JP3346770B2

JP3346770B2 - 連続クロマトグラフィー

Info

Publication number: JP3346770B2
Application number: JP50781494A
Authority: JP
Inventors: ロイター，カール
Original assignee: ロイター・ヒエーミシエル・アパラーテバウ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 2002-11-18
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: WO1994006532A1; EP0660744B1; EP0660744A1; DE4231327A1; US5578111A; JPH08501626A; AU5109093A; ATE139459T1; DE59303038D1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は連続クロマトグラフィー（CC）方法および装
置に関する。

クロマトグラフィーという用語は、分離しようとして
いる物質を物理的かつ化学的な差ならびに原理に基づい
て相分布によって互いに分離し、適当な検知手段によっ
て検出し、溶離によって単離することができる分離法を
意味している。クロマトグラフィーで用いられる相の１
つは不動（固定）であり、通常、大きな表面積を有し、
他の相は可動であり、固定相上あるいはそれを貫いて移
動する。固定相は固体（吸収性物質）あるいは液体であ
ってもよく、後者の場合、相の不動化およびその大きな
表面積は多孔性の小粒子キャリヤ物質上に液体を薄膜状
に塗布することによって達成される。移動相は、一般
に、固定相あるいは気体との混和性がない液体である。
これらの差異に基づいて、液体・固体クロマトグラフィ
ー、気体・固体クロマトグラフィー、気体・液体クロマ
トグラフィーの区別が通常なされる。作動分離原理に基
づく他の区別は、吸着分布クロマトグラフィーのそれで
ある。ここでは、物質の混合物の分離は固定相上の個々
の物質の滞留時間の差異に基づいており、分離の程度は
いくつかのファクタ、特に、固定相上での成分物質の滞
留の差に依存する。クロマトグラフィーカラムの分離効
率は、大部分、固定相の粒径（たとえば、表面積の程
度、種々の経路長さによるバンド幅拡大）によっても決
まり、それ故、いわゆる高効率（または高圧）液体クロ
マトグラフィー（HPLC）は、ゲルクロマトグラフィー
（35〜75μｍ）あるいはカラムクロマトグラフィー（12
0〜200μｍ）よりもかなり細かい粒状物質（５〜30μ
ｍ）を使用する。しかしながら、小さい粒径では、高圧
（400バールまで）を使用しなければならない。

クロマトグラフィー自体の性能は、出発帯域（カラム
上の薄層など）で局限された「ドット」領域に物質の混
合物を与え、それを移動相（GCでは気体、HPLCでは溶
媒）によって前方へ移送することを伴う。所与の物質の
吸着／脱着平衡状態に依存して、それは固定相を通って
あるいはその上を異なった速度で移動し、可能性のある
最高速度は移動相のそれである。

しかしながら、従来知られているクロマトグラフ法は
或る種の欠点を有する。たとえば、このようなクロマト
グラフィー装置の連続動作は不可能であり、分離過程中
に電子的に制御される自動最適化がほとんど意味がな
く、不可能ですらある。種々の物質の滞留時間が類似し
ている場合、達成される分離は不完全であることが多
い。予備分離中の吸収相の装填状態（容量利用度）（ま
だ分離されていない物質混合物の移動面積に相当する）
は、通常、固定相、たとえばカラムの局部的な過剰充填
を表す。全分離効率は、分離しようとしている物質がカ
ラムの主要体積にわたって既に分布されている、すなわ
ち、既に有意な程度まで分離されているときに終わりに
向かってのみ達成され、吸収相のより大きな部分（移動
帯域の外側）は瞬間分離過程には参加すらしない。

分布（平衡）は、常に、吸着媒質（固定相）と溶離液
（移動相）との間にのみ生じ、ほぼ無制限に選ばれ得る
２種の吸着媒質間、たとえば物理的、化学的およびキラ
ル的特性に基づいて適当に選定された、特に、或る種の
物質の効果的な分離のために選ばれた吸着性媒質（たと
えば異なった極性、酸度／塩基度あるいは互いに反対の
（そして、調節可能な）電荷を持つ２種のエナンチオマ
ー吸着媒質）間には生じない。

さらに、固定相および移動相の温度は、必要上、ほぼ
同じであり、２種の相の異なった温度は調整し、維持す
ることはできない。

本発明の目的は、公知のクロマトグラフ法に伴う欠点
を解消し、連続動作に適し、電子的に制御される自動最
適化を可能とし、種々の分離相の無制限の選択ならびに
特に所与の物質のために選んだそれらの物理的、化学
的、キラル的な条件に基づいて物質の分離を迅速にかつ
潜在的に連続的、効果的に行うことができ、同時に、準
備規模あるいは産業規模で作業し得るクロマトグラフ法
を提供することにある。

本出願人のPCT出願WO 92/16275が２種の吸着媒質に混
合物の成分を吸着させることによって物質の混合物の分
離を行う方法を記載している。これらの吸着特性は、電
荷、極性、キラリティー、温度、ボイドスペースサイ
ズ、粘性などを適当に選ぶことによって物質の特定の混
合物に対して個々に独立して調節可能である。混合物の
個々の成分はそれらの物理化学的特性あるいは立体化学
的（キラル的）特性に応じて異なった強さで結合され
る。このPCT出願に開示されている方法は、分離しよう
としている物質の混合物を２種の吸着剤の表面間の分離
室に導入し、これらの吸着剤の対向面間のスペースに或
る媒質が存在し、この媒質中に混合物の成分が溶解およ
び／または分散および／または気化し、表面およびギャ
ップ媒質によって形成された３つの相のうちの少なくと
も２つの相が互いに反対の方向へ互いにほぼ一定の距離
移動し、分離帯域を通過した後に吸着剤上に保持される
混合物の分離した成分を脱着あるいは溶離によって回収
することを特徴としている。

この方法によれば、或る種の特性の無制限の選択、た
とえば個々の相のタイプ、速度および温度の無制限の選
択が可能であり、また、分離しようとしている混合物に
対して選択的にこれらの特性を調節することが可能であ
る。

現在、本発明による方法および装置を適用したとき、
すなわち、分離しようとしている物質の混合物のための
分離室を少なくとも２つまたはいくつかの中空円筒状デ
ィスクZ_A、Z_Bによって形成した形態のものとし、そこに
構造要素を充填し、同心に重ね合わせ、これら円筒状の
ディスクZ_A、Z_Bを互いに反対向きに共通軸線まわりに回
転できるように交互に配置したときに、WO 92/16275の
方法および装置で得た結果が、記載された目的に関し
て、特に、分離の最適化、簡単な作動モード、方法の産
業的規模および広範囲に渡る利用性に関して有意に改良
され得ることがわかっている。

図面において、以下のものが表されている。

第１図：装置の概略横断面図である。

第２図：本発明による装置の概略斜視図である。

第３〜７図：円筒状ディスクZ_A、Z_B内に存在する構造
要素の形態の変形例である。

第８図：充填、放出、循環の諸システムを組み合わせ
た本発明による装置の概略図である。

第９図：本発明によるゴム製ラメラポンプの概略斜視
図である。

第10図：本発明による二重ディスクギャップ摩擦ポン
プの概略斜視図である。

第11図：本発明に用いられる供給システムの概略斜視
図である。

第12図：固定容器、「３ディスク向流シミュレーショ
ン弁」および熱交換器システムを備えた本発明による分
離ユニットの概略斜視図である。

第13図：本発明による「３ディスク向流シミュレーシ
ョン弁」の概略斜視図である。

第14図：「３ディスク向流シミュレーション弁」の孔
を示す概略横断面図である。

第15図：本発明による固定容器の概略斜視図である。

本発明による方法は、吸着性について個別に独立して
調節可能な２種の吸着剤に混合物の成分を吸着させるこ
とによって物質の混合物の分離を行うために、分離しよ
うとしている物質の混合物を吸着剤（１、２）の表面間
の分離室（３）内へ導入し、分離室（３）をギャップ媒
質で占有させ、吸着剤を含んでいる相が互いに反対方向
に移動している間に混合物の成分を溶解および／または
分散および／または気化させることができ、吸着剤に保
持された混合物の分離した成分を分離帯域通過後に回収
するように実施される。この方法は、分離室（３）が少
なくとも２つまたはいくつかの中空の同心に重ねた円筒
状のディスク（134、135）Z_A、Z_Bによって形成され、こ
れら円筒状のディスクが構造要素を充填してあり、ま
た、吸着剤（１、２）からなるまたはこれらを含む分離
媒質Ph_A、Ph_Bを含んでおり、円筒状ディスクZ_A、Z_Bが交
互に配置してあり、互いに反対の方向へ共通軸線まわり
に移動し、ギャップ媒質の交換、それ故、吸着剤（１、
２）の表面間での分離しようとしている物質の平衡が生
じることを特徴とする。一方向に移動している円筒状デ
ィスクZ_Aの回転速度は、通常、反対方向に回転している
円筒状ディスクZ_Bの回転方向と同じである。

適当な吸着剤（１、２）としては、PCT出願WO 92/162
75に記載されているものがあり、これら吸着剤の吸着性
は電荷、極性、キラリティー、温度、ボイドスペースサ
イズ、粘性などを適当に選ぶことによって物質の特定の
混合物に対して個別に独立して調節することができ、個
々の混合物成分はそれらの異なった物理化学的あるいは
キラル的な特性に応じて異なった強さで結合される。

円筒状ディスクZ_A、Z_Bは、外径が５〜5000、特に50〜
2000mmであることが優先的であり、高さ（厚さ）が0.1
〜2000mm、特に１〜500mmであることが優先的である。

分離媒質Ph_A上の物質の混合物を分離媒質Ph_B上の物質
の混合物と急速に交換し、それによって２つの分離媒質
間に有効な平衡を生じさせる１つの可能性は、いくつか
の円筒状ディスクをPh_Aでかしめ、対応する数の円筒状
ディスクをPh_Bでかしめ、各円筒状ディスクが比較的薄
くなっており、交互にかつ一軸線について同心に配置さ
れているときに与えられる。厚さが非常に薄い場合、拡
散によって十分に速い交換が行われる。円筒状ディスク
がより厚いときには、この構成はギャップ媒質の再循
環、したがって、２つの相Ph_A、Ph_B間の平衡に必要な時
間を有意に短縮できる。重ねてかしめた円筒状ディスク
Z_A、Z_Bの数は２〜10000、特に２〜200であることが優先
的である。

円筒状ディスクZ_Aのすべてが同じ方向に通常は同じ速
度で回転し、円筒状ディスクZ_Bのすべては同じではある
が反対の方向に通常は同じ速度で回転する。Z_A、Z_Bの回
転速度は互いに異なっていてもよいが、同じであると好
ましい。好ましい回転速度は1rpd（一日あたりの回転
数）〜10rpdである。

本発明による方法（３相向流クロマトグラフィー）の
効率は、ギャップ媒質、したがって、分離媒質（分離
相）Ph_A、Ph_B間の物質の混合物の効率的な交換に有意に
依存する。しかしながら、この場合、平衡させようとし
ている物質の混合物が相Ph_A、Ph_Bの間を移動している間
にこの混合物が純粋な成分（ATO_A、ATO_B）の吐出位置に
向かう方向へほとんど移送されないことが重要である。

本発明によれば、円筒状ディスクZ_A、Z_Bに構造要素を
満たすと有利である。この場合、以下の２つの形態がこ
のような構造要素にとって特に適している。

（Ａ）軸線に対して平行な配置で構造要素を円筒状デ
ィスクに満たすこと。

（Ｂ）円筒状ディスクZ_A、Z_Bをほぼ一致するセグメン
トに同心で等距離の配置で区画すること。たとえば、パ
イセクタあるいは円形セグメントの形に区画すること。
この場合、円形のセグメントが好ましい。

円筒状ディスクの充填のための軸線平行配置を持つ構
造要素の例としては、特に、繊維や細い棒（好ましくは
直径0.05μｍ〜5mm、特に0.1μｍ〜1mmのもの）、毛
管、細管、多孔板またはウィーブ（たとえば、ガラス繊
維クロスやガラス濾布）がある。ここで、毛管、細管お
よび細孔の内径は、0.1μｍ〜10mmであると好ましく、
特に、１μｍ〜5mmである。また、軸線を含む平面群に
対してほぼ同一平面配置のラメラがある。隣り合ったラ
メラの距離は好ましくは0.1μｍ〜10mmであり、特に0.5
μｍ〜5mmである。ラメラの好ましい数は５〜1,000,000
であり、特に、24〜12,000である。

軸線平行構造要素（（Ａ）に記載したようなもの）、
たとえば繊維や毛管の直径あるいは隣り合ったラメラの
距離は、好ましくは、円筒状ディスクZ_A、Z_B間のギャッ
プ媒質の頻繁な交換中における横偏流の可能性を最小限
に抑えるように選ばれる。この横偏流は、たとえば、軸
線平行構造要素、たとえば、毛管あるいはラメラの直径
が上を摺動する隣接の円筒状ディスクにおけるパッキン
グギャップを不完全にしかカバーしないときに、特に高
くなる可能性がある。多孔板を作成する可能性の１つ
は、たとえば、軸線平行構造要素の横接着（ギャップの
充填）にある。たとえば、これは接着樹脂をコーティン
グすることによって行われる。そして、横接着を行う材
料はそれ自体吸着剤（１、２）として作用してもよい。
原則として、軸線平行構造要素、たとえば、繊維、細
棒、毛管、細管、ラメラは吸着剤でコートするが、適当
に選んだ場合にはこれらの吸着剤で構成してもよい。

本発明によれば、前述の（Ｂ）に記載したセグメント
形成の構造要素が特に好ましい。

１円筒状ディスクあたりのセグメントの数は、好まし
くは２〜500であり、特に４〜128である。

セグメントは、前述の（Ａ）で述べた構造要素、たと
えば、繊維、毛管、ラメラで満たしてもよいし（ここで
も、軸線平行配置が有利である）、あるいは、吸着剤か
らなるかまたは表面に吸着剤を担持している微粒子状分
離材料および／またはキャリヤ材料で満たしてもよい。

（Ａ）および（Ｂ）で述べた構造要素および／または
それらのフィラーのための適当なキャリヤ材料あるいは
分離材料（吸着剤）は、ほぼすべて、カラムクロマトグ
ラフィーでは普通のキャリヤ材料、分離材料であり、特
に、PCT出願WO 92/16275に記載されているキャリヤ材
料、分離材料である。表面に吸着剤を担持している微粒
子状あるいは繊維状のキャリヤ材料が特に適している。

本発明に従って使用されるキャリヤ材料および分離材
料は普通のカラムクロマトグラフィーで用いられる材料
よりもいくぶん大きい粒径を有する。これにより、液体
の通過が容易になり、したがって、平衡時間が短くな
る。

本発明によれば、シリカゲル、砂、けい藻土、焼成ク
レー、ポリマー粒子、ポリマー繊維（たとえばコット
ン、ウール、ナイロン繊維、グラスウール）、毛管（た
とえばガラスあるいは有機ポリマーの毛管）、ガラスビ
ーズが使われることが多い。シリカゲルの直径は５〜10
00μｍ、特に10〜500μｍであると有利であり、用いら
れる砂の直径は20〜5000μｍ、特に50〜2000μｍであ
り、ガラスビーズの直径は10〜2000μｍ、特に20〜500
μｍである。

円筒状ディスクの回転は連続的にも非連続的にも行い
得る。２つの回転モード間の選択は、主として、構造要
素の形態、配置に依存する。ディスクが同軸平衡配置で
構造要素で満たされているときには、回転は一定速度、
すなわち、連続的に行われると有利であり、一方、セグ
メントを用いる場合（先の項目（Ｂ）の１つにおけるよ
うに）、非連続回転が必要である。この場合、円筒状デ
ィスクZ_A、Z_Bは固定期間中（平衡相）固定した重なった
位置にあり、セグメント（セグメント壁）は互いの頂部
で正確に一致し、したがって、すべてのセグメントある
いは細孔が円筒状ディスクZ_A、Z_Bの全重なりを貫く連続
チャンネルを形成する。隣り合うチャンネルに向かうこ
れらチャンネルの十分な緊密度が、たとえば、セグメン
トの適当な巾のシールする表面（セグメント壁面）、円
筒状ディスクZ_AおよびZ_Bの間の適当に低い自由な遊び、
移送媒質における適当な低圧および／または、特別の特
徴（Ｏリングガスケット、ゴムシール、シリコーンシー
ル、Teflon^(R)−ツール、平衡相での圧縮など）によっ
て達成される。円筒状ディスクZ_A、Z_Bが非常に多くのセ
グメントを含み、セグメント壁面がその結果として薄く
なっている場合には、弾力的なリップシールまたはガス
ケットをセグメントの縁に取り付けてもよい。

分離しようとしている物質の混合物は、たとえば分離
しようとしている物質のガス状混合物の一定量を装填し
得る空気流によって適当な充填システムによって導入さ
れるのが最良である。これは、たとえば、ラシヒリング
ならびに単位時間あたり一定量の空気を底から上方へ流
しながら一定温度で分離しようとしている液体混合物の
頂部から底部への細流を満たしたカラム内で達成され得
る。

吸着剤から分離した物質の混合物の成分（溜分）の放
出は適当な放出システム、たとえば、ガス流で行うと便
利である。この場合、ガス流に分離した成分が吸着表面
から気化し、１つの（必要ならば直列のいくつかの）コ
ールドトラップに凝縮される。

WO 92/16275に記載されている方法または装置の一方
は、原則として、充填・放出システムとして利用され得
る。しかしながら、本発明によれば、充填システムおよ
び／または放出システムまたはこれらのうちの一方のシ
ステムの一部として固定円筒状ディスク191、192を使用
するとより有利である。

したがって、たとえば、円筒状充填ディスク191およ
び円筒状放出ディスク192はシリンダ・スタックにおけ
る個々の円筒状ディスクZ_A、Z_B間に据えつけることがで
きる。これらのディスクは円筒状ディスクZ_A、Z_Bとして
同じセグメンテーションを有するが、吸着剤（分離材
料）の充填はされず、分離工程での移動もない。これら
のセグメント191、192（これらを通して物質の混合物が
導入あるいはギャップ媒質と共に引き出される）、すな
わち、充填位置と放出位置との間のセグメントは円筒状
ディスクZ_Aの１つのセグメントが円筒状ディスクZ_Bの対
向したセグメントへ自由に通るのを阻止し、入口あるい
は出口アダプタを備える。こうして、各充填、放出セグ
メント134、135は個別に充填されたり、空にされたりさ
れ得る。ディスク191、192の他のすべてのセグメントは
円筒状ディスクZ_Aの１つのセグメントから円筒状ディス
クZ_Bの対向するセグメント内へ分離しようとしている材
料と共にギャップ媒質を導く。

成分、たとえば、Ａ、Ｂの混合物の分離をさらに良好
に行うために、本発明によれば、成分Ａのための放出位
置ATO_Aに対向する位置にあるセグメントへ成分Ａを送
り、成分Ｂのための放出位置ATO_Bに対向する位置にある
セグメントへ成分Ｂを送ると有利である。

たとえば、分離した混合物のＡ＋Ｂからの成分Ａは円
筒状ディスクZ_A（分離媒質Ph_Aを有する）から位置ATO_A
で放出されるが、分離媒質Ph_Bを有する円筒状ディスクZ
_Bの対向するセグメントは部分的に成分Ａを充填し得
る。同様の作業が放出位置ATO_Bへも適用できる。この作
業修正により以下の効果が達成され得る。

1.分離セクションの全長にわたる装填のレベリング：成
分Ａおよび／またはＢの最終的なフィードバックがない
場合、Ph_A、Ph_Bでの濃度は分離セクションの出発点より
も終了点ではっきりと低く、成分Ａ、Ｂのフィードバッ
ク追加がATO_A、ATO_Bで生じる。この効果は、特に、低い
占有差で強められ、これは次のように説明できる。P
h_A、Ph_Bがそれぞれ50％Ａ、50％Ｂの混合物と共に100％
で途中で装填され、分布係数“a"（単位体積Ph_Aについ
ての成分Ａの量対単位体積Ph_Bについての成分Ｂの量）
が0.52であると仮定すると、先の室（ATO_A−１）に存在
するＡの量のうちの52％が、物質が最後から２番目のス
テップにおいてほぼ100％純粋である場合にのみ最後の
分布ステップで引き出され得る。計算によれば、実際に
は、中間のETO_A−ETO_Bから放出ETO_Aまでの５つの分布ス
テップ（ｎ＝５）があり、“a"＝0.52である場合、室中
央／放出での吸着相の占有率は5.0/1であり、“a"＝0.5
5である場合、3.8/1の比が計算され、“a"＝0.60の場
合、比は2.7/1であることがわかった。EEO_Aおよび／ま
たはEEO_Bにおける成分Ａ、Ｂの最終フィードバックはこ
の濃度勾配を防ぎ、分離セクションの全長にわたって分
離相の装填量をほぼ一定に保つ。その結果、分離セクシ
ョンの全長にわたって分離相の利用を最適化できる。

2.分布係数“a"および／または“b"の改善（いわゆる
「変位効果」）。供給流の導入された成分Ａの量を、エ
ネルギー的に成分Ａが好ましく、実際に成分Ａで占有さ
れるPh_Aでのほぼすべての位置が利用できるように選ん
だ場合、成分Ａの少しの追加過剰量は、エネルギー的に
成分Ａが好ましい位置について成分Ｂに匹敵し、成分Ｂ
を分離相Ph_Aからさらに変位させる（「変位効果」）。
この効果は、たとえばシクロデキストリンなどについて
個別の吸着位置あるいは含有位置での分離相について特
に顕著である。

これら２つの効果（１）、（２）の組み合わせによ
り、著しく分離生産性が向上し、分離効率が著しく改善
される。数学計算によれば、“a"＝0.51で、中間から放
出までの分布ステップが５である（ｎ＝５）場合、純度
の増大が有意であることを示している。

好ましくは、純粋成分Ａおよび／またはＢあるいは両
方のフィードバックは放出システムで引き出された成分
Ａおよび／またはＢあるいは両方の量のうちの一部のフ
ィードバックへの再循環によって行われる。

原則として、適当な吸着剤としては、PCT出願WO 92/1
6275の方法で利用される吸着剤である。これらの吸着剤
は、たとえば極性、結合官能値の幾何学的配列、気孔
径、粘性、温度および／または電荷について互いに異な
っている。

本発明の方法の或る実施例では、吸着剤の温度が異な
っていてもよいし、および／または分離セクションの方
向に温度勾配が存在していてもよい。

円筒状ディスクZ_A、Z_Bによって形成される所与のシリ
ンダスタックの分離生産性は２つのシステムの平衡に必
要な時間に正比例する。高さが低い（特に0.1〜2mm）円
筒状ディスクの場合、拡散のみで交換を行うことが可能
である。しかしながら、本発明によれば、軸線平行方向
においてギャップ媒質（移送相）を撹拌する適当な手段
を設けることによって平衡時間を有意に短縮すると好ま
しい。

こうして、本発明によれば、循環システム136によっ
てギャップ媒質の流れを確立すると好ましい。原則とし
て、循環システムは、本発明によれば、PCT出願WO 92/1
6275の方法で利用されるものも使用できる。これは、PC
T出願WO 92/16275の基準構成（たとえば、吸着剤ならび
に充填、放出システム）に対応する他の方法および装置
の特性にも当てはまる。

以下の循環システムが本発明には好ましい。

（Ａ）オープンシステム円筒状ディスクZ_A、Z_Bの数が大きく、ギャップ相にお
ける分離可能な材料の濃度が比較的低い場合、クローズ
ド循環システムはおそらくは避けた方がよい。ギャップ
媒質の軸線方向移動は、円筒状ディスクZ_A、Z_Bによって
形成されたスタックの片側あるいは両側でギャップ媒質
の単一の均質な流れを導入するだけで達成され得る。

これは、複数の平行圧送回路の必要性をなくす。しか
しながら、この場合、最後の円筒状ディスクZ_A、Z_Bを越
えて移動するプロセス材料を保持しようとするには、端
部に付加的な円筒状ディスクZ_A、Z_Bが必要である。端部
には、濃度勾配も予想される。これは分離結果を有意に
悪化させる可能性がある。

（Ｂ）クローズドシステム本発明に従って使用するためのクローズドシステム
は：（ａ）いわゆる振動システム、たとえば、後述するゴ
ム製ラメラポンプと、（ｂ）循環システムである。

本発明にとって好ましい循環システムは回転二重ディ
スクのギャップを備える摩擦ポンプ（二重ディスクギャ
ップ摩擦ポンプ）によって提供される。これについては
後述する。

このようなポンプ構造の１つは、円筒状ディスクZ_A、
Z_Bの多くの個別のセグメントを低い圧力差で循環させな
ければならないときに優先的に使用される。あるいは、
可能性のある循環システムとしては、公知のポンプ構
造、たとえば、潜在的に共通の軸によって駆動されるピ
ストンポンプ、膜ポンプやせん動ポンプがある。

また、適当な弁調節によってシミュレーション向流運
動を行う方法を実施することも可能である。

この変形例では、適当な弁構造が分離媒質Ph_Aを収容
する容器と分離媒質Ph_Bを収容する容器との間の流れを
制御して、個々の構造要素、たとえば、２つまたはいく
つかの円筒状ディスクZ_A、Z_Bのセグメントが重ねられ、
Z_A、Z_Bの逆回転による相互平衡を行うシーケンスをシミ
ュレートさせる。

本発明による方法は、回転する円筒状ディスク134、1
35（Z_A、Z_B）における個々のセグメントの代わりに、分
離媒質Ph_A、Ph_Bを収容しており、固定している相当する
容器231、232を用い、分離媒質Ph_Aを収容する容器と分
離媒質Ph_Bを収容する容器との間で適当な弁調節を行う
ことによって逆回転運動をシミュレートすることを特徴
とする。

作動構造は、それ故、Ph_Aを入れた一連の固定容器231
とPh_Bを入れた一連の固定容器232とを備える。Ph_A、Ph_B
を入れたこれらの固定容器は、たとえば、中空のシリン
ダ262からなる。このシリンダはギャップ媒質が透過可
能であり、分離媒質Ph_AまたはPh_Bを充填してある。この
中空シリンダそれ自体はやや大きい直径のチューブ265
内に設置してある。中空シリンダと外側チューブは同じ
長さであり、チューブの両端はそれぞれカバーで閉ざさ
れている。これらの部材のうちの一方は、その途中に、
中空シリンダの内部261に通じる入口パイプを支持して
いる。他方のカバーは中空シリンダの外壁面と外側チュ
ーブの内壁面との間に出口を備えている。この構成で
は、プロセス材料（分離しようとしている供給流）を含
有するギャップ媒質はPh_AあるいはPh_Bを収容する中空シ
リンダの内部に導入され、それを通って半径方向に流
れ、外側チューブと中空シリンダの間のギャップ263を
通って分路される。

こうして、ギャップ媒質はほぼ均一な厚みを持つPh_A
の比較的薄い層を貫いて流れ、次いで、Ph_Aを入れた中
空シリンダと直前に平衡した中空シリンダ内に収容され
た相補相Ph_Bと再び接触することになる。同時に、この
構成では、中空シリンダの直径、高さを拡大することに
よって分離媒質Ph_Aおよび／またはPh_Bあるいはこれら両
方の量をほぼ良好に増大させることができる。

固定容器は、正しいシーケンスで、好ましくは本発明
による「弁マトリックス」または「３ディスク向流シミ
ュレーション弁」によって互いに平衡される。

「弁マトリックス」は、たとえば、二重マトリックス
（個々の循環ループに通じる供給管路のために１つ、個
々の循環ループからの戻り管路のための並列の１つ）を
示しており、それぞれが「ｎ×ｎ」個の３方向弁を有
し、Ph_Aの「ｎ」個の個別の固定容器をPh_Bの「ｎ」個の
個別の固定容器と平衡させるようになっており、さら
に、充填、放出段階のための４×「ｎ」個の４方向弁を
有する。こうして、たとえば、Ph_Aを入れた各容器は、
その供給管路および並列の戻り管路を通して、直列に配
置された「ｎ」個の３方向弁に接続される。（Ph_Aを入
れた容器のこのように形成した弁チェーンにおける最後
の３方向弁からの出口が１つだけ必要である）。これら
の３方向弁の各々の第２出口はPh_Bを入れた容器のそれ
ぞれの供給管路あるいは戻り管路に接続される。Ph_Aお
よび／またはPh_B両方の容器に通じる各供給管路および
戻り管路には、充填、放出段階のために付加的な４方向
弁が設けられる。

必要な弁の総数（上記の場合、２×「ｎ」×「ｎ」＋
４×「ｎ」）は、適当な制御論理回路によってかなり減
らすことができる。減らした弁の総数は、３方向弁（す
なわち、１つの入口、２つの出口を備えた弁）の代わり
に、３つそれ以上の出口を備えた弁を使用することによ
ってさらに劇的に減らすことができる。

「３ディスク向流シミュレーション弁」この弁は、同じ数の対の隣り合った孔（「二重孔」）
を有する３つの同心に重なったリング状のディスク24
1、242からなり、これらの孔は３つすべてのディスクに
一致する同心の等距離位置に配置してある。こうして形
成された３ディスクシリンダのうち２つの外側のディス
ク241の二重孔243は、それぞれ、外側で供給・戻り管路
をとおして固定容器と接続され、分離媒質Ph_Aを入れた
すべての容器は１つの外側ディスクに接続され、分離媒
質Ph_Bを入れたすべての容器は弁の他方の外側ディスク
に接続される。

２つの外側ディスクの二重孔は、それらの外側で、適
当な管路（たとえば、弾性孔）に取り付けられ、これら
のディスクを３ディスクシリンダの軸線まわりに左右方
向にそれぞれ180度だけ回転させることができるように
なっている。平衡段階毎に、両方の外側ディスクは互い
に反対方向に回転させられ、たとえば、１つの孔位置
（あるいはいくつかの孔位置、適切には、一方のディス
クは他方のディスクと異なる数の孔位置を持つ）へ進め
られる。入口、出口接続部256を有する中間のディスク
は動かない。

中間ディスク254の二重孔の列は外側ディスクの二重
孔の列と接続するが、ただし固定容器の充填または放出
を行うための二重孔は除く。これらの孔において、通路
はほぼ中間で閉塞され、こうして形成されたコネクタ端
258は、それぞれ、ディスクの平面において半径方向に
位置するホース接続部256を備えている。

二重孔の列が一致して重なっている位置における３つ
のディスクのシールは、個々の孔251のまわりに設けた
Ｏリングシール255か、あるいは、任意の他の公知のシ
ール技術によって効果的に行われる。外側ディスクは、
たとえば平衡段階毎に１つの孔位置まで逆回転させら
れ、一方向あるいは反対方向へゼロから180度ディスク
を回転させることによって外側ディスクの任意の所望の
位置が確立され得る。中間ディスクは通常は動かない。

原則として、中間ディスクもまた、固定容器の供給、
戻り管路に設置した適当な弁（たとえば、４方向弁）な
らびにこれらの充填、放出弁のための適当な制御論理回
路に交換できる。こうして、この弁調整構造は、「２デ
ィスク向流シミュレーション弁」、すなわち、「３ディ
スク向流シミュレーション弁」の２つの外側ディスク
と、Ph_Aを入れた「ｎ」個の容器に通じる管路のための
２×「ｎ」個の４方向弁と、Ph_Bを入れた「ｎ」個の容
器に通じる管路のための２×「ｎ」個の４方向弁と、そ
れらに組み合わせた制御論理回路とからなる。

これらの構成により、回転セグメントについて第２、
８、11図に関連して先に説明したように、固定容器につ
いての平衡、充填、放出の同じシーケンスを正確に行う
ことができる。

固定容器およびシミュレートされた向流運動を使用す
る本発明の実施例は、大規模に分離を行ったり、円筒状
ディスクZ_A、Z_Bを少数の構造要素、たとえば、セグメン
トに区画すれば十分であるような場合に特に適してい
る。Ph_Aを入れた容器を１つの温度T_Aに維持し、Ph_Bを入
れた容器を別の温度T_B（適切ならば、T_Aと異なっていて
もよい）に維持するのに比較的小さい技術的な努力を必
要とするだけである。これは、たとえば、Ph_Aを入れた
容器とPh_Bを入れた容器との接続部に熱交換器235を組み
込むことによっても達成することができる。

シミュレートされた向流運動で本発明による方法を実
施するに際して、（Ｂ）および（ｂ）で先に説明した循
環システムの１つ、たとえばそこに説明したポンプの１
つを使用すると特に有利である。

シミュレートされた向流運動による本発明による方法
では、分離生産性を向上させ、純粋成分あるいは純粋成
分の多い混合物の最終フィードバックと共に先に説明し
た「変位効果」を利用することによって分離効率を改善
することも可能である。

本発明の主題は、本発明による方法を実施するための
装置でもある。本発明による装置は、少なくとも２つま
たはいくつかの中空の、同心に重なった円筒状ディスク
（134、135）Z_A、Z_Bを包含し、これらの円筒状ディスク
は構造要素が充填してあり、また、分離媒質Ph_A、Ph_Bを
収容しており、これら分離媒質が吸着剤（１、２）から
なるかあるいはこれらを含有しており、隣り合った円筒
状ディスクZ_A、Z_Bが交互に配置してあり、共通軸線まわ
りに互いに反対方向に回転し、また、分離しようとして
いる物質の混合物を投入するための手段（191）と混合
物の分離済みの成分の回収のための手段（192）を有す
ることを特徴とする。

本発明による装置の適当な実施例は方法を実施する際
の説明で先に既に説明した。

本発明の別の主題は、循環構造の先に説明したクロー
ズドシステムの１つで本発明に従って利用できるような
新規なゴム製ラメラポンプである。

本発明によるゴム製ラメラポンプは、薄い弾性のある
壁材料で作ったシリンダ201と内側軸線方向チューブ202
とを包含し、この内側軸線方向チューブの外壁面、弾性
シリンダ壁面203および前壁204は弾性のあるラメラによ
って連結される。

ゴム製ラメラポンプの全体は、ほぼ等しい寸法の多く
の気密、液密セグメントに区画されており、これらのセ
グメントは、それらの下面に、円筒状ディスクZ_A、Z_Bで
形成されたシリンダスタックに開いたスリットを有す
る。円筒状ディスクが第17図に示すようなセグメント化
を特徴とする場合には、ゴム製ラメラポンプのセグメン
トを合同形状を与えるのが好ましい。好ましくは、シリ
ンダスタックの両端がこのタイプのゴム製ラメラポンプ
を備える。ゴム製ラメラポンプの外側前壁を逆方向に回
転させることによって、ラメラ体積がいくぶん減り、逆
回転時に再び拡大する。ギャップ媒質の振動運動がこう
して達成され得る。

ゴム製ラメラポンプは、本発明による方法や装置に特
に適しており、物質の混合物の分離を行うに際して、１
円筒状ディスクZ_A、Z_Bあたりのギャップ媒質の体積がゴ
ム製ラメラポンプにおける個々のゴム製ラメラの体積に
比べて小さい場合に特に適している。したがって、本発
明によるゴム製ラメラポンプは、円筒状ディスクZ_A、Z_B
の高さが非常に低い場合に優先的に利用される。また、
円筒状ディスクZ_A、Z_Bを非常に多くの構造要素、特にセ
グメントに区画する場合に利用される。

また、本発明の主題は回転二重ディスクのギャップを
通る新規な摩擦ポンプ（二重ディスクギャップ摩擦ポン
プ）である。

本発明による二重ディスクギャップ摩擦ポンプは、軸
213上に装着され、両側を緊密嵌合ハウジング214によっ
て囲まれた、狭いギャップ212を有する二重ディスク211
を包含し、ギャップ212内へ軸213まで突入している剥離
装置215を有する。この剥離装置215はその前後に入口コ
ネクタ216と出口コネクタ217を備える。本発明による二
重ディスクギャップ摩擦ポンプの幅は非常に小さく、好
ましくは、３〜100mmである。この幅が狭いことによっ
て、多くの二重ディスクギャップ摩擦ポンプを同じ軸上
に配置することができ、それ故、このポンプタイプは、
すべてのセグメントまたは大体積のギャップ媒質を入れ
た固定容器の同時循環を小さい圧力差に抗して行うのに
特に適している。

本発明による二重ディスクギャップ摩擦ポンプの構成
に適した材料としては、スチール、真鍮、アルミなどの
ような金属材料がある。

以下、本発明の機能実施例を図面を参照しながら説明
するが、これらは例示であって、発明を制限するもので
はない。

第１図は１つの装置の概略横断面図である。分離室３
が吸着剤１、２の表面間に設けてある。

第２図は本発明による装置の概略斜視図である。分離
媒質Ph_A、Ph_Bを収容する重なった円筒状ディスク（13
4、135）Z_A、Z_Bが交互に配置してあり、互いに反対方向
に共通軸線まわりに回転できる。充填ディスク137と放
出ディスク138は動かない。この装置は循環システム136
を収容しており、各セグメント139がそれ自体の循環シ
ステム136を有する。

第３図は本発明による１つの実施例を示しており、こ
の実施例においては、円筒状ディスク内に存在する構造
要素は繊維あるいは細棒147の形となっている。

第４図は本発明による別の実施例を示しており、この
実施例においては、構造要素は毛管あるいは細管の形を
している。

第５図は本発明によるまた別の実施例を示しており、
この実施例では、構造要素はラメラ167によって形成さ
れている。

第６図は本発明によるさらに別の実施例を示してお
り、この実施例では、構造要素はパイセグメント177の
形を採用している。

第７図は本発明によるまたさらに別の実施例を示して
おり、この実施例では、構造要素は円筒状ディスク188
内の円形セグメント187の形を持つ。

第８図は充填システム191、放出システム192が静止円
筒状ディスクの形をしている本発明による装置の概略図
である。充填システムの一部となる円筒状ディスク191
は循環システム194によって放出システムの一部となる
円筒状ディスク192に接続されている。

第９図は本発明によるゴム製ラメラポンプの概略斜視
図である。このゴム製ラメラポンプは薄い弾性のある壁
材料で作られたシリンダ201と内側軸線方向チューブ202
とからなる。内側軸線方向チューブの外壁は多数の弾性
ラメラ205によって弾性シリンダ壁面203および頂部閉鎖
壁204と連結してある。

第10a図は本発明による二重ディスクギャップ摩擦ポ
ンプの概略頂面図であり、第10b図は第10a図のＡ−Ａ平
面に沿った断面図である。幅の狭いギャップ212を備え
た二重ディスク211は軸213上に乗っており、両側をかつ
二重ディスクの円周まわりに円筒状に緊密嵌合ハウジン
グ214によって囲まれており、このハウジングは剥離装
置215を収容している。この装置215はギャップ212内へ
軸213まで延びており、回転するディスク間に最も接近
した状態で嵌合している。剥離装置の前後には、入口ニ
ップル216と出口ニップル217が配置してある。

第11図は本発明による供給システムの概略斜視図であ
る。分離媒質Ph_Aを収容している円筒状ディスク221が、
反対方向に回転し、分離媒質Ph_Bを収容している円筒状
ディスク222に隣接して設置してある。円筒状ディスク2
21内には、成分Ｂの放出位置ATO_B225と反対側に位置す
るセグメント224（＝充填位置ETO_B）で成分Ｂ（好まし
くは、純粋な成分Ｂ）が供給される。同時に、すぐ下に
位置する対応するセグメント225（＝放出位置ATO_B）の
ところで円筒状ディスク222から純粋成分Ｂが放出され
る。同じ要領で、成分Ａ（好ましくは、純粋な成分Ａ）
が充填位置ETO_A226を経て円筒状ディスク222に供給され
る。一方、純粋な成分Ａがすぐ上に位置する対応するセ
グメント227（＝放出位置ATO_A）のところで円筒状ディ
スク221から放出される。この概略図は成分Ａと成分Ｂ
のための複数の分布ステップ（セグメント）223を示し
ている。

第12図は本発明による分離ユニットの概略斜視図を示
しており、Ph_Aを入れた容器231とPh_Bを入れた容器232の
固定据えつけを示すと共に、「３ディスク向流シミュレ
ーション弁」234と熱交換器システム235を示している。
いずれにしても、中間スペース内の媒質はPh_Aを入れた
固定容器231とPh_Bを入れた固定容器232の間にある循環
ポンプ233によって「３ディスク向流シミュレーション
弁」234および熱交換器235を通して個々の閉ループ内で
循環させられる。こうして、Ph_Aを入れた各容器がPh_Bを
入れた各容器と平衡させられ、「３ディスク向流シミュ
レーション弁」の外側ディスクが、たとえば、１つの二
重孔位置まで進められ、Ph_A、Ph_Bを入れた容器間で再び
中間スペースの媒質が循環させられる新しい個別の循環
ループを形成する。この作業中、Ph_Aを入れた容器とPh_B
を入れた容器の間に据えつけられた熱交換器システムが
領域236におけるPh_Aを入れた固定容器を温度T_Aに維持
し、領域237におけるPh_Bを入れた固定容器を温度T_Bに維
持することを可能とする。このように発生した、Ph_Aを
入れた１つの容器とPh_Bを入れた１つの容器の間の平衡
シーケンスは２つの逆回転ディスクの個々のセグメント
間で得られる平衡シーケンスに一致する。

第13図は本発明による「３ディスク向流シミュレーシ
ョン弁」の概略斜視図であり、これは２つの外側ディス
ク241と内側ディスク242を示している。これらのディス
クは整合する二重孔243を有し、これらの二重孔は同心
に等距離で配置してある。外側ディスクの二重孔は、そ
れらの外側で、アタッチメントニップル244に接続して
あり、これらのニップルから延びるホースが固定容器に
通じる供給戻り管路245を形成している。全体の接続
は、180度の外側ディスクの回転が左右両方向において
可能なように行われる。各平衡位置において、３つすべ
てのディスクの孔は重なっており、所望の流路を形成し
ている。説明を明確にするために、３つのディスクの間
の距離は誇張して示してあるが、実際には、ディスクは
互いに接触している。

第14図は「３ディスク向流シミュレーション弁」の孔
の概略横断面図である。

第14a図は２つの外側ディスク252の各々における１つ
の孔251を示しており、横断面で示すように、中間ディ
スクにはコネクタ253（たとえば、ホースニップル）と
孔251が設けてある。たとえば、適当なＯリング構造255
によってシールが行われている。

第14b図は２つの外側ディスクの各々の１つの孔251と
中間ディスク254の充填／放出アダプタ256とを示してお
り、横断面で示すように、コネクタ253（たとえば、ホ
ースニップル）も示してある。充填／放出アダプタ256
は、適当な中間位置において、バリヤ257によって中間
ディスク254を通る流路を塞いでいる。こうして形成さ
れた流路端258は、コネクタ253（たとえば、ホースニッ
プル）によって充填管路、放出管路のそれぞれに接続さ
れている。説明を明確にするために、３つのディスク間
の距離は誇張して示してあり、実際には、これらのディ
スクは互いに接触している。

第15図は本発明による固定据えつけの容器の概略斜視
図である。中間スペースの媒質は分離媒質Ph_AまたはPh_B
を収容する中空シリンダ262の内部261に送られ、この材
料を半径方向に流し、次いで、中空シリンダの外壁面26
4と同じ長さの外側チューブ265の間のギャップを通して
流出させる。容器のカバーは図示していない。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれの吸着性について互いに個別に調
節可能である２種の吸着剤上に混合物の成分を吸着さ
せ、そして、混合物の吸着された成分または吸収された
成分を吸着剤の分離セクションに通すことによって物質
の混合物の分離を行う方法であって、分離しようとして
いる混合物を吸着剤（１、２）の表面間の分離室（３）
に導入し、混合物の成分を溶解および／または分散、お
よび／または気化させることのできるギャップ媒質が吸
着剤（１、２）の間に存在しており、吸着剤を含有する
相が互いに反対方向に移動し、混合物の、吸着剤上に保
持された分離済みの成分が分離セクションを通過した後
に回収される方法において、分離室（３）が２つまたは
それ以上の中空の円筒状ディスク（134、135）Z_A、Z_Bに
よって形成されており、これらの円筒状ディスクが構造
要素で満たしてあり、同心に重ねられており、吸着剤
（１、２）からなるかあるいはこれらの吸着剤を含有し
ている分離媒質Ph_A、Ph_Bを収容しており、円筒状ディス
クZ_A、Z_Bが交互に配置してあり、共通軸線まわりに互い
に反対の方向に回転するようになっていることを特徴と
する方法。
【請求項２】円筒状ディスクZ_A、Z_Bが中空シリンダ（18
8）の形をしていることを特徴とする請求項１記載の方
法。
【請求項３】構造要素が繊維および／または細棒（14
7）の形、または毛管または細管（157）の形をしている
ことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】構造要素がカメラ（167）の形をしている
ことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項５】構造要素がセグメントの形をし、該セグメ
ントに微粒子、繊維、毛管またはフォイル状分離材料お
よび／またはキャリヤ材料のいずれかが満たしてあり、
これらの材料が吸着剤（１、２）からなるかおよび／ま
たは吸着剤（１、２）を担持した表面を有することを特
徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項６】円筒状ディスクの回転が非連続的であるこ
とを特徴とする請求項１〜５項のいずれか１つに記載の
方法。
【請求項７】回転する円筒状ディスク（134、135）の個
々のセグメントの代わりに、分離媒質Ph_A、Ph_Bを収容す
る対応する固定容器を用い、分離媒質Ph_Aを入れた容器
と、分離媒質Ph_Bを入れた容器の間で、適当な弁制御を
行うことによって逆回転運動をシミュレートすることを
特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】弁制御を弁マトリックスで行うか、２ディ
スク向流シミュレーション弁または３ディスク向流シミ
ュレーション弁によって行うことを特徴とする請求項７
記載の方法。
【請求項９】請求項１〜６のいずれか１つに記載した方
法を実施するための装置であって、少なくとも２つまた
はいくつかの中空で同心に重ねられた円筒状ディスク
（134、135）Z_A、Z_Bを包含し、これらの円筒状ディスク
が吸着剤（１、２）からなるかあるいはそれらを含有す
る分離媒質Ph_A、Ph_Bを収容する構造要素で満たされてお
り、円筒状ディスクZ_A、Z_Bが交互に配置されており、共
通軸線まわりに互いに反対方向に回転するようになって
おり、分離しようとしている物質の混合物を導入するた
めの充填手段（137、191）と、混合物の分離された画分
の回収のための放出手段（138、192）とが設けてあるこ
とを特徴とする装置。