JPH11183459A - クロマト分離方法及びクロマト分離装置 - Google Patents

クロマト分離方法及びクロマト分離装置

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JPH11183459A JP9366256A JP36625697A JPH11183459A JP H11183459 A JPH11183459 A JP H11183459A JP 9366256 A JP9366256 A JP 9366256A JP 36625697 A JP36625697 A JP 36625697A JP H11183459 A JPH11183459 A JP H11183459A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 複数工程のクロマト分離で、各工程で少なく
とも一部のイオン交換体のイオン形の少なくとも一部を
変更して、3成分以上を含む流体原料を3以上の画分に
効率的に分離できるクロマト分離方法及び分離装置を提
供する。 【解決手段】 イオン交換体を充填したクロマト分離装
置を用いる複数工程のクロマト分離で、各工程で少なく
とも一部のイオン交換体のイオン形の少なくとも一部を
被分離成分の分離に適するイオン形に変更して行ない、
3成分以上を含む流体原料から効率的に3以上の画分に
分ける。クロマト分離装置の好ましい1例は、無端直列
の循環流路を形成する単位充填層群の該循環流路の1位
置に遮断弁を有し、各単位充填層間毎に流体原料供給手
段、脱着剤供給手段、2画分それぞれの抜き出し手段を
備え、遮断弁の上流側で且つ単位充填層を介すること無
く該循環流路に接続された1流体画分の抜き出し手段を
有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、クロマト分離方法
及びクロマト分離装置に関し、詳しくは、少なくとも一
部の充填剤としてイオン交換体を充填したクロマト分離
装置で3成分以上を含む流体原料から複数の工程で3つ
以上の画分に分けるクロマト分離方法及び上記クロマト
分離方法に効果的に利用できると共にその他の多様なプ
ロセスにも利用できる可能性を有するクロマト分離装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】3成分以上を含む原料流体から各成分を
クロマト分離する従来方法には種々の方法があり、それ
らの代表的な数例としては、次のような方法を挙げるこ
とができる。
【0003】第1の方法は、分析用の高速液体クロマト
グラフィーをスケールアップした回分法であり、一般に
分取クロマト分離方法と呼ばれる。
【0004】第2の方法は、特開平2ー124895号
公報に開示されるような方法であり、2成分だけを分離
する擬似移動層式クロマト分離装置を2系列又は2回使
う方法である。即ち、先ず原料をA成分とB+C成分混
合物とに分離し、次いで上記B+C成分混合物をB成分
とC成分とに分離するか、あるいは、先ずA+B成分混
合物とC成分とに分離し、次いで上記A+B成分混合物
をA成分とB成分とに分離する。これは、通常の擬似移
動層式クロマト分離装置は2成分の分離しかできないた
めであり、実際に3成分を分離するには擬似移動層式ク
ロマト分離装置を2系列用意するか、1系列の装置を2
回使うということで、後者の場合は、分離途中の液(混
合物の画分)は一旦保存し条件を変えて同じ装置を再度
使うということをしなければならない。
【0005】第3の方法は、特開平4ー227804号
公報に開示される方法であり、1系列の改良された擬似
移動層式クロマト分離装置に1種の充填剤を充填して、
3以上の成分を含む混合物流体から、各成分が富化した
画分を効率良く且つ連続的に分離するものである。ここ
で、「成分が富化」とは、被分離成分(分離しようとす
る成分)が流体の流れ方向に分かれた各画分中に集まる
ことを言い、富化の程度が純度や回収率に相関する。
【0006】第4の方法は、特開昭64ー80409号
公報に開示される方法であり、各成分に対する分配係数
がA成分<B成分<C成分である第1充填剤を充填した
分離塔(単位充填層を有する単位充填塔)と分配係数が
A成分<C成分<B成分である第2充填剤を充填した分
離塔を交互に並べて使用するものである。
【0007】上記の第2、第3及び第4の方法は、基本
的には、充填剤(収着剤)を充填した複数の単位充填塔
を無端に連結した無端循環系に対して、複数の被分離成
分を含む流体原料及び脱着剤(液体の場合は、溶離剤と
も言う)をそれぞれの所定位置から供給すると共に無端
循環系の一方向に流通させることで、複数の被分離成分
の充填剤に対する親和力(親和性)の違いにより各々の
成分が富化した帯域に分離するという現象を利用して、
各成分が富化した帯域の画分を無端循環系から抜き出す
操作と、流体原料及び脱着剤の供給位置と各画分の抜き
出し位置を流体の流れの方向に間欠的に移動させること
により、充填剤を見掛け上は該流体流れとは反対の方向
に移動させるかの如き操作とを行って、流体原料から各
成分が各別に富化した2画分を連続的に得る基礎的擬似
移動層方式を応用した方法や擬似移動層方式の改良又は
改変方法(本発明では、基礎的擬似移動層方式の改良又
は改変方式をも含めて、「擬似移動層方式」と考えるこ
ととする)である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の各方
法は、いずれも3成分以上を含む流体原料を3画分以上
にクロマト分離するという点では同様の技術であるが、
かかる分離技術を工業的な規模で実施する装置において
採用する場合には、それぞれ下記のような欠点がある。
【0009】上記の第1の方法では、回分式であるため
分離が悪く、また溶離剤の使用量が多くなるため、大量
の原料液を処理する工業的分離には不向きである場合が
多いという問題がある。
【0010】上記の第2の方法では、擬似移動層式クロ
マト分離装置を2系列設置するか同じ装置を2度使う必
要がある。擬似移動層式クロマト分離装置を2系列設置
する場合は、装置コストが高くなるという問題点があ
る。また、同じ装置を2度使う場合は、その都度充填剤
を交換するのは操作が煩雑になるため同一充填剤を使わ
ざるを得ず、充填剤が1種類であるため3成分の全てを
効率的に分離できない場合があるという問題点がある。
例えば、A成分とB成分とは分離しすぎるほど良く分離
するが、B成分とC成分との分離は悪く、各画分の成分
純度が上がらないという場合が生じる。
【0011】上記の第3の方法でも、充填剤が1種類で
あるため3成分の全てを効率的に分離できない場合が生
じるという問題点がある。例えば、A成分とB成分とは
分離しすぎるほど良く分離するが、B成分とC成分との
分離は悪く、各画分の成分純度が上がらないという場合
が生じる。
【0012】上記の第4の方法では、分離に供する原液
に対して、適切な2種の充填剤の組み合わせが難しいと
いう問題点がある。
【0013】従って、上記の第2、第3及び第4の方法
は、単位充填塔に充填された充填剤により、各成分の分
離性〔これは、流体原料の負荷(供給)量に関係す
る〕、回収画分に含まれる回収目的成分の純度や回収
率、回収画分を濃縮する際の濃縮エネルギーに関係する
脱着剤の使用量(回収画分の目的成分濃度に関係する)
等が影響を受け、しかも、これらの影響の一つを改善す
る対策が他の影響を悪くする傾向を招く問題がある。
【0014】このような問題を解決するためには、上述
した種々の影響を都合良く調整できる最適の充填剤を選
択して使用すれば良いと言えるかも知れないが、実際に
は、そのような最適の充填剤の選択は容易では無い。例
えば、回収目的成分の純度や回収率を高めるために流体
原料に含まれる複数成分に対する充填剤の分離度をでき
るだけ良くするようにすると、無端循環系内におけるそ
れぞれの成分に富む複数帯域の間が広がり過ぎることに
なって、脱着剤の使用量が多くなり(各成分の充填剤と
対する親和性が互いに大きく異なるため、特に、親和性
の強い成分を脱着するのに脱着剤の使用量が多くな
る)、回収される各画分に含まれる各成分の濃度が希薄
になるという問題を招き、反対に、脱着剤の使用量を少
なくするために分離度の悪い充填剤を用いれば、各成分
の純度や回収率が低下してしまうという問題を招くから
である。このように、複数の被分離成分との関係で適度
の分離度を有する既存の充填剤が存在する場合は稀であ
り、また、そのような充填剤を新たに創り出すことも容
易では無い。なお、「分離度」とは、2成分の分離の度
合を示す指標であり、二つの相隣る富化画分(バンド)
1、2の中心間の距離を平均のバンド幅で割った値に等
しいとして定義される(1976年、株式会社東京化学
同人発行「高速液体クロマトグラフィー」参照)。
【0015】本発明は、上述のような従来技術の方法の
各問題点に鑑みて成されたもので、3成分以上を含む流
体原料から各成分をクロマト分離するに当たり、各成分
を効率的に分離する方法を提供することを目的とする。
【0016】本発明の別の目的は、上記の方法に効果的
に利用できると共にその他の多様なプロセスにも利用で
きる可能性を有するクロマト分離装置を提供することで
ある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、以上のよ
うな従来技術の方法について種々検討した結果、従来の
クロマト分離方法の問題点を解決し、本発明に至ったも
のである。本発明によれば、回分式又は擬似移動層式の
クロマト分離において、例えば、分離回収目的の成分を
高い純度と高い回収率で得ながら、該成分を可及的に高
濃度に得るという二律背反的な要求を同時に満足するこ
とも可能とする。
【0018】本発明のクロマト分離方法は、少なくとも
一部の充填剤としてイオン交換体を充填したクロマト分
離装置で3成分以上を含む流体原料を少なくとも2度の
操作により3つ以上の画分に分けるクロマト分離方法に
おいて、一部又は全部のイオン交換体のイオン形の少な
くとも一部(イオン交換容量に対して)を各工程で分離
すべき成分の分離度が大きくなる様なイオン形に変更し
て、クロマト分離を行うことを特徴とする。
【0019】即ち、本発明は、少なくとも一部の充填剤
(収着剤)としてイオン交換体を充填したクロマト分離
装置で3成分以上を含む流体原料を複数の工程で3つ以
上の画分に分けるクロマト分離方法において、一部又は
全部の前記イオン交換体のイオン形の少なくとも一部
(そのイオン交換容量に対して)を各工程で分離すべき
成分の分離に適するイオン形に変更して分離することを
特徴とするクロマト分離方法を提供するものである。ま
た、本発明は、収着剤が充填された単位充填層(単位充
填塔)の多数個を接続して無端直列の循環流路を形成し
且つ前記循環流路内で流体を無端循環させながら外部と
流体の出入りを行わせる状態と前記循環流路内の少なく
とも1位置(遮断/開放位置)で実質的に流体の流通を
遮断しながら外部と流体の出入りを行わせる状態との切
り換えが可能に設けられている単位充填層群の系、前記
単位充填層群の隣接単位充填層間毎に前記循環流路にそ
れぞれ接続された流体原料供給手段及び脱着剤供給手
段、前記単位充填層群の隣接単位充填層間毎に前記循環
流路にそれぞれ接続された2流体画分をそれぞれ抜き出
す流体抜き出し手段、および、前記の少なくとも1位置
(遮断/開放位置)の上流側で且つ単位充填層を介する
こと無く及び/又は1単位充填層を介して前記循環流路
に接続されている別の1流体画分を抜き出す流体抜き出
し手段を包含することを特徴とするクロマト分離装置を
提供するものである。
【0020】本発明の方法で、第1工程での充填剤とし
てのイオン交換体は、必ずしも1種のイオン交換体のみ
を用いる場合には限られず、本出願人が特願平9−25
7055号において提案しているように、前述の分離度
を調整するために、流体原料に含まれる被分離成分の分
離度が違う充填剤から選択した2以上の異なる充填剤の
混在状態、即ち、上記2以上の異なる充填剤の混合状態
及び/又は上記2以上の異なる充填剤の多層状の積層状
態及び/又は複数の単位充填層を接続し且つ上記2以上
の異なる充填剤中の少なくとも1充填剤を単独で1又は
複数の単位充填層で使用するような上記2以上の異なる
充填剤の混在状態で用いる場合もあり、後者の場合は2
以上の異なる充填剤の少なくとも1充填剤がイオン交換
体であれば、本発明の目的を達成できる。イオン交換体
としては、イオン交換樹脂やゼオライト等を用いること
ができる。ここで、「分離度が違う」とは、例えば、2
種の充填剤を基準の充填層高(例えば、単位充填塔の実
際の層高の0.3〜1倍)で同一形状のそれぞれの試験
用カラムに充填して、実際に分離する時の条件(温度や
流速等)で2被分離成分について分離度を測定した時、
2種の充填剤の分離度の差が0.1以上、好ましくは
0.2以上であることを言う。上記の2以上の異なる充
填剤を混在状態で用いる場合は、イオン交換体と併用で
きる充填剤としては、シリカゲル、活性炭、その他の天
然又は合成収着剤などを挙げることができ、両者の比や
種類等は、被分離成分の種類や目的等に応じて、種々の
実験結果を基にして選定することができる。
【0021】イオン交換体のイオン形を変更するための
薬剤の量は少ない方が費用や時間等の面で有利であるの
で、必要最小限の量のイオン交換体のイオン形を変える
か、全イオン交換体についてイオン形の変更を行うとし
ても、必要最小限の割合(イオン交換体のイオン交換容
量に対して、「変更イオン形/全イオン形の比」)でイ
オン形を変えるのが好ましい(以下、「イオン形の変
更」とは、このような全ての場合を含めた用語として定
義する)。
【0022】本発明においては、回分式分取クロマト分
離方法でも、擬似移動層式クロマト分離方法でもよく、
従って、クロマト分離装置としては、上述した従来の方
法で用いられるような回分式分取クロマト装置、擬似移
動層式クロマト分離装置、3成分分離擬似移動層式クロ
マト分離装置等の種々のクロマト分離装置、並びに、そ
れらの種々の改良又は簡略化装置をそのまま使用するこ
ともできる。回分式分取クロマト装置では、塔(カラ
ム)に充填されたイオン交換体の充填層を1層とし、各
工程毎に該イオン交換体のイオン形を変えるのが通常で
あるが、例えば、塔(カラム)中に2層として積層充填
し、両者のイオン交換体のイオン形を変えておき、先ず
流体原料を第1層の上流端から流し、次いで脱着剤の供
給により第1層から最初に流出するA+B混合物の画分
をそのまま第2層に通してA画分とB画分とに分離して
充填塔(分離塔)から抜き出し、C画分は第1層と第2
層の境界部から抜き出す様に構成して、イオン交換体の
イオン形を互いに変えて行われる2工程を連続して行う
回分式装置として構成してもよい。後者の場合、脱着剤
の供給口を第1層と第2層の境界部にも設けたり、上記
境界部の抜き出し口を複数設けて、第1層と第2層との
境界部の位置を変更できる様にし、例えば、かかる抜き
出し口を逆利用して第2層のイオン交換体のイオン形を
必要に応じて変更できる様に構成し、種々の運転条件や
種々の流体原料に対応できる様にすることも好ましい。
擬似移動層式クロマト分離装置は、後に詳述する様に、
塔(カラム)にイオン交換体が充填された複数の単位充
填層(単位充填塔)を有し、各工程でイオン交換体のイ
オン形を変更する際に、全単位充填層のイオン交換体の
イオン形を変えてもよいが、少なくとも1単位充填塔の
イオン交換体のイオン形を変えれば、本発明の目的を達
成できる場合が多い。この場合、イオン交換体以外の充
填剤をイオン交換体と併用できることは既述の通りであ
り、両者を併用している限りにおいて、少なくとも1単
位充填塔内の全てをイオン交換体以外の充填剤で充填し
ても良いことは勿論である。
【0023】イオン交換体のイオン形を変更する薬剤と
して、例えば、カチオン交換樹脂について言えば、各種
の酸類、ナトリウムやカリウム等のアルカリ金属やアン
モニアの塩類や水酸化物類又はそれらの混合物は、該イ
オン形を1価イオン形にすることができ、また、カルシ
ウムやマグネシウム等のアルカリ土類金属の塩類や水酸
化物等又はそれらの混合物は、該イオン形を2価イオン
形にすることができる。その他の薬剤としては、塩化ア
ルミニウム等の該イオン形を3価イオン形にすることが
できるもの等も在る。被分離成分との関係で適正な薬剤
を選択すれば良い。
【0024】イオン形を変更する方法としては、例え
ば、擬似移動層式クロマト分離装置を用いる場合には、
少なくとも1以上の単位充填塔(単位充填層)に塩、酸
又はアルカリの水性媒体溶液を流す方法が簡易で好都合
である。また、別の予備カラムにイオン交換樹脂等のイ
オン交換体を移送し、そのカラム内でイオン形の変更を
しても良い。実際の操作上の観点からは、装置材質の耐
酸性、耐アルカリ性の問題があるので、例えば、酸性や
アルカリ性の水性媒体溶液よりもほぼ中性の塩の水性媒
体溶液を用いるのが好ましい。
【0025】例えば、糖類の分離においてはゲル型強酸
性カチオン交換樹脂が使われており、経験則上、単糖類
と二糖類と三糖類などの分子量の違いによる分離には1
価イオン形が適しているので塩化ナトリウムなどの塩の
水溶液を流して1価イオン形の量を増やすのが望まし
く、また、同じ分子量同士の糖類の分離には2価イオン
形が適しているので塩化カルシウムなどの塩の水溶液を
流して2価イオン形の量を増やすのが望ましい。本発明
の方法は、分離度を一定に保つには、イオン交換体のイ
オン形組成が分離操作の進行に伴って実質的に変わるこ
とが無い様な条件下で実施するのが好ましい。但し、例
えば、イオン交換樹脂を用いる糖類の分離では、イオン
形は運転が進むにつれて原料液中に含まれる各種イオン
と平衡なイオン形組成に到達する方向に進んだり、イオ
ン交換樹脂の一部のイオンが次の充填層(例えば、単位
充填塔)に移動することもあり得るが、全充填層中の全
イオン交換樹脂量に対して、分離に必要な量のイオン形
が存在する限り何ら問題は無い。
【0026】次に、本発明のクロマト分離方法に用いる
ことができる擬似移動層式クロマト分離装置の基本例の
一般的且つ簡単な説明をする。なお、以下、本発明の方
法は、説明を簡易化するために、流体原料として3成分
以上を含む液体を扱う場合について主に説明するが、3
成分以上を含む気体にも本発明の方法が応用できること
は言うまでも無い。固体収着剤(本発明では、少なくと
もイオン交換体を含む)が充填されている複数の単位充
填塔を無端直列に連結した系と、該系内の循環流体を一
方向に循環させる手段と、これらの単位充填塔のいずれ
かを選択して流体原料を供給する流体原料供給手段と、
他のいずれかの単位充填塔を選択して脱着剤(液体の場
合、溶離剤とも言う)を供給する脱着剤供給手段と、い
ずれかの単位充填塔を選択してA画分(例えば、ラフィ
ネート)を上記系外に抜き出す第1の流体抜き出し手段
と、他のいずれかの単位充填塔を選択してC画分(例え
ば、エクストラクト)を上記系外に抜き出す第2の流体
抜き出し手段と、上記系内における上記流体の供給及び
抜き出しの位置の関係を相互に維持して、これらの位置
を系内の流体流れ方向の下流側に順次移行させる切り換
え制御手段とを備えたものである。
【0027】次に、このような擬似移動層式クロマト分
離装置を用いた擬似移動層式クロマト分離方法の一例の
一般的且つ簡単な説明を行う。上記のように無端に連結
された単位充填塔群を脱着剤供給位置から見て下流側に
向かって第1区画、第2区画、第3区画、第4区画に区
画して考え、第1区画の最前列に位置する単位充填塔の
入口の循環流に対して溶離剤等の脱着剤を供給弁を介し
て供給すると共に、第1区画の最後列に位置する単位充
填塔の出口の循環流から被収着成分の含有量の多いエク
ストラクト等のC画分流体を抜き出し弁を介して抜き出
し、第3区画の最前列に位置する単位充填塔の入口の循
環流に対して流体原料を供給弁を介して供給すると共
に、第3区画の最後列に位置する単位充填塔の出口の循
環流から被収着成分の少ないラフィネート等のA画分流
体を抜き出し、これらの脱着剤の供給位置、C画分流体
の抜き出し位置、流体原料の供給位置、A画分流体の抜
き出し位置を、上記流体原料中の成分の収着剤に対する
収着領域の移行に伴って下流側に繰り下げるように操作
する。本発明によれば、このような擬似移動層式クロマ
ト分離方法をそれに用いるイオン交換体のイオン形を変
更して複数の工程において実施することにより、3成分
以上を含む流体原料から3以上の画分に分けることがで
きる。しかし、擬似移動層式クロマト分離法には、種々
の改良又は改変方法があり、例えば、流体原料の供給位
置を固定して行う方法(特開平9−132586号公報
参照)や或る画分の抜き出し位置を固定して行う方法
(特開平9−132586号公報参照)もある。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明するが、本発明はその要旨を逸脱しな
い限り、下記の実施の形態に限定されないことは当然で
ある。
【0029】図1は、本発明の方法を実施する際に使用
することができる擬似移動層式クロマト分離装置の構成
の一例の概要を示す図であり、この装置は前述した基本
例の具体例である。図1において、1〜10は単位充填
塔(単位充填層)、1A〜10AはA画分の抜き出し
弁、1C〜10CはC画分の抜き出し弁、1D〜10D
は溶離剤等の脱着剤供給弁、1F〜10Fは流体原料供
給弁、Aはラフィネート等のA画分流体、Cはエクスト
ラクト等のC画分流体、Dは溶離剤等の脱着剤、Fは流
体原料、12はA画分抜き出し配管、14はC画分抜き
出し配管、15は流体原料供給ポンプ、16は脱着剤供
給ポンプ、19は循環ポンプ、20と21は連結配管、
30は流体原料供給配管、31は脱着剤供給配管を表
す。
【0030】単位充填塔1〜10のそれぞれの末端を、
次の単位充填塔の頂部に連結配管20、21で無端連結
し、連結配管の上流側にA画分抜き出し弁1A〜10A
及びC画分抜き出し弁1C〜10Cを連結すると共に、
連結配管の下流側に流体原料供給ポンプ15によって供
給される流体原料用の流体原料供給配管30から分岐し
た流体原料供給弁1F〜10F付き分岐配管と脱着剤供
給ポンプ16によって供給される脱着剤用の脱着剤供給
配管31から分岐した脱着剤供給弁1D〜10D付き分
岐配管とを連結し、単位充填塔10の末端から単位充填
塔1の頂部への配管21の途中に循環ポンプ19を連結
し、更に、各A画分抜き出し弁1A〜10AをA画分抜
き出し配管12に接続し、各C画分抜き出し弁1C〜1
0CをC画分抜き出し配管14に接続して擬似移動層式
クロマト分離装置を構成する。なお、循環ポンプ19
は、配管21の途中に設置されており、図示しない制御
装置により流量を流量シーケンスプログラムに従って設
定値に制御できるようになっている。この循環ポンプ1
9は、隣接する単位充填塔間の何処に設置してもよい
し、また、必要に応じ何台設けてもよい。また、各供給
弁及び各抜き出し弁も図示しない制御装置により所定の
弁開閉シーケンスプログラムに従って開閉が制御される
ようになっている。また、図1では単位充填塔の数は1
0本であるが、これに限定されるものでは無い。
【0031】次に、図1の擬似移動層式クロマト分離装
置の運転操作について説明する。図1の構成の装置を用
いて、第1段として、例えば、流体原料供給弁6Fを開
いて単位充填塔6の塔頂から流体原料を供給すると共
に、脱着剤供給弁1Dを開いて単位充填塔1の塔頂から
脱着剤を供給し、更に単位充填塔10の塔末からの流体
を循環ポンプ19を介して単位充填塔1の頂部に導入す
る。これにより充填剤に対する親和性の弱い成分が富化
された画分の液(A画分液)と親和性の強い成分が富化
された画分の液(C画分液)が循環流の方向に分かれる
ので、C画分抜き出し弁2Cを開いて単位充填塔2の塔
末からC画分を抜き出し、A画分抜き出し弁8Aを開い
て単位充填塔8の塔末からA画分を抜き出す。
【0032】従って、この例の第1段では、脱着水供給
口からC画分抜き出し口までの第1区画は単位充填塔が
2本、C画分抜き出し口から流体原料供給口までの第2
区画は単位充填塔が3本、流体原料供給口からA画分抜
き出し口までの第3区画は単位充填塔が3本、A画分抜
き出し口から脱着剤供給口までの第4区画は単位充填塔
が2本である。但し、本発明がこの例の態様に限定され
ないことは言うまでも無い。
【0033】予め定めた一定時間の経過後、第2段とし
て、上記第1段で開いた脱着剤供給弁1Dを閉じ且つ脱
着剤供給弁2Dを開き、同様にしてC画分抜き出し弁の
開いている所を2Cから3Cへ切り換え、流体原料供給
弁の開いている所を6Fから7Fへ切り換え、A画分抜
き出し弁の開いている所を8Aから9Aへ切り換える。
【0034】以下、同様にして、上記の一定時間毎に、
開とする弁を順次に循環流体の流れ方向の下流側に1単
位充填塔分ずつ移行させる操作を行って、第3段〜第1
0段のクロマト分離を行う。このような弁の切り換えに
より、見掛け上は、循環流の流れ方向とは反対方向に充
填剤を移動させるかの如き操作を行っていることにな
る。
【0035】図2は、本発明を実施する際に使用するこ
とができる改良擬似移動層式クロマト分離装置の構成の
他の一例の概要を示す図であり、また、本発明のクロマ
ト分離装置の1具体例を示す図である。この装置は、後
述の実施例及び比較例において用いた装置であり、特開
平9−132586号公報の図2に示される装置(原液
の供給位置が固定されている)を改良し、特開平9−1
32586号公報に開示される様な運転も行うことがで
き、且つ、上記図1の装置(原液の供給位置を固定しな
い)の運転と実質的に同様の運転も行える様にした装置
である。そのため、図2中の各符号は、図1中の符号に
対応するものは、同じとした。従って、図2では、B画
分抜き出し弁5B、遮断弁Z、B画分流体B、B画分抜
き出し配管13が描かれている点において図1と異な
る。なお、B画分抜き出し弁5B付きB画分抜き出し配
管13を単位充填塔5と6の間で連結配管20に接続す
る代わりに、単位充填塔4と5の間で連結配管20に接
続してもよく、あるいは、B画分抜き出し配管13を単
位充填塔4と5の間および単位充填塔5と6の間で連結
配管20に接続させるように分岐させて、それぞれの分
岐配管にB画分抜き出し弁を設けてもよい。後者の場
合、B画分を抜き出す際は、2個のB画分抜き出し弁の
一つを開くのが通常である。
【0036】単位充填塔5と6の間に設けられた遮断弁
Zは、図示しない制御装置によってその開閉が制御され
る。かかる遮断弁は1個に限定されるものでは無く、そ
の数は2以上でもよく、目的に応じて、循環流路の異な
る位置に設ければよい。
【0037】図2の構成の装置を用いて少なくとも2成
分を含む流体原料を2画分に1工程で分離する場合に、
遮断弁Zを開いたまま且つB画分抜き出し弁5Bを閉じ
たままの状態だと図1の構成の装置と実質的に同じ構成
となるので、その運転操作は、例えば、図1の構成の装
置の運転操作について説明したと同じになる。従って、
この場合の図2の装置の運転操作の説明は省略する(図
1の装置の運転操作についての説明を参照)。
【0038】次に、遮断弁Zを有効利用し、図2の構成
の装置を用いて、少なくとも3成分(A成分、B成分、
C成分)を含む流体原料をそれぞれの成分が富化された
3画分に1工程(後述の実施例2の第1工程で実施され
たケースを参照すれば分かる様に、この1工程は2副工
程を含むのが通常である)で分離する場合の1例を説明
する。この場合、充填剤(本発明の方法の場合は、少な
くともその一部がイオン交換体である充填剤)に対する
親和性の強さは、C成分>B成分>A成分の順であると
する。
【0039】第1副工程(第1−1工程)では、遮断弁
Zを閉じた状態且つ流体原料供給弁6Fを開とした状態
で、A画分が富化された収着帯域の形成されている単位
充填塔6の塔頂から流体原料Fを供給しつつ、この流体
原料供給位置よりも下流側の単位充填塔8の塔末からA
画分抜き出し弁8Aを開とした状態でA画分を抜き出す
と同時に、脱着剤供給弁1Dを開とした状態でB成分が
富化された収着帯域の形成されている単位充填塔5より
も上流側の単位充填塔1の塔頂から脱着剤Dを供給しつ
つ、B画分抜き出し弁5Bを開とした状態で単位充填塔
5の塔末からB画分を抜き出す〔後述の実施例2の第1
工程の第1段が第1副工程(第1−1工程)に相当する
ので、その第1段で「開となる弁」を参照〕。なお、A
画分は下記の第2副工程(第1−2工程)で抜き出すの
で、充填剤に対するA成分の親和性によっては、この第
1副工程(第1−1工程)ではA画分の抜き出し無しで
実施する態様を採ることもあり得る。また、この第1副
工程(第1−1工程)で、必要に応じて逆にC画分の抜
き出しや、A画分とC画分の抜き出しを行う態様を採る
こともあり得る。
【0040】第2副工程(第1−2工程)では、流体原
料供給弁6Fを閉じて流体原料の供給を停止し、遮断弁
Zを開いて単位充填塔を無端直列に連結した系内で流体
を循環させながら、該系内に脱着剤を供給すると共に上
記第1副工程(第1−1工程)で残留した成分が富化さ
れた収着帯域の形成されている単位充填塔の塔末から各
残留成分の画分(A画分とC画分)を抜き出し、且つ、
収着帯域の移動に合わせて脱着剤の供給位置及び各画分
の抜き出し位置を該系の下流側の単位充填塔に移行させ
る操作を行う。このような操作の具体的な1例として
は、後述の実施例2の第1工程の第2〜10段で「開と
なる弁」を参照すれば、どの様に上記の移行操作を行う
かを理解することができる。工業的規模の装置運転で
は、この第1副工程(第1−1工程)と第2副工程(第
1−2工程)を1サイクルとして繰り返すのが通常であ
る。本来は、第1副工程(第1−1工程)と第2副工程
(第1−2工程)は、別工程と考えるべきかも知れない
が、本発明の方法を実施する場合に限っては、充填剤の
少なくとも一部として使用するイオン交換体のイオン形
の変更を第2副工程(第1−2工程)を開始するに際し
て行わないので、両副工程を含めて第1工程と解する。
【0041】上記第1−1工程は、流体原料を供給しな
がら次のサイクルにおいて抜き出す各成分の収着帯域の
分布を形成させると共に、既に収着帯域が形成されてい
る成分の画分のうちの、充填剤に対する親和性が中間的
として分類される成分の画分(B画分)を系外に抜き出
す工程であり、短時間に大量のB画分を押し出すことが
できる。なお、この際に流体原料供給位置にその上流か
ら系内流体が流れないようにすることが好ましいため、
この流体の流通の遮断を機械的に保証する手段として遮
断弁Zを設けている訳であるが、遮断弁を設けなくと
も、流体原料供給量とB画分抜き出し量を制御すること
で、操作的に流体流通遮断を行うこともできる。
【0042】上記第1−2工程は、流体原料の供給を行
わずに系内で流体の循環を行わせながら、一般的な擬似
移動層式クロマト分離方法に従った操作で、B成分以外
の成分の富化画分を系外に抜き出し、且つ、上記第1−
1工程で新しく系中に供給された流体原料の各成分を充
填剤(収着剤)に対する親和性の弱い成分(A成分)か
ら強い成分(C成分)に順次に分かれた収着帯域を形成
させるための工程である。この第1−2工程、即ち、脱
着剤を供給しながら2画分を抜き出す擬似移動層方式の
操作を行う方法は、特に限定されるものでは無いが、流
体原料の供給を行わない点を除外すれば、従来公知の
例、例えば、特開昭62−91205号公報の特に第2
頁右上欄第2行〜左下欄末行及び第3図で説明される方
法において原液の供給を行わない(従って、第1区画と
第4区画は同一区画と考えてよい)ようにして実施する
場合を1例として挙げることができる。具体的には、ポ
ンプ等により系内で流体を循環させながら、所定の成分
が富化されている収着帯域の在る区画の単位充填塔の上
流側塔頂から脱着剤を供給すると共に、下流側塔末から
該成分の富化された画分を抜き出し、これを収着帯域の
移動に合わせて順次に循環流の下流に移行させる操作
を、充填剤(収着剤)に対する親和性の中間的な成分以
外の複数の成分に対して行うことで実施される。
【0043】上述した第1−1工程と第1−2工程を繰
り返して行う操作は、装置が連続的に運転されている状
態について述べたが、装置立ち上げのためには上記第1
−1工程に先立って、流体原料を系内に供給して、充填
剤(収着剤)に対する親和性の弱い成分から強い成分に
順次に分かれた収着帯域を形成させる操作のみを単独に
行う前工程を行ってもよい。
【0044】このような第1−1工程と第1−2工程を
1サイクルとして繰り返すのが基本であるが、様々に変
更した態様で実施することができるのは言うまでも無
い。
【0045】例えば、第1−1工程において、系内に流
体原料を供給するのみで、脱着剤を供給しないこともで
きる。しかし、上述したように流体原料と脱着剤の供給
を同時に行うことによって、流体原料の供給量とB画分
抜き出し量の調整(マスバランスの調整)ができる。ま
た、この脱着剤の供給によって、その下流の流体流速を
大きくすることで、所定の成分の収着帯域での移動速度
を任意に選ぶことができる。
【0046】
【実施例】以下、比較例と対比しつつ実施例により本発
明の方法を具体的に説明するが、本発明の方法がこれら
の実施例に限定されるもので無いことは言うまでも無
い。なお、以下の実施例と比較例において、固形分当た
りの組成は、ナトリウム形イオン交換カラムと示差屈折
率計を用いた高速液体クロマトグラフィーの面積百分率
によって示したものであり、また、「1サイクル時間」
とは、第1段から第10段までの全段を終了するに要す
る時間を表す。一般的に言えば、必要に応じ1サイクル
で終了せずに、複数のサイクルに渡って連続して各工程
を行うことができる。
【0047】実施例1 流体原料(以下、「原液」と言う)としての粗製ラクチ
ュロース液(固形分濃度60重量%、固形分当たりの組
成:ラクトース5.3%、エピラクトース4.9%、ラ
クチュロース78.8%、ガラクトース10.0%、タ
ガトース0.6%、他の単糖類0.4%)からラクチュ
ロースを分離することを目的として、先ず第一工程で2
糖類と単糖類を分離するために、次の運転条件で図2に
示すような擬似移動層式クロマト分離装置にイオン形の
異なる充填剤を混在させて運転した。使用した充填剤の
ラクチュロース(2糖類の主成分)とガラクトース(単
糖類の主成分)に関する分離度は、第1充填剤のカルシ
ウム形で0.32、第2充填剤のナトリウム形で0.5
2であった。また、タガトースの分配係数は、第1充填
剤のカルシウム形で0.72、第2充填剤のナトリウム
形で0.47であった。
【0048】使用した充填剤は、ローム・アンド・ハー
ス社製アンバーライトCG−6000(クロマト分離用
ゲル型強酸性カチオン交換樹脂)で、その充填量は10
本の単位充填塔内の全量で147L(リットル)であっ
た。単位充填塔1、2、3、6、7、8にはナトリウム
形充填剤を、他の単位充填塔4、5、9、10にはカル
シウム形充填剤を充填して、装置全体から見てイオン形
の異なる充填剤を混在させた。
【0049】他の運転条件は、次の通りとした。 単位充填塔:内径108mm、層高1600mm、単位
充填塔数10本 操作温度:60℃ 1サイクル時間:1.84Hr 原液供給口とC画分液抜き出し口間の単位充填塔におけ
る線流速:5.00m/Hr 原液供給量:4.12L/Hr(充填剤当たり、0.0
28L/L−充填剤/Hr) 溶離水供給量:19.40L/Hr A画分液抜き出し量:8.53L/Hr C画分液抜き出し量:14.99L/Hr 溶離水/原液(容量比):4.7
【0050】各段で開となる弁は次の通りとした。供給
した液と抜き出した液は全段共通で、原液と溶離水を供
給し、A画分とC画分の2液を抜き出した。
【0051】 第1段 6F、 1D、 8A、 2C、 Z 第2段 7F、 2D、 9A、 3C、 Z 第3段 8F、 3D、10A、 4C、 Z 第4段 9F、 4D、 1A、 5C、 Z 第5段 10F、 5D、 2A、 6C、 Z 第6段 1F、 6D、 3A、 7C、 Z 第7段 2F、 7D、 4A、 8C、 Z 第8段 3F、 8D、 5A、 9C、 Z 第9段 4F、 9D、 6A、10C、 Z 第10段 5F、10D、 7A、 1C、 Z
【0052】運転の結果、次の固形分濃度と固形分当た
りの組成のA画分液とC画分液とが得られた。 A画分液 C画分液 固形分濃度 300g/L 42g/L ラクトース 6.4% 1.1% エピラクトース 6.0% 0.5% ラクチュロース 87.5% 44.4% ガラクトース 0.1% 49.1% タガトース 0.0% 3.0% 他の単糖類 0.0% 1.9% なお、A画分液のラクチュロース回収率は89.3%で
あった。
【0053】上記第1工程のA画分液(固形分当たりの
組成:ラクトース6.4%、エピラクトース6.0%、
ラクチュロース87.5%、ガラクトース0.1%、タ
ガトース0.0%、他の単糖類0.0%)を固形分濃度
60重量%に濃縮後、得られた濃縮液から2糖類同士の
分離により高純度のラクチュロースを分離するために、
一部の単位充填塔内の充填剤としてのカチオン交換樹脂
のイオン形をカルシウム形に変更してから分離操作を行
った。即ち、単位充填塔2、3、7、8に濃度1規定の
塩化カルシウム水溶液を単位充填塔1本当たり44Lず
つ流してナトリウム形の充填剤のイオン形をカルシウム
形に変えた。その結果、カルシウム形の充填剤を充填し
た8本の単位充填塔2、3、4、5、7、8、9、10
とナトリウム形の充填剤を充填した2本の単位充填塔
1、6の装置構成となった。使用した充填剤のラクチュ
ロースとエピラクトースに関する分離度は第1充填剤の
カルシウム形で0.15、第2充填剤のナトリウム形で
0.08であり、カルシウム形の方が分離が良かった。
【0054】他の運転条件は次の通りとした。 操作温度:60℃ 1サイクル時間:1.84Hr 原液供給口とC画分液抜き出し口間の単位充填塔におけ
る線流速:5.00m/Hr 原液供給量:1.76L/Hr(充填剤当たり、0.0
12L/L−充填剤/Hr) 溶離水供給量:17.64L/Hr A画分液抜き出し量:9.11L/Hr C画分液抜き出し量:10.29L/Hr 溶離水/原液(容量比):10.0
【0055】各段で開となる弁は第1工程と同じとした
ので、供給した液と抜き出した画分(勿論、組成は異な
る)は第1工程と同じとなった。
【0056】運転の結果、次の固形分濃度と固形分当た
りの組成のA画分液とC画分液とが得られた。 A画分液 C画分液 固形分濃度 31g/L 104g/L ラクトース 31.2% 0.0% エピラクトース 23.3% 1.6% ラクチュロース 45.5% 98.3% ガラクトース 0.0% 0.1% タガトース 0.0% 0.0% 他の単糖類 0.0% 0.0%
【0057】なお、C画分液のラクチュロース回収率は
87.9%であった。第1工程に供した原液を基準とし
た時のラクチュロースの総括回収率は78.5%であっ
た。また、第1工程に供した原液に対して、第1工程と
第2工程とで合計の溶離水使用量は18.9倍(容量)
であった。
【0058】再度第1工程を実施するために、単位充填
塔2、3、7、8に濃度1規定の塩化ナトリウム水溶液
を単位充填塔1本当たり132Lずつ流して、カルシウ
ム形の充填剤をナトリウム形に変えた。その結果、カル
シウム形の充填剤を充填した4本の単位充填塔4、5、
9、10とナトリウム形の充填剤と充填した6本の単位
充填塔1、2、3、6、7、8の装置構成となった。上
記第1工程の分離操作を再度行ったところ、ほぼ同一の
結果が得られた。
【0059】比較例1 実施例1の第1工程で得られたA画分液(固形分当たり
の組成:ラクトース6.4%、エピラクトース6.0
%、ラクチュロース87.5%、ガラクトース0.1
%、タガトース0.0%、他の単糖類0.0%)を固形
分濃度60重量%に濃縮後、得られた濃縮液を原液とし
て、各単位充填塔内の充填剤のイオン形を変更せずにそ
のままのイオン形で、同一装置で第2工程の分離操作を
実施した。運転条件は、実施例1と比較し1サイクル時
間のみを変えて次の条件とした。 操作温度:60℃ 1サイクル時間:1.77Hr 原液供給口とC画分液抜き出し口間の単位充填塔におけ
る線流速:5.00m/Hr 原液供給量:1.76L/Hr(充填剤当たり、0.0
12L/L−充填剤/Hr) 溶離水供給量:17.64L/Hr A画分液抜き出し量:9.11L/Hr C画分液抜き出し量:10.29L/Hr 溶離水/原液(容量比):10.0
【0060】各段で開となる弁及び供給した液と抜き出
した画分は、実施例1と同じとした。
【0061】運転の結果、次の固形分濃度と固形分当た
りの組成のA画分液とC画分液とが得られた。 A画分液 C画分液 固形分濃度 46g/L 91g/L ラクトース 20.8% 0.1% エピラクトース 15.7% 1.8% ラクチュロース 63.5% 98.0% ガラクトース 0.0% 0.1% タガトース 0.0% 0.0% 他の単糖類 0.0% 0.0%
【0062】なお、C画分液のラクチュロース回収率は
76.6%であった。また、第1工程の原液を基準とし
た時のラクチュロースの総括回収率は68.4%であっ
た。また、第1工程に供した原液に対して、第1工程と
第2工程とで合計の溶離水使用量は実施例1と同じく1
8.9倍(容量)であった。
【0063】比較例2 実施例1で用いたと同じ原液を、第1工程と第2工程共
にイオン形を変更せずに、実施例1の第2工程と同様に
カルシウム形充填剤を充填した8本の単位充填塔とナト
リウム形充填剤を充填した2本の単位充填塔の装置構成
とし、分離操作を行った。
【0064】充填剤は、ローム・アンド・ハース社製ア
ンバーライトCG−6000(クロマト分離用ゲル型強
酸製カチオン交換樹脂)、その充填量は10本の単位充
填塔内の全量で147Lであった。単位充填塔1と6に
はナトリウム形充填剤を充填し、他の単位充填塔2、
3、4、5、7、8、9、10にはカルシウム形充填剤
を充填した。
【0065】第1工程の他の運転条件は次の通りとし
た。 単位充填塔:内径108mm、層高1600mm、単位
充填塔数10本 操作温度:60℃ 1サイクル時間:1.90Hr 原液供給口とC画分液抜き出し口間の単位充填塔におけ
る線流速:5.00m/Hr 原液供給量:2.94L/Hr(充填剤当たり、0.0
2L/L−充填剤/Hr) 溶離水供給量:20.58L/Hr A画分液抜き出し量:8.08L/Hr C画分液抜き出し量:15.44L/Hr 溶離水/原液(容量比):7.0
【0066】各段で開となる弁は実施例1と同じとし
た。
【0067】運転の結果、次の固形分濃度と固形分当た
りの組成のA画分液とC画分液とが得られた。 A画分液 C画分液 固形分濃度 226g/L 31g/L ラクトース 6.4% 0.9% エピラクトース 6.1% 0.3% ラクチュロース 87.4% 45.1% ガラクトース 0.1% 48.9% タガトース 0.0% 1.9% 他の単糖類 0.0% 2.9%
【0068】なお、A画分液のラクチュロース回収率は
89.2%であった。
【0069】上記第1工程のA画分液(固形分当たりの
組成:ラクトース6.4%、エピラクトース6.1%、
ラクチュロース87.4%、ガラクトース0.1%、タ
ガトース0.0%、他の単糖類0.0%)を固形分濃度
60重量%に濃縮後、得られた濃縮液を第1工程と同じ
充填剤の入った(カルシウム形充填剤を充填した単位充
填塔数:8本、ナトリウム形充填剤を充填した単位充填
塔数:2本)同じ装置で第2工程のクロマト分離操作を
行った。運転条件は次の通りとした。 操作温度:60℃ 1サイクル時間:1.84Hr 原液供給口とC画分液抜き出し口間の単位充填塔におけ
る線流速:5.00m/Hr 原液供給量:1.76L/Hr(充填剤当たり、0.0
12L/L−充填剤とHr) 溶離水供給量:17.64L/Hr A画分液抜き出し量:9.11L/Hr C画分液抜き出し量:10.29L/Hr 溶離水/原液(容量比):10.0
【0070】各段で開となる弁及び供給した液と抜き出
した画分は、実施例1と同じとした。
【0071】運転の結果、次の固形分濃度と固形分当た
りの組成のA画分液とC画分液とが得られた。 A画分液 C画分液 固形物濃度 31g/L 104g/L ラクトース 31.3% 0.0% エピラクトース 23.4% 1.6% ラクチュロース 45.3% 98.2% ガラクトース 0.0% 0.2% タガトース 0.0% 0.0% 他の単糖類 0.0% 0.0%
【0072】なお、C画分液のラクチュロース回収率は
87.9%であった。第1工程に供した原液を基準とし
た時のラクチュロースの総括回収率は78.4%であっ
た。また、第1工程に供した原液に対して、第1工程と
第2工程とで合計の溶離水使用量は22.4倍(容量)
であった。
【0073】実施例1と比較例1とを比較すると、第2
工程で、C画分液のラクチュロース純度は実施例1の方
が0.3%高く、ラクチュロース回収率は11.3%高
くなり、また、第1工程と第2工程を合わせて比較して
も実施例1の方がラクチュロースの総括回収率が10.
1%高くなった。即ち、実施例1では、第2工程で充填
剤のカルシウム形を単位充填塔4本分増やすことにより
2糖類同士の分離が改善され、ラクチュロースの回収率
を上げることができた。
【0074】実施例1と比較例2とを比較すると、第1
工程で、実施例1は比較例2に比べ原液の負荷(供給)
量が1.4倍で、溶離水使用量が5.7%少ない運転条
件であるにも拘わらず、ラクチュロース純度およびラク
チュロース回収率共にほぼ同等の液が得られた。全体と
しても、実施例1の方が同じ原液量に対する溶離水の使
用量が15.6%少なかった。即ち、実施例1では、比
較例2と比べ第1工程で充填剤のナトリウム形が単位充
填塔4本分多いことにより、2糖類と単糖類の分離が改
善され、原液の負荷(供給)量を増やすことができ、ま
た、溶離水の使用量を減らすことができた。
【0075】実施例2 原液として、裁断した甜菜から抽出、炭酸飽充、濾過、
軟化、濃縮の一連の処理工程を経て得られた液(固形分
濃度60重量%、固形分当たりの組成:非糖類3.5
%、3糖類2.4%、蔗糖92.4%、グルコース0.
1%、フラクトース+イノシトール0.6%、グリセロ
ール0.1%、ベタイン0.9%)をA画分として非糖
類+3糖類、B画分として蔗糖、C画分としてグルコー
ス+フラクトース+イノシトール+グリセロール+ベタ
インに分ける3成分分離操作を第1工程として図2の装
置で行った。なお、非糖類は大部分が塩類であり、他に
蛋白質等の高分子物質や着色物質が含まれる。
【0076】充填剤は、ローム・アンド・ハース社製ア
ンバーライトCR−1320(クロマト分離用ゲル型強
酸性カチオン交換樹脂)を用いた。運転開始時のイオン
交換樹脂のイオン形はナトリウム形であったが、運転の
サイクルを重ねるにつれて原液のイオン組成と平衡なイ
オン形となり、カルシウム形15%、カリウム形45
%、ナトリウム形40%となった。不完全な軟化処理液
を用いたために一部がカルシウム形の2価イオン形とな
ったものの、大部分はカリウム形とナトリウム形の1価
イオン形となった。充填剤の充填量は10本の単位充填
塔内の全量で147Lであった。
【0077】他の運転条件は次の通りとした。 単位充填塔:内径108mm、層高1600mm、単位
充填塔数10本 操作温度:60℃ 1サイクル時間:1.25Hr 第1段において、 第1段所要時間:0.15Hr 原液供給量:31.67L/Hr(充填剤当たり、0.
2153L/L−充填剤/Hr) 溶離水供給量:76.40L/Hr A画分液抜き出し量:13.13L/Hr B画分液抜き出し量:94.93L/Hr 第2〜10段において、 A画分液抜き出し口とC画分液抜き出し口間の単位充填
塔における線流速:7.00m/Hr 溶離水供給量:33.07L/Hr A画分液抜き出し量:13.32L/Hr C画分液抜き出し量:19.75L/Hr 溶離水/原液(容量比):10.1
【0078】各段で開となる弁は次の通りとした。 第1段 6F、 1D、 8A、 5B (原液供給、溶離水供給、A画分抜き出し、B画分抜き出し) 第2段 2D、 9A、 3C、 Z (溶離水供給、A画分抜き出し、C画分抜き出し) 第3段 3D、10A、 4C、 Z (溶離水供給、A画分抜き出し、C画分抜き出し) 第4段 4D、 1A、 5C、 Z (溶離水供給、A画分抜き出し、C画分抜き出し) 第5段 5D、 2A、 6C、 Z (溶離水供給、A画分抜き出し、C画分抜き出し) 第6段 6D、 3A、 7C、 Z (溶離水供給、A画分抜き出し、C画分抜き出し) 第7段 7D、 4A、 8C、 Z (溶離水供給、A画分抜き出し、C画分抜き出し) 第8段 8D、 5A、 9C、 Z (溶離水供給、A画分抜き出し、C画分抜き出し) 第9段 9D、 6A、10C、 Z (溶離水供給、A画分抜き出し、C画分抜き出し) 第10段 10D、 7A、 1C、 Z (溶離水供給、A画分抜き出し、C画分抜き出し)
【0079】この第1段は閉じた遮断弁Zの下流に在る
原液供給弁6Fを介して原液Fを単位充填塔6に供給す
ると同時に溶離水Dを溶離水供給弁1Dを介して供給す
ることにより、遮断弁Zの上流側の抜き出し弁5Bを介
してB画分液を抜き出すと共に抜き出し弁8Aを介して
A画分液を抜き出している。一方、第2〜10段は、遮
断弁Zを開き、原液の供給を停止し、溶離水の供給位置
及びA画分とC画分の抜き出し位置を順次に下流側へ移
動させつつ溶離水の供給とA画分とC画分の抜き出しを
行っているので、第1段と第2〜10段は別工程とも考
えることもできるが、第1工程では充填剤としてのイオ
ン交換体のイオン形の変更を行っていないので、第1段
と第2〜10段は第1工程中の副工程と考える。
【0080】運転の結果、次の固形分濃度と固形分当た
りの組成のA画分液とB画分液とC画分液とが得られ
た。 A画分液 B画分液 C画分液 固形分濃度 11g/L 241g/L 3g/L 非糖類 67.6% 0.1% 1.3% 3糖類 24.8% 1.2% 0.0% 蔗糖 6.6% 98.7% 9.0% グルコース 0.0% 0.0% 5.6% ベタイン 0.3% 0.0% 47.4% フラクトース+イノシトール 0.5% 0.0% 31.8% グリセロール 0.2% 0.0% 4.9%
【0081】なお、B画分液の蔗糖回収率は99.5
%、C画分液のベタイン回収率は95.6%であった。
【0082】上記第1工程のC画分液(固形分当たりの
組成:非糖類1.3%、3糖類0.0%、蔗糖9.0
%、グルコース5.6%、ベタイン47.4%、フラク
トース+イノシトール31.8%、グリセロール4.9
%)を固形分濃度60重量%に濃縮後、得られた濃縮液
からベタインを分離するために一部の単位充填塔内の充
填剤のイオン形を変更し、第2工程として2成分分離の
擬似移動層方式による分離操作を行った。
【0083】即ち、単位充填塔2、3、7、8に濃度1
規定の塩化カルシウム水溶液を単位充填塔1本当たり4
4Lずつ流して、該塔内の充填剤をカルシウム形に変え
た。その結果、カルシウム形の充填剤を充填した4本の
単位充填塔2、3、7、8とカルシウム・カリウム・ナ
トリウムの混合形の充填剤を充填した6本の単位充填塔
1、4、5、6、9、10の装置構成となった。
【0084】なお、イオン形を変更する前の混合形のカ
チオン交換樹脂による各成分の流出順は、非糖類、3糖
類、蔗糖、グルコース、ベタイン、フラクトース+イノ
シトール、グリセロールであり、グルコースとベタイン
に関する分離度は0.01、ベタインとフラクトース+
イノシトールに関する分離度は0.05と低く、特にグ
ルコースとベタインの分離は期待できなかった。また、
カルシウム形のカチオン交換樹脂での流出順は、非糖
類、3糖類、蔗糖、グルコース、フラクトース+イノシ
トール、グリセロール、ベタインであり、グリセロール
とベタインに関する分離度は0.9であり、一部の充填
剤をカルシウム形にすることにより両者の分離が期待さ
れた。
【0085】他の運転条件は次の通りとした。 操作温度:80℃ 1サイクル時間:2.46Hr 原液供給口とC画分液抜き出し口間の単位充填塔におけ
る線流速:5.00m/Hr 原液供給量:7.35L/Hr(充填剤当たり、0.0
5L/L−充填剤とHr) 溶離水供給量:33.81L/Hr A画分液抜き出し量:29.40L/Hr C画分液抜き出し量:11.76L/Hr 溶離水/原液(容量比):4.6
【0086】各段で開となる弁は次の通りとした。供給
した液と抜き出した液は各段共通で、原液と溶離水を供
給し、A画分とC画分の2液を抜き出した。 第1段 6F、 1D、 8A、 2C、 Z 第2段 7F、 2D、 9A、 3C、 Z 第3段 8F、 3D、10A、 4C、 Z 第4段 9F、 4D、 1A、 5C、 Z 第5段 10F、 5D、 2A、 6C、 Z 第6段 1F、 6D、 3A、 7C、 Z 第7段 2F、 7D、 4A、 8C、 Z 第8段 3F、 8D、 5A、 9C、 Z 第9段 4F、 9D、 6A、10C、 Z 第10段 5F、10D、 7A、 1C、 Z
【0087】運転の結果、次の固形分濃度と固形分当た
りの組成のA画分液とC画分液とが得られた。 A画分液 C画分液 固形分濃度 106g/L 220g/L 非糖類 2.4% 0.0% 3糖類 0.0% 0.0% 蔗糖 16.5% 0.0% グルコース 10.3% 0.0% フラクトース+イノシトール 58.9% 0.0% グリセロール 8.9% 0.2% ベタイン 3.0% 99.8%
【0088】なお、C画分液のベタイン回収率は96.
1%であった。
【0089】再度第1工程を実施するために、単位充填
塔2、3、7、8に濃度1規定の塩化ナトリウム水溶液
を単位充填塔1本当たり132Lずつ流して、該塔内の
充填材をナトリウム形とした。上記第1工程の操作を再
度行ったところ、イオン形組成は原液と平衡になり、上
記とほぼ同一の結果が得られた。
【0090】比較例3 実施例2の第1工程で得られたC画分液(非糖類1.3
%、3糖類0.0%、蔗糖9.0%、グルコース5.6
%、ベタイン47.4%、フラクトース+イノシトール
31.8%、グリセロール4.9%)を固形分濃度60
重量%に濃縮後、得られた濃縮液からベタインを分離す
るために各単位充填塔内の充填剤のイオン形を変更せず
そのままのイオン形で、2 成分分離の擬似移動層方式に
より分離操作を行った。各成分の流出順は非糖類、3糖
類、蔗糖、グルコース、ベタイン、フラクトース+イノ
シトール、グリセロールであることを考慮して、A画分
でベタインを回収することとし、運転条件は次の通りと
した。
【0091】充填剤は、実施例2の第1工程において、
全単位充填塔内の充填剤が原液のイオン形組成と平衡な
イオン形組成となっており、カルシウム形15%、カリ
ウム形45%、ナトリウム形40%の混合イオン形カチ
オン交換樹脂のままであった。その充填量は10本の全
単位充填塔内の全量で147Lのままであった。
【0092】他の運転条件は次の通りとした。 単位充填塔:内径108mm、層高1600mm、単位
充填塔数:10本 操作温度:80℃ 1サイクル時間:2.26Hr 原液供給口とC画分液抜き出し口間の単位充填塔におけ
る線流速:5.00m/Hr 原液供給量:1.18L/Hr(充填剤当たり、0.0
08L/L−充填剤とHr) 溶離水供給量:7.35L/Hr A画分液抜き出し量:4.12L/Hr C画分液抜き出し量:4.41L/Hr 溶離水と原液との容量比:6.25
【0093】各段で開となる弁及び供給した液と抜き出
した画分(勿論、組成は異なる)は、実施例2の第2工
程と同じとした。
【0094】運転の結果、次の固形分濃度と固形分当た
りの組成のA画分液とC画分液とが得られた。 A画分液 C画分液 固形分濃度 125g/L 89g/L 非糖類 1.3% 1.3% 3糖類 0.0% 0.0% 蔗糖 10.2% 7.4% グルコース 8.5% 1.8% ベタイン 68.6% 20.0% フラクトース+イノシトール 11.1% 58.4% グリセロール 0.2% 11.1%
【0095】なお、C画分液のベタイン回収率は81.
8%であった。
【0096】実施例2の第2工程と比較例3とを比べる
と、次の通りである。比較例3でベタイン純度が68.
6%、ベタイン回収率が81.8%に対して、実施例2
の第2工程ではベタイン純度が99.8%、ベタイン回
収率が96.1%と圧倒的に優れ、高純度ベタインを高
回収率で回収できることが分かった。即ち、4 本の単位
充填塔内の充填剤のイオン形をカルシウム形に変えるこ
とにより、ベタインの分離が大幅に改善された。
【0097】比較例4 実施例2の第2工程を経た装置で、実施例2の第1工程
に供したと同じ原液について第1工程の分離操作を実施
したところ、原液中のカリウムイオンやナトリウムイオ
ンにより充填剤としてのカチオン交換樹脂中のカルシウ
ムイオンがイオン交換されて液相中に溶出し、液相中の
炭酸イオンや硫酸イオンなどと反応して不溶性の沈澱物
質を生成し、該沈澱物質の一部が抜き出し液と一緒に流
出して来たので、装置の閉塞を避けるため分離操作を中
止した。即ち、第2工程を経た装置で再び第1工程を開
始する時は、実施例2のように、カルシウム形に変えた
カチオン交換樹脂を沈澱物質の生成しないイオン形に変
えなければならないことが分かった。
【0098】
【発明の効果】充填剤(収着剤)の少なくとも一部とし
てイオン交換体を充填したクロマト分離装置で3成分以
上を含む原料を複数の工程の分離操作により3つ以上の
画分に分ける本発明のクロマト分離方法によれば、一部
または全部のイオン交換体のイオン形の少なくとも一部
を各工程で被分離成分(分離すべき成分)の分離度が大
きく適切なイオン形に変更して分離することにより、脱
着剤(溶離剤)の使用量を減らすこと、目的物質の純度
を上げること、目的物質の回収率を上げることを可能と
するという効果がある。前述した各従来のクロマト分離
方法では、脱着剤(溶離剤)の使用量を減らすために、
溶離剤を、例えば、エタノールと水の適切な組成の混合
液とすることも考えられるが、この手段では水等の単一
溶媒の溶離剤しか脱着剤として使えないケースには適用
できないという問題を伴うのに比べて、本発明の方法
は、単一物質の脱着剤を用いても、その使用量を減少さ
せることができる。
【0099】本発明の擬似移動層式クロマト分離装置
は、一台の装置のみで蔗糖の分離精製とベタインの分離
精製を高純度且つ高回収率で行った実施例2により実証
されるように、一台の装置により複数のクロマト分離プ
ロセスに効果的に用いることができるという効果を有
し、特に、例えば、日本では冬期の3〜4ヵ月に工場の
運転が集中しているような甜菜糖工業のような工業分野
において、一台の本発明の装置を用いて、各種のクロマ
ト分離プロセスを実施し、年間を通しての装置の実質的
なフル稼働をも可能とするという効果を有し、その工業
的な意義は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の方法を実施するために使用す
ることができる擬似移動層式クロマト分離装置の構成の
一例の概要を示す図である。
【図2】図2は、本発明の方法を実施するために使用す
ることができ且つ多様なプロセスにも利用できる可能性
を有する本発明の擬似移動層式クロマト分離装置の構成
の一例の概要を示す図である。
【符号の説明】
1〜10:単位充填塔 1A〜10A:A画分抜き出し弁 5B:B画分抜き出し弁 Z:遮断弁 1C〜10C:C画分抜き出し弁 1D〜10D:脱着剤供給弁 1F〜10F:流体原料供給弁 A:A画分 B:B画分 C:C画分 D:脱着剤 F:流体原料 12:A画分抜き出し配管 13:B画分抜き出し配管 14:C画分抜き出し配管 15:流体原料供給ポンプ 16:脱着剤供給ポンプ 19:循環ポンプ 20、21:連結配管 30:流体原料供給配管 31:脱着剤供給配管
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年3月23日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】このような問題を解決するためには、上述
した種々の影響を都合良く調整できる最適の充填剤を選
択して使用すれば良いと言えるかも知れないが、実際に
は、そのような最適の充填剤の選択は容易では無い。例
えば、回収目的成分の純度や回収率を高めるために流体
原料に含まれる複数成分に対する充填剤の分離度をでき
るだけ良くするようにすると、無端循環系内におけるそ
れぞれの成分に富む複数帯域の間が広がり過ぎることに
なって、脱着剤の使用量が多くなり(各成分の充填剤
対する親和性が互いに大きく異なるため、特に、親和性
の強い成分を脱着するのに脱着剤の使用量が多くな
る)、回収される各画分に含まれる各成分の濃度が希薄
になるという問題を招き、反対に、脱着剤の使用量を少
なくするために分離度の悪い充填剤を用いれば、各成分
の純度や回収率が低下してしまうという問題を招くから
である。このように、複数の被分離成分との関係で適度
の分離度を有する既存の充填剤が存在する場合は稀であ
り、また、そのような充填剤を新たに創り出すことも容
易では無い。なお、「分離度」とは、2成分の分離の度
合を示す指標であり、二つの相隣る富化画分(バンド)
1、2の中心間の距離を平均のバンド幅で割った値に等
しいとして定義される(1976年、株式会社東京化学
同人発行「高速液体クロマトグラフィー」参照)。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0030
【補正方法】変更
【補正内容】
【0030】単位充填塔1〜10のそれぞれの末端を、
次の単位充填塔の頂部に連結配管20、21で無端連結
し、各単位充填塔の下流側の連結配管にA画分抜き出し
弁1A〜10A及びC画分抜き出し弁1C〜10Cを連
結すると共に、各単位充填塔の上流側の連結配管に流体
原料供給ポンプ15によって供給される流体原料用の流
体原料供給配管30から分岐した流体原料供給弁1F〜
10F付き分岐配管と脱着剤供給ポンプ16によって供
給される脱着剤用の脱着剤供給配管31から分岐した脱
着剤供給弁1D〜10D付き分岐配管とを連結し、単位
充填塔10の末端から単位充填塔1の頂部への配管21
の途中に循環ポンプ19を連結し、更に、各A画分抜き
出し弁1A〜10AをA画分抜き出し配管12に接続
し、各C画分抜き出し弁1C〜10CをC画分抜き出し
配管14に接続して擬似移動層式クロマト分離装置を構
成する。なお、循環ポンプ19は、配管21の途中に設
置されており、図示しない制御装置により流量を流量シ
ーケンスプログラムに従って設定値に制御できるように
なっている。この循環ポンプ19は、隣接する単位充填
塔間の何処に設置してもよいし、また、必要に応じ何台
設けてもよい。また、各供給弁及び各抜き出し弁も図示
しない制御装置により所定の弁開閉シーケンスプログラ
ムに従って開閉が制御されるようになっている。また、
図1では単位充填塔の数は10本であるが、これに限定
されるものでは無い。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年12月15日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】本発明の方法で、第1工程での充填剤とし
てのイオン交換体は、必ずしも1種のイオン交換体のみ
を用いる場合には限られず、本出願人が特願平9−25
7055号において提案しているように、前述の分離度
を調整するために、流体原料に含まれる被分離成分の分
離度が違う充填剤から選択した2以上の異なる充填剤の
混在状態、即ち、上記2以上の異なる充填剤の混合状態
及び/又は上記2以上の異なる充填剤の多層状の積層状
態及び/又は複数の単位充填層を接続し且つ上記2以上
の異なる充填剤中の少なくとも1充填剤を単独で1又は
複数の単位充填層で使用するような上記2以上の異なる
充填剤の混在状態で用いる場合もあり、後者の場合は2
以上の異なる充填剤の少なくとも1充填剤がイオン交換
体であれば、本発明の目的を達成できる。イオン交換体
としては、イオン交換樹脂やゼオライト等を用いること
ができる。ここで、「分離度が違う」とは、例えば、2
種の充填剤を基準の充填層高(例えば、単位充填塔の実
際の層高の0.3〜1倍)で同一形状のそれぞれの試験
用カラムに充填して、実際に分離する時の条件(温度や
流速等)で2被分離成分について分離度を測定した時、
2種の充填剤の分離度の差が0.1以上、好ましくは
0.2以上であることを言う。上記の2以上の異なる充
填剤を混在状態で用いる場合は、イオン交換体と併用で
きる充填剤としては、シリカゲル、活性炭、その他の天
然又は合成収着剤などを挙げることができ、2以上の充
填剤の比や種類等は、被分離成分の種類や目的等に応じ
て、種々の実験結果を基にして選定することができる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0039
【補正方法】変更
【補正内容】
【0039】第1副工程(第1−1工程)では、遮断弁
Zを閉じた状態且つ流体原料供給弁6Fを開とした状態
で、A分が富化された収着帯域の形成されている単位
充填塔6の塔頂から流体原料Fを供給しつつ、この流体
原料供給位置よりも下流側の単位充填塔8の塔末からA
画分抜き出し弁8Aを開とした状態でA画分を抜き出す
と同時に、脱着剤供給弁1Dを開とした状態でB成分が
富化された収着帯域の形成されている単位充填塔5より
も上流側の単位充填塔1の塔頂から脱着剤Dを供給しつ
つ、B画分抜き出し弁5Bを開とした状態で単位充填塔
5の塔末からB画分を抜き出す〔後述の実施例2の第1
工程の第1段が第1副工程(第1−1工程)に相当する
ので、その第1段で「開となる弁」を参照〕。なお、A
画分は下記の第2副工程(第1−2工程)で抜き出すの
で、充填剤に対するA成分の親和性によっては、この第
1副工程(第1−1工程)ではA画分の抜き出し無しで
実施する態様を採ることもあり得る。また、この第1副
工程(第1−1工程)で、必要に応じて逆にC画分の抜
き出しや、A画分とC画分の抜き出しを行う態様を採る
こともあり得る。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0042
【補正方法】変更
【補正内容】
【0042】上記第1−2工程は、流体原料の供給を行
わずに系内で流体の循環を行わせながら、一般的な擬似
移動層式クロマト分離方法に従った操作で、B成分以外
の成分の富化画分を系外に抜き出し、且つ、上記第1−
1工程で新しく系中に供給された流体原料の各成分を充
填剤(収着剤)に対する親和性の弱い成分(A成分)か
ら強い成分(C成分)に順次に分かれた収着帯域を形成
させるための工程である。この第1−2工程、即ち、脱
着剤を供給しながら2画分を抜き出す擬似移動層方式の
操作を行う方法は、特に限定されるものでは無いが、流
体原料の供給を行わない点を除外すれば、従来公知の
例、例えば、特開昭62−91205号公報の特に第2
頁右上欄第2行〜左下欄末行及び第3図で説明される方
法において原液の供給を行わない(従って、本明細書で
は、区画と第区画は同一区画と考えてよい)よう
にして実施する場合を1例として挙げることができる。
具体的には、ポンプ等により系内で流体を循環させなが
ら、所定の成分が富化されている収着帯域の在る区画の
単位充填塔の上流側塔頂から脱着剤を供給すると共に、
下流側塔末から該成分の富化された画分を抜き出し、こ
れを収着帯域の移動に合わせて順次に循環流の下流に移
行させる操作を、充填剤(収着剤)に対する親和性の中
間的な成分以外の複数の成分に対して行うことで実施さ
れる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0058
【補正方法】変更
【補正内容】
【0058】再度第1工程を実施するために、単位充填
塔2、3、7、8に濃度1規定の塩化ナトリウム水溶液
を単位充填塔1本当たり132Lずつ流して、カルシウ
ム形の充填剤をナトリウム形に変えた。その結果、カル
シウム形の充填剤を充填した4本の単位充填塔4、5、
9、10とナトリウム形の充填剤充填した6本の単位
充填塔1、2、3、6、7、8の装置構成となった。上
記第1工程の分離操作を再度行ったところ、ほぼ同一の
結果が得られた。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0089
【補正方法】変更
【補正内容】
【0089】再度第1工程を実施するために、単位充填
塔2、3、7、8に濃度1規定の塩化ナトリウム水溶液
を単位充填塔1本当たり132Lずつ流して、該塔内の
充填をナトリウム形とした。上記第1工程の操作を再
度行ったところ、イオン形組成は原液と平衡になり、上
記とほぼ同一の結果が得られた。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0092
【補正方法】変更
【補正内容】
【0092】他の運転条件は次の通りとした。 単位充填塔:内径108mm、層高1600mm、単位
充填塔数:10本 操作温度:80℃ 1サイクル時間:2.26Hr 原液供給口とC画分液抜き出し口間の単位充填塔におけ
る線流速:5.00m/Hr 原液供給量:1.18L/Hr(充填剤当たり、0.0
08L/L−充填剤Hr) 溶離水供給量:7.35L/Hr A画分液抜き出し量:4.12L/Hr C画分液抜き出し量:4.41L/Hr 溶離水/原液(容量比):6.25
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 康平 埼玉県戸田市川岸1丁目4番9号 オルガ ノ株式会社総合研究所内 (72)発明者 谷川 弘治 埼玉県戸田市川岸1丁目4番9号 オルガ ノ株式会社総合研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一部の充填剤としてイオン交
    換体を充填したクロマト分離装置で3成分以上を含む流
    体原料を複数の工程で3つ以上の画分に分けるクロマト
    分離方法において、一部又は全部の前記イオン交換体の
    イオン形の少なくとも一部(そのイオン交換容量に対し
    て)を各工程で分離すべき成分の分離に適するイオン形
    に変更して分離することを特徴とするクロマト分離方
    法。
  2. 【請求項2】 前記クロマト分離装置が、少なくとも一
    部の充填剤として前記イオン交換体を充填した複数の単
    位充填層(単位充填塔)からなり且つ少なくとも脱着剤
    を供給する位置が間欠的に流体の流れ方向に移動する方
    式のクロマト分離装置であることを特徴とする請求項1
    に記載のクロマト分離方法。
  3. 【請求項3】 収着剤が充填された単位充填層の多数個
    を接続して無端直列の循環流路を形成し且つ前記循環流
    路内で流体を無端循環させながら外部と流体の出入りを
    行わせる状態と前記循環流路内の少なくとも1位置(遮
    断/開放位置)で実質的に流体の流通を遮断しながら外
    部と流体の出入りを行わせる状態との切り換えが可能に
    設けられている単位充填層群の系、前記単位充填層群の
    隣接単位充填層間毎に前記循環流路にそれぞれ接続され
    た流体原料供給手段及び脱着剤供給手段、前記単位充填
    層群の隣接単位充填層間毎に前記循環流路にそれぞれ接
    続された2流体画分をそれぞれ抜き出す流体抜き出し手
    段、および、前記の少なくとも1位置(遮断/開放位
    置)の上流側で且つ単位充填層を介すること無く及び/
    又は1単位充填層を介して前記循環流路に接続された別
    の1流体画分を抜き出す流体抜き出し手段を包含するこ
    とを特徴とするクロマト分離装置。
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