Рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов

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.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ выделения бутанола из культуральной среды.

Изобретение относится к применению реагента-собирателя металлов формулы (1) для удаления остатков рутения, его соединений или комплексов из смесей, образовавшихся после реакций, из продуктов реакций, катализируемых комплексами рутения, а также из органических соединений, загрязненных рутением.

Изобретение относится к биохимии. Описан способ уменьшения количества красящего агента в растворе, содержащем ингибитор альфа1 протеиназы (recA1PI), полученный из культуры клеток, включающий инкубирование раствора, содержащего recA1PI, с восстанавливающим агентом, который представляет собой цистеин или DTT в концентрации от 1 до 100 мМ, при температуре от приблизительно 2°С до приблизительно 60°С, и отделение recA1PI от красящего агента.
Настоящее изобретение относится к способу захвата представляющих интерес вирусоподобных частиц из смеси, включающей разрушенные клетки растений. Способ включает использование расширяющегося слоя адсорбента, содержащего материал смолы, уравновешивание материала смолы при рН 6,0-8,0 и внесение смеси на расширяющийся слой адсорбента для связывания вирусоподобных частиц.

Изобретение относится к области биохимии. Описана группа изобретений, включающая способ определения процента сиалирования гликопротеина и набор для определения содержания сиаловой кислоты в гликопротеине.

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, в частности к способу извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ), и может быть использован в технологии хроматографического разделения лютеция и иттербия.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ деструкции рибонуклеиновых кислот.

Изобретение относится к области геохимии, а также к способам разделения веществ с использованием ионообменных и адсорбционных механизмов, и может быть использовано для идентификации горных пород.
Изобретение относится к способу получения слаборазветвленных алкилбензолов. Способ включает: пропускание смеси углеводородов, содержащей парафины с 14-23 атомами углерода, через адсорбционную систему разделения, содержащую адсорбционную систему разделения с подвижным слоем, создавая таким образом поток экстракта, содержащий нормальные и монометил разветвленные парафины, и поток рафината, содержащий отличные от нормальных и более разветвленные парафины; при этом в адсорбционной системе разделения используют адсорбент, содержащий цеолит типа пентасил; подачу потока экстракта в реактор дегидрирования для получения потока олефинов, содержащего олефины и диолефины; подачу потока олефинов и потока ароматических веществ в реактор алкилирования для получения потока алкилароматических веществ.

Изобретение относится к экологически более благоприятному способу извлечения металлов из концентрированного раствора или, точнее извлечения одновалентных металлов из растворов, которые в больших концентрациях содержат многовалентные металлы.

Изобретение может быть использовано в аналитической химии природных вод для инструментального определения микроэлементов. Для осуществления способа группового концентрирования из кислых растворов и разделения ионов Ti, Mo, Sn, Fe к 10 мл водной фазы анализируемого кислого раствора добавляют 1 г легкоплавкого расплава ацетилсалицилата антипириния [AntH3O+]⋅[AcSal-], отделяют концентрат ионов Ti, Mo, Sn, Fe, озоляют азотной кислотой в микроволновой печи и анализируют атомно-эмиссионной спектрометрией.

Изобретение относится к получению фосфатов аммония из фосфорсодержащих растворов и, в частности, к получению фосфатов аммония из подаваемой жидкости, содержащей фосфорную кислоту.

Изобретение относится к аналитической химии, в частности, к способам извлечения солей металлов из водных растворов без органического растворителя с помощью расслаивающейся системы антипирин (АП)-вода-сульфат натрия.

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к способу извлечения тирозина и витамина В6 из водных растворов. Способ включает приготовление водно-солевого раствора смеси тирозина и витамина В6 путем их растворения в насыщенном растворе высаливателя, в качестве которого применяют сульфат аммония с концентрацией 15-20 мас.%, экстракцию и анализ равновесной водной фазы.

Изобретение относится к устройству многоступенчатой экстракции редкоземельных элементов. Блок экстракции "жидкость-жидкость" включает емкость экстракции/разделения, водную фазу в виде пузырьков вводят из верхнего впуска, находящегося в одной боковой стенке, и органическую фазу в виде пузырьков вводят из нижнего впуска, находящегося в упомянутой боковой стенке.

Изобретение относится к смесителю-отстойнику. Способ функционирования смесителя–отстойника включает этапы: смешивания - смешивание в каждом блоке обеспечивают турбулентными завихрениями, создаваемыми обеспеченным источником давления высоким расходом текучей среды, входящей в подающий конец для смешивания, и одновременно высоким расходом текучей среды, проходящей от блока к блоку в направлении подающего конца для перемещения, так что обеспечено перемещение плотной и легкой текучих сред от блока к блоку в направлении от подающего конца для смешивания к подающему концу для перемещения; отстаивания - отстаивание плотной текучей среды в каждом блоке обеспечивают, когда прекращен поток текучей среды в смеситель-отстойник и из него; перемещения - перемещение легкой текучей среды выполняют путем введения в смеситель-отстойник на его подающем конце для перемещения текучей среды с подходящим расходом от низкого до умеренного с обеспечением потока текучей среды в направлении подающего конца для смешивания и с перемещением легкой текучей среды в смесителе-отстойнике только от блока к блоку.

Группа изобретений относится к получению водного конденсата из воздуха и способу концентрирования примесей из воздуха, которые могут быть использованы для высокочувствительного определения примесей в воздухе при проведении экологических исследований.

Заявленная группа изобретений относится к экстрагированию жидкости жидкостью. Противоточная колонна (1) выполнена с возможностью протекания через нее двух или более жидкостей (2).

Изобретение относится к области аналитической химии применительно к оценке суммарных содержаний однотипных органических соединений с помощью оптических средств.

Изобретение относится к гидрометаллургии цинка и может быть использовано для очистки сульфатных цинковых электролитов от хлорид-иона, являющегося вредной примесью в цинковом производстве.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в практике аналитических, агрохимических, медицинских лабораторий. Осуществляют концентрирование микроэлементов для последующего аналитического определения путем соосаждения с диантипирилметаном, образующим в системе вода - минеральная кислота - тиоцианат аммония коллектор дитиоцианат диантипирилметания. Соосаждение микроэлентов ведут при оптимальной концентрации ионов водорода в интервале 0,05-2,0 моль/л и тиоцианат-ионов в интервале 0,05-2,0 моль/л. Обеспечивается уменьшение токсичности и повышение устойчивости анионного фона водного раствора к действию внешних факторов, повышение эффективности извлечения и расширение перечня извлекаемых ионов металлов. 2 табл., 1 пр.

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.

Наверх