JP7282637B2 - SIMULATOR OF CHROMATOGRAPHIC SEPARATION EQUIPMENT, OPERATING CONDITION SEARCHING METHOD FOR CHROMATOGRAPHIC SEPARATION EQUIPMENT, AND SIMULATION PROGRAM FOR CHROMATOGRAPHIC SEPARATION EQUIPMENT - Google Patents
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Description
本発明は、擬似移動層クロマト分離装置のシミュレータ、運転条件探索方法及びシミュレーションプログラムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a simulator of a simulated moving bed chromatography separation apparatus, an operating condition search method, and a simulation program.
従来、擬似移動層方式によるクロマト分離技術が知られている(例えば特許文献1、2)。この擬似移動層方式によるクロマト分離は、吸着剤が充填された複数の単位充填塔(カラム)を無端状に連結し、ここに流体を一方向に流す循環系を用いる。そして、この循環系に、強吸着性成分(=強吸着成分)及び弱吸着性成分(=弱吸着成分)を含む被処理流体(原液)を流入し、充填剤によって画分して、弱吸着性画分(=弱吸着画分)及び強吸着性画分(=強吸着画分)を得る。このために、原液注入口、弱吸着画分の抜出口、溶離液注入口及び強吸着画分の抜出口が、流体の流通方向に向けてこの順に設けられ、上記原液注入口、上記弱吸着画分抜出口、上記溶離液注入口及び上記強吸着画分抜出口を、これらの相対的な位置関係を維持した状態で流体の流通方向に向けて間欠的に移動させる。これにより、クロマト分離の充填剤を溶離液の流通方向に対して逆方向に移動させたのと同じような効果を得て、クロマト分離が行われる。
Conventionally, a chromatographic separation technique using a simulated moving bed system is known (for example,
ここで、クロマト分離カラムにおける分離については、その反応を数式化することができる(例えば、非特許文献1参照)。そこで、クロマト分離装置の設計においては、各種の設定によるシミュレーションすることで、適切な装置設計のための情報を得ることができる。 Here, for separation in a chromatographic separation column, the reaction can be formulated (see, for example, Non-Patent Document 1). Therefore, in designing a chromatographic separation device, it is possible to obtain information for appropriate device design by performing simulations with various settings.
また、運転管理においても、条件の変更などをシミュレーションして的確な運転条件を求めることができれば、有用である。 Also, in operation management, it would be useful if it were possible to obtain accurate operating conditions by simulating changes in conditions.
ここで、回分式のクロマト分離であれば、その運転条件のパラメータの数が少ないので、試行錯誤により運転条件を探索するのは困難ではない。ところが、擬似移動層方式のクロマト分離では、運転条件のパラメータの数が多いので、試行錯誤により運転条件を探索するのは多大な労力と時間を要する。したがって、本願発明は、容易にクロマト分離装置の適切な運転条件を求めることを目的とする。 Here, in the case of batchwise chromatographic separation, since the number of parameters for the operating conditions is small, it is not difficult to search for the operating conditions by trial and error. However, in the simulated moving bed chromatographic separation, there are many operating condition parameters, and it takes a lot of labor and time to search for the operating conditions by trial and error. Accordingly, an object of the present invention is to easily obtain appropriate operating conditions for a chromatographic separation device.
本発明に係るシミュレータは、3本以上のクロマトカラムを環状に接続した環状路に流体を一方向に流通させ、被処理流体と、溶離流体の流入位置を互いに異ならせるとともに順次他方向にシフトさせ、強吸着成分についての画分と弱吸着成分についての画分の流出位置を互いに異ならせるとともに順次他方向にシフトさせる擬似移動層式のクロマト分離装置についての動作を模擬するシミュレーションを行うクロマト分離装置のシミュレータであって、前記環状路には、強吸着成分を主に抜き出す強吸着成分抜出口、及び弱吸着成分を主に回収する弱吸着成分抜出口が設けられ、前記強吸着成分抜出口から抜き出された弱吸着成分を、弱吸着成分の移動経路に基づき複数区分に分類する第1処理、及び前記弱吸着成分抜出口から抜き出された強吸着成分を、強吸着成分の移動経路に基づき複数区分に分類する第2処理の少なくともいずれか一方を実行し、前記環状路には、原液が注入される原液注入口が設けられ、前記弱吸着成分抜出口は、前記原液注入口の下流に位置し、前記強吸着成分抜出口は、前記原液注入口の上流に位置し、前記第1処理は、前記弱吸着成分が前記原液注入口に注入されてから前記強吸着成分抜出口に至るまでの時間における前記シフトに伴う前記原液注入口、前記弱吸着成分抜出口、及び前記強吸着成分抜出口の前記環状路における周回回数と、前記弱吸着成分の前記環状路における周回回数により、前記弱吸着成分を複数の区分に分類し、前記第2処理は、前記強吸着成分が前記原液注入口に注入されてから前記弱吸着成分抜出口に至るまでの時間における前記シフトに伴う前記原液注入口、前記弱吸着成分抜出口、及び前記強吸着成分抜出口の前記環状路における周回回数と、前記強吸着成分の前記環状路における周回回数により、前記強吸着成分を複数の区分に分類する。 The simulator according to the present invention circulates a fluid in one direction in a circular path in which three or more chromatographic columns are connected in a circular manner, and makes the inflow positions of the fluid to be treated and the elution fluid different from each other and sequentially shifted in the other direction. , A chromatographic separation device that simulates the operation of a pseudo-moving-bed chromatographic separation device in which the outflow positions of the strongly adsorbed component fraction and the weakly adsorbed component fraction are made different from each other and sequentially shifted in the other direction. wherein the annular path is provided with a strongly adsorbed component extraction port for mainly extracting the strongly adsorbed component and a weakly adsorbed component extraction port for mainly recovering the weakly adsorbed component, and from the strongly adsorbed component extraction port A first process of classifying the extracted weakly adsorbed components into a plurality of categories based on the migration path of the weakly adsorbed components; At least one of the second processes of classifying into a plurality of sections based on the above is executed, the annular path is provided with a stock solution inlet into which the stock solution is injected, and the weakly adsorbed component extraction port is downstream of the stock solution inlet. , the strongly adsorbed component extraction port is located upstream of the stock solution inlet, and the first process is performed by injecting the weakly adsorbed component into the stock solution inlet and then reaching the strongly adsorbed component extraction port. According to the number of circulations of the undiluted solution inlet, the weakly adsorbed component extraction port, and the strongly adsorbed component extraction port in the annular path and the number of circulations of the weakly adsorbed component in the annular path, the above The weakly adsorbed components are classified into a plurality of categories, and the second process is performed by dividing the stock solution injection accompanying the shift during the time from when the strongly adsorbed components are injected into the stock solution inlet to when the weakly adsorbed components are extracted. The strongly adsorbed components are classified into a plurality of categories according to the number of times the inlet, the weakly adsorbed component extraction port, and the strongly adsorbed component extraction port circulate in the annular path, and the number of circulations of the strongly adsorbed component in the annular path.
また、前記環状路はクロマトカラムを4つ以上有し、各セクションが少なくとも1つクロマトカラムを有するように上流側から下流側に向けて連続した4つのセクション1~4に区切られ、前記環状路には、溶離液が注入される溶離液注入口が設けられ、前記第1セクションは前記溶離液注入口から前記強吸着成分抜出口までの領域であり、前記第4セクションは前記弱吸着成分抜出口から前記溶離液注入口までの領域であり、前記第1処理は、前記弱吸着成分がセクション1からセクション4にセクション1とセクション4の境界を越えて移動した回数と、前記弱吸着成分がセクション4からセクション1に前記境界を越えて移動した回数により前記弱吸着成分を複数の区分に分類し、前記第2処理は、前記強吸着成分がセクション1からセクション4に移動した回数と、前記強吸着成分がセクション4からセクション1に移動した回数により前記強吸着成分を複数の区分に分類するとよい。
Further, the annular path has four or more chromatographic columns, is divided into four
本発明に係る探索方法は、3本以上のクロマトカラムを無端状に接続した環状路に流体を一方向に流通させ、被処理流体と、溶離流体の流入位置を互いに異ならせるとともに順次他方向にシフトさせ、強吸着成分についての画分と弱吸着成分についての画分の流出位置を互いに異ならせるとともに順次他方向にシフトさせる擬似移動層式のクロマト分離装置のシミュレータを用いたクロマト分離装置の運転条件探索方法であって、前記環状路はクロマトカラムを4つ以上有し、各セクションが少なくとも1つクロマトカラムを有するように上流側から下流側に向けて連続した4つのセクション1~4に区切られ、前記環状路には、原液が注入される原液注入口、前記弱吸着成分を主に抜き出す弱吸着成分抜出口、前記強吸着成分を主に抜き出す強吸着成分抜出口、溶離液が注入される溶離液注入口が設けられ、セクション1は前記溶離液注入口から前記強吸着成分抜出口までの領域であり、セクション2は前記強吸着成分抜出口から前記原液注入口までの領域であり、セクション3は前記原液注入口から前記弱吸着成分抜出口までの領域であり、セクション4は前記弱吸着成分抜出口から前記溶離液注入口までの領域であり、第1処理及び第2処理の少なくともいずれか一方を行い、前記第1処理は、前記強吸着成分抜出口から抜き出された弱吸着成分をセクション4の積算流量の変更により対策できる部分とセクション2の積算流量の変更により対策できる部分の2つの部分を含む複数の部分に分けて、該2つの部分のうち少なくとも1つの部分の量を特定する第1の値を得る第1工程と、前記第1の値に基づき前記セクション4の積算流量の変更を含む条件変更、前記セクション2の積算流量の変更を含む条件変更のいずれかを選択し、前記強吸着成分抜出口から抜き出される弱吸着成分の量を調整する第2工程とを備え、前記第2処理は、前記弱吸着成分抜出口から抜き出された強吸着成分をセクション1の積算流量の変更により対策できる部分とセクション3の積算流量の変更により対策できる部分の2つの部分を含む複数の部分に分けて、該2つの部分のうち少なくとも1つの部分の量を特定する第2の値を得る第3工程と、前記第2の値に基づき前記セクション1の積算流量の変更を含む条件変更、前記セクション3の積算流量の変更を含む条件変更のいずれかを選択し、前記弱吸着成分抜出口から抜き出される強吸着成分の量を調整する第4工程とを備える。
In the search method according to the present invention, a fluid is circulated in one direction in a circular path in which three or more chromatography columns are endlessly connected, and the inflow positions of the fluid to be treated and the elution fluid are made different from each other, and sequentially in the other direction. Operation of a chromatographic separation apparatus using a simulated moving bed type chromatographic separation apparatus simulator in which the outflow positions of the fraction for the strongly adsorbed component and the fraction for the weakly adsorbed component are shifted to differ from each other and sequentially shifted in the other direction. In the condition search method, the circular path has four or more chromatographic columns, and is divided into four
本発明に係るプログラムは、3本以上のクロマトカラムを環状に接続した環状路に流体を一方向に流通させ、被処理流体と、溶離流体の流入位置を互いに異ならせるとともに順次他方向にシフトさせ、強吸着成分についての画分と弱吸着成分についての画分の流出位置を互いに異ならせるとともに順次他方向にシフトさせる擬似移動層式のクロマト分離装置についての動作を模擬するシミュレーションを行うクロマト分離装置のシミュレーションプログラムであって、前記環状路には、強吸着成分を主に抜き出す強吸着成分抜出口、及び弱吸着成分を主に回収する弱吸着成分抜出口が設けられ、シミュレータに、前記強吸着成分抜出口から抜き出された弱吸着成分を、弱吸着成分の移動経路に基づき複数区分に分類する第1処理、及び前記弱吸着成分抜出口から抜き出された強吸着成分を、強吸着成分の移動経路に基づき複数区分に分類する第2処理の少なくともいずれか一方を実行させ、前記環状路には、原液が注入される原液注入口が設けられ、前記弱吸着成分抜出口は、前記原液注入口の下流に位置し、前記強吸着成分抜出口は、前記原液注入口の上流に位置し、前記第1処理は、前記弱吸着成分が前記原液注入口に注入されてから前記強吸着成分抜出口に至るまでの時間における前記シフトに伴う前記原液注入口、前記弱吸着成分抜出口、及び前記強吸着成分抜出口の前記環状路における周回回数と、前記弱吸着成分の前記環状路における周回回数により、前記弱吸着成分を複数の区分に分類し、前記第2処理は、前記強吸着成分が前記原液注入口に注入されてから前記弱吸着成分抜出口に至るまでの時間における前記シフトに伴う前記原液注入口、前記弱吸着成分抜出口、及び前記強吸着成分抜出口の前記環状路における周回回数と、前記強吸着成分の前記環状路における周回回数により、前記強吸着成分を複数の区分に分類する。 A program according to the present invention circulates a fluid in one direction in a circular path in which three or more chromatography columns are circularly connected, and makes the inflow positions of the fluid to be processed and the elution fluid different from each other and sequentially shifted in the other direction. , A chromatographic separation device that simulates the operation of a pseudo-moving-bed chromatographic separation device in which the outflow positions of the strongly adsorbed component fraction and the weakly adsorbed component fraction are made different from each other and sequentially shifted in the other direction. wherein the annular path is provided with a strongly adsorbed component outlet for mainly extracting strongly adsorbed components and a weakly adsorbed component outlet for mainly recovering weakly adsorbed components; A first process of classifying the weakly adsorbed components extracted from the component extraction port into a plurality of categories based on the movement path of the weakly adsorbed components, and classifying the strongly adsorbed components extracted from the weakly adsorbed component extraction port into the strongly adsorbed components. At least one of the second processes of classifying into a plurality of categories based on the movement path of is executed, the circular path is provided with a stock solution inlet into which the stock solution is injected, and the weakly adsorbed component extraction port is provided with the stock solution The strongly adsorbed component outlet is located downstream of the inlet, the strongly adsorbed component extraction port is located upstream of the stock solution inlet, and the first treatment is performed by injecting the weakly adsorbed component into the stock solution inlet and then the strongly adsorbed component. The number of circulations of the undiluted solution inlet, the weakly adsorbed component outlet, and the strongly adsorbed component outlet in the circular path, and the number of cycles of the weakly adsorbed component in the annular path during the time until the extraction port is reached. The weakly adsorbed components are classified into a plurality of categories according to the number of times, and the second process is performed on the shift in the time from when the strongly adsorbed components are injected into the stock solution inlet to when the weakly adsorbed components are extracted. The strongly adsorbed components are divided into a plurality of categories according to the number of revolutions of the undiluted solution inlet, the weakly adsorbed component outlet, and the strongly adsorbed component outlet in the circular path, and the number of revolutions of the strongly adsorbed components in the annular path. classified into
一実施形態に係るシミュレータによれば、誤って弱吸着成分抜出口から抜き出される強吸着成分(漏れ成分)をその移動経路に応じて分類できる。同様に、誤って強吸着成分抜出口から抜き出される弱吸着成分(漏れ成分)をその移動経路に応じて分類できる。したがって、漏れの原因を吸着成分の移動経路から特定できるので、容易にクロマト分離装置の適切な運転条件を求めることができる。 According to the simulator according to one embodiment, strongly adsorbed components (leak components) erroneously extracted from the weakly adsorbed component extracting port can be classified according to their movement paths. Similarly, weakly adsorbed components (leakage components) erroneously extracted from the strongly adsorbed component extraction port can be classified according to their movement paths. Therefore, since the cause of the leakage can be identified from the movement path of the adsorbed component, it is possible to easily determine the appropriate operating conditions for the chromatographic separation device.
また、一実施形態の運転条件探索方法によれば、誤って弱吸着成分抜出口から抜き出される強吸着成分(漏れ成分)の一部分を特定する第1の値に応じてシミュレータの運転条件を変更できる。同様に、誤って強吸着成分抜出口から抜き出される弱吸着成分(漏れ成分)の一部分を特定する第2の値に応じてシミュレータの運転条件を変更できる。したがって、漏れの原因に関連する値(第1の値、第2の値)に応じてシミュレータの運転条件を変更できるため、容易にクロマト分離装置の適切な運転条件を探索することができる。 Further, according to the operating condition search method of one embodiment, the operating conditions of the simulator are changed in accordance with the first value that identifies a portion of the strongly adsorbed component (leakage component) mistakenly extracted from the weakly adsorbed component extraction port. can. Similarly, the operating conditions of the simulator can be changed according to a second value that specifies a portion of the weakly adsorbed component (leakage component) mistakenly extracted from the strongly adsorbed component extraction port. Therefore, since the operating conditions of the simulator can be changed according to the values (first value, second value) related to the cause of leakage, it is possible to easily search for suitable operating conditions of the chromatographic separation apparatus.
このように、適切な運転条件を容易に求めることができ、求められた運転条件に基づいて、装置の設計や、装置の運転を行うことができる。 In this way, suitable operating conditions can be easily determined, and the device can be designed and operated based on the determined operating conditions.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. It should be noted that the invention is not limited to the embodiments described herein.
<クロマト分離装置>
まず、擬似移動層方式のクロマト分離装置について、簡単に説明する。図1は、6つのクロマトカラム(カラム)1~6を、環状路を形成するように直列接続して循環系のクロマト分離装置を構成した例である。カラムが6つあるので、Step1~Step6の6つのステップを1サイクルとして処理を行い、これを繰り返す。なお、実際の装置では、カラムの位置を固定し、被処理流体(原液)の流入位置及び画分の抜き出し(流出)位置をシフトするが、シミュレーションでは、便宜的にカラムの位置を動かし被処理流体(原液)の流入位置及び画分の抜き出し(流出)位置を固定するように設定した。そこで、図1においては、カラムがシフトするように表してある。
<Chromatographic separation device>
First, the simulated moving bed type chromatographic separation apparatus will be briefly described. FIG. 1 shows an example in which six chromatographic columns (columns) 1 to 6 are connected in series to form a circular path to constitute a circulatory chromatographic separation apparatus. Since there are six columns, six steps from
本実施形態においては、被処理流体、溶離流体として気体も対象とするが、以下では液体を対象として説明する。 In the present embodiment, gas is also targeted as the fluid to be processed and the elution fluid, but liquids will be described below.
Step1においては、カラムは右から4,5,6,1,2,3の順番に並んでおり、流体(液体)は一方向、すなわち右から左に流れ、一番左のカラムから一番右のカラムに流れる。原液の注入口Fは、カラム6と1の間に設けられ、カラム1に流入される。弱吸着成分を主に含む画分Aの抜出口A(弱吸着成分抜出口)は、カラム2と3の間に設けられ、カラム2からの流出流体の一部が画分Aとして流出される。また、溶離流体(溶離液)の注入口Dは、カラム3と4の間に設けられ、カラム4に流入される。強吸着成分を主に含む画分Cの抜出口C(強吸着成分抜出口)は、カラム4と5の間に設けられ、カラム4からの流出流体の一部が画分Cとして抜き出される。なお、画分Aは本明細書では弱吸着画分とも呼び、文献等ではラフィネートとも呼ばれている。画分Cは本明細書では強吸着画分とも呼び、文献等ではエクストラクトとも呼ばれる。
In
ここで、処理の開始当初は、弱吸着成分、強吸着成分ともに、注入口Fから流入してカラム1にあり、クロマト分離はできていないが、定常状態となれば、弱吸着成分、強吸着成分が違うカラムに偏在することになり、分離が可能になる。すなわち、弱吸着成分は溶離液の流れによって図における左側に移動し、一方強吸着成分はカラムのシフト(充填剤の移動)によって図における右側に移動する。ある時点で所定量の原液及び溶離液を流入し、その流入に対応する画分A,Cを抜出口A,Cから抜き出す。これを1Stepとして、原液及び溶離液の流入位置及び画分A,Cの流出位置をシフトして、次のステップに移る。これを無端状に接続されたカラムに対し繰り返す。図1の例では、6つのカラムがあるので、6Stepが1サイクルとなる。なお、原液及び溶離液の流入タイミングは別でもよく、また画分A,Cの流出タイミングも別でよい。
Here, at the beginning of the treatment, both the weakly adsorbed component and the strongly adsorbed component flowed in from the injection port F and were in the
図2には、処理が定常状態となった場合のStep1における各カラムの濃度分布を模式的に示している。カラム1への原液の流入、カラム4への溶離液の流入、カラム2からの画分Aの流出、カラム4からの画分Cの流出によって、状態(a)となり、その後溶離液の循環によって、弱吸着成分(実線で濃度を示す)、強吸着成分(破線で濃度を示す)が移動する(状態(b)~(d))。そして、1カラム分移動した時点で、Step1が終了し、カラムが、溶離液の流れの方向と逆方向に1つ移動し、Step2の状態(e)となる。これによって、濃度分布はStep1の状態(a)と同じになる。このようにして、原液から、弱吸着成分、強吸着成分を分離することができる。
FIG. 2 schematically shows the concentration distribution of each column in
図3には、カラム内に溶離液が右方向から左方向に流れるとし、上から下が時間の経過と仮定した場合のカラム内の位置、時間を示してある。1つのカラムは長さがLであり、ステップの時間がTsである。図2(a)~図2(e)は、図3の右側に示した(a)~(e)の時間における、それぞれのカラムの位置における弱吸着成分(実線)、強吸着成分(破線)の濃度を示したものである。 FIG. 3 shows the position and time in the column when it is assumed that the eluent flows in the column from right to left, and the passage of time is assumed to flow from top to bottom. A column is of length L and the step time is Ts. 2(a) to 2(e) show weakly adsorbed components (solid lines) and strongly adsorbed components (dashed lines) at respective column positions at times (a) to (e) shown on the right side of FIG. It shows the concentration of
<トライアングルセオリー>
次に、トライアングルセオリーを説明する。擬似移動層方式によるクロマト分離において、良好な分離精製を実現するために必要な、液の流入ないし流出の条件について、図4に示す擬似移動層方式の概念図を参照して説明する。図4は、溶離液供給口Dと抜出口Cとの間をセクション1、抜出口Cと原液注入口Fとの間をセクション2、原液注入口Fと抜出口Aとの間をセクション3、抜出口Aと溶離液注入口Dまでの間をセクション4として表している。また、V1~V4はそれぞれ、1ステップ当たりの、セクション1~4の積算流量を意味する。図4中の矢印は流体の流れる方向を示す。図1の例に対応させると、セクション1が一番右の1カラム(Step1のカラム4)、セクション2が右から2-3番目の2カラム(Step1のカラム5-6)、セクション3が右から4-5番目の2カラム(Step1のカラム1-2)、セクション4が一番左の1カラム(Step1のカラム3)に対応する。なお、下記説明は、各セクションにつき同一のカラム1本ずつを用いている場合を想定したものである。
<Triangle theory>
Next, the triangle theory will be explained. In the chromatographic separation by the simulated moving bed method, conditions for inflow or outflow of the liquid necessary for realizing good separation and purification will be described with reference to the conceptual diagram of the simulated moving bed method shown in FIG. FIG. 4
図4中、セクション2及び3に着目すると、擬似移動層方式を実現するには、積算流量V2で、弱吸着成分がセクション2の長さを超えて移動し、強吸着成分の移動は、セクション2の距離未満に抑える必要があり、また、積算流量V3で、弱吸着成分がセクション3の長さを超えて移動し、強吸着成分の移動は、セクション3の距離未満に抑える必要がある。こうすることで、各入出口D、C,F、Aの位置を基準として、これらを下流側へと移動させた際に、弱吸着成分はさらに下流側へ、強吸着成分については上流側へと、相対的に(擬似的に)移動させることができる。すなわち、弱吸着成分を抜出口Aから、強吸着成分を抜出口Cから、それぞれ抜き出すことができる。
Focusing on
すなわち、セクションj(j=1~4のいずれか)の積算流量をVj
acc、強吸着成分の溶離体積(1つのセクションの長さを通過するのに必要な液量)をV強吸着成分
elutionとし、弱吸着成分のAの溶離体積をV弱吸着成分
elutionとすると、下記式(1)~(4)が成立する。
V2
acc>V弱吸着成分
elution 式(1)
V2
acc<V強吸着成分
elution 式(2)
V3
acc>V弱吸着成分
elution 式(3)
V3
acc<V強吸着成分
elution 式(4)
That is, V j acc is the integrated flow rate of section j (j = any of 1 to 4) , and V elution and the elution volume of the weakly adsorbed component A is the weakly adsorbed component elution , the following equations (1) to (4) are established.
V 2 acc > V weakly adsorbed component elution formula (1)
V 2 acc < V strongly adsorbed component elution formula (2)
V 3 acc > V weakly adsorbed component elution formula (3)
V 3 acc < V strongly adsorbed component elution formula (4)
一方、セクション1に着目すると、積算流量V1で、強吸着成分の移動距離がセクション1の長さ未満であると、強吸着成分(抜出口Cから抜き出されずに上流側へと通過してしまった強吸着成分)を抜出口Cから抜き出すことができない。その状態では、強吸着成分がカラムの充填剤に吸着されたまま次の工程切り換え時にセクション4に進むことになり、画分Aへの汚染をもたらす。すなわち、充填剤が十分再生されていない状態だといえる。したがって、セクション1においては、積算流量V1で、強吸着成分の移動距離がセクション1の長さを超えて移動する必要があるとされる。
On the other hand, focusing on
すなわち、下記式(5)が成立する。
V1
acc>V強吸着成分
elution 式(5)
That is, the following formula (5) holds.
V 1 acc > V strongly adsorbed component elution formula (5)
また、セクション4に着目すると、積算流量V4で、弱吸着成分の移動距離がセクション4の長さを超えると、弱吸着成分(抜出口Aから抜き出されずに通過してしまった弱吸着成分)を抜出口Aから抜き出すことができない。その状態では、弱吸着成分が溶離液とともに、セクション1に進むことに有り、画分Cへの汚染をもたらす。溶離液が十分再生されていない状態だといえる。したがって、セクション4においては、積算流量V4で、弱吸着成分の移動距離がセクション4の長さ未満とする必要があるとされる。
Focusing on
すなわち、下記式(6)が成立する。
V4
acc<V弱吸着成分
elution 式(6)
That is, the following formula (6) is established.
V 4 acc < V weakly adsorbed component elution formula (6)
上記各式を満たす関係はいわゆるトライアングルセオリーと呼ばれ、例えば、Journal of Chromatography A,1216(2009)p.709-738等においても報告されている。 A relationship that satisfies each of the above expressions is called a so-called triangle theory. 709-738 and the like.
以上がトライアングルセオリーを成立させるための条件の説明であり、擬似移動層方式ではこのトライアングルセオリーを満たす運転条件により、目的物の分離、精製が行われている。なお、トライアングルセオリーは各セクションにカラムが2本以上ある場合にも適用でき、この場合、上記説明における「セクションの長さ」を「カラム1本分の長さ」に読み替えればよい。 The above is an explanation of the conditions for establishing the triangle theory, and in the simulated moving bed system, the separation and purification of the target substance are carried out under the operating conditions that satisfy this triangle theory. Note that the triangle theory can also be applied when each section has two or more columns. In this case, the "length of the section" in the above description should be read as "the length of one column".
弱吸着成分と強吸着成分の分離を考えた場合、トライアングルセオリーによれば、各セクションにおける弱吸着成分、強吸着成分の移動方向が図5に示したようになればよいことになる。すなわち、弱吸着成分については、セクション1~3において溶離液の流れ方向に従い図における左方向、セクション4において溶離液の流れ方向と反対の右方向に移動すればよい。また、強吸着成分については、セクション1~4においてカラムの移動方向(溶離液の流れ方向と反対)に従い図における右方向、セクション1においてカラムの移動方向と反対の左方向に移動すればよい。
When considering the separation of the weakly adsorbed component and the strongly adsorbed component, according to the triangle theory, the direction of movement of the weakly adsorbed component and the strongly adsorbed component in each section should be as shown in FIG. That is, the weakly adsorbed component can be moved leftward in the figure according to the flow direction of the eluent in
上記のトライアングルセオリーを導出するのに用いた各吸着成分の「溶離体積」は、各吸着成分の平均の移動の速さを基準にしている。ここで、実際の装置の場合には、拡散による各吸着成分の速さには分布幅を生じるため、上述したトライアングルセオリーに従うだけでは不十分で有り、ある程度のマージンをとらなければならない。マージンを多くとれば、分離はより確実になるが、原液処理量が減る、または溶離液使用量が増える、またはその両方というデメリットがある。したがって、経済的な運転のためには、必要最小限のマージンを求めることが必要である。その探索のためには、実験またはシミュレーションによる試行錯誤が行われ、本実施形態におけるシミュレーションにより、適切な設計条件、運転条件を得ることができる。 The "elution volume" of each adsorbed component used to derive the above triangle theory is based on the average migration speed of each adsorbed component. Here, in the case of an actual device, since the velocity of each adsorbed component due to diffusion has a distribution width, it is not sufficient to follow the above-mentioned triangle theory, and a certain margin must be provided. The larger the margin, the more reliable the separation, but the disadvantage is that the amount of stock solution to be processed is reduced, the amount of eluent used is increased, or both. Therefore, it is necessary to obtain the minimum necessary margin for economical operation. For that search, trial and error is performed through experiments or simulations, and through the simulations of this embodiment, appropriate design conditions and operating conditions can be obtained.
<漏れについて>
上述のマージンが十分でないと許容できない量の漏れが生じる。ここで、画分C(強吸着画分)に回収された弱吸着成分を「弱吸着成分の漏れ」、画分A(弱吸着画分)に回収された強吸着成分を「強吸着成分の漏れ」を呼ぶことにする。
<About leakage>
An unacceptable amount of leakage will result if the above margins are not sufficient. Here, the weakly adsorbed components recovered in fraction C (strongly adsorbed fraction) are referred to as "leakage of weakly adsorbed components", and the strongly adsorbed components recovered in fraction A (weakly adsorbed fraction) are referred to as "strongly adsorbed components Let's call it "leakage".
仮に、弱吸着成分についてのみを考えると、次のようなケースが考えられる。これについて、図6に基づいて説明する。図においては、弱吸着成分をグレーの丸で模式的に示している。 If only weakly adsorbed components are considered, the following cases can be considered. This will be described with reference to FIG. In the figure, weakly adsorbed components are schematically indicated by gray circles.
まず、図6(a)では、弱吸着成分が流入された後、溶離液の流れに乗り注入口Fから左方向に移動する。図6(b)に示すように、抜出口Aから抜き出される。ここで、カラム位置6のカラムにおいては、弱吸着成分についての移動方向を溶離液の流れの方向とは逆方向になるように条件設定を行うが、トライアングルセオリーにおけるマージンが不十分であれば、許容できない量の弱吸着成分については図6(c)に示すように、一部は溶離液とともに、流れていく。これは弱吸着成分の漏れのうちの「周回進みを経た経路による漏れ」である。
First, in FIG. 6(a), after the weakly adsorbed component is introduced, it moves leftward from the inlet F along with the flow of the eluent. As shown in FIG. 6(b), it is pulled out from the extraction port A. Here, in the column at
また、擬似移動層式では、カラムが溶離液の流れの方向とは逆方向にシフトする。したがって、図6(c)充填剤に吸着された弱吸着成分は、カラムのシフトに伴い溶離液の流れの方向とは逆方向に移動する。そして、図6(d)に示すように、弱吸着成分の一部が抜出口Cから抜き出される。これは弱吸着成分の漏れのうちの「周回進みを経ない経路による漏れ」である。 Also, in the simulated moving bed system, the column shifts in the direction opposite to the direction of flow of the eluent. Therefore, the weakly adsorbed component adsorbed on the packing material in FIG. 6(c) moves in the direction opposite to the flow direction of the eluent as the column shifts. Then, as shown in FIG. 6(d), part of the weakly adsorbed component is drawn out from the drawing port C. As shown in FIG. This is "leakage through a route that does not go around" among the leaks of weakly adsorbed components.
このように、弱吸着成分が抜出口Cから流出する移動経路は、すくなくとも2つに分類することができ、クロマト分離装置を設計したり、運転条件の探索を行う場合には、これら2つの移動経路による漏れに対する対処は異なる。したがって、2つの移動経路による漏れについて、区別することが必要となる。なお、強吸着成分についても、同様に強吸着成分の移動経路に応じてすくなくとも2つの種類の漏れ、「周回遅れを経た経路による漏れ」と「周回遅れを経ない経路による漏れ」が存在する。 In this way, the migration path along which the weakly adsorbed component flows out from the extraction port C can be classified into at least two. The handling of path leakage is different. Therefore, it is necessary to distinguish between leaks due to the two travel paths. As for the strongly adsorbed components, there are at least two types of leaks, "leakage due to a circuit delay path" and "leakage due to a circuit without a circuit delay", depending on the movement path of the strongly adsorbed component.
<第1実施形態>
図7は、第1実施形態に係るシミュレータ10を示す。通常は、汎用のコンピュータが使用され、アプリケーションプログラムとして、以降に示す計算により成分の分離を行う擬似移動層クロマト分離装置を模擬するクロマト分離装置のシミュレーションプログラムがインストールされる。シミュレータ10は、入力部12、処理部14及び出力部16を有する。入力部12からは、装置についての各種条件が入力されるとともに、被処理液の性状が入力される。処理部14は、シミュレーションプログラムを実行することで、画分A,Cとして抜き出される弱吸着成分、強吸着成分を算出し、その結果が出力部16から出力される。
<First Embodiment>
FIG. 7 shows the
第1実施形態に係るシミュレータは、各吸着成分の漏れに至る移動経路に基づき複数の部分に分類する。シミュレータは、前述の2つの移動経路(弱吸着成分の漏れについては「周回進みを経た経路による漏れ」「周回進みを経ない経路による漏れ」、強吸着成分の漏れについては「周回遅れを経た経路による漏れ」「周回遅れを経ない経路による漏れ」)に基づいて各吸着成分を分類する。 The simulator according to the first embodiment classifies each adsorbed component into a plurality of parts based on the movement path leading to the leak. The simulator uses the above-mentioned two migration routes ("leakage through the route that passes through the orbital advance" and "leakage through the route that does not undergo the orbital advance" for the leakage of weakly adsorbed components, Each adsorbed component is classified based on "leakage due to leakage" and "leakage due to route without round-trip delay").
第1実施形態に係るシミュレータは、以下の規則に従い、各吸着成分にラベルを付与する。
・原液として注入された時点ではラベルを(0)とする。
・溶離液が流入される部分に周回進み・遅れ判定部を設ける。
・周回進み・遅れ判定部の上流から下流へ通過した時には、ラベルの数を1増加させる。
周回進み・遅れ判定部の下流から上流へ移動したときには、ラベルの数を1減少させる。
これは、ステップの移行時に周回進み・遅れ判定部(すなわち溶離液が流入する部分)がカラムを追い越したときに、そのカラム内の成分について起きる事象である。
・回収時のラベルをもって、各吸着成分の漏れのラベルとする。
The simulator according to the first embodiment labels each adsorption component according to the following rules.
・When injected as a stock solution, the label is set to (0).
・Provide a circuit advance/delay judgment unit in the part where the eluent flows.
・Increase the number of labels by 1 when passing from the upstream to the downstream of the circuit advance/delay determination section.
The number of labels is decremented by one when moving from downstream to upstream of the circuit advance/delay determination unit.
This is an event that occurs with respect to the components in the column when the advance/delay determination unit (that is, the portion into which the eluent flows) overtakes the column during step transition.
・Use the label at the time of recovery as the label for leakage of each adsorbed component.
このようなラベルの付与によって、各吸着成分の経路による漏れは、次のように回収時のラベルにより判断できる。
・弱吸着成分の周回進みを経た経路による漏れは、回収時のラベルが正となる。
・弱吸着成分の周回進みを経ない経路による漏れは、回収時のラベルが非正となる。
・強吸着成分の周回遅れを経た経路による漏れは、回収時のラベルが負となる。
・強吸着成分の周回遅れを経ない経路による漏れは、回収時のラベルが非負となる。
With such labeling, the leakage through the route of each adsorbed component can be judged by the label at the time of recovery as follows.
・The label at the time of recovery will be positive for leaks due to the path through which the weakly adsorbed component has traveled.
・If the weakly adsorbed component leaks through a route that does not go around, the label at the time of recovery will be incorrect.
・Leakage due to a route that passes through the circulation delay of the strongly adsorbed component will have a negative label at the time of collection.
・A non-negative label will be displayed at the time of collection for leaks that do not pass through the circulation delay of strongly adsorbed components.
経路による漏れ、ラベル、及びその対策をまとめると以下の表になる。なお、表に示す漏れの対策については、第2実施形態にて後述する。
次に、弱吸着成分のラベル付与について図8、図9に基づいて説明する。すなわち、循環系の1つの場所(特定位置)に周回進み・遅れ判定の場所を設ける。図においては、一番右のカラムに溶離液が流入する部分に周回進み・遅れ判定部を設ける。これによって、図8(a)~図8(d)に示された状態は、弱吸着成分は原液として注入されて以来周回進み・遅れ判定部を通過していないため、弱吸着成分(0)とラベルを付与される。 Next, labeling of weakly adsorbed components will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. In other words, one place (specific position) in the circulatory system is provided with a place for determining whether the circuit advances or lags. In the figure, a circuit advance/delay determination unit is provided at the portion where the eluent flows into the rightmost column. As a result, the states shown in FIGS. 8(a) to 8(d) are the weakly adsorbed component (0) because the weakly adsorbed component has not passed the orbit advance/delay determination unit since being injected as the undiluted solution. and labeled.
一方、図9(a)に示すように、弱吸着成分が抜出口Aから流出せずに通過し、周回進み・遅れ判定部を通過した場合には弱吸着成分(+1)とラベルを付与される。そして、図9(b)に示すように、抜出口Cから出た弱吸着成分についても弱吸着成分(+1)とラベルを付与されている。さらに、図9(c)に示すように、抜出口Cを通過して、抜出口Aから抜き出された弱吸着成分も弱吸着成分(+1)とラベルを付与されている。このように、通過回数に応じてラベルを付与される。 On the other hand, as shown in FIG. 9(a), when the weakly adsorbed component passes through the extraction port A without flowing out and passes through the orbit advance/delay determination unit, it is labeled as a weakly adsorbed component (+1). be. Then, as shown in FIG. 9B, the weakly adsorbed component discharged from the extraction port C is also labeled as a weakly adsorbed component (+1). Furthermore, as shown in FIG. 9(c), the weakly adsorbed component passed through the outlet C and extracted from the outlet A is also labeled as the weakly adsorbed component (+1). In this way, labels are given according to the number of times of passage.
また、図9(d)に示すように、周回進み・遅れ判定部を過ぎて弱吸着成分(+1)とラベルを付与されている弱吸着成分があるカラムについて、カラムシフトによって周回進み・遅れ判定部の手前にシフトされた場合には、ラベルは弱吸着成分(0)に戻される。 Further, as shown in FIG. 9(d), with respect to a column having a weakly adsorbed component labeled as a weakly adsorbed component (+1) past the cycle advance/delay determination part, the cycle advance/delay determination is performed by column shift. When shifted to the front of the part, the label is returned to the weakly adsorbed component (0).
図9においては、弱吸着成分(0)と弱吸着成分(+1)のみを記載したが、周回進み・遅れ判定部の通過によってラベルの値は1増加または1減少するため、弱吸着成分(2)以上もあり、また弱吸着成分(-1)以下もある。 In FIG. 9, only the weakly adsorbed component (0) and the weakly adsorbed component (+1) are shown. ) or more, and also weakly adsorbed components (-1) or less.
このようにして、周回進み・遅れ判定を行うことで、回収される弱吸着成分について、経路に係るラベが付与されている。本実施形態では、弱吸着成分の漏れは、その回収時のラベルが非正の場合は周回進みを経た経路によるものであり、ラベルが正の場合は周回進みを経ない経路によるものであると判断することができる。したがって、同じ弱吸着成分についてその経路別に量を確認することができ、漏れを少なくするための対処についての検討が可能になる。 In this way, by performing the round advance/delay determination, the recovered weakly adsorbed components are labeled according to the route. In this embodiment, the leakage of the weakly adsorbed component is assumed to be due to the path through which the circulation advances if the label at the time of recovery is non-positive, and that it is due to the path that does not undergo the circulation advance if the label is positive. can judge. Therefore, it is possible to check the amount of the same weakly adsorbed component for each route, and to consider countermeasures for reducing leakage.
強吸着成分についても、同様に算出することが可能になる。すなわち、図10に示すように、強吸着成分については、カラムのシフトによって充填剤と一緒に移動するものが主流となり、基本的に溶離液の移動方向とは逆方向に移動する。したがって、注入口Fから流入された強吸着成分は強吸着成分(0)とラベルを付与されており、これがそのまま抜出口Cから抜き出されれば、その強吸着成分は強吸着成分(0)とラベルを付与されている。一方、抜出口Cを通過して、周回進み・遅れ判定部を通過した場合には、強吸着成分(-1)とラベルを付与され、これが抜出口Aから抜き出されれば、その成分強吸着成分は強吸着成分(-1)とラベルを付与されている。周回進み・遅れ判定部の通過によって、強吸着成分(-2)以下もあり、また強吸着成分(+1)以上もあるが、強吸着成分について、強吸着成分(0),強吸着成分(-1)が主にラベルを付与される。本実施形態では、強吸着成分の漏れは、その回収時のラベルの値が非負の場合は周回遅れを経た経路によるものであり、ラベルの値が負の場合は周回遅れを経ない経路によるものである。 The strongly adsorbed component can also be calculated in the same manner. That is, as shown in FIG. 10, the strongly adsorbed components mainly move along with the packing material due to the column shift, and basically move in the direction opposite to the moving direction of the eluent. Therefore, the strongly adsorbed component that has flowed in through the inlet F is labeled as strongly adsorbed component (0). and labeled. On the other hand, when it passes through the outlet C and passes the orbital advance/delay determination part, it is labeled as a strongly adsorbed component (-1), and if this is extracted from the outlet A, the component strength The adsorbed component is labeled as strongly adsorbed component (-1). Depending on the passage of the orbital advance/delay determination part, there are strongly adsorbed components (-2) or less, and there are strongly adsorbed components (+1) or more. 1) is mainly labeled. In the present embodiment, the leakage of the strongly adsorbed component is due to a route that passes through a round trip delay if the label value at the time of collection is non-negative, and through a route that does not pass through a round trip delay if the label value is negative. is.
このように、第1実施形態では、抜出口A,Cから抜き出される弱吸着成分、強吸着成分について、周回進み・遅れ判定によるラベルの付与がなされ、それぞれの移動経路が特定される。すなわち、各抜出口A,Cごとにそこから抜き出される弱吸着成分、強吸着成分について、それぞれ移動経路に応じた分類がされている。したがって、誤って抜出口Aから抜き出される強吸着成分をその移動経路(強吸着成分(0),強吸着成分(-1)の別)に応じて分類できる。同様に、誤って抜出口Cから抜き出される弱吸着成分をその移動経路(弱吸着成分(0),弱吸着成分(+1)の別)に応じて分類できる。したがって、誤りの原因を吸着成分の移動経路から特定できるので、クロマト分離装置の適切な運転条件を容易に探索することができる。 As described above, in the first embodiment, the weakly adsorbed components and the strongly adsorbed components extracted from the extraction ports A and C are labeled by the circuit advance/delay determination, and their movement paths are specified. That is, the weakly adsorbed components and the strongly adsorbed components extracted from each of the extraction ports A and C are classified according to their movement paths. Therefore, the strongly adsorbed components erroneously extracted from the outlet A can be classified according to their movement paths (strongly adsorbed components (0) and strongly adsorbed components (-1)). Similarly, the weakly adsorbed components erroneously extracted from the extraction port C can be classified according to their movement paths (weakly adsorbed components (0) and weakly adsorbed components (+1)). Therefore, since the cause of the error can be identified from the movement path of the adsorbed component, it is possible to easily search for suitable operating conditions for the chromatographic separation apparatus.
このようにして、第1実施形態においては、抜き出された成分についての移動経路が特定できる。そこで、特定された移動経路に基づいて、運転条件を調整して、適切な運転にすることができる。 In this way, in the first embodiment, it is possible to identify the movement path of the extracted component. Therefore, it is possible to adjust the operating conditions based on the specified movement route and perform appropriate operation.
第1実施形態は、弱吸着成分及び強吸着成分を次のような演算から分類してもよい。 In the first embodiment, weakly adsorbed components and strongly adsorbed components may be classified by the following calculation.
弱吸着成分が原液注入口Fに注入されてから強吸着成分抜出口Cに至るまでの時間におけるシフトに伴う原液注入口F、弱吸着成分抜出口A、及び強吸着成分抜出口Cの環状路における周回回数と、弱吸着成分の環状路における周回回数により、弱吸着成分の漏れを複数の区分に分類する。 Circular path of stock solution inlet F, weakly adsorbed component outlet A, and strongly adsorbed component outlet C associated with a shift in the time from when the weakly adsorbed component is injected into the raw solution inlet F to when it reaches the strongly adsorbed component outlet C. Leakage of the weakly adsorbed component is classified into a plurality of categories according to the number of laps in the loop and the number of laps of the weakly adsorbed component in the annular path.
具体的に、周回回数の差に基づく値Y1を式「Y1=(弱吸着成分の周回回数)-(注入口・抜出口の周回回数)-X1」を用いて算出し、値Y1に基づき分類する。ここで、「弱吸着成分の周回回数」及び「注入口・抜出口の周回回数」は、カラムの位置を固定して注入口及び抜出口を移動させる描像において算出する。また、X1はY1を整数に補正するためのパラメータであり、溶離液注入口の下流、原液注入口の上流に吸着成分が位置するときには負となるように、原液注入口Fの下流、溶離液注入口Dの上流に弱吸着成分が位置するときには正となるようにとる。Y1は上記ラベルの値に等しい。 Specifically, the value Y1 based on the difference in the number of circulations is calculated using the formula "Y1 = (number of circulations of the weakly adsorbed component) - (number of circulations of the inlet/outlet) - X1", and classified based on the value Y1. do. Here, "the number of turns of the weakly adsorbed component" and "the number of turns of the injection port/extraction port" are calculated in an image in which the position of the column is fixed and the injection port and the extraction port are moved. In addition, X1 is a parameter for correcting Y1 to an integer. When the weakly adsorbed component is positioned upstream of the injection port D, it is taken to be positive. Y1 is equal to the value of the label above.
例えば、図11にカラムを固定し入口・出口を移動する描像で示す例において、弱吸着成分(図中〇で示す)がstep1において注入されて下流側に流されて、次のサイクルのstep3で画分Cに回収される場合、「弱吸着成分の周回回数」は「12/6」となる。そして、注入口Fはその間に8/6周回しているから、「注入口・抜出口の周回回数」は「8/6」となる。そして、この場合にX1は弱吸着成分の原液注入口との相対位置を周回単位で表したものに従い「-2/6」に設定される。これらより、回収時のY1は「Y1=(12/6)―(8/6)-(-2/6)=6/6=1」となる。同じことを図12に入口出口を固定しカラムを移動する描像で示して、上記ラベルについて検討すると、溶離液注入口Dに固定された周回進み・遅れ判定部を通過する際にラベルの値が1増加し0から+1となるため、画分Cに回収される際のラベルの値は+1となる(上記の回収時Y1に等しい)。
For example, in the example shown in FIG. 11 where the column is fixed and the inlet and outlet are moved, weakly adsorbed components (indicated by ◯ in the figure) are injected in
強弱吸着成分が原液注入口Fに注入されてから弱吸着成分抜出口Aに至るまでの時間におけるシフトに伴う原液注入口F、弱吸着成分抜出口A、及び強吸着成分抜出口Cの環状路における周回回数と、強吸着成分の環状路における周回回数により、強吸着成分の漏れを複数の区分に分類する。 Circular path of stock solution inlet F, weakly adsorbed component outlet A, and strongly adsorbed component outlet C associated with a shift in the time from when the strongly and weakly adsorbed component is injected into the raw solution inlet F to when it reaches the weakly adsorbed component outlet A. Leakage of the strongly adsorbed components is classified into a plurality of categories according to the number of circulations in the loop and the number of cycles of the strongly adsorbed components in the annular path.
具体的に、周回回数の差に基づく値Y2を式「Y2=(強吸着成分の周回回数)-(注入口・抜出口の周回回数)-X2」を用いて算出し、値Y2に基づき分類する。ここで、「強吸着成分の周回回数」及び「注入口・抜出口の周回回数」は、カラムの位置を固定して注入口及び抜出口を移動させる描像において算出する。また、X2はY2を整数に補正するためのパラメータであり、溶離液注入口の下流、原液注入口の上流に吸着成分が位置するときには負となるように、原液注入口Fの下流、溶離液注入口Dの上流に強吸着成分が位置するときには正となるようにとる。Y2は上記ラベルの値に等しい。 Specifically, the value Y2 based on the difference in the number of circulations is calculated using the formula "Y2 = (number of circulations of the strongly adsorbed component) - (number of circulations of the inlet/outlet) - X2", and classified based on the value Y2. do. Here, "the number of turns of the strongly adsorbed component" and "the number of turns of the injection port/extraction port" are calculated in an image in which the position of the column is fixed and the injection port and the extraction port are moved. In addition, X2 is a parameter for correcting Y2 to an integer. When the strongly adsorbed component is positioned upstream of the injection port D, it is taken to be positive. Y2 is equal to the value of the label above.
例えば、図13にカラムを固定し入口・出口を移動する描像で示す例において、強吸着成分(図中〇で示す)がstep1において注入されて下流側に流されて、次のサイクルのstep4で画分Aに回収される場合、「強吸着成分の周回回数」は「5/6」となる。そして、注入口Fはその間に9/6周回しているから、「注入口・抜出口の周回回数」は「9/6」となる。そして、この場合にX2は弱吸着成分の原液注入口との相対位置を周回単位で表したものに従い「2/6」に設定される。これらより、回収時のY2は「Y2=(5/6)―(9/6)-(2/6)=-6/6=-1」となる。同じことを図14に入口出口を固定しカラムを移動する描像で示して、上記ラベルについて検討すると、溶離液注入口Dに固定された周回進み・遅れ判定部を通過する際にラベルの値が1減少し0から-1となるため、画分Aに回収される際のラベルの値は-1となる(上記の回収時Y2に等しい)。
For example, in the example shown in FIG. 13 where the column is fixed and the inlet and outlet are moved, the strongly adsorbed component (indicated by ◯ in the figure) is injected in
また、第1実施形態は、弱吸着成分及び強吸着成分を次のような演算から分類してもよい。 Further, in the first embodiment, weakly adsorbed components and strongly adsorbed components may be classified by the following calculation.
弱吸着成分が、図3に示すセクション1からセクション4にセクション1とセクション4の境界を越えて移動した回数(すなわち、ラベルの値が1減少される回数)と、弱吸着成分がセクション4からセクション1に前述の境界を越えて移動した回数(すなわち、ラベルの値が1増加された回数)により弱吸着成分の漏れを複数の区分に分類する。
The number of times the weakly adsorbed components moved from
具体的に、境界を超える回数の差に基づく値Z1を式「Z1=(弱吸着成分のセクション4からセクション1の移動回数)-(弱吸着成分のセクション1からセクション4の移動回数)」を用いて算出し、値Z1に基づき分類する。Z1は上記ラベルの値に等しい。
Specifically, the value Z1 based on the difference in the number of times the boundary is crossed is calculated using the formula "Z1 = (number of moves from
強吸着成分が、図3に示すセクション1からセクション4にセクション1とセクション4の境界を越えて移動した回数(すなわち、ラベルの値が1減少される回数)と、強吸着成分がセクション4からセクション1に前述の境界を越えて移動した回数(すなわち、ラベルの値が1増加された回数)により強吸着成分の漏れを複数の区分に分類する。
The number of times the strongly adsorbed components migrated from
具体的に、境界を超える回数の差に基づく値Z2を式「Z2=(強吸着成分のセクション4からセクション1の移動回数)-(強吸着成分のセクション1からセクション4の移動回数)」を用いて算出し、値Z2に基づき分類する。Z2は上記ラベルの値に等しい。
Specifically, the value Z2 based on the difference in the number of times the boundary is crossed is expressed by the formula "Z2 = (number of moves from
[第1実施形態の具体的な計算方法]
以下、第1実施形態の具体的な計算方法を説明する。
[Specific calculation method of the first embodiment]
A specific calculation method of the first embodiment will be described below.
[1.計算する対象]
計算する対象はカラム内の各吸着成分の濃度分布である。液相の濃度Cと固相の濃度C*を別々に計算しなければならない。なお、詳しくは、Ck
* は、固相濃度に平衡な液相濃度である。固相濃度をCckとすると、Ck
*=Cck/Kkであり、ここでKkは分配係数である。また、2つの濃度は、時刻tとカラム内での位置z(カラム内の流通方向の位置)によって変化する。添え字kは、成分種を表す。
[1. Target to be calculated]
The object of calculation is the concentration distribution of each adsorbed component in the column. The liquid phase concentration C and the solid phase concentration C * must be calculated separately. More specifically, C k * is the liquid phase concentration that is in equilibrium with the solid phase concentration. Let Cck be the solid phase concentration, then Ck * = Cck / Kk , where Kk is the partition coefficient. Also, the two concentrations change depending on the time t and the position z in the column (position in the flow direction in the column). The subscript k represents the component species.
したがって、下に示す、カラム内濃度分布を(2×成分数)個の2変数関数
Ck(t,z) とCk
*(t,z)
によって表すことにする。
Therefore, the concentration distribution in the column shown below is expressed by (2 × the number of components) two-variable functions
Ck (t,z) and Ck * (t,z)
will be represented by
上述した図2は、そのうちCk(t,z)について、いくつかの時刻tでの値をグラフで示したものである。なお、後述のように、連立微分方程式でありシミュレーションによってCk *についても求められているが、図2には示していない。 FIG. 2 mentioned above graphically shows the values of C k (t,z) at several times t. As will be described later, C k * is also obtained by simulation as a simultaneous differential equation, but is not shown in FIG. 2 .
[2.偏微分方程式]
上記のCk,Ck
*についての方程式は、たとえば、非特許文献1にある下記偏微分方程式とすることができる。
The above equations for C k and C k * can be the following partial differential equations in
ここで、εbは空隙率、u0は移動相の空塔線速、Kfkは総括物質移動係数、avはカラム単位体積当りの充填剤の表面積である。また、Kfkavは総括物質移動容量係数である。 Here, ε b is the porosity, u 0 is the superficial linear velocity of the mobile phase, K fk is the overall mass transfer coefficient, and a v is the surface area of the packing material per unit volume of the column. Also, K fk a v is the overall mass transfer capacity coefficient.
[3.計算が行われる領域]
上記(1)式と(2)式は、1つのカラム、1つの工程内についてのものである。カラム、工程を並べると全体としては、図3のようになる。各四角の距離は0≦z≦L、時刻は0≦t≦Tsであり、この範囲でCk(t,z) とCk
*(t,z)を求める。
[3. Area where calculation is performed]
The above formulas (1) and (2) are for one column and one process. When the columns and processes are arranged, the whole is as shown in FIG. The distance of each square is 0≤z≤L, and the time is 0≤t≤Ts, and Ck (t,z) and Ck * (t,z) are obtained within this range.
また、「カラム位置」という番号を導入している。これは、図3のように出入り口を固定した表現にしたときのカラム位置により番号付けしたものである。 It also introduces the number "column position". These are numbered according to the column position when the doorway is fixed as shown in FIG.
既出の微分方程式(1)(2)について、下記のように、各カラム各工程内のものであることを明確にしておく。
ここで、Lは1本のカラム長、Tsは工程時間である。 Here, L is the length of one column, and Ts is the process time.
図2のグラフは、工程が進んで定常状態になってから、幾つかの時刻において、カラム内の分布を「スナップショット」のような感じで撮ったものになっている。したがって、図3で(a)~(e)で示す「断面」を表示したことになる。 The graph in FIG. 2 is a "snapshot" of the distribution in the column at several times after the process has progressed to steady state. Therefore, the "sections" indicated by (a) to (e) in FIG. 3 are displayed.
[4.初期条件]
まず、運転開始時にはカラム内濃度は全てゼロであり、式で表すと、次のようになる。
First, the concentration in the column is all zero at the start of the operation, and the formula is as follows.
[5.境界条件]
[5.1.カラムの接続についての境界条件]
カラムは、図1に示すように、無端状に接続されている。すなわち、カラムの接続に関しては、
・単に直結している箇所については、カラムの末尾=次のカラムの先頭とする
・原液または溶離液を注入している箇所については、カラムの末尾+注入物=次のカラムの先頭とする
・抜き出している箇所についてはカラムの末尾=次のカラムの先頭とする(抜き出しは、カラム内濃度には影響を与えない)
となる。
[5. boundary condition]
[5.1. Boundary conditions for column connection]
The columns are connected endlessly as shown in FIG. That is, for column connections,
・For directly connected parts, the end of the column = the beginning of the next column ・For the parts where the stock solution or eluent is injected, the end of the column + injected material = the beginning of the next column・For extracted parts, the end of the column = the beginning of the next column (extraction does not affect the concentration in the column)
becomes.
カラムの末尾はつまりz=Lとし、カラムの先頭はz=0とすればよいので、具体的には、次のようになる。
[5.2.工程(Step)の移行についての境界条件]
工程の移行については、カラムのシフトを反映させる。図1,2に示すように、Step1が終了した場合には、Step2に移行するので、この時点でカラムの位置がシフトする。
[5.2. Boundary conditions for the transition of the process (Step)]
For process transitions, column shifts are reflected. As shown in FIGS. 1 and 2, when
ここでは、カラムを指定するのに「カラム位置1~カラム位置6」を使うため、Stepの移行の際に毎回全ての成分がシフトすることになる。具体的には、次のようになる。
また、固相側についても同様であり、次の通りである。なお、(7a)~(7f)は、(6a)~(6f)に*がついているところだけが異なっている。
[6.分離結果の評価]
たとえば、20サイクル目の平均をもって分離性能とする。そのため、20サイクル目(つまりステップ番号で言うと115~120)について出口画分に入ってくる液を平均する。式で表すと、次の通りである。
For example, the average of the 20th cycle is taken as the separation performance. Therefore, the liquid entering the outlet fraction is averaged for the 20th cycle (ie step number 115-120). Expressed as a formula, it is as follows.
そして、各分画での各成分の濃度が分かれば純度・回収率を計算できる。 Then, if the concentration of each component in each fraction is known, the purity/recovery rate can be calculated.
[7.第1実施形態のシミュレータのためのモデル]
分子ごとにラベルを付ける、というのが基本的考えである。しかし、それでは計算量が膨大になる。そこで、濃度Ck,Ck
*をラベル別に分け、iをラベルとしてCk(i),Ck(i)
*と書くことにする。もちろん、合計すると次のとおり元のCkとCk
*になる。
The basic idea is to label each molecule. However, this would result in a huge amount of calculation. Therefore, the densities C k and C k * are classified by labels, and are written as C k(i) and C k(i) * with i as the label. Of course, summing to the original C k and C k * :
このように、ラベル別に分けたが、各成分の吸着剤への吸着性などは変わっていない。そこで、偏微分方程式は、式(1)(2)に単に添え字(i)を付加して、次のように表せる。
運転開始には同様にカラム内濃度は全てゼロである。これも式(3)(4)に比べると添え字(i)が付くところだけが異なる。
カラムの接続に関しては、ほとんどは(5a)~(5f)式を元に添え字(i)が付くだけであるが、以下の点に注意が必要である。
・原液として注入されるのはラベルの値0のものだけである。そのため、式(16c1)(16c2)の場合分けが必要となる。
・周回進み・遅れ判定部を越える成分については、ラベルの値を1増やす必要がある。そのため、カラム位置6とカラム位置1の接続についての(16f)式は、右辺で添え字が(i+1)になるという違いがある。
• Only those with a label value of 0 are injected as undiluted solutions. Therefore, it is necessary to classify the cases of formulas (16c1) and (16c2).
・The label value must be incremented by 1 for the component exceeding the round-trip advance/delay determination part. Therefore, the formula (16f) for the connection of
工程の移行についても、ほとんどは添え字(i)が付くだけであるが、工程移行の際にカラム位置1からカラム位置6に移った場合には、ラベルの値を1減らさなければならない。そのため、(17f)(18f)式では右辺での添え字が(i-1)になっている。
このように、全てのカラム位置1~6の液相、固相の弱吸着成分、強吸着成分についての濃度をラベルに得ることができる。したがって、第1実施形態の実現に必要な、各画分の各成分の濃度はラベル別のものを得ることができる。なお、カラム位置=5の液相の濃度が画分Aの濃度であり、カラム位置=1の液相の濃度が画分Cの濃度である。例えば、k=弱吸着成分、及びk=強吸着成分の場合について、20サイクル目(Step115-120)の平均をとることで、それぞれの濃度をラベル別に得ることができる。 Thus, concentrations for liquid phase, solid phase weakly adsorbed components, and strongly adsorbed components at all column positions 1-6 can be obtained on the label. Therefore, the concentration of each component in each fraction required for realizing the first embodiment can be obtained for each label. The concentration of the liquid phase at column position=5 is the concentration of fraction A, and the concentration of the liquid phase at column position=1 is the concentration of fraction C. For example, when k=weakly adsorbed component and k=strongly adsorbed component, by averaging the 20th cycle (Steps 115 to 120), each concentration can be obtained for each label.
[8.第1実施形態のシミュレータのためのモデルでのラベル範囲の限定]
上述のシミュレータのためのモデルの方法では、計算負荷は、計算対象とするラベルの数に比例する。ラベルの値の範囲が理論的には-∞~+∞まであるので、計算量が無限になる。そこで、実際にはN=5として、-N≦ラベルの値≦+Nに制限するのがよい。もちろん、N=2~10程度の中のいずれかにしてもよく、それ以上としてもよい。そして、ラベルの値が-Nからさらに-1する必要があった場合にはラベルの値を+Nへ移行する。また、ラベルの値が+Nからさらに+1する必要があった場合にはラベルの値-Nへ移行する。
[8. Limitation of label range in the model for the simulator of the first embodiment]
In the model method for simulators described above, the computational load is proportional to the number of labels to be computed. Since the range of label values is theoretically from -∞ to +∞, the amount of calculation becomes infinite. Therefore, in practice, it is preferable to set N=5 and limit to −N≦label value≦+N. Of course, N may be anywhere from about 2 to 10, or more. Then, if the label value needs to be further decreased by -1 from -N, the label value is shifted to +N. Also, if the label value needs to be increased by +1 from +N, the label value is shifted to -N.
具体的には、上述の第1実施形態のシミュレータのためのモデルでの境界条件を以下のように変更する。 Specifically, the boundary conditions in the model for the simulator of the first embodiment described above are changed as follows.
カラムの接続に関する境界条件は、次のようになる。
また、カラムのシフトに関する境界条件は、液相側が、次のようになる。
そして、固相側が、次のようになる。
このように、ラベルが本来-∞~+∞であったものを、-N~+Nに制限することにより、厳密にはモデルが変わる。しかし、現実的な運転条件であればN=5までとれば十分であり、-∞~+∞でのものとは無視できるような小さな誤差しか生じない。 Strictly speaking, the model is changed by restricting the labels from -∞ to +∞ to -N to +N in this way. However, under realistic operating conditions, N=5 is sufficient, and only a negligibly small error occurs when -∞ to +∞.
そして、ラベルの範囲を制限することにより、計算量が無限になることを防止できる。しかし、ラベル範囲-5~+5ならば11個の関数を計算しなければならないので、ラベルを考慮しないシミュレータに比べ、計算量はおよそ11倍になる。 By limiting the range of labels, it is possible to prevent the computational complexity from becoming infinite. However, if the label range is from -5 to +5, 11 functions must be calculated, so the amount of calculation is approximately 11 times that of the simulator that does not consider labels.
[9.偏微分方程式の解法]
以上で、一般的な偏微分方程式が得られる。あとは一般的な手法で、上述した式を解けばよい。非特許文献1では、差分法を用いており、本実施形態においても差分法を用いて問題ない。
[9. Solution of Partial Differential Equation]
Above, a general partial differential equation is obtained. After that, it is sufficient to solve the above equation by a general method. In
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係るクロマト分離装置の運転条件探索方法を、図15を参照しつつ説明する。第2実施形態に係る運転条件探索方法は、前述のクロマト分離装置のシミュレータの一部を用い、第1処理及び第2処理の少なくともいずれか一方を行う。
<Second embodiment>
Next, the operating condition search method for the chromatographic separation apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The operating condition search method according to the second embodiment uses part of the simulator of the chromatographic separation apparatus described above to perform at least one of the first process and the second process.
第1処理は、第1工程及び第2工程を有する。第1工程は、図15に示すように弱吸着成分の漏れ(抜出口Cから抜き出された弱吸着成分)を複数の部分に分けて少なくとも1つの部分を特定する第1の値を得る。第2工程は、第1の値に基づきセクション4の積算流量V4の変更を含む条件変更、セクション2の積算流量V2の変更を含む条件変更のいずれかを選択し、弱吸着成分の抜出口Cへの回収量を調整する。
The first process has a first step and a second step. In the first step, as shown in FIG. 15, the leakage of the weakly adsorbed component (the weakly adsorbed component extracted from the extraction port C) is divided into a plurality of portions to obtain a first value specifying at least one portion. The second step selects either a condition change including a change in the integrated flow rate V4 in
第1の値は、例えば、第1実施形態のシミュレータによって得られる「周回進みを経た経路による漏れ」「周回進みを経ない経路による漏れ」の部分へ分類したときの各部分の内訳に関する値とされる(第1実施形態の表1を参照)。 The first value is, for example, a value related to the breakdown of each portion when classified into "leakage due to a route that has undergone a circuit advance" and "leakage due to a route that has not undergone a circuit advance" obtained by the simulator of the first embodiment. (see Table 1 of the first embodiment).
第2処理は、第3工程及び第4工程を有する。第3工程は、図15に示すように、強吸着成分の漏れ(抜出口Aから抜き出された強吸着成分)を複数の部分に分けて少なくとも1つの部分を特定する第2の値を得る。第4工程は、第2の値に基づきセクション1の積算流量V1の変更を含む条件変更、セクション3の積算流量V3の変更を含む条件変更のいずれかを選択し、強吸着成分の抜出口Aへの回収量を調整する。
The second process has a third step and a fourth step. In the third step, as shown in FIG. 15, the leakage of the strongly adsorbed component (the strongly adsorbed component extracted from the extraction port A) is divided into a plurality of portions to obtain a second value specifying at least one portion. . A fourth step selects either a condition change including a change in the integrated flow rate V1 in
第2の値は、例えば、第1実施形態のシミュレータによって得られる、「周回遅れを経た経路による漏れ」「周回遅れを経ない経路による漏れ」の部分へ分類したときの各部分の内訳に関する値、とする(第1実施形態の表1を参照)。 The second value is, for example, a value related to the breakdown of each portion when classified into "leakage due to a route that passes through a round-trip delay" and "leakage due to a route that does not pass through a round-trip delay" obtained by the simulator of the first embodiment. , (see Table 1 of the first embodiment).
次に、漏れ対策について具体的に説明する。上述したように、トライアングルセオリーに従うことによって、強吸着成分と、弱吸着成分を分離することができる。すなわち、トライアングルセオリーによる強吸着成分、弱吸着成分の移動方向は、図5に示すようになる。これが守られることで、分離が確実に行われる。しかし、実際の処理は理論通りに行われるのではなく、ある程度のマージンが必要になり、マージンが不足することで、許容できない量の漏れが発生する。図16、図17にラベルを弱吸着成分(0),弱吸着成分(+1),強吸着成分(0),C強吸着成分(-1)に限定した場合の漏れの例を示す。そして、以下に漏れ対策(運転条件の変更)を示す。このような運転条件の変更を行い、変更した運転条件でのシミュレーションを繰り返すことで、適切な運転条件を探索することができる。 Next, leakage countermeasures will be specifically described. As mentioned above, strongly adsorbed components and weakly adsorbed components can be separated by following the triangle theory. That is, the directions of movement of strongly adsorbed components and weakly adsorbed components according to the triangle theory are as shown in FIG. Separation is ensured by observing this. However, the actual process does not follow theory and requires some margin, and a lack of margin will result in an unacceptable amount of leakage. 16 and 17 show examples of leakage when labels are limited to the weakly adsorbed component (0), the weakly adsorbed component (+1), the strongly adsorbed component (0), and the C strongly adsorbed component (-1). Then, countermeasures against leaks (changes in operating conditions) are shown below. By changing the operating conditions in this way and repeating the simulation under the changed operating conditions, it is possible to search for suitable operating conditions.
「1.弱吸着成分が成分画分Cに漏れる場合」と「2.強吸着成分が成分画分Aに漏れる場合」を以下に説明する。 "1. When a weakly adsorbed component leaks into the component fraction C" and "2. When a strongly adsorbed component leaks into the component fraction A" will be described below.
(1)弱吸着成分が成分画分Cに漏れる場合
シミュレーションの結果からラベルを判定し、ラベルが弱吸着成分(+1)の弱吸着成分が画分Cに漏れているのであれば、セクション4において、一部の弱吸着成分がセクション1へ周回進みしているものと判断される。すなわち、セクション4において、弱吸着成分の移動方向が溶離液の流れと逆方向「→」ではなく、図16(a)に示すように溶離液の流れの方向「←」になっていると考えられる。したがって、この場合の対処は、セクション4の流量を減少すればよい((iii)対策)。
(1) When the weakly adsorbed component leaks into the component fraction C The label is determined from the simulation results, and if the weakly adsorbed component with the label of the weakly adsorbed component (+1) leaks into the fraction C, in
一方、シミュレーションの結果から、ラベルが弱吸着成分(0)の弱吸着成分が画分Cに漏れているのであれば、セクション2において、一部の弱吸着成分がセクション1側へ逆行しているものと判断される。すなわち、セクション2において、弱吸着成分の移動方向が「←」ではなく、図16(b)に示すように「→」になっていると考えられる。したがって、この場合の対処は、セクション2の流量を増加すればよい((iv)対策)。
On the other hand, from the simulation results, if the weakly adsorbed component with the label of weakly adsorbed component (0) is leaking into the fraction C, then in
(2)強吸着成分が画分Aに漏れる場合
ラベルが強吸着成分(-1)の強吸着成分が画分Aに漏れているのであれば、セクション1において、強吸着成分がセクション4へ周回遅れし、セクション4を通過して画分Aに漏れているものと判断される。すなわち、図17(a)に示すように、セクション1において、強吸着成分の移動方向が溶離液の流れの方向「←」ではなく、溶離液の流れの方向「→」になっていると考えられる。したがって、この場合の対処は、セクション1の流量を増加すればよい((i)対策)。
(2) When the strongly adsorbed component leaks to fraction A If the strongly adsorbed component of the label strongly adsorbed component (-1) leaks to fraction A, in
一方、シミュレーションの結果から、ラベルが強吸着成分(0)の強吸着成分が画分Aに漏れているのであれば、図17(b)に示すように、セクション3において、一部の強吸着成分が「→」ではなく、「←」となり、セクション3を通過しているものと判断される。したがって、この場合の対処は、セクション3の流量を減少すればよい((ii)対策)。
On the other hand, from the simulation results, if the strongly adsorbed component labeled as strongly adsorbed component (0) leaks into fraction A, as shown in FIG. It is determined that the component is "←" instead of "→" and passes through
このように、本実施形態では、弱吸着成分が画分Cに漏れている場合に、また、強吸着成分が画分Aに漏れている場合に、その原因を知ることができる。そこで、適切な改善策を選択することができる。そして、シミュレーションの結果に基づいて、上述の溶暗対策を施してシミュレーションを繰り返すことで適切な条件を探索することができる。 Thus, in this embodiment, when weakly adsorbed components leak to fraction C, and when strongly adsorbed components leak to fraction A, the cause can be known. Appropriate remedial measures can then be selected. Then, based on the results of the simulation, it is possible to search for appropriate conditions by repeating the simulation after taking the above-described darkening countermeasures.
<第3実施形態>
第3実施形態に係るシミュレータは、第1実施形態のシミュレータと同様に、各吸着成分の漏れに至る移動経路に基づき複数画分に分類する処理の機能をもつ。具体的に、第3実施形態に係るシミュレータは2つの移動経路に基づいて分類する。2つの移動経路は、弱吸着成分の漏れについては「周回進みを経た経路による漏れ」、「周回進みを経ない経路による漏れ」であり、強吸着成分の漏れについては「周回遅れを経た経路による漏れ」、「周回遅れを経ない経路による漏れ」である。
<Third Embodiment>
Similar to the simulator of the first embodiment, the simulator according to the third embodiment has the function of classifying into a plurality of fractions based on the migration path leading to leakage of each adsorbed component. Specifically, the simulator according to the third embodiment classifies based on two movement routes. The two migration routes are "leakage through the route that passes through the circulation advance" and "leakage through the route that does not undergo the circulation advance" for the leakage of the weakly adsorbed component, and "leakage through the route that passes through the delay in the circulation" for the leakage of the strongly adsorbed component. "leakage" and "leakage due to a route that does not undergo a round trip delay".
第3実施形態に係るシミュレータは、ある仮定のもとに簡略化した計算をおこない、上記の分類についての推定のための情報を計算する。 The simulator according to the third embodiment performs simplified calculations under certain assumptions to calculate information for estimating the above classification.
まず、弱吸着成分の漏れについて述べる。ここで、一般的な運転条件、すなわち、ある程度良好に分離ができている運転条件において、抜出口Cから流出する弱吸着成分の量は少ないことを仮定としている。その場合、抜出口Cから流出する弱吸着成分について、弱吸着成分(0)、弱吸着成分(+1)に限定して考えることができる。抜出口A,Cから流出することを添え字として追加して、抜出口Aから流出する弱吸着成分を弱吸着成分(0)A、弱吸着成分(+1)Aとし、抜出口Cから流出する弱吸着成分を弱吸着成分(0)C、弱吸着成分(+1)Cと表す。 First, leakage of weakly adsorbed components will be described. Here, it is assumed that the amount of the weakly adsorbed components flowing out from the extraction port C is small under general operating conditions, that is, operating conditions in which separation is achieved to some extent satisfactorily. In that case, the weakly adsorbed components flowing out from the extraction port C can be considered to be limited to the weakly adsorbed component (0) and the weakly adsorbed component (+1). The weakly adsorbed components flowing out of the outlet A are referred to as the weakly adsorbed component (0) A and the weakly adsorbed component (+1) A , and the weakly adsorbed components flowing out of the outlet C are added as subscripts indicating that they flow out from the outlets A and C. The weakly adsorbed components are expressed as weakly adsorbed component (0) C and weakly adsorbed component (+1) C .
「(周回進み・遅れ判定部を通過してから抜出口C及び抜出口Aから流出する弱吸着成分の量)=弱吸着成分(+1)C+弱吸着成分(+1)A=(周回進み・遅れ判定部を前進して通過した弱吸着成分の量)-(周回進み・遅れ判定部を後退して通過した弱吸着成分の量)」となる。 "(Amount of weakly adsorbed components flowing out from extraction port C and extraction port A after passing through orbit advance/delay determination unit) = Weakly adsorbed components (+1) C + Weakly adsorbed components (+1) A = (Circulation advance/delay determination unit) The amount of the weakly adsorbed component that has passed through the delay determination section while moving forward)−(the amount of the weakly adsorbed component that has passed through the orbital advance/delay determination section while retreating)".
なお、シミュレーションでは、濃度が対象となっているので、上式の弱吸着成分(+1)C+弱吸着成分(+1)Aを計算するにあたっては、設定された流量を乗算することで量に換算する。 In addition, since the concentration is the target in the simulation, when calculating the weakly adsorbed component (+1) C + weakly adsorbed component (+1) A in the above formula, it is converted to the amount by multiplying the set flow rate. do.
このような近似によって、演算量を少なくできる。なお、ここで得られるのは、弱吸着成分(+1)C+弱吸着成分(+1)Aであるから、弱吸着成分の周回進みを経た漏れ弱吸着成分(+1)Cについての上限値の情報が得られる。 Such approximation can reduce the amount of computation. Note that the information obtained here is the weakly adsorbed component (+1) C + the weakly adsorbed component (+1) A , so information on the upper limit value of the leaked weakly adsorbed component (+1) C that has passed through the circulation of the weakly adsorbed component. is obtained.
また、強吸着成分については、カラムのシフトともに後退する方がメインになるため、出口Aから流出する強吸着成分の量=強吸着成分(-1)C+強吸着成分(-1)Aについて、周回進み・遅れ判定部後退する強吸着成分の量から求めればよい。抜出口Aから流出する強吸着成分が強吸着成分(0)A、強吸着成分(-1)Aとし、抜出口Cから流出する強吸着成分を強吸着成分(0)C、強吸着成分(-1)Cと表す。 In addition, since the strongly adsorbed component mainly retreats with the shift of the column, the amount of the strongly adsorbed component flowing out from the outlet A = strongly adsorbed component (-1) C + strongly adsorbed component (-1) About A , and the amount of the strongly adsorbed component retreating in the orbital advance/delay determination section. The strongly adsorbed components flowing out from outlet A are denoted as strongly adsorbed component (0) A and strongly adsorbed component (-1) A , and the strongly adsorbed components flowing out from outlet C are denoted as strongly adsorbed component (0) C and strongly adsorbed component ( -1) Represented by C.
次に、強吸着成分の漏れについて述べる。ここで、一般的な運転条件、すなわち、ある程度良好に分離ができている運転条件において、抜出口Aから流出する強吸着成分の量は少ないことを仮定としている。その場合、抜出口Aから流出する強吸着成分について、強吸着成分(0)、強吸着成分(-1)に限定して考えることができる。抜出口A,Cから流出することを添え字として追加して、抜出口Cから流出する強吸着成分を強吸着成分(0)C、強吸着成分(-1)Cとし、抜出口Aから流出する強吸着成分を強吸着成分(0)A、強吸着成分(-1)Aと表す。 Next, leakage of strongly adsorbed components will be described. Here, it is assumed that the amount of the strongly adsorbed components flowing out from the extraction port A is small under general operating conditions, that is, operating conditions in which separation is achieved to some extent satisfactorily. In this case, the strongly adsorbed components flowing out from the extraction port A can be limited to strongly adsorbed components (0) and strongly adsorbed components (-1). The strongly adsorbed components flowing out from outlet C are denoted as strongly adsorbed component (0) C and strongly adsorbed component (-1) C , and the strongly adsorbed components flowing out from outlet C are denoted as strongly adsorbed components (0) C and outflow from outlet A. The strongly adsorbed components are expressed as strongly adsorbed component (0) A and strongly adsorbed component (-1) A.
「(周回進み・遅れ判定部を通過してから抜出口A及び抜出口Cから流出する強吸着成分の量)=強吸着成分(-1)A+強吸着成分(-1)C=(周回進み・遅れ判定部を後退して通過した強吸着成分の量)-(周回進み・遅れ判定部を前進して通過した強吸着成分の量)」となる。 "(Amount of strongly adsorbed components flowing out of extraction port A and extraction port C after passing through orbital advance/delay determination unit) = strongly adsorbed components (-1) A + strongly adsorbed components (-1) C = (rotation The amount of strongly adsorbed components that have passed through the advance/lag determination section while retreating)-(the amount of strongly adsorbed components that have passed through the orbital advance/delay determination section while moving forward).
なお、シミュレーションでは、濃度が対象となっているので、上式の強吸着成分(-1)A+強吸着成分(-1)Cを計算するにあたっては、設定された流量を乗算することで量に換算する。 In addition, since the concentration is the target in the simulation, when calculating the strongly adsorbed component (-1) A + strongly adsorbed component (-1) C in the above equation, the amount is calculated by multiplying the set flow rate. Convert to
このような近似によって、第1実施形態のシミュレータに比べて演算量を少なくできる。以下で示すように、第1実施形態の基本となるシミュレータ(第1実施形態の[1]~[7]に基づく)に、比較的計算量の少ない処理を付け加えることで実現できるからである。なお、ここで得られるのは、強吸着成分(-1)A+強吸着成分(-1)Cであるから、強吸着成分の周回遅れを経た漏れ強吸着成分(-1)Aについての上限値の情報が得られる。 Such an approximation can reduce the amount of calculation compared to the simulator of the first embodiment. This is because, as shown below, it can be realized by adding processing with a relatively small amount of calculation to the simulator that is the basis of the first embodiment (based on [1] to [7] of the first embodiment). Note that the obtained here is the strongly adsorbed component (-1) A + strongly adsorbed component (-1) C , so the upper limit for the strongly adsorbed component (-1) A leaked through the circulation delay of the strongly adsorbed component Value information is obtained.
[第3実施形態のシミュレータのためのモデル]
第3実施形態においては、第1実施形態の基本となるシミュレータのためのモデルによる計算を行った上で、次の計算を行う。
[Model for the simulator of the third embodiment]
In the third embodiment, the following calculations are performed after performing calculations using a model for the simulator that is the basis of the first embodiment.
20サイクル目で、周回進み・遅れ判定部を、前進して越えた成分の量は、カラム位置6のカラム内の該当成分の液相濃度にカラム位置6からStep115~120の間に流れ出る流量を乗算したものであり、下記のようになる。
20サイクル目で、周回進み・遅れ判定部を、後退して越えた成分の量は、Step115~120における、カラム位置1のカラム内の固相及び液相での該当成分の量の合計であり、下記のようになる。
ここで、Sはカラム断面積、uで線速度である。 Here, S is the cross-sectional area of the column and u is the linear velocity.
そして、弱吸着成分については、前進量から後退量を減算したものを弱吸着成分の周回進みを経た漏れ弱吸着成分(+1)Cの上限量とし、強吸着成分については、後退量から前進量を減算したものを強吸着成分の周回遅れを経た漏れ強吸着成分(-1)Aの上限量とする。 For the weakly adsorbed component, the amount obtained by subtracting the receding amount from the advance amount is set as the upper limit amount of the weakly adsorbed component (+1) C leaked through the orbital advance of the weakly adsorbed component. is the upper limit of the leaked strongly adsorbed component (-1) A after the circulation delay of the strongly adsorbed component.
<第4実施形態>
第4実施形態に係るシミュレータは、弱吸着成分の漏れに関連して実施形態3で得られた値(弱吸着成分(+1)C+弱吸着成分(+1)A)にパラメータαを乗算して、弱吸着成分の周回進みを経た漏れ、弱吸着成分(+1)Cについての推定値を計算する。
<Fourth Embodiment>
The simulator according to the fourth embodiment multiplies the value (weakly adsorbed component (+1) C +weakly adsorbed component (+1) A ) obtained in
弱吸着成分については、α=弱吸着成分(+1)C/(弱吸着成分(+1)C+弱吸着成分(+1)A)の推定値が求められれば、第3実施形態において算出した量から弱吸着成分の周回進みを経た漏れの量、弱吸着成分(+1)Cに換算できる。 For the weakly adsorbed component, if the estimated value of α = weakly adsorbed component (+1) C / (weakly adsorbed component (+1) C + weakly adsorbed component (+1) A ) is obtained, then from the amount calculated in the third embodiment The amount of leakage through the round trip of the weakly adsorbed component can be converted to the weakly adsorbed component (+1) C .
このαについて、次のように推定する。α={(セクション1の積算流量)-(セクション2の積算流量)}/{(セクション1の積算流量)-(弱吸着成分の溶離体積)}ここで、積算流量は1ステップのもの、溶離体積は1カラムのものとする。 This α is estimated as follows. α = {(integrated flow rate of section 1) - (integrated flow rate of section 2)} / {(integrated flow rate of section 1) - (elution volume of weakly adsorbed component)} where the integrated flow rate is for one step, elution The volume is that of one column.
また、強吸着成分の漏れに関連して第2実施形態で得られた値(強吸着成分(-1)C+強吸着成分(-1)A)にパラメータβを乗算して、強吸着成分の周回遅れを経た漏れ、強吸着成分(-1)Aについての推定値を計算する。 In addition, the value (strongly adsorbed component (-1) C + strongly adsorbed component (-1) A ) obtained in the second embodiment in relation to the leakage of the strongly adsorbed component is multiplied by the parameter β to obtain the strongly adsorbed component Calculate an estimate for the strongly adsorbed component (-1) A , which leaks through a round-trip delay of .
強吸着成分については、β=強吸着成分(-1)A/(強吸着成分(-1)C+強吸着成分(-1)A)の推定値が求められれば、第2実施形態において算出した量から強吸着成分の周回遅れを経た漏れの量、強吸着成分(-1)Aに換算できる。 For strongly adsorbed components, if an estimated value of β = strongly adsorbed component (-1) A / (strongly adsorbed component (-1) C + strongly adsorbed component (-1) A ) is obtained, it is calculated in the second embodiment. This amount can be converted to the strongly adsorbed component (-1) A , which is the amount of leakage after the circulation delay of the strongly adsorbed component.
このβについて、次のように推定する。β={(セクション3の積算流量)-(セクション4の積算流量)}/{(強吸着成分の溶離体積)-(セクション4の積算流量)}ここで、積算流量は1ステップのもの、溶離体積は1カラムのものとする。 This β is estimated as follows. β = {(integrated flow rate of section 3) - (integrated flow rate of section 4)} / {(elution volume of strongly adsorbed component) - (integrated flow rate of section 4)} where the integrated flow rate is for one step, elution The volume is that of one column.
[第4実施形態のシミュレータのためのモデル]
第4実施形態においては、第3実施形態のシミュレータのためのモデルの計算を行った後、αまたはβを乗算するだけであり、同様に計算できる。
[Model for the simulator of the fourth embodiment]
In the fourth embodiment, after calculating the model for the simulator of the third embodiment, it is only necessary to multiply α or β, and the same calculation can be performed.
<具体例>
次に、上記実施形態のシミュレータを用いた具体例を説明する。カルシウム置換のY型ゼオライトを用い、フルクトースが強吸着成分、グルコースが弱吸着成分として、シミュレーションを行った。各種パラメータは次の通りである。
<Specific example>
Next, a specific example using the simulator of the above embodiment will be described. A simulation was performed using a calcium-substituted Y-type zeolite with fructose as a strongly adsorbed component and glucose as a weakly adsorbed component. Various parameters are as follows.
[1.比較例1]
比較例1においては、トライアングルセオリーに従う運転条件の範囲のうちから、ひとつ運転条件を選んで運転条件の探索を開始する。画分Cの純度97%以上を目指す。基本構成のシミュレータを用いる。
[1. Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, one operating condition is selected from the range of operating conditions according to the triangle theory, and the search for the operating condition is started. Aim for a fraction C purity of 97% or higher. A simulator with a basic configuration is used.
[1.1.試行1]
運転条件を下記のように設定した。u1~u4は、セクション1~4の流速である。
The operating conditions were set as follows. u1-u4 are flow velocities in sections 1-4.
(結果の評価)
画分Cの純度は現在95.55%であるが、これを97%以上に上げるためには、弱吸着成分(グルコース)の漏れ量(現在4.12%)を減らさねばならない。それには「対策(iii)」「対策(iv)」の方策が考えられる。
(Evaluation of results)
Fraction C currently has a purity of 95.55%, but in order to raise this to above 97%, the leakage of the weakly adsorbable component (glucose) (currently 4.12%) must be reduced. For this purpose, "countermeasure (iii)" and "countermeasure (iv)" can be considered.
[1.2.試行2(試行1に対し、対策(iii)をする)]
対策(iii)として、試行1よりセクション4の流量を減らした。
As countermeasure (iii), the flow rate in
弱吸着成分(グルコース)の漏れは回収率3.36%まで下がったが、まだ下がり方が不十分であるため、画分Cの純度が96.14%までしか上がらない。 Leakage of the weakly adsorbed component (glucose) was reduced to 3.36% recovery, but the reduction was still insufficient, so the purity of fraction C only increased to 96.14%.
[1.3.試行3(試行1に対し、対策(iv)をする)]
対策(iv)として、試行1よりセクション2の流量を増やした。
As countermeasure (iv), the flow rate in
弱吸着成分(グルコース)の漏れは回収率2.43%まで下がり、その結果、純度が97.25%まで上がり、要求を満たした。 Leakage of the weakly adsorbed component (glucose) was reduced to 2.43% recovery, resulting in an increased purity of 97.25%, meeting the requirements.
[1.4.比較例1(試行1~3)のまとめ]
試行1に対し、弱吸着成分(グルコース)の漏れを減らすための対策として対策(iii)、対策(iv)のどちらを選んだら良いかが分からないため、それぞれの対策を試してみるという試行錯誤が必要である。
[1.4. Summary of Comparative Example 1 (
For
[2.実施例1]
実施例1においては、比較例1と同様、トライアングルセオリーに従う運転条件の範囲のうちから、ひとつ運転条件を選んで運転条件の探索を開始する。試行1の運転条件から出発し、画分Cの純度97%を目指す。第1実施形態のシミュレータを用いた。
[2. Example 1]
In Example 1, as in Comparative Example 1, one operating condition is selected from the range of operating conditions according to the triangle theory, and a search for the operating condition is started. Starting from the operating conditions of
[2.1.試行1]
比較例1の試行1と同じ条件に設定した。
The same conditions as in
画分Cの純度97%を達成するには、弱吸着成分(グルコース)の漏れを回収率としておよそ3%以下にしなければならない。ここで、許される漏れの量は、画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率によって異なるが、仮にその回収率が100%ならば、純度97%のためには弱吸着成分(グルコース)の漏れの量は回収率として3.09%である。回収率が100%から減ればそれに応じて許容量も3.09%から減る。上記結果では、弱吸着成分の漏れは4.12%であることは比較例1の従来シミュレータでも分かるところであるが、本例のシミュレータ(第1実施形態)ではさらにそれが
・対策(iii)により対策すべき漏れ 回収率として0.73%(ラベルの値が正のもの)
・対策(iv)により対策すべき漏れ 回収率として3.39%(ラベルの値が非正のもの)
の内訳であるという情報が得られた。
In order to achieve a purity of 97% for fraction C, the leakage of the weakly adsorbed component (glucose) must be reduced to approximately 3% or less as a recovery rate. Here, the allowable amount of leakage depends on the recovery rate of the strongly adsorbed component (fructose) to fraction C, but if the recovery rate is 100%, the weakly adsorbed component (glucose ) is 3.09% as a recovery rate. As the recovery rate decreases from 100%, the allowance decreases from 3.09% accordingly. In the above result, it can be seen from the conventional simulator of Comparative Example 1 that the leakage of the weakly adsorbed component is 4.12%, but in the simulator of this example (first embodiment), it is further confirmed by the countermeasure (iii) 0.73% as a recovery rate of leaks to be dealt with (positive value on the label)
・Recovery rate of leaks to be addressed by measure (iv): 3.39% (non-positive label value)
Information was obtained that the breakdown was
したがって、対策(iii)だけでは弱吸着成分(グルコース)の漏れを3.39%より減らすことはできないから、純度97%に達することはできないことがわかる。このため、対策(iii)を試すことなく対策(iv)の試行を行う。 Therefore, it can be seen that the measure (iii) alone cannot reduce the leakage of the weakly adsorbed component (glucose) below 3.39%, and therefore the purity cannot reach 97%. Therefore, measure (iv) is tried without trying measure (iii).
[2.2.試行2(試行1に対し、対策(iv)をする)]
比較例1の試行3と同じ条件に設定した。
The conditions were set to the same conditions as in
要求(画分Cの純度97%以上)を満たした。 The requirement (purity of fraction C >97%) was met.
[2.3.実施例1のまとめ]
試行1に対し、弱吸着成分(グルコース)の漏れを減らすための対策として、対策(iii)を試すことなく、対策(iv)を試すことを選択できる。比較例1に比べると、試行錯誤の回数を削減することができた。
[2.3. Summary of Example 1]
For
[3.実施例2]
実施例2においては、比較例1と同様、試行1の運転条件から出発し、画分Cの純度97%を目指す。第3実施形態のシミュレータを用いた。
[3. Example 2]
In Example 2, as in Comparative Example 1, starting from the operating conditions of
[3.1.試行1(トライアングルセオリーのみにより選んだ運転条件)]
比較例1の試行1と同じ条件に設定した。
The same conditions as in
純度97%を達成するには、弱吸着成分(グルコース)の漏れを回収率としておよそ3%以下にしなければならない。今のところ漏れが4.12%であることは比較例1の従来シミュレータでも分かるところであるが、本発明のシミュレータ(第2実施形態)ではさらに
・対策(iii)により対策すべき漏れが 回収率として0%と0.93%の間
・したがって、対策(iv)により対策すべき漏れは、回収率として4.12-0.93%=3.19%と4.12%の間であることも分かる。
対策(iii)だけでは弱吸着成分(グルコース)の漏れを3.19%より減らすことはできないから、純度97%に達することはできないことがわかるため、次は対策(iii)を試すことなく対策(iv)の試行を行う。
In order to achieve a purity of 97%, the leakage of the weakly adsorbed component (glucose) must be reduced to approximately 3% or less as a recovery rate. It can be seen from the conventional simulator of Comparative Example 1 that the leakage is currently 4.12%, but in the simulator of the present invention (second embodiment), the leakage that should be dealt with by the countermeasure (iii) is between 0% and 0.93% as a recovery rate. I also understand.
Since measure (iii) alone cannot reduce the leakage of the weakly adsorbed component (glucose) to less than 3.19%, it can be seen that the purity cannot reach 97%, so next measure will be taken without trying measure (iii) (iv) is tried.
[3.2.試行2.(試行1に対し、対策(iv)をする)]
比較例1の試行3と同じ条件に設定した。
The conditions were set to the same conditions as in
要求(画分Cの純度97%以上)を満たした。 The requirement (purity of fraction C >97%) was met.
[3.3.実施例2のまとめ]
試行1に対し、弱吸着成分(グルコース)の漏れを減らすための対策として、対策(iii)を試すことなく、対策(iv)を試すことを選択できる。比較例1に比べると、試行錯誤の回数を削減することができた。
[3.3. Summary of Example 2]
For
[4.実施例3]
実施例3においては、比較例1と同様、試行1の運転条件から出発し、画分Cの純度97%を目指す。第4実施形態のシミュレータを用いた。
[4. Example 3]
In Example 3, as in Comparative Example 1, starting from the operating conditions of
[4.1.試行1.(トライアングルセオリーのみにより選んだ運転条件)]
比較例1の試行1と同じ条件に設定した。
The same conditions as in
第4実施形態のシミュレータによって得られた対策(iii)により対策すべき漏れの量についての近似値は0.73%であり、これは正確な値(第1実施形態のシミュレータにより実施例1の試行1で得られた対策(iii)により対策すべき漏れ:0.73%)の良い近似値となっている。したがって、実施例1と同様に、対策(iii)を試すことなく対策(iv)の試行を行うことができる。 The approximate value for the amount of leakage to be addressed by measure (iii) obtained by the simulator of the fourth embodiment is 0.73%, which is the exact value ( This is a good approximation of the leakage to be addressed by measure (iii) obtained in Trial 1: 0.73%). Therefore, as in the first embodiment, countermeasure (iv) can be tried without trying countermeasure (iii).
[4.2.試行2(試行1に対し、対策(iv)をする)]
比較例1の試行3と同じ条件に設定した。
The conditions were set to the same conditions as in
要求(画分Cの純度97%以上)を満たした。 The requirement (purity of fraction C >97%) was met.
[4.3.実施例3のまとめ]
試行1に対し、弱吸着成分(グルコース)の漏れを減らすための対策として、対策(iii)を試すことなく、対策(iv)を試すことを選択できる。比較例1に比べると、試行錯誤の回数を削減することができた。
[4.3. Summary of Example 3]
For
[5.比較例2]
比較例2においては、トライアングルセオリーに従う運転条件の範囲のうちから、ひとつ運転条件を選んで運転条件の探索を開始する。試行1の運転条件から出発し、画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率92%を目指す。基本構成のシミュレータを用いる。
[5. Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, one operating condition is selected from the range of operating conditions according to the triangle theory, and the search for the operating condition is started. Starting from the operating conditions of
[5.1.試行1(トライアングルセオリーのみにより適当に選んだ運転条件)]
比較例1の試行1と同じ条件に設定した。
The same conditions as in
ここで、画分Cへの強吸着成分(フルクトース)回収率は現在88.40%であるが、これを92%に上げるためには、強吸着成分(フルクトース)の漏れの量(現在11.58%)を減らさねばならない。それには「対策(i)」「対策(ii)」の方策が考えられる。 Here, the strongly adsorbed component (fructose) recovery to fraction C is currently 88.40%, but in order to increase this to 92%, the amount of strongly adsorbed component (fructose) leakage (currently 11.4%) is required. 58%) must be reduced. For this purpose, "countermeasure (i)" and "countermeasure (ii)" can be considered.
[5.2.試行2(試行1に対し、対策(i)をする)]
対策(i)として、試行1よりセクション1の流量を増やした。
As countermeasure (i), the flow rate in
強吸着成分(フルクトース)の漏れは回収率9.27%まで下がったが、まだ下がり方が不十分であるため、画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率が90.74%までしか上がらない。 Leakage of the strongly adsorbed component (fructose) decreased to a recovery rate of 9.27%. only go up.
[5.3.試行3(試行1に対し、対策(ii)対策をする)]
対策(ii)として、試行1よりセクション3の流量を減らした。
As countermeasure (ii), the flow rate in
強吸着成分(フルクトース)の漏れは回収率7.58%まで下がり、その結果、画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率が92.61%まで上がり、要求を満たした。 Leakage of the strongly adsorbed component (fructose) decreased to a recovery of 7.58%, resulting in a recovery of the strongly adsorbed component (fructose) in fraction C increased to 92.61%, meeting the requirements.
[5.4.比較例2(試行1~3)のまとめ]
試行1に対し、強吸着成分(フルクトース)の漏れを減らすための対策として対策(i)、対策(ii)のどちらを選んだら良いかが分からないため、それぞれの対策を試してみるという試行錯誤が必要である。
[5.4. Summary of Comparative Example 2 (
For
[6.実施例4]
実施例4においては、比較例2と同様、トライアングルセオリーに従う運転条件の範囲のうちから、ひとつ運転条件を選んで運転条件の探索を開始する。試行1の運転条件から出発し、画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率92%を目指す。第1実施形態のシミュレータを用いた。
[6. Example 4]
In Example 4, as in Comparative Example 2, one operating condition is selected from the range of operating conditions according to the triangle theory, and a search for the operating condition is started. Starting from the operating conditions of
[6.1.試行1]
比較例2の試行1と同じ条件に設定した。
The same conditions as in
回収率92%を達成するには、強吸着成分(フルクトース)の漏れを回収率として8%以下にしなければならない。漏れの量が11.58%であることは比較例2の従来シミュレータでも分かるところであるが、本発明のシミュレータ(第1実施形態)ではさらにそれが
・対策(i)により対策すべき漏れ 回収率として2.16+0.02=2.18%(ラベルの値が負のもの)
・対策(ii)により対策すべき漏れ 回収率として9.41% (ラベルの値が非負のもの)
の内訳であるという情報が得られた。
In order to achieve a recovery rate of 92%, the leakage of the strongly adsorbed component (fructose) must be reduced to 8% or less as a recovery rate. It can be seen from the conventional simulator of Comparative Example 2 that the amount of leakage is 11.58%. as 2.16 + 0.02 = 2.18% (negative label value)
・Recovery rate of leaks to be addressed by measure (ii): 9.41% (non-negative label value)
Information was obtained that the breakdown was
対策(i)だけでは強吸着成分(フルクトース)の漏れを9.41%より減らすことはできないから、画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率92%に達することはできないことがわかる。このため、次は対策(i)を試すことなく対策(ii)の試行をおこなう。 Since measure (i) alone cannot reduce the leakage of the strongly adsorbed component (fructose) below 9.41%, it can be seen that the recovery rate of the strongly adsorbed component (fructose) in fraction C cannot reach 92%. . Therefore, the countermeasure (ii) is tried next without trying the countermeasure (i).
[6.2.試行2(試行1に対し、対策(ii)をする)]
比較例2の試行3と同じ条件に設定した。
The same conditions as in
要求(画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率92%以上)を満たした。 The requirement (recovery rate of 92% or more of strongly adsorbed component (fructose) to fraction C) was met.
[6.3.実施例4のまとめ]
対策(i)を試すことなく、対策(ii)を試すことを選択できる。比較例2に比べると、試行錯誤の回数を削減することができた。
[7.実施例5]
実施例5においては、比較例2と同様、試行1の運転条件から出発し、画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率92%を目指す。第3実施形態のシミュレータを用いた。
[6.3. Summary of Example 4]
One can choose to try measure (ii) without trying measure (i). Compared to Comparative Example 2, the number of trials and errors could be reduced.
[7. Example 5]
In Example 5, as in Comparative Example 2, starting from the operating conditions of
[7.1.試行1(トライアングルセオリーのみにより適当に選んだ運転条件)]
比較例2の試行1と同じ条件に設定した。
The same conditions as in
回収率92%を達成するには、強吸着成分(フルクトース)の漏れを回収率として8%以下にしなければならない。強吸着成分(フルクトース)の漏れが11.58%であることは比較例2の従来シミュレータでも分かるところであるが、本発明のシミュレータ(第2実施形態)ではさらに、
・対策(i)により対策すべき漏れが、回収率として0%と3.05%の間、
・したがって、対策(ii)により対策すべき漏れは、11.58-3.05%=8.53%と11.58%の間、
であることも分かる。
In order to achieve a recovery rate of 92%, the leakage of the strongly adsorbed component (fructose) must be reduced to 8% or less as a recovery rate. It can be seen from the conventional simulator of Comparative Example 2 that the leakage of the strongly adsorbed component (fructose) is 11.58%, but the simulator of the present invention (second embodiment) further:
・Leakage to be dealt with by measure (i) is between 0% and 3.05% as recovery rate,
・Therefore, the leakage to be addressed by measure (ii) is between 11.58-3.05% = 8.53% and 11.58%,
It is also understood that
対策(i)に起因する混入を減らすだけでは強吸着成分(フルクトース)の漏れを8.53%より減らすことはできないから、画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率92%に達することはできないことがわかるため、次は対策(i)を試すことなく対策(ii)の試行をおこなう。 Since the leakage of the strongly adsorbed component (fructose) cannot be reduced below 8.53% only by reducing the contamination caused by measure (i), the recovery rate of the strongly adsorbed component (fructose) in fraction C reaches 92%. Since it is found that it is not possible, the countermeasure (ii) is tried next without trying the countermeasure (i).
[7.2.試行2(試行1に対し、対策(ii)をする)]
比較例2の試行3と同じ条件に設定した。
The same conditions as in
要求(画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率92%以上)を満たした。
[7.3.実施例5のまとめ]
試行1に対し、強吸着成分(フルクトース)の漏れを減らすための対策として、対策(i)を試すことなく、対策(ii)を試すことを選択できる。比較例2に比べると、試行錯誤の回数を削減することができた。
The requirement (recovery rate of 92% or more of strongly adsorbed component (fructose) to fraction C) was met.
[7.3. Summary of Example 5]
For
[8.実施例6]
実施例6においては、比較例2と同様、試行1で得られた運転条件から出発し、画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率92%を目指す。第4実施形態のシミュレータを用いた。
[8. Example 6]
In Example 6, as in Comparative Example 2, starting from the operating conditions obtained in
[8.1.試行1(トライアングルセオリーのみにより適当に選んだ運転条件)]
比較例2の試行1と同じ条件に設定した。
The same conditions as in
第4実施形態のシミュレータによって得られた 対策(i)により対策すべき漏れの量の近似値は2.24%であり、これは正確な値(第1実施形態のシミュレータにより実施例4の試行1で得られた値:2.18%)の良い近似値となっている。したがって、実施例4と同様の議論をおこなうことができ、同様に、次は対策(i)を試すことなく対策(ii)の試行をおこなう。 The approximate value of the amount of leakage to be countermeasured by measure (i) obtained by the simulator of the fourth embodiment is 2.24%, which is the exact value (the trial of Example 4 by the simulator of the first embodiment). 1: 2.18%). Therefore, the same discussion as in Example 4 can be made, and similarly, countermeasure (ii) is tried next without trying countermeasure (i).
[8.2.試行2(試行1に対し、対策(ii)をする)]
比較例2の試行3と同じ条件に設定した。
The same conditions as in
要求(画分Cへの強吸着成分(フルクトース)の回収率92%以上)を満たした。 The requirement (recovery rate of 92% or more of strongly adsorbed component (fructose) to fraction C) was met.
[8.3.実施例6のまとめ]
対策(i)を試すことなく、強吸着成分(フルクトース)の漏れを減らすための対策として、対策(ii)を試すことを選択できる。比較例2に比べると、試行錯誤の回数を削減することができた。
[8.3. Summary of Example 6]
Without trying measure (i), one can choose to try measure (ii) as a measure to reduce leakage of the strongly adsorbed component (fructose). Compared to Comparative Example 2, the number of trials and errors could be reduced.
<実施形態の効果>
上述のように、本実施形態によれば、弱吸着成分の漏れを減らすための対策として、複数の対策のうちどれが効果的かを調べるための試行錯誤の回数を削減することができる。また、強吸着成分の漏れを減らすための対策として、複数の対策のうちどれが効果的かを調べるための試行錯誤の回数を削減することができる。
<Effects of Embodiment>
As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the number of trials and errors for examining which of a plurality of measures is effective as measures for reducing leakage of weakly adsorbed components. In addition, it is possible to reduce the number of times of trial and error for examining which of a plurality of measures is effective as measures for reducing leakage of strongly adsorbed components.
「その他」
非特許文献1に記載されるように、擬似移動層クロマト分離装置は、3カラムから構成が可能である。
"others"
As described in
また、擬似移動層方式のクロマト分離装置の設計において、本実施形態に係るシミュレータを用いることが好適である。 In addition, it is preferable to use the simulator according to the present embodiment in designing a simulated moving bed type chromatographic separation apparatus.
さらに、擬似移動層方式のクロマト分離装置において、本発明に係るシミュレータを備え、擬似移動層方式のクロマト分離装置の運転において、このシミュレータの出力を用いることが好適である。 Furthermore, it is preferable that the simulated moving bed chromatographic separation apparatus is provided with the simulator according to the present invention, and the output of this simulator is used in the operation of the simulated moving bed chromatographic separation apparatus.
10 シミュレータ、12 入力部、14 処理部、16 出力部。 10 simulator, 12 input section, 14 processing section, 16 output section.
Claims (4)
前記環状路には、強吸着成分を主に抜き出す強吸着成分抜出口、及び弱吸着成分を主に回収する弱吸着成分抜出口が設けられ、
前記強吸着成分抜出口から抜き出された弱吸着成分を、弱吸着成分の移動経路に基づき複数区分に分類する第1処理、及び
前記弱吸着成分抜出口から抜き出された強吸着成分を、強吸着成分の移動経路に基づき複数区分に分類する第2処理
の少なくともいずれか一方を実行し、
前記環状路には、原液が注入される原液注入口が設けられ、
前記弱吸着成分抜出口は、前記原液注入口の下流に位置し、
前記強吸着成分抜出口は、前記原液注入口の上流に位置し、
前記第1処理は、前記弱吸着成分が前記原液注入口に注入されてから前記強吸着成分抜出口に至るまでの時間における前記シフトに伴う前記原液注入口、前記弱吸着成分抜出口、及び前記強吸着成分抜出口の前記環状路における周回回数と、前記弱吸着成分の前記環状路における周回回数により、前記弱吸着成分を複数の区分に分類し、
前記第2処理は、前記強吸着成分が前記原液注入口に注入されてから前記弱吸着成分抜出口に至るまでの時間における前記シフトに伴う前記原液注入口、前記弱吸着成分抜出口、及び前記強吸着成分抜出口の前記環状路における周回回数と、前記強吸着成分の前記環状路における周回回数により、前記強吸着成分を複数の区分に分類する
クロマト分離装置のシミュレータ。 A fluid is circulated in one direction in a circular path in which three or more chromatographic columns are connected in a circular fashion, and the inflow positions of the fluid to be treated and the elution fluid are made different from each other and sequentially shifted in the other direction to obtain an image of the strongly adsorbed component. A simulator for a chromatographic separation device that simulates the operation of a simulated moving bed type chromatographic separation device in which the outflow positions of the fractions for the fraction and the weakly adsorbed component are made different from each other and sequentially shifted in the other direction,
The annular path is provided with a strongly adsorbed component outlet for mainly extracting the strongly adsorbed component and a weakly adsorbed component outlet for mainly recovering the weakly adsorbed component,
a first process of classifying the weakly adsorbed components extracted from the strongly adsorbed component extraction port into a plurality of categories based on the movement path of the weakly adsorbed components; performing at least one of the second processing of classifying into a plurality of categories based on the migration path of the strongly adsorbed component,
The annular path is provided with a stock solution injection port into which the stock solution is injected,
The weakly adsorbed component extraction port is located downstream of the stock solution injection port,
The strongly adsorbed component extraction port is located upstream of the stock solution injection port,
The first process includes the stock solution injection port, the weakly adsorbed component extraction port, and the classifying the weakly adsorbed components into a plurality of categories according to the number of times the strongly adsorbed component outlet circulates in the annular path and the number of times the weakly adsorbed component circulates in the annular path;
The second process includes the stock solution injection port, the weakly adsorbed component extraction port, and the The strongly adsorbed components are classified into a plurality of categories according to the number of times the strongly adsorbed component outlet circulates in the annular path and the number of times the strongly adsorbed component circulates in the annular path.
A chromatographic separator simulator.
前記環状路には、溶離液が注入される溶離液注入口が設けられ、
前記セクション1は前記溶離液注入口から前記強吸着成分抜出口までの領域であり、
前記セクション4は前記弱吸着成分抜出口から前記溶離液注入口までの領域であり、
前記第1処理は、前記弱吸着成分がセクション1からセクション4にセクション1とセクション4の境界を越えて移動した回数と、前記弱吸着成分がセクション4からセクション1に前記境界を越えて移動した回数により前記弱吸着成分を複数の区分に分類し、
前記第2処理は、前記強吸着成分がセクション1からセクション4に移動した回数と、前記強吸着成分がセクション4からセクション1に移動した回数により前記強吸着成分を複数の区分に分類する
請求項1に記載のクロマト分離装置のシミュレータ。 The annular path has four or more chromatographic columns, and is divided into four continuous sections 1 to 4 from the upstream side to the downstream side so that each section has at least one chromatographic column,
The annular path is provided with an eluent injection port into which the eluent is injected,
The section 1 is a region from the eluent inlet to the strongly adsorbed component outlet,
The section 4 is a region from the weakly adsorbed component outlet to the eluent inlet,
The first treatment includes the number of times the weakly adsorbed component moves from section 1 to section 4 across the boundary between sections 1 and 4, and the number of times the weakly adsorbed component moves from section 4 to section 1 across the boundary. Classify the weakly adsorbed components into a plurality of categories according to the number of times,
The second processing classifies the strongly adsorbed components into a plurality of categories according to the number of times the strongly adsorbed components have moved from section 1 to section 4 and the number of times the strongly adsorbed components have moved from section 4 to section 1. A simulator of the chromatographic separation apparatus according to 1 .
前記環状路はクロマトカラムを4つ以上有し、各セクションが少なくとも1つクロマトカラムを有するように上流側から下流側に向けて連続した4つのセクション1~4に区切られ、
前記環状路には、原液が注入される原液注入口、前記弱吸着成分を主に抜き出す弱吸着成分抜出口、前記強吸着成分を主に抜き出す強吸着成分抜出口、溶離液が注入される溶離液注入口が設けられ、
セクション1は前記溶離液注入口から前記強吸着成分抜出口までの領域であり、
セクション2は前記強吸着成分抜出口から前記原液注入口までの領域であり、
セクション3は前記原液注入口から前記弱吸着成分抜出口までの領域であり、
セクション4は前記弱吸着成分抜出口から前記溶離液注入口までの領域であり、
第1処理及び第2処理の少なくともいずれか一方を行い、
前記第1処理は、
前記強吸着成分抜出口から抜き出された弱吸着成分をセクション4の積算流量の変更により対策できる部分とセクション2の積算流量の変更により対策できる部分の2つの部分を含む複数の部分に分けて、該2つの部分のうち少なくとも1つの部分の量を特定する第1の値を得る第1工程と、
前記第1の値に基づき前記セクション4の積算流量の変更を含む条件変更、前記セクション2の積算流量の変更を含む条件変更のいずれかを選択し、前記強吸着成分抜出口から抜き出される弱吸着成分の量を調整する第2工程と
を備え、
前記第2処理は、
前記弱吸着成分抜出口から抜き出された強吸着成分をセクション1の積算流量の変更により対策できる部分とセクション3の積算流量の変更により対策できる部分の2つの部分を含む複数の部分に分けて、該2つの部分のうち少なくとも1つの部分の量を特定する第2の値を得る第3工程と、
前記第2の値に基づき前記セクション1の積算流量の変更を含む条件変更、前記セクション3の積算流量の変更を含む条件変更のいずれかを選択し、前記弱吸着成分抜出口から抜き出される強吸着成分の量を調整する第4工程と
を備えるクロマト分離装置の運転条件探索方法。 A fluid is circulated in one direction through a circular path in which three or more chromatographic columns are connected in an endless manner, and the inflow positions of the fluid to be treated and the elution fluid are made different from each other and sequentially shifted in the other direction, so that the strong adsorption component can be detected. A method of searching operating conditions for a chromatographic separation device using a simulator for a simulated moving bed chromatographic separation device in which the outflow positions of the fraction and the weakly adsorbed component are made different from each other and sequentially shifted in the other direction,
The annular path has four or more chromatographic columns, and is divided into four continuous sections 1 to 4 from the upstream side to the downstream side so that each section has at least one chromatographic column,
The annular path includes a stock solution inlet for injecting a stock solution, a weakly adsorbed component extraction port for mainly extracting the weakly adsorbed component, a strongly adsorbed component extraction port for mainly extracting the strongly adsorbed component, and an elution solution for introducing an eluent. A liquid inlet is provided,
Section 1 is a region from the eluent inlet to the strongly adsorbed component outlet,
Section 2 is a region from the strongly adsorbed component outlet to the stock solution inlet,
Section 3 is a region from the stock solution inlet to the weakly adsorbed component outlet,
Section 4 is a region from the weakly adsorbed component outlet to the eluent inlet,
Performing at least one of the first treatment and the second treatment,
The first processing is
The weakly adsorbed component extracted from the strongly adsorbed component extraction port is divided into a plurality of portions including two portions, a portion that can be counteracted by changing the integrated flow rate in section 4 and a portion that can be counteracted by changing the integrated flow rate in section 2. a first step of obtaining a first value specifying the amount of at least one portion of the two portions ;
Either a condition change including a change in the integrated flow rate in the section 4 or a condition change including a change in the integrated flow rate in the section 2 is selected based on the first value, and the weakly adsorbed component extracted from the strongly adsorbed component outlet is selected based on the first value. and a second step of adjusting the amount of the adsorbed component,
The second processing is
The strongly adsorbed component extracted from the weakly adsorbed component extraction port is divided into a plurality of portions including two portions, a portion that can be counteracted by changing the integrated flow rate in section 1 and a portion that can be counteracted by changing the integrated flow rate in section 3. a third step of obtaining a second value specifying the amount of at least one portion of the two portions;
Either a condition change including a change in the integrated flow rate in the section 1 or a condition change including a change in the integrated flow rate in the section 3 is selected based on the second value, and the strong adsorbent extracted from the weakly adsorbed component extraction port is selected. A method for searching operating conditions for a chromatographic separation device, comprising: a fourth step of adjusting the amount of adsorbed components.
前記環状路には、強吸着成分を主に抜き出す強吸着成分抜出口、及び弱吸着成分を主に回収する弱吸着成分抜出口が設けられ、
シミュレータに、
前記強吸着成分抜出口から抜き出された弱吸着成分を、弱吸着成分の移動経路に基づき複数区分に分類する第1処理、及び
前記弱吸着成分抜出口から抜き出された強吸着成分を、強吸着成分の移動経路に基づき複数区分に分類する第2処理
の少なくともいずれか一方を実行させ、
前記環状路には、原液が注入される原液注入口が設けられ、
前記弱吸着成分抜出口は、前記原液注入口の下流に位置し、
前記強吸着成分抜出口は、前記原液注入口の上流に位置し、
前記第1処理は、前記弱吸着成分が前記原液注入口に注入されてから前記強吸着成分抜出口に至るまでの時間における前記シフトに伴う前記原液注入口、前記弱吸着成分抜出口、及び前記強吸着成分抜出口の前記環状路における周回回数と、前記弱吸着成分の前記環状路における周回回数により、前記弱吸着成分を複数の区分に分類し、
前記第2処理は、前記強吸着成分が前記原液注入口に注入されてから前記弱吸着成分抜出口に至るまでの時間における前記シフトに伴う前記原液注入口、前記弱吸着成分抜出口、及び前記強吸着成分抜出口の前記環状路における周回回数と、前記強吸着成分の前記環状路における周回回数により、前記強吸着成分を複数の区分に分類する
クロマト分離装置のシミュレーションプログラム。 A fluid is circulated in one direction in a circular path in which three or more chromatographic columns are connected in a circular fashion, and the inflow positions of the fluid to be treated and the elution fluid are made different from each other and sequentially shifted in the other direction to obtain an image of the strongly adsorbed component. A simulation program for a chromatographic separation device for simulating the operation of a simulated moving bed type chromatographic separation device in which the outflow positions of the fractions for the fraction and the weakly adsorbed component are made different from each other and sequentially shifted in the other direction,
The annular path is provided with a strongly adsorbed component outlet for mainly extracting the strongly adsorbed component and a weakly adsorbed component outlet for mainly recovering the weakly adsorbed component,
to the simulator
a first process of classifying the weakly adsorbed components extracted from the strongly adsorbed component extraction port into a plurality of categories based on the movement path of the weakly adsorbed components; Execute at least one of the second processing of classifying into a plurality of categories based on the migration path of the strongly adsorbed component ,
The annular path is provided with a stock solution injection port into which the stock solution is injected,
The weakly adsorbed component extraction port is located downstream of the stock solution injection port,
The strongly adsorbed component extraction port is located upstream of the stock solution injection port,
The first process includes the stock solution injection port, the weakly adsorbed component extraction port, and the classifying the weakly adsorbed components into a plurality of categories according to the number of times the strongly adsorbed component outlet circulates in the annular path and the number of times the weakly adsorbed component circulates in the annular path;
The second process includes the stock solution injection port, the weakly adsorbed component extraction port, and the The strongly adsorbed components are classified into a plurality of categories according to the number of times the strongly adsorbed component outlet circulates in the annular path and the number of times the strongly adsorbed component circulates in the annular path.
A simulation program for a chromatographic separator.
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