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Die vorliegende Erfindung betrifft
das Gebiet der Chromatographie und insbesondere das der Chromatographie
im simulierten beweglichen Bett zur Reinigung eines gegebenen Produktes
oder zur Abtrennung eines in einem Gemisch enthaltenen Produktes.
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Der Stand der Technik wird erläutert durch die
Patentschrift EP-A-581 153, die ein Filter beschreibt, das metallische
flexible Zungen umfasst, welche Schlitze für den Durchgang von Flüssigkeiten,
die leicht gereinigt werden können,
bestimmen.
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In den Verfahren der Chromatagraphie
verwendet man ein Molekularsieb, auf dem die Verbindungen des Gemisches
adsorbiert, dann mit Hilfe eines Lösungsmittels eluiert werden.
Insbesondere assoziiert man im Fall der Chromatographie im simulierten
beweglichen Bett, oft im simulierten Gegenstrom, meist große Kolonnendurchmesser
und zahlreiche Trennstufen mit periodischer Injektion oder periodischer
Extraktion von Produkten zwischen zwei Stufen. Die Patentschrift
US-A-3214247 beschreibt beispielsweise eine chromatographische Kolonne,
die eine Vielzahl von Stufen umfasst, in der das Hauptfluid insgesamt
hinter einem Sammelgitter gesammelt wird, das am Austritt eines
ersten Bettes positioniert ist und hinter einem Gitter wieder verteilt
wird, das sich benachbart eines zweiten Bettes befindet. Das Sekundärfluid wird
durch Löcher
eingeführt,
die in der zentralen Zone der Sammelzone positioniert sind, aus
dem das Gemisch direkt mit dem Hauptstrom austritt. Dieses System
bietet den Vorteil, dass man geringe Totvolumina hat und dass ein
relativ gemäßigter Druckverlust
aufgrund des Sammelns in Querrichtung eingeführt wird. Jedoch wird die Mischfunktion
nicht insgesamt beherrscht und insbesondere kann dies zu Phänomenen
des Rückmischens
in dem gesamten konischen Sammlungs- und/oder Wiederverteilungsquerschnitt
führen.
Weiterhin ist sicher, dass, wird das Sekundärfluid gestoppt, das Hauptfluid über die
Löcher
in das verwendete Mittel eintreten kann, um das Sekundärfluid ein-
oder abzuführen,
was eine Fraktion dieses Sekundärfluids
bei seinem Wiedereinführen
oder dem Wiederabzug in einer späteren
Phase verunreinigen kann.
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Die Patentschrift US-A-2985589 beschreibt ein
kontinuierliches Chromatographieadsorptionsvertahren, das mit festen
Adsorberbetten und sog. beweglichen Ein- und Austritten für die verschiedenen
durch die Charge gebildeten Phasen, das Lösungsmittel oder das Verdrängungsmittel,
das Raffinat oder der Extrakt, arbeitet. Die Regelventile oder -schieber
ermöglichen
so das Einführen
des Lösungsmittels
oder der Charge nacheinander und periodisch in jedes der Adsorptionsbetten
und die Extraktion eines Extrakts und eines Raffinats aus jedem dieser
Betten. Diese aufeinanderfolgenden Phasen des Einführens und
der Extraktion aus den unterschiedlichen Betten, jedoch unter Verwendung
der gleichen Leitung, führen
zu einer Verunreinigung des extrahierten oder in ein Bett eingeführten Produktes durch
das in dieses Bett extrahierte oder eingeführte Produkt im gleichen Bett
bei der vorhergehenden Phase. Im Übrigen kann bei dieser Ausführungsform das
Hauptfluid in jedem Moment in der Leitung das Produkt verunreinigen,
das man extrahiert oder das man während der Phase einführt, während der
diese Einführung
oder diese Extraktion unterbrochen wird. So ermöglicht es dieses System im
Allgemeinen nicht, eine ausreichende Reinheit für das nachgesuchte Produkt
zu erhalten.
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Meist wird, wie dies beispielsweise
in der europäischen
Patentanmeldung EP-A-722355
der Anmelderin beschrieben ist, jedes Adsorberbett vom folgenden
durch ein System getrennt, das als Verteilermischerextraktor bezeichnet
wird und welches ein Mittel zum Einführen eines Sekundärtluids
in das Hauptfluid umfasst. Dieses System, wie es in dieser Anmeldung
beschrieben ist, umfasst eine Leitung zum Einführen des Sekundärtluids
in eine Injektionskammer, dann in eine Mischkammer, in welche ebenfalls
das Hauptfluid eintritt und hinter dieser Mischkammer in Zirkulationsrichtung
des Hauptfluids ein Mittel zum Wiederverteilen des gebildeten Gemisches.
Bei dieser Verwirklichungsform widersetzt sich, wenn das Einführen des
Sekundärfluids
unterbrochen ist, allein der Druck aufgrund der Höhe der Sekundärfluidkolonne
dem Rückfluss
des Hauptfluids in der Einführungsleitung
für das
Sekundärfluid. So
verbleibt das Sekundärfluid
in Kontakt mit dem Hauptfluid und der Druck dieses Sekun därfluids
ist nicht ausreichend, um sich wirksam der Verunreinigung dieses
Sekundärfluids
durch das Hauptfluid zu widersetzen.
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Durch die Erfindung werden die vorgenannten
Nachteile behoben. Sie ist darauf gerichtet, die Gefahren der Verunreinigung
der eingeführten
oder extrahierten Produkte zu vermeiden oder mehr oder weniger stark
zu begrenzen, insbesondere die Verunreinigung des durch das Hauptfluid
während
der Phase, in der man nichts in die Injektionskammer einführt oder
auch nichts aus der Extraktionskammer abzieht. Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung, die die periodische Injektion eines Fluids F2
in eine Zone Z1 ermöglicht,
in welcher ein Fluid F1 zirkuliert oder die periodische Extraktion
des Fluids F1 aus dieser Zone Z1 ermöglicht.
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In ihrer breitesten Form betrifft
die Erfindung eine Injektions- oder Extraktionsvorrichtung, die über wenigstens
eine Injektions- oder Extraktionsschiene verfügt, die fest bezüglich einer
Kammer zur Injektion eines Fluids F2 in eine Zone Z1 oder der Extraktion eines
Fluids F1 aus der Zone Z1, in der dieses Fluid zirkuliert, ist,
wobei diese Schiene wenigstens eine Öffnung und bevorzugt eine Vielzahl
von Öffnungen umfasst,
welche den Durchgang dieses Fluids F2 in die Zone Z1 oder die Extraktion
dieses Fluids F1 aus dieser Zone Z1 ermöglicht. Die Erfindung zeichnet sich
dadurch, aus, dass sie vor jeder Öffnung wenigstens ein Mittel
zum wenigstens teilweisen Verschließens dieser Öffnung umfasst,
wobei dieses Mittel in Strömungsrichtung
hinter oder vor dieser Schiene in Zirkulationsrichtung dieses Fluids
F2 angeordnet ist und den Durchgang des Fluids F2 in diese Zone
Z1 oder die Extraktion des Fluids F1 aus dieser Zone Z1 in die Extraktionskammer
ermöglicht.
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Einer der Vorteile dieser Vorrichtung
besteht darin, dass sie wenigstens teilweise das Vermischen dieser
beiden Fluide vermeidet, wenn die Injektion des Fluids F2 gestoppt
oder die Extraktion des Fluids F1 gestoppt wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfasst dieses Mittel zum wenigstens teilweisen Verschließen jeder Öffnung eine
Blattfeder, die fest an der Injektionsschiene ist oder an dieser
befestigt ist und über
einen Ausschnitt oder eine Stanzung (decoupe) verfügt, deren
vor jeder Öffnung dieser
Injektions- oder Extraktionsschiene befindliche Teil sich durch
Wirkung des durch das Fluid F2 ausgeübten Druckes öffnet oder
halb öffnet,
derart, dass dieses Fluid F2 in die Zone Z1 oder das Fluid F1 aus
der Zone Z1 in die Extraktionskammer strömen gelassen wird. Der Ausschnitt
oder die Stanzung dieser Blattfeder kommt sehr oft zurück in Anlage
gegen die Schiene, wenn die Strömung
des Fluids F2 aufhört
oder wenn die Extraktion des Fluids F1 aufhört.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist
es möglich, über ein
aus zwei Blattfedern geformtes Verschlussmittel zu verfügen, die
beim Schließen der Öffnung zusammen
wirken. In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, bei der die Schiene eine Vielzahl von Öffnungen
umfasst, verwendet man eine einzige Blattfeder, die an der Schiene
fest ist und eine Anzahl von Ausschnitten oder Stanzungen gleich
der Anzahl der Öffnungen
der Schiene umfasst. Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist anwendbar
auf eine Vorrichtung, die im Ruhezustand den Kreis schließt und in
der Lage ist, unter der Wirkung eines vorher bekannten gewissen
Druckes ihre Wirkung aufzuheben.
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Obwohl man verschiedene Materialien
verwenden kann, die insbesondere gewählte Charakteristiken der Elastizität in Funktion
der Arbeitsbedingungen aufweisen, verwendet man doch meist eine Blattfeder
aus elastischem Metall. Die Blattfeder oder das Blatt besteht beispielsweise
aus Kohlenstoffstahl, aus rostfreiem Stahl oder jedem anderen Metall,
das unter den Arbeitsbedingungen über die gewünschte Elastizität zur Erfüllung ihrer
Funktion verfügt.
Die Wahl des adäquaten
Materials durch den Fachmann muss Arbeitsbedingungen, insbesondere die
Anzahl der Injektionsoder Extraktionszyklen berücksichtigen, die man sichergestellt
haben will, außerdem
den Arbeitsdruck, die Temperatur und die Zusammensetzung der verschiedenen
Fluide, mit denen die Blattfeder in Kontakt tritt, insbesondere
die Risiken der Korrosion des Metalls durch die verwendeten Fluide.
Diese Wahl ist eine relativ einfache Wahl für den Fachmann und wird weitestgehend durch
Basisarbeiten oder durch die Beschreibung physikalischer Charakteristiken
und mechanischer Eigenschaften geleitet, die vom Verkäufer der
metallischen Blattfedern garantiert werden. Die Dicke der Blattfeder
liegt üblicherweise
bei etwa 0,01 Millimeter (mm) bis etwa 1,5 mm, oft bei 0,02 mm bis
1 mm und ganz besonders oft bei etwa 0,05 mm bis etwa 0,6 mm. Man
verlässt
nicht den Rahmen der Erfindung, wenn man ein Mittel verwendet, welches
es ermöglicht,
eine Kraft oder einen Minimaldruck zum Erreichen ihrer Öffnung auf zuwenden.
Ein solches Mittel kann beispielsweise eine besondere Form der Blattfeder,
ein Formen der Blätter
oder eine elastische Zusatzeinrichtung sein, die es ermöglicht,
eine Vorspannung auszuüben,
die das Öffnen
erst unter einer minimalen bekannten Kraft ermöglicht.
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Die Blattfeder kann fest mit der
Schiene durch irgend ein dem Fachmann bekanntes Mittel sein. Sie
kann geklebt, geschraubt, gequetscht, geklemmt oder geschweißt sein.
Meist wird sie geschraubt oder geschweißt. Die Ausschnitte oder Stanzungen,
die die Blattfeder aufweist, werden im Allgemeinen vor der Befestigung
mit der Schiene hergestellt. Sie haben üblicherweise eine Form, die
an die Funktion angepasst ist, die sie in Verbindung mit der Form
der Öffnungen
erfüllen
sollen.
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Es ist auch möglich, unterschiedliche Formen
von Ausschnitten oder Stanzungen für ein und die gleiche Öffnungsform
zu haben. Meist haben sämtliche
Ausschnitte oder Stanzungen ein und der gleichen Blattfeder die
gleiche Form wie sämtliche Öffnungen
ein und der gleichen Schiene. Man verlässt jedoch den Rahmen der Erfindung
nicht, wenn man eine Schiene mit unterschiedlichen Formen der Öffnungen
und/oder eine Blattfeder verwendet, die über Ausschnitte oder Stanzungen
unterschiedlicher Form verfügt.
Die Richtung von Stanzung oder Ausschnitt wird üblicherweise als Funktion der
Strömungsrichtung
des Fluids F1 gewählt.
Diese Wahl rührt
aus der Funktion her, die diese Stanzung oder dieser Ausschnitt
ausüben
soll, die sich dem Durchgang des Fluids F1 in die Injektionskammer
oder der Extraktion des Fluids widersetzen soll, wenn die Injektion
oder die Extraktion dieses Fluids unterbrochen ist. Obwohl dies
nicht absolut notwendig ist, wird der Ausschnitt sehr oft in der
gleichen Richtung wie der gemacht, in der das Fluid F1 zirkuliert.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
können
die Fluide F1 und F2 im Kreuzstrom, im Gleichstrom oder im Gegenstrom
zirkulieren.
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Ein besseres Verständnis der
Erfindung ergibt sich mit Bezug auf die folgenden Figuren, in denen:
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1 schematisch
eine auseinander gezogene Darstellung der Vorrichtung nach der Erfindung und
die 1a und 1b eine Variante zeigen,
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die 2a, 2b, 2c und 2d zeigen
die Form, die ein Ausschnitt oder eine einfache Stanzung annehmen
kann und die 2e und 2f zeigen die Form, die eine
Stanzung oder ein Ausschnitt mit Doppelblattfeder mit symmetrischer Öffnung haben
kann und
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3 zeigt
schematisch eine Chromatographiekolonne, die die Vorrichtung nach
der Erfindung umfasst.
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Gemäß 1 umfasst die Injektions- oder Extraktionskammer
für das
Fluid F2 eine Schiene 2, die eine Vielzahl von im Wesentlichen
kreisförmigen Öffnungen 3 umfasst,
die Blattfeder 4 umfasst eine Vielzahl von Ausschnitten
oder Stanzungen 5, die so dimensioniert und positioniert
sind, dass das Ende jedes Ausschnittes vollständig eine Öffnung überdeckt und auf die Schiene
gedrückt
wird, wenn die Zirkulation des Fluids F2 beispielsweise unterbrochen
ist. Diese Schematisierung soll nicht als eine Begrenzung der vorliegenden
Erfindung angesehen werden. In 1a ist
eine andere Ausführungsform
der Erfindung schematisiert und diese Form ist ein Schnitt längs der
Achse BB in 1b. Die
Ziffern und Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Elemente in sämtlichen
Figuren. In den 1a und 1b umfasst die Schiene 2 eine Öffnung 3,
die eine Kammer 6 ausreichender Abmessung bildet, damit
der Ausschnitt 5 in der Blattfeder 4 sich ebenfalls
gegen das Innere dieser Kammer öffnen
kann.
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3 zeigt
schematisch die Verwendung der vorliegenden Erfindung in einer Chromatographiesäule 20,
die eine Vielzahl von Adsorptionsstufen 10 auf einem Feststoff
(beispielsweise Molekularsieb) umfasst, die durch Verteilerböden 21 getrennt sind.
In dieser Figur ist ein einziger Fluidverteilerboden schematisiert,
der zwei Vorrichtungen nach der Erfindung umfasst, wobei die eine
die Injektion eines Fluids F2 von außen in die Kolonne, die andere
die Extraktion eines Fluids F1 aus der Kolonne nach außen ermöglicht.
Diese Figur darf nicht als begrenzend angesehen werden. Das Fluid
F1 durchsetzt den Adsorptionsfeststoff 10, der durch ein
Gitter 11 des Bodens gehalten ist und gelangt in den Raum 12,
in dem während
einer Stufe über
eine bestimmte Dauer man das Fluid F2 vermittels der Speisekammer 13 einführt, die
mit einer Vorrichtung 14 gemäß der Erfindung versehen ist,
hier schematisiert durch einen Doppelstrich oder in einer anderen Stufe
zieht man über
eine bestimmte Dauer das Fluid F1 vermittels der Vorrichtung 15 nach
der Erfindung und aus der Extraktionskammer 16 ab. In der
Kolonne oder Säule variiert
die Zusammensetzung des Fluids F1 von einer Stufe zur anderen und
variiert als Funktion der Injektionszyklen des Lösungsmittels und der Charge und
der Extraktion des Raffinats und des Extrakts.
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Meist verwendet man unterschiedliche
Kammern für
die Injektion des Fluids F2 und für die Extraktion des Fluids
F1. Nach einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung jedoch, kann man eine einzige gleiche Kammer für die Injektion
des Fluids F2, dann für
die Extraktion des Fluids F1, verwenden. Im letztgenannten Fall
wird es möglich,
eine Schiene 2 zu verwenden, die über eine größere Anzahl von Öffnungen 3 verfügt, an der
von jeder Seite eine Blattfeder oder ein Blatt 4 befestigt
ist, das abwechselnd wenigstens ein Mittel zum wenigstens teilweisen
Verschließen 5 einer Öffnung der
Schiene und wenigstens eine Öffnung
umfasst, die gegenüber
einer anderen Öffnung
der Schiene angeordnet ist, wobei das Blatt oder die Blattfeder
(Federblatt) hinter dieser Schiene in Zirkulationsrichtung des Fluids
angeordnet ist und den Durchgang des Fluids F2 in die Zone F1 vermittels
gewisser Öffnungen
und die Extraktion des Fluids F1 aus der Zone Z1 vermittels anderer Öffnungen
ermöglicht.
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Um dies zu erreichen, sind die anströmseitigen
und abströmseitigen Öffnungen
der Blätter
derart versetzt, dass die Öffnung
eines Blattes mit dem Mittel zum Verschließen des anderen Blattes zusammenfällt.
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Die Vorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung findet ihre Anwendung in sämtlichen Fällen auf dem Gebiet der Chemie,
die eine Regelung einer Injektion oder einer Extraktion eines ersten
Fluids in gleichzeitiger Anwesenheit eines zweiten Fluids, das sich
vom ersten Fluid unterscheidet, erforderlich macht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
insbesondere die Verwendung der Vorrichtung, um wenigstens ein Isomer
des Xylols, ausgehend von einem Kohlenwasserstoffschnitt zu erhalten,
welcher aromatische Verbindungen mit acht Kohlenstoffatomen enthält, darunter
das nachgesuchte Isomer des Xylols. Diese Trennung wird durchgeführt mittels
Chromatographie und häufiger
durch sog. simulierte Gegenstromchromatographie.
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Die folgenden Beispiele erläutern die
Erfindung ohne sie zu begrenzen.
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Vergleichsbeispiel:
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Wir verwenden flüssiges Hexan als Injektionsfluid
F2 und flüssiges
Heptan als Hauptfluid F1. Der Druck der Anordnung liegt bei 0,15
Mpa und die Temperatur bei 20°C.
Eine Injektionskammer verfügt über eine
Injektionsschiene, die über
acht Öffnungen von
5 mm Durchmesser verfügt.
Das Hexan zirkuliert bei der Injektion mit 10 m/s in jeder Öffnung.
Das Heptan strömt
kontinuierlich im Kreuzstrom mit dem Hexan bei einer Geschwindigkeit
von 15 cm/s vor den Öffnungen.
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Die Injektion des Hexans dauert 5
Minuten, wird dann unterbrochen. Bei der Injektionsdauer ist die
Injektionskammer mit Hexan gefüllt.
Eine Refraktometersonde ist in der Kammer installiert, um die Konzentration
des Heptans als Funktion der Zeit zu messen. Diese, null bei Injektionsende,
entwickelt sich über
die Zeit bis zu einem Maximalwert. Durch diese Messung wird der
Zirkulationsdurchsatz des Heptans in der Kammer hergeleitet. Erliegt
bei diesem Versuch bei 20 l/h.
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Beispiel, erfindungsgemäß
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Das vorhergehende Beispiel wird wiederholt, eine
Blattfeder aus rostfreiem Stahl wird jedoch auf die Schiene geschweißt. Sie
hat eine Dicke von 0,2 mm und umfasst acht Ausschnitte oder Ausstanzungen
halb länglicher,
wie in 2b schematisierter Form.
Jeder Ausschnitt befindet sich vor einer Öffnung der Schiene. Die Länge L des
Ausschnitts liegt bei 15 mm und seine Breite 1 bei 7 mm. Der durch
die Vorrichtung eingeführte
Druckverlust liegt bei 0,02 Mpa während der Injektion von Hexan.
Während
die Einführung
des Hexans unterbrochen wird, kommt der ausgeschnittene Teil der
Blattfeder in Anlage gegen die Schiene und beschränkt stark
den Durchgang des Hauptfluids in die Injektionskammer. Man misst,
als Funktion der Zeit, die Konzentration an Heptan in der Kammer
wie vor her, ausgehend von dem Augenblick, wo das Hexan gestoppt
wird. Der Heptanzirkulationsdurchsatz in der Kammer, wenn die Injektion
unterbrochen wird, wird mit 2 l/h, ausgehend von diesen Messungen,
ermittelt. Die Hexankammer ist also viel weniger durch Heptan als
im vorhergehenden Fall verunreinigt.