RU2808644C1 - Высокопроизводительное сверхкритическое устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области хроматографии. Сверхкритическое устройство содержит газожидкостный сепаратор и фильтр диоксида углерода, соединенные трубопроводом, причем газожидкостный сепаратор выполнен с возможностью разделения газожидкостной смеси и перемещения отсепарированного газа к фильтру диоксида углерода, при этом фильтр диоксида углерода выполнен с возможностью фильтрации указанного газа, при этом отфильтрованный диоксид углерода охлаждают с помощью холодильного устройства в системе сверхкритической флюидной хроматографии, а затем применяют повторно. Высокопроизводительное сверхкритическое устройство позволяет получить чистый диоксид углерода на участке сбора компонентов промышленной системы сверхкритической флюидной хроматографии и преодолеть такие недостатки, как высокое потребление диоксида углерода в промышленной системе сверхкритической флюидной хроматографии и невозможность повторного использования диоксида углерода. Технический результат – снижение потребления диоксида углерода в промышленной системе сверхкритической флюидной хроматографии и обеспечение повторного использования диоксида углерода. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к области хроматографии и, в частности, к высокопроизводительному сверхкритическому устройству.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИКИ

[0002] В системе сверхкритической флюидной хроматографии вместо органического растворителя в качестве подвижной фазы применяют большое количество диоксида углерода в сверхкритическом состоянии. В число преимуществ системы сверхкритической флюидной хроматографии перед традиционной системой жидкостной хроматографии входят высокая скорость разделения, безопасность для окружающей среды и т.п. Установка сверхкритической флюидной хроматографии лабораторного класса имеет низкие показатели расхода потока и потребления диоксида углерода, однако потребление диоксида углерода в промышленной системе сверхкритической флюидной хроматографии является чрезвычайно высоким. В случае осуществления прямой эмиссии, приходится часто восполнять жидкий диоксид углерода в резервуарной емкости. Система сверхкритической флюидной хроматографии не соответствует критерию долговременной бесперебойной работы, применимому к промышленному устройству. При этом в промышленной системе сверхкритической флюидной хроматографии сбросный газообразный диоксид углерода обычно собирают и используют повторно. На сегодняшний день, техническая сложность состоит в том, как получить чистый диоксид углерода на участке сбора компонентов промышленной системы сверхкритической флюидной хроматографии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Цель настоящего изобретения состоит в преодолении недостатков уровня техники за счет предлагаемого высокопроизводительного сверхкритического устройства. Оно позволяет получить чистый диоксид углерода на участке сбора компонентов промышленной системы сверхкритической флюидной хроматографии и преодолеть такие недостатки, как высокое потребление диоксида углерода в промышленной системе сверхкритической флюидной хроматографии и невозможность повторного использования диоксида углерода.

[0004] Для достижения вышеуказанной цели, в настоящем раскрытии предложено следующее решение.

[0005] В настоящем раскрытии предложено высокопроизводительное сверхкритическое устройство, включающее в себя газожидкостный сепаратор и фильтр диоксида углерода, соединенные трубопроводом. Газожидкостный сепаратор выполнен с возможностью газожидкостного разделения газожидкостной смеси в своих пределах для сбора газа на верхней стороне газожидкостного сепаратора и сбора жидкости на нижней стороне газожидкостного сепаратора и перемещения отсепарированного газа к фильтру диоксида углерода, при этом фильтр диоксида углерода выполнен с возможностью фильтрации указанного газа, при этом отфильтрованный диоксид углерода охлаждают с помощью холодильного устройства в системе сверхкритической флюидной хроматографии, а затем применяют повторно.

[0006] Высокопроизводительное сверхкритическое устройство предпочтительно дополнительно включает в себя нагревательное устройство. Нагревательное устройство последовательно соединено с теплообменником, при этом газожидкостная смесь поступает в газожидкостный сепаратор, после ее нагрева с помощью теплообменника; при этом в нагревательном устройстве размещена жидкая теплообменная среда. Жидкая теплообменная среда может представлять собой воду. Нагревательное устройство обеспечивает наличие горячей воды для теплообменника и газожидкостного сепаратора и возможность циркуляции потока горячей воды. Температуру газожидкостной смеси, проходящей через теплообменник, изменяют путем регулирования температуры горячей воды на выходе нагревательного устройства. При этом создана последовательная связь по горячей воде для регулирования температуры газожидкостного сепаратора. В ходе газожидкостного разделения изменяют условия, в которых находится газожидкостная смесь. Регулирование температуры в зависимости от разных процессов позволяет получить разные эффекты газожидкостного разделения. В теплообменнике происходит нагрев смеси газообразного диоксида углерода с органическими растворителями под низкой температурой. Выделение мелкокапельной фазы газожидкостной смеси происходит до газожидкостного разделения, что гарантирует эффект разделения после поступления в газожидкостный сепаратор.

[0007] Газожидкостный сепаратор опционально снабжен оболочкой с нагревательным элементом, при этом нагревательное устройство, теплообменник и нагревательный элемент соединены последовательно трубопроводами.

[0008] Фильтр диоксида углерода опционально содержит пластинчатую колонную насадку, при этом пластинчатая колонная насадка выполнена с возможностью отфильтровывания и конденсации остатка органических растворителей и образцов в газе, проходящем через газожидкостный сепаратор вновь, для получения чистого газообразного диоксида углерода для повторного использования в системе сверхкритической флюидной хроматографии.

[0009] Канал выпуска диоксида углерода в верхней части фильтра диоксида углерода опционально соединен трубопроводом с холодильным устройством, а на трубопроводе между каналом выпуска диоксида углерода и холодильным устройством установлен датчик температуры, при этом датчик температуры электрически соединен с регулирующей стороной нагревательного устройства. Датчик температуры выполнен с возможностью определения температуры газообразного диоксида углерода после газожидкостного разделения и обратной связи по определенной таким образом температуре с нагревательным устройством. Температуру горячей воды в нагревательном устройстве изменяют путем настройки датчика температуры на разные температуры для достижения желаемого состояния в процессе газожидкостного разделения.

[0010] Жидкая теплообменная среда опционально представляет собой воду.

[0011] В отличие от уровня техники, настоящее раскрытие предусматривает следующие технические эффекты.

[0012] Изменение температуры газожидкостной смеси перед поступлением в газожидкостный сепаратор решает задачу достижения мелкодисперсного состояния газожидкостной смеси; последовательная связь по горячей воде позволяет поддерживать постоянными температуру газожидкостной смеси и температуру в газожидкостном сепараторе; применение фильтра диоксида углерода обеспечивает дополнительную очистку газообразного диоксида углерода, что гарантирует чистоту диоксида углерода; а управление датчиком температуры с обратной связью позволяет автоматически регулировать температуру окружающей среды для газожидкостного разделения и, тем самым, гарантировать эффект газожидкостного разделения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Для создания более ясного представления о вариантах осуществления по настоящему раскрытию или об известном техническом решении, ниже вкратце представлены прилагаемые фигуры, предназначенные для применения в данном варианте осуществления. Следует понимать, что прилагаемые фигуры в нижеследующем описании изображают только некоторые из вариантов осуществления, и то, что специалисты в данной области техники смогут получить иные чертежи на основе прилагаемых фигур, не прилагая изобретательских усилий.

[0014] ФИГ. 1 - схема строения высокопроизводительного сверхкритического устройства по настоящему раскрытию.

[0015] Номера позиций: 1 - нагревательное устройство; 101 - выход горячей воды из нагревательного устройства; 102 - канал обратного потока горячей воды в нагревательном устройстве; 2 - теплообменник; 3 - газожидкостный сепаратор; 4 - фильтр диоксида углерода; 5 - датчик температуры; 6 - газожидкостная смесь; и 7 - холодильное устройство.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0016] Ниже ясно и полностью раскрыто техническое решение, применяемое в вариантах осуществления настоящего раскрытия, на примерах прилагаемых фигур вариантов осуществления настоящего раскрытия. Следует понимать, что раскрываемые варианты осуществления представляют собой не все варианты осуществления настоящего раскрытия. Все прочие варианты осуществления, полученные на основе варианта осуществления, раскрытого в настоящем документе, средними техническими специалистами в данной области техники без приложения изобретательских усилий, входят в объем охраны по настоящему раскрытию.

[0017] Цель настоящего раскрытия состоит в преодолении недостатков уровня техники за счет предлагаемого высокопроизводительного сверхкритического устройства. Оно позволяет получить чистый диоксид углерода на участке сбора компонентов промышленной системы сверхкритической флюидной хроматографии и преодолеть такие недостатки, как высокое потребление диоксида углерода в промышленной системе сверхкритической флюидной хроматографии и невозможность повторного использования диоксида углерода.

[0018] Для создания более ясного и понятного представления о вышеуказанной цели, признаках и преимуществах настоящего раскрытия, оно будет продолжено ниже на примерах прилагаемых фигур и частных вариантов осуществления.

[0019] В настоящем раскрытии предложено высокопроизводительное сверхкритическое устройство, показанное на ФИГ. 1, включающее в себя нагревательное устройство 1, теплообменник 2, газожидкостный сепаратор 3, фильтр 4 диоксида углерода и датчик 5 температуры. Нагревательное устройство 1 содержит выход 101 горячей воды из нагревательного устройства и канал 102 обратного потока горячей воды в нагревательном устройстве. Выход 101 горячей воды из нагревательного устройства соединен трубопроводом с входом горячей воды теплообменника 2. Выход горячей воды теплообменника 2 соединен трубопроводом с входом горячей воды газожидкостного сепаратора 3. Выход горячей воды газожидкостного сепаратора 3 соединен трубопроводом с каналом 102 обратного потока горячей воды в нагревательном устройстве. Теплообменник 2 и газожидкостный сепаратор 3 соединены последовательно по горячей воде нагревательного устройства 1 трубопроводом, что гарантирует соответствие температуры газожидкостной смеси и температуры в газожидкостном сепараторе.

[0020] Газожидкостная смесь 6 соединена с входом теплообменника 2 по трубопроводу. Выход теплообменника 2 соединен трубопроводом с входом газожидкостного сепаратора 3. Канал выпуска диоксида углерода в верхней части газожидкостного сепаратора 3 соединен трубопроводом с входом фильтра 4 диоксида углерода. Канал выхода диоксида углерода в верхней части фильтра 4 диоксида углерода соединен трубопроводом с холодильным устройством 7 для повторного использования. Датчик 5 температуры размещен в серединной части трубопровода с возможностью измерения температуры диоксида углерода после газожидкостного разделения. По температуре диоксида углерода, определенной датчиком 5 температуры, можно в режиме реального времени осуществлять обратную связь о достижении эффекта газожидкостного разделения. Сигналы обратной связи поступают в нагревательное устройство 1, и происходит автоматическое регулирование температуры горячей воды в нагревательном устройстве 1, что позволяет гарантировать надлежащий эффект газожидкостного разделения. На ступени сбора компонентов в системе сверхкритической флюидной хроматографии происходит снижение давления диоксида углерода в сверхкритическом состоянии с переходом в газообразное состояние. На данном этапе диоксид углерода в сверхкритическом состоянии в подвижной фазе образует низкотемпературную газожидкостную смесь газообразного диоксида углерода с небольшим количеством органических растворителей и находится в форме мел ко капельного аэрозоля в трубопроводе.

[0021] До поступления газожидкостной смеси в газожидкостный сепаратор 3, газожидкостную смесь 6 нагревают с помощью теплообменника 2 с выделением фазы мелкокапельного аэрозоля. В это время газожидкостное разделение газожидкостной смеси 6 может происходить проще. После того, как газожидкостная смесь поступит в газожидкостный сепаратор 3, происходит газожидкостное разделение с образованием смеси газообразного диоксида углерода со следовым количеством органических растворителей или образцов. Благодаря тому, что с задней частью соединен фильтр 4 диоксида углерода, при прохождении через пластинчатую колонную насадку в фильтре, возможна постепенная конденсация органических растворителей или образцов с образованием мелких капель жидкости, стекающих к нижней части вдоль внутренней стенки фильтра 4 диоксида углерода. Указанная жидкость временно пребывает в нижней части фильтра 4 диоксида углерода с ее регулярным сбросом путем управления клапаном в нижней части фильтра 4 диоксида углерода с помощью программных средств. На данном этапе газообразный диоксид углерода, выпускаемый из верхней части фильтра 4 диоксида углерода, является более чистым и пригоден для повторного применения после охлаждения с помощью холодильного устройства в системе сверхкритической флюидной хроматографии.

[0022] Следует понимать, что в описании по настоящему раскрытию понятия, означающие относительное направления или положение, в частности - «центр», «верх», «низ», «правый», «левый», «вертикальный», «горизонтальный», «внутри» и «снаружи», указывают относительное направление или положение, показанные на прилагаемых фигурах, исключительно для описания по настоящему раскрытию и упрощения описания, но не для прямого или косвенного указания на то, что охарактеризованное таким образом устройство или элемент должен иметь конкретное направление, быть сконструирован или работать в конкретном направлении, при этом указанные понятия не следует толковать как ограничивающие настоящее раскрытие. Кроме того, такие понятия, как «первый» или «второй» служат исключительно для проведения различия в описании, но не должны толковаться как прямо или косвенно указывающие относительную важность.

[0023] Частные примеры служат для того, чтобы проиллюстрировать принципы и способы реализации настоящего раскрытия. Описание вышеуказанных вариантов осуществления позволяет проиллюстрировать способ и основные принципы настоящего раскрытия. При этом специалисты в данной области техники смогут внести разнообразные доработки и изменения в части вариантов осуществления и сферы применения без отступления от идей настоящего раскрытия. В заключение следует отметить, что содержимое настоящего описания не следует толковать как ограничивающее настоящее раскрытие.

Claims (6)

1. Сверхкритическое устройство для системы сверхкритической флюидной хроматографии, содержащее газожидкостный сепаратор и фильтр диоксида углерода, соединенные трубопроводом, причем газожидкостный сепаратор выполнен с возможностью разделения газожидкостной смеси и перемещения отсепарированного газа к фильтру диоксида углерода, при этом фильтр диоксида углерода выполнен с возможностью фильтрации указанного газа, при этом предусмотрена возможность охлаждения отфильтрованного диоксида углерода с помощью холодильного устройства в системе сверхкритической флюидной хроматографии, а затем его повторного использования.

2. Сверхкритическое устройство по п. 1, дополнительно содержащее нагревательное устройство, причем нагревательное устройство последовательно соединено с теплообменником, при этом предусмотрена возможность поступления газожидкостной смеси в газожидкостный сепаратор, после ее нагрева с помощью теплообменника; при этом в нагревательном устройстве размещена жидкая теплообменная среда.

3. Сверхкритическое устройство по п. 2, в котором газожидкостный сепаратор снабжен оболочкой с нагревательным элементом, при этом нагревательное устройство, теплообменник и нагревательный элемент соединены последовательно трубопроводами.

4. Сверхкритическое устройство по п. 1, в котором фильтр диоксида углерода содержит пластинчатую колонную насадку, при этом пластинчатая колонная насадка выполнена с возможностью отфильтровывания и конденсации остатка органических растворителей и образцов в газе, проходящем через газожидкостный сепаратор вновь, для получения чистого газообразного диоксида углерода.

5. Сверхкритическое устройство по п. 2, в котором канал выпуска диоксида углерода в верхней части фильтра диоксида углерода соединен трубопроводом с холодильным устройством, при этом на трубопроводе между каналом выпуска диоксида углерода и холодильным устройством установлен датчик температуры, при этом датчик температуры электрически соединен с регулирующей стороной нагревательного устройства.

6. Сверхкритическое устройство по п. 2, в котором жидкая теплообменная среда представляет собой воду.