Способ непрерывного хроматографического разделения смесей газов и паров

 

ОП И САНИ

ИЗОБР ЕТЕ Н

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ

Союз Советюптх

Социалистическйх

РесПублик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 20.VI I.1965 (№ 1018658/26-2 с присоединением заявки №

Приоритет комитет но делвта изобретений и открытий при Совете Министре

СССР

Опубликовано 28.1Х.1967. Бюллетень М

Дата опубликования описания 14.XII. (088.8) Автор изобретения

Э. П. Скорняков

3 аявитель

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО

РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ГАЗОВ И ПАРОВ

Данное изобретение относится к области непрерывного хроматографического разделения смесей газов и паров для анализа этих смесей и, в особенности, для выделения больших количеств чистых веществ из смесей, В известном способе непрерывного хроматографического разделения смесей газов и паров с использованием замкнутой тороидальной хроматографической колонки разделяемую смесь вводят в тороидальную хроматографическую колонку. Полосу сорбированных на насадке веществ непрерывно перемещают по замкнутому кольцу, образованному внутренним каналом колонки, заполненным насадкой, под действием движущегося вдоль колонки источника тепла.

Недостатком этого способа является использование высоких температур, необходимых для осуществления перемещения полосы разделяемых веществ по отношению к слою сорбента. Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что одновременно с вводом разделяемых веществ и инертного газа в сечение колонки, расположенное между местами ввода разделяемой смеси и инертного газа, вводят газ-вытеснитель, место ввода которого перемещают по отношению к слою сорбента синхронно с перемещением мест ввода и вывода разделяемых веществ и инертного газа. Это позволяет упростить конструктивное воплощение процесса разделения, а также отказаться от применения перемещающегося источника тепла, температурное поле которого в некоторых случаях может оказать неблагоприятное воздействие на разделяемые вещества, например, деструктировать их, так как вытесняющее действие на полосу разделяемых веществ в слое сорбента в предлагаемом способе оказывает

10 газ-вытеснитель, под действием которого и происходит перемещение разделяемых веществ по отношению к слою сорбента.

При этом возможны два варианта осуществления предлагаемого способа. В соответст15 вии с первым вариантом в процессе разделения места ввода и вывода газовых потоков из колонки оставляют неподвижными, а по отношению к ним перемещают слой сорбента.

Согласно второму варианту осуществления

20 предлагаемого способа в процессе разделения слой сорбента в хроматографической колонке оставляют неподвижным, а по отношению к нему перемещают места ввода и вывода газовых потоков, 25 Перемещение мест ввода и вывода газовых потоков может достигаться переключением клапанов, установленных на равном расстоянии друг от друга по всей длине колонки.

Таким образом, в предлагаемом способе

30 каждый участок сорбента в колонке попере203309 менно служит зоной сорбции (когда на него поступают вытесняемые газом-вытеснителем разделяемые вещества), зоной вытеснения (когда на него подают газ-вытеснитель) и зоной десорбции, когда на него подают инертный газ, выдувающий из сорбента газ-вытеснитель и обеспечивающий тем самым регенерацию этого участка сорбента.

Инертный газ, вводимый в колонку, предварительно подогревают. Это обеспечивает более полную десорбцию газа-вытеснителя из регенерируемого участка сорбента.

Причем в качестве газа-вытеснителя используют газ или пары вещества, сорбируемого в хроматографической колонке сильнее, чем интересующие нас компоненты смеси, выделяемые из колонки в обогащенном виде. Это означает, что в предлагаемом способе возможно селективное вытеснение и поступательное перемещение по слою сорбента лишь ин1ересующей нас группы компонентов, в то время как остальная часть компонентов смеси может оставаться вместе с газом-вытеснителем неподвижной на слое сорбента и выдувается из него потоком инертного газа при регенерации этого участка слоя.

Для этой цели не обязательно использовать в качестве газа-вытеснителя газ, сорбируемость которого в хроматографической колонке превышает сорбируемость всех компонентов разделяемой смеси — напротив, необходимо и вполне достаточно, чтобы его сорбируемость превышала лишь сорбируемость тех компонентов, которые следует выделить из смеси в обогащенном виде. Это позволяет уменьшить энергетические затраты на разделение, так как не затрачивается работа на вытеснение и перемещение по колонке ненужных компонентов смеси.

B числе отличий предлагаемого способа следует также упомянуть то, что в качестве газа-вытеснителя используют выделяемую из колонки фракцию смеси, содержащую один или несколько из наиболее сильно сорбирующихся компонентов смеси. Эта фракция смеси может быть предварительно выделена из колонки и собрана в достаточном для осуществления этого варианта разделения количестве с использованием в начале процесса разделения другого газа-вытеснителя.

Еще одним отличием предлагаемого способа является то, что в качестве части инертного газа, предназначенного для последовательной регенерации слоя сорбента, используют выделяемую из колонны фракцию смеси, содержащую один или несколько из наименее сорбирующих компонентов. Это означает, что если в составе разделяемой смеси имеется компонент или группа компонентов, которые слабо сорбируются или, в особенности, практически не сорбируются на насадке колонки (например, водород, воздух и др.) и которые не представляют интереса в качестве исходных продуктов разделения, то на некотором этапе процесса разделения, когда из колонки бу5

25 зо

35 ао

65 дет выделено достаточное количество этой фракции смеси, этот компонент или группа компонентов могут быть использованы в качестве части инертного газа для продувки регенерируемого участка слоя сорбента. Естественно, что это может несколько удешевить процесс разделения.

Сущность предлагаемого способа поясняется прилагаемыми чертежами и приведенными ниже примером осуществления процесса разделения.

На фиг. 1 схематически изображена тороидальная хроматографическая колонка с указанием рабочих зон сорбента и мест ввода и вывода газовых потоков; на фиг. 2 схематически изображена также кольцевая колонка, в которой осуществлено перемещение рабочих зон и мест ввода и вывода газовых потоков на один такт (стрелкой указано направление перемещения рабочих зон и мест ввода и вывода); на фиг. 3 представлен вертикальный разрез участка хроматографической колонки в одном из вариантов ее конструктивного выполнения.

Хроматографическая колонка в одном из возможных вариантов ее конструктивного выполнения представляет собой тор 1, внутреннее пространство которого заполнено сорбентом 2. По всей длине колонки на равном расстоянии друг от друга установлены штуцера 8, перекрытые клапанами 4 и служащие для ввода и вывода газовых потоков в колонну. Колонка дополнительно может быть снабжена манометром (или вакуумметром) 5 и пробоотборным устройством 6.

Перед началом процесса разделения внутреннее пространство хроматографической колонки предварительно откачивают либо продувают в течение некоторого времени инертным газом, например, азотом (водородом, воздухом и др.). В подготовленную таким образом колонку через один из штуцеров вводят разделяемую смесь, содержащую, например, три компонента, Примером такой смеси может служить смесь, содержащая пропилеи, этилен и водород, компоненты которой (пропилеи и этилен) представляют большой интерес для химической промышленности. После заполнения колонки разделяемой смесью, которое может контролироваться по манометру

5, в нее начинают подавать газ-вытеснитель, место ввода которого постепенно перемещают с определенной скоростью вдоль колонки в направлении отмеченной на фиг. 1 и 2 стрелками.

Перемещение мест ввода газа-вытеснителя осуществляют последовательным переключением клапанов 4 на штуцерах 3, Вслед за подачей газа-вытеснителя в колонку начинают подавать инертный газ, предназначенный для последовательной регенерации участков сорбента, насыщаемых вытеснителем.

Место ввода инертного газа расположено на некотором расстоянии от места ввода вытеснителя сзади по ходу его перемещения. Ме203309

15 сто ввода инертного газа перемещают вдоль колонки с той же скоростью, что и место ввода вытеснителя, и в том же направлении синхронным переключением соответствующих клапанов. Очевидно, что при используемой в данном примере конструкции колонки ввод газа в колонку с перемещением места его ввода можно осуществлять только периодически небольшими порциями. Одновременно с вводом инертного газа в центр зоны десорбции (зона А на фиг. 1 и 2) начинают осуществлять отбор его на краях этой зоны. Причем места отбора инертного газа, несущего выдуваемый из зоны десорбции газ-вытеснитель, перемещают синхронно .с местом ввода инертного газа в том же направлении.

Таким образом, благодаря перемещению мест ввода газа-вытеснителя и инертного газа и мест вывода инертного газа, выносящего из колонки газ-вытеснитель и некоторое количество разделяемой смеси, в колонке достигается перемещение трех рабочих зон: зоны сорбции (зона Б, в которую вытесняются под действием вводимого в колонку газа-вытеснителя компоненты разделяемой смеси, зоны вытеснения (зона B), в центр которой подают газ вытеснитель, и зоны десорбции (зона А), в центр которой подают инертный газ. Перемещение рабочих зон, осуществляемое без подпитки зоны сорбции свежими порциями разделяемой смеси и отбора из нее продуктов разделения, сопровождается разделением компонентов разделяемой смеси по отдельным полосам в пределахзоны сорбции в соответствии с их сорбируемостью, уменьшением количества разделяемой смеси в колонке за счет выноса части ее, с инертным газом и соответствующим расширением зоны десорбции и зоны вытеснения. Перемещение рабочих зон в колонке без отбора продуктов разделения (в безотборном режиме) осуществляют до тех пор, пока в перемещающейся зоне сорбции не будет достигнуто стационарное распределение концентрации компонентов разделяемой смеси. Контроль установления стационарного состояния осуществляют, например, с помощью хроматографического анализатора, периодически отбирая пробы шприцем через пробоотборное устройство б и вводя их в газовый хроматогр аф. г0 г5

З0

Этот же контроль позволяет определить положение полос отдельных компонентов разделяемой смеси в пределах зоны сорбции, что облегчает выбор мест отбора нужных компонентов смеси и места подпитки зоны сорбции свежими порциями разделяемой смеси. После достижения стационарного состояния и уточнения положения мест отбора продуктов разделения и места ввода разделяемой смеси с учетом скорости перемещения рабочих зон, определяемой частотой переключения клапанов 4, начинают осуществлять периодический ввод разделяемой смеси и отбор обогащенных фракций ее при каждом такте перемещения рабочих зон.

Предмет изобретения

1. Способ непрерывного хроматографического разделения смесей газов и паров с использованием замкнутой тороидальной хроматографической колонки с относительным перемещением зоны разделяемых веществ и слоя сорбента в колонке, достигаемым относительным перемещением мест ввода и вывода разделяемых веществ и инертного газа, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструктивного воплощения способа и обеспечения возможности проведения процесса разделения при нормальных температурах, одновременно с вводом разделяемых веществ и инертного газа, в сечение колонки, расположенное между местами ввода разделяемых веществ и инертного газа, вводят газ-вытеснитель, место ввода которого перемещают по отношению к слою сорбента синхронно с перемещением мест ввода и вывода разделяемых веществ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа-вытеснителя используют выделяемую из колонки фракцию смеси, содержащую один или несколько из наиболее сильно сорбирующихся компонентов смеси.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью удешевления процесса разделения, в качестве части инертного газа, предназначенного для последовательной регенерации слоя сорбента, используют выделяемую из колонки фракцию смеси, содержащую один или несколько из наименее сорбирующихся компонентов смеси, 203309

Составитель Н. В. Катинова

Редактор Е. В. Семанова Техред Л. Я. Бриккер Корректоры: Е. Н. Гудзона и В. В. Крылова

Заказ 3849/3 Тираж 535 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, д. 2