FI93857C - A method for separating citric acid from a fermentation broth using a polymeric adsorbent - Google Patents
A method for separating citric acid from a fermentation broth using a polymeric adsorbent Download PDFInfo
- Publication number
- FI93857C FI93857C FI880105A FI880105A FI93857C FI 93857 C FI93857 C FI 93857C FI 880105 A FI880105 A FI 880105A FI 880105 A FI880105 A FI 880105A FI 93857 C FI93857 C FI 93857C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- adsorbent
- zone
- citric acid
- desorbent
- adsorption
- Prior art date
Links
Landscapes
- Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
9385793857
Menetelmä sitruunahapon erottamiseksi käymisliemestä polymeerisen adsorbentin avullaA method for separating citric acid from a fermentation broth using a polymeric adsorbent
Keksintö koskee sitruunahapon adsorboivaa erottamista kiinteässä kerroksessa sellaisista käymisliemistä, jotka sisältävät sitruunahappoa, hiilihydraatteja, aminohappoja, proteiineja ja suoloja. Keksintö koskee tarkemmin sanoen menetelmää sitruunahapon erottamiseksi sellaisista käymisliemistä, jotka sisältävät sitä, jossa menetelmässä käytetään ei-zeoliittista polymeeristä ad-sorptioainetta, joka adsorboi selektiivisesti sitruunahappoa ja joka on valittu ryhmästä, jonka muodostavat neutraali, ristisil-loitettu polystyreenipolymeeri, ei-ioninen hydrofobinen polyak-ryyliesteripolymeeri, heikosti emäksinen anioninen ioninvaihto-hartsi, jossa on funktionaalisia tertiäärisiä amiini- tai pyri-diiniryhmiä, ja voimakkaasti emäksinen anioninvaihtohartsi, jossa on kvaternäärisiä funktionaalisia amiiniryhmiä, ja näiden seoksia.The invention relates to the adsorbent separation of citric acid in a solid layer from fermentation broths containing citric acid, carbohydrates, amino acids, proteins and salts. More particularly, the invention relates to a process for separating citric acid from fermentation broths containing it using a non-zeolite polymeric adsorbent that selectively adsorbs citric acid and is selected from the group consisting of a neutral, cross-linked polystyrene ionic polymer, a non-zeolite a ryl ester polymer, a weakly basic anionic ion exchange resin having tertiary amine or pyridine functional groups, and a strongly basic anion exchange resin having quaternary amine functional groups, and mixtures thereof.
Sitruunahappoa käytetään elintarvikkeiden hapotusaineena ja farmaseuttisissa, teollisissa ja pesuaineseoksissa. Sellaisten nestemäisten pesuaineiden suosion kasvu, jotka on muodostettu sitruunahappoa käyttäen, on pääasiallisesti aiheuttanut sitruunahapon valmistuksen maailmanlaajuisen kasvun noin 320 miljoonaksi kiloksi vuodessa, minkä odotetaan jatkuvan myös tulevaisuudessa.Citric acid is used as a food acidifier and in pharmaceutical, industrial and detergent compositions. The growing popularity of liquid detergents formed using citric acid has mainly caused the global growth of citric acid production to about 320 million kilos per year, which is expected to continue in the future.
• ·• ·
Sitruunahappoa valmistetaan nesteen sisäisen käymisprosessin avulla, jossa käytetään melasseja ja mikro-organismina kantaa Aspergillus niger. Käymistuote sisältää hiilihydraatteja, aminohappoja, proteiineja ja suoloja sekä sitruunahappoa, joka on erotettava käymisliemestä.Citric acid is produced by an internal fermentation process using molasses and the microorganism strain Aspergillus niger. The fermentation product contains carbohydrates, amino acids, proteins and salts as well as citric acid, which must be separated from the fermentation broth.
»»
Nykyisin käytetään kahta eri menetelmää sitruunahapon erottamiseksi. Toinen käsittää sitruunahapon saostamisen kalsiumsuolana. Saatu kalsiumsitraatti hapotetaan rikkihapolla. Toisessa menetelmässä sitruunahappo uutetaan käymisliemestä seoksella, jossa on trilauryyliamiinia, n-oktanolia ja C10 tai C,,-parafiinia. Sit-ruunahappo uutetaan uudelleen liuotinfaasista veteen kuumenta- 2 93857 mistä käyttäen. Molemmat nämä menetelmät ovat kuitenkin monimutkaisia ja kalliita ja aikaansaavat huomattavia määriä jäteaineita.Currently, two different methods are used to separate citric acid. The second involves the precipitation of citric acid as the calcium salt. The calcium citrate obtained is acidified with sulfuric acid. In another method, citric acid is extracted from the fermentation broth with a mixture of trilaurylamine, n-octanol and C10 or C '- paraffin. The citric acid is re-extracted from the solvent phase into water using 2 93857 heat. However, both of these methods are complex and expensive and generate significant amounts of waste.
Patenttikirjallisuudessa on ehdotettu käytettäväksi mahdollista kolmatta menetelmää sitruunahapon erottamiseksi käymisliemestä, joka menetelmä käsittää kalvosuodatuksen raaka-aineiden tai suu-rimolekyylisten epäpuhtauksien poistamiseksi ja epäpuhtauksien adsorboimisen tämän jälkeen polystyreeni- tai polyakryylihart-seihin perustuvaan ei-ioniseen hartsiin ja sitruunahapon tal-teenottamisen raffinaattifaasiin ja sitruunahapon kiteyttämisen liuoksen väkevöimisen jälkeen tai sitruunahapon saostamisen kal-siumsuolana ja hapottamisen tämän jälkeen H2S04:llä, CaS04:n erottamisen ja käsittelyn kationisilla tai anionisilla ionin- vaih-tohartseilla. Tämä menetelmä, joka on esitetty EP-patenttihake-muksessa no 151 470, 14. elokuuta 1985, on myös sangen monimutkainen ja aikaavievä menetelmä sitruunahapon erottamiseksi. Keksinnön mukainen menetelmä taas mahdollistaa sitruunahapon erottamisen yhdessä adsorptiovaiheessa ja sitruunahapon tal-teenottamisen adsorptioaineesta, jolloin saadaan puhdistettua sitruunahappoa helposti erotettavaa desorboimisainetta käyttäen.The patent literature has suggested the use of a possible third method for separating citric acid from fermentation broth, which method comprises membrane filtration to remove raw materials or high molecular weight impurities and subsequent adsorption of the impurities as after concentration or precipitation of citric acid as a calcium salt and subsequent acidification with H 2 SO 4, separation of CaSO 4 and treatment with cationic or anionic ion exchange resins. This method, disclosed in EP Patent Application No. 151,470, August 14, 1985, is also a rather complicated and time-consuming method for the separation of citric acid. The process according to the invention, on the other hand, makes it possible to separate the citric acid in one adsorption step and to recover the citric acid from the adsorbent, whereby purified citric acid is obtained using an easily separable desorbent.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä, jonka oleelliset tunnusmerkit ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista, sitruunahappo erotetaan käymisliemestä polymeeriseen adsorptioaineeseen, joka on valittu ryhmästä, jonka muodostavat neutraali, ristisilloitettu polystyreenipolymeeri, ei-ioninen hydrofobinen polyakryylieste-ripolymeeri, sellainen heikosti emäksinen anioninvaihtohartsi, jossa on tertiäärisiä amiini- tai pyridiinifunktionaalisia ryhmiä, ja sellainen voimakkaasti emäksinen anioninen ioninvaihto-hartsi, jossa on kvaternäärisiä funktionaalisia amiiniryhmiä, ja *·. näiden seokset, ja otetaan tämän jälkeen talteen desorboimalla sopivalla desorboimisaineella sopivissa olosuhteissa. Keksinnön mukaisesti on todettu, että erittäin selektiivinen sitruunahapon erottaminen suoloista ja hiilihydraateista aikaansaadaan säätämällä ja ylläpitämällä syöttöliuoksen pH-arvo alempana kuin sitruunahapon ensimmäinen ionisoitumisvakio (pKai = 3,13). Se arvo, johon pH on alennettava riittävän selektiivisyyden aikaansaami- 3 93857 seksi, näyttää olevan riippumaton syöttöseoksessa olevan sitruunahapon väkevyydestä; pH-arvo on kääntäen verrannollinen väkevyyteen. Kun väkevyydet alle 13 %:sta erittäin alhaisiin arvoihin, voi pH-arvo olla lähellä sitruunahapon pKaj-arvoa 3,13; väkevyydessä 13 % pH voi olla alueella 0,9-1,7, mutta syötetyn sitruunahapon ollessa 40 % on pH-arvo alennettava vähintään arvoon 1,2 tai sen alapuolelle. Suuremmissa väkevyyksissä pH-arvon tulee olla vielä alhaisemman, esim. sitruunahapon väkevyyden ollessa 50 % tulee pH-arvon olla 1,0 tai sen alapuolella. Täten on edullista pitää syöttöseoksen pH alueella 0,5-2,5, alueen 0,5-2,2 ollessa edullisin. Keksinnön mukaisesti on myös todettu, että käytetyn polymeerisen adsorptioaineen adsorptiolämpötilaa voidaan vähentää lisäämällä desorptioaineeseen asetonia tai jotain muuta pienimolekyylistä ketonia, jolloin vältetään korkeiden lämpötilojen aikaansaama adsorptioaineen hajoaminen.In the process of the invention, the essential features of which are set out in the appended claims, citric acid is separated from the fermentation broth into a polymeric adsorbent selected from the group consisting of neutral, crosslinked polystyrene polymer, nonionic hydrophobic polyacrylic ester , and a strongly basic anionic ion exchange resin having quaternary amine functional groups, and * ·. mixtures thereof, and then recovered by desorption with a suitable desorbent under suitable conditions. According to the invention, it has been found that a highly selective separation of citric acid from salts and carbohydrates is achieved by adjusting and maintaining the pH of the feed solution below the first ionization constant of citric acid (pKai = 3.13). The value to which the pH must be lowered to achieve sufficient selectivity appears to be independent of the concentration of citric acid in the feed mixture; The pH is inversely proportional to the concentration. At concentrations of less than 13% to very low values, the pH may be close to the pKaj of citric acid 3.13; at a concentration of 13%, the pH may be in the range 0.9 to 1.7, but with 40% citric acid fed, the pH must be reduced to at least 1.2 or below. At higher concentrations, the pH should be even lower, e.g., at a citric acid concentration of 50%, the pH should be 1.0 or below. Thus, it is preferred to keep the pH of the feed mixture in the range of 0.5-2.5, with 0.5-2.2 being most preferred. According to the invention, it has also been found that the adsorption temperature of the polymeric adsorbent used can be reduced by adding acetone or some other low molecular weight ketone to the desorbent, thus avoiding the decomposition of the adsorbent by high temperatures.
Keksinnön mukaista menetelmää sitruunahapon erottamiseksi syöt-töseoksesta, jonka muodostaa sitruunahappoa sisältävä käymis-liemi, jossa menetelmässä käytetään edellä esitetyn mukaista polymeeristä adsorptioainetta, voidaan soveltaa prosessina, joka käsittää vaiheina: (a) nesteen nettovirtauksen ylläpitämisen mainitun adsorboi-misainepatsaan lävitse yhdensuuntaisena, tämän patsaan käsittäessä vähintään kolme vyöhykettä, joissa tapahtuu erilliset toiminnat, ja jotka on yhdistetty toisiinsa sarjaan patsaan pääty-vyöhykkeiden ollessa yhdistettyinä aikaansaamaan jatkuvan yhteyden näiden vyöhykkeiden välille; (b) adsorptiovyöhykkeen ylläpitämisen tässä patsaassa, jolloin tämän vyöhykkeen määrittelee adsorptioaine, joka sijaitsee vyöhykkeen vastavirtarajalla olevan syötön tulovirtauksen ja tämän vyöhykkeen myötävirtarajalla olevan raffinaatin poistovirtauksen :· välissä; (c) puhdistusvyöhykkeen ylläpitämisen välittömästi vastavirrassa tämän adsorptiovyöhykkeen suhteen, jolloin tämän puhdistus-vyöhykkeen määrittelee adsorptioaine, joka sijaitsee puhdistus-vyöhykkeen vastavirtarajalla olevan uutteen poistovirran ja mainitun vyöhykeen myötävirtarajalla olevan syötön tulovirran välissä; 4 93857 (d) desorptiovyöhykkeen ylläpitämisen vastavirrassa mainittuun puhdistusvyöhykkeeseen nähden, jolloin tämän desorptiovyöhykkeen määrittelee adsorptioaine, joka sijaitsee tämän vyöhykkeen vas-tavirtarajalla olevan desorptioaineen tulovirran ja tämän vyöhykkeen myötävirtarajalla olevan uutteen poistovirran välissä; (e) syöttöseoksen johtamisen adsorptiovyöhykkeen adsorptio-olosuhteissa sitruunahapon selektiivisen adsorption aikaansaami-miseksi adsorptiovyöhykkeessä olevan adsorptioaineen avulla, ja raffinaatin tulovirtauksen poistamisen sen sisältäessä adsorp-tiovyöhykkeestä poistuvan käymiseliemen adsorboitumattomat aineosat ; (f) desorboimisaineen johtamisen desorptiovyöhykkeeseen desorp-tio-olosuhteissa sitruunahapon syrjäyttämiseksi adsorboimisai-neesta desorptiovyöhykkeessä; (g) uutteen poistovirtauksen, joka sisältää sitruunahappoa ja desorboimisainetta, poistamisen desorptiovyöhykkeestä; (h) poistuvan uutevirran ainakin osan johtamisen erotuslaittei-siin ja desorboimisaineen ainakin osan poistamisen erotusolosuh-teissa; ja (i) syötön tulovirtauksen, raffinaatin poistovirtauksen, desorboimisaineen tulovirtauksen ja uutteen poistovirtauksen muodostamien vyöhykerajojen jaksoittaisen siirtämisen adsorptioaine-patsaan lävitse myötävirrassa adsorptiovyöhykkeessä tapahtuvan virtauksen suuntaan nähden vaihtuvien vyöhykkeiden aikaansaamiseksi adsorboimisainepatsaassa ja uutteen ja raffinaatin poisto-virtausten aikaansaamiseksi.The process of the invention for separating citric acid from a feed mixture of citric acid-containing fermentation broth using a polymeric adsorbent as described above can be applied to a process comprising the steps of: (a) maintaining a net flow of liquid through said column of adsorbent; at least three zones in which separate operations take place and which are connected to each other in series, the end zones of the statue being connected to provide a continuous connection between these zones; (b) maintaining an adsorption zone in this column, wherein this zone is defined by an adsorbent located between the feed inlet flow at the upstream boundary of the zone and the raffinate outlet flow in this zone: ·; (c) maintaining the purge zone immediately upstream of said adsorption zone, said purge zone being defined by an adsorbent located between the extract effluent at the upstream boundary of the purge zone and the feed inlet stream at the downstream boundary of said zone; 4 93857 (d) maintaining a desorption zone upstream of said purification zone, wherein said desorption zone is defined by an adsorbent located between the inlet stream of the desorbent at the upstream boundary of this zone and the extract effluent at the downstream boundary of this zone; (e) passing the feed mixture under adsorption conditions to the adsorption zone to effect selective adsorption of citric acid by the adsorbent in the adsorption zone, and removing the raffinate inlet stream containing the non-adsorbed portions of the fermentation broth leaving the adsorption zone; (f) introducing a desorbent into the desorption zone under desorption conditions to displace citric acid from the adsorbent in the desorption zone; (g) removing the extract effluent containing citric acid and desorbent from the desorption zone; (h) directing at least a portion of the effluent extract stream to the separation devices and removing at least a portion of the desorbent under the separation conditions; and (i) periodically passing the zone boundaries formed by the feed inlet stream, the raffinate effluent stream, the desorbent effluent stream, and the extract effluent stream through the adsorbent column downstream of the adsorption zone to provide flow zones in the adsorption zone and the effluent.
Prosessilla voidaan valmistaa raffinaattituote, joka sisältää entistä pienemmän määrän desorboimisainetta. Lisäksi prosessissa voidaan ylläpitää puskurivyöhykettä välittömästi vastavirrassa desorptiovyöhykkeeseen nähden, jolloin tämän puskurivyöhykkeen . määrittelee adsorptioaine, joka sijaitsee puskurivyöhykkeen myö tävirtarajalla olevan desorboimisaineen tulovirran ja tämän puskurivyöhykkeen vastavirtarajalla olevan raffinaatin poistovirran välissä.The process can produce a raffinate product that contains an even smaller amount of desorbent. In addition, in the process, a buffer zone can be maintained immediately upstream of the desorption zone, thereby providing this buffer zone. defines an adsorbent located between the inlet stream of the desorbent at the upstream boundary of the buffer zone and the effluent effluent at the upstream boundary of this buffer zone.
5 938575,93857
Keksinnön sovellutusten yksityiskohtia, jotka koskevat syöttö-seoksia, adsorboimisaineita, desorboimisaineita ja käsittelyolosuhteita, esitetään jäljempänä.Details of embodiments of the invention regarding feed mixtures, adsorbents, desorbents and processing conditions are set forth below.
Kuvio 1 on erilaisten sitruunahappolajien väkevyys sitruunahapon dissosioitumisen pH-arvon funktiona, sen esittäessä sitruunahapon dissosioitumisen tasapainokohdan muuttumista vaihdeltaessa sitruunahapon, sitraattianionien ja vetyionin väkevyyksiä.Figure 1 is the concentration of different citric acid species as a function of citric acid dissociation pH, showing the change in the equilibrium point of citric acid dissociation with varying concentrations of citric acid, citrate anions, and hydrogen ion.
Kuvio 2 esittää pH-arvon vaikutusta siihen sitruunahappomäärään, jonka adsorptioaine kykenee adsorboimaan.Figure 2 shows the effect of pH on the amount of citric acid that the adsorbent is capable of adsorbing.
Kuviot 3A, 3B ja 3C esittävät graafisesti esimerkin I mukaisia pulssikokeita hartsia XAD-4 käytettäessä sitruunahapon erottamiseksi sellaisesta syötöstä, joka sisältää 13 % sitruunahappoa vastaavasti pH-arvoissa 2,4, 1,7 ja 0,9.Figures 3A, 3B and 3C graphically show the pulse experiments of Example I using XAD-4 resin to separate citric acid from a feed containing 13% citric acid at pH 2.4, 1.7 and 0.9, respectively.
Kuviot 4A, 4B, 4C, 4D ja 4E esittävät esimerkin II mukaisia pulssikokeita vastaavasti pH-arvoissa 2,4, 1,7, 0,9, 2,8 ja 1,4 erilaisia adsorboimisainenäytteitä käytettäessä.Figures 4A, 4B, 4C, 4D and 4E show the pulse experiments of Example II at pH 2.4, 1.7, 0.9, 2.8 and 1.4, respectively, using different adsorbent samples.
Kuviot 5A ja 5B esittävät esimerkin III mukaisia pulssikokeita vastaavasti pHarvoissa 2,8 ja 1,4 lämpötilassa 93°C.Figures 5A and 5B show the pulse experiments of Example III at pH 2.8 and 1.4 at 93 ° C, respectively.
Kuviot 6A, 6B ja 6C esittävät esimerkin IV mukaisia pulssikokeita vastaavasti pH-arvoissa 1,94, 1,13 ja 0,5.Figures 6A, 6B and 6C show the pulse experiments of Example IV at pH 1.94, 1.13 and 0.5, respectively.
Kuviot 7A, 7B ja 7C esittävät esimerkin V mukaisia pulssikokeita vastaavasti pH-arvoissa 1,82, 0,5 ja 0,3.Figures 7A, 7B and 7C show the pulse experiments of Example V at pH 1.82, 0.5 and 0.3, respectively.
Kuviot 8A ja 8B esittävät esimerkin VI mukaisia pulssikokeita vastaavasti pH-arvoissa 1,5 ja 1,0.Figures 8A and 8B show the pulse experiments of Example VI at pH 1.5 and 1.0, respectively.
Kuvio 9 esittää esimerkin VII mukaista pulssikoetta ja sitä ad sorptiota, joka aikaansaadaan alemmissa lämpötiloissa (93°C vast. 45°C) lisättäessä 10 % asetonia desorptioveteen.Figure 9 shows the pulse test according to Example VII and the ad sorption obtained at lower temperatures (93 ° C vs. 45 ° C) when 10% acetone is added to the desorption water.
Kuvio 10 esittää esimerkin VIII mukaista pulssikoetta, jossa käytetään heikosti emäksistä anioninvaihtohartsia, jolla on ter-tiäärinen amiini-funktionaalisuus ristisilloitetussa akryyli-·; hartsimatriisissa sitruunahapon erottamiseksi syötöstä, joka sisältää 40 % sitruunahappoa, pH-arvossa 1,6 veden avulla desor-boitaessa; kuviot 11A, HB ja 11C esittävät esimerkin IX mukaisia pulssikokeita vastaavasti pH-arvoissa 7,0, 3,5 ja 2,4.Figure 10 shows a pulse experiment according to Example VIII using a weakly basic anion exchange resin having tertiary amine functionality in crosslinked acrylic; in a resin matrix for separating citric acid from a feed containing 40% citric acid at pH 1.6 by desorption with water; Figures 11A, HB and 11C show the pulse experiments of Example IX at pH 7.0, 3.5 and 2.4, respectively.
6 938576 93857
Kuviot 12, 13A ja 13B esittävät esimerkin X mukaisia pulssiko-keitä pH-arvossa 1,6 käyttäen useita erilaisia heikon emäksisen anioninvaihtohartsin näytteitä, joilla on pyridiinifunktionaali-suus ristikytketyssä polystyreenihartsimatriisissa. Sitruuna-happo desorboidaan 0,05 n rikkihapolla tai vedellä.Figures 12, 13A and 13B show pulse experiments according to Example X at pH 1.6 using various samples of a weak basic anion exchange resin having pyridine functionality in a crosslinked polystyrene resin matrix. Citric acid is desorbed with 0.05 N sulfuric acid or water.
Kuvio 14 esittää esimerkin XIII mukaista pulssikoetta pH-arvossa 1,6.Figure 14 shows a pulse test according to Example XIII at pH 1.6.
Kuvio 15 esittää esimerkin XIV mukaista pulssikoetta pH-arvossa 2,2 käyttäen sellaisen vähemmän emäksisen anioninvaihtohartsin erilaista adsorboivaa näytettä, jossa on kvaternäärinen ammonium-funktionaalisuus ristikytketyssä polystyreenihartsimatriisissa, ja desorboitaessa laimean rikkihapon avulla.Figure 15 shows the pulse test of Example XIV at pH 2.2 using a different adsorbent sample of a less basic anion exchange resin having quaternary ammonium functionality in a crosslinked polystyrene resin matrix and desorbed with dilute sulfuric acid.
Seuraavat eri termien määritömät, joita käytetään tässä selityksessä, ovat käyttäkelpoiset selvennettäessä esillä olevan keksin-nän mukaisia käsittelyjä, päämääriä ja etuja.The following definitions of the various terms used in this specification are useful in explaining the treatments, objects, and advantages of the present invention.
"Syöttöseos" on seos, joka sisältää yhtä tai useampaa uutekompo-nenttia ja yhtä tai useampaa raf f inaattikomponenttia,, jotka erotetaan keksinnön mukaisella menetelmällä. Termi "syöttövirta" tarkoittaa sitä syöttöseoksen virtaa, joka johdetaan käsittelyssä käytettyyn adsorptioaineeseen.A "feed mixture" is a mixture containing one or more extract components and one or more raffinate components which are separated by the process of the invention. The term "feed stream" means the feed mixture stream that is passed to the adsorbent used in the treatment.
"Uutekomponentti" on yhdiste tai yhdistetyyppi, jonka adsorptio-aine adsorboi selektiivisemmin, kun taas "raffinaattikomponentti" on yhdiste tai yhdistetyyppi, joka adsorboituu vähemmän selektiivisesti. Tässä menetelmässä on sitruunahappo uutekomponentti ja hiilihydraattisuolat ovat raffinaattikomponentteja. Termi "desorptioaine" tarkoittaa yleisesti sellaista materiaalia, joka kykenee desorboimaan uutekomponentin. Termi "desorptiovir-ta" tai "desorptiotulovirta" tarkoittaa sitä virtausta, jonka kautta desorptioaine kulkee adsorptioaineeseen. Termi "raffi-naattivirta" tai "raffinaatin poistovirta" tarkoittaa sitä virtaa, jonka kautta raffinaattikomponentti poistetaan adsorptio-aineesta. Raffinaattivlrran koostumus voi vaihdella oleellisesti 100 %:sta desorptioainetta oleellisesti 100 %:iin raffinaattikomponentteja. Termi "uutevirta" tai "uutepoistovirta" tarkoittaa sellaista virtausta, jonka avulla uutemateriaali, jonka , 93857 desorptioaine on desorboinut, poistetaan adsorptioaineesta. Uutevirran koostumus voi myös vaihdella oleellisesti 100 %:sta desorptioainetta oleellisesti 100 %:iin uutekomponentteja. Ainakin osa uutevirrasta ja edullisesti ainakin osa eroituskäsit-telystä tulevasta raffinaattivirrasta johdetaan erotuslaittei-siin, tavallisesti fraktioimislaitteisiin, joissa ainakin osa desorboimisainetta erotetaan uutetuotteen ja raffinaattituotteen valmistamiseksi. Termit "uutetuote" ja "raffinaattituote” tarkoittavat sellaisia tuotteita, jotka valmistetaan menetelmällä, joka käsittää vastaavasti uutekomponentin ja raffinaattikompo-nentin suuremmissa väkevyyksissä kuin ne, jotka esiintyvät uute-virrassa ja raffinaattivirrassa. Vaikkakin keksinnön mukaisen menetelmän avulla on mahdollista valmistaa erittäin puhdasta sitruunahappoa suurella saannolla, on huomattava, että adsor-boimisaine ei koskaan adsorboi täydellisesti uutekomponenttia. Samalla tavoin adsorboimisaine ei adsorboi täydellisesti raffi-naattikomponenttia. Tämän johdosta esiintyy vaihtelevia määriä raffinaattikomponenttia uutevirrassa ja samalla tavoin uutekomponenttia voi esiintyä vaihtelevissa määrissä raffinaattivirrassa. Uute- ja raffinaattivirrat eroitetaan sitten toisistaan ja syöt-töseoksesta uutekomponentin ja raffinaattikomponentin niiden väkevyyssuhteiden perusteella, jotka ko. virrassa esiintyvät. Tarkemmin sanoen sitruunahapon suhde vähimmin selektiivisesti adsorboituneisiin aineosiin nähden on alhaisin raffinaattivirrassa, seuraavaksi korkein syöttöseoksessa ja korkein uutevirrassa. Samalla tavoin vähimmin selektiivisesti adsorboituneiden aineosien väkevyyden suhde selektiivisemmin adsorboituneeseen sirtuunahappoon nähden on suurin raffinaattivirrassa, seuraavaksi suurin syöttöseoksessa ja alhaisin uutevirrassa.An "extract component" is a compound or type of compound that is more selectively adsorbed by an adsorbent, while a "raffinate component" is a compound or type of compound that is less selectively adsorbed. In this method, the citric acid is an extract component and the carbohydrate salts are raffinate components. The term "desorbent" generally refers to a material capable of desorbing an extract component. The term "desorption stream" or "desorption input stream" means the flow through which the desorbent passes into the adsorbent. The term "raffinate stream" or "raffinate effluent" means the stream through which the raffinate component is removed from the adsorbent. The composition of the raffinate stream can range from substantially 100% desorbent to substantially 100% raffinate components. The term "extract stream" or "extract effluent stream" means a stream by which the extract material desorbed by the desorbent 93857 is removed from the adsorbent. The composition of the extract stream may also range from substantially 100% desorbent to substantially 100% extract components. At least a portion of the extract stream, and preferably at least a portion of the raffinate stream from the separation treatment, is passed to separation equipment, usually fractionation equipment, in which at least a portion of the desorbent is separated to produce an extract product and a raffinate product. The terms "extract product" and "raffinate product" refer to products which are prepared by a process comprising the extract component and the raffinate component at higher concentrations, respectively, than those present in the extract stream and the raffinate stream, although the process of the invention makes it possible to prepare very pure It should be noted that the adsorbent never completely adsorbs the extract component Similarly, the adsorbent does not completely adsorb the raffinate component. on the basis of the concentration ratios of the extract component and the raffinate component present in the stream in question, in particular the ratio of citric acid to with respect to the electrically adsorbed constituents is the lowest in the raffinate stream, followed by the highest in the feed mixture and the highest in the extract stream. Similarly, the ratio of the concentration of the least selectively adsorbed components to the more selectively adsorbed citric acid is highest in the raffinate stream, followed by the highest in the feed stream, and lowest in the extract stream.
Termi adsorptioaineen "selektiivinen huokostilavuus" on adsorp-tioaineen se tilavuus, joka adsorboi selektiivisesti uutekomponenttia syöttöseoksesta. Termi adsorptioaineen "ei-selektiivi-nen huokostilavuus" on adsorptioaineen se tilavuus, joka ei pidätä uutekomponenttia syöttöseoksesta. Tämä tilavuus käsittää adsorptioaineen ne ontelot, jotka eivät sisällä adsorboivia sidoksia ja adsorptioaineen osasten väliset tilat. Selektiivinen huokostilavuus ja ei-selektiivinen huokostilavuus määritellään 93857 yleensä tilavuusyksikköinä, ja ne ovat tärkeät määrättäessä sen nesteen sopivia virtausnopeuksia, joka johdetaan käsittely-vyöhykkeeseen tehokkaiden käsittelyjen aikaansaamiseksi määrättyä adsorptiomäärää käytettäessä. Kun adsorptioaine "tulee" käsittelyvyöhykkeeseen (kuvataan tarkemmin jäljempänä), jota käytetään keksinnön erään toteuttamismuodon mukaisesti, kuljettaa sen ei-selektiivinen huokostilavuus yhdessä selektiivisen huokostilavuuden kanssa nesteen tähän vyöhykkeeseen. Ei-selek-tiivisen huokostilavuuden avulla määritellään se nestemäärä, joka virtaa vyöhykkeeseen vastavirrassa adsorptioaineeseen nähden syrjäyttäen ei-selektiivisessä huokostilavuudessa olevan nesteen. Jos vyöhykkeeseen tulevan nesteen virtausnopeus on pienempi kuin tähän vyöhykkeeseen tulevan adsorptioaineen ei-selektiivinen huokostilavuus, tapahtuu nesteen nettovirtaus tähän vyöhykkeeseen. Koska tämä nettovirtaus on sen neste, joka on adsorptioaineen ei-selektiivisessä huokostilavuudessa, sisältää se useimmissa tapauksissa vähemmän selektiivisesti kiinnittyneitä syöttövirtauksen aineosia. Adsorptioaineen selektiivinen huokostilavuus voi määrätyissä tapauksissa adsorboida osia raf-finaatista siitä nesteestä, joka ympäröi adsorboimisianetta, koska määrätyissä tapauksissa tapahtuu kilpailu uutemateriaalin ja raffinaattimateriaalin välillä selektiivisen huokostilavuuden adsorboivissa kohdissa. Jos suuri määrä raffinaattimateriaa-lia ympäröi adsorboimisainetta uutemateriaaliin verrattuna, voi raffinaattimateriaali olla riittävän kilpailukykyinen adsorboi-misaineen adsorboitavaksi.The term "selective pore volume" of an adsorbent is the volume of adsorbent that selectively adsorbs the extract component from the feed mixture. The term "non-selective pore volume" of the adsorbent is that volume of the adsorbent which does not retain the extract component from the feed mixture. This volume comprises those cavities of the adsorbent which do not contain adsorbent bonds and the spaces between the particles of the adsorbent. Selective pore volume and non-selective pore volume are generally defined as 93857 units of volume and are important in determining appropriate flow rates for the liquid introduced into the treatment zone to provide efficient treatments using a given amount of adsorption. When the adsorbent "enters" the treatment zone (described in more detail below) used in accordance with one embodiment of the invention, its non-selective pore volume, together with the selective pore volume, transports the liquid to this zone. The non-selective pore volume is used to determine the amount of liquid that flows into the zone upstream of the adsorbent, displacing the liquid in the non-selective pore volume. If the flow rate of the liquid entering the zone is less than the non-selective pore volume of the adsorbent entering this zone, a net flow of liquid into this zone occurs. Because this net flow is its liquid in the non-selective pore volume of the adsorbent, it contains in most cases less selectively attached feed stream components. The selective pore volume of the adsorbent may in certain cases adsorb portions of the raffinate from the liquid surrounding the adsorbent, because in certain cases there is competition between the extract material and the raffinate material at the adsorbent sites in the selective pore volume. If a large amount of raffinate material surrounds the adsorbent relative to the extract material, the raffinate material may be competitive enough to adsorb the adsorbent.
Keksinnön mukainen syöttömateriaali on sellainen käymistuote, jota saadaan melassien nesteen sisäisen käymisen ja mikro-organismin Aspergillus Niger avulla. Tällä käymistuotteella voi olla esim. seuraava koostumus: sitruunahappoa 12,9 % + 3 % suoloja 6000 ppm hiilihydraatteja (sokereita) 1 % muita (proteiineja ja aminohappoja) 5 %The feed material according to the invention is a fermentation product obtained by means of the internal fermentation of molasses liquid and the microorganism Aspergillus Niger. This fermentation product may have, for example, the following composition: citric acid 12.9% + 3% salts 6000 ppm carbohydrates (sugars) 1% others (proteins and amino acids) 5%
Suolat ovat K, Na, Ca, Mg ja Fe. Hiilihydraatit ovat sokereita, kuten glukoosi, ksyloosi, mannoosi ja DP2- ja DP3-oligosakkari- 9 93857 deja plus aina 12 tai useampia identifioimattomia sakkarideja. Käsiteltävän aineen koostumus voi vaihdella edellä esitetystä joutumatta silti pois keksinnön piiristä. Kuitenkin sellaiset mehut, kuten sitrushedelmämehut, eivät ole sopivia tai tarkoituksenmukaisia, koska niiden sisältämät muut aineet adsorboituvat samanaikaisesti sitruunahapon kanssa. Ks. Johnson, J.:The salts are K, Na, Ca, Mg and Fe. Carbohydrates include sugars such as glucose, xylose, mannose and DP2 and DP3 oligosaccharides plus up to 12 or more unidentified saccharides. The composition of the substance to be treated may vary from the above without still falling outside the scope of the invention. However, juices such as citrus juices are not suitable or appropriate because the other substances they contain are adsorbed simultaneously with citric acid. See. Johnson, J .:
Sei. Food Agric, Voi. 33 (3) s, 287-293.Sci. Food Agric, Vol. 33 (3) s, 287-293.
Nyt on todettu, että sitruunahapon eroittumista voidaan parantaa huomattavasti säätämällä syötön pH-arvo sellaiselle tasolle, joka on sitruunahapon ensimmäisen ionisoitumisvakion alapuolella. Sitruunahapon ensimmäinen ionisoitumisvakio (pKa^) on 3,13; Handbook of Chemistry & Physics, 53. painos, 1972-1973, CRC Press, ja tämän johdosta sitruunahapon syöttövirtauksen pH-ar-von tulee olla alle 3,13. Jos sitruunahapon 13 %:sen liuoksen pH-arvo on esim. 2,4 tai suurempi, kuten kuviossa 3A (esimerkki I) on esitetty, "murtautuu sitruunahappo lävitse" (desorboituu) yhdessä suolojen ja hiilihydraattien kanssa jakson alussa, mikä osoittaa, että sitruunahappo ei ole adsorboitunut. Sitruunahapon vähäisempi "läpimurtautuminen" taas todetaan silloin, kun pH-arvo on 1,7, eikä "läpimurtautumista" todeta silloin, kun pH-arvo on 0,9 13 %:n väkevyydessä, kuten esimerkiksi kuvioissa 3B ja 3C on esitetty.It has now been found that the separation of citric acid can be greatly improved by adjusting the pH of the feed to a level below the first ionization constant of citric acid. The first ionization constant (pKa 2) of citric acid is 3.13; Handbook of Chemistry & Physics, 53rd Edition, 1972-1973, CRC Press, and consequently the pH of the citric acid feed stream should be less than 3.13. If the pH of a 13% solution of citric acid is e.g. 2.4 or higher, as shown in Figure 3A (Example I), "citric acid breaks through" (desorbs) along with salts and carbohydrates at the beginning of the cycle, indicating that citric acid is not adsorbed. On the other hand, a lower "breakthrough" of citric acid is observed at a pH of 1.7, and no "breakthrough" is observed at a pH of 0.9 at a concentration of 13%, as shown, for example, in Figures 3B and 3C.
Vesiliuoksessa esiintyy yhdistetty sirtuunahappo tasapainossa ·: useiden sitraatti-ionien ja vetyionien kanssa. Tämä ilmenee seuraavista yhtälöistä, jossa sitruunahapon happo-dissosioitu-misvakiot pKa^, pKa2 ja pKa^ ovat lämpötilassa 25°C vastaavasti 3,13, 4,74 ja 5,40:The aqueous solution contains combined citric acid in equilibrium with several citrate ions and hydrogen ions. This is evident from the following equations, where the acid dissociation constants pKa 2, pKa 2 and pKa 2 of citric acid are 3.13, 4.74 and 5.40, respectively, at 25 ° C:
Yhtälö 1 = 3,13 pKa2 = 4,74 pKa3 = 5,40 H^CA , H2CA-1 ______ ~ HCA-2 —_______—1~ CA-3 +H+ +H+ +H+Equation 1 = 3.13 pKa2 = 4.74 pKa3 = 5.40 H ^ CA, H2CA-1 ______ ~ HCA-2 —_______— 1 ~ CA-3 + H + + H + + H +
Sitruunahapon dissosioitumisen tasapainokohtaa voidaan muuttaa vaihtelemalla sitruunahapon, sitraattianionin tai vetyionien . väkevyyttä. Tämä on esitetty kuviossa 1 verrattaessa useiden sirtuunahappolajien väkevyyksiä liuoksessa pH-arvoon lämpötilassa 90°C. Tulokset osoittavat, että aikaansaadaan suurempia 10 93857 prosenttimääriä ionisoitumatonta sitruunahappoa (H^CA) korkeampaa vetyioniväkevyyttä (alhaisempi pH) käytettäessä. Alennettaessa pH-arvo (lisättäessä H+-ioniväkevyyttä) saadaan enemmän ionisoitumatonta sitruunahappoja samalla kun liuoksessa olevien -1 -2 -3 sitraattianioni-lajien (^CA , HCA ja CA ) määrä pienenee.The equilibrium point for the dissociation of citric acid can be changed by varying the citric acid, citrate anion or hydrogen ions. concentration. This is shown in Figure 1 when comparing the concentrations of several species of citric acid in solution to pH at 90 ° C. The results show that higher levels of 10 93857 percent of non-ionized citric acid (H 2 CA) are obtained at higher hydrogen ion concentrations (lower pH). Lowering the pH (increasing the H + ion concentration) results in more non-ionized citric acids while decreasing the amount of -1 -2 -3 citrate anion species (^ CA, HCA and CA) in solution.
Sitruunahapon tasapainon ja edellä mainittujen hartsin ominaisuuksien perusteella erotetaan ionisoitumaton sitruunahappo käymisliemessä olevista muista ionilajeista (sitraatti-ionit mukaan lukien) käyttäen edellä kuvattuja adsorboivia hartseja. Sitruunahapon paremman talteenoton aikaansaamiseksi vaaditaan kuitenkin alhaisemman pH-arvon omaavia liuoksia. Erään keksinnön mukaisen hartsin, Amberlite XAD-4, staatisen adsorptio-iso-termin määräämiseksi sitruunahapon suhteen suoritettiin käsittely huoneen lämpötilassa, noin 25°C, syötön pH-arvon funktiona. Kuviossa 2 on esitetty tämän tutkimuksen tulokset. Tulokset osoittavat ei-ionisoituneen sitruunahapon adsorboitumisen pH-arvoa alennattaessa. Rajoittumatta tähän määritelmään on ilmeisä tä, että liuoksessa olevat ionisoitumattomat sitruunahappolajit adsorboituvat keksinnön mukaisiin adsorboimisaineisiin joko hapon ja emäksen välisen mekanismin tai vetyä sitovan mekanismin tai sellaisen mekanismin välityksellä, joka perustuu voimakkaaseen suhteellisen hydrofobisten lajien affiniteettiin, tai näiden mekanismien yhdistelmän johdosta.Based on the balance of citric acid and the above-mentioned properties of the resin, non-ionized citric acid is separated from other ionic species in the fermentation broth (including citrate ions) using the adsorbent resins described above. However, solutions with lower pH are required to achieve better recovery of citric acid. To determine the static adsorption iso-term of citric acid of a resin of the invention, Amberlite XAD-4, treatment was performed at room temperature, about 25 ° C, as a function of feed pH. Figure 2 shows the results of this study. The results show the adsorption of non-ionized citric acid as the pH is lowered. Without being limited to this definition, it is apparent that the non-ionized citric acid species in solution are adsorbed on the adsorbents of the invention either by an acid-base mechanism or a hydrogen binding mechanism or a mechanism based on a strong relative affinity of these hydrophobic species.
Ne desorboimisaineet, joita on käytetty erilaisissa aikaisemmin tunnetuissa adsorboivissa erotusmenetelmissä, vaihtelevat riippuen sellaisista tekijöistä kuin käytetyn käsittelyn luonteesta. Heilurikerrosjärjestelmässä, jossa selektiivisesti adsorboitu syöttökomponentti poistetaan adsorptioaineesta puhdistus-virran avulla, ei desorptioaineen valinta ole yhtä kriittinen, ja sellaisia desorboimisaineita, jotka käsittävät kaasumaisia hiilivetyjä, kuten metaanin, etaanin yms., tai muun tyyppisiä kaasuja, kuten typpeä ja vetyä, voidaan käyttää korotetussa lämpötilassa tai alipaineessa, tai näitä molempia käyttäen, adsorboidun syöttökomponentin tehokkaaksi poistamiseksi adsorptio-.* aineesta. Kuitenkin sellaisissa adsorboivissa erotuskäsitte- lyissä, joita yleensä sovelletaan jatkuvina, pääasiallisesti il 93857 vakiopaineissa ja -lämpötiloissa, nestefaasin aikaansaamiseksi, on desorboimisaine valittava oikein useiden seikkojen varmistamiseksi. Ensiksikin desorboimisaineen tulee syrjäyttää uutekom-ponentti adsorptioaineesta kohtuullisia virtausnopeuskia käytettäessä ilman, että se itse adsorboituu huomattavasti, mikä estäisi haitallisesti uutekomponentin syrjäyttämistä desorptio-aineesta seuraavassa adsorptiovaiheessa. Selektiivisyytenä ilmaistuna (käsitellään jäljempänä tarkemmin) on edullista, että adsorptioaine on selektiivisempi kaikkiin muihin uutekomponent-teihin nähden raffinaattikomponenttiin verrattuna, kuin mitä sen selektiivisyys on desorboimismateriaaliin nähden raffinaat-tikomponenttiin verrattuna. Toiseksi desorboimisaineiden tulee sopia yhteen määrätyn adsorptioaineen ja syöttöseoksen kanssa. Tarkemmin sanoen ne eivät saa pienentää tai poistaa adsorptioaineen kriittistä selektiivisyyttä uutekomponenttiin nähden raffinaattikomponenttiin verrattuna. Desorptioaineiden tulee lisäksi olla sellaisia, että ne voidaan erottaa helposti käsittelyyn johdetusta syöttöseoksesta. Sekä raffinaattivirta että uutevirta poistetaan adsorptioaineesta seoksena desorptioaineen kanssa, ja ilman menetelmää, jolla voidaan erottaa ainakin osa desorptioainetta, ei uutetuotteen ja raffinaattituotteen puhtaus ole kovin suuri, eikä desorboimisainetta voida käyttää uudelleen menetelmässä. Tämän johdosta on todettu, että jokaisella tässä menetelmässä käytetyllä desorboimisaineella tulee olla huomattavasti erilainen keskimääräinen kiehumispiste syöttöseokseen verrattuna niin, että voidaan erottaa ainakin osa desorboimisainetta uute- ja raffinaattivirroissa olevista syöttökomponen-teista yksinkertaisen fraktiotislauksen avulla, mikä mahdollistaa desorboimisaineen uudelleen käytön menetelmässä. Tässä yhteydessä käytetty termi "oleellisesti erilainen" tarkoittaa, että keskimääräisen kiehumispisteen eri desorboimisaineen ja syöttöseoksen välillä on vähintään noin 5°C. Desorbomisaineen kehumisalue voi olla korkeampi tai matalampi kuin syöttöseoksen kiehmisalue. Lopuksi desorboimisaineiden tulee olla helposti saatavissa ja tämän johdosta kustannuksiltaan kohtuullista. Keksinnön mukaisessa edullisessa isotermisessä, isobaarisessa ' nestefaasikäsittelyssä on todettu, että vesi on erittäin tehokas desorboimisaine. On myös todettu, että asetoni ja muut pieni- i2 93857 molekyyliset ketonit, kuten metyylietyyliketoni ja dietyylike-toni, ovat tehokkaita seoksena veden kanssa pienissä määrissä aina 15 paino-%. Niiden käyttökelpoisuus perustuu niiden vesiliukoisuuteen. Niiden edut perustuvat kuitenkin niiden kykyyn pienentää sitä lämpötilaa, jossa desorptio tapahtuu. Käytettäessä eräitä adsorptioaineita ja desorptioaineena vettä, on lämpötilaa nostettava desorptiovaiheen tehostamiseksi. Korkeat lämpötilat voivat aiheuttaa adsorptioaineen ennenaikaisen deaktivoi-tumisen. Ratkaisu tähän ongelmaan tällaisen erottamisen aikana on lisätä desorptioaineeseen asetonia 1-15 paino-%, edullisesti 1-10 paino-% ja kaikkein edullisimmin 5-10 paino-%. Pienen mole-kyylipainon omaava ketoni voi myös vaikuttaa adsorptioaineen stabiilisuuteen mahdollisesti kahdella tavalla, nimittäin poistamalla deaktivoitumista aiheuttavia liukenevia aineosia ja aikaansaamalla regenerointi, so, poistamalla deaktivoivia aineita tai muuttamalla niiden vaikutusta. Tällaisen erottamisen desorp-tiolämpötilan noin 50°C pieneneminen on aikaansaatu esim. lisäämällä 10 paino-% asetonia desorptioaineeseen. Noin 5-70°C suuruinen aleneminen voidaan aikaansaada lisäämällä 1-15 paino-% asetonia desorptioaineena käytettyyn veteen. Laimeiden epäorgaanisten happojen avulla on myös todettu aikaansaatavan hyviä tuloksia niitä desorboimisaineina käytettäessä. Rikkihapon, typpihapon, kloorivetyhapon ja fosforihapon ja näiden seosten vesi-liuoksia voidaan käyttää määrissä, jotka vastaavat väkevyyksiä 0,01 - 1,0 n (normaalisuus), jolloin parhaat tulokset aikaansaadaan laimealla rikkihapolla väkevyydessä 0,01 - 1,0 n.The desorbents used in the various prior art adsorbent separation methods vary depending on such factors as the nature of the treatment used. In a pendulum bed system in which a selectively adsorbed feed component is removed from the adsorbent by a cleaning stream, the choice of desorbent is less critical, and desorbents comprising gaseous hydrocarbons such as methane, ethane, etc., or other types of gases such as nitrogen and hydrogen can be used or under reduced pressure, or both, to effectively remove the adsorbed feed component from the adsorbent. However, in such adsorbent separation treatments, which are generally applied continuously, mainly at constant pressures and temperatures, to obtain a liquid phase, the desorbent must be chosen correctly to ensure a number of factors. First, the desorbent should displace the extract component from the adsorbent at reasonable flow rates without significantly adsorbing itself, which would adversely prevent displacement of the extract component from the desorbent in the subsequent adsorption step. Expressed as selectivity (discussed in more detail below), it is preferred that the adsorbent be more selective for all other extract components relative to the raffinate component than for its selectivity over the desorbent material over the raffinate component. Second, the desorbents must be compatible with the particular adsorbent and feed mixture. More specifically, they must not reduce or eliminate the critical selectivity of the adsorbent over the extract component compared to the raffinate component. In addition, the desorbents must be such that they can be easily separated from the feed mixture to be treated. Both the raffinate stream and the extract stream are removed from the adsorbent as a mixture with the desorbent, and without a method to separate at least a portion of the desorbent, the purity of the extract product and the raffinate product is not very high and the desorbent agent cannot be reused in the process. As a result, it has been found that each desorbent used in this process should have a significantly different average boiling point compared to the feed mixture so that at least a portion of the desorbent can be separated from the feed components in the extract and raffinate streams by simple fractional distillation. As used herein, the term "substantially different" means that the average boiling point between the different desorbent and the feed mixture is at least about 5 ° C. The boiling range of the desorbent may be higher or lower than the boiling range of the feed mixture. Finally, desorbents should be readily available and therefore reasonably cost effective. In the preferred isothermal, isobaric liquid phase treatment according to the invention, water has been found to be a very effective desorbent. It has also been found that acetone and other low molecular weight ketones, such as methyl ethyl ketone and diethyl glycone, are effective in admixture with water in small amounts up to 15% by weight. Their usefulness is based on their water solubility. However, their advantages are based on their ability to reduce the temperature at which desorption occurs. When using some adsorbents and water as the desorbent, the temperature must be raised to enhance the desorption step. High temperatures can cause premature deactivation of the adsorbent. The solution to this problem during such separation is to add 1 to 15% by weight, preferably 1 to 10% by weight and most preferably 5 to 10% by weight of acetone to the desorbent. A low molecular weight ketone can also affect the stability of the adsorbent in potentially two ways, namely by removing soluble constituents that cause deactivation and effecting regeneration, i.e., removing deactivating agents or altering their effect. A reduction in the desorption temperature of such a separation of about 50 ° C is achieved, for example, by adding 10% by weight of acetone to the desorbent. A reduction of about 5-70 ° C can be achieved by adding 1-15% by weight of acetone to the water used as desorbent. Dilute inorganic acids have also been found to give good results when used as desorbents. Aqueous solutions of sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid and phosphoric acid and mixtures thereof can be used in amounts corresponding to concentrations of 0.01 to 1.0 n (normality), with the best results being obtained with dilute sulfuric acid at a concentration of 0.01 to 1.0 n.
On tunnettua, että määrätyt adsorptioaineiden ominaisuudet ovat erittäin toivottavia, elleivät ehdottoman välttämättömiä, selektiivisen adsorptiokäsittelyn menestykselliseksi toteuttamiseksi. Nämä ominaisuudet ovat tärkeitä myös tässä menetelmässä. Tällaisia ominaisuuksia ovat esim. seuraavat: 1) adsorptiokyky uutekomponentin määrättyyn tilavuuteen nähden tilavuusosaa kohden adsorptioainetta, 2) uutekomponentin selektiivinen adsorptio raffinaattikomponentin ja desorboimisaineen suhteen ja 3) uutekomponentin riittävän nopea adsorptio ja desorptio adsorp-tioaineeseen ja siitä pois. Adsorptioaineen kyky adsorboida määrätty tilavuusmäärä uutekomponenttia on luonnollisesti vält- i3 93857 tämätön. Ilman tätä kykyä adsorptioaine on käyttökelvoton adsorboivassa erotuksessa. Lisäksi mitä suurempi adsorptioaineen kyky on uuttaa uutekomponenttia, sitä parempi on adsorptioaine. Jonkin adsorptioaineen suurempi tehokkuus tekee mahdolliseksi sen adsorptioaineen määrän pienentämisen, joka tarvitaan erottamaan tunnetun väkevyyden omaavan uutekomponentin käytettäessä määrättyä syöttöseoksen lisäämisnopeutta. Sen adsorptioaineen määrän pieneneminen, joka tarvitaan jossain adsorptiokäsittelys-sä, pienentää erotuskäsittelyn kustannuksia. On tärkeätä, että adsorptioaineen hyvä alkutehokkuus säilyy erotuskäsittelyn aikana taloudellisesti riittävän pitkän ajan. Toinen välttämätön adsorptioaineen kyky on erottaa toisistaan syöttövirran aineosat, ts. että adsorptioaineella on määrätty adsorptioselektiivisyys (B) johonkin komponenttiin nähden toiseen komponenttiin verrattuna. Relatiivista selektiivisyyttä ei voida esittää ainoastaan jonkin komponentin suhteen johonkin toiseen komponenttiin verrattuna, vaan se voidaan esittää myös syöttöseoksen minkä hyvänsä komponentin ja adsorboivan aineen välillä. Selektiivisyys (B), jota termiä käytetään tässä selityksessä, on adsorboituneen faasin kahden komponentin suhde näiden saman kahden komponentin suhteeseen nähden adsorboitumattomassa faasissa tasapaino-olosuhteissa. Suhteellinen selektiivisyys esitetään seuraavassa yhtälössä 2:It is known that certain properties of adsorbents are highly desirable, if not absolutely necessary, for the successful implementation of selective adsorption treatment. These properties are also important in this method. Such properties are, for example, the following: 1) adsorption capacity relative to a certain volume of extract component per volume of adsorbent, 2) selective adsorption of extract component with respect to raffinate component and desorbent, and 3) sufficiently rapid adsorption and desorption of extract component from and adsorbent. The ability of the adsorbent to adsorb a given volume of extract component is, of course, essential. Without this ability, the adsorbent is unusable in adsorbent separation. In addition, the greater the ability of the adsorbent to extract the extract component, the better the adsorbent. The higher efficiency of an adsorbent makes it possible to reduce the amount of adsorbent required to separate the extract component of known concentration when using a given feed mixture addition rate. The reduction in the amount of adsorbent required in any adsorption treatment reduces the cost of the separation treatment. It is important that the good initial efficiency of the adsorbent is maintained economically long enough during the separation treatment. Another necessary ability of the adsorbent is to separate the components of the feed stream, i.e. that the adsorbent has a certain adsorption selectivity (B) over one component over another. Relative selectivity can not only be shown for one component over another, but can also be shown between any component of the feed mixture and the adsorbent. Selectivity (B), a term used in this specification, is the ratio of the two components of the adsorbed phase to the ratio of the same two components in the non-adsorbed phase at equilibrium conditions. Relative selectivity is shown in Equation 2 below:
Yhtälö 2Equation 2
Selektiivisyys = (B) = (tilavuusprosentti C/tilavuusprosentti P)ASelectivity = (B) = (volume percentage C / volume percentage P) A
(tilavuusprosentti C/tilavuusprosentti D)U(volume percentage C / volume percentage D) U
jossa yhtälössä C ja D ovat syötön kaksi komponenttia tilavuus-%:na esitettynä, ja A ja U ovat vastaavasti adsorboitunut ja adsorboitumaton faasi. Tasapaino-olosuhteet vallitsevat silloin, kun adsorptiokerroksen kautta kulkeva syöttö ei muuta koostumustaan joutuessaan kosketuksiin adsorptiokerroksen kanssa. Toisin sanoen ei esiinny aineen nettosiirtoa adsorboitumattoman ja adsorboituneen faasin välillä. Kun näiden kahden aineosan selektiivisyys lähenee arvoa 1,0, ei adsorptioaine adsorboi toista komponenttia toisen suhteen vaan ne adsorboituvat (tai eivät adsorboidu) molemmat suunnilleen samalla tavoin toistensa suhteen.wherein in Equation C and D are the two components of the feed in% by volume, and A and U are the adsorbed and non-adsorbed phases, respectively. Equilibrium conditions prevail when the feed passing through the adsorption layer does not change its composition upon contact with the adsorption layer. In other words, there is no net transfer of the substance between the non-adsorbed and the adsorbed phase. As the selectivity of the two components approaches 1.0, the adsorbent does not adsorb one component to the other, but both are adsorbed (or not adsorbed) in approximately the same manner relative to each other.
14 9385714 93857
Kun arvo (B) tulee pienemmäksi tai suuremmaksi kuin 1,0, niin adsorboimiaine adsorboi pääasiallisesti toista aineosaa toiseen verrattuna. Verrattaessa adsorptioaineen selektiivisyyttä toisen komponentin C suhteen toiseen komponenttiin D verrattuna, osoittaa suurempi arvo (B) kuin 1,0, että adsorptioaine adsorboi pääasiallisesti aineosaa C. Kun (B) on pienempi kuin 1,0, osoittaa tämä, että aineosa D adsorboituu pääasiallisesti ja adsorboitumattomaan faasiin jää enemmän aineosaa C ja adsorboituneeseen faasiin aineosaa D. Ihanteelliset desorboimisaineet ovat sellaisia, että niiden selektiivisyys on noin 1 tai hieman pienempi kuin 1 uuteaineosien suhteen niin, että kaikki uuteai-neosat voivat desorboitua yhtenä ryhmänä kohtuullisia virtausnopeuksia käytettäessä desorboimisaineen vaikutuksesta, ja niin, että uutekomponentit voivat korvata desorboimisaineen seuraavas-sa adsorptiovaiheessa. Vaikkakin uuteaineosan erottaminen raffi-naattiaineosasta on teoreettisesti mahdollinen kun adsorptioaineen selektiivisyys uutekomponentin suhteen raffinaattikomponent-tiin verrattuna on suurempi kuin 1, on edullista, että tämä selektiivisyys lähenee arvoa 2. Samoin kuin suhteellinen haihtu-vuus, niin mitä suurempi on selektiivisyys sitä helpompaa on suorittaa erottaminen. Suurempi selektiivisyys mahdollistaa adsor-boimisaineen pienemmän määrän käyttämisen. Kolmas tärkeä ominaisuus on syöttöseoksen uutekomponentin vaihtonopeus, so. uute-komponentin suhteellinen desorboitumisnopeus. Tämä ominaisuus on suoraan riippuvainen siitä desorboimisaineen määrästä, jota käsittelyssä on käytettävä uutekomponentin talteenottamiseksi adsorptioaineesta. Suuremmat vaihtonopeudet pienentävät sen desorboimisaineen määrää, joka tarvitaan uutekomponentin poistamiseksi, ja se mahdollistaa täten käsittelykustannusten pienenemisen. Suurempia vaihtonopeuksia käytettäessä on pumpattava vähemmän desorboimisainetta käsittelyn kautta ja erotettava uutevir-rasta uudelleen käyttöä varten käsittelyssä.When the value (B) becomes less than or greater than 1.0, the adsorbent mainly adsorbs one component relative to the other. When comparing the selectivity of the adsorbent with respect to the second component C over the second component D, a value (B) greater than 1.0 indicates that the adsorbent adsorbs predominantly component C. When (B) is less than 1.0, this indicates that component D adsorbs predominantly and more adsorb remains in the non-adsorbed phase and component D in the adsorbed phase. The ideal desorbents are such that their selectivity is about 1 or slightly less than 1 for the extractant components so that all extractant components can be desorbed as one group at reasonable flow rates by the desorbent, that the extract components can replace the desorbent in the next adsorption step. Although separation of the extract component from the raffinate component is theoretically possible when the selectivity of the adsorbent with respect to the extract component relative to the raffinate component is greater than 1, it is preferred that this selectivity approaches 2. As well as relative volatility, the higher the selectivity . Greater selectivity allows a smaller amount of adsorbent to be used. A third important feature is the exchange rate of the extract component of the feed mixture, i. the relative desorption rate of the extract component. This property is directly dependent on the amount of desorbent that must be used in the treatment to recover the extract component from the adsorbent. Higher exchange rates reduce the amount of desorbent required to remove the extract component, thus allowing lower processing costs. At higher exchange rates, less desorbent must be pumped through the treatment and separated from the extract stream for reuse in the treatment.
Hajaantuminen on kaksikomponenttisen järjestelmän erotusasteen mitta ja sitä voidaan käyttää määrättäessä kvantitatiivisesti määrätyn adsorptioaineen, desorptioaineen ja käsittelyolosuhteiden yhdistemän tehokkuus erotuskäsittelyä suoritettaessa. Hajaan-: tumisella tarkoitetaan tässä selityksessä sitä etäisyyttä, joka on kahden huippukeskuksen välillä jaettuna näiden huippujen 15 93857 keskimääräisellä leveydellä huippujen 1/2-korkeuden kohdalla jäljempänä kuvatulla pulssikokeella määrättynä. Yhtälö hajaantumisen määräämiseksi on näin ollen seuraava:Decomposition is a measure of the degree of separation of a two-component system and can be used to determine the efficiency of a quantified combination of adsorbent, desorbent, and treatment conditions during separation treatment. In this specification, scattering means the distance between two centers of peaks divided by the average width of these peaks at 9/2-height of the peaks as determined by the pulse test described below. The equation for determining dispersion is therefore as follows:
Yhtälö 3 *. L*~L1_ 1/2 (Wx + W2) jossa kaavassa ja L2 ovat vastaavasti etäisyys yksikössä ml vertailukohdasta, sa O-huippujen keskusten suhteen, ja ja W2 ovat huippujen leveydet niiden puolen korkeuden kohdalla.Equation 3 *. L * ~ L1_ 1/2 (Wx + W 2) wherein in formula and L 2 are respectively the distance from the reference point in ml, sa with respect to the peak center O, and and W2 are the peak widths at half-height of the case.
Erilaisten adsorptioaineiden kokeessa käytettiin dynaamista koelaitteistoa, määrättyjä syöttöseoksia ja desorboimisaineita, adsorboimiskyvyn, selektiivisyyden ja vaihtonopeuden määräämiseksi adsorptioaineesta. Laitteisto käsitti adsorboimiskammion, jonka muodosti noin 70 ml:n suuruinen spiraalimainen patsas, jossa oli syöttö- ja poistokohdat kammion vastakkaisissa päissä. Kammio oli kosketuksissa lämpötilansäätölaitteisiin ja lisäksi paineensäätölaitteisiin, joita käytetiin kammion saattamiseksi toimiman ennakolta määrätyssä vakiopaineessa. Kvantitatiiviset ja kvalitatiiviset analyysilaitteet, kuten refraktometri, pola-rimetri ja kromatografiset laitteet, voidaan liittää kammion poistojohtoon ja käyttää niitä yhden tai useamman kammiosta poistuvan virtauksen aineosan kvantitatiiviseksi tai kvalitatiiviseksi määräämiseksi. Pulssikoetta, joka toteutettiin käyttäen tätä laitteistoa ja seuraavaa menetelmää, käytettiin selektiivisten ja muiden arvojen määräämiseksi erilaisissa adsorptio-järjestelmissä. Adsorptioaine täytettiin tasapainoon saakka käytetyllä desorptioaineella johtamalla tämä adsorptiokammion lävitse. Sopivana ajankohtana syöttöpulssi, joka sisälsi tunnetussa väkevyydessä merkkiainetta ja määrättyä uutekomponenttia tai raffinaattikomponenttia tai näitä molempia, jotka oli laimennettu desorboimisaineella, injektoitiin useiden minuuttien ajan. Desorboimisaineen virtaus aloitetaan sitten uudelleen ja merkkiaine ja uutekomponentti tai raffinaattikomponentti (tai molemmat) elutoitiin neste-kiinteäaine-kromatografiaa käyttäen. Poistuva aine voidaan analysoida jatkuvasti tai poistuvia näyt- 16 93857 teitä voidaan kerätä jaksottaisesti ja analysoida myöhemmin erikseen analyysilaitteilla ka kehittää vastaavan komponentin huippujen käyrät.In the experiment of different adsorbents, dynamic test equipment, certain feed mixtures and desorbents were used to determine the adsorption capacity, selectivity and exchange rate of the adsorbent. The apparatus consisted of an adsorption chamber consisting of a helical statue of about 70 ml with inlet and outlet points at opposite ends of the chamber. The chamber was in contact with the temperature control devices and also with the pressure control devices used to make the chamber operate at a predetermined constant pressure. Quantitative and qualitative analytical equipment, such as a refractometer, a Polarimeter, and chromatographic equipment, can be connected to the chamber outlet line and used to quantitatively or qualitatively determine one or more components of the flow out of the chamber. A pulse test performed using this equipment and the following method was used to determine selective and other values in different adsorption systems. The adsorbent was filled to equilibrium with the desorbent used by passing it through the adsorption chamber. At the appropriate time, a feed pulse containing a tracer of known extract and a specific extract component or raffinate component, or both, diluted with a desorbent, was injected for several minutes. The desorbent flow is then restarted and the tracer and extract component or raffinate component (or both) were eluted using liquid-solid chromatography. The effluent can be analyzed continuously or the effluent samples can be collected periodically and subsequently analyzed separately with analytical equipment and the peak curves of the corresponding component can be developed.
Adsorptiokokeista saatujen tulosten perusteella voidaan sen tehokkuus esittää huokostilavuutena, uute- tai raffinaattikompo-nentin pidätystilavuutena, yhden komponentin selektiivisyytenä jonkin toisen suhteen ja desorboimisaineen desorptionopeutena uutekomponenttiin nähden. Uute- tai raffinaattikomponentin pi-dätystilavuus voidaan esittää sinä etäisyytenä, joka on uute-tai raffinaattikomponentin huippukäyrän keskuksen ja merkkiaineen huippukäyrän tai jonkin muun tunnetun vertailukohdan välillä. Se esitetään sen desorboimisaineen tilavuutena kuutiosentti-metreinä, joka on pumpattu tämän ajanjakson kuluessa ja jota esittää huippukäyrien välinen etäisyys. Uutekomponentin selek-tiivisyys (B) raffinaattikomponenttiin verrattuna voidaan esittää niiden etäisyyksien suhteena, jotka ovat uutekomponentin huippukäyrän ja merkkiaineen huippukäyrän (tai jonkin muun vertailukohdan) keskusten välillä verrattuna vastaavaan etäisyyteen raffinaattikomponentin huippukäyrän ja merkkiaineen huippu-käyrän keskusten väliseen etäisyyteen. Uutekomponentin vaihto-nopeus desorboimisaineen kanssa voidaan yleisesti määritellä huippukäyrän puolen leveyden avulla. Mitä kapeampi huipun leveys on, sitä suurempi on desorptionopeus. Desorptionopeus voidaan myös määritellä sen etäisyyden perusteella, joka on merkkiaineen huippukäyrän keskuksen ja juuri desorboidun uutekomponentin häviämisen välillä. Tämä etäisyys on myös sen desorboimisaineen tilavuus, joka on pumpattu tämän ajan kuluessa.Based on the results obtained from the adsorption experiments, its efficiency can be expressed as the pore volume, the retention volume of the extract or raffinate component, the selectivity of one component over another, and the desorption rate of the desorbent over the extract component. The retention volume of the extract or raffinate component can be expressed as the distance between the center of the peak curve of the extract or raffinate component and the peak curve of the tracer or some other known reference point. It is expressed as the volume of desorbent in cubic centimeters pumped during this period, represented by the distance between the peak curves. The selectivity (B) of the extract component relative to the raffinate component can be expressed as the ratio of the distances between the centers of the peak curve of the extract component and the peak curve of the tracer (or some other reference) to the corresponding distance between the peak curve of the raffinate component and the peak of the tracer component. Exchange of an extract component with the desorbent speed can generally be defined as the peak of the curve half width. The narrower the width of the peak, the higher the desorption rate. The desorption rate can also be determined from the distance between the center of the tracer peak curve and the disappearance of the freshly desorbed extract component. This distance is also the volume of desorbent pumped during this time.
Edullisten adsorptiojärjestelmien edelleen arvioiminen ja näiden arvojen muuttaminen käytännön erotusmenetelmäksi vaatii parhaan järjestelmän kokeilemisen käytännössä jatkuvassa, vastavirtaan toimivassa neste-kiintoaine-kosketusjärjestelmässä. Tällaisen laitteen yleiset toimintaperiaatteet on kuvattu aikaisemmin US-patentissa 2 985 589. Eräs sellainen laboratoriomittakaavaa oleva laitteisto, jossa toteutetaan näitä periaatteita, on kuvattu US-patentissa 3 706 812. Tässä laitteessa on useita : adsorptiokerroksia ja joukko syöttöjohtoja, jotka on kiinnitetty kerroksissa oleviin jakolaitteisiin, ja ne päättyvät pyörivään it 93857 jakoventtiiliin. Määrätyssä venttiilin asemassa johdetaan syöttö- ja desorboimisaine kahden johdon lävitse ja raffinaatti-ja uutevirrat poistetaan kahden muun johdon lävitse. Kaikki muut syöttöjohdot ovat inaktiivisia, ja kun jakoventtiilin asemaa siirretään yhden jakson verran, siirtyvät kaikki aktiiviset toiminnat yhden kerroksen verran. Tämä simuloi sellaista tilaa, jossa adsorptioaine siirtyy vastavirrassa nestevirtaukseen nähden. Lisää yksityiskohtia edellä mainitusta, ei-ionisen adsorp-tioaineen avulla toimivasta koelaitteesta ja adsorboimisaineen tutkimustekniikasta on esitetty kirjoituksessa "Separation of Cg Aromatics by Adsorption", tekijät A.J. deRosset, R.W. Neuzil, D.J. Korous ja D.H. Rosback, esitetty seuran American Chemical Society, Los Angeles, California kokouksessa 28.3. - 2.4. 1971.Further evaluation of the preferred adsorption systems and the conversion of these values into a practical separation method requires the best system to be tested in a practically continuous, countercurrent liquid-solid contact system. The general principles of operation of such a device have been described previously in U.S. Patent 2,985,589. A laboratory-scale apparatus that implements these principles is described in U.S. Patent 3,706,812. This device has several: adsorption layers and a plurality of supply lines attached to layered distribution devices , and terminate in a rotating it 93857 distribution valve. At a given valve position, the feed and desorbent are passed through two lines and the raffinate and extract streams are removed through the other two lines. All other supply lines are inactive, and when the distribution valve position is shifted by one cycle, all active functions are shifted by one layer. This simulates a state in which the adsorbent moves countercurrent to the liquid flow. Further details of the above-mentioned nonionic adsorbent test apparatus and adsorbent assay technique are set forth in "Separation of Cg Aromatics by Adsorption" by A.J. deRosset, R.W. Neuzil, D.J. Korous and D.H. Rosback, presented at the Society's American Chemical Society, Los Angeles, California meeting on March 28th. - 2.4. 1971.
Erään sellaisen adsorptioaineryhmän, jota voidaan käyttää keksinnön mukaisessa menetelmässä, muodostavat ei-ioniset, hydrofobiset, veteen liukenemattomat styreeni-poly(vinyyli)bentseeni-kopolymeerit ja niiden kopolymeerit monoetyleenisesti tyydytty-mättömien yhdisteiden tai polyetyleenisesti tyydyttymättömien muiden monomeerien kuin poly(vinyyli)bentseenien kanssa, joihin sisältyvät akryyliesterit, esim. sellaiset, jotka on kuvattu US-patenteissa numerot 3 531 463 ja 3 663 467, joihin tässä yhteydessä viitataan niihin kuitenkaan rajoittumatta. Kuten US-patentissa n:o 3 531 463 on esitetty, voidaan nämä polymeerit valmistaa siten kuin US-patenttihakemuksessa n:o 749 526 on esi-*' tetty, joka on johtanut patentteihin .numerot 4 221 871, 4 224 415, 4 256 840, 4 297 220, 4 382 124 ja 4 501 826, joihin kaikkiin tässä yhteydessä viitataan. Edellä mainittuja adsorp-tioaineita valmistaa Rohm and Haas Company ja niitä myydään tavaramerkillä "Amberlite". Sen tyyppisiä Amberlite-polymeerejä, joiden tiedetään olevan tehokkaita käytettäviksi keksintöä toteutettaessa, on mainittu edellä mainitun yhtiön esitteissä Amberlite-adsorpboimisaineina XAD-1, XAD-2, XAD-4, XAD-7 ja XAD-8 ja kuvattu näissä esitteissä "kovaksi, suuren pinta-alan omaavien liukenemattomien pallosten muodostamaksi huokoiseksi polymeeriksi". Eri tyyppiset adsorboivat Amberlite-polymeerit . eroavat jonkin verran toisistaan fysikaalisten ominaisuuksien, : kuten huokoisuuden, tilavuusprosentin, tiheyden ja seulontakoon ie 93857 perusteella, mutta vielä enemmän niiden pinta-alan, huokosten keskimääräisen halkaisijan ja 2-napamomentin perusteella. Edul-lisimmilla adsorptioaineilla pinta-ala on 10-2000 m /g ja edul-lisesti 100-1000 m /g. Nämä ominaisuudet on esitetty seuraavassa taulukossa.One group of adsorbents that can be used in the process of the invention are nonionic, hydrophobic, water-insoluble styrene-poly (vinyl) benzene copolymers and copolymers thereof with monoethylenically unsaturated compounds or polyethylenically unsaturated poly (ethylenically unsaturated) monomers. which include acrylic esters, e.g., those described in U.S. Patent Nos. 3,531,463 and 3,663,467, which are incorporated herein by reference. As disclosed in U.S. Patent No. 3,531,463, these polymers can be prepared as disclosed in U.S. Patent Application No. 749,526, which has resulted in U.S. Patent Nos. 4,221,871, 4,224,415, 4,256. 840, 4,297,220, 4,382,124 and 4,501,826, all of which are incorporated herein by reference. The above adsorbents are manufactured by Rohm and Haas Company and sold under the trademark "Amberlite". Amberlite polymers of the type known to be effective in the practice of the invention are mentioned in the brochures of the above-mentioned company as Amberlite adsorbents XAD-1, XAD-2, XAD-4, XAD-7 and XAD-8 and are described in these brochures as "hard, high into a porous polymer formed by insoluble spheres having a surface area ". Different types of adsorbent Amberlite polymers. differ somewhat in physical properties, such as porosity, volume percentage, density and screen size, ie 93857, but even more in their surface area, average pore diameter and 2-pole torque. The most preferred adsorbents have a surface area of 10-2000 m / g and most preferably 100-1000 m / g. These properties are shown in the following table.
Taulukko 1table 1
Polymeeristen Amberlite-adsorptioaineiden ominaisuudet XAD-1 XAD-2 XAD-4 XAD-7 XAD-8Properties of Amberlite Polymeric Adsorbents XAD-1 XAD-2 XAD-4 XAD-7 XAD-8
Kemialli- poly- poly- poly- akryyli- akryyli- nen luonne styreeni styreeni styreeni esteri esteriChemical poly-poly-poly-acrylic-acrylic nature styrene styrene styrene ester ester
Huokoisuus paino-% 37 42 51 55 52Porosity% by weight 37 42 51 55 52
Todellinen märkäti- ^ heys g/cni 1,02 1,02 1,02 1,05 1,09Actual wet density g / cm 1.02 1.02 1.02 1.05 1.09
Pinta-ala m2/g 100 300 780 450 160Area m2 / g 100 300 780 450 160
Huokosten keskim. halkaisija,Avg. diameter,
Angström 200 90 50 90 225Angström 200 90 50 90 225
Rakenteen tiheys g/cm3 1,07 1,07 1,08 1,24 1,23Structure density g / cm3 1.07 1.07 1.08 1.24 1.23
Nimellinen osassuu- ruus 20-50 20-50 20-50 20-50 25-50Nominal part size 20-50 20-50 20-50 20-50 25-50
Funktionaalisten ryhmien 2-na- pamomentti 0,3 0,3 0,3 1,8 1,82-pole torque of functional groups 0.3 0.3 0.3 1.8 1.8
Niiden adsorboivien Amberlite-polymeerien käyttötarkoitukset, jotka on esitetty yhtiön Rohm and Haas Comapny esitteissä, käsittävät massatehtaan valkaisujäteliuoksen värinpoiston, väri-jätteiden värinpoiston ja hyönteismyrkkyjen poistamisen jäte-liuoksista. Tämä ei luonnollistestikaan viittaa keksinnön mukaiseen yllättävään toteamukseen, että adsorboivat Amberlite-polymeerit ovat tehokkaita erottamaan sitruunahappoa Aspergillus Niger-käymisliemestä.The uses of the adsorbent Amberlite polymers disclosed in the Rohm and Haas Comapny brochures include decolorization of the pulp mill bleach waste solution, decolorization of paint waste, and removal of insecticides from the waste solutions. This, of course, does not suggest a surprising finding according to the invention that the adsorbent Amberlite polymers are effective in separating citric acid from Aspergillus Niger fermentation broth.
93857 1993857 19
Toisena sellaisena adsorptioaineryhmänä, jota voidaan käyttää keksinnön mukaisessa menetelmässä, ovat heikot emäksiset anio-ninvaihtohartsit, joissa esiintyy tertiäärinen amiini- tai pyridiinifunktionaalisuus ristikytketyssä polymeerimatriisissa, esim. akryyli tai styreeni. Ne ovat erittäin sopivia pallosten muodossa, niillä on erittäin tasalaatuinen polymeerin huokoisuus, hyvä kemiallinen ja fysikaalinen stabiilisuus ja hyvä hankauskestävyys (mikä ei ole tavallista makroretikulaarisissa hartseissa).Another group of adsorbents that can be used in the process of the invention are weak basic anion exchange resins having tertiary amine or pyridine functionality in a crosslinked polymer matrix, e.g. acrylic or styrene. They are very suitable in the form of spheres, have a very uniform polymer porosity, good chemical and physical stability and good abrasion resistance (which is not common in macroreticular resins).
Adsorboimisaineita, kuten edellä kuvattuja, valmistaa Rohm and Haas Company, ja niitä myydään tavaramerkillä "Amberlite". Tällaisten Amberlite-polymeerien tiedetään olevan tehokkaita keksinnön tarkoituksissa ja niitä nimitetään Rohm and Haas Companyn esitteissä Amberlite-adsorptioaineiksi XE-275 (IRA-35), IRA-68, ja niitä on kuvattu näissä esitteissä "liukenemattomiksi tavanomaisiin liuottimiin, ja sellaisiksi, joilla on avoin rakenne suurten molekyylien tehokkaaksi adsorboimiseksi ja de-sorboimiseksi ilman, että ne menettävät tehokkuuttaan orgaanisten aineiden aiheuttaman likaantumisen johdosta". Sopivia ovat myös hartsit AG-3X4A ja AG4-X4, joita valmistaa Bio Rad, ja vastaavat hartsit, joita myy Dow Chemical, kuten Dowex 66 ja Dow-koehartsit, joita voidaan valmistaa US-patenttien 4 031 038 ja 4 098 867 mukaisilla menetelmillä.Adsorbents, such as those described above, are manufactured by Rohm and Haas Company and sold under the trademark "Amberlite". Such Amberlite polymers are known to be effective for the purposes of the invention and are referred to in the Rohm and Haas Company brochures as Amberlite adsorbents XE-275 (IRA-35), IRA-68, and are described in these brochures as "insoluble in conventional solvents, and having an open structure for efficient adsorption and de-sorption of large molecules without losing their efficiency due to fouling by organic matter ". Also suitable are resins AG-3X4A and AG4-X4, manufactured by Bio Rad, and corresponding resins sold by Dow Chemical, such as Dowex 66 and Dow test resins, which can be prepared by the methods of U.S. Patents 4,031,038 and 4,098,867.
Tähän luokkaan kuuluvat erilaiset polymeeriset adsorptioaineet eroavat jossain määrin toisistaan fysikaalisten ominaisuuksien, kuten huokoisuuden, tilavuusprosentin, rakenteellisen lujuuden ja nimellisen osaskoon perusteella, ja vielä enemmän mitä tulee pinta-alaan, huokosten keskimääräiseen halkaisijaan ja 2-napa-momenttiin. Edullisimpien adsorboimisaineiden pinta-ala on 10-2000 m^/g ja edullisesti 100-1000 m^/g. Edellä mainittujen tuotteiden erikoisominaisuuksia on esitetty valmistajien julkaisemassa kirjallisuudessa ja teknisissä esitteissä, kuten taulukossa 2 esitettyjen tuotteiden, joihin tässä yhteydessä viitataan. Myös muunlaisia tuotteita voidaan käyttää.The various polymeric adsorbents in this class differ to some extent in physical properties such as porosity, volume percent, structural strength, and nominal particle size, and even more in terms of surface area, average pore diameter, and 2-pole moment. The most preferred adsorbents have a surface area of 10-2000 m 2 / g and preferably 100-1000 m 2 / g. The special features of the above products are described in the literature and technical brochures published by the manufacturers, such as the products listed in Table 2, which are referred to in this context. Other types of products can also be used.
20 9385720 93857
Taulukko 2Table 2
Adsorptio- aine_ Matriisilaji Kirjallisuusviitteet AG3-4A Polystyreeni Chromatography Electrophoresis (Bio Rad) Immunochemistry MolecularAdsorbent_ Matrix species Literature references AG3-4A Polystyrene Chromatography Electrophoresis (Bio Rad) Immunochemistry Molecular
Biology - HPLC - Price List M huhtikuu 1987 (Bio Rad) AG4-X4 Akryyli Chromatography ElectrophoresisBiology - HPLC - Price List M April 1987 (Bio Rad) AG4-X4 Acrylic Chromatography Electrophoresis
Immunochemistry Molecular Biology - HPLC - Price List M huhtikuu 1987 (Bio Rad)Immunochemistry Molecular Biology - HPLC - Price List M April 1987 (Bio Rad)
Dow Polystyreeni US-patentit n:ot 4 031 038 ja kokeilu- 4 098 867 hartsitDow Polystyrene U.S. Patent Nos. 4,031,038 and Experimental 4,098,867 Resins
Dowex 66 Polystyreeni Material Safety Data Sheet painettu 17.2. 1987 (Dow Chemical USA) IRA-35 Akryyli Amberlite Ion Exchange Resins (XE-275) (XE-275) Rohm & Haas Co. 1975 IRA-68 Akryyli Amberlite Ion Exchange Resins-Dowex 66 Polystyrene Material Safety Data Sheet printed 17.2. 1987 (Dow Chemical USA) IRA-35 Acrylic Amberlite Ion Exchange Resins (XE-275) (XE-275) Rohm & Haas Co. 1975 IRA-68 Acrylic Amberlite Ion Exchange Resins-
Amberlite IRA-68Amberlite IRA-68
Rohm & Haas Co. huhtikuu 1977Rohm & Haas Co. April 1977
Sellaisia polymeeristen Amberlite-adsorptioaineiden käyttöaloja, joita Rohm and Haas Comanyn julkaisemassa kirjallisuudessa on esitetty, ovat massatehtaan valkaisujäteliuoksen värinpois-. to, värinpoisto maalijätteistä ja hyönteismyrkkyjen poistaminen jäteliuoksista. Kirjallisuudessa ei ole esitetty esillä olevaa keksintöä, joka kohdistuu polymeeristen Amberlite-adsorboimis-aineiden tehokkaaseen sirtuunahapon erottamiseen Aspergillus Niger-käymisliemestä.Applications for polymeric Amberlite adsorbents, as described in the literature published by Rohm and Haas Comany, include decolorization of the pulp mill bleach waste solution. decolorization of paint waste and removal of insecticides from waste solutions. The present invention has not been disclosed in the literature for the efficient separation of chiric acid from polymeric Amberlite adsorbents from Aspergillus Niger fermentation broth.
Adsorboimisaineiden kolmannen ryhmän, jota voidaan käyttää keksinnön mukaisessa menetelmässä muodostavat voimakkaasti emäksiset anioninvaihtohartsit, joissa on kvaternäärinen ammonium-funktionaalisuus ristikytketyssä polymeerimatriisissa, so. di-vinyylibentseeniristikytketyt akryyli- tai styreenihartsit.A third group of adsorbents that can be used in the process of the invention are strongly basic anion exchange resins having quaternary ammonium functionality in a crosslinked polymer matrix, i. di-vinylbenzene crosslinked acrylic or styrene resins.
Ne ovat erittäin sopivia pallosten muodossa ja niillä on tasai-• nen polymeerin huokoisuus ja hyvä kemiallinen ja fysikaalinen stabiilisuus. Esillä olevassa tapauksessa nämä hartsit voivat 21 93857 olla geelimäisiä (tai "geelityyppisiä") tai "makroretikulaa-risia", jota termiä käytetään nykyisessä kirjallisuudessa, nimittäin Kunin ja Hetherington: "A Progress Report on the Removal of Colloids From Water byt Macroreticular Ion Exchange Resins", kirjoitus, joka on esitetty kansainvälisessä vesikonfe-renssissa (Pittsburgh, PA. lokakuussa 1969) , monistanut Rohm and Haas Comapny. Nykyisessä adsorptioteknologiassa "termi mikroretikulaarinen tarkoittaa geelirakennetta per se, huokosten suuruutta, jotka ovat dimensioiltaan atomi-suuruutta ja riippuvat geelin turpoamisominaisuuksista", kun taas "makrore-tikulaariset huokoset ja todellinen huokoisuus tarkoittavat sellaisia rakenteita, joissa huokoset ovat suurempia kuin atomi-luokkaa eivätkä muodosta geelirakenteen osaa. Niiden kokoon ja muotoon eivät ympäristön muutokset vaikuta huomattavasti, esimerkiksi sellaiset, jotka johtuvat osmoottisen paineen vaihteluista", kun taas geelirakenteen dimensiot "riippuvat huomattavasti ympäristöolosuhteista". "Klassisessa adsorptiossa" termit mikrohuokoinen ja makrohuokoinen tarkoittavat normaalisti sellaisia huokosia, jotka ovat pinenempiä kuin 20 A ja suurempia ja 200 A. Huokoset, joiden halkaisija on välillä 20 A ja 200 A, ovat siirtohuokosia". Tekijät käyttävät termiä "makroretikulaa-rinen" sen sijaan, että he määrittelisivät keksinnön mukaisia uusia ioninvaihtohartseja "joissa on sekä mikroretikulaarinen että makroretikulaarinen huokosrakenne. Ensin mainittu tarkoit-: taa sitä etäisyyttä, joka on ketjujen ja turvonneen geeliraken teen ristikytkentäkohtien välillä, ja viimemainittu sellaisia huokosia, jotka eivät muodosta varsinaisen kemiallisen rakenteen osaa. Rakenteen makroretikulaarinen osa voi todellisuudessa käsittää mikro-, makro- ja transitionaaliset huokoset huokoskoon jakaantumisesta riippuen". (Edellä olevat lainaukset ovat Kunin ym. artikkelin sivulta 1). Makroretikulaarisen rakenteen omaavilla adsorptioaineilla on myös hyvä hankauskestävyys (joka ei ole yleinen tavanomaisilla makroretikulaarisillä hartseilla). Tässä selityksessä viittaukset "makroretikulaariseen" tarkoittavat näin ollen sellaisia kuvatunlaisia adsorptioaineita, joilla on kahdenlainen huokoisuus siten kuin Kunin ja Hethesing ' ovat sen määritelleet. Termejä "geeli" ja "geelityyppinen" käy tetään tässä yhteydessä niiden tavanomaisessa merkityksessä.They are very suitable in the form of spheres and have a uniform • polymer porosity and good chemical and physical stability. In the present case, these resins may be gel-like (or "gel-type") or "macroreticular", a term used in the current literature, namely Kun and Hetherington: "A Progress Report on the Removal of Colloids From Water by Macroreticular Ion Exchange Resins ", an article presented at the International Water Conference (Pittsburgh, PA. October 1969), reproduced by Rohm and Haas Comapny. In current adsorption technology, "the term microreticular refers to a gel structure per se, pore size that is atomic in size and depends on the swelling properties of the gel," while "macroreticular pores and true porosity means structures with pores larger than pores. Their size and shape are not significantly affected by changes in the environment, for example those due to variations in osmotic pressure ", while the dimensions of the gel structure" depend significantly on environmental conditions ". In "classical adsorption", the terms microporous and macroporous normally refer to pores longer than 20 A and larger and 200 A. Pores with a diameter between 20 A and 200 A are transfer pores. "The authors use the term" macroreticular "in its sense. instead of defining the novel ion exchange resins of the invention "having both a microreticular and a macroreticular pore structure. The former means the distance between the chains and the cross-linking points of the swollen gel structure, and the latter pores which do not form part of the actual chemical structure. The macroreticular part of the structure may in fact comprise micro-, macro- and transitional pores depending on the pore size distribution. "(The above quotations are from page 1 of Kun et al.) Adsorbents with a macroreticular structure also have good abrasion resistance (which is not common with conventional macroreticles). References in this specification to "macroreticular" thus refer to adsorbents of the type described which have two porosities as defined by Kun and Hethesing, and the terms "gel" and "gel-type" are used herein in their conventional sense.
22 9385722 93857
Tarkasteltaessa keksinnön mukaisia kvaternäärisen ammonium-funktion sisältäviä ioninvaihtohartseja, on kvaternäärisellä amiinilla positiivinen varaus ja se voi muodostaa ionisidoksen sulfaatti-ionin kanssa. Kvaternäärisen ammoniumanionin sisältävällä ioninvaihtohartsilla on sulfaattimuodossa heikko emäksinen ominaisuus, joka vuorostaan voi adsorboida sitruunahappoa happo-emäs-reaktion johdosta.When considering ion exchange resins containing a quaternary ammonium function according to the invention, the quaternary amine has a positive charge and can form an ionic bond with a sulfate ion. The ion exchange resin containing a quaternary ammonium anion has a weak basic property in the sulfate form, which in turn can adsorb citric acid due to the acid-base reaction.
P - N+ (R)3 tai P - N+ - (R)2(C2H4OH) O- O- .. I ·· ·· I ..P - N + (R) 3 or P - N + - (R) 2 (C2H4OH) O- O- .. I ·· ·· I ..
:0 = S = O: :0 = S = O: I — + — I _ + — O - H - C.A. O - H -C.A.: 0 = S = O:: 0 = S = O: I - + - I _ + - O - H - C.A. O - H -C.A.
jossa P = hartsiryhmä R = alempi alkyyli, C1-3 C.A. = sitraatti-ioniwherein P = resin group R = lower alkyl, C1-3 C.A. = citrate ion
Adsorboimisaineita, esim. edellä kuvattuja, valmistaa Rohm and Haas Company ja niitä myydään tavaramerkillä "Amberlite". Sellaisia Amberlite-polymeereja, joiden tiedetään olevan tehokkaita keksinnön tarkoituksissa, on esitetty Rohm and Haas Companyn esitteissä sarjoina Amberlite IRA 400 ja 900, ja niitä kuvataan näissä esitteissä "liukenemattomiksi kaikkiin tavanomaisiin liuottimiin, rakenteeltaan avoimiksi tehokkaan adsorption . ja desorption aikaansaamiseksi suurten molekyylien suhteen il- * man, että ne menettävät tehokkuuttaan orgaanisten aineiden ai heuttaman likaantumisen johdosta". Sopivia ovat myös hartsit AG1, AG2 ja AGMP-1, joita valmistaa toiminimi Bio Rad, ja vastaavat hartsit, joita valmistaa Dow Chemical Co., kuten Dowex 1, 2, 11, MSA-1 ja MSA-2 yms. Käyttökelpoisia keksintöä toteutettaessa ovat myös ns. kohtuullisen emäksisyyden omaavat ionin-vaihtohartsit, jotka ovat voimakkaan ja heikon emäksen muodostamien hartsien seoksia. Tällaisia ovat esimerkiksi seuraavat kaupan olevat hartsit: Bio-Rex 5 (Bio-Rad 1); Amberlite IRA-47 ja Duolite A-340 (molempia valmistaa Rohm & Haas). Ne ovat käyttökelpoisia esim. tarvittaessa sellaista emäksistä ionin-vaihtohartsia, joka ei ole yhtä emäksinen kuin voimakkaasti emäksiset hartsit, tai sellaista, joka on emäksisempi kuin heikosti emäksiset hartsit.Adsorbents, e.g., those described above, are manufactured by Rohm and Haas Company and sold under the trademark "Amberlite". Amberlite polymers known to be effective for the purposes of the invention are disclosed in Rohm and Haas Company's brochures in Amberlite IRA 400 and 900 series and are described in these brochures as "insoluble in all conventional solvents, open in structure to provide efficient adsorption and desorption to large molecules. * that they lose their effectiveness due to contamination by organic matter ". Also suitable are resins AG1, AG2 and AGMP-1 manufactured under the tradename Bio Rad, and corresponding resins manufactured by Dow Chemical Co., such as Dowex 1, 2, 11, MSA-1 and MSA-2, etc. Useful in the practice of the invention are: also the so-called. moderately basic ion exchange resins which are mixtures of strong and weak base resins. Examples include the following commercially available resins: Bio-Rex 5 (Bio-Rad 1); Amberlite IRA-47 and Duolite A-340 (both manufactured by Rohm & Haas). They are useful, for example, if necessary, a basic ion exchange resin which is not as basic as strongly basic resins, or one which is more basic than weakly basic resins.
23 93857 Tähän ryhmään kuuluvien polymeeristen adsorptioaineiden eri lajit eroavat toisistaan jossain määrin fysikaalisten ominaisuukseensa, kuten huokoisuuden, tilavuusprosentin, rakenteen lujuuden ja nimellisen osaskoon suhteen ja vielä enemmän, mitä tulee pinta-alaan, huokosten keskimääräiseen halkaisijaan ja 2-napa-momenttiin. Edullisempien adsorpboimisaineiden pinta-ala on 10-2000 m /g ja edullisesti 100-1000 m /g. Näiden materiaalien erikoisominaisuuksia on esitetty valmistajan julkaisemassa kirjallisuudessa ja teknisissä esitteessä, esim. niissä, jotka on esitetty taulukossa 3 ja joihin tässä yhteydessä viitataan.23 93857 The different types of polymeric adsorbents in this group differ to some extent in their physical properties such as porosity, volume percentage, structural strength and nominal particle size, and even more in terms of surface area, average pore diameter and 2-pole moment. More preferred adsorbents have a surface area of 10-2000 m / g and preferably 100-1000 m / g. The special properties of these materials are described in the literature and technical brochure published by the manufacturer, e.g. those listed in Table 3 and referred to herein.
Taulukko 3Table 3
Adsorptioaineiden ominaisuudet Adsorptio- Matriisin aine_ hartsityyppi Kirjallisuusviitteet IRA 458 Akryyli gee- Amberlite Ion Exchange Resins (Rohm & Haas) lityyppinen 1986 & Technical Bulletin IE-207-74 84 IRA 958 Akryyli mak- Technical Bulletin ja Material rohuokoinen Safety Data Sheet saatavissa IRA 900 Polystyreeni Technical Bulletin saatavissa makrohuokoinen 3a Amberlite Ion ExchangeProperties of Adsorbents Adsorption- Matrix Substance_ Resin Type Literature References IRA 458 Acrylic Gee- Amberlite Ion Exchange Resins (Rohm & Haas) Lite Type 1986 & Technical Bulletin IE-207-74 84 IRA 958 Acrylic Mak- Technical Bulletin and Material Grassy Safety Data Sheet Available IRA 900 Technical Bulletin available in Macroporous 3a Amberlite Ion Exchange
Resins, IE-100-66.Resins, IE-100-66.
IRA 904 Polystyreeni Technical Bulletin, 1979 ja makrohuokoinen IE-208/74, tammik. 1974 • IRA 910 Polystyreeni Technical Bulletin, 1979 ja makrohuokoinen IE-101-66, toukok. 1972 IRA 400, 402 Polystyreeni Amberlite Ion Exchange Resins, makrohuokoinen lokak., syysk. 1976, huhtik 1972 ja IE-69-62, lokak. 1976 IRA 410 Polystyreeni Amberlite Ion Exchange Resins geelityyppinen IE-72-63, elok. 1970 AG 1 Polystyreeni Chromatography Electrophoresis (Bio Rad) geelityyppinen Immunochemistry MolecularIRA 904 Polystyrene Technical Bulletin, 1979 and Macroporous IE-208/74, Jan. 1974 • IRA 910 Polystyrene Technical Bulletin, 1979 and Macroporous IE-101-66, May. 1972 IRA 400, 402 Polystyrene Amberlite Ion Exchange Resins, Macroporous Oct., Sep. 1976, April 1972 and IE-69-62, Oct. 1976 IRA 410 Polystyrene Amberlite Ion Exchange Resins Gel Type IE-72-63, El. 1970 AG 1 Polystyrene Chromatography Electrophoresis (Bio Rad) Gel Type Immunochemistry Molecular
Biology HPLC, hintaluettelo M huhtik. 1987 AG 2 Polystyreeni Chromatography ElectrophoresisBiology HPLC, price list M aprik. 1987 AG 2 Polystyrene Chromatography Electrophoresis
geelityyppinen Immunochemistry Molecular : Biology HPLC, hintaluettelo Mgel type Immunochemistry Molecular: Biology HPLC, price list M
huhtikuu 1987 24 93857April 1987 24 93857
Taulukko 3 (j atkoa)Table 3 (continued)
Adsorptioaineiden ominaisuudet Adsorptio- Matriisin aine_ hartsityyppi Kirjallisuuviitteet AG-MP-1 Polystyreeni Chromatography Electrophoresis makrohuokoinen Immunochemistry MolecularProperties of Adsorption Agents Adsorption Matrix Substance_ Resin Type References AG-MP-1 Polystyrene Chromatography Electrophoresis Macroporous Immunochemistry Molecular
Biology HPLC, hintaluettelo M huhtikuu 1987Biology HPLC, price list M April 1987
Bio Rex 5 Voimakkaasti Chromatography Electrophoresis (Bio Rad) ja heikosti Immunochemistry MolecularBio Rex 5 Strong Chromatography Electrophoresis (Bio Rad) and Weakly Immunochemistry Molecular
emäksisten hart- Biology HPLC, hintaluettelo Mbasic hart- Biology HPLC, price list M
sien seos (esim. huhtikuu 1987 AG-2 ja AG-3 tai AG-4mixture (eg April 1987 AG-2 and AG-3 or AG-4
Adsorptioainetta voidaan käyttää tiiviin kiinteän kerroksen muodossa, joka saatetaan vuorotellen kosketukseen syöttöseoksen ja desorboimisaineen kanssa. Keksinnön yksinkertaisimmassa toteuttamismuodossa käytetään adsorptioainetta yhden staattisen kerroksen muodossa, jossa tapauksessa käsittely on ainoastaan puolijatkuva. Toisessa toteuttamismuodossa voidaan kiinteässä kerroksessa käyttää kahta tai useampaa paikoillaan pysyvää kerrosta yhdessä sopivien venttiilien kanssa niin, että syöttöseos johdetaan yhden tai useamman adsorptioainekerroksen lävitse, samalla kun desorptioaine voidaan johtaa yhden tai useamman muun sarjan kerroksen lävitse. Syöttöseoksen ja desorboimisaineen virtaus voi tapahtua joko ylöspäin tai alaspäin desorboimisai-neen lävitse. Mitä hyvänsä tavanomaista, nesteen ja kiinteän aineen staattisessa kerroksessa kosketuksen aikaansaavaa laitteistoa voidaan käyttää.The adsorbent can be used in the form of a dense solid layer which is contacted alternately with the feed mixture and the desorbent. In the simplest embodiment of the invention, the adsorbent is used in the form of a single static layer, in which case the treatment is only semi-continuous. In another embodiment, two or more stationary layers may be used in the fixed bed together with suitable valves so that the feed mixture is passed through one or more layers of adsorbent, while the desorbent may be passed through one or more other layers of series. The flow of the feed mixture and the desorbent can take place either upwards or downwards through the desorbent. Any conventional apparatus for contacting a liquid and a solid in a static layer can be used.
Vastavirtauksella toimivassa järjestelmässä ovat vastavirtaker-ros tai simuloitu vastavirtakerros kuitenkin sellaisia, että niillä on paljon suurempi erotustehokkuus kuin kiinteillä ad-sorboimiskerrosjärjestelmillä, ja ne ovat tämän johdosta edullisimpia. Liikkuvaa kerrosta tai simuloitua liikkuvaa kerrosta käyttävissä menetelmissä tapahtuvat adsorptio- ja desorptiokä-sittelyt jatkuvasti, mikä mahdollistaa uute- ja raffinaatti-virran jatkuvan valmistamisen ja syöttö- ja desorboimisvirto-jen jatkuvan käytön. Tämän menetelmän eräs edullinen toteuttamismuoto on sellainen, jossa käytetään simuloitua, liikkuvaan 25 9 3 8 5 7 kerrokseen perustuvaa vastavirtausjärjestelmää. Tällaisen vir-tausjärjestelmän käsittelyperiaatteet ja käsittelyjärjestys on kuvattu US-patentissa 2 985 589. Tällaisessa järjestelmässä liikkuvat useat nesteen tulokohdat peräkkäin alaspäin adsorptio-kammiossa simuloiden kammiossa olevan adsorptioaineen virtausta ylöspäin. Ainoastaan neljä tulojohtoa toimii kunakin ajankohtana, nimittäin syötön tulovirtaus, desorboimisaineen tulo-virtaus, raffinaatin poistovirtaus ja uutteen poistovirtaus. Samanaikaisesti kiinteän adsorboimisaineen tämän simuloidun, ylöspäin suunnatun virtauksen kanssa tapahtuu sen nesteen virtaus, joka täyttää adsorboimisaineen tiiviin kerroksen huokoset. Näin ollen ylläpidetään vastakkaissuuntaista kosketusta, jolloin nesteen virtaus alaspäin adsorptiokammiossa voidaan aikaansaada pumpun avulla. Aktiivisen nesteen tulokohdan liikkuessa jakson lävitse, so. kammion yläosasta sen pohjaosaan, kierrättää kammion kiertopumppu nesteen eri vyöhykkeiden kautta, jotka vaativat erilaiset virtausnopeudet. Ohjelmoitua virtauksen säätölaitetta voidaan käyttää tällaisten virtausnopeuksien aikaansaamiseksi ja säätämiseksi.However, in a countercurrent system, the countercurrent layer or the simulated countercurrent layer are such that they have a much higher separation efficiency than fixed adsorption layer systems, and are therefore most preferred. In processes using a moving bed or a simulated moving bed, the adsorption and desorption treatments take place continuously, which allows the continuous preparation of the extract and raffinate stream and the continuous use of the feed and desorption streams. A preferred embodiment of this method is one that uses a simulated, backflow system based on a moving 25 9 3 8 5 7 bed. The processing principles and order of processing of such a flow system are described in U.S. Patent 2,985,589. Only four inlet lines operate at each time point, namely feed inlet flow, desorbent inlet flow, raffinate outlet flow, and extract outlet flow. Simultaneously with this simulated, upward flow of solid adsorbent, the flow of liquid that fills the pores of the dense layer of adsorbent occurs. Thus, a contact in the opposite direction is maintained, whereby a downward flow of liquid in the adsorption chamber can be provided by means of a pump. As the active fluid inlet moves through the cycle, i. from the top of the chamber to its bottom, circulates the chamber circulation pump through different zones of fluid that require different flow rates. A programmed flow control device may be used to provide and control such flow rates.
Aktiiviset nesteen syöttökohdat jakavat adsorptiokammion erillisiksi vyöhykkeiksi, joilla kullakin on eri tehtävä. Keksinnön mukaisen menetelmän tässä toteuttamismuodossa on yleensä välttämätöntä, että käytetään kolmea erillistä käsittelyvyöhykettä käsittelyn toteuttamiseksi, vaikkakin muutamissa tapauksissa voidaan käyttää myös neljättä vyöhykettä.The active liquid supply points divide the adsorption chamber into separate zones, each with a different function. In this embodiment of the method according to the invention, it is generally necessary to use three separate treatment zones to carry out the treatment, although in a few cases a fourth zone can also be used.
Adsorptiovyöhykkeen, vyöhykkeen 1, määrittelee se adsorptioai-ne, joka sijaitsee syötön tulovirtauksen ja raffinaatin poisto-virtauksen välissä. Tässä vyöhykkeessä syötetty aine joutuu kosketukseen adsorptioaineen kanssa, uutekomponentti adsorboituu ja raffinaattivirtaus poistuu. Koska yleinen virtaus vyöhykkeen 1 lävitse tapahtuu syöttövirtauksesta, joka tulee tähän vyöhykkeeseen, raffinaattivirtaukseen, joka poistuu vyöhykkeestä, katsotaan virtauksen tapahtuvan tässä vyöhykkeessä myötävirtaan siirryttäessä syötön tulokohdasta raffinaatin poistokohtaan.The adsorption zone, zone 1, is defined by the adsorbent located between the feed inlet stream and the raffinate outlet stream. In this zone, the feed is contacted with the adsorbent, the extract component is adsorbed and the raffinate stream is removed. Since the general flow through zone 1 occurs from the feed stream entering this zone to the raffinate flow leaving the zone, the flow is considered to occur downstream in this zone as it moves from the feed inlet to the raffinate outlet.
„ 93857 26 Välittömästi vastavirrassa nesteen virtaukseen nähden vyöhykkeeseen 1 on puhdistusvyöhyke, vyöhyke 2. Puhdistusvyöhykkeen määrittelee uutteen poistovirran ja syötön tulovirran välillä oleva adsorptioaine. Peruskäsittelyt, jotka tapahtuvat vyöhykkeessä 2, ovat sen raffinaattimateriaalin syrjäytyminen adsorp-tioaineen ei-selektiivisestä huokostilavuudesta, joka on kulkeutunut vyöhykkeeseen 2 vaihdettaessa adsorptioaine tähän vyöhykkeeseen, ja sen raffinaattimateriaalin desorptio, joka on adsorboitunut adsorboimisaineen selektiiviseen huokostilavuuteen tai adsorptioaineosasten pinnoille. Puhdistaminen aikaansaadaan johtamalla osa sitä uutevirtaa, joka poistuu vyöhykkeestä 3 vyöhykkeeseen 2 tämän vyöhykkeen vastavirtarajakohdassa, eli uutteen poistovirta niin, että aikaansaadaan raffinaattimateriaalin syrjäytyminen. Ainevirtaus vyöhykkeeseen 2 tapahtuu myötävirrassa uutteen poistovirtauksesta syötön tulovirtaukseen.„93857 26 Immediately upstream of the liquid flow to zone 1 there is a purification zone, zone 2. The purification zone is defined by the adsorbent between the extract discharge stream and the feed inlet stream. The basic treatments that take place in zone 2 are the displacement of the raffinate material from the non-selective pore volume of the adsorbent that has migrated to zone 2 by changing the adsorbent to this zone and the desorption of the raffinate material to the adsorbent that has adsorbed the adsorbent. Purification is accomplished by directing a portion of the extract stream exiting zone 3 to zone 2 at the countercurrent boundary of that zone, i.e., the extract effluent so as to provide displacement of the raffinate material. The material flow to zone 2 takes place downstream from the extract discharge stream to the feed inlet stream.
Välittömästi vastavirrassa vyöhykkeeseen 2 nähden ja siihen nesteeseen nähden, joka virtaa vyöhykkeeseen 2, on desorptio-vyöhyke eli vyöhyke 3. Tämän desorptiovyöhykkeen määrittelee adsorptioaine desorptioaineen tulovirtauksen ja uutteen poisto-virtauksen välissä. Desorptiovyöhykkeen tarkoituksena on mahdollistaa se, että desorptioaine, joka tulee tähän vyöhykkeeseen syrjäyttää sen uutekomponentin, jonka adsorptioaine on adsorboinut aikaisemman kosketuksen johdosta vyöhykkeessä 1 olevan syötön kanssa käsittelyn alkujakson aikana. Nesteen virtaus vyöhykkeeseen 3 tapahtuu oleellisesti samassa suunnassa kuin vyöhykkeisiin 1 ja 2.Immediately upstream of zone 2 and of the liquid flowing to zone 2 is the desorption zone, i.e. zone 3. This desorption zone is defined by the adsorbent between the desorbent inlet stream and the extract outlet stream. The purpose of the desorption zone is to allow the desorbent that enters this zone to displace the extract component that the adsorbent has adsorbed due to previous contact with the feed in zone 1 during the initial treatment period. The flow of liquid to zone 3 takes place in substantially the same direction as to zones 1 and 2.
Muutamissa tapauksissa voidaan myös käyttää puskurivyöhykettä, vyöhykettä 4. Tämä vyöhyke, jonka määrittelee adsorptioaine raffinaatin poistovirran ja desorboimisaineen tulovirran välissä, sijaitsee, mikäli sitä käytetään, välittömästi vastavirrassa nestevirtaukseen nähden vyöhykkeeseen 3. Vyöhykettä 4 käytetään sen desorboimisainemäärän säilyttämiseksi, jota käytetään de-sorboimisvaiheessa, jolloin osa sitä raffinaattivirtaa, joka poistetaan vyöhykkeestä 1, voidaan johtaa vyöhykkeeseen 4 tässä vyöhykkeessä olevan desorboimisaineen syrjäyttämiseksi siitä 2’ 93857 desorptiovyöhykkeeseen. Vyöhykkeen 4 tulee sisältää riittävästi adsorptioainetta niin, että raffinaattivirrassa oleva raffi-naattimateriaali, joka kulkee vyöhykkeestä 1 vyöhykkeeseen 4, voidaan estää joutumasta vyöhykkeeseen 3 ja likaamasta vyöhykkeestä 3 tulevaa uutevirtaa. Niissä tapauksissa, joissa neljättä käsittelyvyöhykettä ei käytetä, on vyöhykkeestä 1 vyöhykkeeseen 4 johdettu raffinaattivirta säädettävä huolellisesti, jotta virtaus suoraan vyöhykkeestä 1 vyöhykkeeseen 3 voidaan keskeyttää silloin, kun riittävä määrä raffinaattimateriaalia on vyöhykkeestä 1 vyöhykkeeseen 3 virtaavassa raffinaattivirrassa niin, että uutteen poistovirta ei likaannu.In a few cases, a buffer zone, zone 4, may also be used. a portion of the raffinate stream removed from zone 1 may be directed to zone 4 to displace the desorbent in that zone therefrom 2 'to the 93857 desorption zone. Zone 4 should contain sufficient adsorbent so that the raffinate material in the raffinate stream passing from zone 1 to zone 4 can be prevented from entering zone 3 and contaminating the extract stream from zone 3. In cases where the fourth treatment zone is not used, the raffinate flow from zone 1 to zone 4 must be carefully adjusted so that the flow directly from zone 1 to zone 3 can be interrupted when a sufficient amount of raffinate material is not present in the zone.
Syöttö- ja poistovirtojen kierto adsorptioaineen kiinteän kerroksen kautta voidaan aikaansaada käyttämällä putkistoa, jossa olevia venttiilejä käytetään jaksottaisesti syöttö- ja poisto-virtojen vaihtelemiseksi ja nestevirtauksen mahdollistamiseksi vastavirrassa kiinteään adsorptioaineeseen nähden. Eräs toinen käsittelytapa, joka voi aikaansaada kiinteän ädsorboimisaineen virtauksen vastavirrassa nesteeseen nähden, käsittää pyörivän lautasventtiilin käytön, jolloin syöttö- ja poistovirtaukset on yhdistetty tähän venttiiliin, ja niitä johtoja, joiden lävitse tapahtuu syötön sisäänjohtaminen, uutteen poisto, desor-boimisaineen sisäänjohtaminen ja raffinaatin poisto, siirretään samassa suunnassa adsorptioainekerroksen lävitse. Sekä mainittu putkisovitelma että lautasventtiili ovat sinänsä tunnettuja.Circulation of the feed and discharge streams through the solid bed of adsorbent can be accomplished by using piping in which the valves are operated intermittently to vary the supply and discharge streams and to allow fluid flow in countercurrent to the solid adsorbent. Another treatment that can provide a flow of solid adsorbent countercurrent to the liquid involves the use of a rotary poppet valve, the supply and discharge flows being connected to this valve, and the lines through which the feed is introduced, the extract is removed, the desorbent is introduced and the raffinate is removed. transferred in the same direction through the adsorbent layer. Both said pipe arrangement and the poppet valve are known per se.
1 Erilaisia pyöriviä lautasventtiilejä,' joita voidaan käyttää täs sä käsittelyssä, on esitetty US-patenteissa 3 040 777 ja 3 422 848. Molemmat em. patentit kuvaavat sellaista pyörivää venttiiliä, jossa sopiva erilaisten syöttö- ja poistovirtojen aikaansaaminen kiinteistä lähteistä voidaan aikaansaada vaikeuksitta.Various rotary poppet valves which can be used in this treatment are disclosed in U.S. Patents 3,040,777 and 3,422,848. Both of the above patents describe a rotary valve in which a suitable provision of different supply and discharge flows from fixed sources can be achieved without difficulty.
Useissa tapauksissa sisältää käsittelyvyöhyke paljon suuremman määrän adsorboimisainetta johonkin toiseen käsittelyvyöhykkee-seen verrattuna. Esim. muutamissa käsittelyissä voi puskurivyöhyke sisältää pienemmän määrän adsorptioainetta siihen adsorp-; tioainemäärään verrattuna, joka tarvitaan adsorptio- ja puhdis- tusvyöhykkeissä. Voidaan myös todeta, että sellaisissa tapauk- 28 93857 sissa, joissa käytetään desorboimisainetta, joka desorboi helposti uutetta adsorptioaineesta, tarvitaan suhteellisen pieni adsorptioainemäärä desorptiovyöhykkeessä siihen adsorptioaine-määrään verrattuna, joka tarvitaan puskurivyöhykkeessä, adsorp-tiovyöhykkeessä ja puhdistusvyöhykkeessä tai näissä kaikissa. Koska ei ole tarpeellista, että adsorptioaine on ainoastaan yhdessä patsaassa, kuuluu keksinnön piiriin myös useiden kammioiden tai patsassarjojen käyttö.In many cases, the treatment zone contains a much higher amount of adsorbent compared to another treatment zone. For example, in a few treatments, the buffer zone may contain a smaller amount of adsorbent; compared to the amount of material required in the adsorption and purification zones. It can also be seen that in cases where a desorbent is used which readily desorbs the extract from the adsorbent, a relatively small amount of adsorbent is required in the desorption zone compared to the amount of adsorbent required in the buffer zone, adsorption zone and purification zone. Since it is not necessary for the adsorbent to be present in only one column, the invention also includes the use of several chambers or sets of statues.
Ei ole välttämätöntä, että käytetään samanaikaisesti kaikkia syöttö- tai poistovirtoja, ja useissa tapauksissa yksi virroista voidaan sulkea muiden syöttäessä syöttö- ja poistomateriaa-lia. Laitteisto, jota voidaan käyttää keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen, voi myös sisältää sarjan erillisiä kerroksia, jotka on yhdistetty yhdysjohtoihin ja joihin on sovitettu syöttö- ja poistoyhdykkeet, joihin eri syöttö- ja poistovirrat voidaan yhdistää, ja joita voidaan vuorotellen ja jaksottaisesti vaihdella jatkuvan käsittelyn aikaansaamiseksi. Muutamissa tapauksissa voidaan yhdysjohdot yhdistää siirtokohtiin, jotka normaalikäsittelyjen aikana eivät toimi sellaisina johtoina, joiden lävitse materiaalia johdetaan käsittelyyn ja siitä pois.It is not necessary that all feed or discharge streams be used simultaneously, and in many cases one of the streams may be shut off while the other feeds and discharges the feed. The apparatus which can be used to carry out the method according to the invention may also comprise a series of separate layers connected to interconnectors and fitted with supply and discharge connections to which different supply and discharge streams can be connected and which can be alternately and periodically varied to provide continuous processing. In a few cases, connecting lines can be connected to transfer points that, during normal processing, do not act as lines through which material is led to and from the processing.
On todettu, että ainakin osa uutteen poistovirrasta kulkeutuu erotuslaitteisiin, jolloin ainakin osa desorboimisainetta voidaan erottaa sellaisen uutetuotteen valmistamiseksi, joka sisältää desorboimisainetta pienentyneessä väkevyydessä. Edullisesti, mutta tämä ei ole välttämätöntä menetelmän toteuttamiseksi, johdetaan myös osa raffinaatin poistovirtaa erotuslaitteisiin, joissa ainakin osa desorboimisainetta voidaan erottaa desorboi-misvirran muodostamiseksi, joka voidaan käyttää uudelleen käsittelyssä, ja raffinaattituotteen muodostamiseksi, joka sisältää alentuneessa väkevyydessä desorboimisainetta. Erotuslait-teen muodostaa tavallisesti fraktioimispatsas, jonka rakenne ja toiminta ovat tältä alalta hyvin tunnettuja.It has been found that at least a portion of the extract effluent passes to separation devices, whereby at least a portion of the desorbent can be separated to produce an extract product containing the desorbent at a reduced concentration. Preferably, but this is not necessary to carry out the process, part of the raffinate effluent is also passed to separation devices in which at least part of the desorbent can be separated to form a desorbent stream which can be reused and to form a raffinate product containing a desorbent at reduced concentration. The separation device usually consists of a fractionation column, the structure and operation of which are well known in the art.
Tässä yhteydessä voidaan viitata US-patenttiin 2 985 589 ja : kirjoitukseen "Continuous Adsorptive Processing—A New Separa tion Technique" (D.B. Broughton), joka on esitetty Society of 29 93857Reference may be made in this connection to U.S. Patent 2,985,589 and to the article "Continuous Adsorptive Processing — A New Separation Technique" (D.B. Broughton), issued to the Society of 29 93857
Chemical Engineers'in 34. vuosikokouksessa Tokiossa, Japanissa 2. huhtikuuta 1969, johon tässä yhteydessä viitataan vastavirtaan toimivan simuloidun liikkuvakerrosmenetelmän virtauskaa-vion selventämiseksi.At the 34th Annual Meeting of Chemical Engineers in Tokyo, Japan on April 2, 1969, referred to herein to clarify the flow diagram of a countercurrent simulated moving bed method.
Vaikkakin useissa tällaisissa adsorboivissa erotusmenetelmissä voidaan käyttää käsittelyjä sekä neste- että höyryfaasissa, on nestefaasikäsittely edullisempi, koska se vaatii alhaisempia lämpötiloja, ja koska tällöin voidaan saada uutetuote suuremmalla saannolla höyryfaasissa suoritettuun käsittelyyn verrattuna. Adsorptio-olosuhteissa on lämpötila-alue noin 20-200°C, alueen noin 65-100°C ollessa edullisin, ja painealue on noin ilmakehän paineesta aina paineeseen noin 3450 kPa, jotka arvot ovat edullisia nestefaasin takaamiseksi. Desorptio-olosuhteissa käytetään samaa lämpötila- ja painealuetta kuin adsorptio-olosuhteissa.Although many such adsorbent separation methods can use treatments in both the liquid and vapor phases, the liquid phase treatment is more advantageous because it requires lower temperatures and because an extract product can be obtained in higher yield compared to the treatment in the vapor phase. Under adsorption conditions, the temperature range is about 20-200 ° C, with the range of about 65-100 ° C being most preferred, and the pressure range is from about atmospheric pressure to about 3450 kPa, which values are preferred to ensure a liquid phase. The same temperature and pressure range is used under the desorption conditions as under the adsorption conditions.
Niiden käsittely-yksikköjen koko, joita voidaan käyttää keksintöä toteutettaessa, voi vaihdella koemittakaavasta (esim. US-patentissa 3 706 812 esitetystä) tehdäsmittakaavaa oleviin laitteisiin, ja virtausnopeudet voivat vaihdella muutamasta milli-litrasta tunnissa useisiin thansiin kiloihin tunnissa.The size of the treatment units that can be used in the practice of the invention can range from experimental scale (e.g., disclosed in U.S. Patent 3,706,812) to factory-scale devices, and flow rates can range from a few milliliters per hour to several thousand kilos per hour.
Seuraavat esimerkit esittävät sitä selektiivisyyttä, joka mahdollistaa keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamisen. Nämä esimerkit eivät kuitenkaan rajoita keksintöä.The following examples illustrate the selectivity that allows the method of the invention to be implemented. However, these examples do not limit the invention.
Esimerkki IExample I
Tässä esimerkissä suoritettiin kolme pulssikoetta neutraalia syreeni-divinyylibentseeni-polymeeria adsorptioaineena käyttäen (XAD-4, valmistaa Rohm & Haas Company) tämän adsorptioaineen sitruunahapon erotuskyvyn määräämiseksi erilaisissa pH-arvoissa sen käymisseoksesta, joka sisälsi hiilihydraatteja (DPI, DP2, DP3, mukaan lukien glukoosi, ksyloosi, arabinoosi ja raffinoo-si), ja suolaioneja, mukaan lukien Na+, K+, Mg++, Ca++, Fe+++, Cl", S04", P04“ ja NO^-, aminohappoja ja proteiineja. Ensimmäinen koe suoritettiin pH-arvossa 2,4 ja lämpötilassa 45°C.In this example, three pulse experiments were performed using a neutral siren-divinylbenzene polymer as an adsorbent (XAD-4, manufactured by Rohm & Haas Company) to determine the citric acid resolution of this adsorbent at different pH values from its fermentation mixture containing carbohydrates (DP3, DP xylose, arabinose and raffinose), and salt ions, including Na +, K +, Mg ++, Ca ++, Fe +++, Cl ", SO 4", PO 4 "and NO 2 -, amino acids and proteins. The first experiment was performed at pH 2.4 and 45 ° C.
: Kaksi muuta koetta suoritettiin pH-arvoissa 1,7 ja 0,9. Sitruu nahappo desorboitiin vedellä. Käymisestä saadun syöttöseoksen koostumus oli seuraava: 30 93857: The other two experiments were performed at pH 1.7 and 0.9. Citric diacid was desorbed with water. The composition of the feed mixture obtained from fermentation was as follows: 30 93857
Syötetty seos MääräMixture fed Quantity
Sitruunahappo 12,9 %Citric acid 12.9%
Suolat (K+, Na+, Ca++, Mg++, FE+++) 0,60 % (6000 ppm)Salts (K +, Na +, Ca ++, Mg ++, FE +++) 0.60% (6000 ppm)
Hiilihydraatit (sokerit) 1 %Carbohydrates (sugars) 1%
Muut (S04=, Cl“, P04“, N03~, 5 % proteiinit ja aminohapot)Other (S04 =, Cl “, P04“, NO3 ~, 5% proteins and amino acids)
Vesi 81,5 %Water 81.5%
Retentiomäärät ja uudelleenliuotusarvot saatiin käyttäen puls-sikoelaitteistoa ja edellä kuvattua käsittelymenetelmää. Ad-sorptioainetta kokeiltiin pystysuorassa 70 ml:n patsaassa käyttäen pulssikokeissa seuraavaa käsittelysarjaa. Desorptioaine johdettiin jatkuvasti ylöspäin adsorptioainetta sisältävän patsaan lävitse nesteen nimellisen virtausnopeuden (LHSV) ollessa tunnissa noin 1,0. Huokostilavuus määrättiin sen desorboimisai-neen tilavuuden perusteella, joka tarvittiin täyttämään kuiva täytetty patsas. Desorboimisaineen virtaus lopetettiin sopivana ajankohtana ja syöttöseoksen 10 ml:n näyte injektoitiin patsaaseen näyterenkaan avulla ja desorboimisaineen virtaus aloitettiin uudelleen. Poistuvan aineen näytteitä kerättiin automaattisesti näytteen kokoojalaitteeseen ja niiden suola- ja sitruuna-happopitoisuus analysoitiin sitten kromatografisesti. Muutamia myöhempiä näytteitä analysoitiin myös hiilihydraattien suhteen, mutta koska ne eluoitiin suunnilleen samalla nopeudella kuin hiilihhydraatit, ei niitä analysoitu näissä esimerkeissä, eikä myöskään eräitä muita vähäisempiä aineosia, nimittäin aminohappoja ja proteiineja. Näiden näytteiden analyyseista kehitettiin syöttöseoksen aineosien huippukäyrien väkevyydet. Sitruunahapon retentiotilavuus laskettiin mittaamalla etäisyys suolan retentio-tilavuuden käyrän keskikohdasta sirtuunahappokäyrän keskikohtaan. Hajaantumisarvo R lasketaan aikaisemmin esitetystä yhtälöstä 3. Erotuskerroin B laskettiin aikaisemmin kuvatulla tavalla .Retention rates and redissolution values were obtained using a pulse pig apparatus and the treatment method described above. The Ad sorbent was tested in a vertical 70 ml column using the following set of treatments in pulse experiments. The desorbent was continuously passed up through the column containing the adsorbent at a nominal liquid flow rate (LHSV) of about 1.0 per hour. The pore volume was determined from the volume of desorbent required to fill the dry filled statue. The flow of desorbent was stopped at the appropriate time and a 10 ml sample of the feed mixture was injected into the column using a sample ring and the flow of desorbent was restarted. Samples of the effluent were automatically collected in a sample collector and their hydrochloric and citric acid content was then analyzed chromatographically. A few subsequent samples were also analyzed for carbohydrates, but because they were eluted at approximately the same rate as the carbohydrates, they were not analyzed in these examples, nor were some of the other minor constituents, namely amino acids and proteins. From the analyzes of these samples, the concentrations of the peak curves of the components of the feed mixture were developed. The retention volume of citric acid was calculated by measuring the distance from the center of the salt retention volume curve to the center of the citric acid curve. The scattering value R is calculated from the previously presented Equation 3. The separation factor B was calculated as previously described.
Näiden pulssikokeiden tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 4.The results of these pulse experiments are shown in Table 4 below.
* 31 93857* 31 93857
Taulukko 4Table 4
Koe A - pH - 2,4Test A - pH - 2.4
Retention Huipun leveys netto- 0,5 korkeu- HajaannusRetention Peak width net 0.5 height- Scattering
Aineosa tilavuus della_ (0,5 korkeudella)Ingredient volume della_ (0.5 in height)
Suolat 0 14,4 1,39Salts 0 14.4 1.39
Sitruunahappo 44,4 49,5 vertailuCitric acid 44.4 49.5 comparison
Koe B - pH - 1,7Test B - pH - 1.7
Retention Huipun leveys netto- 0,5 korkeu- HajaannusRetention Peak width net 0.5 height- Scattering
Aineosa tilavuus della_ (0,5 korkeudella)Ingredient volume della_ (0.5 in height)
Suolat 0 11,6 1,49Salts 0 11.6 1.49
Sitruunahappo 42,2 45,1 vertailuCitric acid 42.2 45.1 comparison
Koe C - pH - 0,9Experiment C - pH - 0.9
Retention Huipun leveys netto- 0,5 korkeu- HajaannusRetention Peak width net 0.5 height- Scattering
Aineosa tilavuus della_ (0,5 korkeudella)Ingredient volume della_ (0.5 in height)
Suolat 0 13,3 1,4Salts 0 13.3 1.4
Sitruunahappo 40,9 45,1 vertailuCitric acid 40.9 45.1 comparison
Tulokset on esitetty kuviossa 3A, josta ilmenee, että vaikkakin sitruunahappo adsorboituu voimakkaammin muihin aineosiin verrattuna, esiintyy huomattava sitruunahappohäviö, joka jää adsorboitumatta ja poistuu suolojen ja hiilihydraattien mukana (ei esitetty). Sitruunahappo erottuu tyydyttävästi kuvion 3B mukaisessa menetelmässä, jossa tulokset ovat hyvät, ja kuvion 3C mukaisessa menetelmässä, jossa tulokset ovat erinomaiset. Menetelmä on ilmeisen edullinen pH-arvossa 1,7 ja sen alapuolella. Kuitenkin on pH-arvossa 2,4 (kuvio 3A) todettu, että huomattava määrä sitruunahappoa otetaan talteen sitraatin H2CA-^ muodossa raffinaatissa yhdessä suolojen ja hiilihydraattien kanssa.The results are shown in Figure 3A, which shows that although citric acid is adsorbed more strongly compared to the other ingredients, there is a significant loss of citric acid which remains unadsorbed and is eliminated with salts and carbohydrates (not shown). Citric acid differs satisfactorily in the process of Figure 3B, where the results are good, and in the process of Figure 3C, where the results are excellent. The method is obviously preferred at pH 1.7 and below. However, at pH 2.4 (Figure 3A), it has been found that a substantial amount of citric acid is recovered in the form of citrate H2CA-4 in the raffinate along with salts and carbohydrates.
Tästä ilmenee selvästi, että ionisoituja liukoisia aineita on vähennettävä, kuten edellä on esitetty, ylläpitämällä syötetyn aineen alhaisempaa pH-arvoa, jolloin yhtälössä 1 tasapaino siirtyy vasemmalle.It is clear from this that ionized solutes must be reduced, as described above, by maintaining a lower pH of the feed, whereby in Equation 1 the equilibrium shifts to the left.
Esimerkki IIExample II
Tämä esimerkki esittää niitä tuloksia, jotka saatiin käytettäessä 32 93857 neutraalia ristikytkettyä styreeni-divinyylibentseenikopoly-meeria (XAD-4), ja neutraalia ristikytkettyä polyakryyliesteri-kopolymeeria (XAD-8), ja samaa syöttöseosta kuin esimerkissä I erilaisissa pH-arvoissa, sen huonon erottumisen toteamiseksi, joka aikaansaadaan pH-arvon ollessa 2,4 tai korkeampi tai sitruunahapon ionisoitumisvakion pKa^ = 3,13 yläpuolella. Erotuksessa käytettiin samaa menetelmää ja laitteistoa, joka on kuvattu edellä esimerkissä I, lukuunottamatta sitä, että lämpötila oli 60°C ja käytettiin 5 ml syöttöseosta.This example shows the results obtained using 32,939,557 neutral crosslinked styrene-divinylbenzene copolymer (XAD-4) and neutral crosslinked polyacrylic ester copolymer (XAD-8) and the same feed mixture as in Example I at different pH values, due to its poor pH difference. to be obtained at a pH of 2.4 or higher or above the citric acid ionization constant pKa ^ = 3.13. The separation was performed using the same method and apparatus described in Example I above, except that the temperature was 60 ° C and 5 ml of feed mixture was used.
Kuviot 4A, 4B ja 4C ovat graafisia esityksiä puissikokeiden tuloksista kopolymeeria XAD-4 käytettäessä vastaavasti pH-ar-voissa 2,4, 1,7 ja 0,9. Kuviosta 4A ilmenee, että sitruunahappo "murtautuu lävitse" suolojen (ja hiilihydraattien) kanssa. Tämä ongelma voidaan välttää osittain alentamalla kuviossa 4B pH arvoon 1,7. Erinomainen erotus aikaansaadaan alentamalla pH edelleen arvoon 0,9, kuten kuviossa 4C on esitetty. Tällä erotuksella pH-arvoa säädettäessä on selvästi hyvä teollinen käyttökelpoisuus.Figures 4A, 4B and 4C are graphical representations of wood test results using copolymer XAD-4 at pH values of 2.4, 1.7 and 0.9, respectively. Figure 4A shows that citric acid "breaks through" with salts (and carbohydrates). This problem can be partially avoided by lowering the pH to 1.7 in Figure 4B. Excellent separation is achieved by further lowering the pH to 0.9, as shown in Figure 4C. This difference, when adjusting the pH, clearly has good industrial applicability.
Kuviot 4D ja 4E esittävät graafisesti puissikokeiden tuloksia edellä esitetyissä olosuhteissa käytettäessä kopolymeeriä XAD-8 vastaavasti pH-arvoissa 2,8 ja 1,4 ja lämpötiloja 65°C. Kuviossa 4D, joka suoritettiin pH-arvossa 2,8, ei esiinny erot-. tumista, vaan suolat, hiilihydraatit ja sitruunahappo eluoituvat pois yhdessä. Sen jälkeen, kun noin 67 ml sitruunahappoa on otettu talteen hiilihydraattien, suolojen ja sitruunahapon vähäisen osan jälkeen, voidaan saada suhteellisen puhdasta sitruunahappoa, mutta talteenottoaste on alhainen. Kuviossa 4E, jonka mukainen menetelmä suoritettiin pH-arvossa 1,4, esiintyy se-lektiivisyyttä sitruunahapon ja hiilihydraattien ja suolojen välillä, josta on seurauksena sitruunahapon tyydyttävä erottuminen ja talteenotto.Figures 4D and 4E graphically show the results of wood experiments under the above conditions using XAD-8 copolymer at pH 2.8 and 1.4 and temperatures of 65 ° C, respectively. In Figure 4D, which was performed at pH 2.8, there is no difference. salts, carbohydrates and citric acid elute together. After about 67 ml of citric acid has been recovered after a small fraction of carbohydrates, salts and citric acid, relatively pure citric acid can be obtained, but the recovery rate is low. In Figure 4E, which was performed at pH 1.4, there is a selectivity between citric acid and carbohydrates and salts, resulting in satisfactory separation and recovery of citric acid.
Esimerkki IIIExample III
Tämä esimerkki kuvaa niitä tuloksia, jotka saatiin käytettäessä neutraalia ristikytkettyä styreeni-divinyylibentseenikopoly-meeria (XAD-4) ja samaa syöttöseosta kuin esimerkissä I erilai- 33 93857 sissa pH-arvoissa huonon erottumisen toteamiseksi pH-arvon ollessa 2,4 tai korkeampi. Käytettiin samaa menetelmää ja laitteistoa kuin esimerkissä I, lukuunottamatta sitä, että lämpötila oli 93°C kvuioissa 5A ja 5B ja syöttöseoksen määrä oli 10 ml.This example illustrates the results obtained using a neutral crosslinked styrene-divinylbenzene copolymer (XAD-4) and the same feed mixture as in Example I at different pH values to detect poor separation at pH 2.4 or higher. The same method and apparatus were used as in Example I, except that the temperature was 93 ° C in quarters 5A and 5B and the volume of the feed mixture was 10 ml.
Kuviot 5A ja 5B esittävät vastaavasti pulssikokeiden tuloksia käytettäessä kopolymeeria XAD-4 pH-arvoissa 2,8 ja 1,4. Kuvio 5A osoittaa, että sitruunahappo "murtautuu lävitse" suolojen ja hiilihydraattien kanssa. Tämä ongelma voidaan välttää alentamalla pH arvoon 1,4 kuvion 5B mukaisesti. Tällaisella erottamisella ja pH-arvon säädöllä on selvästi teollinen käyttökelpoisuus .Figures 5A and 5B show the results of pulse experiments using copolymer XAD-4 at pH 2.8 and 1.4, respectively. Figure 5A shows that citric acid "breaks through" with salts and carbohydrates. This problem can be avoided by lowering the pH to 1.4 as shown in Figure 5B. Such separation and pH adjustment clearly have industrial applicability.
Esimerkki IVExample IV
Tässä esimerkissä käytettiin esimerkin I mukaista menetelmää ja laitteistoa. Lämpötila oli 60°C ja käytettiin 5 ml syöttöseosta. Syöttöseos oli samanlainen kuin aikaisemmin käytetty lukuunottamatta sitä, että sitruunahapon väkevyys oli siinä 40 %. Väkevyyden vaikutus pH-arvoon tutkittiin. Kuviossa 6A, myös lämpötilassa 60°C, on pH-arvo 1,9 liian korkea sitruunahapon erottamiseksi 40 %:n väkevyydessä. Säätämällä pH-arvo alaspäin kuvioiden 6B ja 6C mukaisesti, adsorboituu pääasiallisesti sitruunahappo, ja erinomainen erottaminen aikaansaadaan pH-arvoissa 1,13 ja 0,5. Missään näissä esimerkeissä ei hiilihydraatteja analysoitu, mutta voidaan olettaa, että hiilihydraatit erot- • < tuivat yhdessä suolojen kanssa.In this example, the method and apparatus of Example I were used. The temperature was 60 ° C and 5 ml of feed mixture was used. The feed mixture was similar to that previously used except that the citric acid concentration was 40%. The effect of concentration on pH was studied. In Figure 6A, also at 60 ° C, the pH of 1.9 is too high to separate citric acid at 40% concentration. By adjusting the pH downwards according to Figures 6B and 6C, mainly citric acid is adsorbed, and excellent separation is obtained at pH 1.13 and 0.5. In none of these examples were carbohydrates analyzed, but it can be assumed that the carbohydrates separated together with the salts.
Esimerkki VExample V
Tämän esimerkin kolmea näytettä käytettäessä sovellettiin esimerkin I mukaista menetelmää ja laitteistoa. Lämpötila oli 93°C ja syöttöseoksen määrä 5 ml. Syöttöseos oli samanlainen kuin aikaisemmin käytetty lukuunottamatta sitä, että sitruuna-happo oli väkevöity siinä 40 %:ksi pH-arvon väkevyyden vaikutuksen toteamiseksi. Kuvion 7A mukaisessa menetelmässä on pH-arvo 1,8 vieläpä lämpötilassa 93°C liian korkea erottamaan sitruuna-happoa 40 %:n väkevyydessä. Säädettäessä pH-arvoa alaspäin, : kuten kuvioissa 7B ja 7C, adsorboituu pääasiallisesti sirtuuna- happoa ja aikaansaadaan erinomainen erottuminen. Nytkään ei 34 93857 hiilihydraatteja analysoitu, mutta voidaan olettaa, että hiilihydraatit erottuivat yhdessä suolojen kanssa.Using the three samples of this example, the method and apparatus of Example I were applied. The temperature was 93 ° C and the volume of the feed mixture was 5 ml. The feed mixture was similar to that previously used except that citric acid was concentrated to 40% to determine the effect of pH concentration. In the process of Figure 7A, the pH of 1.8 is still too high at 93 ° C to separate citric acid at 40% concentration. By adjusting the pH downwards, as in Figures 7B and 7C, mainly sulfuric acid is adsorbed and excellent separation is obtained. Again, 34,938,57 carbohydrates were not analyzed, but it can be assumed that the carbohydrates separated together with the salts.
Esimerkki VIExample VI
Esimerkin I mukainen pulssikoe toistettiin käyttäen kahta sitruunahapon 50 %:sta näytettä ja adsorboimisaineena kopolymee-ria XAD-4. Desorboimisaine oli kummassakin tapauksessa vesi. Käytetyn syötön koostumus oli sama kuin esimerkissä I lukuunottamatta sitä, että sitruunahappo oli väkevöity 50 %:ksi. Lämpötila oli 93°C. Ensimmäisessä näytteessä pH-arvo oli 1,5. Kuten kuviosta 8A ilmenee, ei sitruunahappoa erottunut. Kun pH oli pienennetty arvoon 1,0 toisessa näytteessä, erottui sitruunahappo helposti, kuten kuviosta 8B ilmenee. Nytkään ei hiilihydraatteja analysoitu, mutta niiden oletettiin poistuneen suolojen mukana. Kuvion 8B mukainen erottuminen määriteltiin hyväksi.The pulse experiment of Example I was repeated using two 50% samples of citric acid and copolymer XAD-4 as the adsorbent. In both cases, the desorbent was water. The composition of the feed used was the same as in Example I except that the citric acid was concentrated to 50%. The temperature was 93 ° C. The pH of the first sample was 1.5. As shown in Figure 8A, no citric acid separated. After lowering the pH to 1.0 in the second sample, citric acid separated easily, as shown in Figure 8B. Again, carbohydrates were not analyzed, but were assumed to be eliminated with the salts. The separation according to Figure 8B was defined as good.
Esimerkki VIIExample VII
Kuvioissa 7B ja 7C esitetty erotusesimerkki vaatii korkeita lämpötiloja, esim. 93°C, 40 %:sen sitruunahapon erottumisen aikaansaamiseksi johtuen sitruunahapon desorboimisvaikeuksista XAD-4-adsorptioaineesta. Tässä esimerkissä eliminoidaan ne korkeat lämpötilat, jotka vaikuttavat haitallisesti adsorptioai-neen käyttöikään ja käsittelykustannuksiin, ja erottaminen voidaan suorittaa helposti lämpötilassa 45°C käyttämällä 10 paino-% asetonia ja 90 % vettä sisältävää desorboimisseosta. Kuvion 9 mukaisessa menetelmässä johdettiin syöttöseos, joka sisälsi 40 paino-% sitruunahappoa, 4 % hiilihydraatteja ja 2 % seuraavien alkuaineiden suoloja: K+, Na+, Mg++, Fe+++, Ca++, sekä proteiineja ja aminohappoja, aikaisemmin kuvattuun pulssikoelaittee-seen, ja koe suoritettiin edellä kuvatulla tavalla lukuunottamatta sitä, että lämpötila oli 45°C. Tässä kokeessa pH pidettiin arvossa 0,5 ja desorboimisaine sisälsi asetonia, kuten edellä on esitetty. Sitruunahapon pidätystilavuus oli 10,7 ml ja hajaantuminen 0,61, ja tämän johdosta erottaminen voitiin suorittaa helposti.The separation example shown in Figures 7B and 7C requires high temperatures, e.g., 93 ° C, to achieve 40% citric acid separation due to difficulties in desorbing citric acid from the XAD-4 adsorbent. In this example, those high temperatures that adversely affect the service life and handling costs of the adsorbent are eliminated, and the separation can be easily performed at 45 ° C using a desorption mixture containing 10% by weight of acetone and 90% by weight of water. In the method of Figure 9, a feed mixture containing 40% by weight citric acid, 4% carbohydrates and 2% salts of the following elements: K +, Na +, Mg ++, Fe +++, Ca ++, and proteins and amino acids was fed to the pulse test apparatus previously described and the experiment was performed except that the temperature was 45 ° C. In this experiment, the pH was maintained at 0.5 and the desorbent contained acetone as described above. The retention volume of citric acid was 10.7 ml and the decomposition was 0.61, and as a result, the separation could be easily performed.
35 9385735 93857
Esimerkki VIIIExample VIII
Tässä esimerkissä neljä pulssikoetta suoritettiin käyttäen heikosti emäksistä hartsia, jossa oli tertiäärinen, amiinifunktion omaava vety, joka oli sitoutunut sulfaatti-ioniin ristikytke-tyssä, geelityyppisessä akryylihartsimatriisissa (AG4-X4, valmistaa Bio Rad Laboratories, Richmond, Kalifornia), jossa oli tertiäärisen aminofunktion omaava vety sulfaatti-ioniin sitoutuneena ristikytketyssä akryylihartsimatriisissa tämän adsorp-tioaineen kyvyn määräämiseksi sitruunahappoa erotettaessa sen käymisseoksesta, joka sisälsi hiilihydraatteja (DPI, DP2, DP3 sekä glukoosia, ksyloosia, arabinoosia ja raffinoosia), ja suolaioneja, joihin sisältyivät Na+, K+, Mg++, Ca++, Fe+++,In this example, four pulse experiments were performed using a weakly basic resin with a tertiary, amine-functional hydrogen bound to a sulfate ion in a cross-linked gel-type acrylic resin matrix (AG4-X4, manufactured by Bio Rad Laboratories, Richmond, CA) with a tertiary hydrogen bound to a sulfate ion in a crosslinked acrylic resin matrix to determine the ability of this adsorbent to separate citric acid from its fermentation broth containing carbohydrates (DPI, DP2, DP3 and Caucose, xylose, arabinose and raffinose), and salt, Fe +++,
Cl , SO^-, P04" ja NO2 , aminohappoja ja proteiineja, pH-arvossa 1,6. Ensimmäinen koe suoritettiin lämpötilassa 75°C. Muut kokeet suoritettiin lämpötilassa 60°C. Sitruunahappo desorboitiin vedellä pulssikokeessa n:o 1 (kuvio 10) ja rikkihapolla kahdessa väkevyydessä: 0,05 (pulssikoe n:o 2) ja 0,25 n (pulssikoe n:o 3). Pulssikoe n:o 4 oli samanlainen kuin pulssikoe n:o 2 lukuunottamatta sitä, että adsorptioainetta käytettiin sen jälkeen, kun sen lävitse oli johdettu 24 kerroksen tilavuusmäärää syöttö-seosta. Käymisestä saadun syöttöseoksen koostumus oli seuraava:Cl, SO 4 -, PO 4 "and NO 2, amino acids and proteins, at pH 1.6. The first experiment was performed at 75 ° C. The other experiments were performed at 60 ° C. Citric acid was desorbed with water in pulse experiment No. 1 (Figure 10). and sulfuric acid at two concentrations: 0.05 (Pulse Test No. 2) and 0.25 N (Pulse Test No. 3) Pulse Test No. 4 was similar to Pulse Test No. 2 except that the adsorbent was used thereafter. after passing through it a volume of 24 layers of feed mixture, the composition of the fermentation feed mixture being as follows:
Syötetty seos MääräMixture fed Quantity
Sitruunahappo 40 %Citric acid 40%
Suolat (K+, Na+, Ca++, Mg++, Fe+++) 1,5 %Salts (K +, Na +, Ca ++, Mg ++, Fe +++) 1.5%
Hiilihydraatit (sokerit) 4 %Carbohydrates (sugars) 4%
Muut (so4_, Cl , po4", no3 , proteiinit ja aminohapot) 5 %Other (so4_, Cl, po4 ", no3, proteins and amino acids) 5%
Vesi 49,5 %Water 49.5%
Retentiotilavuudet ja erotuskerroin (B) saatiin edellä esimerkissä I kuvattua pulssikoelaitetta ja menetelmää käyttäen, lukuunottamatta sitä, että käytettiin 5 ml näytettä. Sitruunahapon netto-retentiotilavuus (NRV) laskettiin mittaamalla suolakäy-rän keskikohdan etäisyys sitruunahapon käyrän keskikohdasta. Erotusarvo B laskettiin erotettavien aineosien retentiotilavuuk-", sien suhteesta ensimmäisen suolakomponentin (so. suolat 1) re- tentiotilavuuteen.Retention volumes and separation factor (B) were obtained using the pulse test apparatus and method described in Example I above, except that 5 ml of sample was used. The net retention volume (NRV) of citric acid was calculated by measuring the distance from the center of the hydrochloride curve to the center of the citric acid curve. The difference value B was calculated from the ratio of the retention volumes of the components to be separated to the retention volume of the first salt component (i.e. salts 1).
3* 93857 Näiden pulssikokeiden tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa n:o 5.3 * 93857 The results of these pulse tests are shown in Table 5 below.
Taulukko n:o 5Table 5
Hartsi/de- Syöttö-Resin / de- Feed-
Pulssi- sorptio- kompo-Pulse sorption
koe aine_ nentti NRV Btest substance NRV B
1 AG4-X4/vesi suolat 1 1,6 34,25 sitruunahappo 54,8 vertailu tuntemattomat A 0 jälkiaine tuntemattomat B 6,6 8,30 suolat 2 54,6 1,00 2 AG4-X4/0,05 n H2S0^ suolat 3,2 11,87 sitruunahappo 38,0 vertailu tuntematon A 0 jäkiaine tuntematon B 2,7 14,7 3 AG4-X4/0,25 n H2S04 tuntemattomat A 0 jälkiaine sitruunahappo 26,9 vertailu suolat 2,3 11,70 tuntemattomat B 7,6 3,54 4 AG4-X4/0,05 n H2S04 tuntemattomat A 0 jälkiaine sitruunahappo 38,0 vertailu suolat 2,4 15,8 tuntemattomat B 7,2 5,281 AG4-X4 / water salts 1 1.6 34.25 citric acid 54.8 comparison unknown A 0 offspring unknown B 6.6 8.30 salts 2 54.6 1.00 2 AG4-X4 / 0.05 n H2SO4 salts 3.2 11.87 citric acid 38.0 comparison unknown A 0 residue unknown B 2.7 14.7 3 AG4-X4 / 0.25 n H2SO4 unknown A 0 offspring citric acid 26.9 comparison salts 2.3 11.70 unknown B 7.6 3.54 4 AG4-X4 / 0.05 n H2SO4 unknown A 0 prodrug citric acid 38.0 comparison salts 2.4 15.8 unknown B 7.2 5.28
Pulssikokeiden 2-4 tulokset ovat samankaltaiset kuin kuviossa .: 10. Taulukosta 5 ilmenee, että vaikkakin sitruunahappo erottuu « tyydyttävästi tässä menetelmässä erittäin puhtaassa muodossa vettä käytettäessä, on desorptio veden avulla hitaampi kuin laimeata rikkihappoa käytettäessä, mikä ilmenee suuremmasta netto-retentiotilavuudesta. Kun adsorptioainetta on vanhennettu johtamalla sen lävitse 24 kerrostilavuutta syöttöseosta, ei siinä ilmene merkkejä deaktivoitumisesta, mikä voidaan todeta kuviosta 13, joka on pääasiallisesti identtinen kuvion 11 kanssa (suoritettiin identtisissä olosuhteissa tuoretta adsorptioainetta käyttäen).The results of pulse experiments 2-4 are similar to Figure 10. It can be seen from Table 5 that although citric acid is satisfactorily separated in this process in very pure form using water, desorption by water is slower than with dilute sulfuric acid, resulting in a higher net retention volume. When the adsorbent is aged by passing 24 bed volumes of the feed mixture therethrough, there are no signs of deactivation, as can be seen in Figure 13, which is essentially identical to Figure 11 (performed under identical conditions using fresh adsorbent).
Esimerkki IXExample IX
Esimerkin 8 mukainen ensimmäinen pulssikoe toistettiin käyttäen samaa menetelmää ja laitteistoa, paitsi että lämpötila oli 65°C.The first pulse test according to Example 8 was repeated using the same method and equipment, except that the temperature was 65 ° C.
37 9385737 93857
Desorboimisaine oli vesi. Tässä esimerkissä kuvataan niitä tuloksia, jotka saatiin käyttäen makrohuokoista, heikosti emäksistä anioninvaihtohartsia, jossa oli ristikytketty polysty-reenimatriisi (Dowex 66), ja samaa syöttöseosta kuin esimerkissä VIII (40 % sitruunahappoa) kahdessa ensimmäisessä pulssikokees-sa, pH-arvoissa 7,0 ja 3,5 (vast, kuviot 11A ja 11B), halutun erottumisen epäonnistumisen kuvaamiseksi, kun pH-arvo on sitruunahapon ensimmäisen ionisoitumisvakion pKa^ = 3,13 yläpuolella, ja tarkemmin sanoen näissä kahdessa näytteessä pH-arvon ollessa yli 1,7 väkevyydeltään 40 %:n sitruunahappoa käytettäessä. Esimerkin kolmannessa osassa (kuvio 11C) laimennettiin syöttö 13 %:n sitruunahappopitoisuuteen ja pH alennettiin arvoon 2,4. Vaikkakin tällöin tapahtuu selvä parannus, on ilmeistä, että pH-arvo ja/tai väkevyys on pienennettävä edelleen sitruunahapon "läpimurtautumisen estämiseksi". Esim. 13 % väkevyydessä arvioidaan, että pH on alennettava arvoon noin 1,6-2,2.The desorbent was water. This example describes the results obtained using a macroporous, weakly basic anion exchange resin with a cross-linked polystyrene matrix (Dowex 66) and the same feed mixture as in Example VIII (40% citric acid) in the first two pulse experiments, pH 7.0 and 3.5 (resp. Figs. 11A and 11B) to illustrate the failure of the desired separation when the pH is above the first ionization constant of citric acid pKa ^ = 3.13, and more specifically in these two samples at a pH above 1.7 with a concentration of 40% when citric acid is used. In the third part of the example (Figure 11C), the feed was diluted to 13% citric acid and the pH was lowered to 2.4. Although there is a clear improvement, it is obvious that the pH and / or concentration must be further reduced to "prevent breakthrough" of citric acid. For example, at a concentration of 13%, it is estimated that the pH must be lowered to about 1.6-2.2.
Kuviot 11A ja 11B esittävät graafisesti sellaisten pulssikokei-den tuloksia, joissa käytetään hartsia Dowex 66 vastaavasti pH-arvoissa 7,0 ja 3,5. Kuviot 11A ja 11B osoittavat, että sitruunahappo "murtautuu lävitse" yhdessä suolojen (ja hiilihydraattien) kanssa korkeammissa pH-arvoissa. Tämä ongelma voidaan välttää osittain pienenetämällä väkevyys 13 %:ksi ja alentamalla pH arvoon 2,4, kuten kuviossa 11C on esitetty, josta ilmenee, ’! että ainoastaan pieni sitiruunahappomäärä ei ole adsorboitunut ja "murtautuu lävitse" raffinaattiin, kun taas suurin osa siitä on adsorboitunut adsorptiohartsiin (mutta ei ole desorboitunut tässä kuviossa). Tällä erotuksella, säädettäessä väkevyys ja pH-arvo optimitasolle, on ilmeisesti hyvä teollinen käyttökelpoisuus .Figures 11A and 11B graphically show the results of pulse experiments using Dowex 66 resin at pH 7.0 and 3.5, respectively. Figures 11A and 11B show that citric acid "breaks through" together with salts (and carbohydrates) at higher pH values. This problem can be partially avoided by reducing the concentration to 13% and lowering the pH to 2.4, as shown in Figure 11C, which shows, ‘! that only a small amount of citric acid is not adsorbed and "breaks through" the raffinate, while most of it is adsorbed on the adsorption resin (but not desorbed in this figure). This difference, when adjusting the concentration and pH to the optimum level, apparently has good industrial applicability.
Esimerkki XExample X
Suoritettiin vielä kolme pulssikoetta esimerkin 8 olosuhteissa, ellei muuta ole mainittu, käyttäen saman syöttöseoksen sitruu-nahapponäytteitä, mutta kahta erilaista adsorptioainetta. De-sorptioaine oli kahdessa ensimmäisessä näytteessä 0,05 n : H2S04 (kuviot 12 ja 13A) , kun taas kolmannessa näytteessä käy tettiin vettä (kuvio 13B). Käytetyn syöttöseoksen koostumus oli 38 93857 sama kuin esimerkissä VIII. Lämpötila oli 60°C ja pH-arvo 1,6. Ensimmäisessä kokeessa käytetty adsorptioaine n:o 1 oli makro-huokoinen, pyridiinifunktion sisältävä, ristikytketty divinyyli-bentseenihartsi, jolla oli seuraava kaava: CH3Three more pulse experiments were performed under the conditions of Example 8, unless otherwise noted, using citric acid samples from the same feed mixture, but with two different adsorbents. The desorbent was 0.05 n in the first two samples: H2SO4 (Figures 12 and 13A), while water was used in the third sample (Figure 13B). The composition of the feed mixture used was the same as in Example VIII. The temperature was 60 ° C and the pH was 1.6. The adsorbent No. 1 used in the first experiment was a macroporous, pyridine-function crosslinked divinylbenzene resin having the following formula: CH3
P - CH2 - N - CH2 -OP - CH2 - N - CH2 -O
·· H+so4= jossa kaavassa P on hartsin muodostava polystyreeniryhmä.·· H + so4 = where P is a resin-forming polystyrene group.
Toinen adsorptioaine (n:o 2), jota käytettiin toisessa ja kolmannessa näytteessä, oli tertiäärinen amiini, jossa oli myös funktionaalinen pyridiiniryhmä, jolla oli seuraava kaava:The second adsorbent (No. 2) used in the second and third samples was a tertiary amine which also had a pyridine functional group having the following formula:
P - CH2 - N - CH2 -OP - CH2 - N - CH2 -O
CH~ I 2 + = CHOH H SO.CH ~ I 2 + = CHOH H SO.
I 4 ch3 jossa kaavassa P on määritelty edellä. Molemmat hartsit ovat ristikytkettyjä divinyylibentseenin avulla. Muutamissa tapauksissa, vaikkakin vesi on tehokas desorboimisaine, joka aikaansaa erinomaisen erottumisen, ei se ole riittävän voimakas tal-teenottamaan adsorboitunutta sitruunahappoa riittävän nopeasti tekemään menetelmästä teollisesti käyttökelpoista. Katso kuviota 13B, jossa olosuhteet ovat samat kuin edellä käytettäessä adsorptioainetta n:o 2 ja desorboimisaineena vettä. Tässä tapauksessa ei sitruunahappo eluoidu ennen kuin noin 95 ml de-sorboimisainetta on kulkenut adsorboimisaineen lävitse. Laimea rikkihappo on tämän johdosta edullisin desorboimisaine, kuten kuvioiden 12 ja 13A tuloksista ilmenee. Myös kuvioista 12, 13A ja 13B ilmenee, että aikaansaadaan sitruunahapon erinomainen erottuminen.I 4 ch3 where P is as defined above. Both resins are crosslinked with divinylbenzene. In a few cases, although water is an effective desorbent that provides excellent separation, it is not strong enough to recover adsorbed citric acid fast enough to make the process industrially useful. See Fig. 13B, where the conditions are the same as above when using adsorbent No. 2 and water as desorbent. In this case, the citric acid does not elute until about 95 ml of desorbent has passed through the adsorbent. Dilute sulfuric acid is therefore the most preferred desorbent, as shown by the results in Figures 12 and 13A. It can also be seen from Figures 12, 13A and 13B that excellent citric acid separation is achieved.
Esimerkki XIExample XI
Esimerkin VIII mukaista menetelmää, sen mukaisia olosuhteita ja 39 93857 laitteistoja käytettiin erottamaan sitruunahappo saman syöttö-seoksen neljästä näytteestä käyttäen kahta erilaista hartsia, jotka kuuluivat esimerkissä VIII esitettyjen adsorboimisainei-den ryhmään (lukuunottamatta sitä, että ensimmäisessä ja neljännessä näytteessä patsaan lämpötila oli 50°C ja desorboimisaine oli 0,05 n I^SO^, ja toisessa ja kolmannessa näytteessä pH-arvo oli 2,2 ja desorboimisaine laimea rikkihappo 0,15 n väkevyydessä) . Kummallakin hartsilla IRA-68 ja IRA-35, joita valmistaa Rohm and Haas, on amiinifunktio ja seuraava rakennekaava: R' I ♦ = P - CH, - N:H SO.The procedure of Example VIII, its conditions and equipment were used to separate citric acid from four samples of the same feed mixture using two different resins belonging to the group of adsorbents in Example VIII (except that in the first and fourth samples the column temperature was 50 ° C). and the desorbent was 0.05 N I 2 SO 2, and the second and third samples had a pH of 2.2 and the desorbent was dilute sulfuric acid at a concentration of 0.15 N). Both IRA-68 and IRA-35 resins, manufactured by Rohm and Haas, have an amine function and the following structural formula: R 'I ♦ = P - CH, - N: H SO.
2 I 4 R" jossa kaavassa P on polyakryylimatriisi ja R* ja R" = CH^.2 I 4 R "wherein P is a polyacrylic matrix and R * and R" = CH2.
Amberlite IRA-68 (näytteet 1, 2 ja 3) on geelityyppinen hartsi. IRA-35 (näyte 4) on makroretikulaarinen hartsi. Näyte 3 oli identtinen näytteen 2 kanssa paitsi, että adsorptioainetta oli aikaisemmin käytetty syöttöseoksen 69 kerrostilavuuden erottamiseen. Näytteet 1 ja 2 ovat molemmat erinomaisia adsorptioai-neita sitruunahapon erottamiseksi sen käymisliemestä pH-alueella 1,6-2,2. Näyte 3 osoittaa sen jälkeen, kun adsorptioainetta on käytetty syötön 69 kerrostilavuuden verran, hartsin stabiili-suu den (deaktivoitumista on tapahtunut vähän tai ei ollenkaan) ! tässä erotuksessa. Netto-retentiötilavuus (NRV) ja selektiivi- syys (B) on esitetty seuraavassa taulukossa 6.Amberlite IRA-68 (Samples 1, 2 and 3) is a gel type resin. IRA-35 (Sample 4) is a macroreticular resin. Sample 3 was identical to Sample 2 except that the adsorbent had previously been used to separate the bed volume of the feed mixture 69. Samples 1 and 2 are both excellent adsorbents for separating citric acid from its fermentation broth in the pH range 1.6-2.2. Sample 3 shows the stability of the resin (little or no deactivation) after the adsorbent has been used in an amount of 69 bed volumes of feed! in this distinction. The net retention volume (NRV) and selectivity (B) are shown in Table 6 below.
4o 938574o 93857
Taulukko 6 NäyteTable 6 Sample
n;o Hartsi Aineosa NRV Bn; o Resin Ingredient NRV B
1 Amberlite suolat 5,5 8,24 IRA-68 sitruunahappo 45,3 vertailu tuntematon A 0 jälkiaine tuntematon B 9,3 4,87 2 Amberlite suolat 2,3 12,61 IRA-68 sitruunahappo 29,0 vertailu tuntematon A 0 jälkiaine tuntematon B 6,5 4,46 3 Amberlite suolat 2,85 10,32 IRA-68 sitruunahappo 29,4 vertailu tuntematon A 0 jälkiaine tuntematon B 7,0 4,2 4 Amberlite suolat 1,3 27,38 IRA-35 sitruunahappo 36,9 vertailu tuntematon A 0 jälkiaine tuntematon B 5,9 6,251 Amberlite salts 5.5 8.24 IRA-68 citric acid 45.3 comparison unknown A 0 progeny unknown B 9.3 4.87 2 Amberlite salts 2.3 12.61 IRA-68 citric acid 29.0 comparison unknown A 0 prodrug unknown B 6.5 4.46 3 Amberlite salts 2.85 10.32 IRA-68 citric acid 29.4 comparison unknown A 0 progeny unknown B 7.0 4.2 4 Amberlite salts 1.3 27.38 IRA-35 citric acid 36.9 comparison unknown A 0 offspring unknown B 5.9 6.25
Esimerkkien I - VII mukaisten adsorptioaineiden vertaamiseksi esimerkkien VIII - XI mukaisiin adsorptioaineisiin analysoitiin useita uutenäytteitä helposti hiiltyvien epäpuhtauksien (RCS) (Food & Chemical Codex (FCC) Monograph n:o 3) ja kaliumpitoi-suuden määräämiseksi. RCS-määrä määrättiin seuraavasti: 1 g uutenäyte (määrättiin sitruunähapon todellinen väkevyys) karbo-noitiin lämpötilassa 90°C käyttäen 10 ml 95 % ^SO^-liuosta. Karbonoitu aine tutkittiin spektrofotometrisesti aaltopituu-r della 500 nm käyttäen 2 cm kennoa ja halkaisijaltaan 1,27 cm putkea, ja RCS-määrä laskettiin 50 %:lle sitruunahappoliuok-selle. Saatua arvoa voidaan verrata siihen, joka saatiin käytettäessä tätä koemenetelmää edellä mainitussa FCC-kokeessa ja koboltin vakioliuosta käyttäen. Kalium määrättiin spektroskooppisesta atomien adsorption avulla. Vertailun vuoksi suoritettiin samat analyyttiset määräykset käyttäen samaa syöttönäytettä, ja RCS-arvo laskettiin 50 %:lle sitruunahapolle käyttäen hartseja XAD-4, AG4-X4 ja esimerkin III mukaisia adsorptioaineita 1 ja 2. Tulokset on esitetty taulukossa 7.To compare the adsorbents of Examples I to VII with the adsorbents of Examples VIII to XI, several extract samples were analyzed for the determination of readily carbonized contaminants (RCS) (Food & Chemical Codex (FCC) Monograph No. 3) and potassium content. The amount of RCS was determined as follows: 1 g of the extract sample (the actual concentration of citric acid was determined) was carbonized at 90 ° C using 10 ml of 95% SO 2 solution. The carbonated material was examined spectrophotometrically at 500 nm using a 2 cm cell and a 1.27 cm diameter tube, and the amount of RCS was calculated for 50% citric acid solution. The value obtained can be compared to that obtained using this test method in the FCC test mentioned above and using a standard solution of cobalt. Potassium was determined spectroscopically by atomic adsorption. For comparison, the same analytical determinations were performed using the same feed sample, and the RCS value was calculated for 50% citric acid using resins XAD-4, AG4-X4 and adsorbents 1 and 2 according to Example III. The results are shown in Table 7.
4i 938574i 93857
Taulukko 7Table 7
Uutteen laatu (RCS/kalium) pulssikokeessa RCS C.A. netto-Extract quality (RCS / potassium) in the pulse test RCS C.A. net
Adsorptio- Desorptio- laskettu (50% retentio- aine_ aine_ sitruunahappoa) ppmK tilavuus XAD-4 H20 6,86 f 8,98 59, 137 13,0 AG4-X4 0,05 n.H2S04 1,77, 1,42 24, 81 34,8 n:o 2 (esim. X) 0,05 n*H2SC>4 3,17, 3,33 24, 54 30,8 n:o 1 (esim. X) 0,05 n«H2S04 2,17 62 31,0 Nämä arvot osoittavat heikosti emäksisten hartsien RCS- ja K-arvojen pienentymisen edullisuuden neutraaleihin hartseihin verrattuna. Kaikissa näytteissä RCS-arvo oli pienentynyt vähintään 50 % ja kahdessa näytteessä K-arvo oli pienentynyt yli 50 %. Retention nettotilavuudesta voidaan todeta, että kummallakin adsorptioaineryhmällä on hyvä hajaantumisarvo, mutta voimakkaisiin emäksiin perustuvilla adsorptioaineilla on haittana jonkin verran lisääntyneet jakson pituudet. Jakson pituuksia voidaan pienentää käyttämällä rikkihappoa suuremmissa väkevyyksissä, esim. aina noin 0,2 n ja edullisesti 0,1-0,2 n.Adsorption Desorption calculated (50% retention aid_ substance_ citric acid) ppmK volume XAD-4 H 2 O 6.86 f 8.98 59, 137 13.0 AG4-X4 0.05 n.H 2 SO 4 1.77, 1.42 24 .81 34.8 No. 2 (e.g. X) 0.05 n * H 2 SO 4> 3.17, 3.33 24, 54 30.8 No. 1 (e.g. X) 0.05 n «H 2 SO 4 2.17 62 31.0 These values indicate the advantage of reducing the RCS and K values of weakly basic resins over neutral resins. In all samples the RCS value had decreased by at least 50% and in two samples the K value had decreased by more than 50%. From the net retention volume, it can be stated that both groups of adsorbents have a good dispersion value, but adsorbents based on strong bases have the disadvantage of somewhat increased cycle lengths. The lengths of the period can be reduced by using sulfuric acid at higher concentrations, e.g. always about 0.2 n and preferably 0.1-0.2 n.
Eräässä toisessa toteuttamismuodossa voidaan adsorboimisaineeseen adsorboitunut sitruunahappo muttaa in situ sitraatiksi ennen * desorptiota esim. reaktion avulla maa-alkalimetalli- tai alkali- metallihydroksidin tai ammoniumhydroksidin kanssa ja eluoida sitten välittömästi metallihydroksidia, ammoniumhydroksidia tai vettä desorboimisaineena käyttäen. Ajan mittaan voi tapahtua adsorptioaineen deaktivoituminen tuntemattomien epäpuhtauksien vaikutuksesta, mutta adsorptioaine voidaan regeneroida huuhtomalla sitä vahvemmalla desorboimisaineella, esim. desorboimis-aineeseen nähden vahvemmalla rikkihapolla, aikalimetailihydroksidilla tai NH4OH:lla, tai orgaanisella liuottimena, esim. asetonilla tai alkoholilla.In another embodiment, the citric acid adsorbed on the adsorbent can be turned in situ to citrate prior to desorption, e.g., by reaction with an alkaline earth metal or alkali metal hydroxide or ammonium hydroxide, and then immediately eluted using metal hydroxide, ammonium hydroxide or water as the desorbent. Over time, the adsorbent may be deactivated by unknown impurities, but the adsorbent may be regenerated by rinsing it with a stronger desorbent, e.g. sulfuric acid stronger than the desorbent, time metal hydroxide or NH 4 OH, or as an organic solvent, or an organic solvent.
42 9385742 93857
Esimerkki XIIExample XII
Tässä esimerkissä suoritettiin kaksi pulssikoetta käyttäen gee-lityyppistä, voimakkaasti emäksistä anioninvaihtohartsia (IRA 458, valmistaa Rohm & Haas Co.), jonka rakennekaava (1) on esitetty edellä sivulla 22, ja joka oli substituoitu kolmella me-tyyliryhmällä, adsorptioaineen sitruunahapon erotuskyvyn määräämiseksi sen hiilihydraattipitoisesta käymisseoksesta (DPI, DP2, DP3, sekä glukoosia, ksyloosia, arabinoosia ja raffinoosia), ja suolaioneja, kuten Na+, K+, Mg++, Ca++, Fe+++, Cl”, S0^_, P0^= ja NO^ , aminohappoja ja proteiineja, pH-arvossa 2,2.In this example, two pulse experiments were performed using a gel-type, strongly basic anion exchange resin (IRA 458, manufactured by Rohm & Haas Co.) having the structural formula (1) shown above on page 22 and substituted with three methyl groups to determine the citric acid resolution of the adsorbent. carbohydrate-containing fermentation broth (DPI, DP2, DP3, as well as glucose, xylose, arabinose and raffinose), and salt ions such as Na +, K +, Mg ++, Ca ++, Fe +++, Cl ”, SO 2, PO 0 and NO 2, amino acids and proteins , at pH 2.2.
P on divinyylibentseenin kanssa ristikytketty akryyli. Pulssi-koenäyte 1 käsiteltiin lämpötilassa 50°C. Pulssikoenäyte 2 käsiteltiin lämpötilassa 60°C, mutta sen jälkeen, kun kerrosta oli vanhennettu käyttäen 33 kerrostilavuutta syöttöseosta.P is acrylic crosslinked with divinylbenzene. Pulse test sample 1 was treated at 50 ° C. Pulse test sample 2 was treated at 60 ° C, but after the bed was aged using 33 bed volumes of feed mixture.
Sitten suoritettiin käsittelyjä 62 kerrostilavuutta käyttäen ilman, että adsorptioaineessa tapahtui oleellista deaktivoitu-mista. Sitruunahappo desorboitiin rikkihapon 0,1 n liuoksella kummassakin näytteessä. Käymisestä saadun syöttöseoksen koostumus oli seuraava:Treatments were then performed using 62 bed volumes without substantial deactivation in the adsorbent. Citric acid was desorbed with a 0.1 N solution of sulfuric acid in each sample. The composition of the fermentation broth was as follows:
Syöttöseos %Feed mix%
Sitruunahappo 40Citric acid 40
Suolat (K+, Na+, Ca++, Mg++Fe+++) 1,5Salts (K +, Na +, Ca ++, Mg ++ Fe +++) 1.5
Hiilihydraatit (sokerit) 4Carbohydrates (sugars) 4
Muut (S04=, Cl", P04=, NO~, 5 ; proteiinit ja aminohapot)Other (SO 4 =, Cl ", PO 4 =, NO ~ 5; proteins and amino acids)
Vesi 49,5Water 49.5
Retentiotilavuudet ja erotuskerroin saatiin käyttäen edellä esimerkissä I kuvattua pulssikoelaitteistoa ja menetelmää.Retention volumes and separation factor were obtained using the pulse test apparatus and method described in Example I above.
Näiden pulssikokeiden tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa n:o 8.The results of these pulse tests are shown in Table 8 below.
Taulukko 8 43 9 3 8 5 7 NäyteTable 8 43 9 3 8 5 7 Sample
n:o Hartsi Aineosa NRV BNo. Resin Ingredient NRV B
1 IRA-458 suolat 1,0 38,9 sitruunahappo 38,9 vertailu tuntemattomat S 0 jälkiaine tuntemattomat B 6,6 5,89 2 IRA-458 suolat 0,9 43,3 sitruunahappo 39,0 vertailu tuntematon A 0 jälkiaine tuntematon B 7,1 5,491 IRA-458 salts 1.0 38.9 citric acid 38.9 comparison unknown S 0 progeny unknown B 6.6 5.89 2 IRA-458 salts 0.9 43.3 citric acid 39.0 comparison unknown A 0 progeny unknown B 7.1 5.49
On ilmeistä, että sitruunahappo erottuu tyydyttävästi tässä käsittelyssä, ja kun adsorptioainetta oli vanhennettu käyttäen 33 kerrostilavuutta syöttöseosta, ei siinä esiintynyt merkkejä deaktivoitumisesta, jolloin saatiin oleellisesti samanlaiset tulokset kuin samoissa olosuhteissa tuoretta adsorboimisianetta käytettäessä.It is evident that the citric acid separates satisfactorily in this treatment, and when the adsorbent was aged using 33 bed volumes of the feed mixture, there were no signs of deactivation, giving substantially similar results as under the same conditions with fresh adsorbent.
Esimerkki XIIIExample XIII
Esimerkin XII mukainen pulssikoe toistettiin käyttäen sitruuna-hapon lisänäytteitä ja samaa syöttöseosta, mutta erilaista mak-rohuokoista, voimakkaasti emäksistä anioninvaihtohartsia IRA-958, jolla oli kvaternäärinen ammoniumfunktio, ja akryylihartsimat-riisia, joka oli ristikytketty divinyylibentseenimatriisin kanssa. Desorboimisaine oli 0,05 n ^SO^. Käytetyn syöttöseoksen ; koostumus oli sama kuin esimerkissä XII. Lämpötila oli 60°C ja pH-arvo 1,6. Tässä kokeessa käytettiin sellaista adsorptioaine-hartsia, jota valmistaa Rohm & Haas ja jolla on sivulla 22 esitetty rakenne (1), jossa R on metyyli.The pulse experiment of Example XII was repeated using additional samples of citric acid and the same feed mixture, but different macroporous, strongly basic anion exchange resin IRA-958 with quaternary ammonium function and acrylic resin matrix cross-linked with divinylbenzene. The desorbent was 0.05 n 2 SO 2. Used feed mixture; the composition was the same as in Example XII. The temperature was 60 ° C and the pH was 1.6. An adsorbent resin manufactured by Rohm & Haas having the structure shown on page 22 (1) in which R is methyl was used in this experiment.
Kuten kuviosta 14 ilmenee, alkaa sitruunahappo eluoitua sen jälkeen kun 45 ml desorboimisainetta on kulkenut adsorboimisaineen lävitse, ja se erottuu erittäin helposti käymisseoksesta erittäin puhtaana talteenottoasteen ollessa erinomaisen.As shown in Figure 14, the citric acid begins to elute after 45 ml of desorbent has passed through the adsorbent and is very easily separated from the fermentation broth in very pure recovery with excellent recovery.
Esimerkki XIVExample XIV
Esimerkin XII mukainen pulssikoe toistettiin käyttäen sitruuna- 44 93857 hapon lisänäytteitä ja samaa syöttöseosta, mutta erilaista voimakkaasti emäksistä anioninvaihtohartsi-adsorptioainetta AG2-X8 (valmistaa Bio Rad Company), jolla on edellä sivulla 22 esitetty rakennekaava (2), jossa R on metyyli, yhdessä ristikytketyn polystyreeni-geelityyppisen hartsimatriisin kanssa, jossa on kva-ternäärisiä funktionaalisia ammoniumryhmiä. Desorboimisaine oli 0,15 n H2SO^. Käytetyn syöttöseoksen koostumus oli sama kuin esimerkissä XI. Lämpötila oli 50°C ja pH oli 2,2.The pulse experiment of Example XII was repeated using additional citric acid samples and the same feed mixture but a different strongly basic anion exchange resin adsorbent AG2-X8 (manufactured by Bio Rad Company) having the structural formula (2) above on page 22 where R is methyl, together with a crosslinked polystyrene-gel type resin matrix having quaternary ammonium functional groups. The desorbent was 0.15 N H2SO4. The composition of the feed mixture used was the same as in Example XI. The temperature was 50 ° C and the pH was 2.2.
Kuten kuviosta 15 ilmenee, alkaa sitruunahappo eluoitua sen jälkeen kun 43 ml desorboimisainetta on virrannut adsorptioai-neen lävitse, ja se erottuu erittäin tehokkaasti käymisseoksesta erittäin puhtaana talteenoton ollessa erinomainen.As shown in Figure 15, citric acid begins to elute after 43 ml of desorbent has flowed through the adsorbent and separates very efficiently from the fermentation broth in very pure recovery with excellent recovery.
Vertailtaessa edelleen esimerkkien I-VII mukaisia adsorptioai-neita esimerkkien XII-XIV mukaisiin adsorptioaineisiin, analysoitiin useista uutenäytteistä helposti hiiltyvät epäpuhtaudet (RCS) (Food & Chemical Codex (FCC) Monograph n:o 3) ja kalium-määrä edellä kuvatulla tavalla. Kustakin adsorptioaineesta XAD-4, IRA 458, IRA 959 ja AG2-X4 saadut tulokset, sekä adsorp-tioaineen laatu, on esitetty seuraavassa taulukossa 9.Further comparing the adsorbents of Examples I-VII with the adsorbents of Examples XII-XIV, several carbon samples were analyzed for readily carbonized impurities (RCS) (Food & Chemical Codex (FCC) Monograph No. 3) and potassium as described above. The results obtained for each of the adsorbents XAD-4, IRA 458, IRA 959 and AG2-X4, as well as the quality of the adsorbent, are shown in Table 9 below.
Taulukko 9Table 9
Uutteen laatu (RCS/kalium) pulssikokeessa ·, RCS-yksik- ppmK CA netto-Extract quality (RCS / potassium) in pulse test ·, RCS unit ppmK CA net
Adsorp- köja (lasket- (laskettu retentio- tioaine Desorptioaine tu 50% sitr.happoa) 50% sitr. tilavuus _ _ _ happoa) _ XAD-4 H20 8'98 137 13'° IRA 458 0,1 n H2S04 1,5 80 37,9 IRA 958 0,05 n H2SC>4 2,73 82 32 AG2-X4 0,15 n H2S04 5,3 131 43 Näistä arvoista ilmenee, että RCS- ja K-arvojen pienentymisen aikaansaama parannus on selvä voimakkaasti emäksisillä hartseilla neutraaleihin hartseihin verrattuna. Kaikissa näytteissä RCS-arvo oli piennetynyt 40-85 % ja K-arvo 0-20 %. Esimerkeistä 45 9 3 8 5 7 XII, XIII ja XIV (kuvio 4) ilmenee, että kumpikin adsorptio-aineluokka omaa hyvän erotuskyvyn, mutta käytetyillä adsor-boimisaineilla on haittana jonkin verran pidemmät kiertoajät. Näitä kiertoaikoja voidaan pienentää käyttämällä rikkihapon suurempia väkevyyksiä aina noin 0,2 n, edullisimman alueen ollessa 0,1-0,2 n.Adsorbents (calculated (calculated retention aid Desorbent tu 50% citric acid) 50% citric volume _ _ _ acid) _ XAD-4 H 2 O 8'98 137 13 '° IRA 458 0.1 n H 2 SO 4 1, 5 80 37.9 IRA 958 0.05 n H2SC> 4 2.73 82 32 AG2-X4 0.15 n H2SO4 5.3 131 43 These values show that the improvement brought about by the decrease in RCS and K values is clear in strongly alkaline resins compared to neutral resins. In all samples, the RCS value was reduced by 40-85% and the K value by 0-20%. Examples 45 9 3 8 5 7 XII, XIII and XIV (Figure 4) show that each class of adsorbents has good resolution, but the adsorbents used have the disadvantage of somewhat longer circulation times. These cycle times can be reduced by using higher concentrations of sulfuric acid up to about 0.2 n, with the most preferred range being 0.1-0.2 n.
Erään toteuttamismuodon mukaisesti voidaan adsorptioaineen ad-sorboima sitruunahappo muuttaa sitraatiksi in situ ennen desorp-tiota, esim. reaktion avulla maa-alkalimetallihydroksidin, alkalimetallihydroksidin tai ammoniumhydroksidin kanssa, ja elu-oida sitten välittömästi käyttäen desorboimisaineena metallihydroksidia, ammoniumhydroksidia tai vettä. Ajan mittaan voivat tuntemattomat epäpuhtaudet deaktivoida adsorboimisaineen, mutta adsorboimisaine voidaan regeneroida huuhtomalla sitä vahvemmalla desorboimisaineella, esim. vahvemmalla rikkihapolla desorboi-misaineeseen virrattuna, alkalimetallihydroksidilla tai NH^OH:11a, tai orgaanisella liuottimena, esim. asetonilla tai alkoholilla.According to one embodiment, the citric acid adsorbed by the adsorbent can be converted to citrate in situ before desorption, e.g. by reaction with alkaline earth metal hydroxide, alkali metal hydroxide or ammonium hydroxide, and then immediately eluted using metal hydroxide, ammonium hydroxide or water as desorbent. Over time, unknown impurities can deactivate the adsorbent, but the adsorbent can be regenerated by rinsing it with a stronger desorbent, e.g. stronger sulfuric acid flowing into the desorbent, alkali metal hydroxide or NH 4 OH, or an organic solvent, e.g.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI880105A FI93857C (en) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | A method for separating citric acid from a fermentation broth using a polymeric adsorbent |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI880105 | 1988-01-11 | ||
FI880105A FI93857C (en) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | A method for separating citric acid from a fermentation broth using a polymeric adsorbent |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI880105A0 FI880105A0 (en) | 1988-01-11 |
FI880105A FI880105A (en) | 1989-07-12 |
FI93857B FI93857B (en) | 1995-02-28 |
FI93857C true FI93857C (en) | 1995-06-12 |
Family
ID=8525704
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI880105A FI93857C (en) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | A method for separating citric acid from a fermentation broth using a polymeric adsorbent |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI93857C (en) |
-
1988
- 1988-01-11 FI FI880105A patent/FI93857C/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI880105A (en) | 1989-07-12 |
FI880105A0 (en) | 1988-01-11 |
FI93857B (en) | 1995-02-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4851573A (en) | Separation of citric acid from fermentation broth with a weakly basic anionic exchange resin adsorbent | |
US4720579A (en) | Separation of citric acid from fermentation broth with a neutral polymeric adsorbent | |
US5068419A (en) | Separation of an organic acid from a fermentation broth with an anionic polymeric adsorbent | |
US5068418A (en) | Separation of lactic acid from fermentation broth with an anionic polymeric absorbent | |
FI111072B (en) | Procedure for the separation and purification of lactic acid | |
US7439392B2 (en) | Separation of citric acid from gluconic acid in fermentation broth using a weakly or strongly basic anionic exchange resin adsorbent | |
US3531463A (en) | Enrichment and/or separation of an organic compound by adsorption processes | |
US4519845A (en) | Separation of sucrose from molasses | |
JP5987068B2 (en) | Method for separating organic acids and amino acids from fermentation broth | |
US4333770A (en) | Extraction of sucrose from molasses | |
US4837315A (en) | Process for separating glucose and mannose with CA/NH4 - exchanged ion exchange resins | |
AU2008265794B2 (en) | Method for purifying hydroxymethyl-furfural using non-functional polymeric resins | |
US4851574A (en) | Separation of citric acid from fermentation broth with a strongly basic anionic exchange resin adsorbent | |
CA2688830A1 (en) | Separation of citric acid from gluconic acid in fermentation broth using a weakly or strongly basic anionic exchange resin adsorbent | |
EP0324210B1 (en) | Separation of citric acid from fermentation broth | |
US4461649A (en) | Desorption technique | |
US4533398A (en) | Extraction of sucrose | |
RU2124496C1 (en) | Method of preparing alkali metal citrate | |
US6942803B2 (en) | Process for purifying an organic acid | |
FI93857C (en) | A method for separating citric acid from a fermentation broth using a polymeric adsorbent | |
US4426232A (en) | Extraction of sucrose | |
US4405378A (en) | Extraction of sucrose | |
US4880919A (en) | Process for separating arabinose from a mixture of aldoses | |
CA1303061C (en) | Separation of citric acid from fermentation broth with a non-zeolite polymeric adsorbent | |
JPH0412709B2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Owner name: KOSKINEN, KIM JOHAN |
|
BB | Publication of examined application | ||
BB | Publication of examined application | ||
FG | Patent granted |
Owner name: UOP INC. |
|
MA | Patent expired |