähigkeit) der Ionenform eines Teils eines Ionenaustauschers in eine Ionenform bewirkt wird, die zur Erhöhung der Auflösung zu trennender Komponenten im nächsten Schritt in der chromatografischen Trennung fähig ist, um in den 2 Schritten ein mindestens 3 Komponenten enthaltendes Ausgangsfluidmaterial in mindestens 3 Fraktionen zu trennen, und dies mit einem chromatografischen Separator, der mit dem Ionenaustauscher als zumindest ein Teil der chromatografischen Packung (Sorbens) gepackt ist.
Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung einen chromatografischen Trennprozess zur Trennung eines mindestens 3 Komponenten enthaltenden Ausgangsfluidmaterials in 3 mindestens Fraktionen mit einem simulierten chromatografischen Fließbettseparator, umfassend eine Mehrzahl von Packungsbetteinheiten, die in endloser Reihe verknüpft und mit einem Ionenaustauscher gepackt sind, wobei in diesem Separator zumindest die Position der Desorbenszuführung intermittierend in Richtung der Zirkulationsfluidströmung versetzt wird, wobei nach einem Schritt der Trennung des Ausgangsfluidmaterials mit dem simulierten chromatografischen Fließbettseparator zur Gewinnung einer Mehrzahl von Fraktionen ein Teil oder die gesamte (basierend auf der Ionenaustauschfähigkeit) Ionenform des Ionenaustauschers als Teil der Mehrzahl von Packungsbetteinheiten in eine andere Ionenform gewechselt wird, die sich zur Trennung von Komponenten eignet, die im nächsten Schritt der Trennung einer der Fraktionen mit dem simulierten chromatografischen Fließbettseparator zu trennen sind, um eine weitere Mehrzahl von Fraktionen zu ergeben, und wobei die eine Fraktion in den simulierten chromatografischen Fließbettseparator eingespeist wird.
In der vorliegenden Erfindung kann ein chromatografischer Separator zur Anwendung kommen, der ein System einer Gruppe von Packungsbetteinheiten umfasst, die mit Sorbens gepackt und in einer endlosen Reihe zur Bildung eines Zirkulationsströmungswegs verknüpft sind, der eine Sperr-/Öffnungsstellung aufweist, mit welcher ein Wechsel zwischen einem Zustand vorgenommen werden kann, in dem ein internes Fluid endlos durch den Zirkulationsströmungsweg geführt wird, während Fluid in das System eingespeist und aus dem System entnommen werden kann, und einem Zustand, in dem interne Fluidströmung abgesperrt ist, während Fluid in das System eingespeist und aus dem System entnommen werden kann; gekennzeichnet durch das Vorhandensein eines Mittels zur Ausgangsfluidzuführung und eines Mittels zur Desorbenszuführung, die zwischen jeder benachbarten Packungsbetteinheit der Gruppe der Packungsbetteinheiten an den Zirkulationsströmungsweg angeschlossen sind, zweier Entnahmemittel, die an den Zirkulationsströmungsweg zwischen jeweils benachbarten Packungsbetteinheiten der Gruppe der Packungsbetteinheiten für die Entnahme von 2 Fluidfraktionen angeschlossen sind, und eines oder zweier Fluidentnahmemittel, die an den Zirkulationsströmungsweg angeschossen und auf der stromaufwärtigen Seite der einen Sperr-/Öffnungsstellung angebracht sind, mit einer und/oder keiner Packungsbetteinheit dazwischen zur Entnahme einer weiteren Fluidfraktion.
Der Prozess der vorliegenden Erfindung ist nicht immer auf einen Fall beschränkt, in dem nur eine Art von Ionenaustauscher als der Ionenaustauscher verwendet wird, der zumindest als Teil der chromatografischen Packung dient. Der Prozess der vorliegenden Erfindung kann auch auf einen Fall angewendet werden, in dem die genannte Auflösung durch Nutzung eines koexistierenden Zustands von mindestens 2 unterschiedlichen Packungen angepasst wird, die aus jenen ausgewählt werden, welche in der Auflösung der in einem Ausgangsfluidmaterial enthaltenen, zu trennenden Komponenten unterscheiden, d. h. in einem Fall, in dem die mindestens zwei unterschiedlichen Packungen in einem Mischzustand und/oder einem Mehrschichtenzustand und/oder einem koexistierenden Zustand der verwendeten mindestens 2 unterschiedlichen Packungen verwendet werden, wobei aber beispielsweise nur eine Packung der mindestens 2 unterschiedlichen Packungen in einer oder eine Mehrzahl von Packungsbetteinheiten aus einer endlos verknüpften Gruppe von Packungsbetteinheiten verwendet wird. In diesem Fall kann der Zweck der vorliegenden Erfindung erreicht werden, wenn nur mindestens eine Packung unter den mindestens 2 unterschiedlichen Packungen ein Ionenaustauscher ist. Ionenaustauschharze, Zeolit und Ähnliches können als Ionenaustauscher Verwendung finden. Für unsere Zwecke bezieht sich der Ausdruck „unterschiedlich in der Auflösung" auf die Einbeziehung eines Unterschieds von mindestens 0,1, vorzugsweise mindestens 0,2 zwischen 2 Packungen in der Auflösung von 2 voneinander zu trennenden Komponenten, wenn diese Auflösung unter tatsächlichen Trennbedingungen (Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit, usw.) für die 2 Packungen gemessen wird, die beispielsweise in jeweils gleich hohen, gleichförmigen Testsäulen bei einer Standardpackungsbetthöhe gepackt sind (z. B. 0,3–1-fache Höhe der tatsächlichen Betthöhe der gepackten Säuleneinheit). Wenn die mindestens 2 unterschiedlichen Packungen in einem koexistierenden Zustand verwendet werden, umfassen die Beispiele für Packungen, die in Kombination mit dem Ionenaustauscher verwendbar sind, Kieselgel, Aktivkohle und andere natürliche oder synthetische Sorbentien. Das Verhältnis, die Arten usw. dieser Packungen können gemäß den Arten von zu trennenden Komponenten, dem Zweck usw. auf Basis unterschiedlicher experimenteller Ergebnisse gewählt werden.
Da eine kleinere Menge eines Reaktionsmittels zum Wechseln der ionischen Form des Ionenaustauschers hinsichtlich Kosten, Zeit usw. vorteilhaft ist, wird bevorzugt, die Ionenform des Ionenaustauschers in einer nicht reduzierbaren Minimalmenge zu wechseln oder die Ionenform des Ionenaustauschers zu einem nicht reduzierbaren Minimalanteil zu wechseln („Verhältnis gewechselte Ionenform/ganze Ionenform" basiert auf der Ionenaustauschfähigkeit des Ionenaustauschers). Der Ausdruck „Wechseln der Ionenform" umfasst gemäß unserer Definition alle solche Fälle.
Der Prozess der vorliegenden Erfindung wird gemäß einem Verfahren einer simulierten chromatografischen Fließbetttrennung durchgeführt. Nicht nur kann eine Vielzahl unterschiedlicher chromatografischer Separatoren, wie etwa ein einfacher simulierter chromatografischer Fließbettseparator und ein simulierter chromatografischer Fließbettseparator zur Trennung von 3 Komponenten verwendet werden, wie sie in den oben beschriebenen herkömmlichen Methoden zur Anwendung kommen, sondern auch eine große Vielzahl unterschiedlicher verbesserter oder vereinfachter chromatografischer Separatoren, die von diesen abgeleitet sind, können als solche im Prozess der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In einem simulierten chromatografischen Fließbettseparator, der eine Mehrzahl von Packungsbetteinheiten (gepackten Säuleneinheiten) umfasst, die mit einem weiter unten beschriebenen Ionenaustauscher gepackt sind, kann ein Wechsel in der Ionenform des Ionenaustauschers für den nächsten Schritt derart vollzogen werden, dass die Ionenform des Ionenaustauschers in mindestens einer Packungsbetteinheit sich so ändert, dass der Zweck der vorliegenden Erfindung nach wie vor verwirklicht werden kann. In diesem Fall kann eine andere Packung als der Ionenaustauscher in Kombination mit dem Ionenaustauscher verwendet werden, wie bereits beschrieben, und naturgemäß kann eine andere Packung als ein Ionenaustauscher in allen der mindestens einen Packungseinheiten verwendet werden kann, sofern beide in Kombination benützt werden.
Reaktionsmittel zum Wechseln der Ionenform, beispielsweise eines Kationaustauschers als Ionenaustauscher, umfassen unterschiedliche Säuren; Salze und Hydroxide von Alkalimetallen, wie etwa Natrium und Kalium sowie Ammonium und Mischungen derselben, die die Ionenform zu einer monovalenten Ionenform ändern können; Salze und Hydroxide von Alkali-Erdmetallen, wie Calcium und Magnesium und Mischungen derselben, die die Ionenform zu einer bivalenten Ionenform ändern können; und andere Reaktionsmittel, wie Aluminiumchlorid, die die Ionenform auf eine trivalente Ionenform oder ähnliche wechseln können. Ein geeignetes Reaktionsmittel kann in Verbindung mit den zu trennenden Komponenten gewählt werden.
Wenn beispielsweise ein simulierter chromatografischer Fließbettseparator verwendet wird, erweist sich eine Methode, bei der eine Lösung eines Salzes, einer Säure oder eines Alkalis in einem wässrigen Medium durch mindestens eine Packungsbetteinheit (gepackte Säuleneinheit) geströmt wird, als einfache und praktische Methode des Wechselns der Ionenform des Ionenaustauschers. Alternativ dazu kann der Ionenaustauscher, wie etwa ein Ionenaustauschharz, auf eine separate Vorbereitungssäule übertragen und in dieser Säule in seiner Ionenform geändert werden. Von einem praktisch-operativen Standpunkt aus wird eine im wesentlichen neutrale Lösung eines Salzes in einem wässrigen Medium eher bevorzugt als eine saure oder alkalische wässrige Lösung.
Beispielsweise wird ein Gel-artiges, stark saures Kationaustauschharz zur Trennung von Sacchariden verwendet. Gemäß den empirischen Gesetzen ist eine monovalente Ionenform derart geeignet zur Trennung von Monosacchariden, Disacchariden, Trisacchariden usw., die sich voneinander im Molekulargewicht unterscheiden, dass eine wässrige Lösung eines Salzes, wie Natriumchlorid, wünschenswerter Weise in Kontakt mit dem Ionenaustauscher geströmt wird, um die Menge der monovalenten Ionenform zu erhöhen, während eine bivalente Ionenform derart geeignet ist für die gegenseitige Trennung von Sacchariden mit gleichem Molekulargewicht, dass eine wässrige Lösung eines Salzes wie Calciumchlorid wünschenswerter Weise in Kontakt mit dem Ionenaustauscher geströmt wird, um die Menge der bivalenten Ionenform zu erhöhen. Der Prozess der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise unter Bedingungen ausgeführt, dass die Ionenformzusammensetzung des Ionenaustauschers im wesentlichen nicht im Einklang mit dem Fortschreiten der Trennungsoperation variiert wird, um die Auflösung konstant zu halten. Beispielsweise kann es jedoch bei der Trennung von Sacchariden unter Verwendung eines Ionenaustauschharzes im Einklang mit dem Fortschreiten der Operation entweder zu einem Fall kommen, bei dem die Ionenform in eine Richtung geht, dass sie sich der mit unterschiedlichen, in einem Ausgangslösungsmaterial enthaltenen Ionenarten ausgeglichenen Ionenformzusammensetzung annähert, oder zu einem Fall, bei dem einige Ionen des Ionenaustauschharzes in einem bestimmten Packungsbett (z. B. einer gepackten Säuleneinheit) sich zu einem nächsten Packungsbett bewegen. Selbst in einem solchen Fall kommt es jedoch insofern zu keinen Problemen, als eine Menge der Ionenform existiert, die zur Trennung pro Gesamtmenge des Ionenaustauschharzes im gesamten Packungsbett erforderlich ist.
Es folgt eine allgemeine und einfache Beschreibung eines Beispiels des einfachen simulierten chromatografischen Fließbettseparators, der im chromatografischen Trennprozess der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Obwohl ein Fall beschrieben wird, bei dem eine Flüssigkeit, die mindestens 3 Komponenten enthält, als Ausgangsfluidmaterial behandelt wird, um die Beschreibung des Prozesses der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen, versteht es sich von selbst, dass der Prozess der vorliegenden Erfindung auch auf Gase anwendbar ist, die mindestens 3 Komponenten enthalten. Dieser Separator umfasst ein System, bestehend aus einer Mehrzahl von Packungsbetteinheiten, die in endloser Reihe verbunden und mit Feststoffsorbens (das in der vorliegenden Erfindung mindestens Ionenaustauscher umfasst) gepackt sind, einem Mittel zur Zirkulation des inneren Fluids in einer Richtung im System, einem Zuführungsmittel für das Ausgangsfluidmaterial zur Auswahl einer der Packungsbetteinheiten und Beschickung derselben mit einem Ausgangsfluidmaterial, einem Desorbens-Zuführungsmittel zur Auswahl einer anderen Packungsbetteinheit und Beschickung derselben mit Desorbens (im Falle einer Flüssigkeit auch als „Eluationsmittel" bezeichnet), einem ersten Fluidentnahmemittel zur Auswahl einer der Packungsbetteinheiten und Entnahme einer Fraktion A (z. B. ein Raffinat) aus dem System, einem zweiten Fluidentnahmemittel zur Auswahl einer anderen Packungsbetteinheit und Entnahme einer Fraktion C (z. B. ein Extrakt) aus dem System, und einem Schaltregler zur sequenziellen Versetzung der Fluidzuführungspositionen und der Fluidentnahmepositionen in stromabwärtiger Richtung des Fluidstroms im System bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung des Verhältnisses zwischen den Fluidzuführungspositionen und den Fluidentnahmepositionen im System.
Es folgt eine allgemeine und einfache Beschreibung eines Beispiels eines simulierten chromatografischen Fließbetttrennprozesses unter Verwendung dieses simulierten chromatografischen Fließbettseparators. Die Gruppe der in Endlosreihe verknüpften Packungsbetteinheiten wird betrachtet als unterteilt in erste, zweite, dritte und vierte Abschnitte in stromabwärtiger Richtung des Fluidstroms, von der Position der Desorbenszuführung aus gesehen. Desorbens, wie Eluationsmittel, wird über ein Zuführungsventil zum Zirkulationsfluid am zuvorderst im ersten Abschnitt positionierten Einlass einer Packungsbetteinheit eingespeist, und die Fraktion C, die eine große Menge einer sorbierten Komponente aufweist, wie etwa Extrakt, wird an dem Auslass einer Packungsbetteinheit zuhinterst im ersten Abschnitt über ein Entnahmeventil aus dem Zirkulationsfluid entnommen, während ein Ausgangsfluidmaterial über ein Zuführungsventil an dem Einlass einer zuvorderst im dritten Abschnitt positionierten Packungsbetteinheit zugeführt wird, und die Fraktion A, die eine geringe Menge der sorbierten Komponente aufweist, wie etwa Raffinat, wird über ein Entnahmeventil an dem Auslass einer zuhinterst im dritten Abschnitt positionierten Packungsbetteinheit aus dem Zirkulationsfluid entnommen. Die Desorbens-Zuführungsposition, die Fraktion-C-Entnahmeposition, die Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsposition und die Fraktion-A-Entnahmeposition werden einzeln jeweils in stromabwärtiger Richtung im Einklang mit der Bewegung einer Zone operativ versetzt, wobei die Komponente im Ausgangsfluidmaterial auf Sorbens sorbiert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein solcher simulierter chromatografischer Fließbetttrennprozess über 2 Schritte ausgeführt, zwischen denen die Ionenform eines im Prozess benützten Ionenaustauschers gewechselt wird, wobei das mindestens 3 Komponenten enthaltende Ausgangsfluidmaterial in mindestens 3 Fraktionen getrennt werden kann. Allerdings umfassen simulierte chromatografische Fließbetttrennprozesse unterschiedliche verbesserte oder geänderte Methoden, zu deren Beispielen eine Methode gehört, bei der die Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsposition fixiert ist (vgl. Japanisches Offengelegtes Patent Nr. 132,568/1997), und eine Methode, bei der die Position der Entnahme einer bestimmten Fraktion fixiert ist (vgl. Japanisches Offengelegtes Patent Nr. 132,586/1997).
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels der Zusammensetzung eines simulierten chromatografischen Fließbettseparators, der zur Ausführung des Prozesses der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und
2 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels der Zusammensetzung eines weiteren simulierten chromatografischen Fließbettseparators, der zur Ausführung des Prozesses der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
In der Folge werden Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, die allerdings nicht so ausgelegt werden dürfen, dass sie den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung beschränken, sofern sie nicht vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abweichen.
1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels der Zusammensetzung eines simulierten chromatografischen Fließbettseparators, der zur Ausführung des Prozesses der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Dieser Separator ist ein spezifisches Beispiel des oben erwähnten einfachen simulierten chromatografischen Fließbettseparators. In 1 beziehen sich die Bezugszeichen 1 bis 10 auf Packungsbetteinheiten (gepackte Säuleneinheiten), 1A bis 10A auf die Entnahmeventile der Fraktion A, 1C bis 10C auf die Entnahmeventile der Fraktion C, 1D bis 10D auf Desorbens-Zuführungsventile, 1F bis 10F auf Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsventile, A auf Fluid der Fraktion A, wie etwa Raffinat, C auf Fluid der Fraktion C, wie etwa Extrakt, D auf Desorbens, wie Eluationsmittel, F auf Ausgangsfluidmaterial, 12 auf eine Fraktion-A-Entnahmeleitung, 14 auf eine Fraktion-C-Entnahmeleitung, 15 auf eine Ausgangsfluidmaterial-Zuführungspumpe, 16 auf eine Desorbens-Zuführungspumpe, 19 auf eine Umwälzpumpe, 20 und 21 auf Verbindungsleitungen, 30 auf eine Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsleitung und 31 auf eine Desorbens-Zuführungsleitung.
Die Enden der Packungsbetteinheiten 1 bis 10 sind mittels der Verbindungsleitungen 20 und 21 endlos verknüpft mit den Spitzen der jeweils nächsten Packungsbetteinheiten. Die Fraktion-A-Entnahmeventile 1A bis 10A und die Fraktion-C-Entnahmeventile 1C bis 10C sind an die Verbindungsleitungen an den stromabwärtigen Seiten der jeweiligen Packungsbetteinheiten angeschlossen und verbinden die Verbindungsleitungen mit Zweigleitungen, welche mit den zugehörigen Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsventilen 1F bis 10F versehen sind und von der Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsleitung 30 abzweigen für das Ausgangsfluidmaterial, das mit Hilfe der Ausgangsfluidmaterial-Zuführungspumpe 15 zugeführt wird, und mit Zweigleitungen, die mit den zugehörigen Desorbens-Zuführungsventilen 1D bis 10D versehen sind und von der Desorbens-Zuführungsleitung 31 abzweigen für das Desorbens, das mit Hilfe der Desorbens-Zuführungspumpe 16 auf den stromaufwärtigen Seiten der jeweiligen Packungsbetteinheiten zugeführt wird. Die Umwälzpumpe 19 ist an die Mitte der Leitung 21 angeschlossen, die sich vom Ende der Packungsbetteinheit 10 zur Spitze der Packungsbetteinheit 1 erstreckt. Die Fraktion-A-Entnahmeventile 1A bis 10A sind an die Fraktion-A-Entnahmeleitung 12 angeschlossen, die Fraktion-C-Entnahmeventile 1C bis 10C sind an die Fraktion-C-Entnahmeleitung 14 angeschlossen. Übrigens ist die in der Mitte der Leitung 21 angeschlossene Umwälzpumpe 19 geeignet, die Strömungsrate mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Reglers auf Einstellungspunkte gemäß einem Strömungsraten-Sequenzprogramm zu kontrollieren. Diese Umwälzpumpe 19 kann zwischen allen einander benachbarten Packungsbetteinheiten installiert sein, und bei Bedarf kann jede beliebige Anzahl von Umwälzpumpen dieser Art vorgesehen sein. Des weiteren wird das Öffnen und Schließen der Zuführungsventile und der Entnahmeventile jeweils durch einen Regler mittels eines (nicht dargestellten) vorbestimmten Öffnungs-/Sperr-Sequenzprogramms geregelt. Obwohl die Anzahl der Packungsbetteinheiten in 1 auf zehn festgelegt ist, ist sie nicht auf diesen Wert beschränkt.
Es folgt eine Beschreibung der Ausführungsoperationen des simulierten chromatografischen Fließbettseparators der 1. In Phase 1 wird beispielsweise das Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsventil 6F geöffnet, um das Ausgangsfluidmaterial über die Spitze der Packungsbetteinheit 6 einzuspeisen, und das Desorbens-Zuführungsventil 1D wird geöffnet, um das Desorbens über die Spitze der Packungsbetteinheit 1 zuzuführen, während Fluid vom Ende der Packungsbetteinheit 10 über die Umwälzpumpe 19 in die Spitze der Packungsbetteinheit 1 eingeführt wird. Da dies Fluid in eine Fraktion, die mit einer Komponente mit schwacher Affinität für chromatografische Packung angereichert ist (Fraktion A), und eine Fraktion, die mit einer Komponente, welche eine starke Affinität hierfür besitzt, angereichert ist (Fraktion C), in Richtung der Zirkulationsströmung trennt, wird das Fraktion-C-Entnahmeventil 2C geöffnet, um die Fraktion C aus dem Ende der Packungsbetteinheit 2 zu entnehmen, und das Fraktion-A-Entnahmeventil 8A geöffnet, um die Fraktion A vom Ende der Packungsbetteinheit 8 zu entnehmen.
Demnach umfasst in Phase 1 in diesem Fall ein erster Abschnitt, der vom Desorbens-Zuführungseinlass zum Fraktion-C-Entnahmeauslass reicht, 2 Packungsbetteinheiten, ein zweiter Abschnitt, der vom Fraktion-C-Entnahmeauslass zum Ausgangsfluidmaterial-Zuführungseinlass reicht, 3 Packungsbetteinheiten, ein dritter Abschnitt, der vom Ausgangsfluidmaterial-Zuführungseinlass zum Fraktion-A- Entnahmeauslass reicht, 3 Packungsbetteinheiten, und ein vierter Abschnitt, der vom Fraktion-A-Entnahmeauslass zum Desorbens-Zuführungseinlass reicht, 2 Packungsbetteinheiten. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den Modus dieses Falles beschränkt ist.
In Phase 2 wird nach Verstreichen einer bestimmten Zeit das in Phase 1 geöffnete Desorbens-Zuführungsventil 1D geschlossen und stattdessen das Desorbens-Zuführungsventil 2D geöffnet, während das geöffnete Fraktion-C-Entnahmeventil von 2C nach 3C, das geöffnete Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsventil von 6F nach 7F und das geöffnete Fraktion-A-Entnahmeventil von 8A nach 9A auf dieselbe Weise wie oben beschrieben versetzt wird.
Die Phasen 3 bis 10 der chromatografischen Trennung werden gemäß der voranstehenden Operation einer sequenziellen Versetzung jedes der geöffneten Ventile um eine Packungsbetteinheit auf der stromabwärtigen Seite in Richtung des zirkulierenden Stroms in jeder Phase durchgeführt. Ein solcher Ventilwechsel führt zur Durchführung einer Operation, die den Anschein hat, als ob sie die chromatografische Packung (Sorbens) in die Richtung entgegen dem zirkulierenden Strom bewegte.
2 ist eine schematische Darstellung eines spezifischen Beispiels der Zusammensetzung eines verbesserten simulierten chromatografischen Fließbettseparators, der zur Durchführung der Prozesse der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Dieser Separator, der in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet wurde, ist ein gegenüber dem in 2 im Offengelegten Japanischen Patent Nr. 132,586/1997 (die Ausgangslösungs-Zuführungsposition ist fixiert) verbessertes Modell, insofern er nicht nur auf dieselbe Art wie im Offengelegten Japanischen Patent Nr. 132,586/1997 betrieben werden kann, sondern auch im wesentlichen auf dieselbe Art wie der vorangehende Separator der 1 (die Ausgangslösungs-Zuführungsposition ist nicht fixiert). Dementsprechend sind die Symbole in 2, die jenen in 1 entsprechen, dieselben wie in 1. Folglich unterscheidet sich 2 insofern von 1, als darin zusätzlich ein Fraktion-B-Entnahmeventil 5B, ein Sperrventil Z, Fluid der Fraktion B und eine Fraktion-B-Entnahmeleitung 13 gezeichnet sind. Übrigens kann die Fraktion-B-Entnahmeleitung 13 mit dem Fraktion-B-Entnahmeventil 5B an eine Verbindungsleitung 20 zwischen den Packungsbetteinheiten 4 und 5 anstatt zwischen den Packungsbetteinheiten 5 und 6 angeschlossen sein. Alternativ dazu kann sie auf eine Art verzweigt sein, dass sie an die Verbindungsleitung 20 zwischen den Packungsbetteinheiten 4 und 5 und zwischen den Packungsbetteinheiten 5 und 6 angeschlossen ist, vorausgesetzt dass die Zweigleitungen mit entsprechenden Fraktion-B-Entnahmeventilen versehen sind. Im letzteren Fall ist eines der zwei Fraktion-B-Entnahmeventile während der Entnahme der Fraktion B in der Regel geöffnet.
Das zwischen den Packungsbetteinheiten 5 und 6 vorgesehene Sperrventil Z wird von einem in der Figur nicht dargestellten Regler geöffnet und geschlossen.
Wenn ein Ausgangsfluidmaterial mit mindestens 2 Komponenten unter Verwendung des Separators in 2 in einem Schritt in 2 Fraktionen getrennt wird, kann die Zusammensetzung des Separators der 2, der in einem Zustand ist, bei dem das Sperrventil Z geöffnet und das Fraktion-B-Entnahmeventil 5B geschlossen bleibt, als im wesentlichen dieselbe betrachtet werden wie die Zusammensetzung des Separators der 1. In diesem Fall ist folglich das Betriebsverfahren des Separators der 2 beispielsweise das selbe wie im Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren des Separators in 1 beschrieben. Deshalb wird die Beschreibung des Betriebsverfahrens des Separators der 2 in diesem Fall weggelassen (vgl. die Beschreibung des Betriebsverfahrens des Separators der 1).
Es folgt eine Beschreibung eines Falles, in dem ein Ausgangsfluidmaterial mit mindestens 3 Komponenten (Komponenten A, B und C) unter Verwendung des Separators der 2 in einem Schritt (dieser eine Schritt umfasst in der Regel 2 Teilschritte, wie durch Bezugnahme auf einen Fall verständlich ist, in dem solche Teilschritte in Schritt 1 des folgenden Beispiels 3 unternommen werden) in 3 Fraktionen geteilt wird, die mit den jeweiligen Komponenten angereichert sind, wobei effektiv das meiste aus dem Sperrventil Z gemacht wird. In diesem Fall gilt für die Affinitäten der Komponenten für eine chromatografische Packung (im Prozess der vorliegenden Erfindung mindestens einen Ionenaustauscher umfassend) folgende Reihenfolge: Komponente C > Komponente B > Komponente A.
In Teilschritt 1-1 wird das Ausgangsfluidmatenal F in einem Zustand, in dem das Sperrventil Z geschlossen und ein Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsventil 6F geöffnet ist, über die Spitze der Packungsbetteinheit 6 eingespeist, worin eine mit der Komponente A angereicherte Sorptionszone gebildet wird, und eine Fraktion A wird über ein geöffnetes Fraktion-A-Entnahmeventil 8A aus dem Ende einer Packungsbetteinheit 8 auf der stromabwärtigen Seite der Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsposition entnommen, während gleichzeitig Desorbens D über ein geöffnetes Desorbens-Zuführungsventil 1D an die Spitze einer Packungsbetteinheit 1 auf der stromaufwärtigen Seite der Packungsbetteinheit 5 zugeführt wird, worin eine mit der Komponente B angereicherte Sorptionszone gebildet wird, und eine Fraktion B aus dem Ende der Packungsbetteinheit 5 über ein geöffnetes Fraktion-B-Entnahmeventil 5B entnommen wird [vgl. „Offene Ventile" in Phase 1 von Schritt 1 im folgenden Beispiel 2, da diese Phase 1 dem Teilschritt 1-1 entspricht]. Da die Fraktion A im folgenden Teilschritt 1-2 ebenfalls entnommen wird, ist ein Ausführungsbeispiel denkbar, in dem die Fraktion A in Teilschritt 1-1 nicht entnommen wird, obwohl dies von der Affinität der Komponente A für chromatografische Packung abhängig ist. Alternativ kann ein Ausführungsbeispiel realisiert werden, in dem eine Fraktion C oder die Fraktionen A und C wenn nötig in Teilschritt 1-1 entnommen werden.
In Teilschritt 1-2 ist das Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsventil 6F geschlossen, um die Zuführung des Ausgangsfluidmaterials zu unterbrechen, und das Sperrventil Z ist geöffnet. Während im System, bestehend aus in endloser Reihe verknüpften Packungsbetteinheiten, internes Fluid zirkuliert, wird diesem System Desorbens zugeführt, und Fraktionen der Komponenten (Fraktionen A und C) werden von den Enden der Packungsbetteinheiten entnommen, worin in Teilschritt 1-1 Sorptionszonen, die mit den jeweiligen Komponenten angereichert sind, gebildet und belassen werden, während eine Operation der sequenziellen Versetzung der Desorbens-Zuführungsposition und der Fraktions-Entnahmepositionen auf jene für Packungsbetteinheiten auf der stromabwärtigen Seite in dem System im Einklang mit der Bewegung der Sorptionszonen durchgeführt wird. Wie eine solche Versetzungsoperation durchgeführt wird, wird verständlich durch Bezugnahme auf „Offene Ventile" in den Phasen 2 bis 10 des Schritts 1 im folgenden Beispiel 2 als spezifischer Moment der Operation. Beim Betrieb eines Separators im Industriemaßstab werden die Teilschritte 1-1 und 1-2 als einzelner Zyklus in der Regel wiederholt. Im Prinzip sollten die Teilschritte 1-1 und 1-2 möglichst als getrennte Schritte betrachtet werden, werden jedoch als Schritt 1 als Einzelschritt, bestehend aus den beiden Teilschritten betrachtet, sofern der Prozess der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Dies ist deshalb der Fall, weil die Ionenform des Ionentauschers, die zumindest als Teil der chromatografischen Packung verwendet wird, nicht vor dem Beginn von Teilschritt 1-2 wechselt.
Teilschritt 1-1 ist ein Schritt, in dem die Verteilung von Sorptionszonen jeweiliger Komponenten, die im nächsten Zyklus entnommen werden sollen, ausgeführt wird durch die Zuführung des Ausgangsfluidmaterials, während aus dem System eine Fraktion der Komponente entnommen wird, die unter den Fraktionen von Komponenten in Entsprechung zu bereits gebildeten Sorptionszonen als eine mit mittlerer Affinität für chromatografische Packung (Fraktion B) eingestuft wird. In diesem Schritt kann eine große Menge der Fraktion B in kurzer Zeit entfernt oder entnommen werden. Da es im übrigen nicht wünschenswert ist, dass Fluid im System in diesem Schritt in die Ausgangsfluidmaterial-Zuführungsposition von der stromaufwärtigen Seite derselben strömt, ist das Sperrventil als Mittel zur mechanischen Absperrung des Fluidstroms vorgesehen. Auch wenn jedoch kein Sperrventil vorgesehen ist, kann das Fluid operativ durch Regelung der Zuführungsrate des Ausgangsfluidmaterials und der Entnahmerate der Fraktion B gesperrt werden.
Der Teilschritt 1-2 ist ein Schritt, in dem Fraktionen, die mit anderen Komponenten als der Komponente B angereichert sind, aus dem System entnommen werden, wobei internes Fluid im System zirkuliert wird und ohne dass das Ausgangsfluidmaterial in dieses durch eine Operation eingespeist wird, die gemäß dem allgemeinen simulierten chromatografischen Fließbetttrennprozess ausgeführt wird, und wobei die Komponenten des in Teilschritt 1-1 aufs neue ins System eingespeisten Ausgangsfluidmaterials Sorptionszonen der Komponenten bilden, die sequenziell getrennt werden und von der Komponente A (Komponente mit schwacher Affinität für chromatografische Packung, also Sorbens) bis zu Komponente C (Komponente mit starker Affinität für Sorbens) reichen. Der Prozess dieses Teilschritts 1-2, der gemäß der simulierten Fließbettoperation der Entnahme von 2 Fraktionen bei Zuführung von Desorbens ausgeführt wird, kann – ohne im besonderen einschränkend zu sein – jeder konventionelle sein, ausgenommen die Zuführung keines Ausgangsfluidmaterials, wofür als Beispiel ein Fall dient, in dem in der Methode keine Ausgangslösung zugeführt wird, welche insbesondere beschrieben ist auf Seite 2, rechte obere Spalte, Zeile 2 bis linke untere Spalte, letzte Zeile, und dargestellt in 3 im Japanischen Offengelegten Patent Nr. 91,205/1987 (demgemäss können in der gegenständlichen Beschreibung der zweite und dritte Abschnitt als ein und derselbe betrachtet werden). Insbesondere wird, indem internes Fluid im System mittels einer Pumpe oder Ähnlichem zirkuliert wird, eine Operation einer sequenziellen Versetzung der Position der Desorbens-Zuführung in stromabwärtiger Richtung des Zirkulationsstroms über die Spitze einer Packungsbetteinheit auf der stromaufwärtigen Seite eines Abschnitts, wo eine mit einer vorbestimmten Komponente angereicherte Sorptionszone existiert, und der Position der gleichzeitigen Entnahme einer mit dieser Komponente angereicherten Fraktion vom Ende einer Packungsbetteinheit auf der stromabwärtigen Seite dieses Abschnitts im Einklang mit der Bewegung der Sorptionszone für eine Mehrzahl von Komponenten durchgeführt, ausgenommen Komponenten, die eine mittlere Affinität für chromatografische Packung (Sorbens) besitzen, um den Teilschritt 1-2 auszuführen.
Obwohl der Prozess der Wiederholung der Teilschritte 1-1 und 1-2 im Zusammenhang mit einem Zustand beschrieben wurde, in dem der Separator kontinuierlich betrieben wird, kann ein vorgängiger Schritt der Durchführung nur einer Operation der Zuführung des Ausgangsfluidmaterials in das System zur Bildung von Sorptionszonen von Komponenten vorgenommen werden, die sequenziell getrennt werden und von der Komponente mit schwacher Affinität für Sorbens bis zur Komponente mit starker Affinität für Sorbens reichen, um den Separator vor Teilschritt 1-1 zu starten.
Solche Teilschritte 1-1 und 1-2 als ein Zyklus werden grundsätzlich wiederholt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass sie gemäß einer Vielzahl geänderter Ausführungsbeispiele durchgeführt werden können.
Beispielsweise kann nur das Ausgangsfluidmaterial in das System eingespeist werden, ohne in Teilschritt 1-1 Desorbens zuzuführen. Wenn jedoch das Ausgangsfluidmaterial und Desorbens in Teilschritt 1-1 gleichzeitig eingespeist werden, wie oben beschrieben, können die Zuführungsrate des Ausgangsfluidmaterials und die Entnahmerate der Fraktion B kontrolliert werden (Kontrolle des Massengleichgewichts). Des weiteren kann die Zuführung von Desorbens die Strömungsgeschwindigkeit von internem Fluid auf der stromabwärtigen Seite der Desorbens-Zuführungsposition erhöhen, wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit einer vorbestimmten Komponente in der Sorptionszone derselben willkürlich gewählt werden kann.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele illustrieren spezifisch den Prozess der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit Vergleichsbeispielen, sind aber nicht geeignet, den Geltungsbereich des Prozesses der vorliegenden Erfindung einzuschränken. In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wird die Feststoff-basierte Zusammensetzung in Flächenprozentanteilen in Hochdruck-Flüssigchromatographie unter Verwendung einer Natriumform-Ionenaustauschersäule und eines Differentialrefraktometers ausgedrückt, der Begriff „Ein-Zyklus-Zeit" bezeichnet die Zeit, die zur Durchführung aller Phasen von Phase 1 bis Phase 10 erforderlich ist, und das Symbol „L" steht für Liter. Allgemein gesprochen, werden alle Phasen üblicherweise kontinuierlich je nach Bedarf durch eine Mehrzahl von Zyklen wiederholt.
Beispiel 1
Zum Zwecke der Trennung von Lactulose von einer Rohlactuloselösung (Feststoffgehalt: 60 Gewichtsprozent; Feststoff-basierte Zusammensetzung: 5,3% Lactose, 4,9% Epilactose, 78,8% Lactulose, 10,0% Galactose, 0,6% Tagatose, 0,4% andere Monosaccharide) als Ausgangsfluidmaterial (im weiteren: „Ausgangslösung") wurde der simulierte chromatografische Fließbettseparator der 2, in dem Packungen in gegenseitig unterschiedlichen Ionenformen in einem koexistierenden Zustand verwendet wurden, unter folgenden Betriebsbedingungen betrieben, um zuerst in Schritt 1 Disaccharide und Monosaccharide von einander zu trennen. Die Auflösung von Lactulose (Hauptkomponente der Disaccharide) und Galactose (Hauptkomponente der Monosaccharide) durch die benutzte Packung war 0,32 für eine erste Packung in der Ca-Form und 0,52 für ein zweite Packung in der Na-Form. Der Teilungskoeffizient von Tagatose war 0,72 für die erste Packung in der Ca-Form und 0,47 für die zweite Packung in der Na-Form.
Die benutzten Packungen waren Amberlite (eingetragene Marke) CG-6000 (Gel-artiges, stark saures Kationaustauschharz für chromatografische Trennung), hergestellt von der Rohm and Haas Company. Der Gesamtbetrag der Packungen in den 10 Packungsbetteinheiten war 147 L. Die Packungsbetteinheiten 1, 2, 3, 6, 7 und 8 waren mit der Packung in Na-Form gepackt, während die anderen Packungsbetteinheiten 4, 5, 9, und 10 mit der Packung in der Ca-Form gepackt waren, wobei die Packungen in den gegenseitig unterschiedlichen Ionenformen bei Betrachtung von der Gesamtanlage aus in einem koexistierenden Zustand verwendet wurden.
Andere Betriebsbedingungen waren wie folgt:
Packungsbetteinheiten: 108 mm Innendurchmesser, 1600 mm Betthöhe, 10 in der Anzahl der gepackten Säuleneinheiten;
Betriebstemperatur: 60°C;
Ein-Zyklus-Zeit: 1,84 Std.
Lineare Strömungsgeschwindigkeit in Packungsbetteinheiten zwischen Ausgangslösungseinlass und Fraktion-C-Entnahmeauslass: 5,00 m/Std.
Zuführungsrate der Ausgangslösung: 4,12 L/Std. (0,028 L/L-Packungen/Std. auf Packungsbasis);
Zuführungsrate des Eluationswassers: 19,40 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion A: 8,53 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion C: 14,99 L/Std.
Eluationswasser/Ausgangslösung (Vol.-Verhältnis): 4,7
Die offenen Ventile in jeder Phase waren wie folgt. Die eingespeisten Flüssigkeiten und entnommenen Lösungen waren in allen Phasen gleich. Insbesondere wurden die Ausgangslösung und Eluationswasser eingespeist und 2 Fraktionen A und C entnommen.
Als Ergebnis der Operation wurden Fraktionen A und C mit den folgenden Feststoffgehalten und Feststoff-basierten Zusammensetzungen gewonnen:
Die Lactuloseausbeute der Fraktion A betrug übrigens 89,3%. Die Fraktion A Lösung (Feststoff-basierte Zusammensetzung: 6,4% Lactose, 6,0% Epilactose, 87,5% Lactulose, 0,1% Galactose, 0,0% Tagatose, 0,0% andere Monosaccharide) wurde auf einen Feststoffgehalt von 60 Gewichtsprozent konzentriert. Um hochreine Lactulose von dem resultierenden Konzentrat durch gegenseitige Trennung von Disacchariden zu trennen, wurde in Schritt 2 eine Trennungsoperation ausgeführt, nachdem die Ionenform des Kationaustauschharzes als Packung in einem Teil der Packungsbetteinheiten in die Ca-Form gewechselt wurde. Insbesondere wurde eine 1 N wässrige Lösung von Calciumchlorid, deren Menge 44 L pro Packungsbetteinheit war, durch die Packungsbetteinheiten 2, 3, 7 und 8 hinunter geströmt, um die Na-Form der Packung in die Ca-Form zu wechseln. Als Ergebnis wurde die Zusammensetzung des Separators so, dass 8 Packungsbetteinheiten 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 und 10 mit der Packung in der Ca-Form gepackt waren, während 2 Packungsbetteinheiten 1 und 6 mit der Packung in der Na-Form gepackt waren. Die Auflösung von Lactulose und Epilactose durch benutzte Packung war 0,15 für die erste Packung in der Ca-Form und 0,08 für die zweite Packung in der Na-Form, was auf eine bessere Trennung durch die Packung in der Ca-Form hinweist.
Andere Betriebsbedingungen waren wie folgt:
Betriebstemperatur: 60°C;
Ein-Zyklus-Zeit: 1,84 Std.
Lineare Strömungsgeschwindigkeit in Packungsbetteinheiten zwischen Ausgangslösungseinlass und Fraktion-C-Entnahmeauslass: 5,00 m/Std.
Zuführungsrate der Ausgangslösung: 1,76 L/Std. (0,012 L/L-Packungen/Std. auf Packungsbasis);
Zuführungsrate des Eluationswassers: 17,64 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion A: 9,11 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion C: 10,29 L/Std.
Eluationswasser/Ausgangslösung (Vol.-Verhältnis): 10,0
Die offenen Ventile in jeder Phase waren wie in Schritt 1, wobei die eingespeisten Flüssigkeiten und entnommenen Lösungen wie in Schritt 1 waren (die Lösungen unterschieden sich natürlich in ihren Zusammensetzungen von denen in Schritt 1).
Als Ergebnis der Operation wurden Fraktionen A und C mit den folgenden Feststoffgehalten und Feststoff-basierten Zusammensetzungen gewonnen:
Die Lactuloseausbeute der Fraktion C betrug übrigens 87,9%. Die gesamte Lactulose-Ausbeute auf Basis der in Schritt 1 verwendeten Ausgangslösung war 78,5%. Die Gesamtmenge an Eluationswasser in den Schritten 1 und 2 war im Volumen 18,9 mal höher als die in Schritt 1 verwendete Ausgangslösung.
Um den Schritt 1 zu wiederholen, wurde eine 1 N wässrige Natriumchloridlösung in einer Menge von 132 L pro Packungsbetteinheit durch die Packungsbetteinheiten 2, 3, 7 und 8 hinunter geströmt, um die Ca-Form der Packung in die Na-Form zu wechseln. Als Ergebnis wurde die Zusammensetzung des Separators derart, dass 4 Packungsbetteinheiten 4, 5, 9 und 10 mit der Packung in der Ca-Form gepackt waren, während 6 Packungsbetteinheiten 1, 2, 3, 6, 7 und 8 mit der Packung in der Na-Form gepackt waren. Wenn die voranstehende Trennungsoperation in Schritt 1 erneut durchgeführt wurde, wurden im wesentlichen die selben Ergebnisse erzielt.
Vergleichsbeispiel
Die in Schritt 1 in Beispiel 1 gewonnene Fraktion-A-Lösung (Feststoff-basierte Zusammensetzung: 6,4% Lactose, 6,0% Epilactose, 87,5% Lactulose, 0,1% Galactose, 0,0% Tagatose, 0,0% andere Monosaccharide) wurde auf einen Feststoftgehalt von 60 Gewichtsprozent konzentriert. Die Trennungsoperation in Schritt 2 wurde unter Verwendung des resultierenden Konzentrats als Ausgangslösung mit dem selben Separator wie in Schritt 1 in Beispiel 1 durchgeführt, in welchem Separator die Ionenform der Packung in jeder Packungsbetteinheit nicht geändert, sondern intakt belassen wurde. Die Betriebsbedingungen, von denen nur die Ein-Zyklus-Zeit variiert wurde, waren wie folgt:
Betriebstemperatur: 60°C;
Ein-Zyklus-Zeit: 1,77 Std.
Lineare Strömungsgeschwindigkeit in Packungsbetteinheiten zwischen Ausgangslösungseinlass und Fraktion-C-Entnahmeauslass: 5,00 m/Std.
Zuführungsrate der Ausgangslösung: 1,76 L/Std. (0,012 L/L-Packungen/Std. auf Packungsbasis);
Zuführungsrate des Eluationswassers: 17,46 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion A: 9,11 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion C: 10,29 L/Std.
Eluationswasser/Ausgangslösung (Vol.-Verhältnis): 10,0
Die offenen Ventile in jeder Phase sowie die eingespeisten Flüssigkeiten und entnommenen Lösungen waren wie in Beispiel 1.
Als Ergebnis der Operation wurden Fraktionen A und C mit den folgenden Feststoffgehalten und Feststoff-basierten Zusammensetzungen gewonnen:
Die Lactuloseausbeute der Fraktion C betrug übrigens 76,6%. Die gesamte Lactulose-Ausbeute auf Basis der in Schritt 1 verwendeten Ausgangslösung war 68,4%. Die Gesamtmenge an Eluationswasser in den Schritten 1 und 2 war im Volumen 18,9 mal höher als die Ausgangslösung, wie im Beispiel 1.
Vergleichsbeispiel 2
Die selbe Ausgangslösung wie die in Beispiel 1 verwendete wurde einer Trennung durch den Separator unterzogen, dessen Zusammensetzung derart war, dass – wie in Schritt 2 in Beispiel 1 – 8 Packungsbetteinheiten mit der Packung in Ca-Form und 2 Packungsbetteinheiten mit der Packung in Na-Form gepackt waren, und der ohne Wechsel der Ionenform einer Packung in beiden Schritten 1 und 2 verwendet wurde.
Bei den Packungen handelte es sich spezifisch um Amberlite CG-6000 (Gel-artiges, stark saures Kationaustauschharz für chromatografische Trennung), hergestellt von der Rohm and Haas Company. Die Gesamtmenge der Packungen in den 10 Packungsbetteinheiten war 147 L. Die Packungsbetteinheiten 1 und 6 waren mit der Packung in Na-Form gepackt, während die anderen Packungsbetteinheiten 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 und 10 mit der Packung in der Ca-Form gepackt waren.
Andere Betriebsbedingungen in Schritt 1 waren wie folgt:
Packungsbetteinheiten: 108 mm Innendurchmesser, 1600 mm Betthöhe, 10 in der Anzahl der gepackten Säuleneinheiten;
Betriebstemperatur: 60°C;
Ein-Zyklus-Zeit: 1,90 Std.
Lineare Strömungsgeschwindigkeit in Packungsbetteinheiten zwischen Ausgangslösungseinlass und Fraktion-C-Entnahmeauslass: 5,00 m/Std.
Zuführungsrate der Ausgangslösung: 2,94 L/Std. (0,02 L/L-Packungen/Std. auf Packungsbasis);
Zuführungsrate des Eluationswassers: 20,58 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion A: 8,08 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion C: 15,44 L/Std.
Eluationswasser/Ausgangslösung (Vol.-Verhältnis): 7,0
Die offenen Ventile in jeder Phase waren wie in Beispiel 1.
Als Ergebnis der Operation wurden Fraktionen A und C mit den folgenden Feststoffgehalten und Feststoff-basierten Zusammensetzungen gewonnen:
Die Lactuloseausbeute der Fraktion A betrug übrigens 89,2%.
Die Fraktion A Lösung (Feststoff-basierte Zusammensetzung: 6,4% Lactose, 6,1% Epilactose, 87,4% Lactulose, 0,1% Galactose, 0,0% Tagatose, 0,0% andere Monosaccharide) wurde auf einen Feststoftgehalt von 60 Gewichtsprozent konzentriert. Das resultierende Konzentrat wurde in Schritt 2 mit dem selben Separator mit den selben Packungen wie in Schritt 1 (8 Packungsbetteinheiten mit der Packung in Ca-Form und 2 Packungsbetteinheiten mit der Packung in Na-Form gepackt) einer chromatografischen Trennung ausgesetzt.
Andere Betriebsbedingungen waren wie folgt:
Betriebstemperatur: 60°C;
Ein-Zyklus-Zeit: 1,84 Std.
Lineare Strömungsgeschwindigkeit in Packungsbetteinheiten zwischen Ausgangslösungseinlass und Fraktion-C-Entnahmeauslass: 5,00 m/Std.
Zuführungsrate der Ausgangslösung: 1,76 L/Std. (0,012 L/L-Packungen/Std. auf Packungsbasis);
Zuführungsrate des Eluationswassers: 17,64 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion A: 9,11 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion C: 10,29 L/Std.
Eluationswasser/Ausgangslösung (Vol.-Verhältnis): 10,0
Die offenen Ventile in jeder Phase sowie die eingespeisten Flüssigkeiten und entnommenen Lösungen waren die selben wie in Beispiel 1.
Als Ergebnis der Operation wurden Fraktionen A und C mit den folgenden Feststoffgehalten und Feststoff-basierten Zusammensetzungen gewonnen:
Die Lactuloseausbeute der Fraktion C betrug übrigens 87,9%. Die gesamte Lactulose-Ausbeute auf Basis der in Schritt 1 verwendeten Ausgangslösung war 78,4%. Die Gesamtmenge an Eluationswasser in den Schritten 1 und 2 war im Volumen 22,4 mal höher als die in Schritt 1 verwendete Ausgangslösung.
Im Vergleich des Beispiels 1 mit dem Vergleichsbeispiel 1 waren die Lactulosereinheit und Lactuloseausbeute der Fraktion C in Schritt 2 in Beispiel 1 um 0,3% bzw. 11,3% höher als jene im Vergleichsbeispiel 1, und die gesamte Lactuloseausbeute in den Schritten 1 und 2 in Beispiel 1 warum 10,1% höher als jene im Vergleichsbeispiel 1. Mit anderen Worten, in Beispiel 1 war die gegenseitige Trennung von Disacchariden in Schritt 2 verbessert, indem die Menge der Packung in Ca-Form um 4 Packungsbetteinheiten erhöht wurde, um die Lactuloseausbeute zu verbessern.
Im Vergleich von Beispiel 1 mit dem Vergleichsbeispiel 2 wurden die jeweiligen Lösungen, die in der Lactulosereinheit und Lactuloseausbeute im wesentlichen gleich waren, in Schritt 1 trotz solcher unterschiedlicher Betriebsbedingungen gewonnen, dass die Ladung (Zuführungsrate) der Ausgangslösung in Beispiel 1 um 1,4 mal höher war als die im Vergleichsbeispiel 2, und dass die Menge des Eluationswassers in Beispiel 1 um 5,7% geringer war als die in Vergleichsbeispiel 2. Ebenfalls insgesamt gesehen, war die Menge von verwendetem Eluationswasser auf Basis der Menge der Ausgangslösung in Beispiel 1 um 15,6% kleiner als die im Vergleichsbeispiel 2. Mit anderen Worten, in Beispiel 1 hat eine Zunahme der Menge der Packung in der Na-Form um 4 Packungsbetteinheiten in Schritt 1 im Vergleich mit jener im Vergleichsbeispiel 2 die Trennung von Disacchariden von Monosacchariden verbessert, wobei die Ladung (Zuführungsrate) der Ausgangslösung vergrößert werden konnte, während die Menge des verwendeten Eluationswassers verringert wurde.
Beispiel 2
Eine Lösung (Feststoffgehalt: 60 Gewichtsprozent; Feststoff-basierte Zusammensetzung: 3,5% Nichtsaccharid-Verbindungen, 2,4% Trisaccharide, 92,4% Sucrose, 0,1% Glucose, 0,6% Fructose + Inositol, 0,1% Glycerol, 0,9% Betain), die gewonnen wurde, indem geschnittene Zuckerrübe der Extraktion, Carbonisierung, Filtration, Weichmachung und Konzentration ausgesetzt wurde, wurde als Ausgangslösung dem Schritt 1 eines 3-Komponenten-Trennungsprozesses zur Trennung derselben in eine Fraktion A, die mit Nichtsaccharid-Verbindungen + Trisacchariden angereichert war, eine Fraktion B, die mit Sucrose angereichert war, und eine Fraktion C, die mit Glucose + Fructose + Inositol + Glycerol + Betain angereichert war, mit dem Separator der 2 ausgesetzt. Die Nichtsaccharid-Verbindungen waren in den meisten Fällen Salze und enthielten des weiteren polymere Substanzen, wie Proteine und gefärbte Substanzen.
Amberlite CR-1320 (Gel-artiges, stark saures Kationaustauschharz für die chromatografische Trennung), hergestellt von der Rohm and Haas Company, wurde als chromatografische Packung verwendet. Die Ionenform des Ionenaustauschharzes war zu Beginn der Operation die Na-Form, wurde aber zur ausgeglichenen Ionenform, indem die Ionenzusammensetzung der Ausgangslösung durch wiederholte Operationszyklen aus 15% der Ca-Form, 45% der K-Form und 40% der Na-Form zusammengesetzt sein sollte. Zwar wurde ein Teil der Ionenform aufgrund der Verwendung der unvollständig erweichten Lösung zur Ca-Form als bivalente Ionenform, doch der Großteil der Ionenform wurde zu der K-Form und der Na-Form als monovalente Ionenformen. Die Gesamtmenge der Packung in den 10 Packungsbetteinheiten war 147 L.
Andere Betriebsbedingungen waren wie folgt:
Packungsbetteinheiten: 108 mm Innendurchmesser, 1600 mm Betthöhe, 10 in der Anzahl der gepackten Säuleneinheiten;
Betriebstemperatur: 60°C;
Ein-Zyklus-Zeit: 1,25 Std.
In Phase 1 von Schritt 1

Benötigte Zeit in Phase 1: 0,15 Std.
Zuführungsrate der Ausgangslösung: 31,67 L/Std. (0,2153 L/L-Packung/Std. auf Packungsbasis)
Zuführungsrate des Eluationswassers: 76,40 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion A: 13,13 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion B: 94,93 L/Std.

In Phasen 2 bis 10 von Schritt 1

Lineare Strömungsgeschwindigkeit in Packungsbetteinheiten zwischen Ausgangslösungseinlass und Fraktion-C-Entnahmeauslass: 7,00 m/Std.
Zuführungsrate des Eluationswassers: 33,07 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion A: 13,32 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion C: 19,75 L/Std.
Eluationswasser/Ausgangslösung (Vol.-Verhältnis): 10,1

Die offenen Ventile in jeder Phase waren wie folgt:
In Phase 1 wurde die Ausgangslösung F in die Packungsbetteinheit 6 über das Ausgangslösungszuführungsventil 6F eingespeist, das auf der stromabwärtigen Seite des geschlossenen Sperrventils Z positioniert war, während gleichzeitig Eluationswasser D über das Eluationswasserzuführungsventil 1D eingespeist wurde, wobei eine Fraktion B über das Entnahmeventil 5B entnommen wurde, das auf der stromaufwärtigen Seite des Sperrventils Z positioniert war, während eine Fraktion A über das Entnahmeventil 8A entnommen wurde. Im Unterschied dazu erfolgte in den Phasen 2 bis 10 bei geöffnetem Sperrventil Z und angehaltener Ausgangslösungszuführung die Zuführung von Eluationswasser und die Entnahme der Fraktionen A und C, während die Eluationswasser-Zuführungsposition und die Fraktion A und C Entnahmepositionen sequenziell in stromabwärtiger Richtung versetzt wurden. Folglich können die Phase 1 und die Phasen 2 bis 10 als separate Schritte betrachtet werden. Da jedoch die Ionenform des Ionenaustauschers als chromatografische Packung in Schritt 1 nicht geändert wurde, waren die Phase 1 und die Phasen 2 bis 10 als Teilschritte von Schritt 1 zu betrachten.
Als Ergebnis der Operation wurden Fraktionen A, B und C mit den folgenden Feststoffgehalten und Feststoff-basierten Zusammensetzungen gewonnen:
Die Sucroseausbeute der Fraktion B betrug übrigens 99,5% und die Betainausbeute der Fraktion C betrug 95,6%.
Die Fraktion C Lösung (Feststoff-basierte Zusammensetzung: 1,3% Nichtsaccharid-Verbindungen, 0,0% Trisaccharide, 9,0% Sucrose, 5,6% Glucose, 47,4% Betain, 31,8% Fructose + Inositol, 4,9% Glycerol) wurde auf einen Feststoffgehalt von 60 Gewichtsprozent konzentriert. Um Betain von dem resultierenden Konzentrat zu trennen, wurde in Schritt 2 eine simulierte Fließbett-2-Komponenten-Trennungsoperation ausgeführt, nachdem die Ionenform der Packung in einem Teil der Packungsbetteinheiten gewechselt wurde. Insbesondere wurde eine 1 N wässrige Lösung von Calciumchlorid, deren Menge 44 L pro Packungsbetteinheit war, durch die Packungsbetteinheiten 2, 3, 7 und 8 hinunter geströmt, um die Ionenform der Packung in diesen Packungsbetteinheiten auf die Ca-Form zu wechseln. Als Ergebnis wurde die Zusammensetzung des Separators dergestalt, dass 4 Packungsbetteinheiten 2, 3, 7 und 8 mit der Packung in der Ca-Form gepackt waren, während 6 Packungsbetteinheiten 1, 4, 5, 6, 9 und 10 mit der Packung in der gemischten Ionenform von Ca, K und Na gepackt waren.
Die Eluationsreihenfolge der durch das Kationenaustauschharz getrennten Komponenten in der gemischten, noch nicht Ionenform-gewechselten Ionenform war Nichtsaccharid-Verbindungen, Trisaccharide, Sucrose, Glucose, Betain, Fructose + Inositol und Glycerol. Die Auflösung von Glucose und Betain und die Auflösung von Betain und Fructose + Inositol waren niedrig bei 0,01 bzw. 0,05. Folglich konnte eine Trennung von Glucose und Betain voneinander im speziellen nicht erwartet werden.
Im Unterschied dazu war die Eluationsreihenfolge der durch das Kationaustauschharz in der Ca-Form getrennten Komponenten Nichtsaccharid-Verbindungen, Trisaccharide, Sucrose, Glucose, Fructose + Inositol, Glycerol und Betain. Die Auflösung von Glycerol und Betain war 0,9, wobei die Trennung der zwei Komponenten voneinander durch die Konvertierung eines Teils der Packung in die Ca-Form erwartet werden konnte.
Andere Betriebsbedingungen waren wie folgt:
Betriebstemperatur: 80°C;
Ein-Zyklus-Zeit: 2,46 Std.
Lineare Strömungsgeschwindigkeit in Packungsbetteinheiten zwischen Ausgangslösungseinlass und Fraktion-C-Entnahmeauslass: 5,00 m/Std.
Zuführungsrate der Ausgangslösung: 7,35 L/Std. (0,05 L/L-Packungen/Std. auf Packungsbasis);
Zuführungsrate des Eluationswassers: 33,81 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion A: 29,40 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion C: 11,76 L/Std.
Eluationswasser/Ausgangslösung (Vol.-Verhältnis): 4,6
Die offenen Ventile in jeder Phase von Schritt 2 waren wie folgt: Eingespeiste Flüssigkeiten und entnommene Lösungen waren allen Phasen gemeinsam. Insbesondere wurden die Ausgangslösung und das Eluationswasser eingespeist und 2 Fraktionen A und C wurden entnommen.
Als Ergebnis der Operation wurden Fraktionen A und C mit den folgenden Feststoffgehalten und Feststoff-basierten Zusammensetzungen gewonnen:
Die Betainausbeute der Fraktion C betrug übrigens 96,1%.
Um den Schritt 1 zu wiederholen, wurde eine 1 N wässrige Natriumchloridlösung in einer Menge von 132 L pro Packungsbetteinheit durch die Packungsbetteinheiten 2, 3, 7 und 8 hinunter geströmt, um die Packung in diesen Betteinheiten in die Na-Form zu wechseln. Als die obenstehende Trennungsoperation in Schritt 1 erneut durchgeführt wurde, wurde die Ionenformzusammensetzung der Packung ausgeglichen mit jener der Ausgangslösung, und es wurden im wesentlichen die selben Ergebnisse erzielt.
Vergleichsbeispiel 3
Die in Schritt 1 in Beispiel 2 gewonnene Fraktion C Lösung (Feststoff-basierte Zusammensetzung: 1,3% Nichtsaccharid-Verbindungen, 0,0% Trisaccharide, 9,0% Sucrose, 5,6% Glucose, 47,4% Betain, 31,8% Fructose + Inositol, 4,9% Glycerol) wurde auf einen Feststoffgehalt von 60 Gewichtsprozent konzentriert. Um Betain von dem resultierenden Konzentrat zu trennen, wurde mit dem selben Separator wie in Schritt 1 in Beispiel 2 eine simulierter Fließbett-2-Komponenten-Trennungsoperation ausgeführt, in welchem Separator die Ionenform der Packung in jeder Packungsbetteinheit nicht gewechselt, sondern intakt belassen wurde. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Eluationsreihenfolge der Komponenten Nichtsaccharid-Komponenten, Trisaccharide, Sucrose, Glucose, Betain, Fructose + Inositol und Glycerol war, wurde Betain in Fraktion A unter folgenden Betriebsbedingungen gewonnen:
Die Ionenformzusammensetzung der Packung in jeder Packungsbetteinheit wurde mit der Ionenformzusammensetzung der Ausgangslösung in Schritt 1 von Beispiel 2 ausgeglichen, wobei die Packung das Kationaustauschharz nach wie vor in seiner gemischten Ionenform von 15% Ca, 45% K und 40% Na war. Die Gesamtmenge der Packung in den 10 Packungsbetteinheiten war noch immer 147 L.
Andere Betriebsbedingungen waren wie folgt:
Packungsbetteinheiten: 108 mm Innendurchmesser, 1600 mm Betthöhe, 10 in der Anzahl der gepackten Säuleneinheiten;
Betriebstemperatur: 80°C;
Ein-Zyklus-Zeit: 2,26 Std.
Lineare Strömungsgeschwindigkeit in Packungsbetteinheiten zwischen Ausgangslösungseinlass und Fraktion-C-Entnahmeauslass: 5,00 m/Std.
Zuführungsrate der Ausgangslösung: 1,18 L/Std. (0,008 L/L-Packungen/Std. auf Packungsbasis);
Zuführungsrate des Eluationswassers: 7,35 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion A: 4,12 L/Std.
Entnahmerate der Fraktion C: 4,41 L/Std.
Eluationswasser/Ausgangslösung (Vol.-Verhältnis): 6,25
Die offenen Ventile in jeder Phase sowie die eingespeisten Flüssigkeiten und entnommenen Lösungen waren die selben wie in Schritt 2 in Beispiel 2 (die Lösungen waren natürlich unterschiedlich in der Zusammensetzung gegenüber jenen in Schritt 2 in Beispiel 2).
Als Ergebnis der Operation wurden die Fraktionen A und C mit den folgenden jeweiligen Feststoffgehalten und Feststoff-basierten Zusammensetzungen gewonnen:
Die Betainausbeute der Fraktion C betrug übrigens 81,8%.
Der Vergleich von Schritt 2 in Beispiel 2 mit dem Vergleichsbeispiel 3 ist wie folgt: Die Betainreinheit und die Betainausbeute in Schritt 2 in Beispiel 2 waren 99,8% bzw. 96,1%, also jenen im Vergleichsbeispiel 3 deutlich überlegen, zumal dort die Betainreinheit und Betainausbeute nur 68,6% bzw. 81,8% betrugen. Daraus ist zu sehen, dass gemäß der vorliegenden Erfindung hochreines Betain in hoher Ausbeute gewonnen werden kann. Mit anderen Worten, die Trennung des Betains verbesserte sich maßgeblich durch Wechseln der Ionenform der Packung in 4 Packungsbetteinheiten auf die Ca-Form.
Vergleichsbeispiel 4
Wenn die selbe Ausgangslösung, wie sie Schritt 1 in Beispiel 2 unterzogen wurde, dem Schritt 1 der Trennoperation mit dem Separator unterzogen wurde, die durch Schritt 2 in Beispiel 2 ging, wurden Ca-Ionen im Kationaustauschharz als Packung durch K-Ionen und Na-Ionen in der Ausgangslösung Ionen-getauscht, um sich in die Flüssigphase aufzulösen und mit Carbonat-Ionen, Sulfat-Ionen usw. in der Flüssigphase zu reagieren und damit einen unlöslichen Niederschlag zu bilden, von dem ein Teil zusammen mit den entnommenen Lösungen ausfloss. Demgemäss wurde die Trennoperation angehalten, um eine Okklusion des Separators zu vermeiden. Mit anderen Worten, es stellte sich heraus, dass wenn Schritt 1 erneut mit einem Separator gestartet wird, der durch Schritt 2 gegangen ist, das Kationaustauschharz, dessen Ionenform auf die Ca-Form gewechselt wurde, in eine solche Ionenform konvertiert werden muss, dass sich kein Niederschlag bildet.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß dem chromatografischen Trennprozess der vorliegenden Erfindung zur Trennung eines Ausgangsfluidmaterials, das mindestens 3 Komponenten enthält, in mindestens 3 Fraktionen mittels zweier Schritte mit einem chromatografischen Separator, der zumindest als Teil der chromatografischen Packung (Sorbens) mit einem Ionenaustauscher gepackt ist, wird die chromatografische Trennung bewirkt durch das Wechseln zumindest eines Teils der Ionenform eines Teils des Ionenaustauschers in eine geeignete Ionenform mit hoher Auflösung von zu trennenden Komponenten (Komponenten, deren Trennung gewünscht wird) im nächsten Schritt, wobei Effekte wie eine Verringerung der Menge des zu verwendenden Desorbens (Eluationsmittels), eine Steigerung in den Reinheiten der gewünschten Substanzen und eine Steigerung der Ausbeuten der gewünschten Substanzen hervorgerufen werden können. In den vorstehend genannten, konventionellen chromatografischen Trennmethoden ist es vorstellbar, als Eluationsmittel eine gemischte Flüssigkeit, beispielsweise aus Ethanol und Wasser, zu verwenden, die eine geeignete Zusammensetzung aufweist, um die Menge des zu verwendenden Eluationsmittels zu verringern. Dies ruft allerdings ein Problem der Nichtanwendbarkeit in einem Fall hervor, wo andere Eluationsmittel als ein einfaches Lösemittel, wie Wasser, nicht als Desorbens verwendet werden können. Im Unterschied dazu kann der Prozess der vorliegenden Erfindung die Menge des zu verwendenden Desorbens verringern, auch wenn es sich um ein einfaches Lösemittel handelt.

Claims

Chromatografischer Trennprozess zum Trennen eines mindestens 3 Komponenten enthaltenden Ausgangsfluidmaterials in mindestens 3 Fraktionen mit einem simulierten chromatografischen Fließbettseparator, umfassend eine Mehrzahl von Packungsbetteinheiten, die in einer Endlosreihe verbunden und mit einem Ionentauscher gepackt sind, wobei in dem Separator zumindest die Position der Desorbens-Speisung intermittierend in Richtung von zirkulierendem Fluidstrom versetzt wird, wobei nach einem Schritt der Trennung des Ausgangsfluidmaterials mit dem simulierten chromatografischen Fließbettseparator zur Gewinnung einer Mehrzahl von Fraktionen, je nach der Ionenaustauschkapazität ein Teil der oder die gesamte Ionenform des Ionentauschers im Teil der Mehrzahl von Packungsbetteinheiten in eine andere Ionenform gewechselt wird, die zur Trennung von Komponenten geeignet ist, die im nächsten Schritt der Trennung einer der Fraktionen mit dem simulierten chromatografischen Fließbettseparator getrennt werden sollen, um eine weitere Mehrzahl von Fraktionen zu ergeben, und wobei die eine Fraktion in den simulierten chromatografischen Fließbettseparator eingespeist wird.