DE69907906T2

DE69907906T2 - Methoden und apparat zum packen von chromatographiesäulen

Info

Publication number: DE69907906T2
Application number: DE69907906T
Authority: DE
Inventors: John Martin HOFMANN; Reginald Gordon Dursley THORN
Original assignee: Euroflow UK Ltd
Current assignee: Pall Euroflow Ltd
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2019-06-09
Also published as: EP1085931B1; DE69907906D1; WO1999064130A1; US6446679B2; ATE240141T1; US20010007639A1; DK1085931T3; GB2338432A; GB9913286D0; GB9812344D0; AU4279399A; EP1085931A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Packen von Chromatographiesäulen mit Teilchenmedium zur Verwendung in der Chromatographie.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Teilchenchromatographiemedien in Chromatographiesäulen zu packen ist keine leichte Aufgabe, v. a. wenn es sich um große Säulen (z. B. mit Durchmessern von 100 mm bis zu 2000 mm und mehr), wie sie in der industriellen präparativen Chromatographie verwendet werden, handelt. Typische Anforderungen sind, dass das gepackte Bett durchgehend und einheitlich ist, und es das Säulenvolumen zur Gänze ausfüllt sowie anfänglich ausreichend komprimiert wird, um sich unter den Fluidströmungsbedingungen, die anschließend während der Chromatographie vorherrschen, nicht zu verlagern. Ein schlecht gepacktes Bett ist praktisch unbrauchbar und hat kostspielige Folgen, wenn man an den hohen Wert der mittels Chromatographie gereinigten Produkte denkt.
Herkömmlich wird eine Säule so gepackt, dass die Deckwand (Endplatte oder Kolben) der Säule entfernt wird und das Medium in Form einer Aufschlämmung in einem geeigneten flüssigen Vehikel eingefüllt wird. Das Vehikel fließt durch den Trennfilter (Sinter) am Fuße der Säule und läuft durch eine Abwasseröffnung ab, während sich das Bett aus festem Medium (z. B. Silicamaterial) nach und nach anhäuft, um das Säulenvolumen auszufüllen. Dies ist eine anspruchsvolle und zeitintensive Vorgangsweise.
Aus diesem Grund wird in jüngster Zeit bevorzugt automatisches Packen mittels einer Packöffnung in der Säulenwand herangezogen. Die Packöffnung, die über eine Zufuhrleitung mit einer Aufschlämmung des Mediums gefüttert wird, kann ein Loch mit einem einfachen Öffnungs-/Schließ-Steuerelement sein. Eine bekannte Methode ist z. B. das Öffnen und Schließen des Lochs in Bezug auf das Säuleninnere mittels einer kolbenartigen Bewegung der Säulenendzelle, wodurch das Loch abgedeckt sowie freigelegt wird. Die Packöffnung kann eine Düse oder eine komplizierte Düsen- oder Spritzdüsenanordnung umfassen (siehe z. B. GB-A-2258415 und WO-A-96/10451). Darin werden Anordnungen beschrieben, bei denen die Aufschlämmung über eine Sprühdüse in die Säule eintritt, die über eine Vielzahl an Sprühöffnungen verfügt, um die hereinkommende Strömung zu verteilen. Ein weiteres Merkmal ist es, dass die Düse zumindest während des Einspritzens der Aufschlämmung von der Säulenwand in das Säuleninnere ragt. In den vorliegenden Vorschlägen werden vorzugsweise Spritzdüsenanordnungen, die eines oder beide dieser Merkmale aufweisen, verwendet.
Das Einleiten einer Aufschlämmung durch eine begrenzte Packöffnung setzt mehrere wichtige Anforderungen voraus, die weitestgehend mit der Notwendigkeit verbunden sind, die Aufschlämmung unter wesentlichem Druck einzuleiten, um eine Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen, die zum Verteilen der Aufschlämmung sowie zum Packen des Betts geeignet ist. Es können, je nach Begleitumständen, verschiedene Schwierigkeiten auftreten, wie z. B. ungeeignete Packungsniveaus, Beschädigung der Medienteilchen (besonders bei großen Teilchengrößen) und Trennung der aufgeschlämmten Teilchen vom flüssigen Aufschlämmungsvehikel im unter Druck gesetzten Zufuhrsystem. Aus der US-A-5610322 und der EP-A-0515955 ist es bekannt, das Teilchenmedium entlang einer Medium-Zufuhrleitung an einer Strömungseinmündung in die Zufuhrleitung einzuleiten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, neue und nützliche Verfahren und Vorrichtungen vorzusehen, anhand derer Teilchenchromatographiemedien über eine Packöffnung in der Säulenwand, vorzugsweise durch eine Düse oder Sprühdüse, in Chromatographiesäulen gepackt werden können.
Allgemein formuliert legen die Erfinder nahe, eine Druckbewegungsströmung von flüssigem Vehikel entlang einer Zuführleitung, die zur Packöffnung führt, üblicherweise mittels einer Pumpe einzurichten, und eine separate Strömung des Teilchenmediums in die Zufuhrleitung einzuführen, die in der Bewegungsströmung mitgerissen wird. Das Medium wird vorzugsweise als eine Dispersion in einem flüssigen Vehikel, das dasselbe wie für die Bewegungsströmung verwendete sein kann, in die Zuführleitung eingeführt.
Die Bewegungsströmung des flüssigen Vehikels kann dann stromauf von der Strömungsmündung, bei der das Medium mitgerissen wird, im Wesentlichen oder gänzlich frei von Teilchenmedium sein.
Da der zum Packen notwendige Druck durch die Bewegungsströmung bereitgestellt werden kann, kann die Teilchenmediumströmung bei einer niedrigeren Druckhöhe eingeführt werden. Dadurch wird verhindert, dass das Medium selbst einem Pumpen bei Packdruck ausgesetzt werden muss, wobei es zu mechanischem Abbau der Teilchen kommen kann, oder überhaupt gepumpt werden muss. Darüber hinaus wird ein besseres Packen v. a. von Medien mit großen Teilchen ermöglicht, die besonders anfällig sind, in einer Pumpe beschädigt zu werden.
Ein weiterer spezieller Vorteil kann bei Fällen erzielt werden, bei denen das Medium und das flüssige Vehikel schlecht kompatibel sind. Dies kann insbesondere dann eintreten, wenn einer der folgenden Punkte zutrifft:

– das Medium und das flüssige Vehikel weisen eine stark unterschiedliche Polarität auf;
– die Mediumteilchen sind groß;
– das flüssige Vehikel besitzt eine niedrige Viskosität.

Ein Beispiel dafür ist eine Aufschlämmung aus Silicamaterial in Normalphase in einem organischen Lösungsmittel, insbesondere einem nicht-polaren organischen Lösungsmittel. Die Erfinder haben herausgefunden, dass ihre Verfahren ein effektives Packen von Medium-Nehikel-Kombinationen ermöglichen, die sich, wenn sie als Aufschlämmung gepumpt werden, trennen würden. Aufgrund der allgemeinen Notwendigkeit, zwischen einer breiten Auswahl an Lösungsmitteln zur Verwendung als Elutionsmittel in der Chromatographie auswählen zu können, ist dies eine wertvolle Eigenschaft. Es wird besonders bevorzugt, die Füllung mit demselben Lösungsmittel aufzuschlämmen.
Das Verfahren ist jedoch für eine große Bandbreite an Medien nützlich. Es kann z. B. verhindern, dass weiche oder spröde Medien einem mechanischen Pumpen unterzogen werden müssen. Mögliche Medien umfassen feste, halbfeste oder weichere Medien wie Medien aus sämtlichen Silicamaterialien, Polystyrendivinylbenzol, Polymethacrylaten, Agarose, Dextran oder Zellulosederivaten.
Die Erfinder leiten die Teilchenmediumströmung an einem Bereich der Zufuhrleitung mit geringerem Druck und mittels eines darin angeordneten Ejektors (Strahlpumpe) in die Druckbewegungsströmung ein. Der Ejektor besteht in einer weithin bekannten Fluid-Pumpanordnung, bei der die Strömung eines Bewegungsfluids unter einem höheren Druck dazu eingesetzt wird, ein anderes Fluid mit einem geringeren Drucküblicherweise als Ansaugströmung bezeichnet – unter einem resultierenden dazwischenliegenden Auslaufdruck zu pumpen. Ein Ejektor besitzt typischerweise eine relativ beschränkte Düse, bei der eine schnelle Strömung des Bewegungsfluids in einen Bereich mit größerem Querschnitt eintritt, wo sie die Ansaugsströmung beschleunigen kann. Darauf folgt normalerweise eine schrittweise Zunahme der Querschnittsfläche (ein Diffusor), um den Druck der vereinten Strömungen durch eine Verringerung der kinetischen Energie wiederherzustellen. Die Flüssigkeitsmechanik und praktische Umsetzung einer Ejektorfunktion sind weithin bekannt und müssen nicht im Detail erörtert werden.
Indem dadurch ein Niedrigdruckbereich in der Bewegungszufuhrleitung ausgenutzt wird, kann eine Zufuhr an Teilchenmedium von einer Mediumquelle mitgerissen werden, die eine passive oder nicht gepumpte Zufuhr aufweist, z. B. durch Schwerkraft. Diese kann gegen eine negative Gefällehöhe angesaugt werden.
Vorzugsweise wird das während dem Packen aus der Säule austretende flüssige Vehikel zur Wiederverwendung im Packverfahren zurückgeführt. Dieses Verfahren eignet sich dazu, das Medium in einer hohen Aufschlämmungsverdünnung zuzuführen, und durch die Wiederverwendung wird das Gesamtvolumen an notwendigem flüssigen Vehikel verringert.
Eine kontinuierliche Förderpumpe wie eine Zentrifugalpumpe wird vorzugsweise als Bewegungsvorrichtung verwendet, da sie einen konstanten Ansaugdruck auf das Füllmedium bereitstellen kann. Auch pulsierende Pumpen wie Membranpumpen können eingesetzt werden, sind jedoch weniger bevorzugt.
Aspekte der Erfindung schließen Verfahren, wie sie oben beschrieben wurden, und auch Vorrichtungen zum Umsetzen solcher Verfahren ein. Eine derartige Vorrichtung kann z. B. eine Zufuhrleitung umfassen, die an einem Ende stromauf mit einer Pumpe oder einem Fluidströmungsbewegungsmittel verbunden ist, und an einem Ende stromab ein Verbindungselement besitzen, das eine Verbindung zu einer Aufschlämmungsspritzdüse oder einer anderen Aufschlämmungsöffnung herstellt, die in der Wand der Chromatographiesäule vorgesehen ist. Eine Mediumleitung trifft an einer dazwischenliegenden Mündung auf die Zufuhrleitung, um das Teilchenmedium – vorzugsweise als Aufschlämmung des Mediums in flüssigem Vehikel – einzuleiten und es von der Druckströmung des flüssigen Vehikels mitreissen zu lassen, die entlang der Zufuhrleitung des Bewegungsmittels strömt. Die Mündung umfasst einen Ejektor, um eine, wie oben beschriebene, Niedrigdruckzone auszubilden, und das Einleiten der Strömung des Mediums in die Druckströmung zu unterstützen.
Die Vorrichtung kann weiters ein oder beide Behältnisse zur Zufuhr von flüssigem Vehikel, die mit dem Bewegungsmittel verbunden ist, und ein Behältnis einschließen, das an die Mediumzufuhrleitung angeschlossen ist, und zwar vorzugsweise direkt, ohne jegliche mechanische Bewegungsmittel. Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, die das flüssige Vehikel zurück in das Behältnis zur Zufuhr von Medium führen. Normalerweise sind auch Mittel zum Rühren des Behältnisinhalts bereitgestellt, wodurch die Aufschlämmung aufrechterhalten wird. Dies kann durch hydraulisches Mischen, z. B. Einführen einer wiederverwendeten Flüssigkeitsströmung in den Boden des Behältnisses, um eine Durchwirbelung auszulösen, und/oder durch einen mechanischen Agitator erfolgen, der den Behältnisinhalt rührt oder bewegt, um die darin enthaltene Aufschlämmung aufrechterhalten. Die Vorrichtung kann eine Wiederverwendungsleitung umfassen, um das flüssige Vehikel in ein oder beide Behältnisse zur Zufuhr von flüssigem Vehikel und in das Behältnis zur Zufuhr von Medium zurückzuführen, nachdem es während des Packens die Säule durchlaufen hat. Dadurch kann das benötigte Flüssigkeitsvolumen verringert werden. Es ermöglicht zudem die Verwendung kleinerer Zufuhrbehältnisse, da das Auschlämmen fortgesetzt wird, und das Medium in geeigneten Schritten zugegeben werden kann. Es können auch eine oder mehrere Chromatographiesäulen in der Vorrichtung enthalten sein, die jeweils eine Spritzdüse oder ein andere Packöffnung sowie einen Auslass für flüssiges Vehikel, das von der Packöffnung durch die Säule geströmt ist, beinhalten. Elemente der Vorrichtung können auf einen gemeinsamen Rahmen montiert werden, der vorzugsweise mobil ist, wie z. B. ein Wagen oder ein Gleitschuh, um zur zu packenden Säule hin sowie von dieser weg bewegt werden zu können.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand von Beispielen und mit Verweis auf die begleitenden Abbildungen beschrieben, worin
1 einen schematischen, axialen Querschnitt einer in den Versuchen verwendeten Packdüse darstellt;
2 schematisch ein einfaches Packsystem veranschaulicht, wie es für die Vergleichsversuche verwendet wurde;
3 eine Diagrammdarstellung eines Kleinversuchssystems ist, das eine Ejektorpumpe zum Bewegen der Aufschlämmung verwendet;
4 eine Diagrammdarstellung eines Großpacksystems ist;
5 eine axiale Querschnittsansicht einer Ejektorpumpe darstellt, die im System aus 4 verwendet werden kann; und
6 einen Graphen zeigt, der die Druckschwankungen am Ejektorauslass und der Säule während dem Packen darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VERSUCHE UND AUSFÜHRUNGSFOR-MEN
Es wird zuerst auf die 1 und 2 verwiesen. 2 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Versuchspacksystems mit einer Chromatographiesäule 2 einer allgemein bekannten Art auf der rechten Seite der Figur, die ein aufrechtes zylindrisches Gehäuse, Deck- und Bodenendzellen 3 und 3' sowie durch die Endzellen geführte Pack-/Strömungsdüsen 1 und 1' umfasst. Behältnisse zum Zuführen und Aufnehmen von Flüssigkeitsströmungen zu und von der Säule 2 werden der Reihe nach beschrieben. Eine Packstation 10 umfasst eine Pumpe 11, die über Steuerventile 15 selektiv mit den Reservoirs 12 und 13 für Mediumaufschlämmung bzw. flüssiges Vehikel (Lösungsmittel) verbunden werden kann. Die allgemeinen Prinzipien für die Konstruktion einer Packstation mit Pumpe(n), Rohrleitungen, Ventilen, Dichtungen usw. aus Materialien, die für das Trennsystem geeignet sind, sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt.
In diesem speziellen Projekt soll Dichlormethan (CH₂Cl₂) als flüssiges Vehikel für das Packen der Säule und anschließend als Elutionsmittel (mobile Phase) für die Chromatographie in Verbindung mit einem Silicamaterialmedium in normaler Phase verwendet werden. Als Versuchsmedium wurde "Matrex" (Marke) von Amicon mit einer Teilchengröße von 70 bis 200 μm – einer relativ großen Teilchengrößeeingesetzt.
Der erste Teil des Versuchs bestand darin, das Silicamaterialmedium als eine Aufschlämmung im CH₂Cl₂ durch die Düse 1 in die Säule zu packen. Diese Technik ist an sich bekannt.
1 zeigt die bevorzugte, verwendete Düse nach WO-A-96/10451 auf die hier verwiesen wird. Die genauen Einzelheiten der Düse sind für die vorliegende Erläuterung nicht von Bedeutung. Sie besitzt ein Modul 116, das durch die Endzelle der Säule angebracht ist und weist eine zentrale Armatur 117 auf, die in Bezug auf eine umgebende Düsenabdichtungsstruktur 118 zwischen einer Packposition und einer Entpackposition bewegt werden kann. In der dargestellten Position ragt die Spitze der Armaturdüse 117 deutlich über die umgebende Abdichtungsstruktur 118 hinaus. Die Armatur 117 ist eine hohle Röhre, und die Aufschlämmung kann entlang ihrer Zentralleitung 172 gepumpt werden, um über die Spritzdüsenöffnungen, die um deren Spitze angeordnet sind, auszutreten. Die Düse kann in eine geschlossene Position bewegt werden – in dieser Ausführungsform durch Einfahren der Armatur 117 -, so dass die Dichtungen 181, die sich um die Öffnung der Abdichtungsstruktur 118 herum befinden, die Spritzdüse gegenüber dem Säuleninneren verschließen.
In der dargestellten Position kann Fluid durch den ringförmigen Abstand zwischen der zentralen Armatur 117 und der umgebenden Dichtungshülse 118 aus dem Säulenraum austreten. Dies ist zudem für das Entpacken nützlich, wenn nicht die Aufschlämmung, sondern Lösungsmittel allein durch die Düse eingespritzt wird, um ein vorhandenes Bett zu dispergieren. In derselben Position kann auch das Packen vorgenommen werden, indem Aufschlämmung hineingepumpt wird, die spezielle dargestellte Düsenversion ermöglicht jedoch eine Zwischenposition (nicht dargestellt), bei der die Dichtungen 181 in die untere Öffnung der Armaturspritze eingreifen, so dass die Spritzdüsen geöffnet bleiben, ein Austreten von Flüssigkeit um die Armatur herum hin zur Aufschlämmungsauslassöffnung aber verhindert wird. Weitere Details über Packdüsenkonstruktionen und ihre Verwendung können in der GB-A-2258415 und der WO-A-96/10451 eingesehen werden. Die Vorteile, die in der Verwendung von Düsen im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren liegen, sind nun dargelegt worden.
Versuch 1
Als erster Schritt wurden die Säule und die Rohrleitungen gefüllt (Strömungen mit „A" bezeichnet), indem CH₂Cl₂ aus einem ersten CH₂Cl₂-Tank 13 in die Pumpstation sowie von einem erhöhten CH₂Cl₂-Tank 14 durch Schwerkraftzuführung durch die Säule nach oben gepumpt wurde. Der Abfluss erfolgte über die Mobile-Phasen-Öffnung der Düsenspitze 1.
34 kg Matrex Silicamaterial wurde mit 100 l CH₂Cl₂ im Aufschlämmungsspeicher 12 aufgeschlämmt, der mit der Packpumpstation 11 verbunden ist.
Das System wies folgende Parameter auf: CH₂Cl₂ ist ein dichtes Lösungsmittel mit niedriger Viskosität (0,4 cP). Zum Instandhalten der Aufschlämmung wurde im Aufschlämmungsbehältnis ein Rührer verwendet. Die Dimensionen der Säule waren 280 (Durchmesser) auf 1000 mm (Länge).
Durch das Aktivieren der Pumpe mit der Düse 1 in der Packposition (Strömungen „B") könnte die Säule nicht gepackt werden. Die niedrige Viskosität des CH₂Cl₂ zusammen mit seiner schlechten Kompatibilität mit dem (eher polaren) Silicamaterial führte unter dem durch die Pumpe erzeugten Sog zu einer Trennung der Flüssigkeit vom aufgeschlämmten Feststoff. Die festen Teilchen blockierten die Leitungen und Ventile.
Versuch 2
Hierbei wurde dieselbe Säule wie in Versuch 1 verwendet, jedoch Propan-2-ol als flüssiges Vehikel, ein Lösungsmittel mit stärkerer Polarität, das Silicamaterial normalerweise suspendiert, und mit 1,9 cP eine höhere Viskosität als CH₂Cl₂ aufweist. Die Aufschlämmung wurde auf dieselbe Art hergestellt.
Wiederum entzog die Pumpe dem Teilchenfeststoff das Lösungsmittel, und das System blockierte, wenn auch nicht so stark wie in Versuch 1.
Silicameterial mit großen Teilchen lässt sich unter Pumpbedingungen relativ schwer in Suspension halten, was den Versuch zu einer Herausforderung für das Propan-2-ol machte, das normalerweise Silicamaterial in normal Phase tragen könnte.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Laborversuch
Die Erfinder bauten ein Kleinversuchssystem auf, um die Aufschlämmung mittels eines Ejektors einzupumpen, so dass die Aufschlämmung keinem mechanischem Pumpvorgang unterzogen werden würde (siehe 3). Die Packstation 10 entsprach im Wesentlichen der Packstation der vorherigen Versuche, wobei jedoch keine Säule, sondern lediglich eine alteinstehende Packdüse 1 vewendet wurde. Nur das CH₂Cl₂-Behältnis war mit der Pumpe 11 (eine luftbetriebene Doppelmembranpumpe, wie oben) verbunden. Die Leitung 17, die vom Aufschlämmungsbehältnis 12 wegging und dasselbe in CH₂Cl₂ aufgeschlämmte Matrex Silicamaterial enthielt, mündete bei einem Ejektor 30 stromab der Pumpe 11 in das Füllsystem. Die Pumpe 11 stellte die Bewegungsströmung für den Ejektor bereit, und die Aufschlämmungsleitung 17 war als Saugströmung angeschlossen.
Das Aufschlämmungsbehältnis 12 wurde über dem System angeordnet, so dass die Aufschlämmungsströmung in den Ejektor durch die Schwerkraft unterstützt werden würde, und das Aufschlämmungsbehältnis wurde wie oben gerührt.
Als Ejektor wurde ein herkömmliches, im Handel erhältliches Produkt aus Polypropylen der Firma Kartell verwendet.
Ein Probevolumen der Aufschlämmung (500 g trockenes Silicamaterial in 3 l CH₂Cl₂) wurde in das Aufschlämmungsbehältnis 12, und als Bewegungsfluid 16 l CH₂Cl₂ in das andere, mit der Pumpe 11 verbundene Behältnis 13 gegeben. Die Aufschlämmung wurde konstant gerührt, und die Pumpe dann in Betrieb genommen. Die gesamte Aufschlämmungsflüssigkeit wurde erfolgreich angesaugt bis hin zu einem Sammelbehältnis. Folgende Strömungen waren gegeben:

Saugströmung(Aufschlämmung) 1,7 l/min

Gesamtströmung (nach Ejektor; stärker verdünnte Aufschlämmung) 10 l/min
Das Volumenverhältnis von Saugströmung zu Bewegungsströmung mittels Ejektor betrug daher etwa 1 : 5. Die vom Ejektor erzeugte Aufschlämmungsströmung war über den Zeitraum relativ konstant, und das Problem eines Blockierens des Systems während dem Pumpvorgang war nicht gegeben.
Großversuch
Die verwendete Vorrichtung ist in den 4 und 5 ersichtlich. Die Bedingungen stellten eine größere Herausforderung dar, als bei obigen fehlgeschlagenen Vergleichsversuchen, da dasselbe Silicamaterila (60A Matrex) mit demselben flüssigen CH₂Cl₂-Vehikel verwendet wurde, jedoch größere Säulen benutzt wurden: Edelstahlsäulen mit einer Dimension von 600 mal 1000 mm.
4 zeigt ein Diagramm der bevorzugten Packanordnung. Untenstehend werden lediglich die charakteristischen Merkmale erläutert. Fachleuten sind die weiteren herkömmlichen Merkmale des Diagramms klar.
Das System schloss insbesondere ein Aufschlämmungsbehältnis 12 und ein Flüssigkeitszufuhrbehältnis 13 wie oben ein, wobei ersteres 175 kg in 600 l CH₂Cl₂ aufgeschlämmtes Silicamaterial und letzteres 600 l CH₂Cl₂ enthielt.
Die in dieser Ausführungsform verwendete Packpumpe 111, die in dem stromauf vom Ejektor 30 liegenden Bereich der Druckflüssigkeitszufuhrleitung 16 angebracht war, war eine Zentrifugalpumpe. Eine derartige Pumpe besitzt den Vorteil, im Gegensatz zur pulsierenden Strömung einer Membranpumpe einen konstanten Austrittsdruck zu erzeugen.
Angesichts der Verwendung einer großen Menge an CH₂Cl₂ wurde eine Rückführleitung 19 für das flüssige Vehikel, die von der Bodendüse 1' der Säulen zurück zum CH₂Cl₂-Zufuhrbehältnis 13 reichte, bereitgestellt.
Das Packen wurde dann gemäß dem folgenden Protokoll durchgeführt.
Während des fortschreitenden Packens beobachteten die Erfinder das allgemeine Verhalten des Systems und insbesondere die im Laufe der Zeit auftretenden die Schwankungen bei Ejektor- und Säulendruck. Diese Daten sind unten angeführt und in 6 graphisch dargestellt.
Die Erfinder haben festgestellt, dass ein rascher Anstieg des Säulendrucks auf 5 Bar, was im Wesentlichen dem Ejektordruck entspricht, bedeutete, dass die Säule vollständig gepackt war. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Pumpe ausgeschaltet und die Packdüse eingezogen. Die Säule wurde dann einem Testchromatographieverfahren unterzogen, und das gepackte Bett funktionierte zufriedenstellend.
Im weiteren Packvorgang wurde überschüssiges CH₂Cl₂, das den Boden der Säule über die Filterlage (Sinter) der unteren Endzelle 3' und die zugehörige MP-Öffnung verließ, entlang einer Rückführleitung 19 zum CH₂Cl₂-Zufuhrbehältnis 13 zurückgeführt.
5 zeigt eine axiale Querschnittsansicht des im Großversuch vewendeten Ejektors. Der Ejektor ist aus Edelstahl hergestellt, und ein äußeres, röhrenförmiges T-Modul 301, das an einem Ende mit der Druckfluidleitung 16 und am gegenüberliegenden, fluchtenden Ende mit der stromab gelegenen Zufuhrleitung 18 verbunden ist, die zur Säule und an der querlaufenden T-Leitung zur Saugleitung 17 führt, die wiederum zum Aufschlämmungstank führt. Die Verbindungen erfolgen über herkömmliche Verbindungsstücke 160, 170 und 180. Die Bewegungsströmung geht von der Druckleitung 16 auf eine verengte Hochgeschwindigkeitsdüse 303 über, die sich in einen an die Mündung mit der Saugleitung 17 angrenzenden Bereich mit größerer Querschnittfläche öffnet. Ein kurzes Stück stromab von der Düse 303 tritt die Strömung wieder in einen fluchtenden Bereich mit kleinerem Querschnitt ein, der Teil eines divergenten Diffusorelements 305 ist, das den Strömungsquerschnitt schrittweise wieder auf den ursprünglichen Wert zurückführt.
Der Flüssigkeitsmechanikmechanismus, durch den aufgrund des Übergangs einer Hochgeschwindigkeitsströmung von der Düse 303 in einen Bereich größeren Querschnitts die Strömung von der Strömungsleitung 17 mit Saugwirkung mitgerissen wird, ist weithin bekannt und muss hierin nicht weiter erörtert werden. Es sind keine besonderen Überlegungen involviert. Die Funktion des Diffusorbereichs 305 ist es, die Strömung mit minimalem Strömungsenergieverlust wieder auf die in der Hauptzufuhrleitung 16 herrschenden geringeren Geschwindigkeits- und höheren Druckverhältnisse zurückzuführen.
Folgende Packparameter waren gegeben:

Packströmungsgeschwindigkeit 640 cm (linear)/h (entspricht 30 l/min)

Druck im System bei 30 l/min 0,5 Bar

Zeit zum Packen der Säule nicht mehr als 1 h.
Es ist zu beachten, das die Packströmungsgeschwindigkeit deutlich höher ist, als die in der Chromatographie verwendete Verfahrensströmungsgeschwindigkeit (im Versuch der Erfinder 113 cm (linear)/h) -, so dass das Kompressionsausmaß des Bettes ausreicht, um ein Verlagern während der anschließend erfolgenden Chromatographie zu verhindern.
Somit ermöglicht es dieses Verfahren in erster Linie, dass eine Säule mittels einer Kombination aus Medium und flüssigem Vehikel gepackt werden kann, die unter Verwendung normaler Pumpverfahren nicht gepackt werden könnte. Zweitens werden die Teilchen durch den Packvorgang weniger beschädigt, da das Medium keinem mechanischen Pumpen unterzogen wird. Dies resultiert in einem geringeren Anteil an Silicamaterial-Feingut im gepackten Bett und somit in einer besseren Strömung in der anschließenden Chromatographie.

Claims

Verfahren zum Packen von Teilchenchromatographiemedium in eine Chromatographiesäule durch eine Packöffnung (1) in der Säulenwand, umfassend das Einrichten einer Druckbewegungsströmung von flüssigem Vehikel entlang einer Zufuhrleitung (16, 18), die zur Packöffnung (1) führt, und das Einleiten des Teilchenmediums entlang einer Mediumzufuhrleitung (17), die an einer Strömungsmündung (30) in die Zufuhrleitung (16, 18) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilchenmedium an einem Ejektor (30) in der Zufuhrleitung an der Strömungsmündung, der eine Zone mit Fluidströmung unter vermindertem Druck bereitstellt, in der Druckbewegungsströmung von flüssigem Vehikel mitgerissen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Teilchenmedium als Dispersion in einem flüssigen Vehikel, vorzugsweise dem gleichen wie es für die Bewegungsströmung verwendet wird, die Mediumzufuhrleitung (17) entlang strömt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Teilchenmediumströmung nicht direkt der Wirkung einer mechanischen Pumpe ausgesetzt ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das während des Packens wieder aus der Säule austretende flüssige Vehikel zur Wiederverwendung im Verfahren zu einer Zufuhr für flüssiges Vehikel zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Bewegungsströmung von einer Pumpe mit einer konstanten Fördermenge aufrecht erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Pumpe eine Zentrifugalpumpe ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das flüssige Vehikel ein nicht polares organisches Lösungsmittel ist und das Teilchenmedium ein Silicamaterialmedium in normaler Phase ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Packöffnung (1) eine Spritzdüse umfasst.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend: eine Pumpe (111); einen Behältnisanschluss (16) zur Zufuhr von flüssigem Vehikel stromauf von der Pumpe (111); eine Zufuhrleitung (18), die von der Pumpe (111) stromab zu einem Aufschlämmungsöffnungsanschluss zur Kommunikation durch die Wand einer Chromatographiesäule in Verwendung führt, sowie eine Mediumzufuhrleitung (17) mit einem stromauf befindlichen Anschluss für ein Mediumzufuhrbehältnis, die stromab über einen Ejektor (30) in der Zufuhrleitung in die Zufuhrleitung (18) führt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Pumpe (111) eine Zentrifugalpumpe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, die einen mobilen Wagen umfasst, auf dem die Pumpe, die Anschlüsse, die Leitungen und der Ejektor montiert sind.