JP3277575B2

JP3277575B2 - クロマト分離法

Info

Publication number: JP3277575B2
Application number: JP32951692A
Authority: JP
Inventors: 正健谷村; 雅男田村
Original assignee: 日本錬水株式会社
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 2002-04-22
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: JPH06170112A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はクロマトグラフィーによ
り、分離剤に対する吸着力の異なる少なくとも３種類の
成分を含む混合物を、それぞれの成分に分離する方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】クロマトグラフィーにより混合物をそれ
ぞれの成分に分離することは広く行なわれている。クロ
マトグラフィーには大別して連続方式と回分方式とがあ
る。回分方式では、最も簡単には、分離剤の充填されて
いる充填床に、その上端から原料流体を供給し、次いで
脱着流体を供給する。原料流体中の各成分は、充填床を
流下する間に、分離剤に対する吸着力の差により相互に
分離するので、充填床の下端から流出する流体をその組
成に応じて分取することにより、原料流体中の各成分を
分離することができる。この方式によれば３成分以上の
成分を含む原料から、それぞれの成分を分離することが
できるが、多量の脱着流体を必要とし、且つ分離剤の利
用効率（原料処理量／分離剤・時間）も小さい。

【０００３】連続方式の代表的なものは擬似移動床方式
である。この方式の典型的な例では、充填床は分離剤が
充填されている多数の単位床を環を形成するように直列
に接続して、充填床内を流体が一方向に循環し得るよう
に構成されている。各単位床は、その前端に床への流体
の供給手段を、後端に床からの流体の抜出し手段を備え
ている。

【０００４】擬似移動床方式では、充填床内を流体が常
に一方向に循環しており、原料流体と脱着流体がこの循
環流に連続的に供給され、同時に分離剤に対して吸着力
の強い成分に富む流体と弱い成分に富む流体とがこの循
環流から連続的に抜出される。そして、これらの流体の
供給される単位床及び抜出される単位床は、その相対的
位置関係を保ったまま充填床内の濃度分布の移動に応じ
て、順次下流の単位床に切替えられる。擬似移動床方式
は脱着流体の使用量も少なく且つ分離剤の利用効率も高
いが、３種類以上の成分を含む原料をそれぞれの成分に
分離することはできない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したところから明
らかように、クロマトグラフィーにより３種類以上の成
分を含む原料からそれぞれの成分を分離するには、回分
方式によらざるを得ない。従って回分方式を基本としつ
つも、常に充填床内に各成分に分離されていない原料流
体を残すことにより、脱着流体の使用量を低減させ且つ
分離剤の利用効率を向上させる準連続方式ともいうべき
分離方式が提案されている（特開昭６３−１５８１０
５、特開平４−２２７８０４参照）。本発明は擬似移動
床の考え方を取入れた改良された準連続方式により、３
種類以上の成分を含む原料流体からそれぞれの成分を分
離する方法を提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内部に
分離剤が充填されている多数の単位床を環を形成するよ
うに直列に接続して成り、内部を流体が一方向に循環し
得るように構成されている充填床に、分離剤に対して吸
着力の異なる少なくとも３種類の成分を含む原料流体と
脱着流体とを供給し、充填床内で流体を一方向に移動さ
せて各成分を相互に分離すると共に、充填床から各成分
についてその成分の富化された流体を抜出すクロマト分
離法において、少なくとも次の（１）〜（３）の工程か
ら成るサイクルを反復することにより、原料流体中の各
成分を分離することができる。

【０００７】（１）充填床内の流体の循環を停止した状
態で、予じめ定められた単位床（Ａ）に原料流体を供給
し、充填床内の流体を該単位床（Ａ）から吸着力が中程
度の成分に富む流体が存在している他の単位床（Ｂ）に
向けて移動させ、少なくとも当該他の単位床（Ｂ）から
吸着力が中程度の成分に富む流体を抜出す原料供給工程（２）充填床への流体の供給及び充填床からの流体の抜
出しを行なわずに、充填床内の流体を循環的に移動させ
る循環工程

【０００８】（３）（イ）充填床内の流体の循環を停止
した状態で、或る単位床（Ｃ）に脱着流体を供給し、充
填床内の流体を該単位床から吸着力の弱い成分に富む流
体が存在している他の単位床（Ｄ）に向けて移動させ、
当該他の単位床（Ｄ）から吸着力の弱い成分に富む流体
を、単位床（Ｃ）と（Ｄ）との間の吸着力の強い成分に
富む流体が存在している単位床から吸着力の強い成分に
富む流体をそれぞれ抜出す段階（ロ）充填床への流体の供給及び充填床からの流体の抜
出しを行なわずに、充填床内の流体を循環的に移動させ
る段階の両段階から成る脱着工程を反復して、充填床内
の各成分の濃度分布を原料供給工程の開始時の状態にま
で復帰させる復帰工程。但し、脱着工程を反復するに際
しては、脱着流体を供給する単位床並びに吸着力の強い
成分に富む流体を抜出す単位床及び吸着力の弱い成分に
富む流体を抜出す単位床は、相互の相対的位置関係を維
持したままで、毎回下流方向に移動させるものとする。

【０００９】本発明を更に詳しく説明するに、本発明で
は擬似移動床方式の場合と同様の充填床が用いられる。
すなわち充填床は複数の単位床、通常は４〜２４個の単
位床を環を形成するように直列に接続した構造を有して
いる。擬似移動床方式の場合と同じく、一般に単位床の
数が多い方が優れた分離成績が得られるが、装置は高価
となる。本発明の特徴の一つは、４個の単位床からなる
充填床を用いる場合でも優れた分離成績が得られること
である。然し、擬似移動床方式の場合と異なり、本発明
で用いる充填床は、流体の抜出し位置まで流下してきた
流体を全量抜出すことも可能なように構成されている。
すなわち本発明で用いる充填床の典型的な例では、各単
位床間を連絡する流体通路に弁が設けられており、この
弁を開放又は閉鎖することにより、流体を或る単位床か
ら次の単位床に流下させ又は流下させないようにするこ
とができる。

【００１０】本発明では、次の２つの過程を交互に行な
うことにより、原料流体中の各成分の分離が行なわれ
る。その一つは、充填床への流体の導入及び充填床から
の流体の抜出しを行なわずに、充填床内の流体を循環的
に移動させる移動過程である。「循環的に移動」とは、
充填床内の全流体は同一方向に移動するが、その移動距
離は充填床を一周するに足らないことを意味する。この
過程において、原料流体中の各成分は、充填床内の分離
剤との吸着力の大小により相互に分離され、充填床内の
各成分毎に所定の形状の濃度分布が形成される。

【００１１】他の一つは、充填床内の流体を循環的に移
動させることなく、充填床に原料流体及び／又は脱着流
体を供給し、同時に下流からいずれかの成分に富む流体
を抜出す供給−抜出し過程である。この過程でも流体の
供給位置から抜出し位置まで充填床内を流体が移動する
ので、この移動に伴い分離剤との相互作用により各成分
の分離が起る。然し、この過程の主たる目的は、前の移
動過程で形成された各成分の濃度分布のうちの所定の部
分を製品として充填床から抜出すことにある。この過程
では、原則として、原料流体と脱着流体は時を異にして
充填床に供給される。そして原則として、原料流体の供
給時には吸着力が中程度の成分に富む流体が抜出され、
脱着流体の供給時には吸着力が弱い成分に富む流体及び
吸着力が強い成分に富む流体が抜出される。

【００１２】然し本発明は種々の変形が可能である。例
えば原料流体に加えて脱着流体を同時に、但し位置を異
にして充填床に供給することができる。また原料流体の
供給が終了したのち、引続き脱着流体を異なる位置から
充填床に供給して、吸着力が中程度の成分に富む流体を
抜出すこともできる。この脱着流体の追加供給は、原料
流体の供給前に行なうこともできる。このような変形に
より、原料流体の供給量が吸着力が中程度の成分に富む
流体の所望抜出し量よりも少ない場合にも、所望量の抜
出しを行なうことができる。

【００１３】また他の変形として、原料流体の供給時に
吸着力が中程度の成分に富む流体に加えて、吸着力が強
い成分及び又は弱い成分に富む流体を抜出すこともでき
る。このような変形は、通常、前述の原料流体に加えて
脱着流体を充填床に供給する方式の際に行なわれる。ま
た更に他の変形として、原料流体の供給が終了したの
ち、引続き脱着流体を充填床に供給して吸着力が中程度
の成分に富む流体を抜出す際に、同時に吸着力が強い成
分に富む流体を抜出すこともできる。

【００１４】本発明では移動過程において、各成分の濃
度分布曲線における濃度と純度の高い部分が、次の供給
−抜出し過程におけるそれぞれの成分に富む流体の抜出
し位置の直前に位置するように、充填床内の流体の循環
的移動を行なうことが重要である。すなわち供給−抜出
し過程において充填床から抜出される流体の濃度と純度
は、その前の移動過程で充填床内に形成される各成分の
濃度分布曲線の形状と充填床内における位置とにより決
定される。

【００１５】充填床内では原料流体の各成分のうち、吸
着力の弱い成分は最も早く移動し、逆に吸着力の強い成
分は最も遅く移動する。本発明では充填床内の流体の循
環的移動に際し、吸着力の弱い成分の濃度分布曲線の前
端が、吸着力の強い成分の濃度分布曲線の後端に追い付
き、両成分の濃度分布曲線が実質的に重なり合うことが
ないように流体の移動を制御する。従って吸着力の弱い
成分の濃度分布曲線の前端と、吸着力の強い成分の濃度
分布曲線の後端との間は、各成分の濃度がいずれも低い
帯域が存在する。本発明ではこの帯域に脱着流体を供給
する。原料流体は充填床中で吸着力が中程度の成分に富
む帯域、通常はこの成分の濃度分布曲線の前半部分に供
給する。

【００１６】本発明における上述の移動過程と供給−抜
出し過程との組合せは、典型的には下記の如くである。
第１工程として、充填床内の流体の循環を停止した状態
で、充填床内の濃度分布により定められる特定の単位床
（Ａ）に原料流体を供給する原料供給工程を行なう。単
位床（Ａ）内の流体は下流にある吸着力が中程度の成分
に富む流体が存在している単位床（Ｂ）（単位床（Ｂ）
は通常は流れの方向に沿って単位床（Ａ）から最も遠く
にある単位床、すなわち単位床（Ａ）の直前の単位床で
ある）に向けて流れる。そして単位床（Ｂ）からは吸着
力が中程度の成分に富む流体が抜出される。単位床
（Ｂ）と単位床（Ａ）との間の流体の移動は遮断されて
おり、単位床（Ａ）に供給される流体量と単位床（Ｂ）
から抜出される流体量とは同じである。若し単位床
（Ｂ）からの吸着力が中程度の成分に富む流体の抜出し
量が所望量に達しないときは、単位床（Ａ）の下流で且
つ単位床（Ｂ）の抜出し位置の上流から脱着流体を供給
して、吸着力が中程度の成分に富む流体の抜出量を増加
させることができる。この場合、脱着流体の供給は、前
述したように原料流体の供給を同時に行なってもよく、
また原料流体の供給の前又は後に行なってもよい。

【００１７】さらにこの原料供給工程では、吸着力が中
程度の成分に富む流体に加えて、吸着力が強い成分に富
む流体及び弱い成分に富む流体の一方または双方を抜出
すこともできる。双方を共に抜出す場合には単位床
（Ａ）に近い方から吸着力の弱い成分に富む流体が、そ
の下流の単位床（Ｂ）に近い方から吸着力の強い成分に
富む流体が抜出される。なお、原料流体の供給終了後に
引続き脱着流体を供給して吸着力が中程度の成分に富む
流体を抜出す付加抜出し工程では、前述した脱着流体の
供給帯域から明らかな如く吸着力の弱い成分を抜出すこ
とはできない。

【００１８】第１工程が終了したら、第２工程として充
填床への流体の供給及び充填床からの流体の抜出しを行
なわずに、充填床内の流体を循環的に移動させる循環工
程を行なう。第２工程が終了したら、第３工程として次
の（イ）、（ロ）の両段階から成る脱着工程を反復して
充填床内の各成分の濃度分布を原料供給工程の開始時の
状態まで復帰させる復帰工程を行なう。

【００１９】（イ）充填床内の流体の循環を停止した状
態で、充填床内の濃度分布により決定される特定の単位
床（Ｃ）に脱着流体を供給する。単位床（Ｃ）内の流体
は下流にある吸着力の弱い成分に富む流体が存在してい
る単位床（Ｄ）に向けて流れる。そして単位床（Ｄ）か
ら吸着力の弱い成分に富む流体を、単位床（Ｃ）と
（Ｄ）との間の吸着力の強い成分に富む流体が存在して
いる単位床から吸着力の強い成分に富む流体をそれぞれ
抜出す。

【００２０】この段階では単位床（Ｄ）と単位床（Ｃ）
との間の流体の移動は遮断されている。また、吸着力の
弱い成分に富む流体と吸着力の強い成分に富む流体と
は、充填床から同時に抜出してもよく、また順次抜出し
てもよい。順次抜出す際はいずれを先に抜出すこともで
きる。（ロ）充填床への流体の供給及び充填床からの流体の抜
出しを行なわずに、充填床内の流体を循環的に移動させ
る。

【００２１】なお、脱着工程を反復するに際しては、脱
着流体を供給する単位床並びに吸着力の強い成分に富む
流体を抜出す単位床及び弱い成分に富む流体を抜出す単
位床は、相互の相対的位置関係を維持したままで、毎回
下流のそれに切替えるものとする。これにより脱着流体
の供給位置及び充填床から抜出される流体の抜出し位置
を、充填床内の濃度分布に適合させることができる。

【００２２】

【実施例】以下に実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。本実施例で用いた充填床は、図−１に示す如
く４個の単位床（内径２．７３ｃｍ、高さ５５ｃｍ）か
ら成っていて、分離剤としてナトリウム型の強酸性陽イ
オン交換樹脂〔ダイヤイオン（登録商標）ＵＢＫ５３
０〕が１２８８ｍｌ充填されている。各単位床は７５℃
に保温されている。

【００２３】この充填床に第２表に記載の組成を有する
原料流体（ビート・モラセス）と脱着流体（脱塩水）と
を供給し、充填床からシュクロース、ラフィノース及び
塩類などの非糖分に富む流体をそれぞれ抜出した。分離
剤に対する吸着力の強さはシュクロース＞ラフィノース
＞塩類などの非糖分の順である。また、第２表で「その
他成分」と表示してある成分は、分離剤に対しシュクロ
ースよりも強い吸着力を有している。なお、ビート・モ
ラセス中には多量のカリウムが存在するので、上記の操
作中にイオン交換樹脂の対イオンの一部はカリウムに置
換される。各工程の操作条件（供給流体、抜出し流体、
開いている弁、運転時間、流量）を第１表に示す。また
平衡状態において充填床から抜出した流体の組成を第２
表に示す。なお、原料及び抜出し液の分析は液体クロマ
トグラフィーにより行なった。

【００２４】若し、第１表の操作条件において原料の供
給量を減少させ、水の供給量を増加させるように操作条
件を調整すると、抜出し液のブリックスは低下するが分
離成績は更に向上する。

【００２５】

【表１】注）ａ：蔗糖に富む抜出し液ｂ：ラフィノースに富む抜出し液ｃ：塩類などの非糖分に富む抜出し液

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、３種類以上の成分を含
む混合物から、それぞれ成分の富化された流体を容易に
取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる充填床の１例の説明図である。

【符号の説明】

１Ｆ原料供給路遮断弁１Ｗ〜４Ｗ脱着水供給路遮断弁１Ａ〜４Ａシュクロースに富む流体の抜出路遮断弁１Ｃ〜４Ｃ塩類など非糖類に富む流体の抜出路遮断
弁４Ｂラフィノースに富む流体の抜出路遮断弁１Ｒ〜４Ｒ単位床間の液通路遮断弁Ｐポンプ１Ｕ〜４Ｕ単位床

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に分離剤が充填されている多数の単
位床を環を形成するように直列に接続して成り、内部を
流体が一方向に循環し得るように構成されている充填床
に、分離剤に対して吸着力の異なる少なくとも３種類の
成分を含む原料流体と脱着流体とを供給し、充填床内で
流体を一方向に移動させて各成分を相互に分離すると共
に、充填床から各成分についてその成分の富化された流
体を抜出すクロマト分離法において、少なくとも次の
（１）〜（３）の工程から成るサイクルを反復すること
を特徴とする方法。（１）充填床内の流体の循環を停止した状態で、予じめ
定められた単位床（Ａ）に原料流体を供給し、充填床内
の流体を該単位床（Ａ）から吸着力が中程度の成分に富
む流体が存在している他の単位床（Ｂ）に向けて移動さ
せ、少なくとも当該他の単位床（Ｂ）から吸着力が中程
度の成分に富む流体を抜出す原料供給工程（２）充填床への流体の供給及び充填床からの流体の抜
出しを行なわずに、充填床内の流体を循環的に移動させ
る循環工程（３）（イ）充填床内の流体の循環を停止した状態で、
或る単位床（Ｃ）に脱着流体を供給し、充填床内の流体
を該単位床から吸着力の弱い成分に富む流体が存在して
いる他の単位床（Ｄ）に向けて移動させ、当該他の単位
床（Ｄ）から吸着力の弱い成分に富む流体を、単位床
（Ｃ）と（Ｄ）との間の吸着力の強い成分に富む流体が
存在している単位床から吸着力の強い成分に富む流体を
それぞれ抜出す段階（ロ）充填床への流体の供給及び充填床からの流体の抜
出しを行なわずに、充填床内の流体を循環的に移動させ
る段階の両段階から成る脱着工程を反復して、充填床内
の各成分の濃度分布を原料供給工程の開始時の状態にま
で復帰させる復帰工程。但し、脱着工程を反復するに際
しては、脱着流体を供給する単位床並びに吸着力の強い
成分に富む流体を抜出す単位床及び吸着力の弱い成分に
富む流体を抜出す単位床は、相互の相対的位置関係を維
持したままで、毎回下流方向に移動させるものとする。
【請求項２】原料供給工程と循環工程の間に、充填床
内の流体の循環を停止した状態で、原料を供給した単位
床よりも下流の単位床に脱着流体を供給し、充填床内の
流体を該単位床から原料供給工程で吸着力が中程度の成
分に富む流体を抜出した単位床に向けて移動させ、当該
単位床から吸着力が中程度の成分に富む流体を抜出す付
加抜出し工程を行なうことを特徴とする請求項１記載の
方法。
【請求項３】脱着工程において、吸着力の弱い成分に
富む流体と吸着力の強い成分に富む流体とを同時に抜出
すことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】脱着工程において、吸着力の弱い成分に
富む流体と吸着力の強い成分に富む流体との一方を先に
抜出し、次いで他方を抜出すことを特徴とする請求項１
又は２記載の方法。
【請求項５】原料供給工程において、原料を供給する
単位床と吸着力が中程度の成分に富む流体を抜出す単位
床との中間の単位床に脱着流体を同時に供給することを
特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】原料供給工程において、原料を供給する
位置と吸着力が中程度の成分に富む流体を抜出す位置と
の中間の位置から吸着力の強い成分に富む流体及び／又
は吸着力の弱い成分に富む流体をも抜出すことを特徴と
する請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】付加抜出し工程において、脱着流体を供
給する位置と吸着力が中程度の成分に富む流体を抜出す
位置との中間の位置から吸着力の強い成分に富む流体も
抜出すことを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに
記載の方法。
【請求項８】内部に分離剤が充填されているＮｏ．１
〜Ｎｏ．４の４個の単位床を環を形成するように直列に
接続して成り、内部を流体が一方向に循環し得るように
構成されている充填床に、分離剤に対して吸着力の強い
成分（Ｘ）、中程度の成分（Ｙ）及び弱い成分（Ｚ）の
３成分を含む原料流体と脱着流体とを供給し、充填床内
で流体を一方向に移動させて各成分を相互に分離すると
共に、充填床から成分（Ｘ）の富化された流体、成分
（Ｙ）の富化された流体及び成分（Ｚ）の富化された流
体を抜出すクロマト分離方法であって、少なくとも次の
（１）〜（３）の工程から成るサイクルを反復すること
を特徴とする方法。（１）Ｎｏ．４単位床とＮｏ．１単位床との間の流体の
移動を停止した状態で、Ｎｏ．１単位床に原料流体を供
給し、同時にＮｏ．４単位床から成分（Ｙ）に富む流体
を抜出す原料供給工程。（２）充填床への流体の供給及び充填床からの流体の抜
出しを行なわずに、充填床内の流体を循環的に移動させ
る循環工程。（３）次の（イ）〜（ヘ）の各段階からなる復帰工程（イ）Ｎｏ．３単位床とＮｏ．４単位床との間の流体の
移動を停止した状態で、Ｎｏ．４単位床に脱着流体を供
給し、Ｎｏ．４単位床から成分（Ｘ）に富む流体、Ｎ
ｏ．２単位床から成分（Ｚ）に富む流体を抜出す段階（ロ）充填床への流体の供給及び充填床からの流体の抜
出しを行なわずに、充填床内の流体を循環的に移動させ
る段階（ハ）Ｎｏ．４単位床とＮｏ．１単位床との間の流体の
移動を停止した状態で、Ｎｏ．１単位床に脱着流体を供
給し、Ｎｏ．１単位床から成分（Ｘ）に富む流体、Ｎ
ｏ．３単位床から成分（Ｚ）に富む流体を抜出す段階（ニ）充填床への流体の供給及び充填床からの流体の抜
出しを行なわずに、充填床内の流体を循環的に移動させ
る段階（ホ）Ｎｏ．１単位床とＮｏ．２単位床との間の流体の
移動を停止した状態で、Ｎｏ．２単位床に脱着流体を供
給し、Ｎｏ．２単位床から成分（Ｘ）に富む流体、Ｎ
ｏ．４単位床から成分（Ｚ）に富む流体を抜出す段階（ヘ）充填床への流体の供給及び充填床からの流体の抜
出しを行なわずに、充填床内の流体を循環的に移動させ
る段階
【請求項９】原料供給工程と循環工程との間に、Ｎ
ｏ．２単位床とＮｏ．３単位床との間の流体の移動を停
止した状態で、Ｎｏ．３単位床に脱着流体を供給し、同
時にＮｏ．４単位床から成分（Ｙ）に富む流体を抜出す
付加抜出し工程を行なうことを特徴とする請求項８記載
の方法。
【請求項１０】復帰工程の（イ）、（ハ）、（ホ）の
各段階において、成分（Ｘ）に富む流体と成分（Ｚ）に
富む流体とを同時に抜出すことを特徴とする請求項８又
は９記載の方法。
【請求項１１】復帰工程の（イ）、（ハ）、（ホ）の
各段階において、成分（Ｘ）に富む流体と成分（Ｚ）に
富む流体とのうち一方を先に抜出し、次いで他方を抜出
すことを特徴とする請求項８又は９記載の方法。
【請求項１２】原料供給工程において、Ｎｏ．３単位
床に脱着流体を同時に供給することを特徴とする請求項
８ないし１１のいずれかに記載の方法。