RU2637960C1 - Рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов - Google Patents
Рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637960C1 RU2637960C1 RU2017106595A RU2017106595A RU2637960C1 RU 2637960 C1 RU2637960 C1 RU 2637960C1 RU 2017106595 A RU2017106595 A RU 2017106595A RU 2017106595 A RU2017106595 A RU 2017106595A RU 2637960 C1 RU2637960 C1 RU 2637960C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- recirculation
- components
- mixture
- period
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D11/00—Solvent extraction
- B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
- B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
Landscapes
- Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
- Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области процессов разделения веществ. Предложен рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов в устройстве с многократным контактом первой и второй жидких фаз. Смесь подают в устройство с первой жидкой фазой, которую до достижения разделения фракций компонентов рециркулируют через устройство, и фракции компонентов выводят из устройства с первой фазой. Процесс разделения компонентов осуществляют в противоточно-циклическом режиме, включающем периоды рециркуляции первой фазы при отсутствии рециркуляции второй фазы и периоды рециркуляции в обратном направлении второй фазы при отсутствии рециркуляции первой фазы. Фракции компонентов выводят из устройства с первой фазой после периода ее рециркуляции и со второй фазой после периода ее рециркуляции. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса разделения, измеряемую числом теоретических ступеней. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области процессов разделения веществ методами жидкостной экстракции и хроматографии и может быть использовано в гидрометаллургии, а также в химической, микробиологической, фармацевтической и других отраслях промышленности для извлечения, разделения, очистки и концентрирования веществ.
Предшествующий уровень техники
Разделение компонентов в процессах жидкостной экстракции и жидкость-жидкостной хроматографии основывается на различной их растворимости в двух жидких фазах. Жидкость-жидкостная хроматография представляет собой нестационарный вариант жидкостной экстракции.
Известны способы разделения смеси компонентов методами жидкость-жидкостной хроматографии в центробежных устройствах, состоящих из спиральной трубки или цепочки камер, закрепленных на валу центрифуги. Разделение смеси компонентов осуществляют путем многократного перераспределения их между двумя жидкими фазами. Смесь подается с одной из фаз, которая является подвижной фазой и прокачивается через другую (неподвижную) фазу, удерживаемую в свободном состоянии в устройстве с помощью центробежных сил. На выходе из устройства отбираются фракции компонентов [Jean-Michel Menet, Didier Thiebaut Countercurrent Chromatography // Chromatographic science series. Volume 82. 1999. Marcel Dekker, Inc. New York. Basel]. Недостатком этих способов является сложность используемых для их реализации центробежных устройств.
Известны также хроматографические способы для разделения смеси компонентов путем многократного перераспределения их между легкой и тяжелой жидкими фазами в спиральной трубке, намотанной на один или несколько барабанов планетарной центрифуги. Трубку заполняют неподвижной жидкой фазой, через которую прокачивают подвижную фазу. Барабанам с намотанной трубкой с помощью планетарного механизма придают сложное вращательное движение вокруг собственной оси и одновременно вокруг центральной оси центрифуги. Смесь вводят в форме импульса с подвижной фазой в спиральную трубку, где в результате многократного распределения и перераспределения компонентов между двумя жидкими фазами происходит их разделение. На выходе подвижной фазы из устройства отбирают обогащенные фракции отдельных компонентов [А.Е. Костанян. Журнал «Химическая технология». 2004. №8. С.39].
Недостатком этих известных способов является сложность и дороговизна.
Известен также способ экстракционного разделения смеси компонентов [патент RU 2304453] путем распределения их между легкой и тяжелой жидкими фазами в канале спиралевидной формы, которым для удерживания одной из них в канале с помощью пульсатора сообщают возвратно-поступательное движение.
Недостатками этого известного способа является сложность его технологического оформления и недостаточно высокая эффективность, обусловленная обратным перемешиванием жидкостей в канале при сообщении им возвратно-поступательного движения.
Известен способ хроматографического разделения смеси компонентов [патент RU 2342970], заключающийся в многократном распределении их между легкой и тяжелой жидкими фазами, в хроматографической колонке, содержащем ряд камер, соединенных в форме змеевика. Одну из фаз удерживают в колонке, а другую прокачивают через колонку в дискретном режиме, при этом ей сообщают движение с периодически изменяющейся скоростью с помощью центробежных сил, вращая колонку вокруг его центральной оси или организуя возвратно-поступательное движение фаз в нем с помощью пульсатора.
Известен также способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов путем распределения их между легкой и тяжелой жидкими фазами [патент RU 2342971], которым сообщают движение с периодически изменяющейся скоростью в канале спиралевидной формы, а смесь вводят в виде импульса в промежуточное сечение канала. Фазы прокачивают в чередующейся последовательности через канал в противоположных направлениях. Противоточное движение фаз в устройстве обеспечивают с помощью центробежных сил, вращая устройство вокруг его центральной оси или организуя возвратно-поступательное движение фаз в нем с помощью пульсатора.
Недостатками этого известного способа, как и описанных выше технических решений, является сложность его технологического оформления, связанная с необходимостью применения центрифуги или специального пульсатора для удерживания одной из фаз в устройстве.
Наиболее близким техническим решением является рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов в устройстве с многократным контактом первой и второй жидких фаз, заключающийся в том, что смесь подают в устройство с первой фазой, которую в течение определенного периода времени рециркулируют через устройство, и фракции компонентов выводят из устройства с первой фазой [А.Е. Kostanyan, А.А. Erastov. Theoretical study of closed-loop recycling liquid-liquidchromatography and experimental verification of the theory. Journal of Chromatography A, 1462 (2016) 55-62] (прототип). Подлежащую разделению смесь компонентов вводят в устройство в виде импульса и вместе с первой фазой многократно рециркулируют через устройство в замкнутом контуре. При этом осуществляют многократный контакт первой и второй жидких фаз в устройстве, обеспечивая многократное перераспределение компонентов смеси между ними. После достижения требуемой степени разделения компонентов контур размыкают, подавая в устройство и выводя из него поток первой фазы, при этом фракции компонентов выводят из устройства с первой фазой.
Недостатком данного способа является недостаточно высокая эффективность разделения, особенно в случае разделения компонентов с близкими свойствами. Разделение смесей компонентов по известному способу требует большого числа экстракционных ступеней, что усложняет технологическое оформление способа и затрудняет его практическую реализацию.
Изобретение направлено на повышение эффективности рециркуляционного способа экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов.
Раскрытие изобретений
Основной задачей настоящего изобретения было создание эффективного и простого в технологическом оформлении рециркуляционного способа экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов.
Технический результат достигается тем, что предложен рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов в устройстве с многократным контактом первой и второй жидких фаз, заключающийся в том, что смесь подают в устройство с первой жидкой фазой, которую до достижения разделения фракций компонентов рециркулируют через устройство, и фракции компонентов выводят из устройства с первой фазой, причем процесс разделения компонентов осуществляют в противоточно-циклическом режиме, включающем периоды рециркуляции первой фазы при отсутствии рециркуляции второй фазы и периоды рециркуляции в обратном направлении второй фазы при отсутствии рециркуляции первой фазы, при этом фракции компонентов выводят из устройства с первой фазой после периода ее рециркуляции и со второй фазой после периода ее рециркуляции.
Целесообразно, что смесь подают периодически в начале каждого цикла, состоящего из периода рециркуляции первой фазы и периода рециркуляции второй фазы.
Технический результат достигается также тем, что смесь подают в течение времени, не превышающего среднее время пребывания первой фазы в устройстве за один цикл.
Важно, что длительность периодов рециркуляции фаз устанавливают индивидуально для каждого цикла до достижения заданной концентрации одного из компонентов смеси в устройстве.
Нами обнаружено, что когда процесс разделения компонентов осуществляют в противоточно-циклическом режиме, включающем периоды рециркуляции первой фазы при отсутствии рециркуляции второй фазы в устройстве и периоды рециркуляции в обратном направлении второй фазы при отсутствии рециркуляции первой фазы, и при этом фракции компонентов выводят из устройства с первой фазой после периода ее рециркуляции и со второй фазой после периода ее рециркуляции, существенно повышается эффективность (селективность) разделения компонентов смеси. Наибольший положительный эффект достигается когда смесь подают периодически в начале каждого цикла, состоящего из периода рециркуляции первой фазы и периода рециркуляции второй фазы, и в течение времени не превышающего среднее время пребывания первой фазы в устройстве за один рецикл.
Когда длительность периодов рециркуляции фаз устанавливают индивидуально для каждого цикла, создается возможность концентрирования одного из компонентов смеси в устройстве.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется описанием конкретных примеров его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором:
иллюстрирует движение фаз при реализации способа в каждом цикле процесса, состоящем из периода рециркуляции первой фазы и периода рециркуляции в обратном направлении второй фазы. Процесс разделения компонентов проводят в циркуляционном контуре, включающем устройство с многократным контактом первой и второй жидких фаз, соединительные линии (трубопроводы) и насосное оборудование (не показано на фигуре). При этом смесь разделяемых компонентов подают в устройство с первой фазой периодически в начале каждого цикла в течение времени, не превышающего среднее время пребывания первой фазы в устройстве за один рецикл (цикл).
Когда смесь подают периодически в последующих циклах процесса, предлагаемый способ может быть реализован в двух режимах:
1. Стационарный режим: длительность периодов рециркуляции фаз поддерживают постоянной во всех циклах. При этом после некоторого числа циклов наступает стационарный режим процесса, когда в каждом цикле с потоками фаз из каскада ступеней выводят постоянные количества разделенных компонентов;
2. Нестационарный режим: длительность периодов рециркуляции фаз в каждом цикле регулируют таким образом, чтобы один (целевой) компонент или группа компонентов удерживалась (накапливалась) в устройстве, в то время как остальные компоненты смеси выводились из устройства с потоками фаз. При этом после некоторого числа циклов получают концентрат одного (целевого) компонента или группы компонентов.
В приводимых ниже примерах процесс рециркуляционного экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов проводят следующим образом:
Устройство (колонна или система колонн или последовательно соединенных контактных ступеней) с многократным контактом фаз заполняют первой и второй жидкими фазами. Объемное соотношение фаз в устройстве задают при его заполнении. Процесс проводят в циркуляционном контуре, включающем устройство с многократным контактом первой и второй жидких фаз, соединительные линии и насосное оборудование. При этом разделение компонентов осуществляют в противоточно-циклическом режиме, включающем периоды рециркуляции через устройство первой фазы при отсутствии рециркуляции второй фазы и периоды рециркуляции в обратном направлении второй фазы при отсутствии рециркуляции первой фазы. Процесс проводят в циклическом режиме, каждый цикл которого включает определенную длительность периодов рециркуляции первой и второй фаз через устройство. Смесь подают в устройство с первой фазой периодически в начале каждого цикла, состоящего из периода рециркуляции первой фазы и периода рециркуляции второй фазы. Смесь подают в виде раствора в первой фазе в течение времени, не превышающего среднее время пребывания первой фазы в устройстве за один рецикл, что соответствует условию τсм<V S/F=τсвп (здесь: τсм - длительность периода подачи смеси в устройство; V - объем устройства; S - доля объема первой фазы в устройстве; F - объемная скорость подачи первой фазы в устройство; τсвп - среднее время пребывания первой фазы в устройстве за один рецикл).
В период подачи раствора смеси в устройство циркуляционный контур остается открытым и из устройства выводится поток первой фазы. После завершения подачи смеси контур замыкается, и начинается период рециркуляции первой фазы через устройство. После завершения периода рециркуляции первой фазы, контур открывается: в устройство подается поток первой фазы; из устройства с потоком первой фазы выводятся разделенные фракции компонентов смеси. Затем контур замыкается, и начинается период рециркуляции второй фазы. После завершения периода рециркуляции второй фазы, контур открывается: в устройство подается поток второй фазы; из устройства с потоком второй фазы выводятся разделенные фракции компонентов смеси. С завершением вывода с потоком второй фазы фракций компонентов заканчивается один цикл процесса и начинается следующий его цикл.
При реализации способа в стационарном режиме для каждой фазы устанавливают постоянную длительность периода ее рециркуляции таким образом, чтобы обеспечить раздельный выход компонентов с выходящими из устройства в периоды открытого контура потоками фаз. Перемещаясь в замкнутом контуре с потоками фаз, смесь компонентов совершает челночное движение и многократно в противоточно-циклическом режиме перераспределяется между фазами, благодаря чему компоненты с различными коэффициентами распределения движутся с различной скоростью в разных фазах и разделяются на фракции, периодически выводимые из устройства (контура) с потоками фаз в отдельных циклах процесса.
Пример 1. Процесс разделения проводят в стационарном режиме, как описано выше. Эффективность процесса оценивают количеством (числом) теоретических ступеней N, необходимых для достижения полученной в процессе степени разделения в случае обычного процесса элюентной хроматографии.
Для создания двухфазной жидкостной системы используют растворители гексан - метанол - этил ацетат - вода в соотношении 1:1:1:1, после смешивания которых образуются две водно-органические фазы. Разделяемые компоненты - кофеин (коэффициент распределения между первой и второй фазами Кк=0.13) и аспирин (Кa=0.5) в равных количествах присутствуют в исходной смеси. Процесс проводят в устройстве, состоящем из 100 последовательно соединенных контактных ступеней. Объемное соотношение первой и второй фаз в устройстве 1:1. Устанавливают одинаковую скорость циркуляции фаз через устройство в замкнутом контуре и скорость подачи и вывода фаз из устройства в периоды открытого контура. Устанавливают одинаковую постоянную длительность периодов рециркуляции фаз, соответствующую двум рециклам каждой фазы за один цикл процесса. Подлежащую разделению смесь кофеина и аспирина подают в каждом цикле процесса с первой фазой в течение времени τсм, не превышающего среднее время пребывания первой фазы в устройстве τсвп за один рецикл (τсм=0.1τсвп). После трех циклов устанавливается стационарный режим процесса. После этого в каждом цикле из устройства с первой фазой выводят фракции кофеина, а со второй фазой - фракции аспирина. Эффективность процесса, измеряемая числом теоретических ступеней для обычного процесса хроматографии, составляет N=650.
Пример 2 (по прототипу). Процесс проводят как в примере 1, но по известному способу: через устройство в замкнутом контуре рециркулируют только первую фазу. После двух рециклов из устройства с первой фазой выводят фракции кофеина и аспирпна. Эффективность процесса, измеряемая числом теоретических ступеней для обычного процесса хроматографии, составляет N=200.
Как следует из приведенных примеров, предлагаемый рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов позволяет существенно (примерно в три раза) повысить эффективность процесса разделения.
Claims (4)
1. Рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов в устройстве с многократным контактом первой и второй жидких фаз, заключающийся в том, что смесь подают в устройство с первой жидкой фазой, которую до достижения разделения фракций компонентов рециркулируют через устройство, и фракции компонентов выводят из устройства с первой фазой, причем процесс разделения компонентов осуществляют в противоточно-циклическом режиме, включающем периоды рециркуляции первой фазы при отсутствии рециркуляции второй фазы и периоды рециркуляции в обратном направлении второй фазы при отсутствии рециркуляции первой фазы, при этом фракции компонентов выводят из устройства с первой фазой после периода ее рециркуляции и со второй фазой после периода ее рециркуляции.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь подают периодически в начале каждого цикла, состоящего из периода рециркуляции первой фазы и периода рециркуляции второй фазы.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь подают в течение времени, не превышающего среднее время пребывания первой фазы в устройстве за один цикл.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность периодов рециркуляции фаз устанавливают индивидуально для каждого цикла до достижения заданной концентрации одного из компонентов смеси в устройстве.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017106595A RU2637960C1 (ru) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | Рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017106595A RU2637960C1 (ru) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | Рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2637960C1 true RU2637960C1 (ru) | 2017-12-08 |
Family
ID=60581737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017106595A RU2637960C1 (ru) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | Рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2637960C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2304453C2 (ru) * | 2005-04-22 | 2007-08-20 | Артак Ераносович Костанян | Способ экстракционного разделения смеси компонентов |
RU2342971C2 (ru) * | 2006-10-24 | 2009-01-10 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов |
RU2342969C2 (ru) * | 2006-12-06 | 2009-01-10 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Способ массообмена между потоками двух жидкостей |
RU2342970C2 (ru) * | 2006-10-24 | 2009-01-10 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Способ хроматографического разделения смеси компонентов |
RU2403949C1 (ru) * | 2009-10-05 | 2010-11-20 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) | Пульсационно-циклический способ экстракционного разделения смеси компонентов и устройство для его осуществления |
RU2448755C2 (ru) * | 2006-08-08 | 2012-04-27 | Ифп | Способ и устройство разделения в псевдоподвижном слое с рядом редукционных клапанов |
RU2568483C1 (ru) * | 2014-11-06 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Противоточно-циклический способ многоступенчатого экстракционного разделения смеси компонентов |
-
2017
- 2017-02-28 RU RU2017106595A patent/RU2637960C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2304453C2 (ru) * | 2005-04-22 | 2007-08-20 | Артак Ераносович Костанян | Способ экстракционного разделения смеси компонентов |
RU2448755C2 (ru) * | 2006-08-08 | 2012-04-27 | Ифп | Способ и устройство разделения в псевдоподвижном слое с рядом редукционных клапанов |
RU2342971C2 (ru) * | 2006-10-24 | 2009-01-10 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов |
RU2342970C2 (ru) * | 2006-10-24 | 2009-01-10 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Способ хроматографического разделения смеси компонентов |
RU2342969C2 (ru) * | 2006-12-06 | 2009-01-10 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Способ массообмена между потоками двух жидкостей |
RU2403949C1 (ru) * | 2009-10-05 | 2010-11-20 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) | Пульсационно-циклический способ экстракционного разделения смеси компонентов и устройство для его осуществления |
RU2568483C1 (ru) * | 2014-11-06 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Противоточно-циклический способ многоступенчатого экстракционного разделения смеси компонентов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI81268B (fi) | Kontinuerligt separationsfoerfarande baserat pao seriestroemning. | |
FI81267C (fi) | Foerfarande foer separering av ett extrakt fraon ett raffinat. | |
JP4966449B2 (ja) | 長さが変動性であるクロマトグラフィー帯域を用いる分離方法 | |
US8092681B2 (en) | Method and device for separating constituents of a liquid feed by liquid-liquid centrifugal chromatography | |
FR2889077A1 (fr) | Procede et dispositif de separation chromatographique de fractions d'un melange | |
CN103182198B (zh) | 一种以模拟移动床分离不同分子量高分子的方法 | |
RU2637960C1 (ru) | Рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов | |
Hewitson et al. | Intermittent counter-current extraction—Effect of the key operating parameters on selectivity and throughput | |
RU2568483C1 (ru) | Противоточно-циклический способ многоступенчатого экстракционного разделения смеси компонентов | |
RU2342971C2 (ru) | Способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов | |
RU2428684C2 (ru) | Устройство для непрерывной противоточной хроматографии | |
JPH0843372A (ja) | 長さの短縮による隙間容積の補正を用いる模擬移動相でのクロマトグラフィーによる分離方法 | |
US20030010716A1 (en) | Systems and processes for performing separations using a simulated moving bed apparatus | |
WO2010010366A1 (en) | Counter-current chromatographic arrangement | |
RU2403949C1 (ru) | Пульсационно-циклический способ экстракционного разделения смеси компонентов и устройство для его осуществления | |
RU2342970C2 (ru) | Способ хроматографического разделения смеси компонентов | |
RU2681627C1 (ru) | Аппарат для проведения процессов жидкость-жидкостной хроматографии | |
RU2304453C2 (ru) | Способ экстракционного разделения смеси компонентов | |
CN107376420B (zh) | 驱散流动相逆流层析分离方法 | |
JPH0843371A (ja) | 流量の増加による隙間容積の補正を用いる模擬移動相でのクロマトグラフィーによる分離方法 | |
RU2438751C1 (ru) | Горизонтальный импульсно-циклический массообменный аппарат | |
Kostanyan et al. | Pulsation cyclic liquid-liquid chromatography | |
RU2349912C1 (ru) | Устройство для хроматографического разделения смеси газов и паров | |
US20220016546A1 (en) | Method and device for continuous countercurrent transfer of material between two fluid phases | |
TH2001004730A (th) | วิธีการแยกสารโดยโครมาโตกราฟี และ อุปกรณ์การแยกสารโดยโครมาโตกราฟี |