FI97277C

FI97277C - Kromatografinen erotuskolonni, sen sisärakenteet ja kromatografinen erotusmenetelmä

Info

Publication number: FI97277C
Application number: FI930297A
Authority: FI
Inventors: Heikki Heikkilae; Goeran Hyoeky; Jarmo Kuisma
Original assignee: Suomen Sokeri Oy
Priority date: 1993-01-25
Filing date: 1993-01-25
Publication date: 1996-11-25
Also published as: US5770061A; FI930297A0; FI930297A; DE4402081A1; DE4402081C2; FI97277B

Description

97277

Kromatografinen erotuskolonni, sen sisärakenteet ja kromatografinen erotusmenetelmä

Keksinnön kohteena on kromatografinen erotuskolon-5 ni, joka on varustettu kolonnin suorituskykyä ja erotus-tulosta parantavin sisärakentein. Tällaiset sisärakenteet, jotka myös ovat keksinnön kohteena, soveltuvat käytettäviksi erityisesti suurissa kolonneissa, joissa kolonnin halkaisija on suurempi kuin noin 1,5 m ja kolonnissa ole-10 van täytemateriaalin paksuus useita metrejä. Keksintö koskee myös kromatografista erotusmenetelmää, jossa käytetään tällaista kolonnia.

Kromatografisissa erotusmenetelmissä, jotka suoritetaan teollisessa mitassa suurissa erotuskolonneissa, 15 esiintyy useita epäkohtia. Kun kolonni on täytetty täyte-materiaalin lietteellä ja täytemateriaalin on annettu laskeutua, täyte on tasaista ja sen pinta asettuu tietylle korkeudelle. Johdettessa tämän jälkeen eluenttia täytemateriaalin läpi, täytemateriaalin pinta laskee aluksi voi-20 makkaasti muutaman tunnin ajan, ja tämän jälkeen erotettavan materiaalin prosessoinnin aikana täytemateriaalin laskee edelleen muutamien vuorokausien ajan. Paine-ero yli täytekerroksen korkeuden suurenee voimakkaasti menetelmän • alussa, minkä jälkeen sen kasvu hidastuu. Kun prosessia 25 jatketaan useita vuorokausia siten, että täytemateriaalin läpi johdetaan vuoroin vettä ja erotettavaa materiaalia, niin tuotejakeiden kuiva-ainekonsentraatiot alenevat ja niiden puhtaus laskee; samalla kolonnin erotuskapasiteetti alenee. Kun erotustulos ja kolonnin kapasiteetti eivät ! 30 enää ole riittävät, prosessointi on keskeytettävä ja on tehtävä täytemateriaalin uudelleenpakkaus. Täytemateriaali takaisinpestään, jolloin sen läpi johdetaan alhaalta ylöspäin vettä suurella nopeudella. Tällöin täytemateriaa-likerros laajenee ja fluidisoituu. Tämän jälkeen täytema-35 teriaalin annetaan laskeutua, minkä jälkeen erotusprosessi voidaan aloittaa uudelleen.

97277 2 Täytemateriaalin tiivistyminen erotusprosessin aikana on haitallinen erotuskapasiteetin alenemisen vuoksi. Haitallista on täytemateriaalin epätasainen tiivistyminen, mikä aiheuttaa nestevirtauksen kanavoitumista. Tällöin 5 erotettavan materiaalin konsentraatioprofiili kolonnin poikkisuunnassa eli rintamat eivät säily tasaisena ja ero-tustulos huononee. Tämä ilmenee siten, että eri komponenttien eluoitumiskäyrät, jotka ideaalitapauksessa ovat suhteellisen jyrkkiä Gaussin käyriä, loivenevat ja saattavat 10 muodostua täysin epäsäännöllisiksi.

Edellä mainitut haitat voimistuvat kolonnin halkaisijan ja kerroskorkeuden suuretessa. Halkaisijan suurenemisen haitallinen vaikutus tulee esiin jo suhteellisen pienillä kolonneilla, esim. halkaisijaltaan n. 25 cm:n 15 kromatografiakolonnissa tiivistyminen on oleellisesti hi taampaa kuin halkaisijaltaan 1 metrin kolonnissa. Sama vaikutus jatkuu myös kolonnin halkaisijaa edelleen suurennettaessa ja on ero selvästi havaittu erotettaessa melas-sista sakkaroosi ja betaiini halkaisijoiltaan 3,6 m:n ja 20 2,76 m:n kolonneilla.

Tunnetaan erilaisia kolonnin sisään sovitettavia rakenteita, joilla edellä mainittuja haittoja on yritetty vähentää.

Sijoittamalla kolonniin välipohjia, jotka läpäise-: 25 vät nestevirtauksen mutta kannattavat täytemateriaalia, viime mainittu voidaan jakaa useiksi päällekkäisiksi kerroksiksi, jolloin paine-ero täytekerroksen kokonaismitalla pienenee. Esimerkiksi GB-patenttijulkaisussa 1 203 439 (Pharmacia Fine Chemicals Ab) on esitetty tällainen raken-30 ne käytettäväksi geelisuodatuskolonnissa, jonka täyteker ros jaetaan nestettä läpäisevillä levyillä useiksi toisistaan erotetuiksi päällekkäisiksi osastoiksi. Tällöin kuitenkin erotustulos huononee ja kolonnin täyttö täytemateriaalilla, tämän takaisinpesu ja käytetyn täytemateriaalin 35 poisto hankaloituvat merkittävästi. Saman tyyppinen rat- 3 97277 kaisu, jolla kuitenkin sanotaan voitavan parantaa erotus-tulosta, on esitetty US-patenttijulkaisussa 3 539 505 (Lauer, K. ja Stoeck, 6.; assignors to Boehringer Mannheim GmbH). Tämän julkaisun mukaan täytekerros jaetaan kolonnin 5 korkeussuunnassa erotusvyöhykkeiksi, joiden välillä on nestevirtausta läpäisevillä levyillä rajatut suhteellisen matalat sekoitusvyöhykkeet, joissa ei ole täytemateriaalia. Sekoitusvyöhykkeissä neste saatetaan kolonnin akselin suunnasta poikkeavaan liikkeeseen. Kun neste lähtee täl-10 laisesta sekoitusvyöhykkeestä, sen rintama tosin on tasainen. Sekoitusvyöhyke ei kuitenkaan korjaa edellisen ero-tusvyöhykkeen alueella muodostunutta rintaman epätasaisuutta ja loivenemista. Tälläkään rakenteella ei siten päästä riittävän hyvään erotustulokseen ja sen haittana on 15 samoin kolonnin täytön ja tyhjennyksen sekä täytemateriaalin uudelleenpakkauksen hankaluus.

Suurissa kolonneissa esiintyviä haittoja on yritetty poistaa myös erilaisilla kolonnin sisään sijoitettavilla kolonnin pystyakselin suuntaisilla seinämillä, jotka 20 jakavat kolonnin useihin rinnakkaisiin poikkileikkaukseltaan pienempiin osastoihin, jotka jatkuvat yhtenäisinä koko täytekerroksen tai lähes koko täytekerroksen läpi. Tällaisia rakenteita on kuvattu EP-hakemusjulkaisussa 5708 (Röhm GmbH), jonka mukaan kolonni voidaan jakaa pystysuo-: 25 rilla sisäkkäisillä lieriömäisillä seinämillä osastoiksi, joista siten kolonnin keskellä sijaitseva on poikkileikkaukseltaan pyöreä ja sitä ympäröivät rengasmaisia. Toisessa tämän julkaisun mukaisessa rakenteessa kolonni on jaettu pystysuorilla toisiaan vastaan kohtisuorassa olevilla sei-30 nämillä poikkileikkaukseltaan suorakulmion muotoisiksi osastoiksi. Nämä rakenteet on konstruoitu siten, että seinämien yläpäät jäävät alemmaksi kuin täytemateriaalin yläpinta, minkä ansiosta täytemateriaalin yläpinta on oleellisen yhtenäinen ja tasainen. Julkaisussa esitetään täl-35 laisten rakenteiden vähentävän kolonnin täytemateriaalin 4 97277 tiivistymistä. Rintaman etenemisnopeudessa on kuitenkin eroja. Eri osastojen erilaisen geometrian vuoksi näiden erilainen pakkautuminen on mahdollista ja siten erotus-tulos eri osastoista poistuneissa yhdistetyissä tuotteissa 5 on epätyydyttävä.

Myös US-patenttijulkaisussa 5 124 133 (Wilmer Schoenrock) kuvataan kolonneja, joihin on sovitettu pystysuunnassa yhtenäisinä täytekerroksen läpi jatkuvien levyjen muodostamia rakenteita. Näiden sanotaan oikaisevan 10 virtausta estämällä lateraalivirtauksia, niin että saavu tetaan tasainen virtausprofiili. Levyt voivat jakaa kolonnin eri osastoihin siten, että kolonnin keskellä on lieriömäinen osasto ja tämän lieriön ja kolonnin seinämän välinen tila on edelleen jaettu osastoiksi kolonnin säteen 15 suuntaisilla levyillä. Tällöinkin eri osastoissa voi kuitenkin rintaman etenemisnopeus olla erilainen ja erotus-tulos siten huono. Tässä julkaisussa on esitetty myös rakenne, jossa kolonniin on asennettu kaksi läpi täytekerroksen korkeuden ylettyvää pystylevyjen sarjaa, joista 20 toinen sarja on kiinnitetty säteittäisesti tasaisin välein kolonnin keskelle sijoitettuun pystytukeen, ja toisen sarjan levyt on kiinnitetty kolonnin seinämään suuntautumaan keskustaan päin kolonnin säteen suunnassa, lomittain ensimmäisen sarjan levyjen kanssa. Kummankin sarjan levyjen 25 leveys on vähän suurempi kuin puolet pystytuen ja kolonnin seinämän välisestä etäisyydestä. Koska tässä rakenteessa on täytemateriaalin sisässä suhteellisen pitkät tukematto-mat levyjen reunat ja täytemateriaalissa voi paikallisesti esiintyä hyvinkin suuriakin paine-eroja, on näiden raken-30 teiden oltava melko raskastekoisia, jotta levyt säilyvät suorina. Sen vuoksi tällaisen rakenteen sovittaminen suureen kolonniin on hankalaa.

Nyt on havaittu, että suurten erotuskolonnien suorituskykyä ja erotustulosta voidaan selvästi parantaa so-35 vittamalla kolonniin aikaisemmin tunnetuista poikkeava si- 5 97277 susrakenne, joka on kevytrakenteinen, itsekantava ja helposti asennettavissa kolonniin. Keksinnön kohteena on tämän mukaisesti erotuskolonni, jonka täytemateriaalitilassa on pystysuoria seinämiä, joiden yläreuna on alempana kuin 5 kolonnin täytemateriaalin yläpinta kolonnin käyttöolosuh teissa. Keksinnön mukaisen kolonnin täytemateriaalitila sisältää korkeussunnassa vähintään kaksi vyöhykettä, joiden välillä ei ole virtausta estäviä elimiä ja jotka on jaettu oleellisesti pystysuorin seinämin erillisiksi osas-10 töiksi.

Aina kahdessa päällekkäisessä vyöhykkeessä olevat seinämät on sovitettu siten, että ne eivät ole toistensa kanssa kohdakkain.

Seinämät muodostavat kussakin vyöhykkeessä kenno-15 rakenteen. Tärkeätä on, etteivät rakenteessa olevat seinä mät muodosta keskenään eivätkä kolonnin seinän kanssa oleellisesti alle 90°:n kulmia, koska tällaisissa kulmissa täytemateriaalin tiivistyminen ja nestevirtaus voisivat poiketa osaston muilla alueilla vallitsevista ja siten 20 heikentää erotustulosta.

Edullisesti kunkin vyöhykkeen käsittämät seinämät muodostavat kennorakenteen, jossa seinämät liittyvät toisiinsa 120°:n kulmassa ja kolonnin seinään kolonnin säteen suunnassa. Tällaisessa edullisessa rakenteessa kukin vyö-25 hyke sisältää siten ainakin yhden osaston, jonka poikkileikkaus on oleellisesti tasasivuinen kuusikulmio. Tällöin aina kahden päällekkäisen vyöhykkeen kennorakenteet on sovitettu siten, että suorat, joilla tietyn vyöhykkeen seinämät liittyvät toisiinsa, ovat tätä vyöhykettä seuraavan 30 vyöhykkeen osastojen keskikohdilla.

Edullisesti vyöhykkeiden yhteenlaskettu korkeus on noin 70 - 90 % kolonnissa käytettävän täytekerroksen korkeudesta. Sopivat osastojen läpimitat riippuvat luonnollisesti kolonnin halkaisijasta; edullisesti ne ovat n. 0,25 35 - 1,5 m, erityisesti noin 0,5 - 1 m.

6 97277

Peräkkäiset vyöhykkeet voivat olla kosketuksessa toisiinsa tai niiden välillä voi olla tilat, joissa ei ole seinämärakenteita. Tällaisen seinämärakenteita sisältämättömän tilan tulee kuitenkin olla vyöhykkeen korkeuteen 5 verrattuna suhteellisen matala, enintään noin 10 % vyöhykkeen korkeudesta.

Edellä kuvatun sisärakenteen ansiosta täytemateriaali (stationäärifaasi) ei tiivisty epätasaisesti ja kolonnin pakkaus pysyy oleellisen tasaisena kolonnin eri 10 kohdissa. Sisärakenne säilyttää täytemateriaalin pidempään homogeenisena takaisinpesun jälkeen eikä tiivistyminen ole yhtä voimakasta kuin ilman sisärakennetta.

Keksinnön kohteena on siten myös erotuskolonniin sovitettava täytemateriaalin pakkautumista vähentävä ja/ 15 tai tasoittava sisärakenne, joka koostuu oleellisesti pystysuorista seinämistä, joiden yläreuna on alempana kuin kolonnin täytemateriaalin yläpinta kolonnin käyttöolosuhteissa. Keksinnön mukainen sisärakenne muodostaa kolonnin täytemateriaalitilaan korkeussunnassa vähintään kaksi vyö-20 hykettä, joiden välillä ei ole virtausta estäviä elimiä ja jotka on jaettu oleellisesti pystysuorin seinämin erillisiksi osastoiksi, jolloin seinämät on sovitettu siten kuin edellä on esitetty keksinnön mukaisen erotuskolonnin yh-: teydessä.

25 Keksintö koskee myös kromatografista menetelmää liuoksessa olevien liuenneiden komponenttien erottamiseksi toisistaan. Tälle menetelmälle on tunnusomaista, että ero-tuskolonniin, joka on varustettu edellä kuvatuilla sisärakenteilla ja täytetty erotukseen sopivalla täytemateriaa-30 lilla, syötetään mainittua liuosta, vuorotellen eluentin kanssa, tasaisesti täytemateriaalin yläpinnalle, liuos johdetaan täytemateriaalikerroksen läpi ja halutut tuotteet sisältävät jakeet kerätään täytemateriaalin läpi kulkeneesta nestevirtauksesta.

7 97277

Keksinnön mukaista kolonnia ja menetelmää on käytetty hyvällä menestyksellä erotettessa sakkaroosi ja be-taiini juurikasmelassista halkaisijaltaan 3,6 m:n kolonnissa käyttäen erotushartsin kerrospaksuutta 6 m. Kun ko-5 lonniin asennettiin keksinnön mukainen sisärakenne, ero-tustulos parani selvästi verrattuna tulokseen, joka saatiin samalla kolonnilla ilman sisärakenteita. Samalla verrattiin ko. kolonnin suorituskykyä pienemmän, sisärakenteita sisältämättömän kolonnin (halkaisija 2,76 m) suori-10 tuskykyyn. Suuri erotuskolonni toimi ilman sisärakenteita huonommin kuin mainittu pienempi kolonni. Sisärakenteilla suurempi kolonni saatiin toimimaan oleellisesti samalla syöttökapasiteetilla kuin pienempi kolonni, jolloin syöt-tökapasiteetilla tarkoitetaan syötön kuiva-ainemäärää ai-15 kayksikössä täytemateriaalin tilavuusyksikköä kohti (kg ka/ (hm3) .

Keksinnön mukaisen kolonnin edullista toteutusmuotoa havainnollistetaan viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 20 kuvio 1 esittää kolonnin akselin kautta kulkevan pituusleikkauksen, kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen kolonnin poikkileikkaukset tasoissa A-A, A'-A'ja A"-A", : kuvio 3 esittää kuvion 1 mukaisen kolonnin poikki- 25 leikkaukset tasoissa B-B ja B'-B', kuviossa 4 on esitetty poikkileikkaus mahdollisesta toisenlaisesta kennorakenteesta.

Kuvion 1 esittämässä keksinnön toteutusmuodossa kolonnin 1 täytemateriaalitila 2 sisältää viisi vyöhykettä 30 3,3', joista järjestyksessä ensimmäinen, kolmas ja viides keskenään ja toinen ja neljäs keskenään ovat geometrialtaan samanlaiset. Tässä toteutusmuodossa vyöhykkeet 3, 3' ovat keskenään yhtä korkeat ja niiden välillä on seinämiä 4 sisältämätön tila 8, jonka korkeus on noin 5 % vyöhyk-35 keen korkeudesta. Kahden päällekkäisen vyöhykkeen 3, 3' 8 97277 kennorakenteet on sovitettu siten, että suorat 6, joilla tietyn vyöhykkeen seinämät 4 liittyvät toisiinsa, ovat tätä vyöhykettä seuraavan vyöhykkeen osastojen 5 keskikohdilla 7.

5 Eri vyöhykkeiden sisältämät seinämät on liitetty kiinteästi toisiinsa ja kolonnin seinään esimerkiksi hitsaamalla. Seinämät voidaan tehdä esimerkiksi noin 2 mm:n paksuisesta metallilevystä. Mahdollisten liiallisten jännitysten välttämiseksi seinämälevyissä voidaan käyttää ra-10 kenteita, jotka sallivat levyn joustamisen, esimerkiksi paljemaisia rakenteita.

Täytemateriaalitilan ylä- ja alapuolella kolonni sisältää sinänsä tunnettuja rakenteita, jotka ovat tarpeen erotusprosessin toteuttamiseksi. Tällaisia rakenteita on 15 kuvattu esimerkiksi FI-patenttijulkaisussa 54859 ja US-pa-tenttijulkaisussa 4 604 199.

Keksintöä ja sillä saavutettavia etuja valaistaan yksityiskohtaisemmin seuraavilla esimerkeillä, joita ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksintöä. Esimerkit A ja C 20 ovat vertailuesimerkkejä, joissa käytetyt kolonnit eivät sisältäneet keksinnön mukaisia sisärakenteita.

Kaikissa esimerkeissä erotettiin sakkaroosi ja be-taiini juurikasmelassista. Laskennallisessa tarkastelussa : valittiin sakkaroosijakeen puhtaudeksi 88,0 % kuiva-ai- 25 neesta, jäännösjakeen sakkaroosiosuudeksi 22,0 % ja be-taiinijakeelle 45,0 %:n betaiinipuhtaus.

Kuviossa 5 on esitetty esimerkeissä saadut sakkaroosin eluoitumiskäyrät.

Esimerkeissä saavutettuja erotustuloksia arvioitiin 30 myös määrittämällä laskennalliset suureet teoreettisten pohjien lukumäärä ja teoreettisen siirtoyksikön korkeus. Nämä määritettiin seuravien tunnettujen laskentakaavojen avulla: N = 16 (V/W)2 35 ja 9 97277

HETP = L/N

joissa N = teoreettisten pohjien lukumäärä V = erotuskäyrän piikin eluointitilavuus (1) 5 W = piikin pohjaleveys (1) HETP = teor. siirtoyksikön korkeus (mm) L = hartsipedin korkeus

Esimerkeissä käytettyjen syöttöliuosten analyysit on esitetty taulukossa l.

10 97277

Taulukko 1

Esimerkeissä käytetyt syöttöliuokset

Esimerkki A Esimerkki B Esimerkki C

__koe 1 koe 2 koe 3 koe 4 koe 5__koe 6_ sakkaroosi, 60,88 60,08 59,57 59,73 58,56 55,52 % karsta betaiini, 6,63 6,76 5,54 4,55 5,22 4,19 % karsta monosakka- 1,05 0,57 0,54 0,44 2,78 0,26 ridit, % ka r sta raffinoosi, 3,01 2,47 2,58 2,69 1,86 2,97 % ka r sta muut, % 28,43 30,12 31,77 32,59 31,58 37,06 ka r sta johtokyky, 24,4 22,8 26,7 24,1 25,7 28,0 mS/cm pH 8,7 8,5 8,7 8,7 8,5 8,9 kuiva-aine- 36,9 37,8 37,6 36,7 38,3 37,0 pitoisuus paino-%__ ka = kuiva-aine

Il : ttt.t. UI! I I S III

- 97277 11

Esimerkki A

Kolonnin halkaisija 3,6 m, ei sisärakenteita

Koe 1 Täytemateriaalina käytettiin vahvasti hapanta kati-5 oninvaihtohartsia, jonka hartsianalyysi oli seuraava: merkki Duolite kapasiteetti 1,58 ekv/1 vedenpidätyskyky 0,95 g H20/g keskipalloskoko 0,47 mm 10 divinyylibentseeni- ristisidosaste 6,5 %

Koeolosuhteet olivat seuraavat: kerroskorkeus 6,0 m tilavuusvirtaus 9,0 m3/h

15 lämpötila 80 °C

syöttötilavuus 4650 1 syötön kuiva-ainepitoisuus 36,9 - 37,8 paino-% syöttöväli 160 min.

Erotusprosessin suorituksen aikana erotushartsin 20 pintaan annosteltiin annettu määrä (syöttötilavuus) syöt-töliuosta annetuin aikavälein (syöttövälit); syöttöjen välisenä aikana kolonnin läpi johdettiin eluenttina vettä.

Ennen kokeen 1 alkamista kolonnissa ollut erotus-: hartsi takaisinpestiin, minkä jälkeen sen annettiin tii- 25 vistyä. Syöttölaite säädettiin erotushartsin pintaan ja aloitettiin ajo. Kun menetelmän mukaista prosessointia oli jatkettu yksi vuorokausi, syöttölaite säädettiin uudelleen mahdollisimman tarkasti hartsipintaan. Prosessin annettiin tasapainottua ja erotuksesta kerättiin ensimmäinen näyte-30 sarja sekä tulostettiin eluoitumiskäyrät.

Koe 2

Kokeessa 1 aloitettua menetelmän mukaista prosessointia jatkettiin samoilla parametreillä noin viikko, jonka jälkeen otettiin toinen näytesarja ja tulostettiin 35 eluoitumiskäyrät.

12 97277

Kokeessa 2 ei saavutettu betaiinijakeen tavoitepuh-tautta 45 %, vaan puhtaus jäi 43,0 %:iin.

Verrattaessa kuviossa 5 esitettyjä kokeiden 1 ja 2 sakkaroosin eluoituxniskäyriä, havaitaan piikin takarinteen 5 loiventuneen ja pohjan leventyneen.

Kokeessa 2 teoreettisten pohjien lukumääräksi saatiin N = 61 ja suureeksi HETP = 98 mm.

Esimerkki B

Kolonnin halkaisija 3,6 m, keksinnön mukainen sisä-10 rakenne

Koe 3

Esimerkissä A suoritettujen kokeiden jälkeen kolon-ni tyhjennettiin erotushartsista. Kolonnin kansi poistettiin ja kolonniin asennettiin kuvioiden 1, 2 ja 3 mukaiset 15 kennorakenteet alkaen kolonnin pohjalta. Joka toinen ken- norakenne oli samanlainen. Kennorakenteen seinämät olivat 2 mm paksua teräslevyä ja ne hitsattiin kolonnin seinään niin, etteivät kennorakenteiden seinämät olleet samassa linjassa vaan ristikkäin. Seinämien korkeus kussakin ken-20 norakenteessa oli 1 m. Alin kennorakenne asennettiin 0,5 m:n korkeudelle täytehartsin pohjapinnasta ja kennorakenteet asennettiin 50 mm:n etäisyydelle toisistaan.

Erotushartsi pumpattiin takaisin erotuskolonniin ja takaisinpestiin. Kolonnissa käynnistettiin prosessointi 25 samoilla parametreillä kuin kokeissa 1 ja 2. Syöttöväli oli 150 min. Näytesarja otettiin viikko käynnistyksestä. Kokeiden 2 ja 3 tulosten perusteella sisärakenteiden avulla saatu erotustulos näytti parantuneen (ks. eluoitumis-käyrät kuviossa 5). Syöttöliuosten koostumus kokeissa 2 ja 30 3 vastasi melko hyvin toisiaan.

Koe 4

Kokeessa 4 syöttötilavuus oli 4,8 m3. Muut prosessi-parametrit olivat samat kuin kokeessa 3. Prosessin annettiin tasapainottua kaksi viikkoa ennen näytteenottoa.

13 97277

Syöttökonsentraatio oli 36,7 paino-%. Sakkaroosin ja betaiinin saannot olivat alemmat ja palautus-% oli korkeampi kuin kokeessa 3.

Selvä parannus kokeessa 4 tuli sakkaroosijakeen 5 konsentraatioon, joka nousi kokeen 3 arvosta 20,2 g/100 ml arvoon 24,6 g/100 ml. Kun verrataan kokeen 4 sakkaroosi-piikin muotoa kokeen 2 sakkaroosipiikin muotoon (ks. kuvio 5) , havaitaan piikin olevan korkeampi ja alaosastaan kapeampi, kun kolonnissa on sisärakenne.

10 Teoreettisten pohjien lukumääräksi kokeessa 4 saa tiin N = 93 ja suureeksi HETP = 65 mm, mikä myös osoittaa erotuksen parantuneen kokeeseen 2 nähden.

Koe 5

Syöttötilavuus oli 4,65 m3 ja syöttöväli 140 minuut-15 tia. Prosessia jatkettiin yhtenäisesti ilman takaisinpesua runsas kuukausi, minkä jälkeen otettiin näytesarjat.

Sakkaroosin ja betaiinin saannot paranivat kokeeseen 4 verrattuna; samoin teoreettisten pohjien lukumäärä kasvoi kokeessa 4 saadusta 93:sta 117:ään.

20 Tässä kokeessa saavutettiin halkaisijaltaan 3,6 m:n kolonnilla paras tulos.

Esimerkki C

Kolonnin halkaisija 2,76 m, ei sisärakennetta : Koe 6 25 Täytemateriaalin hartsianalyysi oli seuraava: merkki Korela V09 kapasiteetti (H+) 1,39 ekv/1 vedenpidätyskyky (Na+) 1,16 g H20/g keskipalloskoko (Na+) 0,50 mm 30 divinyylibentseeni- ristisidosaste 5,5 %.

5 14 97277

Koeolosuhteet olivat seuraavat: kerroskorkeus 6,0 m tilavuusvirtaus 5,5 m3/h

lämpötila 80 °C

syöttötilavuus 2500 1 syötön kuiva-ainepitoisuus 37,0 paino-% 10 syöttöväli 130 min.

Jäännösjakeen konsentraatioksi saatiin 7,4 g/100 ml sakkaroosipuhtaudella 22 % kuiva-aineesta. Sakkaroosija- keen konsentraatio oli 19,7 g/100 ml puhtaudella 88,0 % ja teoreettisten pohjien lukumäärä N = 113.

15

Kokeiden 2, 5 ja 6 laskennalliset vertailutulokset on esitetty taulukossa 2.

Taulukko 2

Laskennallisest vertailutulokset 2 g Koe 2 Koe 5 Koe 6 D = 3,6 m D = 3,6 m D = 2,76 m (ei sisä- (sisära- (ei sisä- __rakennetta)__kenne)__rakennetta) syöttö- 15,3 16,4 16,6 kap., ka 25 kg/(m3h) saanto..» 63,6% 86,7% 88,3 % saanto,1, 64,3% 86,4% 95,1% kons.jiin, 5,9 5,9 7,4 g/100 ml 30 kons.^, 19,7 23,2 19,7 g/100 ml kons.bet, 4,6 5,5 5,4 g/100 ml teor.pohjat 61 117 113 HETP 98 mm 51 mm 53 mm syöttöväli__160 min__140 min__130 min ka = kuiva-aine 35 • I , I4.k Milli lila»; 15 97277

Edellä ilmoitetut sakkaroosin ja betaiinin saannot määritettiin kolonnista poistuneen kuiva-aineen perusteella. Palautukset eivät sisälly saannon määritykseen. Saannot laskettiin yhtälöstä: 5

Saanto-% = tuotteen ka-määrä tuotejakeessa tuotteen ulostullut ka-määrä jakson aikana

Tehdyt kokeet osoittavat, että suurimittakaavaisen 10 kromatografisen erotuskolonnin erotustulosta voidaan parantaa asentamalla kolonniin keksinnön mukainen sisärakenne. Kolonnin erotuskyky parani sisärakenteen ansiosta selvästi. Sisärakenteen avulla halkaisijaltaan 3,6 m:n kolon-ni saatiin toimimaan syöttökapasiteetilla 16,4 kuiva-aine-15 kg/(m3h) , eli lähes samalla kuin halkaisijaltaan 2,76 m:n kolonni, jonka syöttökapasiteetti oli 16,6 kuiva-aine-kg/ (m3h) . 1

Claims

97277 16

1. Kromatografinen erotuskolonni, jonka täytemate-riaalitilassa on pystysuoria seinämiä, joiden yläreuna on 5 täytemateriaalikerroksen pintaa alempana kolonnin käyttö-olosuhteissa, tunnettu siitä, että sen täytemate-riaalitila (2) sisältää korkeussunnassa vähintään kaksi vyöhykettä (3, 3'), joiden välillä ei ole virtausta estäviä elimiä, kuten välipohjia, ja jotka on jaettu oleelli-10 sesti pystysuorin seinämin (4) erillisiksi osastoiksi (5), jolloin aina kahdessa päällekkäisessä vyöhykkeessä (3, 3') olevat seinämät (4) on sovitettu siten, että ne eivät ole toistensa kanssa kohdakkain, ja seinämien (4) keskenään ja kolonnin seinän (1) kanssa muodostamien kulmien suuruus on 15 vähintään noin 90°.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen erotuskolonni, tunnettu siitä, että kunkin vyöhykkeen (3, 3') käsittämät seinämät (4) muodostavat kennorakenteen, jossa seinämät (4) liittyvät toisiinsa 120°:n kulmassa ja kolon- 20 nin seinään (1) kolonnin säteen suunnassa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen erotuskolonni, tunnettu siitä, että pystysuorat seinämät muodostavat tasasivuisen kuusikulmiokuvioston poikkileikkauksel- : taan.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen ero tuskolonni, tunnettu siitä, että aina kahden päällekkäisen vyöhykkeen (3, 3') kennorakenteet on sovitettu siten, että suorat (6), joilla tietyn vyöhykkeen seinämät (4) liittyvät toisiinsa, ovat tätä vyöhykettä 30 seuraavan vyöhykkeen osastojen (5) keskikohdilla (7).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen erotuskolonni, tunnettu siitä, että vyöhykkeiden (3, 3') yhteenlaskettu korkeus on noin 70 - 90 % kolonnissa käytettävän täytekerroksen korkeudesta. I IBi liiti l i M!» 17 97277

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen ero-tuskolonni, tunnettu siitä, että vyöhykkeiden (3, 3') välillä on seinämärakenteita sisältämättömät tilat (8) .

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen erotuskolonni, tunnettu siitä, että jokaisen seinämärakenteita sisältämättömän tilan (8) korkeus on enintään noin 10 % vyöhykkeen (3, 3') korkeudesta.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen ero-10 tuskolonni, tunnettu siitä, että vyöhykkeet (3, 3. ovat kosketuksessa toisiinsa.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen erotuskolonni, tunnettu siitä, että kolonnin halkaisija on 1 - 5 m, edullisesti 3 - 4 m.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen ero tuskolonni, tunnettu siitä, että osastojen läpimitat ovat 0,25 - 1,5 m, edullisesti 0,5 - 1 m.

11. Kromatografiseen erotuskolonniin sovitettava sisärakenne, joka koostuu oleellisesti pystysuorista sei- 20 nämistä, joiden yläreuna on täytemateriaalikerroksen pintaa alempana kolonnin käyttöolosuhteissa, tunnettu siitä, että se muodostaa kolonnin täytemateriaalitilaan (2) korkeussunnassa vähintään kaksi vyöhykettä (3, 3'), : joiden välillä ei ole virtausta estäviä elimiä, kuten vä- 25 lipohjia, ja jotka on jaettu oleellisesti pystysuorin seinämin (4) erillisiksi osastoiksi (5), jolloin aina kahdessa peräkkäisessä vyöhykkeessä (3, 3') olevat seinämät (4) on sovitettu siten, että ne eivät ole toistensa kanssa kohdakkain, ja seinämien (4) keskenään ja kolonnin seinän 30 (1) kanssa muodostamien kulmien suuruus on vähintään noin 90°.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen erotuskolonniin sovitettava sisärakenne, tunnettu siitä, että kunkin vyöhykkeen (3, 3') käsittämät seinämät (4) muodos- 35 tavat kennorakenteen, jossa seinämät (4) liittyvät toi- 18 97277 slinsa 120°:n kulmassa ja kolonnin seinään (1) kolonnin säteen suunnassa.

13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen erotus-kolonniin sovitettava sisärakenne, tunnettu sii-5 tä, että aina kahden päällekkäisen vyöhykkeen (3, 3') ken-norakenteet on sovitettu siten, että suorat (6) , joilla tietyn vyöhykkeen seinämät (4) liittyvät toisiinsa, ovat tätä vyöhykettä seuraavan vyöhykkeen osastojen (5) keskikohdilla (7) .

14. Jonkin patenttivaatimuksen 11 - 13 mukainen erotuskolonniin sovitettava sisärakenne, tunnettu siitä, että vyöhykkeiden (3, 3') yhteenlaskettu korkeus on noin 70 - 90 % kolonnissa käytettävän täytekerroksen korkeudesta .

15. Jonkin patenttivaatimuksen 11 - 14 mukainen erotuskolonniin sovitettava sisärakenne, tunnettu siitä, että vyöhykkeiden (3, 3') välillä on seinämärakenteita sisältämättömät tilat (8).

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen erotuskolonniin 20 sovitettava sisärakenne, tunnettu siitä, että jokaisen seinämärakenteita sisältämättömän tilan (8) korkeus on enintään noin 10 % vyöhykkeen (3, 3') korkeudesta.

17. Jonkin patenttivaatimuksen 11 - 14 mukainen erotuskolonniin sovitettava sisärakenne, tunnettu 9 25 siitä, että vyöhykkeet (3, 3') ovat kosketuksessa toisiinsa.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 11 - 17 mukainen erotuskolonniin sovitettava sisärakenne, tunnettu siitä, että kolonnin halkaisija on 1 - 5 m, edullisesti 30 2 - 4 m.

19. Jonkin patenttivaatimuksen 11 - 18 mukainen erotuskolonniin sovitettava sisärakenne, tunnettu siitä, että osastojen läpimitat ovat 0,25 - 1,5 m, edullisesti 0,5 - 1 m. 19 97277

20. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-10 mukaisen erotusko1onnin käyttö kromatografisessa menetelmässä liuoksessa olevien liuenneiden aineiden erottamiseksi toisistaan, jossa menetelmässä mainittuun erotuskolonniin, 5 joka on täytetty erotukseen sopivalla täytemateriaalilla, syötetään mainittua liuosta, vuorotellen eluentin kanssa, tasaisesti täytemateriaalin yläpinnalle, liuoksen annetaan virrata täytemateriaalikerroksen läpi ja halutut tuotteet sisältävät jakeet kerätään täytemateriaalin läpi kulke-10 neesta nestevirtauksesta.

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että liuos on juurikasmelassi, josta erotetaan sakkaroosi- ja betaiinijakeet. 97277 20