JP4606092B2 - 擬似移動層方式クロマト分離方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、３成分以上の成分を含む原液の特定成分に対して選択的吸着能力を有する吸着剤を充填した多数の単位充填塔を、直列かつ無端状に連結して擬似移動層式クロマト分離を行うようにした方法および装置に関するものである。

擬似移動層方式クロマト分離方法および装置は、原液中に含まれる２成分以上の成分中の特定成分に対して選択的吸着能力を有する吸着剤を充填した多数の単位充填塔（以下、単に充填塔ということもある。）を直列に連結するとともに最下流部の単位充填塔と最上流部の単位充填塔を連結することにより無端状になっている充填層に対して、原液と溶離液を供給するとともに、充填層内を移動する速度が大きい画分（Ａ画分）と充填層内を移動する速度が小さい画分（Ｃ画分）をそれぞれ異なる位置から抜き出し、かつ、原液供給位置、溶離液供給位置、Ａ画分抜き出し位置、Ｃ画分抜き出し位置を、一定の位置関係に保ちながら充填層の流体循環方向下流側に順次移動させることで、原液供給を連続的に行うことができる移動層の処理操作を擬似的に実現する分離方法および装置であることはよく知られている。

例えば特許文献１には、１系列の改良された擬似移動層装置に溶離液と原液を供給しながら吸着剤との親和力が中間の成分（移動速度が中間の成分）を抜き出す工程と、溶離液を供給しながら吸着剤との親和力が小さい成分（移動速度が大きい成分）と大きい成分（移動速度が小さい成分）の抜き出しを行う工程を繰り返すことによって、親和力が異なる３つ以上の画分を一連の操作で連続的に分離する方法が開示されている。

また、特許文献２には、原液の各成分の移動速度がＡ成分＞Ｂ成分＞Ｃ成分である第一吸着剤を充填した単位充填塔と、Ａ成分＞Ｃ成分＞Ｂ成分である第二吸着剤を充填した単位充填塔を、無端状に連結された複数の充填塔として交互に並べて使用する分離方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、無端状になっている充填層を２ヶ所で遮断し充填層を二つに分けた状態で、一方において原液および溶離液を供給し、その下流部において充填層内を移動する速度が大きい画分（Ａ画分）を抜き出し、もう一方において脱離液を供給し、その下流部において充填層内を移動する速度が小さい画分（Ｃ画分）を抜き出し、かつ、原液供給位置、溶離液供給位置、脱離液供給位置、Ａ画分抜き出し位置、Ｃ画分抜き出し位置を、一定の位置関係に保ちながら充填層の流体循環方向下流側に順次移動させる分離方法が開示されている。
特許第１９９８８６０号公報 特許第２７４０７８０号公報 特開昭６４−８５１０６号公報

上記従来の通常の擬似移動層方式および特許文献１に記載の運転方法は基本的に１種類の溶離液を用いるため、吸着性の強い成分を含む原液やテーリング（濃度分布がブロードになる現象）を起こしやすい成分を含む原液を充填層に供給する場合、これらの成分を脱着させるために大量の溶離液を用いる必要があった。大量の溶離液を使用することで、（１）抜出液の濃縮コストがかかる、（２）最も流速が大きくなる帯域（溶離液供給位置と遅い成分抜出位置の間の帯域）の差圧を抑えるために、全体の流速を落とす必要があり、結果として生産量が落ちる、（３）溶離液供給位置と遅い成分抜出位置の間の単位充填塔数が増え、結果として吸着剤あたりの生産量が落ちるなどの欠点があった。

また、特許文献２に記載の運転方法では、２種類の吸着剤を用いることで移動速度の遅い成分の挙動を調節することができるが、吸着剤の選定と組み合わせが極めて難しく、工業的な規模で実施することは困難であるという問題がある。

また、特許文献３に記載の運転方法では、原液と溶離液が同時に循環系に供給されるので、充填層に供給された原液は、循環系の上流部から流れ込む液と混合される。このため、分離対象物の濃度分布が広がりやすくなり、これにより装置としての分離性能が落ちる。これを避けるためには、単位充填塔の分割数が多くなる傾向になるが、そうすると装置が高価になることはいうまでもない。

さらに、上記のような従来の擬似移動層方式の運転方法では、連続分離中に再生を行わないため原液中に含まれる吸着力の強い成分が吸着剤に吸着し劣化させる等の問題が生じやすい。このため、予めこのような成分を除去する必要があった。

そこで本発明の課題は、上記のような従来の分離方法における種々の問題点に着目し、少量の吸着剤量にて高い分離性能が得られる、擬似移動層方式クロマト分離方法および装置を提供することにある。

また、本発明は、原液中に含まれる、吸着剤に吸着し吸着剤を劣化させる成分を脱着させることにより、連続分離中の分離性能の低下を抑え、かつ吸着剤の寿命を長くすることが可能なクロマト分離方法および装置を提供することも課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る擬似移動層方式クロマト分離方法は、３成分以上の成分を含む原液の特定の成分に対して選択的吸着能力を有する吸着剤を充填した複数の単位充填塔を直列に連結するとともに最下流部の単位充填塔と最上流部の単位充填塔を連結することにより無端状に形成された充填層に対して、３成分以上の成分を含む原液を充填層に通流させることにより、吸着剤に対する親和力の順に順次分けた吸着帯域を形成させた循環系に対し、脱着力の弱い第１溶離液を循環系内に供給し、原液中に含まれる成分を下流側に展開させ、同時に吸着剤に対する親和力の順に順次分けた吸着帯域を形成させるとともに、
脱着力が強い第２溶離液をさらに上流部から供給し、原液中に含まれる移動速度の最も遅い成分として、第１溶離液の供給位置より上流部において単位充填塔から流出する全量を抜き出す第１工程と、
第１溶離液と原液の少なくとも一方を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度の最も速い成分が富化された充填塔の１箇所から循環系内に供給された液量と等しい量を抜き出す第２Ａ工程と、
第１溶離液を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度が中間の成分が富化された充填塔の１箇所から循環系内に供給された液量と等しい量を抜き出す第２Ｂ工程と、
第１溶離液を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度の最も遅い成分として、前記第１溶離液の供給位置より上流部において単位充填塔から流出する全量を抜き出す工程からなる第２Ｃ工程と、
一切の原液、溶離液の供給、分離された成分の抜き出しを行わずに循環系内の液を循環させる第３工程を組み合わせることで分離を実施し、
原液供給位置、第１溶離液の供給位置、第２溶離液の供給位置、各成分の抜き出し位置を、循環系内の吸着帯域が移動するのに合わせて、循環系の下流側に順次移動させる操作を行うことを特徴とする方法からなる。

この方法においては、第１工程と第２Ａ工程を同時に実施することが好ましい。また、上記第２Ａ工程においては、第１溶離液と原液のいずれか一方のみを供給するか、それぞれ異なるタイミングで個別に供給することが好ましい。

また、本発明に係る擬似移動層方式クロマト分離装置は、３成分以上の成分を含む原液の特定の成分に対して選択的吸着能力を有する吸着剤を充填した複数の単位充填塔を直列に連結するとともに最下流部の単位充填塔と最上流部の単位充填塔を連結することにより無端状に形成された充填層と、３成分以上の成分を含む原液を充填層に通流させる系と、該原液の通流により吸着剤に対する親和力の順に順次分けた吸着帯域を形成する循環系とを備え、この循環系に対し、脱着力の弱い第１溶離液を循環系内に供給し、原液中に含まれる成分を下流側に展開させ、同時に吸着剤に対する親和力の順に順次分けた吸着帯域を形成させるとともに、
脱着力が強い第２溶離液をさらに上流部から供給し、原液中に含まれる移動速度の最も遅い成分として、第１溶離液の供給位置より上流部において単位充填塔から流出する全量を抜き出す第１工程と、
第１溶離液と原液の少なくとも一方を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度の最も速い成分が富化された充填塔の１箇所から循環系内に供給された液量と等しい量を抜き出す第２Ａ工程と、
第１溶離液を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度が中間の成分が富化された充填塔の１箇所から循環系内に供給された液量と等しい量を抜き出す第２Ｂ工程と、
第１溶離液を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度の最も遅い成分として、前記第１溶離液の供給位置より上流部において単位充填塔から流出する全量を抜き出す工程からなる第２Ｃ工程と、
一切の原液、溶離液の供給、分離された成分の抜き出しを行わずに循環系内の液を循環させる第３工程を組み合わせることで分離を実施する分離手段と、
原液供給位置、第１溶離液の供給位置、第２溶離液の供給位置、各成分の抜き出し位置を、循環系内の吸着帯域が移動するのに合わせて、循環系の下流側に順次移動させる操作を行う操作手段と、
を有することを特徴とするものからなる。

この装置においては、上記分離手段が、第１工程と第２Ａ工程を同時に実施する手段からなることが好ましい。また、上記第２Ａ工程においては、第１溶離液と原液のいずれか一方のみが供給されるか、それぞれ異なるタイミングで個別に供給されることが好ましい。

本発明に係る擬似移動層方式クロマト分離方法および装置によれば、少量の吸着剤量にて高い分離性能を得ることができる。また、とくに第２溶離液により吸着剤に吸着し吸着剤を劣化させる成分を脱着させることにより、連続分離中の分離性能の低下を抑え、かつ吸着剤の寿命を長くすることが可能となる。

以下に、本発明について、望ましい実施の形態とともに、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る擬似移動層方式クロマト分離装置を示している。本実施態様では、クロマト分離装置１は、５つの単位充填塔４（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５充填塔）を備えており、各充填塔４内には、原液タンク２から供給されてくる原液３中に含まれる３成分以上の成分中の特定成分に対し選択的吸着能力を有する吸着剤５が充填されている。各充填塔４は、配管６により、各充填塔４の出口から隣接する充填塔４の入口へと連結されて、全体として直列に連結されており、最後部の単位充填塔４（例えば、図１におけるＮｏ．５充填塔４）の出口から最前部の単位充填塔４（例えば、図１におけるＮｏ．１充填塔４）の入口へと配管６で連結されることにより、全単位充填塔４が無端状に連結されている。したがって、この全単位充填塔４が無端状に連結された充填層は、流体が矢印方向に循環可能な循環系７として形成されている。

循環系７内の各隣接充填塔４間には、各充填塔間を遮断することが可能な遮断弁Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５および逆止弁１４が設けられている。各遮断弁Ｒ１〜Ｒ５と、その上流側に位置する各充填塔４の出口との間には、充填層内を移動する速度が大きい画分（Ａ画分：吸着剤に対し吸着能力の低い非吸着物質を多く含む画分）の抜き出しを目的としたＡ画分抜き出し弁Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５が設けられている。各Ａ画分抜き出しライン８は、合流されて一つのＡ画分合流管９にまとめられている。また、同様に、充填層内を移動する速度が小さい画分（Ｃ画分：吸着剤に対し吸着能力の高い吸着物質を多く含む画分）の抜き出しを目的としたＣ画分抜き出し弁Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５が設けられている。各Ｃ画分抜き出しライン１０は、合流されて一つのＣ画分合流管１１にまとめられている。さらに本実施態様では、充填層内を移動する速度がＡ画分の速度とＣ画分の速度の中間の速度となる画分であるＢ画分の抜き出しを目的としたＢ画分抜き出し弁Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５が設けられている。各Ｂ画分抜き出しライン２２は、合流されて一つのＢ画分合流管２３にまとめられている。このほかに循環工程において全量抜き出しを行うことを目的とした２方弁Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５が設けられている。各循環抜き出しライン１２は、合流されて循環抜き出し合流管１３にまとめられ、第１溶離液供給ポンプＰＤの上流側で第１溶離液供給ライン２０に合流されている。

循環系７には、原液３と、第１溶離液タンク１５に収容された第１溶離液１６が供給可能となっている。また、循環系７には、第２溶離液タンク２４に収容された第２溶離液２５が第２溶離液供給ポンプＰＥにより供給可能となっている。原液３は、本実施態様では、供給流量の制御が可能な原液供給ポンプＰＦにより、原液供給ライン１７を介して供給される。原液供給ライン１７は、各原液分岐供給ライン１８に分岐され、原液は各原液分岐供給ライン１８を介して各単位充填塔４の入口側に供給可能となっている。各原液分岐供給ライン１８には、開閉可能な原液供給弁Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５が設けられており、開弁された原液供給弁のラインを介して対応する単位充填塔に原液が供給される。なお、原液供給ポンプＰＦの安定運転のために原液が供給されない工程でも原液供給ポンプＰＦを作動させておきたい場合は、原液供給弁ＰＦの手前に弁Ｆ０および原液循環ライン１９を設けて原液タンク２に戻すようにしてもよい。

循環流体は、本実施態様ではＺ１〜Ｚ５のいずれかにおいて全量引き抜かれ、循環抜き出し合流管１３を通して第１溶離液タンク１５と第１溶離液供給ポンプＰＤとの間の第１溶離液供給ポンプＰＤの上流部に合流し、供給流量の制御が可能な第１溶離液供給ポンプＰＤにより、第１溶離液供給ライン２０を介して再び循環系７に供給される。第１溶離液供給ライン２０は、各第１溶離液分岐供給ライン２１に分岐され、第１溶離液は各第１溶離液分岐供給ライン２１を介して各単位充填塔４の入口側に供給可能となっている。各第１溶離液分岐供給ライン２１には、開閉可能な第１溶離液供給弁Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５が設けられており、開弁された第１溶離液供給弁のラインを介して対応する単位充填塔４に溶離液が供給される。なお、溶離液供給ポンプＰＤの安定運転のために溶離液が供給される工程と循環工程以外の工程でも溶離液供給ポンプＰＤを作動させておきたい場合は、第１溶離液供給弁の手前に第１溶離液循環ラインを設けて溶離液タンク１５に戻すようにしてもよい。

第２溶離液２５は、本実施態様では、供給流量の制御が可能な第２溶離液供給ポンプＰＥにより、原液供給ライン２６を介して供給される。第２溶離液供給ライン２６は、各第２溶離液分岐供給ライン２７に分岐され、第２溶離液は各第２溶離液分岐供給ライン２７を介して各単位充填塔４の入口側に供給可能となっている。各第２溶離液分岐供給ライン２７には、開閉可能な第２溶離液供給弁Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５が設けられており、開弁された第２溶離液供給弁のラインを介して対応する単位充填塔４に溶離液が供給される。

このように構成されたクロマト分離装置１において分離処理は次のように行われる。まず、まず、本発明に係る擬似移動層方式クロマト分離方法および装置の各要素について説明する。

（各帯域について）
循環系内は第１溶離液の供給位置、第２溶離液の供給位置、原液の供給位置、移動速度が遅い成分（以下Ｃ成分とする）の抜き出し位置、移動速度が速い成分（以下Ａ成分とする）の抜き出し位置、あるいは中間の移動速度の成分（以下Ｂ成分とする）の抜き出し位置によって、流速が異なり、そのために異なる機能を有する別個の帯域に分割される。一般的に４つの帯域が使用されるが、分離を実施するためには３つの帯域が必要である。

（帯域の定義）
第２溶離液の供給位置からＣ成分の抜き出し位置までを第１帯域、Ｃ成分の抜き出し位置から原液の供給位置までを第２帯域、原液の供給位置からＡ成分の抜き出し位置までを第３帯域とし、必要に応じてＡ成分の抜き出し位置から脱離剤の供給位置までの第４帯域を設ける。

（第３帯域と第２帯域の説明）
第３帯域において、原液は吸着剤と接触し、Ｃ成分は吸着され、Ａ成分が最下流部の単位充填塔から抜出される。第３帯域の上流部には第２帯域があり、吸着剤の擬似的な移動によって第２帯域に運ばれたＡ成分の吸着剤からの置換が行われる。第２帯域の最上流部の単位充填塔に第１溶離液が供給され、第１溶離液によって置換されたＡ成分は下流部にある第３帯域に運ばれる。

（第１帯域の説明）
第２帯域の上流部には第１帯域があり、ここでは吸着剤の擬似的な移動によって第１帯域に運ばれたＣ成分の第２溶離液による吸着剤からの置換が行われる。第２溶離液には、Ｃ成分を吸着剤から強制的に脱離されるものが選ばれる。置換されたＣ成分は第１帯域の最下流部の単位充填塔から抜き出される。

（第４帯域の説明）
第３帯域の下流部には、必要に応じて第４帯域を設ける。この第４帯域には、第３帯域を通る流体の一部（Ａ成分の抜出し位置から抜出されなかった流体）が通される。ここではＡ成分が吸着剤に吸着され、Ａ成分をほとんど含まない第１溶離液が最下流部の単位充填塔から抜き出される。このため、ここから抜出された第１溶離液は再度、溶離液として使用することができ、第１溶離液の使用量を低減することができる。

（第４帯域をなくす）
しかし溶離液を回収する必要がない場合は、第４帯域をなくし、第３帯域から流出する全量をＡ画分として抜き出してもよい。この場合、溶離液使用量は相対的に多くなってしまうが、吸着剤量を少なくすることができ設備のイニシャルコストを低減させることができる。全吸着剤のうち、分離に使用する第２、第３帯域の樹脂量の割合を増やすことができるため、吸着剤を効率よく使用することができ、吸着剤が高価な場合には特に有効である。

（Ｂ成分の抜き出し）
３成分以上の分離対象物を吸着剤に供給する場合、Ａ成分の抜き出し位置とＣ成分の抜き出し位置の間（第２帯域、第３帯域）において、中間の移動速度の成分が精製される。この場合、中間の移動速度のＢ成分が精製された時点において、このＢ成分を抜き出すこともできる。

（第１工程と第２Ａ工程の同時実施）
第１工程と第２Ａ工程は、同時に行うことで、１サイクル時間の短縮につながり、樹脂量あたりの原液処理量を増やすことができる。

（第２Ａ工程における原液と溶離液の個別供給）
第２Ａ工程では、溶離液と原液のいずれか一方を供給することにより、循環系に供給される原液の濃度分布が循環系内で広がりにくく、このため高い分離性能を得ることができる。

（第３工程における系内循環）
第３工程では、一切の原液、溶離液の供給、分離された成分の抜き出しを行わずに循環系内の液を循環させるので、所望の精製条件まで分離された状態が的確にかつ容易に作り出され、分離効率が向上される。

このような本発明に係るクロマト分離では、循環系内の移動速度の遅い成分（Ｃ成分）を第２溶離液によって強制的に溶出させることで、第１帯域の吸着剤量を従来の方法より少なくすることができ、また移動速度の遅い成分（Ｃ成分）の溶出に用いる溶離液量を少なくすることができ、Ｃ画分の濃縮コストも少なくすることができる。

また第２溶離液は、この溶離液を用いることで吸着剤に吸着してしまっていた成分を溶出させるため、この成分による吸着剤の汚染を防ぐことができ、吸着剤の寿命を長くすることができる。また従来の方法では、再生を行わないため原液中に含まれる吸着力の強い成分が吸着剤に吸着し劣化させる等の問題が生じやすいため、あらかじめこのような成分を除去する工程が必要であったが、本発明ではそのような工程をなくすことができるため、全体としてシンプルにすることができる。

また多成分分離を行う場合には、従来の方法では溶離液を用いて、吸着剤に対する親和力の順に順次分けた吸着帯域を形成させるような溶離液を選択する必要があった。本発明では、移動速度の遅い成分は第２溶離液を用いて強制的に溶出されるため、第１溶離液としては移動速度が速い成分および中間の成分を分離するのに適当なものを選択でき、高い分離性能を得ることができる。

したがって、本発明による最も大きな効果として、少量の吸着剤量にて高い分離性能が得られるため、安価な擬似移動層式クロマト分離方法および装置を達成できる。

次に、図１に示した装置を用いた本発明に係る方法のより具体的な分離処理について説明する。すなわち、クロマト分離装置１では、原液を供給する（以下、Ｆと表示することもある。）とともに全量をＡ画分抜き出し（以下、単にＡと表示することもある。）位置より抜き出す工程、第１溶離液を供給する（以下、Ｄと表示することもある。）とともに全量をＢ画分抜き出し（以下、単にＢと表示することもある。）位置より抜き出す工程、第２溶離液を供給する（以下、Ｅと表示することもある。）とともに全量をＣ画分抜き出し（以下、単にＣと表示することもある。）位置より抜き出す工程、第１溶離液を供給するとともに全量をＡ画分抜き出し位置より抜き出す工程、および一切の供給、抜き出し、遮断を行わずに系内の液を循環させる工程の６つの工程の運転が可能となっており、これらの工程を組み合わせることで分離を行うことができる。

（Ｆ−Ａ工程）
原液を供給するとともに全量をＡ画分抜き出し位置より抜き出す工程では、いずれかの原液供給弁を開き、原液を対応する単位充填塔４の入口側から循環系７内に供給し、Ａ画分の抜き出し位置に相当するＡ画分抜き出し弁Ａを開き、そのすぐ下流側にある遮断弁を閉め、Ａ画分抜き出しライン８を通じてＡ画分の全量を抜き出す。

（Ｄ−Ｂ工程）
第１溶離液を供給するとともに全量をＢ画分抜き出し位置より抜き出す工程では、いずれかの第１溶離液供給弁を開き、第１溶離液を対応する単位充填塔４の入口側から循環系７内に供給し、Ｂ画分の抜き出し位置に相当するＢ画分抜き出し弁Ｂを開き、そのすぐ下流側にある遮断弁を閉め、Ｂ画分抜き出しライン２２を通じてＢ画分の全量を抜き出す。

（Ｅ−Ｃ工程）
第２溶離液を供給するとともに全量をＣ画分抜き出し位置より抜き出す工程では、いずれかの第２溶離液供給弁を開き、第２溶離液を対応する単位充填塔４の入口側から循環系７内に供給し、Ｃ画分の抜き出し位置に相当するＣ画分抜き出し弁Ｃを開き、そのすぐ下流側にある遮断弁を閉め、Ｃ画分抜き出しライン１０を通じてＣ画分の全量を抜き出す。

（Ｄ−Ａ工程）
第１溶離液を供給するとともに全量をＡ画分抜き出し位置より抜き出す工程では、いずれかの第１溶離液供給弁を開き、第１溶離液を対応する単位充填塔４の入口側から循環系７内に供給し、Ａ画分の抜き出し位置に相当するＡ画分抜き出し弁Ａを開き、そのすぐ下流側にある遮断弁を閉め、Ａ画分抜き出しライン８を通じてＡ画分の全量を抜き出す。

（Ｄ−Ｃ工程）
第１溶離液を供給するとともに全量をＣ画分抜き出し位置より抜き出す工程では、いずれかの第１溶離液供給弁を開き、第１溶離液を対応する単位充填塔４の入口側から循環系７内に供給し、Ｃ画分の抜き出し位置に相当するＣ画分抜き出し弁Ｃを開き、そのすぐ下流側にある遮断弁を閉め、Ｃ画分抜き出しライン１０を通じてＣ画分の全量を抜き出す。

（循環工程）
一切の供給、抜き出しを行わずに循環系７内の液を移動させる工程（循環工程）では、いずれかの循環流体抜き出し弁Ｚを開き、そのすぐ下流にある遮断弁を閉め、循環抜出しライン１２より全量を循環系７外に抜き出し、第１溶離液供給ポンプＰＤを介し、第１溶離液の供給位置に相当する第１溶離液供給弁Ｄより供給する。

上記の各工程は別々の単位充填塔に供給および抜き出しを実施することで、同時に行うことができる。

次に、図１に示した各弁の開閉サイクルについて説明する。運転の一例を表１に示す。表１には、弁の開閉制御状態を示し、表中の数字は各弁の番号を示し（たとえば、Ｆの項で１はＦ１の弁を示している）、その番号が記入されている弁が開弁されること、あるいはその番号が丸付き数字で表示されている場合は開弁されていることを表している。空欄の場合には、閉弁の状態を示している。また、弁Ａ、Ｂ、Ｃおよび循環流体抜き出し弁Ｚの項では、全量抜き出しを行う弁の番号を示している。空欄の場合にはその弁での抜き出しは行わない。弁Ｒについては、丸付き数字で表示されている番号の弁が閉弁されることを表している。空欄の場合には、開弁の状態を示している。さらに、原液供給ポンプＰＦ、第１溶離液供給ポンプＰＤおよび第２溶離液供給ポンプＰＥの項では、丸印は運転状態を示しており、空欄の場合には、停止状態を示す。なお、表１において（）の表記は”または”を示している。また、表１において、工程Ｎｏ．１−１〜１−４から工程Ｎｏ．５−１〜Ｎｏ．５−４までが、本クロマト装置１における分離処理の１サイクルを示している。

まず、工程Ｎｏ．１−１〜１−４についてみる。
（工程１−１について） 工程１−１では、原液供給弁Ｆ１を開き原液を循環系７内に供給するとともに、Ａ画分抜出弁Ａ１を開き、そこからＡ画分の全量を抜き出す。同時に溶離液供給弁Ｄ４を開き第１溶離液を循環系７内に供給するとともに、Ｂ画分抜出弁Ｂ４を開き、そこからＢ画分の全量を抜き出す。さらに同時に第２溶離液供給弁Ｅ３を開き、第２溶離液を循環系７内に供給するとともに、Ｃ画分抜出し弁Ｃ３を開き、そこからＣ画分の全量を抜出す。したがって、この工程１−１は本発明で言う原液を供給するとともに全量をＡ画分抜出し位置より抜出す第２Ａ工程、第１溶離液を供給するとともに全量をＢ画分抜き出し位置より抜き出す第２Ｂ工程および第２溶離液を供給するとともに全量をＣ画分抜出し位置より抜出す工程からなる第１工程に相当している。

（工程１−２について）
工程１−２では、第１溶離液供給弁Ｄ４を開き第１溶離液を循環系７内に供給するとともに、Ａ画分抜出弁Ａ１を開き、そこからＡ画分の全量を抜き出す。同時に第２溶離液供給弁Ｅ３を開き、第２溶離液を循環系７内に供給するとともに、Ｃ画分抜出し弁Ｃ３を開き、そこからＣ画分の全量を抜出す。したがって、この工程１−２は本発明で言う第１溶離液を供給するとともに全量をＡ画分抜き出し位置より抜き出す工程からなる第２Ａ工程および第２溶離液を供給するとともに全量をＣ画分抜出し位置より抜出す工程からなる第１工程に相当している。このとき原液はＦ０弁を通して原液タンクに戻している。

（工程１−３について）
工程１−３では、第１溶離液供給弁Ｄ４を開き第１溶離液を循環系７内に供給するとともに、Ｃ画分抜出弁Ｃ３を開き、そこからＣ画分の全量を抜き出す。したがって、この工程１−３は本発明で言う第１溶離液を供給するとともに全量をＣ画分抜き出し位置より抜き出す工程からなる第２Ｃ工程に相当している。

（工程１−４について）
工程１−４では、循環流体抜き出し弁Ｚ３を開き、そこから循環流体を循環系７から全量抜き出す。抜き出された循環流体を循環ポンプによって第１溶離液供給弁Ｄ４から再度、循環系７内に供給する。したがって、この工程１−４は本発明で言う一切の供給、抜き出し、遮断を行わずに循環系内の液を移動させる工程（第３工程）に相当している。このとき原液はＦ０弁を通して原液タンクに戻している。

（弁の切替えについて）
以上の一連の工程１−１〜１−４では、原液、第１溶離液、第２溶離液の供給位置、Ａ画分、Ｂ画分、Ｃ画分の抜き出し位置、および循環工程における循環流体抜き出し弁の位置は、ある特定の位置関係に保って実行され、これら一連の工程１−１〜１−４が終了すると、その特定の位置関係を維持しつつ、各制御対象弁の位置を下流側に一つ移行し、次の一連の工程２−１〜２−４を実行する。この移行を順次行うことにより、周知の擬似移動層方式クロマト分離装置の運転操作と同等の機能を達成できる。

（工程２以降について）
工程２−１〜２−４、工程３−１〜３−４、工程４−１〜４−４、工程５−１〜５−４では、上記の如く各弁の位置を一つずつ移行した状態にて、上記工程１−１〜１−４と同様の運転を実行する。工程１−１〜５−４までが実行されると、分離処理の１サイクルが終了する。

（定流量で時間制御または流量制御）
上記分離操作においては、原液供給ポンプＰＦおよび第１溶離液供給ポンプＰＤは、定流量吐出設定としてもよいし、流量制御を行ってもよい。

図１に示したクロマト分離装置１を用いて、グルタミン酸１ｇ／Ｌ、タウリン１ｇ／Ｌ、リジン１ｇ／Ｌよりなる原液を、擬似移動層方式クロマト分離装置で純水を第１溶離液として、1/100ＮのＮａＯＨ水溶液を第２溶離液に用いて分離した。図１に示した装置において、各単位充填塔４は高さ0.5mの円筒型の充填塔４とし、各充填塔４内にナトリウム形の強酸性陽イオン交換樹脂“アンバーライト”ＣＲ−１３１０（ロームアンドハース社製）を充填した。各単位充填塔４内は約70℃に保持した。この擬似移動層において表２の運転工程にしたがい、また、原液および水の供給量（１サイクル当たりの供給量）をそれぞれ表２に示した条件で運転したところ、表３に示すような結果が得られた。

表３から明らかなように、第２溶離液を用いて移動速度の遅い成分を溶出させることにより、樹脂量を低減させ少量の樹脂量にて高い分離性能が得ることができた。このように、本発明の擬似移動層方式のクロマト分離装置によれば、樹脂量が少なく、かつ高い分離性能を得ることができる。

本発明に係る擬似移動層方式クロマト分離方法および装置は、３成分以上の分離が求められるあらゆる原液に適用できる。

本発明の一実施態様に係る３成分分離を行うクロマト分離装置の機器系統図である。

符号の説明

１ クロマト分離装置
２ 原液タンク
３ 原液
４ 単位充填層
５ 吸着剤
６ 配管
７ 循環系
８ Ａ画分抜き出しライン
９ Ａ画分合流管
10 Ｃ画分抜き出しライン
11 Ｃ画分合流管
12 循環抜き出しライン
13 循環抜き出し合流管
14 逆止弁
15 第１溶離液タンク
16 第１溶離液
17 原液供給ライン
18 原液分岐供給ライン
19 原液戻りライン
20 第１溶離液供給ライン
21 第１溶離液分岐供給ライン
22 Ｂ画分抜き出しライン
23 Ｂ画分合流管
24 第２溶離液タンク
25 第２溶離液
26 第２溶離液供給ライン
27 第２溶離液分岐供給ライン
ＰＤ 第１溶離液供給ポンプ
ＰＥ 第２溶離液供給ポンプ
ＰＦ 原液供給ポンプ
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５ Ａ画分抜き出し弁
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５ Ｂ画分抜き出し弁
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５ Ｃ画分抜き出し弁
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５ 第１溶離液供給弁
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５ 第２溶離液供給弁
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５ 原液供給弁
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５ 遮断弁
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ４ 全量抜き出し弁

Claims (4)

1. ３成分以上の成分を含む原液の特定の成分に対して選択的吸着能力を有する吸着剤を充填した複数の単位充填塔を直列に連結するとともに最下流部の単位充填塔と最上流部の単位充填塔を連結することにより無端状に形成された充填層に対して、３成分以上の成分を含む原液を充填層に通流させることにより、吸着剤に対する親和力の順に順次分けた吸着帯域を形成させた循環系に対し、脱着力の弱い第１溶離液を循環系内に供給し、原液中に含まれる成分を下流側に展開させ、同時に吸着剤に対する親和力の順に順次分けた吸着帯域を形成させるとともに、
   脱着力が強い第２溶離液をさらに上流部から供給し、原液中に含まれる移動速度の最も遅い成分として、第１溶離液の供給位置より上流部において単位充填塔から流出する全量を抜き出す第１工程と、
   第１溶離液と原液の少なくとも一方を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度の最も速い成分が富化された充填塔の１箇所から循環系内に供給された液量と等しい量を抜き出す第２Ａ工程と、
   第１溶離液を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度が中間の成分が富化された充填塔の１箇所から循環系内に供給された液量と等しい量を抜き出す第２Ｂ工程と、
   第１溶離液を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度の最も遅い成分として、前記第１溶離液の供給位置より上流部において単位充填塔から流出する全量を抜き出す工程からなる第２Ｃ工程と、
   一切の原液、溶離液の供給、分離された成分の抜き出しを行わずに循環系内の液を循環させる第３工程を組み合わせることで分離を実施し、
   原液供給位置、第１溶離液の供給位置、第２溶離液の供給位置、各成分の抜き出し位置を、循環系内の吸着帯域が移動するのに合わせて、循環系の下流側に順次移動させる操作を行うことを特徴とする、擬似移動層方式クロマト分離方法。
2. 第１工程と第２Ａ工程を同時に実施することを特徴とする、請求項１に記載の擬似移動層方式クロマト分離方法。
3. ３成分以上の成分を含む原液の特定の成分に対して選択的吸着能力を有する吸着剤を充填した複数の単位充填塔を直列に連結するとともに最下流部の単位充填塔と最上流部の単位充填塔を連結することにより無端状に形成された充填層と、３成分以上の成分を含む原液を充填層に通流させる系と、該原液の通流により吸着剤に対する親和力の順に順次分けた吸着帯域を形成する循環系とを備え、この循環系に対し、脱着力の弱い第１溶離液を循環系内に供給し、原液中に含まれる成分を下流側に展開させ、同時に吸着剤に対する親和力の順に順次分けた吸着帯域を形成させるとともに、
   脱着力が強い第２溶離液をさらに上流部から供給し、原液中に含まれる移動速度の最も遅い成分として、第１溶離液の供給位置より上流部において単位充填塔から流出する全量を抜き出す第１工程と、
   第１溶離液と原液の少なくとも一方を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度の最も速い成分が富化された充填塔の１箇所から循環系内に供給された液量と等しい量を抜き出す第２Ａ工程と、
   第１溶離液を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度が中間の成分が富化された充填塔の１箇所から循環系内に供給された液量と等しい量を抜き出す第２Ｂ工程と、
   第１溶離液を循環系内に供給し、循環系内において、原液中に含まれる移動速度の最も遅い成分として、前記第１溶離液の供給位置より上流部において単位充填塔から流出する全量を抜き出す工程からなる第２Ｃ工程と、
   一切の原液、溶離液の供給、分離された成分の抜き出しを行わずに循環系内の液を循環させる第３工程を組み合わせることで分離を実施する分離手段と、
   原液供給位置、第１溶離液の供給位置、第２溶離液の供給位置、各成分の抜き出し位置を、循環系内の吸着帯域が移動するのに合わせて、循環系の下流側に順次移動させる操作を行う操作手段と、
   を有することを特徴とする、擬似移動層方式クロマト分離装置。
4. 分離手段が、第１工程と第２Ａ工程を同時に実施する手段からなることを特徴とする、請求項３に記載の擬似移動層方式クロマト分離装置。

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