Спосіб фракціонування за допомогою хроматографічного процесу, який імітує рухомий шар

1 Способ фракционирования раствора на две или более фракций посредством хроматографического процесса, имитирующего подвижный слой, отличающийся тем, что система разделения содержит по крайней мере два профиля разделения в одном и том же контуре 2 Способ по п 1 , отличающийся тем, что процесс, имитирующий подвижный слой, представляет собой последовательный процесс, имитирующий подвижный слой 3 Способ по п 1 , отличающийся тем, что процесс, имитирующий подвижный слой, представляет собой непрерывный процесс, имитирующий подвижный слой 4 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что часть компонента, имеющего наивысшую скорость миграции, отводят перед фазой циркуляции 5 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что колонны образуют один или более контуров 6 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что колонна или колонны содержат несколько частичных упаковочных слоев 7 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упаковочный материал представляет собой сильнокислую ионообменную смолу 8 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что число колонн равно 1-20, предпочтительно 2-8 9 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что элюентом является вода 10 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что скорость потока равна 0,5-15м3/ч/м2, предпочтительно 3-10м3/ч/м2 11 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сырой материал выбирают из группы, состоящей из мелассы, барды, сиропов фруктозы/глюкозы, соков, полученных из свеклы, смесей инвертированных Сахаров, гидролизатов крахмала, гидролизатов древесины, растворов молочной сыворотки и других содержащих лактозу растворов, растворов, содержащих аминокислоты, ферментационных бульонов, содержащих различные органические кислоты, такие как лимонная кислота, гидролизатов багассы и особенно растворов, содержащих инозит, маннит, сорбит, ксилит, эритрит, глутаминовую кислоту и/или глицерин 12 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сырым материалом является барда 13 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сырым материалом является меласса 14 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сырым материалом является сульфитная варочная жидкость 15 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что продукт(ы) выбирают из группы, состоящей из глюкозы, фруктозы, сахарозы, бетаина, инозита, маннита, глицерина, ксилита, ксилозы, сорбита, эритрита, органических кислот, особенно аминокислот, таких как глутаминовая кислота О го 1 Ю 57739 Настоящее изобретение относится к способу фракционирования раствора на две или более фракций, обогащенных различными компонентами В частности, изобретение относится к способу фракционирования раствора путем хроматографического процесса, имитирующего подвижный слой, в котором поток жидкости создают в системе, содержащей одну или несколько колонн, содержащих один или несколько частичных упаковочных слоев Растворенные вещества, находящиеся в исходном материале, разделяют в частичных упаковочных слоях и образуют профиль разделения (например, сухие твердые вещества) Колонны/частичные упаковочные слои образуют один или несколько контуров Новая система разделения содержит, по меньшей мере, два профиля разделения в одном и том же контуре Профиль разделения формируется подаваемым раствором и рециркулируемым сухим веществом Профиль разделения представляет собой полный или по существу полный профиль сухих твердых веществ Новый хроматографический способ способен существенно улучшить разделительную способность Фракционирование раствора, содержащего много растворенных веществ, на фракции, обогащенные различными компонентами, часто необходимо для того, чтобы извлечь желательные компоненты оптимально чистыми Способ изобретения может быть использован для проведения такого фракционирования Сульфитный варочный раствор, например, может быть фракционирован этим способом так, чтобы получить фракцию, богатую моносахаридами, и/или фракцию, богатую лигносульфонатами Кроме того, таким путем может быть фракционирована меласса или барда, чтобы получить фракции, богатые сахаром, таким как сахароза, и/или бетаином, например Способ изобретения особенно хорошо подходит для разделения веществ, которые трудно поддаются выделению из содержащих их смесей К таким смесям относятся сиропы фруктозы/глюкозы, соки, полученные из свеклы, смеси инвертированных Сахаров, гидролизаты крахмала, гидролизаты древесины, растворы молочной сыворотки и другие содержащие лактозу растворы, растворы, содержащие аминокислоты, ферментационные бульоны, содержащие различные органические кислоты, такие как лимонная кислота, гидролизаты багассы (жома сахарного тростника) и особенно растворы, содержащие инозит, маннит, сорбит, ксилит, эритрит, глутаминовую кислоту и/или глицерин В непрерывно действующих процессах хроматографического разделения в настоящее время обычно используют метод, имитирующий подвижный слой, который используют для разнообразных применений Метод, имитирующий подвижный слой, может быть последовательным или непрерывным или может содержать комбинацию из непрерывного и последовательного метода В непрерывном процессе, имитирующем подвижный слои, все жидкие потоки обычно текут непрерывно Потоками являются подача исходного раствора и элюента, циркуляция жидкой смеси и отвод продуктов Скорость потока для этих потоков может быть отрегулирована в соответствии с целями разделения (выход, чистота, производительность) Обычно в контур объединяют от 8 до 20 частичных упаковочных слоев Пункты подачи элюента и исходного материала и отвода продукта циклически сдвигают в направлении вниз по потоку в упаковочном слое Учитывая подачу элюента и исходного раствора, отвод продуктов и поток через упаковочный слой, формируют профиль сухих твердых веществ в этом слое Компоненты, имеющие более низкую скорость миграции в упаковочном слое, концентрируются в тыльном наклоне профиля разделения, например, профиль сухих твердых веществ, в то время как компоненты, имеющие более высокую скорость миграции, концентрируются во фронтальном наклоне Пункты введения исходного раствора и элюента и пункты отвода продуктов циклически сдвигают по существу при той же скорости, при которой профиль сухих твердых веществ движется в слое Пункты подачи элюента и исходного материала и пункты отвода продукта циклически сдвигают с помощью клапанов для исходного материала и продукта, размещенных вдоль упаковочного слоя, обычно около расположенного вверх по потоку и вниз по потоку конца каждого такого слоя Если желательны фракции продукта очень высокой чистоты, должны использоваться короткие времена цикла и многочисленные упаковочные слои (аппарат имеет необходимые клапаны и питающее и отводящее оборудование) В последовательном процессе, имитирующем подвижный слой, некоторые из жидких потоков не текут непрерывно Потоками являются подача исходного раствора и элюента, циркуляция жидкой смеси и отвод продуктов (фаза элюирования от двух до четырех или более продуктов) Скорость потока и объемы различных исходных материалов и фракций продуктов могут быть отрегулированы в соответствии с целями разделения (выход, чистота, производительность) Процесс обычно содержит три основные фазы подачу, элюирование и циркуляцию Во время фазы подачи исходный раствор и возможно также элюент при одновременной фазе элюирования вводят в заранее определенные частичные упаковочные слои и одновременно отводят продуктовую фракцию или фракции Во время фазы элюирования элюент вводят в заранее определенный частичный упаковочный слой или в заранее определенные слои и во время этих фаз отводят две, три или даже четыре продуктовые фракции Во время фазы циркуляции не подают ни исходный раствор, ни элюент к частичным упаковочным слоям и никаких продуктов не отводят Способ этого изобретения может быть либо непрерывным, либо последовательным, или 57739 комбинацией из непрерывного и последовательного процесса Непрерывный процесс, имитирующий подвижный слой, раскрыт, например, в патенте США №2985589 (Broughton et al) В соответствии с этим процессом, смесь, которая должна быть фракционирована, вводят в один частичный упаковочный слой, а элюент вводят в другой такой слой, и по существу одновременно отводят две продуктовые фракции Там имеются, по меньшей мере, четыре частичных упаковочных слоя, образующих единственный контур с непрерывной циркуляцией, и пункты подачи и отвода продукта сдвигают циклически в направлении вниз по потоку в упаковочном слое Подобный способ описан в патенте США №4412866 (Schoenrock et al) Последовательные процессы, имитирующие подвижный слой, описанный, например, в заявке Великобритании №2240053 и патентах США №№4332623 (Ando et al), 4379751 (Yontomi et al) и 4970002 (Ando et al) Последовательный процесс, имитирующий подвижный слой, используемый для извлечения бетаина и сахарозы из свекольной мелассы, описан в патенте США №5127957 В этих способах осуществляют циркуляцию только одного полного или по существу полного профиля сухих твердых веществ в частичном контуре упаковочного слоя Также находящиеся на рассмотрении финские заявки данных заявителей №930321 от 26 января 1993 и №932108 от 19 мая 1993 относятся к последовательному способу, имитирующему подвижный слой, первая относится к фракционированию мелассы и последняя к фракционированию сульфитной варочной жидкости Как описано в этих заявках, способ, имитирующий подвижный слой, может включать многочисленные контуры, однако в каждом контуре осуществляют циркуляцию единственного профиля сухих твердых веществ Финский патент №86416 (патент США №5127957), относящийся к указанному выше, раскрывает способ извлечения бетаина и сахарозы из свекольной мелассы с использованием последовательного процесса, имитирующего подвижный слой Хром ато графическая система содержит по меньшей мере 3 хроматографических частичных упаковочных слоя последовательно В этом способе бетаин и сахарозу отделяют во время одной и той же последовательности, содержащей фазу загрузки мелассы, когда исходную мелассу подают к одному из указанных частичных упаковочных слоев и элюент-воду подают по существу одновременно к другому из указанных слоев, фазу подачи элюента и фазу циркуляции Их повторяют от одного до нескольких раз во время последовательности В способе, раскрытом в указанной выше Финской заявке №930321, жидкий поток создают в системе, содержащей, по меньшей мере, два частичных упаковочных слоя, и продукт или продукты извлекают во время многостадийной последовательности Последовательность содержит фазы загрузки, элюирования и циркуляции Во время фазы циркуляции жидкость, присутствующую в частичных упаковочных слоях, с ее профилем сухих твердых веществ, заставляют циркулировать в двух или более контурах, содержащих один, два или более упаковочных слоев, Контур может быть закрытым или "открытым", другими словами, когда осуществляют циркуляцию жидкости в одном контуре, элюент может быть введен в другой контур и продуктовая фракция может быть отведена оттуда Во время загрузки и элюирования поток через упаковочные слои может иметь место между последовательными контурами, где потоки несут материал от одного контура к другому Во время фазы циркуляции контур закрывают и отделяют от других контуров, В каждом контуре осуществляют циркуляцию только одного профиля сухих твердых веществ Финская заявка данных заявителей № 941866 раскрывает имитирующий подвижный слой способ непрерывного фракционирования растворов с использованием ионообменных смол двух или нескольких различных ионных форм, так что профиль сухих твердых веществ, сформировавшийся при прохождении раствора через хроматографический упаковочный материал, имеющий первую ионную форму, направляют к хроматографическому упаковочному слою, имеющему вторую ионную форму без повторного смешивания частично отделенных компонентов, и/или так что стадии концентрирования и прокачивания раствора, включенные в известные ранее способы фракционирования растворов с упаковочными слоями двух различных ионных форм, могут быть исключены Патент США №5198120 (Masuda et al) раскрывает способ фракционирования тройного или многокомпонентного раствора методом, имитирующим подвижный слой, с использованием ряда из нескольких колонн Клапан, прерывающий циркуляцию, находится в ряду между колоннами Раствор для фракционирования подают в колонну, размещенную сразу после прерывающего клапана в направлении вниз по потоку, и одновременно одну или несколько продуктовых фракций отводят из колонны, размещенной выше по потоку Во время комбинированной фазы элюирования и циркуляции осуществляют циркуляцию раствора в контуре, содержащем внутренний ряд колонн Европейская заявка №663224 (заявитель Mitsubishi) раскрывает способ фракционирования тройного или многокомпонентного раствора методом, имитирующим подвижный слой, с использованием ряда из четырех колонн В этом способе контур может содержать от двух до четырех колонн, однако в контуре осуществляют циркуляцию только одного профиля сухих твердых веществ Данное изобретение относится к способу фракционирования раствора путем хроматографического процесса, имитирующего подвижный слой, где поток жидкости создают в системе, содержащей одну или несколько колонн, содержащих один или несколько частичных 57739 упаковочных слоев Растворенные вещества, находящиеся в исходном материале, разделяют в частичных упаковочных слоях и образуют профиль разделения (например, сухих твердых веществ) Колонны/частичные упаковочные слои образуют один или несколько контуров Новый способ характеризуется тем, что система разделения содержит, по меньшей мере, два профиля разделения в одном и том же контуре Профиль разделения формируют подаваемым раствором и рециркулируемым сухим веществом Профиль разделения содержит все компоненты, присутствующие в исходном материале, т е компоненты, имеющие низкую скорость миграции, компоненты, имеющие промежуточную скорость миграции, и компоненты, имеющие высокую скорость миграции Соответственно, профиль разделения является полным или по существу полным профилем сухих твердых веществ Предпочтительно, часть компонента, имеющего наивысшую скорость миграции, отводят перед фазой циркуляции Новый хроматографический способ способен существенно улучшить разделительную способность По сравнению с более ранними хроматографическими процессами, например, новый способ обеспечивает разделительную способность, улучшенную на несколько процентов, например, при разделении мелассы, в то время как эксплуатационные характеристики продуктовой фракции остаются по существу такими же Используемый хроматографический аппарат содержит одну колонну или несколько колонн, соединенных последовательно, трубопроводы для жидкости, соединяющие колонны, контейнеры раствора и элюента, трубопроводы для сырья и элюента, рециркуляционный и питающий насосы, теплообменники, трубопроводы для отвода продуктовой фракции и клапаны, регуляторы потока и давления, и встроенные датчики концентрации, плотности, оптической активности и проводимости Процесс поддерживают в состоянии равновесия и ход процесса разделения контролируют с помощью денсиметра Разделение регулируют микропроцессором, который контролирует объемные скорости потока и объемы загрузок с помощью устройств для измерения количества/объема, регуляторов температуры, клапанов и насосов Количество колонн от 1 до 20, предпочтительно от 2 до 8 Предпочтительно, колонна содержит один или несколько отдельных частных слоев насадки В качестве насадки колонны предпочтительно используют сильно кислую ионообменную смолу, такую как Fmex V09C (производитель Fmex Oy), Fmex V13C (производитель Fmex Oy), Fmex CS 11 GC (производитель Fmex Oy) или Purohte PCR 651 (производитель Purohte Co) Используемым элюентом предпочтительно является вода Скорость потока может находиться в диапазоне от 0,5 до 15м3/ч/м2, предпочтительно скорость потока - от 3 до 10м3/ч/м2 Пример 1 8 Двухпрофильное разделение мелассы Ряд колонн, используемых для разделения, содержит восемь отдельных частичных упаковочных слоев, четыре из которых образуют колонну в каждом случае, т е имеется две колонны Продуктовые фракции отводят из колонны 1 и колонны 2, остаточные фракции отводят из колонн 1 и 2, но фракцию сахарозы и бетаина отводят только из колонны 2, как и рецикловые фракции Условия испытания показаны в Таблице 1А Таблица 1А Условия испытания Температура разделения Высота слоя смолы Диаметр колонны 85°С 14м (1м/колонна) 11,1см Последовательность двухпрофильного разделения осуществляют в ряду колонн, где два отдельных профиля разделения, т е по существу полные профили сухих твердых веществ, заставляют одновременно циркулировать в процессе разделения Фракционирование осуществляют в последовательности из 8 стадий Последовательность имеет продолжительность цикла 38 минут и содержит следующие стадии Стадия 1 1,5 литра исходного раствора подают в колонну 1 при объемной скорости потока 50 л/ч и соответствующее количество рецикловой фракции элюируют из колонны 2 Стадия 2 5,5 литра исходного раствора (продолжение фазы загрузки) подают в колонну 1 при объемной скорости потока 50л/ч и соответствующее количество фракции сахарозы элюируют из колонны 2 Стадия 3 3,2 литра элюента-воды подают в колонну 1 при объемной скорости потока бОл/ч и соответствующее количество оставшейся части фракции сахарозы отводят из колонны 2 Стадия 4 Подачу элюента-воды в колонну 1 продолжают (3,3 литра, бОл/ч) и соответствующее количество рецикловой фракции элюируют из колонны 2 Стадия 5 Подачу элюента-воды в колонну 1 продолжают (5,0 литров, бОл/ч) и соответствующее количество фракции бетаина элюируют из колонны 2 Стадия 6 Подачу элюента-воды в колонну 1 продолжают (13,0 литров, 68л/ч) и соответствующее количество остаточной фракции элюируют из той же колонны Одновременно элюент-воду также подают в колонну 2 (10,0 литров, 73л/ч) и соответствующее количествооставшейся части фракции бетаина отводят из той же колонны Стадия 7 Подачу элюента-воды в колонну 2 продолжают (2,5 литра, 73л/ч) и соответствующее количество остаточной фракции элюируют из той же колонны Стадия 8 Циркуляция в контуре, образованном колоннами 1 и 2 (6,0 литров, 75л/ч) Последовательность, содержащую эти стадии, повторяют восемь раз, чтобы уравновесить 57739 систему, после чего способ осуществляется в состоянии равновесия В состоянии равновесия отбирают образцы во время одной последовательности Состав сырого материала подаваемого раствора показан в Таблице 1В Таблица 1В Анализ сырого материала Состав, % сухих твердых веществ Трисах Саха Моноса ариды роза хариды 2,8 57,6 0,6 Содержание сухих твердых веществ г/1 ООг рН Проводимость мС/см Бетаин Кальций 7,6