JP3443426B2 - 疑似移動層ブロック分離法 - Google Patents

疑似移動層ブロック分離法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 本発明は、疑似移動層（SMB）の制御に関し、より詳
細には、例えば砂糖工場のSMBの循環ループからベタイ
ン分画を回収するうえで適用することが可能なブロック
分離法に関する。
技術的背景 米国特許第4,412,866号は原料の成分を分離するため
のSMBの操作について述べている。樹脂層が複数の容器
に分割され、各容器は循環ループ内の領域として機能す
る。各容器はマニホルドシステムによって連結され、容
器が適当な順番に配列される。４種類の媒質、すなわ
ち、原料、溶離剤、抽出物、及びラフィネートがこのプ
ロセスにおいては用いられる。砂糖工場に適用される場
合、一般的な原料はショ糖溶液であり、溶離剤は水であ
り、抽出物はショ糖の水溶液であり、ラフィネートは塩
や分子量の大きい物質などのショ糖以外の物質の水溶液
である。
一般的な砂糖工場における砂糖の価値の最大の損失は
糖ミツの生成によるものである。糖ミツは精製糖を回収
するために結晶化を繰返した後に残留する副産物（廃棄
物）流である。この糖ミツは一般的に非常に純度が低
く、更なる糖の回収のための結晶化を行うことは経済的
な観点から非現実的である。前出の4,412,866号特許に
開示されるものと同様のSMB構成が砂糖工場において糖
ミツを処理するために使用されている。この処理では、
通常、比較的高純度（例、90％）で灰分の少ない製品分
画と、40〜50％の原料を含み、比較的純度が低く、灰分
が多い廃物分画が得られる（製糖産業において用いられ
ているように、「純度」とは乾燥重量でみた場合の試料
中の固体分に占めるショ糖の重量比率である）。この廃
物分画には糖ミツ中のベタインのほとんどが含まれてい
る。ベタインは糖ミツ中に最も豊富に見られる窒素化合
物であり、特に家畜試料として、商業的価値を有する副
産物として知られている。
米国特許第4,359,430号及び同5,127,957号では砂糖工
場で生産される糖ミツなどの様々な原料からベタイン分
画を回収するための方法について述べている。第5,127,
957号特許はSMBシステムに対して用いられるバッチ操作
について開示している。この方法は、樹脂層中の循環を
維持しつつSMBへの流入及び流出流を全て止めることを
含む。この後、水及び／または糖ミツがベタイン、ショ
糖、残りの糖ミツをループ中の別々のカラムから取り出
すために導入される。
SMBシステムからのベタインの回収のための改良され
た方法が必要とされている。理想的にはベタインの除去
はシステムの連続的な作動を妨げることなく行われなけ
ればならない。
発明の開示 本発明に基づけば、SMBとして構成されたイオン排除
システムの循環ループから、ベタインの「ブロック」が
システムの通常の動作を妨害することなく分離される。
実際には、循環ループからベタインの分画が取り出され
る一方、等量の水がループに導入される。ループの循環
流は妨害されることなく流れ続ける。
広義には、本発明は閉鎖ループ上で複数の隔離された
樹脂層の内部及び間に流れる循環流からの砂糖を回収す
るための疑似移動層プロセスにおいて適用され、ループ
上の各位置において原料及び溶離剤の流入流が循環流に
導入され、抽出物及びラフィネートの流出流が循環流か
ら取り出される。流入流及び流出流のそれぞれの位置は
プロセスの必要条件によって決定される。これにより循
環ループ中にベタインについて濃縮された液体のブロッ
クが形成される。このブロックはベタイン値について濃
縮されているとみなすのがより適当であり、こうした値
が必ずしも循環流に対して与えられているわけではない
が、このブロックを「ベタイン濃縮された」ブロックと
呼ぶことも可能である。本発明の改良点は、ベタイン濃
縮されたブロックの少なくとも一部（「ベタイン濃縮分
画」と呼ぶ）を循環流から取り出すことを含む。この取
り出しはループ上のベタイン回収位置から行われる。取
り出される量を補償するだけの量の溶離液、通常は水、
が循環流に導入される。導入は好ましくはベタイン回収
位置のすぐ隣りかつ下流の位置において行われる。ベタ
イン回収位置は、ループ中に循環流が導入されるループ
上の第１の位置と、ループから抽出物が除去される第２
の位置との間に通常置かれる。単純に述べると、本発明
は、SMBとして構成されたイオン排除システムの循環ル
ープからシステムの通常の動作を妨害することなくベタ
インのブロックを分離するための方法を提供するもので
ある。この方法は、循環ループからベタイン分画を取り
出す一方で、同時にループに等量の水を導入することを
含む。通常、水はベタイン分画の取り出し点に対して下
流の位置にてループに導入される。循環ループ上の全て
の位置はループ上の他の位置から見て上流または下流と
みなされる。本開示において用いられる「上流」及び
「下流」とは、流入原料流の導入点からループを周回し
て再び導入点に戻る循環流の流れの方向に対して用いら
れるものである。
本発明の実施例に基づけば、SMBプロセスに対してベ
タイン回収方法が用いられるがここでは複数の樹脂領域
が順番に流れを受けるように配置されている。循環流は
樹脂領域及び連結マニホルドシステムを含むループを通
じて基本流速にて連続的に流れる。このマニホルドシス
テムは、循環流が該循環流上で第１の樹脂領域に対して
下流に位置する第２の樹脂領域に流れる際に、第１の樹
脂領域を出る循環流に流入原料流を導入するように構成
されている。マニホルドシステムにおいては更に、第２
の樹脂領域を出る循環流から流出ラフィネート流が取り
出される。マニホルドシステムは更に、循環流上で第
１、第２及び第３の樹脂領域に対して下流に位置する第
４の樹脂領域に入る循環流に流入水流が導入され、第４
の樹脂領域から出る循環流から流出抽出物流が取り出さ
れるように構成されている。マニホルドシステムは更
に、原料、水、ラフィネート、及び抽出物流が一群とし
てループの周上の他の位置に移動することにより原料流
が樹脂領域のそれぞれに順番に導入される一方、他の流
出流及び流入流が同様に前進せられてループ上における
互いの相対的な位置が維持されるように動作する。この
回収方法は、循環流からベタイン濃縮分画を取り出しつ
つ同時にこれに相当する量の水をループの基本流速が保
たれるような所定の位置において循環流に導入すること
を含む。多くの場合、ベタイン濃縮分画は、ループ上の
流入水流の導入点の下流かつ流出抽出物流の上流の所定
の位置において循環流から取り出される。
図面の簡単な説明 本発明を実施するうえで現時点における最良の態様と
考えられるものを示した図において、 図１は、従来のイオン排除法において一般的なSMBシ
ステムを示す簡略化されたフロー図、 図２は、本発明を援用するために改良されたSMBシス
テムを示す図１と同様の簡略化されたフロー図、 図３は、本発明のシステム中のリフラクトメータの配
置を示した簡略化されたフロー図、 図４は、図３に示されるように配置されたリフラクト
メータによる測定から得られた典型的なRDS曲線であ
る。
発明を実施するための最良の態様 図１では、８個のセル（それぞれ１個以上の容器を備
える）が流れを順番に受けるように配置されている。こ
の構成については米国特許第4,412,866号に詳細に説明
されている。セルはそれぞれ１〜８番目まで番号付けさ
れている。循環流が、セル１〜８及び参照符号11にて示
される連結マニホルドシステムを通じて「基本」流速に
て連続的に流れる。マニホルド11は、セル８から出てセ
ル１の上部に流れる循環流に原料Ｆが導入され、セル２
の底部から出る循環流からラフィネートＲが取り出さ
れ、セル５の上部に入る循環流に水Ｗが導入され、セル
６から出る循環流から抽出物Ｅが取り出されるように構
成されている。これらの流れによりシステム内の全体の
樹脂層は、それぞれが少なくとも１つのセルを含む４つ
の領域に分割される。
一般的なSMBシステムでは、流入物Ｆ、Ｗのそれぞ
れ、及び、流出物Ｒ、Ｅのそれぞれがグループとしてル
ープ内の他の位置に移動する。図に示された特定のSMB
システムは８つの工程にて制御される。すなわち、原料
Ｆは各カラム１〜８の上部に順番に導入され、他の流入
流及び流出流もループ内における互いの相対的な位置を
維持しつつ移動する。
図２に示された構成は従来の糖ミツ処理システムにお
いて一般的なものであるが、本発明に基づくベタインブ
ロックの除去を行うために若干改良されている。図２に
示された本発明に基づくマニホルド11は、セル８から出
てセル１の上部に流れる循環流に原料Ｆが導入され、セ
ル２の底部から出る循環流からラフィネートＲが取り出
され、セル４の上部に入る循環流に水Ｗが導入され、セ
ル６から出る循環流から抽出物Ｅが取り出されるように
構成されている。図に示されるようにバルブ13及び導管
15、17がセル４とセル５との間に配置される。循環流か
らベタイン濃度が高められた「ブロック」を取り出した
い場合、バルブ13が作動し、カラム４の底部からの流れ
が、カラム５の上部に向けてではなく導管17に流れる。
同時にこれに相当する量の水が導管15を通じてカラム５
の上部に導入される。
詳細には、ベタイン除去の間、ラフィネート取り出し
位置Ｒは原料Ｆを受けるセルからセル２個だけ下流の位
置に維持される。すなわち、水はラフィネート取り出し
位置からセル１個だけ下流の位置にて導入される。抽出
物Ｅの除去は通常の水導入位置からセル３個だけ下流の
位置に維持され、材料Ｆの導入は抽出物除去位置からセ
ル２個だけ下流の位置にて行われる。
図２に示されるようにベタイン分離はSMB操作の第１
工程が行われる間にセル４とセル５との間において起き
るものと考えられる。すなわちバルブ13はセル４とセル
５との間に配置されている。工程の進行に伴ってバルブ
13の位置は前進させることが可能であるが、こうした前
進は必要ではなく、それによってもたらされる利点はあ
まりない。ベタイン除去は８工程毎、または８工程の倍
数毎に１回起きれば充分である。
図のように構成、配置され、リサイクル速度がマニホ
ルドのセル８とセル１との間に配置された流量計によっ
て監視されているシステムでは、システムの各工程に対
するリサイクル設定点は表に示す通りである。
操作の制御においては、導管17からシステムの外に出
るベタインブロックの流れに対する設定点としてセル４
の通常のリサイクル速度をとれば好都合である。導管15
からシステムに注入される水ブロックに対しても同じ流
速が用いられる。したがって、セルに対してラフィネー
トＲ及び水Ｗバルブの配置が換わる場合を除き、SMBシ
ステムの全体を通じて通常の流速設定点が撹乱されるこ
とはない。除去されるベタインブロックに含まれる水を
補償するためには、工程１においてＷに導入される通常
の水量に加え一定量の水が必要である。これは従来の操
作と比較して通常約20％増加した量である。
図に示されるようなSMBシステムは普通、コンピュー
タ論理制御（PLC）システムのような、ソフトウェアに
よって作動せられる制御系により動作する。一工程
（例、工程１）中の任意の選択された部分においてバル
ブ13はベタインブロック分離モードに設定することが可
能である。分離は直ちに開始されるか、あるいは工程の
開始後、一定時間遅れて開始されることが一般的には好
ましく、工程の終了まで行われる。工程の始めに安定化
を図るため短い遅れ時間、通常１分以下、が必要とされ
る場合もある。ベタイン濃度は一般的に工程の終わり近
くにおいて大きい。
図３は、マニホルド11のセル３とセル４との間におけ
るリフラクトメータ25の配置を示したものである。この
ように配置されたリフラクトメータ25は、セル４に入る
直前のマニホルド11の循環流中の「リフラクトメータ乾
燥物質（RDS）」含有量を測定する。これにより分離の
前のリサイクル流中のベタイン蓄積度が推定される。図
４は、図２に示されたシステムから分離される典型的な
ベタインブロックについて説明するためのRDS曲線であ
る。通常、グラフの部分18にて表される分画が分離さ
れ、ベタインが回収される。グラフの部分19は抽出段階
を、部分20はラフィネート段階を表す。
図４のベタインブロックから採取された試料を分光計
により分析した結果、砂糖は検出されなかった。ラフィ
ネート分画の純度はベタイン分離の結果事実上高くなる
ことが考えられる（例、21〜23純度）。しかし、物質の
平衡を維持するために用いられる糖を含まない分画は、
ラフィネートとベタイン分画の複合物である。このよう
な複合物の純度は通常15純度程度である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーターソン、ケネス アール. アメリカ合衆国 83301 アイダホ州 ツイン フォールズ プリンストン ド ライブ 1519 (72)発明者 マム、マイケル ダブリュー. アメリカ合衆国 83334 アイダホ州 ハンセン ノース スリーサウザンドエ イトハンドレッドフィフティ イースト 3798 (56)参考文献 国際公開94／17213（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C13D 3/14 C13J 1/06

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の分離された樹脂層の内部かつ間に延
    びる閉鎖ループ内を循環する流れから砂糖を回収するた
    めの疑似移動層プロセスであって、前記ループ上の各位
    置において、原料及び溶離剤の流入流が前記循環流に導
    入され、抽出物及びラフィネートの流出流が前記循環流
    から取り出され、前記各位置は前記プロセスの必要条件
    によって決定され、これによりベタインについて濃縮さ
    れたブロックを前記循環ループ中に生じる疑似移動プロ
    セスにおいて、 前記ループ上のベタイン回収位置において前記循環流か
    ら前記ブロックの少なくとも一部分を取り出すことと、
    前記ベタイン回収位置のすぐ隣りかつ下流の位置におい
    て前記循環流に前記部分を補償するうえで充分な量の溶
    離剤を注入することを含む改良。
  2. 【請求項２】前記疑似移動層は、それぞれにイオン交換
    樹脂が入れられ、マニホルドシステムを介して直列に連
    結された複数の容器を含むことにより前記循環ループが
    与えられ、前記ベタイン回収位置は前記ループに溶離液
    が導入される前記ループ上の第１の位置と前記ループか
    ら抽出物が取り出される第２の位置との間に配置される
    請求項１に記載の改良。
  3. 【請求項３】前記ベタイン回収位置は第１の前記容器と
    第２の前記容器との間であり、該第２の容器は前記ルー
    プ上において前記第１の容器に対して下流に配置され、
    前記第１の位置は前記ループ上において前記第１の容器
    に対して上流に配置され、前記第２の位置は前記ループ
    上において前記第２の容器に対して下流に配置される請
    求項１に記載の改良。
  4. 【請求項４】SMBとして構成されたイオン排除システム
    の循環ループから、該システムの通常の動作を妨害する
    ことなくベタインのブロックを分離するための方法であ
    って、前記循環ループからベタイン分画を取り出しつつ
    同時に等量の水を前記ループに導入することを含む方
    法。
  5. 【請求項５】前記ベタイン分画の前記取り出し位置に対
    して下流の位置にて前記水は前記ループに導入される請
    求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】SMB砂糖回収プロセスに適用されるベタイ
    ン回収方法であって、 流れを受けるために複数の樹脂領域が直列に配置され、 前記領域と連結マニホルドシステムとを有するループを
    通じて循環流が基本流速にて連続的に流れ、 前記マニホルドシステムは、 前記循環流中において第１の前記樹脂領域に対して下流
    に位置する第２の前記樹脂領域に前記循環流が流れる際
    に、前記第１の樹脂領域を出る循環流に流入原料流が導
    入され、 前記第２の樹脂領域を出る前記循環流から流出ラフィネ
    ート流を取り出し、 前記循環流中において前記第１、第２、及び第３の樹脂
    領域に対して下流に位置する第４の前記樹脂領域に入る
    前記循環流に流入水流を導入し、 前記第４の樹脂領域を出る前記循環流から流出抽出物流
    を取り出すように構成され、 前記原料、水、ラフィネート、及び抽出物流が一群とし
    てループの周上の他の位置に移動することにより前記原
    料流が前記樹脂領域のそれぞれに順番に導入される一
    方、他の前記流出流及び流入流が同様に前進せられて前
    記ループ上における互いの相対的な位置が維持されるよ
    うに前記マニホルドシステムは動作するベタイン回収方
    法において、 前記循環流からベタイン濃縮分画を取り出しつつ同時に
    これに相当する量の水を前記ループの前記基本流速が保
    たれるような所定の位置において前記循環流に導入する
    ことを含む回収方法。
  7. 【請求項７】前記ベタイン濃縮分画は、前記ループ上の
    前記流入水流の導入点の下流かつ前記流出抽出物流の上
    流の所定の位置において前記循環流から取り出される請
    求項６に記載の回収方法。
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