Спосіб фракціонування розчину, що містить цукрозу

1 Способ фракционирования раствора, содержащего сахарозу и полученного из сахарной свеклы, предусматривающий его хроматографию в контуре, содержащем слои насадочного материала и работающем по принципу псевдоподвижного моделированного слоя, с получением фракции, обогащенной сахарозой, и фракции, обогащенной другим растворенным компонентом, или фракции, обогащенной сахарозой и указанным растворенным компонентом, выбранным из группы, состоящей из бетаина, ионозита, рафинозы, галактина, серина и других аминокислот, хроматографию в другом контуре фракции, обогащенной растворенным компонентом, или фракции, обогащенной сахарозой и этим компонентом, с получением второй фракции, обогащенной сахарозой, и отдельной фракции, обогащенной растворенным компонентом 2 Способ по п 1 , отличающийся тем, что при первом фракционировании выделяют фракцию, обогащенную сахарозой, и отдельно от нее фракцию, обогащенную другим растворенным компонентом 3 Способ по п 2, отличающийся тем, что вторую фракцию, обогащенную сахарозой, объединяют с фракцией сахарозы из первого хроматографического фракционирования, а сахарозу выделяют из полученной таким образом объединенной фракции сахарозы 4 Способ по п 2, отличающийся тем, что вторую фракцию, обогащенную сахарозой, возвращают в раствор исходного материала для первого хроматографического фракционирования, а сахарозу выделяют из фракции, обогащенной сахарозой, полученной при первом фракционировании 5 Способ по п 1 , отличающийся тем, что при первом фракционировании выделяют фракцию, обогащенную сахарозой и другим растворенным компонентом 6 Способ по п 5, отличающийся тем, что сахарозу выделяют из второй фракции, обогащенной сахарозой 7 Способ по любому из пп 1-6, отличающийся тем, что второй растворенный компонент выделяют, по крайней мере частично, из фракции, обогащенной этим компонентом и полученной при втором фракционировании 8 Способ по п 1, отличающийся тем, что второй растворенный компонент является бетаином 9 Способ по любому из пп 1-8, отличающийся тем, что способ с моделированным псевдоподвижным слоем является непрерывным способом с моделированным псевдоподвижным слоем 10 Способ по любому из пп 1-8, отличающийся тем, что способ с моделированным псевдоподвижным слоем является последовательным способом с моделированным псевдоподвижным слоем 11 Способ по любому из пп 1-10, отличающийся тем, что второе фракционирование осуществляют периодическим способом 12 Способ по любому из пп 1-10, отличающийся тем, что второе фракционирование осуществляют непрерывным способом с моделированным псевдоподвижным слоем 13 Способ по любому из пп 1-10, отличающийся тем, что второе фракционирование осуществляют последовательным способом с моделированным псевдоподвижным слоем 14 Способ по любому из пп 1-13, отличающийся тем, что содержащий сахарозу раствор, полученный из сахарной свеклы, является мелассой из сахарной свеклы 15 Способ по любому из пп 1-14, отличающийся тем, что хроматографическое фракционирование О 00 ^00 ю осуществляют на сильном катионообменнике 16 Способ по п 14, отличающийся тем, что катионообменник является сшитой катионообменной смолой на основе полистирола, содержащей дивинилбензол, с содержанием дивинилбензола 4-8% 17 Способ по п 15 или п 16, отличающийся тем, что катионообменная смола первоначально нахо Настоящее изобретение касается способа выделения из раствора сахарозы и, кроме того, второго растворенного компонента Более конкретно, изобретение касается способа, в котором раствор, содержащий сахарозу и другие растворенные вещества, сначала фракционируют хроматографическим способом с моделированным движущимся слоем (SMB), получая фракцию, обогащенную сахарозой, и фракцию, обогащенную вторым регенерируемым компонентом, или фракцию, обогащенную сахарозой и указанным вторым компонентом, а затем фракцию, обогащенную указанным вторым компонентом и, возможно, сахарозой, фракционируют хроматографически либо периодическим способом, либо способом с моделированным движущимся слоем В предпочтительном варианте изобретение относится к фракционированию содержащих сахарозу растворов, полученных из сахарной свеклы, с получением фракции, обогащенной сахарозой, и фракции, обогащенной вторым органическим соединением, обычно присутствующим в растворах, полученных из сахарной свеклы батаином, инозитом, рафинозой, галактином или серином в другими аминокислотами В приведенном ниже описании используют принятую аббревиатуру SMB для обозначения моделированного движущегося слоя, которая обычно используется в хроматографическои практике Известно, что сахарозу и бетаин можно отделить от мелассы способами хроматографического деления Опубликованная международная заявка WO 81/02420, соответствующая Патенту Финляндии 77,845 (Suomen Soken Oy), описывает хроматографический способ выделения бетаина из мелассы посредством периодического процесса, в котором разбавленную мелассу фракционируют с применением полистеролсульфонатной катионобменной смолы в форме со щелочным металлом Этим способом достигают хорошего отделения сахарозы и бетаина Эта работа также раскрывает способ, в котором полученную при первом делении фракцию, обогащенную бетаином, подвергают дальнейшей хроматографическои очистке Дополнительная стадия очистки дает возможность отделения других компонентов фракции, обогащенной бетаином Однако, содержание сухих твердых веществ в полученных данным способом фракциях сахарозы и бетаина является относительно низким, следовательно, при выделении сахарозы и бетаина из соответствующих фракций способом кристаллизации необходимо выпаривать огромные количества воды, ис 58484 4 дится в натриевой или калиевой форме 18 Способ по любому из пп 1-17, отличающийся тем, что регулируют содержание сухих веществ в растворе, подаваемом на второе фракционирование 19 Способ по любому из пп 1-18, отличающийся тем, что регулируют рН раствора, подаваемого на второе фракционирование, в диапазоне 6 5-12 пользованной в качестве элюента В непрерывных процессах хроматографического деления в настоящее время обычно используют SMB способ, применяемый в различных приложениях Способ SMB имеет характеристики деления, в несколько раз лучшие, чем соответствующие характеристики периодического способа, а также дает в результате существенно меньшее разбавление продукта или меньший расход элюента Способ SMB можно осуществлять как в непрерывном режиме, так и в режиме последовательного исполнения В непрерывном способе SMB, который впервые был раскрыт в начале 1960-х годов в Патенте США 2,985,589, обычно все потоки жидкостей являются непрерывными Этими потоками являются подача загружаемого раствора, и элюента, возвращение в цикл жидкой смеси и выведение продуктов Скорость течения этих потоков можно регулировать в соответствии с задачами деления, то есть, повышением выхода, степени чистоты или производительности Выделение сахарозы таким непрерывным SMB способом описано в опубликованной международной заявке WO 91/08815 (Amalgamated Sugar Company) и в Патенте США 4,990,259 (М М Kearney and M W Mumm), переданном компании Amalgamated Sugar Company В способе SMB с последовательным режимом жидкие потока те же, что и в способе SMB с непрерывным режимом, но некоторые из жидких потоков текут не непрерывно Способы SMB с последовательным режимом, в которых фракцию сахарозы и бетаиновую фракцию отделяют от мелассы, полученной из сахарной свеклы, раскрыты в Патенте Финляндии 86,416 компании Suomen Soken Oy, который соответствует Патенту США 5,127,957 и опубликованной международной заявке WO 94/17213 компании Suomen Soken Oy Открытая патентная выкладка (Offenlegungsschrift) Германии 4,041,414 компании Japan Organo Co, которая соответствует опубликованной Британской заявке 2,240,053, также раскрывает способ SMB с последовательным режимом, в котором из полученной из сахарной свеклы мелассы выделяют несколько фракций продукта В промышленности по производству сахара важные параметры фракционирования мелассы с целью выделения сахарозы включают чистоту и выход сахарозы, производительность деления и соотношение элюент/исходный материал Обычными требованиями для производства сахара являются степень чистоты 92% и выход 90% Для 58484 повышения производительности повышают скорости потоков, которые обычно выше в SMB процессах, чем в периодических процессах Однако, наряду с повышением скорости потока в концентрационном профиле элюировавия сахара получают хвостовую фракцию ("flat tail") Это особенно вредно, когда кроме сахарозы требуется выделить второй растворенный компонент Что касается выделения сахарозы и бетаина, этот эффект является несомненным при сравнении концентрационного профиля элюирования, представленного, например, в международной заявке WO 81/02420 и Патенте Финляндии 86,416 При получении высокого выхода сахарозы, выход бетаина уменьшается, так как некоторой части бетаина дают возможность проходить во фракцию сахарозы, откуда его удаляют на стадии кристаллизации сахарозы Аналогично, если требуется высокий выход бетаина, значительные количества сахарозы попадают в бетаиновую фракцию, снижая таким образом выход сахарозы и в значительной степени ухудшая чистоту бетаиновой фракции В приведенных выше ссылках чистота бетаиновой фракции, полученной способом открытой патентной выкладки Германии 4,041,414, относительно высока, 80,9% в пересчете на сухие твердые вещества (с тв), а чистота фракции сахарозы, 87% (с тв), недостаточна сточки зрения потребностей сахарной промышленности Из состава загружаемого раствора Примера 3 в указанной ссылке можно заключить, что "разбавленный сок" деминерализуют перед SMB фракционированием "способом КААК" (который представляет собой катионный обмен-анионный обмен-катионный обмен, как описано в работе Sayama К , Kamada T и Oikawa S , Production of Raffmjse A New By-Product of the Beet Sugar Industry, British Sugar pic, Technical Conference, Eastbourne 1992) Меласса, полученная таким способом переработки сахарной свеклы, имеет состав, отличающийся от состава обычной мелассы Обычно меласса из сахарной свеклы содержит 1,5-3 весовых % рафинозы и 3,5-6,5% бетаина от общего количества сухих твердых веществ С другой стороны, так как загружаемый раствор Примера 3 открытой патентной выкладки Германии 4,041,414 имеет содержание рафинозы 17,3 весового % и содержание бетаина 12,2 весового % от общего количества сухих твердых веществ, на основании соотношения рафиноза-бетаин можно сделать вывод, что теряют (очевидно, в процессе обмена) приблизительно половину бетаина, содержащегося в обычной мелассе из сахарной свеклы В соответствии с результатами, представленными в Патенте Финляндии 86,416 для бетаиновой фракции получают степень чистоты выше 70,9% с тв (11,1% с тв от количества присутствующей сахарозы) Однако, степень чистоты фракции сахарозы 86,8% не удовлетворяет требованиям сахарной промышленности Аналогично, достаточно низкой является степень чистоты бетаиновой фракции 47,5%, приведенная в международной заявке WO 94/17213 Предметом настоящего изобретения является способ фракционирования, при котором из раствора, полученного из сахарной свеклы и содер жащего сахарозу, можно выделить сахарозу и кроме того требуемый второй органический компонент, такой как бетаин, инозит, рафиноза, галактин или серии и другие аминокислоты, таким образом, чтобы получить более высокие выходы и по крайней мере эквивалентную чистоту сахарозы Другим предметом настоящего изобретения является фракционирование сахарозы и бетаина таким образом, чтобы получить более высокие выходы и/или большую чистоту второго выделяемого компонента, в частности, бетаина, по сравнению с результатами, полученными SMB способами прототипов Еще одним предметом данного изобретения является обеспечение фракционирования, экономичного в смысле производительности, и соотношения элюент/исходный материал - по крайней мере эквивалентного соответствующим величинам SMB способов прототипов для фракционирования содержащих сахарозу растворов Этих целей достигают способом данного изобретения для выделения сахарозы и, кроме того, второго растворенного компонента из раствора, содержащего сахарозу, согласно данному способу раствор подвергают первому хроматографическому фракционированию SMB способом, получая фракцию, обогащенную сахарозой (здесь далее называют первой фракцией сахарозы) и фракцию, обогащенную вторым растворенным компонентом, и эту полученную фракцию, обогащенную вторым растворенным компонентом, подвергают второму хроматографаческому фракционированию, получая вторую фракцию, обогащенную сахарозой (здесь далее называют второй фракцией сахарозы), и отдельную фракцию, обогащенную вторым растворенным компонентом Первое фракционирование можно осуществлять таким образом, что одна и та же фракция является обогащенной сахарозой и вторым компонентом В соответствии с предпочтительным вариантом данного изобретения при первом хроматографическом фракционировании сахароза и второй компонент обогащают отдельные фракции, а фракцию сахарозы, полученную при втором фракционировании, объединяют с фракцией сахарозы из первого фракционирования, и сахарозу выделяют из полученной таким образом объединенной фракции сахарозы В соответствии с другим предпочтительным вариантом данного изобретения при первом хроматограф и чес ком фракционировании сахароза и второй компонент обогащают отдельные фракции, а вторую фракцию сахарозы возвращают в раствор исходного материала для первого фракционирования В данном варианте сахарозу выделяют из первой фракции сахарозы В соответствии с другим предпочтительным вариантом данного изобретения фракцию, обогащенную сахарозой и вторым растворенным компонентом, возвращают в первое фракционирование, и сахарозу выделяют из второй фракции сахарозы, а второй компонент - из фракции, полученной при втором фракционировании и обогащенной указанным вторым растворенным компонентом В данном варианте полученная фракция 58484 сахарозы является достаточно чистой для того, чтобы сделать возможным выделение сахарозы обычно используемым в сахарной промышленности способом Фракция, полученная при втором фракционировании и обогащенная вторым растворенным компонентом, также может быть достаточно чистой, чтобы сделать возможным выделение указанного компонента, например, бетаина, по обычной технологии Как правило, второй растворенный компонент выделяют из фракции, полученной при втором фракционировании и обогащенной вторым растворенным компонентом Частично второй растворенный компонент можно выделить из фракции, обогащенной вторым растворенным компонентом и полученной при первом хроматографическом фракционировании По другому, указанную фракцию, обогащенную указанным вторым компонентом и полученную при первом хроматографическом фракционировании, объединяют с фракцией, полученной при втором фракционировании и обогащенной данным вторым растворенным компонентом Термин "второй растворенный компонент" относится к органическим соединениям, обычно присутствующим в растворах, полученных из сахарной свеклы, таким как бетаин, инозит, рафиноза, галактин или серии и другие аминокислоты Второе хроматографическое фракционирование, то есть разгонку фракции, обогащенной вторым растворенным компонентом, полученной при первом фракционировании, можно осуществлять либо периодическим способом, либо способом SMB Данное изобретение особенно подходит для выделения сахарозы и бетаина из мелассы из сахарной свеклы Следовательно, приведенное далее описание данного изобретения касается в частности выделения сахарозы и бетаина, но не ограничено этим Вместо бетаина, или вдобавок к нему, можно аналогичным образом выделять любое другое растворенное органическое соединение, регулируя условия и параметры процесса таким образом, чтобы они подходили для интересующего выделения, чего легко может достичь специалист в данной области Способом данного изобретения можно улучшить выход сахарозы примерно на 10 процентов по сравнению с используемыми в настоящее время в сахарной промышленности способами SMB Это усовершенствование представляет собой существенное экономическое преимущество с точки зрения огромных количеств мелассы, используемых сахарной промышленностью для хроматографического деления Например, в США в настоящее время используют ежегодно около 500000 тонн (с тв ) мелассы Чистота фракции сахарозы, получаемой способом данного изобретения, согласуется с установленной для промышленно применяемых SMB способов величиной 92% Что касается бетаина, способ данного изобретения может обеспечить выходы более примерно 95%, что сильно отличается от получаемых прежде выходов примерно 30-70%, и чистоту выше примерно 95%, что сильно отличается от соответствующих величин, полученных до сих пор (при 8 мерно 25-70% в пересчете на сухие вещества) Первое хроматографическое деление в способе данного изобретения можно осуществлять SMB способами прототипов с применением известных установок, подходящих для фракционирования мелассы, таких как раскрытые в Патенте США 4,402,832 (непрерывный SMB способ), Патенте Финляндии 86,416 и Международной Заявке WO 94/17213 (обсуждены выше) Следующее фракционирование бетаиновой фракции, полученной при первом фракционировании, для получения второй фракции сахарозы и второй бетаиновой фракции, можно также осуществлять, применяя известные способы и установки хроматографического деления, например, используя способы и установки, раскрытые в контексте периодического способа Международной Заявки WO 81/02420 и SMB способов Патента Финляндии 86,416 и Международной Заявки WO 94/17213 В непрерывном SMB способе все потоки (подача раствора исходного материала и элюента, возвращение в цикл жидкой смеси и отвод фракций продуктов) обычно являются непрерывными Скорости их потоков можно регулировать в соответствии с задачам, (выход, чистота, производительность) Обычно присутствуют 8-20 секционные слои насадочного материала, которые объединены в единый контур Точки загрузки исходного материала и отвода продукта сдвигают циклически в направлении движения потока в слое насадки В результате подачи элюента и раствора исходного материала, отвода продуктов и течения через слой насадочного материала получают концентрационный профиль сухих твердых веществ в слое насадки Компоненты, имеющие меньшую скорость миграции в слое насадки, концентрируются на заднем склоне профиля сухих твердых веществ, в то время как ингредиенты, имеющие большую скорость миграции, концентрируются на фронтальном склоне Точки введения раствора исходного материала и элюента и точки вывода продукта или продуктов постепенно сдвигают, практически с такой же скоростью, как движется профиль сухих твердых веществ в слое насадочного материала Продукт или продукты выводят в основном из фронтальных и задних склонов профиля сухих твердых веществ Раствор исходного материала вводят в основном в точке, где состав циклически движущегося профиля сухих твердых веществ наиболее близок к составу раствора загрузки, а элюент вводят примерно в точке минимальной концентрации профиля сухих твердых веществ Часть отделенных продуктов возвращают в цикл вследствие непрерывного циклического течения, и только часть профиля сухих твердых веществ выводят по очереди из слоя насадки Точки загрузки исходного материала и вывода продуктов сдвигают циклически, используя загрузочные и разгрузочные клапаны, расположенные вдоль слоя насадочного материала, обычно в верхнем и нижнем по течению концах каждого слоя насадочного материала Если требуется выделить фракции продукта очень высокой чистоты, используют короткие времена фаз и многочисленные секционные слои насадочного материала Необходимые клапаны и оборудование для вве 58484 дения и отвода продуктов являются частью установки В последовательном SMB способе не все потоки (подача раствора исходного материала и элюента, возвращение в цикл жидкой смеси, отвод продуктов) являются непрерывными Тем не менее, в этой системе сдвиг профиля или профилей сухих твердых веществ, перемещающийся циклически, является непрерывным Скорость потока и объемы различных загрузок и фракций продуктов можно регулировать в соответствии с задачами (выход, чистота, производительность) Во время фазы загрузки раствор исходного материала, а, возможно, также элюент во время одновременной фазы элюирования, вводят в предварительно определенные секционные слои загрузочного материала и одновременно выводят одну или более фракций продукта Во время фазы элюирования элюент вводят в предварительно определенный секционный слой загрузочного материала или предварительно определенные секционные слои загрузочного материала, а во время загрузки исходного материала и фаз элюирования выводят одну или более фракций продукта Во время фазы возвращения в цикл в секционные слои насадочного материала практически не подают раствор исходного материала или элюент и практически не отводят продукты В системе поддерживают течение потока в фиксированном направлении, включая по крайней мере два секционных слоя насадочного материала, и продукты выделяют во время многостадийной последовательности, включающей указанные выше фазы Секционный слой насадочного материала может включать одну колонну, ила можно в одну колонну набивать несколько последовательных секционных слоев насадки Во время фазы загрузки раствор исходного материала вводят в секционный слой насадочного материала и выводят соответствующее количество фракции какого-либо продукта в точке, которая может быть расположена либо в том же секционном слое насадочного материала, что и точка загрузки исходного материала (в этом случае другие секционные слои насадочного материала в системе могут находиться, например, в фазе элюирования или возвращения в цикл), либо в другом секционном слое насадочного материала, не там, где точка загрузки исходного материала, при этом данный слой соединен последовательно (возможно, через другие секционные слои насадок) с секционным слоем насадочного материала, в котором происходит загрузка исходного материала Во время фазы возвращения в цикл жидкость в секционных слоях насадок, наряду с их профилем или профилями сухих твердых веществ, возвращают в контур, включающий один, два или несколько секционных слоев насадочного материала На фазе элюирования элюент вводят в секционный слой насадочного материала и из этого слоя или слоя, расположенного ниже по течению, выводят соответствующее количество фракции (фракций) продукта Как указано ранее, подробное описание таких последовательных SMB способов, применяемых для выделения сахарозы и бетаина из мелассы, 10 полученной из сахарной свеклы, дано в Патенте Финляндии 86,416 и Международной Заявке WO 94/17213, эти процессы можно применять в способе настоящего изобретения для осуществления первого и второго фракционирования При движении слоя насадочного материала навстречу потоку жидкости профиля сухих веществ можно получить подлинную систему с подвижным слоем Это очевидно, что с таким действительно подвижным слоем можно получить результаты очень похожие на результаты, полученные с моделированием подвижным слоем В способе данного изобретения в качестве насадочного материала для колонн предпочтительно применяют сильный катионо-обменный материал типа геля (например, "Dowex", "Fmex" или "Purohte"), который предпочтительно находится в натриевой и/или калиевой форме Перед фракционированием насадочный материал предпочтительно уравновешивают до ионной формы загружаемого раствора Содержание сухих твердых веществ содержащего сахарозу раствора из сахарной свеклы, подаваемого на хроматографическое деление, обычно составляет 20-80г/100г, предпочтительно 40-70 /ЮОг До подачи в процесс деления раствор нагревают до 40-90°С, предпочтительно до 6585°С В фазе элюирования используют главным образом воду и/или очень разбавленные водные растворы (с содержанием сухих твердых веществ менее 8 весовых %, предпочтительно менее 1 весового %) Элюент имеет температуру 40-90°С, предпочтительно до 65-85°С Содержание сухих твердых веществ в бетаиновой фракции, полученной при первом фракционировании, регулируют прежде, чем направить во второе фракционирование, примерно до 2550г/100г для периодического деления или обычно до 20-80г/100г (предпочтительно 40-70г/100г) для SMB деления Сахарозу можно выделять из фракции сахарозы способами, обычно используемыми в сахарной промышленности, такими как кристаллизация, или в виде сиропа, или в виде жидкого сахара после очистки Бетаин, по крайней мере частично, выделяют из бетаиновой фракции, полученной из второго фракционирования Это можно осуществить путем кристаллизации, например, как описано в Международной Заявке WO 81/02420, или указанную фракцию можно использовать как концентрированный бетаиновый раствор Для оптимизации выходов и чистоты сахарозы и бетаина можно также регулировать рН раствора исходного материала Обычно его регулируют перед вторым фракционированием до 6,5-12, предпочтительно до величины от 9,5 до 11,5 Следующие далее примеры иллюстрируют способ данного изобретения в контексте фракционирования мелассы из сахарной свеклы с целью выделения сахарозы и бетаина Эти примеры не ограничивают области изобретения, а только иллюстрируют конкретные варианты данного изобретения Пример 1 Последовательный SMB способ, выделение сахарозы и бетаина из мелассы без 12 11 58484 дальнейшего выделения бетаиновой фракции 120л/час (сравнительный пример) Стадия 3 Элюент вводят в колонну 1 через клапан 23 со скоростью 120л/час и одновременно Используют хроматографическую установку, элюируют бетаиновую фракцию из колонны 3 чесхематически показанную на фиг 1 Установка рез трубопровод 6 включает три колонны 1-3, соединенные последовательно, трубопроводы для жидкости 4-7, соедиСтадия 4 Элюент 11 вводят (фаза элюироняющие колонны, резервуар для мелассы 8, ревання) в колонну 1 через клапан 23 со скоростью зервуар для воды/элюента 9, трубопровод для потока 120л/час и вторую остаточную фракцию подачи мелассы 10, трубопровод для подачи элюэлюируют из конца колонны 2, нижнего по течеента 11, рециркуляционный насос 12, насос для нию, через трубопровод 49 Одновременно подаподачи мелассы 13, насос для подачи элюента 14, ют элюент (фаза элюирования) в колонну 3 через теплообменники 15-17, трубопроводы для отвода клапан 29 со скоростью потока, 55л/час, а вторую фракции продукта 6, 18-20, 48 и 49, клапаны 21бетаиновую фракцию элюируют из нижнего по 47 Кроме того, установка включает регуляторы течению конца той же колонны через трубопровод потока и давления (не показаны) 6 Колонны заполнены сильной катион-обменной Стадия 5 Такая же как стадия 2 смолой Fmex CS 11 GC™, производства Fmex Oy Стадия 6 Элюент 11 вводят в колонну 1 через Смола имеет полистирол/дивинилбензольные клапан 23 со скоростью потока 120л/час и третью основные цепи и активирована сульфокислотными остаточную фракцию элюируют из конца колонны группами, средний размер шариков (в Na+ форме) 3, нижнего по течению, через трубопровод 6 составляет около 0,38мм Содержание дивинилСтадия 7 Такая же как стадия 2 бензола (ДВЕ) в смоле 5,5% До проведения исПо завершении этой последовательности следования смолу регенерируют до натриевой операций продолжает действовать программа, формы, во время фракционирования ее уравноуправляющая процессом, и возвращаются на ставешивают катионами из раствора исходного матедию 1 При повторении этой последовательности риала от пяти до семи раз система уравновешивается Работа продолжается в состоянии равновесия, за Условия исследования протеканием деления следят при помощи измериДиаметр колонн 0,2м теля плотности (по оптической активности) и изОбщая высота слоя смолы 10,5м мерителя электропроводности, процесс деления Температура 80°С контролируют, используя микропроцессор, при Раствор исходного материала является меэтом точно определяемые объемы и скорости полассой из сахарной свеклы, из которой осажден токов исходных материалов, возвращаемых в кальций посредством добавления карбоната нацикл жидкостей и фракций продуктов регулируют, трия (рН около 9), осажденный карбонат кальция используя устройства для количественудаляют фильтрацией но/объемных измерений, клапаны и насосы Фракционирование осуществляют семистаВ данном способе фракцию сахарозы отводят дийной последовательностью операций, которая из колонны 3, две бетаиновые фракции из колонвключает следующие стадии ны 3 и одну остаточную фракцию из каждой коСтадия 1 Раствор исходного материала 10 лонны Бетаиновые фракции объединяют, как и вводят (фаза загрузки) в колонну 1 при скорости остаточные фракции потока 80л/час и остаточную фракцию элюируют из конца этой колонны 2, нижнего по течению, чеРезультаты исследования раствора исходного рез трубопровод 48 Одновременно подают элюматериала и фракций продуктов, отводимых во ент (фаза элюирования) в колонну 2 через клапан время одной последовательности операций после 26 со скоростью потока 25л/час и элюируют фракдостижения состояния равновесия представлены цию сахарозы из колонны 3 через трубопровод 6 в Таблице 1, где приведенные проценты различных компонентов являются весовыми процентами Стадия 2 Жидкость в колоннах возвращают в пересчете на сухие твердые вещества обратно (фаза возвращения в цикл) в контур, образованный всеми колоннами, со скоростью Таблица 1 Раствор исходного материала Фракция сахарозы Бетаиновая фракция (объединенная) Остаточная фракция (объединенная) Сухие твердые вещества г/100г 45,5 25,8 4,2 5,0 Выход сахарозы во фракцию сахарозы составляет 90,1%, а выход бетаина в объединенную бетаиновую фракцию составляет 58,7% Пример 2 Последовательный SMB способ, выделение сахарозы и бетаина из мелассы, последующее выделение бетаиновой фракции Используют установку и условия исследования, описанные в Примере 1 Процедура также Сахароза % 58,1 92,1 18,1 12,7 Бетаин % 5,2 0,8 55,6 4,5 аналогична процедуре, описанной в Примере 1, за исключением того, что при первом фракционировании, регулируя объемы фракций, получают большую, чем в Примере 1, чистоту, но меньший выход сахарозы и меньшую чистоту, но более высокий выход бетаина После выпаривания полученную бетаиновую фракцию подвергают повторному фракционированию аналогичным последо 58484 14 13 вательным SMB способом Полученную при втоных материалов и фракций продуктов, отводимых ром фракционировании фракцию сахарозы объево время одной последовательности операций диняют с фракцией сахарозы из первого фракциопосле достижения состояния равновесия преднирования, подобным образом объединяют и осставлены в Таблице 2, где приведенные проценты таточные фракции различных компонентов являются весовыми процентами в пересчете на сухие твердые вещества Результаты исследования растворов исходТаблица 2 Сухие твердые вещества г/1 ООг Сахароза % Бетаин % 46,5 25,5 3,3 4,8 58,1 92,6 21,3 11,7 5,2 0,4 43,9 0,9 55,0 14,0 8,3 4,1 21,3 82,6 1,1 11,2 43,9 1,0 85,2 2,2 24,7 4,7 92,2 11,7 0,4 1,0 Первая фракция Раствор исходного материала Фракция сахарозы Бетаиновая фракция Фракция остатков Вторая фракция Раствор исходного материала Фракция сахарозы Бетаиновая фракция Фракция остатков Объединенные фракции продуктов Фракция сахарозы Фракция остатков Выход сахарозы из первого фракционирования составляет 89,4%, а выход бетаина 89,9% Общий выход сахарозы, рассчитанный из объединенной фракции сахарозы, составляет 92,6%, а общий выход бетаина, рассчитанный из объединенной бетаиновой фракции, составляет 88,2% Второе фракционирование дает значительное улучшение выхода сахарозы и чистоты бетаина Кроме того, выход бетаина существенно улучшается по сравнению с Примером 1 Пример 3 В основном действуют согласно способу, описанному в Примере 2, но при этом изучают влияние рН раствора исходного материала на второе фракционирование (указанный раствор получают из бетаиновой фракции первого фракционирова ния), осуществляя второе фракционирование таким образом, что (а) рН раствора исходного материала не регулируют и, следовательно, рН составляет величину 10,2, (б) рН раствора исходного материала регулируют соляной кислотой до величины 9,5, и (в) рН раствора исходного материала регулируют NaOH до величины 11,2 Результаты исследования раствора исходного материала для второго фракционирования (то есть, дальнейшего разделения бетаиновой фракции) и фракций продуктов, отводимых во время одной последовательности операций после достижения состояния равновесия, представлены в Таблице 3, где приведенные проценты различных компонентов являются весовыми процентами в пересчете на сухие твердые вещества Таблица 3 Раствор исходного материала (а) рН 10,2 Фракция сахарозы Бетаиновая фракция (б) рН 9,5 Фракция сахарозы Бетаиновая фракция (в) рН 11,2 Фракция сахарозы Бетаиновая фракция Сухие твердые вещества г/100г 43,0 Сахароза % 32,5 Бетаин % 24,8 16,6 6,2 84,6 0,4 0,1 89,3 17,9 6,2 81,1 0,4 0,1 88,0 15,4 6,1 82,5 0,1 0,1 90,4 Выходы из второго фракционирования в приведенных выше случаях (а), (б) и (в) составляют следующие величины (а) сахароза 57,3%, бетаин 95,4% (б) сахароза 59,6%, бетаин 96,8% (в) сахароза 51,9%, бетаин 96,8% Как видно из результатов, рН раствора исходного материала влияет на чистоту и выход сахарозы и бетаина рН можно регулировать в соответствии с оптимальными экономическими харак теристиками Пример 4 Непрерывный SMB способ, выделение сахарозы и фракции побочных продуктов из мелассы (сравнительный пример) Испытательная установка включает 14 колонн, соединенных последовательно, диаметр каждой составляет 0,2м, и каждая колонна содержит слой насадочного материала высотой 0,85м На фиг 2 показана схематическая диаграмма испытательной установки 15 16 дения исходного материала и выведения продукта вдоль контура рециркуляции Точки введения раствора исходного материала и элюента и точки вывода фракций продукта сдвигают на одну колонну вниз по течению с каждой последующей стадией с интервалом в 180 секунд Первоначально систему заполняют при более высокой скорости потока исходного материала и меньшей скорости потока элюента Как только система заполнена, используют указанные выше точки регулирования скорости потока для приведения системы к состоянию равновесия С интервалом в две минуты производят отбор образцов через клапан, расположенный в рециркуляционном контуре Градиент концентраций, показанный на фигЗ, изображен на основании исследований образцов Кроме того, анализируют раствор исходного материала и фракции продукта и побочных продуктов Результаты показаны в Таблице 4, где приведенные проценты различных компонентов являются весовыми процентами в пересчете на сухие твердые вещества 58484 Колонны набиты сильным катион-обменным материалом на основе сшитого полистирола (5,5% ДВБ) со средним размером частиц 0,32мм Материал насадки уравновешен раствором исходного материала и первоначально находится в калиевой или натриевой форме Воду в качестве элюента вводят в систему колонн со скоростью потока 83,5л/час Раствор исходного материала вводят по трубопроводу 51 через клапаны 52-56 в каждой точке загрузки со скоростью 13,5л час в течение 150 секунд После введения раствора исходного материала подводящие трубопроводы промывают элюентом (ЗОсек , 13,5л/час) Скорость потока фракции продукта через клапаны 66-79 регулируют до 21л/час, что обеспечивает скорость потока побочных продуктов через клапаны 80-83, 91-93 76л/час Фракцию побочных продуктов отводят через клапан, снабженный пружиной, сохраняющий в системе требуемое давление Среднюю скорость возвращения в цикл поддерживают равной ЗООл/час На практике эта скорость меняется в соответствии с изменением относительных положений точек вве Таблица 4 Сухие твердые вещества г/100г Содержание сухих твердых веществ, г/1 ООг 65,0 Сахароза, % 60,4 Бетаин, % 5,5 Рафиноза, % 2,1 Другое, % 32,0 Скорость потока, л/час 13,5 Выход сахарозы во фракцию сахарозы 87,6% Пример 5 Непрерывный SMB способ, выделение сахарозы и бетаина из мелассы и периодический способ дальнейшего деления бетаиновой фракции Мелассу фракционируют непрерывным SMB способом, в котором система колонн Примера 4, модифицирована таким образом, что можно отводить фракции трех продуктов сахарозы, бетаина и фракции побочных продуктов На фиг 4 представлена схематическая диаграмма испытательной установки Скорость потока фракции сахарозы регулируют до 21л/час, а скорость потока бетаиновой фракции до 18л/час Скорость подачи элюента по трубопроводу 94 составляет 90,5л/час, а скорость потока по трубопроводу 95 составляет 13,5л/час Следовательно, скорость потока фракции побочных продуктов по трубопроводу 96 равна 65л/час Бетаиновую фракцию концентрируют до содержания сухого твердого вещества 55% и подают в делительную систему, которая включает две соединенные последовательно колонны Колонны имеют диаметр 0,2м и слой насадочного материала в каждой колонне высотой 0,85м Насадка является такой же, как в Примере 4 Затем бетаиновую фракцию фракционируют периодическим способом, подавая 2,6л раствора исходного материала (55 весовых % в пересчете на сухие твердые вещества) в верхний по течению Сахароза % 25,3 87,2 4,5 0,9, 7,4 21,0 Бетаин % 4,9 19,0 7,0 4,0 70,0 76,0 конец первой колонны Исходный материал повторно вводят с интервалом 60 минут Элюирование осуществляют при скорости потока ЗОл/час Из донной части колонны выводят следующие фракции Фракция 1 побочный продукт 8,6л Фракция 2 возвращенная в цикл фракция 2л (вводят в колонну до реального исходного материала) Фракция 3 раствор продукта 2,6л Фракция 4 возвращенная в цикл фракция 1,4л (вводят в колонну вслед за реальным исходным материалом) Фракция 5 бетаиновая фракция 5,0л Фракция 6 возвращаемый в цикл элюент Юл С применением данной процедуры и распределения колонн производительность выделения бетаина более чем в два раза, превышает производительность системы одиночных колонн, включающей 14 колонн, с точки зрения получаемой бетаиновой фракции Заполнение и уравновешивание системы колонн, отбор образцов и анализ образцов проводят так, как указано выше На фиг 5 показан градиент концентраций из первого непрерывного SMB деления Реэулбтаты представлены в Таблице 5, где приведенные проценты различных компонентов являются весовыми процентами в пересчете на сухие твердые вещества 17 18 58484 Таблица 5 Фракционирование мелассы, непрерывный SMB способ Содержи m m Сахароза Рафивоза Друг-ое Бетааа сухих веществ % і % % г/100 г Раствор исходаого материала 65,0 60.4 5.5 2.1 32-0 Фракция сахарозы I 25.2 87.6 4.5 0.9 7,0 Ветшїиовая фракция І 45.2 0.4 23.3 3.5 31.1 Фракция побочных продуктов I 4.9 13.7 4.6 2.3 79.4 Выход сахарозы во фракцию сахарозы 87.6 % ЇІГІІХОД бетаина в бета а новую фракцию 37.0 % Фракционирование бетаивовой фракдиа, аернозический способ Р« створ п сходного материал*! 55.0 45.2 31.1 0.4 23. Э Фракция сахарозы II 22.8 92.6 2.2 0.2 5.0 Беташюаая фракция II 10.3 5.4 83.3 0.0 6.3 Фракция побочных продуктов II 4.5 18.0 3,2 1.2 77.6 Выход сахнрозы во фракцию сахарозы 86.2 % Выход бсзтшша в бетаянову» фракцию ЧЛ.*І % Объединенные ф р й к ш ш сахарози и побочных продуктов 25-1 0.9 87.8 6.9 Фракция сахарози i+ii 6.3 Б(»*? £0 t d (С (и о в о •4•* в а > s ж й ca Шї S Область подачи элюента Область отвода побочного продукта -г"О св аз Й S о в _д Oi D Область з а г р у з и сх J B ы € S Область отвода фракции про;,укта Область ОТБОДЗ бетаин свой сракц;:и Область кадачл элаента СП 00 58484 ЗО обр I [Фракция 1 Jсахароза — в о / / 2 0 1 1 0 ' / / і і ;•— к 8 12 — С \\ \ \ \ 14 { V — — "K •b 1 ' • I О I ЗА і 1 I іЬетаинсь —)ван 16 20 2 А 2 В 32 36 W ііремя отбора образцов, мин 1 Соли (.ВисокооіН'оїшїБііая жидкостная хроматография) 2 Рйфштза 3 Сахарosa ^ Бетаин 5 Концентрация Фяг.8 Комп'ютерна верстка Е Гапоненко Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна