Спосіб розділення
Номер патенту: 105206
Опубліковано: 25.04.2014
Автори: Паананен Ханну, Куісма Ярмо, Сармала Паіві, Саарі Піа, Кекалайнен Каті
Формула / Реферат
1. Спосіб виділення бетаїну й щонайменше одного іншого компонента з ферментаційного розчину на основі цукрового буряка, який відрізняється тим, що
здійснюють виділення в системі розділення хроматографічним методом моделювання рухливого шару (МРШ), яка включає один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли й один або декілька частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли, при цьому об'єм шару (шарів) слабокислої катіонообмінної смоли становить від 20 до 40 % від загального об'єму шару (шарів) смоли в системі,
розчин пропускають через шар (шари) сильнокислої катіонообмінної смоли, щоб сформувати профіль розділення, що містить у собі частину профілю розділення, збагачену бетаїном і щонайменше одним іншим компонентом, і щоб одержати залишкову фракцію, яку вилучають, і
вказану частину профілю розділення, збагачену бетаїном і щонайменше одним іншим компонентом, переміщують й пропускають через шар (шари) слабокислої катіонообмінної смоли, для виділення фракції, збагаченої бетаїном, і одержання фракції, збагаченої щонайменше одним іншим компонентом.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказана сильнокисла катіонообмінна смола являє собою стирольну смолу, яка зшита дивінілбензолом у кількості від 5,5 до 8 %, перебуває у формі одновалентного катіона лужного металу й має середній розмір часток від 200 до 400 мкм.
3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що розділення здійснюють при значенні рН більше 5, переважно більше 5,5.
4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказана слабокисла катіонообмінна смола перебуває в Н+-формі.
5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що більше 80 %, переважно більше 90 % катіонів слабокислої катіонообмінної смоли являють собою Н+.
6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що слабокисла катіонообмінна смола перебуває в Na+-формі, К+-формі або Nа+/К+-формі.
7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що більше 80 %, переважно більше 90 % катіонів смоли являють собою Na+ або К+, відповідно.
8. Спосіб за п. 4 або п. 6, який відрізняється тим, що смола є акриловою смолою, яка зшита дивінілбензолом у кількості від 4 до 10 % й має середній розмір часток від 200 до 450 мкм.
9. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що розділення здійснюють при рН менше 4,5.
10. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що розділення здійснюють при рН більше 9.
11. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказані один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли й вказані один або декілька частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли розміщають в декількох колонках.
12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що вказаний один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли розміщають в чотирьох колонках і вказаний один або декілька шарів слабокислої катіонообмінної смоли розміщають у двох колонках.
13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що
розділення з використанням одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли здійснюють при значенні рН більше 5, переважно більше 5,5, і
розділення з використанням одного або декількох частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли здійснюють при значенні рН менше 4,5, для Н+-форми смоли або при рН більше 9, для Na+-, K+- або Nа+/К+-форм смоли.
14. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що об'єм вказаних частин, збагачених бетаїном і щонайменше одним іншим компонентом, становить від 15 до 50 % від об'єму шару слабокислої катіонообмінної смоли (смол).
15. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказану частину, збагачену бетаїном і щонайменше одним іншим компонентом, переміщають як змішану переміщувану фракцію.
16. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додатково здійснюють циркуляцію вказаної фракції, збагаченої щонайменше одним іншим компонентом, в МРШ-системі розділення як замінника елюенту шляхом введення цієї фракції щонайменше в один із вказаних одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли, і вказаний щонайменше один інший компонент вилучають із вказаних одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли.
17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що вказаний щонайменше один інший компонент вилучають в залишкову фракцію.
18. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додатково здійснюють циркуляцію частини залишкової фракції всередині вказаного одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли шляхом введення цієї фракції як замінника елюенту у вказаний один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли.
19. Спосіб за п. 16 або п.18, який відрізняється тим, що вказану циркуляцію здійснюють шляхом введення вказаної фракції в місцеположення, яке вибране з а) місцеположення між послідовними порціями сировини, b) місцеположення між послідовними профілями і с) місцеположення в середині профілю розділення.
20. Спосіб за п. 16 або п.18, який відрізняється тим, що елюентом є вода, і до 30 % елюючої води заміняють вказаною фракцією, збагаченою щонайменше одним іншим компонентом, або вказаною частиною залишкової фракції.
21. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що іншим компонентом, що підлягає виділенню, є гліцерин.
22. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що інший компонент, що підлягає виділенню, вибирають із органічної кислоти й інозиту.
23. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказаний один або декілька частково ущільнених шарів системи розділення створюють один або декілька окремих контурів.
24. Спосіб за п. 23, який відрізняється тим, що система розділення містить у собі контур, у який входить частково ущільнений шар (шари) сильнокислої катіонообмінної смоли.
25. Спосіб за п. 23, який відрізняється тим, що система розділення містить у собі контур, у який входить частково ущільнений шар (шари) слабокислої катіонообмінної смоли, а також частково ущільнений шар (шари) сильнокислої катіонообмінної смоли.
26. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що ферментаційним розчином на основі цукрового буряка є барда.
27. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вміст сухої речовини в сировинному розчині системи розділення становить від 30 до 50 %.
28. Спосіб виділення бетаїну й гліцерину з ферментаційного розчину на основі цукрового буряка, який відрізняється тим, що
здійснюють розділення в хроматографічній (МРШ) системі розділення, що містить у собі один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли й один або декілька частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли, при цьому об'єм шару (шарів) слабокислої катіонообмінної смоли становить від 20 до 40 % від загального об'єму шару (шарів) смол у системі,
розчин пропускають через шар (шари) сильнокислої катіонообмінної смоли з утворенням профілю розділення, у який входить частина профілю розділення, збагачена бетаїном і гліцерином, і одержанням залишкової фракції, і
вказану частину профілю розділення, збагачену бетаїном і гліцерином, переміщують й пропускають через шар (шари) слабокислої катіонообмінної смоли для виділення бетаїнової фракції й одержання фракції, збагаченої гліцерином, і
здійснюють циркуляцію вказаної фракції, збагаченої гліцерином, в системі розділення методом моделювання рухливого шару як замінника елюенту шляхом введення цієї фракції щонайменше в один із вказаних одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли, причому гліцерин вилучають із вказаних одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли.
Текст
Реферат: Даний винахід належить до області бетаїну і щонайменше іншого компонента з ферментаційного розчину на основі цукрового буряка. Заявлено спосіб виділення бетаїну й щонайменше одного іншого компонента, наприклад гліцерину, з ферментаційного розчину на основі цукрового буряка, в якому здійснюють виділення в системі розділення хроматографічним методом моделювання рухливого шару, яка включає один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли й один або декілька частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли, при цьому об'єм шару (шарів) слабокислої катіонообмінної смоли становить від 20 до 40 % від загального об'єму шару (шарів) смоли в системі, причому розчин пропускають через шар (шари) сильнокислої катіонообмінної смоли, щоб сформувати профіль розділення, що містить у собі частину профілю розділення, збагачену бетаїном і щонайменше одним іншим компонентом, і щоб одержати залишкову фракцію, яку вилучають, і вказану частину профілю розділення, збагачену бетаїном і щонайменше одним іншим компонентом, переміщують й пропускають через шар (шари) слабокислої катіонообмінної смоли, для виділення фракції, збагаченої бетаїном, і одержання фракції, збагаченої щонайменше одним іншим компонентом. UA 105206 C2 (12) UA 105206 C2 UA 105206 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область техніки Даний винахід відноситься до області виділення бетаїну із джерел на основі цукрового буряка. Зокрема винахід відноситься до хроматографічного способу виділення бетаїну й, щонайменше, одного іншого компонента з ферментаційного розчину на основі цукрового буряка, такого як барда, методом моделювання рухливого шару (МРШ). Іншим компонентом, що може бути виділений, є, наприклад, гліцерин. Рівень техніки У патенті US 5 177 008 (W.Η. Kampen) розкритий безперервний спосіб виділення гліцерину й бетаїну із продукту перегонки, який одержують як побічний продукт при ферментації й дистиляції цукрового буряка (меляси) під час виробництва етилового спирту. Цей спосіб включає первісне хроматографічне розділення освітленого продукту перегонки за допомогою системи іоновиключальної хроматографії для виділення гліцерину й бетаїну у вигляді суміші з наступним концентруванням суміші й наступним вторинним хроматографічним розділенням суміші на бетаїн і гліцерин з використанням другої системи іоновиключальної хроматографії. Відповідно до приклада 8, перше хроматографічне розділення проводять із використанням сильнокислої катіонообмінної смоли в калієвій формі й друге хроматографічне розділення проводять за допомогою полістирольної сильноосновної аніонообмінної гелевої смоли в сульфатній формі. Зазначено, що спосіб забезпечує гліцериновий потік із чистотою 97,6 % (після додаткового іонообмінного очищення в змішаному шарі) і бетаїновий потік зі ступенем чистоти 88,2 %. Сумарний вихід становить 88,5 % для гліцерину й 93,2 % для бетаїну. Патент US 5 730 877 (Xyrofin Oy) відноситься до використання хроматографічного методу моделювання рухливого шару (МРШ) для фракціонування розчину в системі розділення, що містить різні іонні форми (форма двовалентних катіонів і форма одновалентних катіонів). У прикладі 4 описане розділення барди на трьох колонках із сильнокислою катіонообмінною + 2+ смолою. Колонки 1 і 2 (на стадіях 1 і 2) містили K -форму й колонка 3 (на стадії 3) містила Са форму смоли. Крім того, зазначено, що між колонками 2 і 3 є блок регулювання pH. Вилучають бетаїнову фракцію, гліцеринову фракцію, фракцію інозиту й залишкову фракцію. Вміст бетаїну в бетаїновій фракції становить 77,6 %. У патенті US 6 331 250 В1 (Organo Corporation) розкритий спосіб хроматографічного розділення для виділення, щонайменше, трьох компонентів з розчину в системі розділення, що містить, щонайменше, два різних насадкових матеріали для регулювання повторного розчинення компонентів. Переважно насадкові матеріали являють собою сильнокислі катіонообмінні смоли, з яких одна перебуває у формі одновалентних іонів, а інша у формі двовалентних іонів. Спосіб можна здійснювати періодично або в режимі моделювання рухливого шару. У прикладі 1 був розділений розчин, що містить дисахариди, глюкозу, 2+ фруктозу, і бетаїн у системі з 10 колонками, в якій п'ять колонок були в Са -формі й п'ять + колонок були в Nа -формі. Були зібрані фракція глюкози/фруктози й бетаїнова фракція. Бетаїнова фракція мала чистоту 99,4 %. Ступінь виходу бетаїну в бетаїновій фракції становила 96,8 %. У патенті US 6 770 757 В2 (Finnfeeds Finland Oy) описаний багатостадійний процес виділення одного або декількох продуктів, таких як бетаїн, з розчину, зробленого з буряка з використанням слабокислої катіонообмінної смоли (СлКК), яка, відповідно до прикладів, + перебуває в Na -формі. Розчин на основі цукрового буряка, використовуваний як вихідний матеріал, може бути, наприклад, бардою, мелясою або бетаїновою мелясою. Значення pH при розділенні з СлКК факультативно встановлюється в діапазоні від 6 до 11, переважно від 9 до 11. Багатостадійний процес також може включати стадію розділення за допомогою сильнокислої катіонообмінної (СКК) смоли, або до або після розділення з СлКК смолою. У документі WO 2007/080228 A1 (Finnfeeds Finland Oy) розкритий спосіб хроматографічного виділення бетаїну з розчину на основі цукрового буряка з використанням слабокислої + катіонообмінної смоли (СлКК) в Н -формі. Використовуваний як вихідний матеріал розчин на основі цукрового буряка може бути таким самим, як сказано вище. Наприклад, крім бетаїну, може бути вилучений інозит і/або гліцерин. Звичайно розділення здійснюють при pH нижче 6, переважно між 1,4 і 5,1. Крім того, виявилося, що коефіцієнт утримання бетаїну можна регулювати шляхом контролю pH таким чином, щоб елюювання бетаїну вповільнювалося зі зменшенням величини pH. Крім того, зазначено, що розділення з СлКК можна поєднувати з додатковим хроматографічним розділенням, що може бути здійснено, наприклад, із сильнокислою катіонообмінною смолою (СКК). В одному варіанті здійснення способу спочатку проводять розділення з СКК і після цього - розділення зі смолою СлКК. Описані вище способи мають кілька недоліків. У зв'язку з низькою ефективністю процесів фракціонування між окремими операціями в блоках розділення потрібне проміжне 1 UA 105206 C2 + 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 випарювання. Крім того, знайдено, що СКК смоли у формі одновалентних іонів (Na ) при розділенні барди не відокремлюють гліцерин від бетаїну. Бетаїнова фракція має низький ступінь чистоти. З іншого боку, при комбінуванні одновалентних СКК смол у формі лужного металу й двовалентних СКК смол гліцерин і бетаїн розділяються, однак при тривалому використанні + 2+ спостерігається неповне відділення солі від бетаїну, оскільки іони з Na -колонки мігрують в Са колонку й навпаки. Отже, необхідно часто регенерувати колонки, що збільшує кількість стічних вод і призводить до перебоїв у виробництві. Що стосується виділення бетаїну за допомогою одновалентних СлКК смол, було виявлено, що на практиці відбувається досить погане виділення барвних речовин з бетаїну і що солі + елююються у вигляді хвилеподібних піків. Крім того, смоли, особливо в Н -формі, мають той недолік, що з піком бетаїну пов'язаний ефект сильного розмивання, який призводить до розширення бетаїнового піка. Розмивання знижує продуктивність розділення й концентрування фракцій, що призводить до підвищеного споживання енергії при випарюванні. При виділенні бетаїну на СлКК смолах також існують проблеми, тому що для цього потрібен спеціальний діапазон pH протягом тривалого періоду роботи, залежно від іонної форми смоли. Наприклад, + + як правило, для смоли в Н -формі потрібна сировина з pH нижче 4,5, а для смоли в Nа -формі, + як правило, потрібна сировина з pH вище 7,5. З іншого боку, для того щоб СлКК смола в Nа формі була стабільною, звичайно потрібне значення pH середовища вище 9. Оскільки барда має pH приблизно від 5 до 6, для промислової експлуатації СлКК смол необхідні значні кількості хімікалій для регулювання величини pH середовища. Визначення, використовувані у винаході Термін "профіль розділення" відноситься до профілю сухої твердої речовини, що сформувався за рахунок сировини, елюенту й компонентів сировинного розчину й потоку через шар насадкового матеріалу в роздільній колонці, отриманому в результаті виконання/повторення послідовності розділення. Термін "частина профілю розділення" відноситься до сегмента профілю розділення. У зв'язку з даним винаходом термін частина профілю розділення конкретно відноситься до частини профілю розділення, яка збагачена бетаїном і, щонайменше, одним іншим компонентом. Термін "утримуваний об'єм" означає об'єм, необхідний для елюювання певної ділянки профілю розділення через колонку смоли. У зв'язку з даним винаходом утримуваний об'єм конкретно відноситься до об'єму, необхідному для елюювання початку піка компонента (такого як пік бетаїну або солі) через колонку. Термін "послідовність" або "послідовність розділення" означає заздалегідь установлену послідовність стадій у послідовному процесі хроматографічного розділення, що включає всі стадії, які потрібні для полегшення розділеннякомпонентів сировини на фракцію (фракції) продукту або інші фракції. Термін "сировина" означає кількість сировинного розчину, яку вводять в роздільну колонку в ході однієї послідовності. Термін "стадія" включає одну або декілька фаз завантаження, фаз елюювання й фаз циркуляції. У ході фази завантаження сировинний розчин, а також, можливо, елюент під час одночасної фази елюювання, вводять в заздалегідь заданий частково ущільнений шар або в заздалегідь задані частково ущільнені шари. У ході фази завантаження, і/або однієї або декількох інших фаз, можна вилучити одну або кілька фракцій продукту. У ході фази елюювання елюент подають в заздалегідь задані частково ущільнені шари. У ході фази циркуляції, сировинний розчин або елюент практично не подають в частково ущільнені шари й ніякі продукти не вилучають. Термін "МРШ" відноситься до системи моделювання рухливого шару. У безперервній МРШ-системі всі потоки рідини течуть безупинно. Вказані потоки являють собою: подачу сировинного розчину й елюенту, циркуляцію профілю розділення й вилучення продуктів. У послідовній МРШ-системі не всі потоки рідини (вказані вище) течуть безупинно. Термін "СКК" відноситься до сильнокислої катіонообмінної смоли. "СлКК" відноситься до слабокислої катіонообмінної смоли. Термін "ОШ" відноситься до об'єму шару смоли в частково ущільненому шарі або в колонці. Термін "переміщувана фракція" відноситься до фракції, яка містить бетаїн і інший компонент (такий як гліцерин) в якості основних компонентів і яку переміщають із шару СКК у шар СлКК смоли. 2 UA 105206 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Термін "замінний елюент" відноситься до фракції, яку відбирають із шару СКК або СлКК смоли, яка в якості основного компонента містить компонент, що відрізняється від бетаїну (такий як гліцерин), і яку використовують як замінник елюенту в системі розділення. "Фракція залишку" або "залишкова фракція" є фракцією, яка, головним чином, містить компоненти, що відрізняються від компонентів продукту, які вилучають. У зв'язку з даним винаходом фракція залишку звичайно збагачена, наприклад, солями й барвними речовинами. + + 2+ 2+ Термін солі відноситься, наприклад, до катіонів і аніонів, таких як K , Na , Са і Mg і Сl , NO3 , 32РO4 і SO4 . Можуть бути присутніми одна або кілька фракцій залишку. "Рециркулююча фракція" являє собою фракцію, яка містить неповністю розділені компоненти продукту, яка, звичайно, має менший ступінь чистоти фракції продуктів, і яку рециркулюють назад на стадію розділення, де вона може поєднуватися із сировиною. Тут також може бути одна або кілька операцій до повернення рециркулюючої фракції на стадію розділення; наприклад, рециркулююча фракція (фракції) може концентруватися шляхом випарювання. Можуть бути присутніми одна або кілька рециркулюючих фракцій. "Об'єм стадій" відноситься до загального об'єму рухливої фази (включаючи сировину, елюент і циркуляцію), що переміщається усередині роздільної колонки (колонок) із заздалегідь заданої стадії в послідовності розділення в іншу заздалегідь задану стадію в тій самій або наступній послідовності. Скорочення "РСР" відноситься до вмісту розчиненої сухої речовини. Еквівалентне вираженню "вміст розчинених твердих речовин". Короткий опис винаходу Метою даного винаходу є розробка способу виділення бетаїну й, щонайменше, одного іншого компонента з ферментаційного розчину на основі цукрового буряка для того, щоб виключити недоліки, пов'язані зі способами рівня техніки, такими як проблеми, пов'язані з видаленням барвних речовин і стабільністю, розмиванням, потребою в значних кількостях хімікалій для регулювання величини pH середовища, а також необхідністю випарювання значних об'ємів. Вказані цілі винаходу досягаються за допомогою способу, який відрізняється тим, що розкрито в незалежних пунктах формули винаходу. Кращі варіанти здійснення винаходу розкриті в залежних пунктах. Сутність винаходу полягає у виділенні бетаїну й, щонайменше, одного іншого компонента з ферментаційного розчину на основі цукрового буряка шляхом комбінування СКК смол (СКК шар) і СлКК смол (СлКК шар) у конкретній послідовності й у заданих співвідношеннях у хроматографічній системі розділення шляхом моделювання рухливого шару (МРШ). Переважно, хроматографічна система розділення являє собою єдину інтегровану систему МРШ, що містить у собі шари СКК, а також СлКК смол. Як альтернатива, шари СКК і СлКК смол можуть також бути впорядковані як індивідуальні блоки розділення в окремих системах МРШ або в системах розділення періодичної дії. В одномуваріанті здійснення винаходу збирають фракцію, збагачену бетаїном і фракцію збагачену гліцерином. Ще в одному варіанті здійснення винаходу здійснюють циркуляцію фракції, збагаченої гліцерином, із шару СлКК у шар СКК смоли, наприклад, в якості замінника елюенту, і потім гліцерин вилучають із шару СКК смоли разом з іншими залишковими компонентами. Фракція, збагачена гліцерином, може циркулювати як така, без концентрування. Крім того, перевагою способу є те, що всі компоненти, які відрізняються від бетаїну, можуть бути вилучені з процесу в одній залишковій фракції. Короткий опис креслень На фігурі 1 зображений профіль розділення барди відповідно до приклада 2 після шару СКК смоли й показана переміщувана фракція із шару СКК у шар СлКК смоли, як частина профілю розділення. На фігурі 2 показаний профіль розділення барди відповідно до приклада 2 після шару СлКК смоли й показана фракція, збагачена бетаїном, і фракція, збагачена гліцерином. Докладний опис винаходу Даний винахід відноситься до способу виділення бетаїну й, щонайменше, одного іншого компонента з ферментаційного розчину на основі цукрового буряка. Спосіб винаходу відрізняється наступними ознаками: розділення здійснюють в хроматографічній МРШ-системі розділення, яка включає один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли й один або декілька частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли, об'єм шару (шарів) слабокислої катіонообмінної смоли становить від 20 до 40 % від загального об'єму шару (шарів) смоли в системі, розчин пропускають через шар (шари) сильнокислої катіонообмінної смоли, щоб сформувати профіль розділення, що містить у собі частину профілю розділення, збагачену 3 UA 105206 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 бетаїном і, щонайменше, одним іншим компонентом, і щоб одержати залишкову фракцію, яку вилучають, і вказану частину профілю розділення, збагачену бетаїном і, щонайменше, одним іншим компонентом, переміщають й пропускають через шар (шари) слабокислої катіонообмінної смоли, з метою вилучення фракції, збагаченої бетаїном, і одержання фракції, збагаченої, щонайменше, одним іншим компонентом. Вказані сильнокислі катіонообмінні смоли звичайно являють собою стирольні смоли, що зшиті дивінілбензолом, у катіонній формі одновалентного лужного металу. В одному варіанті здійснення винаходу, вказана сильнокисла катінообмінна смола переважно є стирольною смолою у катіонній формі одновалентного лужного металу, що зшита 5,5-8 % дивінілбензолу (ДВБ) й має середній розмір часток від 200 до 400 мкм. Розділення з використанням сильнокислої катіонообмінної смоли переважно здійснюють при pH більше 5, особливо більше 5,5. + Вказані слабокислі катіонообмінні смоли звичайно перебувають в Н -формі або в катіонній формі одновалентного лужного металу. Ці смоли можуть бути акриловими смолами, що зшиті дивінілбензолом. + Переважно слабокислі катіонообмінні смоли можуть перебувати в Н -формі, внаслідок чого + більше 80 %, переважно більше 90 % катіонів смоли містять протони Н . + + Слабокислі катіонообмінні смоли також можуть перебувати в Nа -форм1, K -формі або + + + + Na /K -формі. Коли смола перебуває в Nа -форм1 або K -формі, більше 80 %, переважно + + більше 90 % катіонів смоли містять Na або K , відповідно. Переважно слабокисла катіонообмінна смола являє собою акрилову смолу, що зшита 410 % дивінілбензолу (ДВБ) і має середній розмір часток від 200 до 450 мкм. + Розділення з використанням слабокислої катіонообмінної смоли в Η -формі здійснюють переважно при pH менше 4,5, у той час як розділення за допомогою слабокислої + + + + катіонообмінної смоли в Nа -формі, K -формі або Nа /K -формі переважно здійснюють при pH більше 9. Вказані один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли (шар СКК) і вказані один або декілька частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли (шар СлКК) звичайно розміщують в декількох колонках. В одному варіанті здійснення винаходу вказаний шар СКК розміщують в чотирьох колонках і вказаний шар СлКК смоли розміщують у двох колонках. В одному варіанті здійснення винаходу фракцію, збагачену бетаїном, і фракцію, збагачену іншим компонентом (таким як гліцерин), відбирають з останньої колонки системи розділення, тоді як залишкові фракції відбирають із всіх колонок. У кращому варіанті здійснення винаходу розділення у шарі СКК смоли здійснюють при значенні pH більше п'яти, переважно більше 5,5, а розділення у шарі СлКК смоли здійснюють + + + + + при pH нижче 4,5 для смоли в Н -формі або при pH більше 9, для смоли в Na -, K - або Na /K формі. У способі даного винаходу об'єми шару СКК і шару СлКК смоли визначаються таким чином, що об'єм шару СлКК становить від 20 до 40 % від об'єму всього шару смоли (смол) системи розділення. В одному кращому варіанті здійснення об'єм шару СлКК становить від 25 до 35 % від усього шару смоли. Загальний шар смоли відноситься до об'єднаного об'єму шару СКК і шару СлКК смоли. Згідно із даним винаходом, зненацька було встановлено, що коли використовують вказані пропорції, коефіцієнти розділення бетаїну та іншого компоненту у шарі СлКК смоли перебувають у потрібному співвідношенні з шириною переміщуваної фракції, що рухається із шару СКК смоли в шар СлКК смоли, щоб поліпшити ефективність розділення. Використання шару СлКК смоли разом із шаром СКК смоли також дає можливість працювати з більш коротким загальним шаром у порівнянні з використанням, наприклад, двох шарів СКК. Крім того, використання шару СлКК смоли забезпечує підвищену стабільність системи розділення. Крім того, якщо це необхідно, для переміщення фракції із шару СКК у шар СлКК смоли потрібно тільки регулювання величини pH. У способі даного винаходу ферментаційний розчин на основі цукрового буряка пропускають через шар СКК смоли, щоб утворився профіль розділення, що містить частину профілю розділення, збагачену бетаїном і, щонайменше, одним іншим компонентом, і щоб одержати залишкову фракцію, яку вилучають, і вказану частину профілю розділення, збагачену бетаїном і, щонайменше, одним іншим компонентом, переміщають й пропускають через шар СлКК смоли, щоб вилучити фракцію, збагачену бетаїном (бетаїнова фракція), і щоб одержати фракцію, збагачену, щонайменше, одним іншим компонентом. 4 UA 105206 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У кращому варіанті здійснення винаходу, вказана частина, збагачена бетаїном і, щонайменше, одним іншим компонентом (переміщувана фракція), містить дуже мало солей (за провідністю) і барвних речовин, у порівнянні із сировинним розчином. Об'єм вказаної частини, що збагачена бетаїном і, щонайменше, одним іншим компонентом (переміщувана фракція), може становити від 15 до 50 % від об'єму шару СлКК смоли, у який переміщають вказану частину. В одному варіанті здійснення винаходу вказану частину, збагачену бетаїном і, щонайменше, одним іншим компонентом, переміщають в шар СлКК смоли як змішану переміщувану фракцію. У цьому варіанті здійснення винаходу вказану частину збирають, наприклад, у проміжному резервуарі й потім уводять в шар СлКК смоли із проміжного резервуара. Значення pH переміщуваної фракції може встановлюватися на відповідному рівні, залежно від іонної форми СлКК смоли. Крім того, змішаний профіль розділення може являти собою комбінацію з декількох вказаних частин, відібраних із системи. В іншому варіанті здійснення винаходу, вказану частину, збагачену бетаїном і, щонайменше, одним іншим компонентом, можна переміщати як практично неушкоджений профіль розділення у вигляді прямого потоку із шару СКК смоли, включаючи регулювання pH в оперативному режимі, якщо буде потреба. У додатковому варіанті здійснення винаходу, здійснюють циркуляцію вказаної фракції, збагаченої, щонайменше, одним іншим компонентом, в МРШ системі розділення в якості замінника елюенту за рахунок введення цієї фракції в шар СКК смоли. Потім із шару СКК смоли вилучають інші компоненти, наприклад, у вигляді залишкової фракції. Вказаний, щонайменше, один інший компонент звичайно виводять в залишкову фракцію одночасно з більш рухливими компонентами (такими як солі) ферментаційного розчину на основі цукрового буряка, такого як барда. На практиці це досягається за рахунок використання різниці в величинах утримуваного об'єму солі й вказаного іншого компонента, такого як гліцерин. Величини утримуваного об'єму солі й гліцерину можна визначити експериментально для використовуваного шару смоли. Наприклад, що стосується СКК смол, утримуваний об'єм солі становить приблизно від 27 до 34 % об'єму шару (ОШ) СКК смоли, і утримуваний об'єм гліцерину становить приблизно від 65 до 75 % від об'єму шару СКК смоли. Ще в одному варіанті здійснення винаходу, здійснюють циркуляцію частини залишкової фракції усередині шару СКК смоли в якості замінника елюенту за рахунок введення цієї фракції в шар СКК смоли, щоб елюювати в ході тієї самої або наступної послідовності розділення в одну або кілька залишкових фракцій. Об'єм елюенту - води додатково знижується, і вміст сухої твердої речовини в залишкових фракціях може бути збільшений. Вказану циркуляцію можна здійснити шляхом введення замінника елюенту (елюентів) у місцеположення, обране з (а) місцеположення між послідовними порціями сировини, (b) місцеположення між послідовними профілями, і (с) місцеположення в середині профілю розділення. В одному варіанті здійснення винаходу гліцеринову фракцію вводять після бетаїнового піка в профілі між колонками 2 і 3 у системі із шести колонок. В одному варіанті здійснення винаходу вказаний, щонайменше, один інший компонент являє собою гліцерин. Інший компонент, що може бути виділений, може також бути обраний з органічної кислоти й інозиту. Органічні кислоти, що присутні у вихідному матеріалі барди, можуть являти собою, наприклад, глюконову кислоту, бурштинову кислоту, молочну кислоту, піролідонкарбонову кислоту (ПКК) і оцтову кислоту. В одному варіанті здійснення винаходу, де вказаним, щонайменше, одним іншим компонентом є гліцерин, переміщувана фракція може містити майже рівні кількості бетаїну й гліцерину, причому кількість інших речовин менше ніж 30 % на СР, переважно менше ніж 15 % на СР. Вигідно, щоб вміст гліцерину в циркулюючій гліцериновій фракції становив більше 50 % на СР. В одному варіанті здійснення винаходу гліцеринова фракція, отримана із шару СлКК смоли, може бути використана як замінник елюенту в такий спосіб: здійснюють циркуляцію гліцеринової фракції в системі розділення, щоб замінити частину елюенту, гліцерин просувають вперед у системі розділення з використанням послідовності стадій, які містять у собі одну або кілька фаз завантаження, фаз циркуляції і фаз елюювання, гліцерин вилучають в ході тієї самої або наступної послідовності розділення в одну або кілька залишкових фракцій, за допомогою чого об'єм, місце введення й стадію введення гліцеринової фракції визначають на основі величин утримуваного об'єму гліцерину, об'єму шару смоли, через який проходить гліцерин, і об'єму стадій, що переміщають гліцерин з місця введення в розрахункове 5 UA 105206 C2 5 10 15 20 25 30 35 цільове місце вилучення в ході тієї самої або наступної послідовності розділення, при цьому підтримуються високі значення виходу й чистоти бетаїну. В останньому варіанті здійснення винаходу гліцеринову фракцію можна вводити для елюювання наступної порції сировини або порцій сировини (послідовностей) у придатному для цього місці шляхом розрахунку об'єму й стадії введення гліцеринової фракції так, щоб гліцерин рухався в профілі розділення в ході наступної порції сировини або порцій сировини (послідовностей), щоб бути вилученим із системи разом із солями в гліцерино-сольовій фракції. На практиці це виконують шляхом використання різниці у величинах утримуваного об'єму солі й гліцерину, як описано вище. Установлено, що гліцерин є особливо ефективним як замінник елюенту при виділенні бетаїну з барди та інших ферментаційних розчинів на основі цукрового буряка. Очевидно, це обумовлено інертними властивостями й характеристиками втримання гліцерину при розділенні бетаїну. Особливо добрі результати одержують, коли гліцеринову фракцію із шару СлКК смоли вводять в місцеположення, де гліцерин не досягає бетаїну, й вилучають в залишкову фракцію разом із солями. Додаткова перевага полягає в тому, що можна використати більшу частину гліцерину із шару СлКК смоли як замінник елюенту в шарі СКК. Ця частина гліцерину перевищує 50 % і переважно більше 80 % від вмісту гліцерину в сировині. Вигідно, щоб вміст гліцерину в циркулюючій гліцериновій фракції становив більше 50 % на СР. У даному винаході МРШ розділення може бути послідовним або безперервним. У способі за винаходом кращим елюентом є вода. Гліцеринова фракція може заміняти до 30 % елююючої води. Це приводить до значного зменшення кількості свіжого елюенту. Вказані один або декілька частково ущільнених шарів системи розділення можуть утворити один або кілька окремих контурів у ході обраних стадій у послідовності розділення методом МРШ. В одному варіанті здійснення винаходу система розділення містить у собі контур, утворений одним або декількома частково ущільненими шарами сильнокислої катіонообмінної смоли. В іншому варіанті здійснення винаходу система розділення містить у собі контур від одного або декількох частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли до одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли. Крім того, система розділення може включати один або кілька профілів розділення в контурі. Ферментаційний розчин на основі цукрового буряка, використовуваний як сировинний розчин у даному винаході, переважно являє собою барду, яку одержують як залишок ферментації матеріалу на основі цукрового буряка, такого як меляса, в етиловий спирт, дріжджі або інші продукти. Типова середня композиція корисного вихідного матеріалу барди має вміст сухої речовини (СР) від 50 до 70 г/100 г і складається з наступних компонентів: Компонент Бетаїн Гліцерин Органічні кислоти Неорганічні солі Колір pH від 5 до 6 40 45 50 % на СР Від 12 до 23 Від 2 до 20 Від 10 до 20 Від 10 до 20 100 000ICUMSA В одному варіанті здійснення винаходу вміст сухої речовини в сировинному розчині перебуває в діапазоні від 30 до 50 %. У переважному варіанті здійснення винаходу шар СКК смоли і шар СлКК смоли розміщують в єдиній інтегрованій системі МРШ. Ця інтегрована система МРШ відноситься до системи, де шар СКК смоли і шар СлКК смоли працюють з використанням однакової програми регулювання в одній послідовності розділення. Крім того, можуть мати місце рециркулюючі/циркулюючі потоки із шару СКК смоли у шар СлКК смоли або із шару СлКК смоли у шар СКК смоли. В одному варіанті здійснення винаходу бетаїнову фракцію й гліцеринову фракцію відбирають із інтегрованої МРШ-системи. В іншому варіанті здійснення винаходу здійснюють циркуляцію гліцеринової фракції із шару СлКК смоли у шар СКК смоли в якості замінника елюенту. Отже, один варіант здійснення винаходу відноситься до способу виділення бетаїну й гліцерину з ферментаційного розчину на основі цукрового буряка, який відрізняється наступними ознаками: 6 UA 105206 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 виділення здійснюють в хроматографічній МРШ-системі розділення, що містить один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли й один або декілька частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли, об'єм шару (шарів) слабокислої катіонообмінної смоли становить від 20 до 40 % від усього об'єму шару (шарів) смоли в системі, розчин пропускають через шар (шари) сильнокислої катіонообмінної смоли з утворенням профілю розділення, в який входить частина профілю розділення, збагачена бетаїном і гліцерином, і одержанням залишкової фракції, і вказану частину профілю розділення, збагачену бетаїном і гліцерином, переміщають й пропускають через шар (шари) слабокислої катіонообмінної смоли з метою вилучення фракції, збагаченої бетаїном (бетаїнова фракція), і одержання фракції, збагаченої гліцерином, і здійснюють циркуляцію вказаної фракції, збагаченої гліцерином, в МРШ-системі розділення в якості замінника елюенту шляхом введення цієї фракції, щонайменше, в один із вказаних декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли, і гліцерин вилучають із вказаних одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли. В альтернативному варіанті здійснення винаходу шари СКК і СлКК смол розміщають у вигляді індивідуальних систем розділення, які можуть являти собою МРШ або періодичні системи розділення. У цьому варіанті шари СКК і СлКК смол працюють з використанням окремої програми регулювання в окремій послідовності розділення. Крім того, цей варіант здійснення винаходу може включати циркуляцію гліцеринової фракції як замінника елюенту із шару СлКК смоли в шар СКК смоли. Звичайно спосіб винаходу дозволяє одержати бетаїнову фракцію із чистотою бетаїну більше 80 %, причому вихід бетаїну перебуває в діапазоні від 80 до 95 %, типово від 80 до 90 %. Одержану бетаїнову фракцію використовують як таку для кристалізації бетаїну. В одному варіанті втілення спосіб за винаходом забезпечує вихід бетаїну високої чистоти і з високим виходом разом із низьким відношенням В/С (відношення об'єму елююючої води до об'єму сировини). Наприклад, у способі, що включає циркуляцію гліцеринової фракції, може бути досягнуте настільки мале відношення В/С як 1,7. Більш того, спосіб винаходу також знижує вміст речовин, що офарблюють бетаїн, + наприклад, у порівнянні з розділенням СлКК Н -смолою. Звичайно вміст барвних речовин у бетаїновій фракції, яка одержана способом відповідно до винаходу, становить менше 30000, переважно менше 15000 ICUMSA. Наведені нижче приклади ілюструють винахід без якого-небудь обмеження винаходу. Приклад 1. + Хроматографічне МРШ розділення барди за допомогою смоли СлКК Н (порівняльний приклад) Технологічне встаткування включає три колонки, що з'єднані послідовно, сировинний насос, насоси циркуляції, насос елююючої води, теплообмінники, засіб регулювання потоку для вихідних рідин, а також вхідні клапани й клапани продукції для різних технологічних потоків. Кожна колонка має висоту 4 м і діаметр 0,2 м (крім першої колонки діаметром 0,21 м). Колонки + заповнені слабокислою катіонообмінною смолою гелевого типу (виробництво фірми Finex) в Н формі. Вміст дивінілбензолу в смолі становив 8,0 % і середній розмір кульок смоли дорівнював 0,43 мм. Перед розділенням розчин барди розбавляють водою приблизно до 40 мас. % і піддають мікрофільтрації з використанням мембрани Scepter 0,1 мкм. Після цього розчин підкисляють до значення pH 3,4 з використанням сірчаної кислоти (93 %) і потім барду попередньо фільтрують із використанням діатомової землі в якості фільтрувального матеріалу. 2 Кількість барди, яку попередньо фільтрують, становить 1 кг/м , консистенція сировини дорівнює 1,0 % на СР і температура становить 80 °C. Склад сировини представлений нижче, причому відсотки дані в розрахунку на суху речовину (СР). 7 UA 105206 C2 Таблиця Ε 1-1 Склад сировини Сировина СР, г/100 г Бетаїн, % на СР Гліцерин, % на СР Інозит, % на СР Фруктоза, % на СР Інші, % на СР 5 10 15 20 25 39,7 15,8 9,9 0,9 2,0 71,4 Фракціонування проводять за допомогою 8-стадійної МРШ послідовності, що описана нижче. Метою розділення є розділення бетаїну й інших компонентів, що містяться в сировині. Сировину й елюент використовували при температурі 80 °C, в якості елюенту використовували воду. Стадія 1: 37,5 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 110 л/год. і рециркулюючу фракцію збирають із третьої колонки. Стадія 2: 36,0 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 65 л/год. і залишкову фракцію збирають із першої колонки. Одночасно 98,0 л води накачують у другу колонку зі швидкістю потоку 180 л/год. і бетаїнову фракцію збирають із третьої колонки. Стадія 3: 15,0 л води накачують у другу колонку зі швидкістю потоку 125 л/год. і здійснюють циркуляцію потоку, що витікає з колонки 3, в колонку 1, з якої відбирають залишкову фракцію. Стадія 4: здійснюють циркуляцію 37,5 л потоку у контурі колонок, що включає колонки 1, 2 і 3, зі швидкістю 125 л/год. Стадія 5: 60,0 л води накачують у третю колонку зі швидкістю потоку 125 л/год. і здійснюють циркуляцію потоку, що витікає з колонки 3, в колонку 1, залишкову фракцію відбирають із другої колонки. Стадія 6: здійснюють циркуляцію 35,0 л потоку в контурі колонок, що включає колонки 1, 2 і 3, зі швидкістю 125 л/год. Стадія 7: 46,0 л води накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 125 л/год. і залишкову фракцію збирають із третьої колонки. Стадія 8: 65,0 л води накачують у першу колонку і фракцію, що містить гліцерин і кислоти, збирають із третьої колонки зі швидкістю потоку 125 л/год. Після встановлення рівноваги в системі з неї виводять наступні фракції: залишкову фракцію - із колонок 1, 2, 3, 4 і 5, рециркулюючі фракції - із третьої колонки, фракції, що містять гліцерин і кислоти, - із колонки 3, і фракції бетаїнового продукту - із третьої колонки. Нижче в таблиці наведені результати аналізу методом рідинної хроматографії високого тиску (РХВТ) для об'єднаних фракцій. Таблиця Ε 1-2 Об'єднана залишкова Рециркулююча фракція фракція Об'єм, л 157,0 37,5 Суха речовина, г/100 мл 10,1 7,3 Бетаїн, % на СР 0,6 28,2 Гліцерин, % на СР 7,7 0,0 Інозит, % на СР 1,2 0,4 Фруктоза, % на СР 3,3 0,0 Інші, % на СР 87,2 71,4 Гліцерин + кислоти Бетаїн 65,0 15,3 0,2 19,3 0,7 1,3 78,5 98,0 6,0 80,0 0,0 0,0 0,0 20,0 30 35 40 Сумарний вихід бетаїну, розрахований з об'єднаної залишкової фракції, фракції, що містить гліцерин і кислоти, і бетаїнової фракції, становить 97,7 %. У цьому експерименті відношення води до сировини (В/С) становить 3,9. Коли залишкову фракцію, бетаїнову фракцію й фракції, що містять гліцерин і кислоти, випарюють до 60 мас. %, видалення конденсату становить 57,7 кг на кг бетаїну. Колір бетаїнової фракції відповідає 158 000 ICUMSA. Приклад 2. Хроматографічне МРШ розділення барди за допомогою комбінації СКК смоли в + + Na -формi й СлКК смоли в Н -формі Технологічне встаткування включає шість колонок, з'єднаних послідовно, сировинний насос, насоси циркуляції, насос елююючої води, теплообмінники, засіб регулювання потоку для вихідних рідин, а також вхідні клапани й клапани продукції для різних технологічних потоків. 8 UA 105206 C2 5 10 15 Висота перших чотирьох колонок дорівнює 2 м, висота останніх двох колонок дорівнює 1,5 м, і кожна колонка має діаметр 0,2 м (крім першої колонки діаметром 0,21 м). Перші чотири колонки, що мають загальний об'єм 254 л, були заповнені сильнокислою катіонообмінною смолою + гелевого типу (виробництво фірми Mitsubishi) в Nа -формі. Вміст дивінілбензолу в смолі становить 6,0 % і середній розмір кульок смоли дорівнює 0,2 мм. Останні колонки 5 і 6, які мають загальний об'єм 95 л, що становить 27 % загального об'єму системи розділення, були + заповнені слабокислою катіонообмінною смолоюгелевого типу (виробництво фірми Finex) в Н формі. Вміст дивінілбензолу в смолі становить 8,0 % і середній розмір кульок смоли дорівнює 0,43 мм. До розділення розчин барди розбавляють водою приблизно до 45 мас. % і піддають мікрофільтрації з використанням мембрани Scepter 0,1 мкм. Після цього розчин підлуговують до значення pH 6,0 з використанням NaOH, і потім барду попередньо фільтрують із використанням діатомової землі в якості фільтрувального матеріалу. Кількість, яку попередньо фільтрують, становить 1 кг/м, консистенція сировини дорівнює 0,5 % на СР, і температура становить 80 °C. Склад сировини представлений нижче, причому відсотки дані в розрахунку на масу сухої речовини (СР). Таблиця Ε 2-1 Склад сировини Сировина СР, г/100 г Бетаїн, % на СР Гліцерин, % на СР Інозит, % на СР Фруктоза, % на СР Інші, % на СР pH 20 25 30 35 40 45 42,3 14,9 11,8 0,5 1,5 71,3 5,9 Фракціонування проводили за допомогою 8-стадійної МРШ послідовності, що описана нижче. Метою розділення було виділення бетаїну й гліцерину, що містяться в сировині. Сировину й елюент використовували при температурі 80 °C і в якості елюенту використовували воду. Стадія 1: 7,0 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і рециркулюючу фракцію збирають із четвертої колонки. Одночасно 4,0 л циркулюють у контурі, що включає колонки 5 і 6, зі швидкістю потоку 35 л/год. Стадія 2: контур включає всі колонки. Накачують у першу колонку 10,0 л сировинного розчину зі швидкістю потоку 63 л/год. і бетаїнову фракцію збирають із шостої колонки. Одночасно першу порцію частини профілю розділення, збагачену бетаїном і гліцерином, переміщають із шару СКК смоли із колонки 4 у шар СлКК смоли в колонці 5. Стадія 3: 13,0 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і залишкову фракцію відбирають із тієї ж самої колонки. Одночасно 30,0 л води накачують у другу колонку зі швидкістю потоку 95 л/год. і залишкову фракцію відбирають із третьої колонки. Крім того, 25,0 л води накачують у четверту колонку зі швидкістю потоку 80 л/год. і збирають бетаїн з останньої колонки. Одночасно другу порцію частини профілю розділення, збагачену бетаїном і гліцерином, переміщають із шару СКК смоли із колонки 4 у шар СлКК смоли в колонці 5. Стадія 4: 6,0 л води накачують у другу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і здійснюють циркуляцію потоку, що витікає з колонки 4, в колонку 1, у якій збирається залишкова фракція. Одночасно починають циркуляцію 5,0 л у контурі колонок, що включає колонки 5 і 6, зі швидкістю потоку 55 л/год. Стадія 5: 11,0 л циркулюють у контурі колонок, що включає колонки 1, 2, 3 і 4, зі швидкістю потоку 63 л/год. і одночасно продовжують циркуляцію 6,0 л у контурі колонок 5 і 6 зі швидкістю потоку 35 л/год. Стадія 6: 6,0 л води накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і відбирають залишкову фракцію із четвертої колонки. Одночасно 6,0 л води накачують у п'яту колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і відбирають бетаїнову фракцію з останньої колонки. Стадія 7: 20,0 л води накачують у першу колонку і залишкову фракцію відбирають із другої колонки зі швидкістю потоку 63 л/год. Одночасно 20,0 л води накачують у третю колонку, залишкову фракцію збирають із четвертої колонки зі швидкістю потоку 63 л/год., одночасно 18,0 9 UA 105206 C2 5 10 л води накачують у п'яту колонку і гліцеринову фракцію відбирають із останньої колонки зі швидкістю потоку 55 л/год. Стадія 8: 10,0 л води накачують у третю колонку при наявності циркуляції із четвертої колонки в першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і залишкову фракцію відбирають із другої колонки. Одночасно 10,0 л води накачують у п'яту колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і відбирають гліцеринову фракцію з останньої колонки. Об'єм шару СлКК смоли становить 95 літрів. Об'єм проміжної фракції (частина профілю розділення, збагачена бетаїном і гліцерином), яку переміщують із колонки 4 у колонку 5 (із шару СКК у шар СлКК смоли) на стадіях 2 і 3, становить 35 л (37 % від об'єму шару СлКК смоли). Після встановлення рівноваги в системі із неї виводять наступні фракції: залишкову фракцію із колонок 1, 2, 3 і 4, рециркулюючу фракцію із четвертої колонки і фракції бетаїнового й гліцеринового продукту з останньої колонки. Нижче в таблиці наведені результати аналізу методом РХВТ для об'єднаних фракцій. Таблиця Ε 2-2 Об'єм, л Суха речовина, г/100 мл Бетаїн, % на СР Гліцерин, % на СР Інозит, % на СР Фруктоза, % на СР Інші, % на СР рН Об'єднаний залишок 105,0 10,8 1,0 0,6 0,04 0,14 98,2 5,5 Рециркулююча фракція 7,0 13,9 48,9 22,7 1,2 5,0 22,3 6,9 Гліцерин + кислоти Бетаїн 34,0 5,4 6,0 67,6 3,0 7,5 15,9 4,6 35,0 5,3 80,2 8,5 0,0 0,2 11,1 5,3 15 20 25 30 35 Сумарний вихід бетаїну, розрахований із цих фракцій, становить 86,8 % і вихід гліцерину дорівнює 84,5 %. У цьому експерименті всю залишкову фракцію відбирають із системи без циркуляції, відношення води до сировини (В/С) становить 5,1. Коли залишкову фракцію, бетаїнову й гліцеринову фракції випарюють до 60 мас. %, видалення конденсату становить 103,1 кг на кг бетаїну. Колір бетаїнової фракції відповідає 13000ICUMSA. Приклад 3. + Хроматографічне МРШ розділення барди з використанням комбінації СКК смоли в Na + формі й СлКК смоли в Н -формі й циркулюючої гліцеринової фракції Технологічне встаткування включає шість колонок, з'єднаних послідовно, сировинний насос, насоси рециркуляції, насос елююючої води, теплообмінники, засіб регулювання потоку для вихідних рідин, а також вхідні клапани й клапани продукції для різних технологічних потоків. Висота перших чотирьох колонок дорівнює 2 м, висота останніх двох колонок дорівнює 1,5 м, причому кожна колонка має діаметр 0,2 м (крім першої колонки діаметром 0,21 м). Перші чотири колонки, що мають загальний об'єм 254 л, були заповнені сильнокислою катіонообмінною + смолою гелевого типу (виробництво фірми Mitsubishi) в Nа -формі. Вміст дивінілбензолу в смолі становить 6,0 %, середній розмір кульок смоли дорівнює 0,2 мм. Останні колонки 5 і 6 (які мають загальний об'єм 95 л, що становить 27 % від загального об'єму системи розділення) були + заповнені слабокислою кат іонообмінною смолою гелевого типу (виробництво фірми Finex) в Н формі. Вміст дивінілбензолу в смолі становить 8,0 %, середній розмір кульок смоли дорівнює 0,43 мм. Попередня обробка розчину барди була аналогічна тій, що описана в прикладі 2. Склад сировини представлений нижче, причому відсотки дані в розрахунку на суху речовину (СР). Ε 3-1 Таблиця Склад сировини Суха речовина сировини, г/100 г Бетаїн, % на СР Гліцерин, % на СР Інозит, % на СР Фруктоза, % на СР Інші, % на СР pH 37,8 15,9 12,5 0,5 1,7 69,4 5,1 10 UA 105206 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Фракціонування проводять за допомогою 10-стадійної МРШ послідовності, що описана нижче. Метою розділення є виділити бетаїн і рециркулювати гліцерин назад на СКК розділення для того, щоб знизити споживання елююючої води, а також домогтися найбільшого елюювання гліцерину в залишкові фракції. Сировину й елюент використовували при температурі 80 °C і в якості елюенту використовували іонообмінну воду. Стадія 1: 7,0 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 65 л/год. і рециркулюючу фракцію збирають із четвертої колонки. Одночасно 4,0 л циркулюють у контурі, що містить у собі колонки 5 і 6, зі швидкістю потоку 40 л/год. Стадія 2: 10,0 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 65 л/год. і рециркулюючу фракцію збирають із шостої колонки. Одночасно, першу порцію частини профілю розділення, збагачену бетаїном і гліцерином, переміщають із шару СКК колонки 4 у шар СлКК смоли в колонці 5. Стадія 3: 9,0 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 65 л/год. і залишкову фракцію збирають із третьої колонки. Одночасно 8,0 л води накачують у четверту колонку зі швидкістю потоку 40 л/год. і бетаїнову фракцію відбирають із останньої колонки. Одночасно другу порцію частини профілю розділення, збагачену бетаїном і гліцерином, переміщають із шару СКК смоли колонки 4 у шар СлКК смоли (у колонку 5). Стадія 4: У ході цієї стадії перша колонка була блокована. 8,0 л сировинного розчину накачують у другу колонку зі швидкістю потоку 65 л/год. і залишкову фракцію збирають із третьої колонки. Одночасно 4,0 л води накачують у четверту колонку зі швидкістю потоку 65 л/год. і збирають бетаїнову фракцію з останньої колонки. Одночасно порцію частини профілю розділення, збагачену бетаїном і гліцерином, переміщають із шару СКК смоли з колонки 4 у шар СлКК смоли в колонці 5. Стадія 5: 4,0 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 40 л/год. і залишкову фракцію відбирають із тієї ж самої колонки. Одночасно 13,0 л води накачують у другу колонку і збирають бетаїнову фракцію з останньої колонки. Одночасно порцію частини профілю розділення, збагачену бетаїном і гліцерином, переміщають із шару СКК смоли з колонки 4 у шар СлКК смоли в колонці 5. Стадія 6: 6,0 л води накачують у другу колонку, що має циркуляційний контур від четвертої колонки до першої колонки, зі швидкістю потоку 65 л/год. і залишкову фракцію відбирають із першої колонки. Одночасно починають циркуляцію 5,0 л у контурі, що складається з колонок 5 і 6, зі швидкістю потоку 55 л/год. Стадія 7: 11,0 л циркулюють у контурі, що складається з колонок 1, 2, 3 і 4, зі швидкістю потоку 65 л/год. і одночасно продовжують циркуляцію 6,0 л у контурі, що складається з колонок 5 і 6, зі швидкістю потоку 35 л/год. Стадія 8: 6,0 л води накачують у п'яту колонку зі швидкістю потоку 65 л/год., причому гліцеринова фракція циркулює з колонки 6 у колонку 1 як замінник елюенту, і залишкову фракцію збирають із четвертої колонки. Стадія 9: 20,0 л води накачують у п'яту колонку зі швидкістю потоку 65 л/год., причому гліцеринова фракція циркулює з колонки 6 у колонку 1 як замінник елюенту, і залишкову фракцію збирають із другої колонки. Одночасно 20,0 л води накачують у третю колонку і залишкову фракцію збирають із четвертої колонки зі швидкістю потоку 65 л/год. Стадія 10: 10,0 л води накачують у п'яту колонку зі швидкістю потоку 65 л/год., причому гліцеринова фракція циркулює з колонки 6 у колонку 3 як замінник елюенту, і потік, що витікає з колонки 4, циркулює в колонку 1, а залишкову фракцію відбирають із другої колонки. Об'єм шару СлКК смоли становить 95 літрів. Об'єм переміщуваної фракції (частина профілю розділення, збагачена бетаїном і гліцерином) переміщається з колонки 4 у колонку 5 (із шару СКК у шар СлКК смоли) на стадіях 2, 3, 4 і 5 і становить 35 л (37 % від об'єму шару СлКК смоли). Після встановлення рівноваги в системі з неї виводять наступні фракції: залишкову фракцію - з колонок 1, 2, 3 і 4, рециркулюючі фракції - із четвертої колонки й фракцію бетаїнового продукту - з останньої колонки. Нижче в таблиці наведені результати аналізу методом РХВТ для об'єднаних фракцій. 11 UA 105206 C2 Ε 3-2 Таблиця Об'єм, л Суха речовина, г/100 мл Бетаїн, % на СР Гліцерин, % на СР Інозит, % на СР Фруктоза, % на СР Інші, % на СР 5 10 15 20 25 30 Об'єднана залишкова фракція 83,0 12,9 2,6 8,9 0,5 1,3 86,7 Рециркулююча фракція 17,0 8,4 41,4 38,0 1,2 5,5 14,0 Бетаїн 25,0 5,3 85,0 6,4 0,2 0,3 8,3 Сумарний вихід бетаїну, розрахований із цих фракцій, становить 80,0 %. Гліцеринову фракцію із шару СлКК смоли вводять у колонки між порціями сировини (стадії 8 і 9) і профілями (стадії 10), щоб вилучити и в залишкові фракції разом із солями. Приблизно 60 % гліцерину (розраховано із фракцій у таблиці Ε 3-2) вилучають у залишкові фракції й 35 % гліцерину вилучають у рециркулюючу фракцію. У сукупності близько 95 % гліцерину, що міститься в сировині, вилучають із колонок з СКК смолою в системі МРШ. Об'єм залишкових фракцій додатково зменшується, а вміст сухої твердої речовини збільшується шляхом циркуляції частини залишкових фракцій із колонок 1 і 3 для того, щоб викликати їх елюювання одночасно із залишковими фракціями наступного профілю (профілів). Із системи відбирають тільки залишкову й бетаїнову фракції, причому відношення В/С (води до сировини) дорівнює 3,2. Коли залишкову й бетаїнову фракції випарюють до 60 мас. %, видалення конденсату становить 81,4 кг на кг бетаїну. Потреба у випарюванні знижується на 21 % у порівнянні з дослідним режимом, що описаний у прикладі 2, без циркуляції гліцеринової фракції в якості елюенту. Приклад 4. Порівняльний приклад із двома окремими стадіями хроматографічного розділення. + А. Хроматографічне МРШ розділення барди за допомогою СКК смоли в Νa -формі Технологічне встаткування включає чотири колонки, з'єднані послідовно, сировинний насос, насоси циркуляції, насос елююючої води, теплообмінники, засіб регулювання потоку для вихідних рідин, а також вхідні клапани й клапани продукції для різних технологічних потоків. Кожна колонка має висоту 2,0 м і діаметр 0,2 м (крім першої колонки діаметром 0,21 м). Колонки заповнені сильнокислою катіонообмінною смолою гелевого типу (виробництво фірми Finex) в + Na -формі. Вміст дивінілбензолу в смолі становив 7,5 %, середній розмір кульок смоли дорівнював 0,328 мм. Перед розділенням розчин барди розбавляють водою до 40-45 мас. % і піддають мікрофільтрації з використанням мембрани Scepter 0,1 мкм. Після цього розчин барди підлуговують до значення pH 6,3 із використанням NaOH (32 мас. %) і потім барду додатково фільтрують із використанням напірного фільтру Seitz. Концентрацію сировинного розчину доводять до 34 г/100 мл. Склад сировини представлений нижче, причому відсотки дані в розрахунку на суху речовину (СР). Таблиця Ε 4-1 Склад сировини Суха речовина сировини, г/100 г Бетаїн, % на СР Гліцерин, % на СР Інозит, % на СР Фруктоза, % на СР Інші, % на СР 35 40 30,2 15,8 15,2 0,5 1,9 66,7 Фракціонування проводять за допомогою 9-стадійної МРШ послідовності, що описана нижче. Метою розділення є відділення бетаїну й гліцерину від найбільшої кількості солей і інших речовин при зниженому споживанні води. Сировину й елюент використовували при температурі 80 °C і в якості елюенту використовували іонообмінну воду. Стадія 1: Ця стадія не використовується. Стадія 2: 4,7 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і фракцію замінника елюенту збирають із третьої колонки. Одночасно 2,5 л води 12 UA 105206 C2 5 10 15 20 25 накачують в останню колонку зі швидкістю потоку 35 л/год. і збирають бетаїн-гліцеринову фракцію з останньої колонки. Стадія 3: 15,0 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і залишкову фракцію відбирають із тієї ж самої колонки. Одночасно 10,5 л води накачують у другу колонку зі швидкістю потоку 44 л/год. і збирають бетаїн-гліцеринову фракцію з останньої колонки. Стадія 4: 10,7 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і збирають бетаїн-гліцеринову фракцію з останньої колонки. Стадія 5: 9,3 л циркулюють у контурі колонки, що складається з колонок 1, 2, 3 і 4, зі швидкістю потоку 63 л/год. Стадія 6: 14,0 л циркулюють у контурі колонки, що складається з колонок 1 і 2, зі швидкістю потоку 63 л/год. Одночасно 14,0 л води накачують у третю колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і збирають залишкову фракцію з останньої колонки. Стадія 7: 4,7 л фракції замінника елюенту, яку відбирають із колонки 3, як описано на стадії 2, накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і залишкову фракцію відбирають із другої колонки. Одночасно 6,0 л води накачують у третю колонку зі швидкістю потоку 80 л/год. і збирають залишкову фракцію з останньої колонки. Стадія 8: 4,0 л води накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і залишкову фракцію відбирають із другої колонки. Одночасно 4,0 л води накачують у третю колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і збирають залишкову фракцію з останньої колонки. Стадія 9: 21,0 л циркулюють у контурі колонки, що складається з колонок 1, 2, 3 і 4, зі швидкістю потоку 63 л/год. Після встановлення рівноваги в системі з неї виводять наступні фракції: залишкову фракцію - із колонок 1, 2 і 4, фракцію замінника елюенту - із третьої колонки, й фракцію бетаїнового продукту, що містить гліцерин, - з останньої колонки. Нижче в таблиці наведені результати аналізу методом РХВТ для об'єднаних фракцій. Таблиця Ε 4-2 Об'єм, л Суха речовина сировини, г/100 мл Бетаїн, % на СР Гліцерин, % на СР Інозит, % на СР Фруктоза, % на СР Інші, % на СР 30 35 40 45 Об'єднаний залишок Замінник елюенту 47,7 4,7 14,7 5,5 0,4 0,5 1,9 1,0 0,1 0,1 0,3 0,2 97,4 98,3 Бетаїн-гліцерин 23,7 13,3 46,5 41,3 1,2 5,1 6,0 Сумарний вихід бетаїну, розрахований із цих фракцій продукту, становить 97,9 %, причому колір бетаїн-гліцеринової фракції відповідає 29100 ICUMSA. Із системи виводять тільки залишкові й бетаїнові фракції, причому відношення В/С (води до сировини) дорівнює 1,35. Коли залишкову фракцію випарюють до 60 мас. %, а бетаїн-гліцеринову фракцію випарюють до 30 мас. %, видалення конденсату становить 35,6 кг на кг бетаїну. В. Хроматографічне періодичне розділення бетаїн-гліцеринової фракції з використанням + СлКК смоли в Na -формі Технологічне встаткування включає періодичні лабораторні колонки, обладнані нагрівальним кожухом, резервуари сировини й елююючої води, випускний насос, обладнані термостатами водяні ванни, засіб регулювання потоку для вихідних рідин, а також вхідні клапани регулювання потоків сировини й елююючої води. Висота шару смоли дорівнює 1,5 м, діаметр колонки становить 0,093 м. Колонки були заповнені слабокислою кат іонообмінною + смолою гелевого типу (виробництво фірми Finex) в Na -формі. Вміст дивінілбензолу в смолі становить 8,0 % і середній розмір кульок смоли дорівнює 0,28 мм. Як сировинний розчин використовується бетаїн-гліцеринова фракція, отримана відповідно до приклада 4 А. Значення pH сировинного розчину й елююючої води доводять до pH 9 і піддають фільтрації перед розділенням. Швидкість потоку становить 2,94 л/год. і об'єм сировини дорівнює 0,9 л. Нижче наведений склад сировини, причому відсотки наведені на масу сухої речовини. 13 UA 105206 C2 Таблиця Ε 4-3 Склад сировини Суха речовина сировини, г/100 г Бетаїн, % на СР Гліцерин, % на СР Інші, % на СР pH 5 30,1 45,3 43,6 11,1 9 Метою розділення є виділення бетаїну й інших речовин, що містяться в сировині. Сировину й елюент використовували при температурі 80 °C і в якості елюенту використовували воду. Після встановлення рівноваги в системі збирають зразки профілів із трихвилинним інтервалом і склад зразків аналізують методом РХВТ. Потім профілі розділення підрозділяють на наступні фракції: залишкова фракція, гліцеринова фракція і фракція бетаїнового продукту. Нижче в таблиці наведені результати аналізу методом РХВТ для обчислених об'єднаних фракцій. 10 E 4-4 Таблиця Об'єм, л СР сировини, г/100 мл Бетаїн, % на СР Гліцерин, % на СР Інші, % на СР 15 20 25 30 35 40 Об'єднаний залишок 1,5 1,8 27,9 0,4 71,7 Бетаїн 1,5 8,8 88,0 4,2 7,8 Гліцерин 1,4 10,3 2,4 82,0 15,6 Сумарний вихід бетаїну, розрахований із залишкової фракції, гліцеринової фракції й + бетаїнової фракції, становить 91,3 %. В експерименті зі смолою СлКК Na відношення води до сировини (В/С) становить 3,9. Коли залишкову, бетаїнову й гліцеринову фракції випарюють до 60 мас. %, вилучення конденсату становить 34,3 кг на кг бетаїну. Колір бетаїнової фракції відповідає 5600 ICUMSA. Загальний ступінь вилучення бетаїну, розрахований для вказаного двохстадійного способу розділення, становить 89,4 % і відношення В/С дорівнює 2,5. При розрахунку потреби у випарюванні між стадіями розділення й наприкінці процесу сумарне видалення конденсату становить 69,9 кг на кг бетаїну. Приклад 5. + Хроматографічне МРШ розділення барди з використанням комбінації смол СКК Na і СлКК + Na Технологічне встаткування включає шість колонок, з'єднаних послідовно, сировинний насос, насоси циркуляції, насос елююючої води, три проміжних резервуари, теплообмінники, засіб регулювання потоку для вихідних рідин, а також вхідні клапани й клапани продукції для різних технологічних потоків. У проміжному резервуарі № 1 відбувається регулювання pH за допомогою NaOH, причому задане значення становить 9,0. Висота шару смоли у всіх колонках дорівнює 2,0 м і кожна колонка має діаметр 0,2 м і об'єм 63 л (за винятком першої колонки діаметром 0,21 м, об'єм 69 л). Перші чотири колонки заповнені сильнокислою катіонообмінною + смолою гелевого типу (виробництво фірми Finex) в Na -формі. Вміст дивінілбензолу в смолі становить 7 %, середній розмір кульок смоли дорівнює 0,33 мм. Останні дві колонки 5 і 6 заповнені слабокислою катіонообмінною смолою гелевого типу (виробництво фірми Finex) в + Na -формі. Вміст дивінілбензолу в смолі становить 8,0 %, середній розмір кульок смоли дорівнює 0,31 мм. Перед розділенням барду розбавляють водою й піддають мікрофільтрації з використанням фільтра Scepter 0,1 мкм. Регулюють значення pH до 6,3 за допомогою NaOH, після цього барду попередньо фільтрують із використанням діатомової землі в якості фільтруючого матеріалу. Кількість, яку попередньо фільтрують, становить 1 кг/м, консистенція сировини дорівнює 1,0 % на розчинену тверду речовину (РТР), температура становить 80 °C. Склад сировини представлений в таблиці Ε 5-1, причому відсотки дані в розрахунку на РТР. 14 UA 105206 C2 Таблиця Ε 5-1 Склад сировини РТР сировини, г/100 г Бетаїн, % на РТВ Гліцерин, % на РТВ Інозит, % на РТВ Фруктоза, % на РТВ Інші, % на РТВ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 30 18,7 17,9 0,5 1,9 61,0 Фракціонування проводять за допомогою 8-стадійної МРШ послідовності, що викладена нижче. Метою розділення було виділення бетаїну з барди при зниженому споживанні елююючої води. Зменшення споживання елююючої води можна досягти за рахунок циркуляції обраних фракцій із колонок назад в інші колонки. У цьому прикладі найбільш значну перевагу досягають при циркуляції фракції із колонок з СлКК смолою в колонки з СКК смолою (із проміжним резервуаром між ними). Сировину й елюент використовують при температурі 80 °C, в якості елюенту використовують іонообмінну воду. Стадія 1: 4,7 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і залишкову фракцію збирають із третьої колонки. Одночасно 1,5 л води накачують у четверту колонку зі швидкістю потоку 40 л/год., вихідну фракцію (переміщувана фракція) збирають у проміжному резервуарі № 1, який використовують як резервуар для подачі сировини із колонок із СКК смолою в колонки з СлКК смолою (колонки 5 і 6). Одночасно 5,1 л фракції, що збагачена бетаїном-гліцерином, із проміжного резервуара № 2 накачують у п'яту колонку зі швидкістю потоку 68 л/год. і збирають бетаїнову фракцію із шостої колонки. Стадія 2: 15,0 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і залишкову фракцію відбирають із тієї ж самої колонки. Одночасно 10,5 л води накачують у другу колонку зі швидкістю потоку 44 л/год. і вихідну фракцію (переміщувана фракція) відбирають із четвертої колонки в проміжний резервуар № 1. Крім того, 2,2 л фракції замінника елюенту із проміжного резервуара № 2 накачують у п'яту колонку зі швидкістю потоку 10 л/год. і СлКК рециркулюючу фракцію відбирають із шостої колонки в проміжний резервуар № 2. Стадія 3: 10,7 л сировинного розчину накачують у першу колонку зі швидкістю потоку 63 л/год. і вихідну фракцію із четвертої колонки (переміщувана фракція) збирають у проміжний резервуар № 1. Одночасно 5,1 л води накачують у п'яту колонку зі швидкістю потоку 30 л/год. і фракцію, збагачену бетаїном-гліцерином, відбирають із шостої колонки в проміжний резервуар № 2. Стадія 4:11,3 л циркулюють у контурі, що складається з колонок 1-4, зі швидкістю потоку 63 л/год. Крім того, 20,1 л води накачують у п'яту колонку зі швидкістю потоку 112 л/год. і збирають збагачену гліцерином фракцію із шостої колонки в проміжний резервуар № 3. Стадія 5: починають циркуляцію 5,4 л у контурі, що складається з колонок 1 і 2, зі швидкістю потоку 63 л/год. Одночасно першу порцію (9,0 л) збагаченої гліцерином фракції із проміжного резервуара № 3 накачують у якості елюенту в третю колонку і залишкову фракцію збирають із четвертої колонки. Крім того, 0,6 л води накачують у п'яту колонку зі швидкістю потоку 7,0 л/год. і залишкову фракцію збирають із шостої колонки. Стадія 6: продовжують циркуляцію 6,6 л у контурі, що складається з колонок 1 і 2, зі швидкістю потоку 63 л/год. Одночасно залишок збагаченої гліцерином фракції, 11,1 л, із проміжного резервуара № 3 накачують у третю колонку зі швидкістю потоку 105 л/год. і залишкову фракцію збирають із четвертої колонки. У колонках 5 і 6 потік відсутній. Стадія 7: 8,7 л води накачують у першу колонку і залишкову фракцію відбирають із другої колонки зі швидкістю потоку 63 л/год. Одночасно 5,4 л води накачують у третю колонку і залишкову фракцію відбирають із четвертої колонки зі швидкістю потоку 39 л/год. Крім того, 3,8 л переміщуваної фракції із проміжного резервуара № 1 накачують у п'яту колонку і залишкову фракцію відбирають із останньої колонки зі швидкістю потоку 27 л/год. Стадія 8: 20,0 л циркулюють у контурі, що складається з колонок 1-4, зі швидкістю потоку 63 л/год. Одночасно залишок переміщуваної фракції (18,9 л) із проміжного резервуара № 1 накачують у п'яту колонку і бетаїнову фракцію збирають із останньої колонки зі швидкістю потоку 59 л/год. Об'єм шару СлКК смоли становить 33 % (126 л) від усього об'єму шару смоли в системі розділення. Об'єм переміщуваної фракції (частина профілю розділення, збагачена бетаїном і гліцерином), що відбирається з колонки 4 із шаром СКК смоли на стадіях 1, 2 і 3, дорівнює 22,7 15 UA 105206 C2 5 л. Після доведення величини pH до 9, вказану переміщувану фракцію вводять у колонку 5 на стадіях 7 і 8. Об'єм переміщуваної фракції становить 18 % від об'єму шару СлКК смоли. Після встановлення рівноваги в системі з неї виводять наступні фракції: залишкову фракцію з колонок 1, 2, 3, 4 і 6, а також збагачену гліцерином фракцію, бетаїн-гліцеринову фракцію із шару СлКК смоли, і фракції замінника елюенту й бетаїну з останньої колонки. Нижче в таблиці наведені результати аналізу методом РХВТ для об'єднаних фракцій. Таблиця Ε 5-2 Об'єднана Переміщувана залишкова фракція фракція (резервуар № 1) Об'єм, л pH СР, г/100 мл Бетаїн, % на СР Гліцерин, % наСР Інозит, % на СР Фруктоза, % на СР Інші, % на СР Колір, ICUMSA 10 15 58,3 6,1 15,3 3,8 18,2 0,2 2,0 75,8 22,7 9,6 17,2 47,0 43,1 1,0 4,5 4,4 Збагачена бетаїном і гліцерином фракція (резервуар № 2) 7,3 8,9 14,0 57,9 41,8 0,2 Збагачена гліцерином фракція (резервуар № 3) 20,1 8,2 11,0 12,2 64,4 0,4 6,6 16,4 Бетаїн ова фракція 24,0 8,6 7,7 80,8 8,4 1,1 0,6 9,1 12200 Приблизно 90 % гліцерину (розраховано на основі вилучених фракцій) елююють в залишкові фракції із колонок з СКК смолою. Сумарний вихід бетаїну, розрахований із цих фракцій, становить 82,5 %. Коли бетаїнову фракцію випарюють до 60 мас. %, видалення конденсату становить 43,0 кг/кг бетаїну. Тільки залишкову й бетаїнову фракції виводять із системи, причому відношення В/С (води до сировини, по об'єму) дорівнює 1,7. Для фахівця в цій галузі техніки буде очевидним, що задум винаходу як технологічне досягнення може бути здійснений різними способами. Винахід і його варіанти здійснення не обмежуються прикладами, описаними вище, можливі варіації в обсязі формули винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 1. Спосіб виділення бетаїну й щонайменше одного іншого компонента з ферментаційного розчину на основі цукрового буряка, який відрізняється тим, що здійснюють виділення в системі розділення хроматографічним методом моделювання рухливого шару (МРШ), яка включає один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли й один або декілька частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли, при цьому об'єм шару (шарів) слабокислої катіонообмінної смоли становить від 20 до 40 % від загального об'єму шару (шарів) смоли в системі, розчин пропускають через шар (шари) сильнокислої катіонообмінної смоли, щоб сформувати профіль розділення, що містить у собі частину профілю розділення, збагачену бетаїном і щонайменше одним іншим компонентом, і щоб одержати залишкову фракцію, яку вилучають, і вказану частину профілю розділення, збагачену бетаїном і щонайменше одним іншим компонентом, переміщують й пропускають через шар (шари) слабокислої катіонообмінної смоли, для виділення фракції, збагаченої бетаїном, і одержання фракції, збагаченої щонайменше одним іншим компонентом. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказана сильнокисла катіонообмінна смола являє собою стирольну смолу, яка зшита дивінілбензолом у кількості від 5,5 до 8 %, перебуває у формі одновалентного катіона лужного металу й має середній розмір часток від 200 до 400 мкм. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що розділення здійснюють при значенні рН більше 5, переважно більше 5,5. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказана слабокисла катіонообмінна смола + перебуває в Н -формі. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що більше 80 %, переважно більше 90 % катіонів + слабокислої катіонообмінної смоли являють собою Н . 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що слабокисла катіонообмінна смола перебуває в + + + + Na -формі, K -формі або Nа /K -формі. 16 UA 105206 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що більше 80 %, переважно більше 90 % катіонів + + смоли являють собою Na або K , відповідно. 8. Спосіб за п. 4 або п. 6, який відрізняється тим, що смола є акриловою смолою, яка зшита дивінілбензолом у кількості від 4 до 10 % й має середній розмір часток від 200 до 450 мкм. 9. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що розділення здійснюють при рН менше 4,5. 10. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що розділення здійснюють при рН більше 9. 11. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказані один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли й вказані один або декілька частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли розміщають в декількох колонках. 12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що вказаний один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли розміщають в чотирьох колонках і вказаний один або декілька шарів слабокислої катіонообмінної смоли розміщають у двох колонках. 13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розділення з використанням одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли здійснюють при значенні рН більше 5, переважно більше 5,5, і розділення з використанням одного або декількох частково ущільнених шарів слабокислої + катіонообмінної смоли здійснюють при значенні рН менше 4,5, для Н -форми смоли або при рН + + + + більше 9, для Na -, K - або Nа /K -форм смоли. 14. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що об'єм вказаних частин, збагачених бетаїном і щонайменше одним іншим компонентом, становить від 15 до 50 % від об'єму шару слабокислої катіонообмінної смоли (смол). 15. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказану частину, збагачену бетаїном і щонайменше одним іншим компонентом, переміщають як змішану переміщувану фракцію. 16. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додатково здійснюють циркуляцію вказаної фракції, збагаченої щонайменше одним іншим компонентом, в МРШ-системі розділення як замінника елюенту шляхом введення цієї фракції щонайменше в один із вказаних одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли, і вказаний щонайменше один інший компонент вилучають із вказаних одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли. 17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що вказаний щонайменше один інший компонент вилучають в залишкову фракцію. 18. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додатково здійснюють циркуляцію частини залишкової фракції всередині вказаного одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли шляхом введення цієї фракції як замінника елюенту у вказаний один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли. 19. Спосіб за п. 16 або п. 18, який відрізняється тим, що вказану циркуляцію здійснюють шляхом введення вказаної фракції в місцеположення, яке вибране з а) місцеположення між послідовними порціями сировини, b) місцеположення між послідовними профілями і с) місцеположення в середині профілю розділення. 20. Спосіб за п. 16 або п. 18, який відрізняється тим, що елюентом є вода, і до 30 % елюючої води заміняють вказаною фракцією, збагаченою щонайменше одним іншим компонентом, або вказаною частиною залишкової фракції. 21. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що іншим компонентом, що підлягає виділенню, є гліцерин. 22. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що інший компонент, що підлягає виділенню, вибирають із органічної кислоти й інозиту. 23. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вказаний один або декілька частково ущільнених шарів системи розділення створюють один або декілька окремих контурів. 24. Спосіб за п. 23, який відрізняється тим, що система розділення містить у собі контур, у який входить частково ущільнений шар (шари) сильнокислої катіонообмінної смоли. 25. Спосіб за п. 23, який відрізняється тим, що система розділення містить у собі контур, у який входить частково ущільнений шар (шари) слабокислої катіонообмінної смоли, а також частково ущільнений шар (шари) сильнокислої катіонообмінної смоли. 26. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що ферментаційним розчином на основі цукрового буряка є барда. 27. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вміст сухої речовини в сировинному розчині системи розділення становить від 30 до 50 %. 28. Спосіб виділення бетаїну й гліцерину з ферментаційного розчину на основі цукрового буряка, який відрізняється тим, що 17 UA 105206 C2 5 10 15 здійснюють розділення в хроматографічній (МРШ) системі розділення, що містить у собі один або декілька частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли й один або декілька частково ущільнених шарів слабокислої катіонообмінної смоли, при цьому об'єм шару (шарів) слабокислої катіонообмінної смоли становить від 20 до 40 % від загального об'єму шару (шарів) смол у системі, розчин пропускають через шар (шари) сильнокислої катіонообмінної смоли з утворенням профілю розділення, у який входить частина профілю розділення, збагачена бетаїном і гліцерином, і одержанням залишкової фракції, і вказану частину профілю розділення, збагачену бетаїном і гліцерином, переміщують й пропускають через шар (шари) слабокислої катіонообмінної смоли для виділення бетаїнової фракції й одержання фракції, збагаченої гліцерином, і здійснюють циркуляцію вказаної фракції, збагаченої гліцерином, в системі розділення методом моделювання рухливого шару як замінника елюенту шляхом введення цієї фракції щонайменше в один із вказаних одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли, причому гліцерин вилучають із вказаних одного або декількох частково ущільнених шарів сильнокислої катіонообмінної смоли. 18 UA 105206 C2 19 UA 105206 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 20
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюSeparation process
Автори англійськоюSarmala, Paivi, Paananen, Hannu, Saary, Pia, Kekalainen, Kati, Kuisma, Jarmo
Автори російськоюСармала Паиви, Паананен Ханну, Саари Пиа, Кекалайнен Кати, Куисма Ярмо
МПК / Мітки
МПК: B01D 15/36, B01D 15/18
Мітки: спосіб, розділення
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/22-105206-sposib-rozdilennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб розділення</a>
Попередній патент: Роторний диск
Наступний патент: Спосіб флюсовакуумної обробки рідкого металу
Випадковий патент: Спосіб фунгіцидної і бактерицидної обробки ікри риб