close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14859

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14859
(13) C1
(19)
B 01D 15/08
(2006.01)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
(21) Номер заявки: a 20050635
(22) 2003.12.30
(31) 20030007
(32) 2003.01.02 (33) FI
(85) 2005.08.02
(86) PCT/FI2003/000989, 2003.12.30
(87) WO 2004/060526, 2004.07.22
(43) 2005.12.30
(71) Заявитель: ФИННФЕЕДС ФИНЛАНД ОЙ (FI)
(72) Авторы: ПААНАНЕН, Ханну; ХЕЙККИЛА, Хейкки; ЛЕВАНДОВСКИ,
Яри; ВАРТЕВА, Эско (FI)
(73) Патентообладатель: ФИННФЕЕДС
ФИНЛАНД ОЙ (FI)
(56) US 4565216 A, 1986.
US 5354460 A, 1994.
RU 2146553 C1, 2000.
RU 2191616 C1, 2002.
US 4537217 A, 1985.
US 5324426 A, 1994.
US 5846411 A, 1998.
SU 1761234 A1, 1992.
BY 14859 C1 2011.10.30
(57)
1. Устройство для распределения текучей среды в колонну с неподвижным или с
псевдоожиженным слоем, такую как хроматографическая разделительная колонна или
ионообменная колонна, или адсорбционная колонна, отличающееся тем, что содержит:
а) первую систему (1) транспортирования текучей среды для доставки потока текучей
среды в пункты (2) доставки; и
б) распределительную тарелку (3), содержащую
i) первые средства перемещения текучей среды для разделения потока текучей среды,
поступающего из пунктов (2) доставки, на несколько разделенных потоков текучей среды
и для распределения разделенных потоков текучей среды в колонну; и
Фиг. 3
BY 14859 C1 2011.10.30
ii) первые средства (6) регулирования разделенных потоков текучей среды за счет перепада давления в первых средствах перемещения текучей среды.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первые средства перемещения текучей
среды содержат:
первый вход (4) перемещения текучей среды для транспортирования потока текучей
среды из пункта (2) доставки в первый соединительный канал (5а),
первый соединительный канал (5а) для транспортирования потока текучей среды из
первого входа (4) перемещения текучей среды в распределительный канал (5b) и
распределительный канал (5b) для распределения потока текучей среды в колонну.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первые средства перемещения текучей
среды содержат:
первый вход (4) перемещения текучей среды для транспортирования потока текучей
среды из пункта (2) доставки в распределительный канал (5) и
распределительный канал (5) для распределения потока текучей среды в колонну.
4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один первый
вход (4) перемещения текучей среды является каналом.
5. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один первый
вход (4) перемещения текучей среды является полостью, имеющей круглую или удлиненную форму.
6. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один первый
вход (4) перемещения текучей среды соединен с распределительным каналом (5) через
первые средства (6) регулирования разделенных потоков текучей среды.
7. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно первое
средство (6) регулирования разделенных потоков текучей среды расположено до распределительного канала (5; 5b).
8. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно первое
средство (6) регулирования разделенных потоков текучей среды расположено после распределительного канала (5; 5b).
9. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно первое
средство (6) регулирования разделенных потоков текучей среды расположено до соединительного канала (5а).
10. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно первое
средство (6) регулирования разделенных потоков текучей среды расположено после соединительного канала (5а).
11. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что первые средства (6) регулирования разделенных потоков текучей среды содержат сопло или отверстие между входом (4)
перемещения текучей среды и распределительным каналом (5).
12. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что первые средства (6) регулирования разделенных потоков текучей среды содержат сопло или отверстие между входом (4)
перемещения текучей среды и соединительным каналом (5а).
13. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что первые средства (6) регулирования разделенных потоков текучей среды содержат сопло или отверстие между соединительным каналом (5а) и распределительным каналом (5b).
14. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что первые средства (6) регулирования разделенных потоков текучей среды содержат диск с отверстиями, расположенный
после распределительных каналов (5; 5b).
15. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что распределительная тарелка (3) разделена на несколько секций (7; 8).
16. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что текучая среда распределяется в
колонну, по меньшей мере, из части длины распределительных каналов (5; 5b).
2
BY 14859 C1 2011.10.30
17. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения
распределительного канала (5; 5b) уменьшается от первых средств (6) регулирования разделенных потоков текучей среды к концу распределительного канала.
Изобретение относится к устройствам распределения текучей среды в колонне. Изобретение также относится к способам применения устройств, выполненных согласно
настоящему изобретению.
Устройство распределения согласно настоящему изобретению можно использовать в
реакторах или колоннах с неподвижным слоем или с псевдоожиженным слоем, таких как
хроматографические разделительные колонны, ионообменные колонны, адсорбционные
колонны и пр.
Общая проблема, характерная для устройств распределения, заключается в том, что
распределяемую текучую среду вводят в колонну по трубе с диаметром относительно небольшим по сравнению с диаметром колонны. Текучую среду необходимо распределять
равномерно по всей площади поперечного сечения колонны, причем с минимальной временной задержкой и с минимальным распределением временной задержки. Это обстоятельство является особо важным и трудноосуществимым, если площадь поперечного
сечения колонны большая и/или особенно если длина колонны короткая. Устройства как
распределения, так и сбора должны иметь минимальный объем смешения фронтов текучей среды. Это означает, что, например, во время работы хроматографической колонны
градиент концентрации между, например, исходным материалом и элюентом постоянно
должен быть определенным, и соблюдение этого требования также обеспечивает возможность введения, при необходимости, профиля разделения в последующую колонну. Для
сведения к минимуму объема смешения устройства должны быть близко связаны с материалом насадки колонны. При этом устройства должны быть выполнены таким образом,
чтобы исключить засорение устройства распределения или сбора материалом насадки.
Если устройства распределения и/или сбора расположены полностью вне материала
насадки колонны, то при этом они обеспечивают возможность получения геометрически
идеальной формы для слоя насадки материала колонны. Устройства распределения и сбора также должны иметь низкий перепад давления.
В патенте США 4537217 описаны сепаратор текучей среды и способ распределения
текучей среды для хроматографических применений. Этот сепаратор текучей среды содержит распределительные тарелки, имеющие рекурсивные каналы на одной своей стороне и равномерно распределенные отверстия на своей другой стороне. Рекурсивные
каналы имеют по существу одинаковую длину и аналогичное геометрическое сопротивление потоку. Также приводится пример применения каналов с рекурсивными тройниковыми соединениями. Но эта реализация имеет несколько недостатков. Одно из
осуществлений изобретения согласно этому патенту США применяется только в колонне
с квадратным поперечным сечением. Этот патент США также описывает техническое решение для колонн круглого поперечного сечения. Если оно используется в круглых колоннах, то этот сепаратор имеет распределительные отверстия, расположенные в
участках, определяемых периметрами концентрических кругов. Но применение для колонн с круглым поперечным сечением очень трудно масштабировать для использования в
колоннах с диаметром, существенно большим 0,3 м.
В патенте США 4604199 описана фильтрационная колонна, дно которой имеет чередующиеся гребни и впадины. Во впадинах находятся трубы с разветвлениями, имеющие
равномерно распределенные мелкие отверстия на их нижних частях и окруженные сетчатыми фильтрами или клинообразными трубами. Трубы с разветвлениями выходят в собирающие трубы, которые в свою очередь идут к выпускному отверстию. Этот вид
компоновки сопряжен с механическими и конструкционными проблемами, обусловлен3
BY 14859 C1 2011.10.30
ными расширением и сокращением материала насадки колонны. Одна из трудностей, связанных с этим видом компоновки, заключается в том, что это устройство вызывает сильное смешение поступающих фронтов текучей среды, и это означает, что сепарационная
среда не в состоянии эффективно работать. Сильное смешение фронтов текучей среды
вызвано тем, что устройство выполнено внутри материала насадки колонны.
В патенте США 5423982 описана колонна жидкостной хроматографии, выполненная с
возможностью химической стерилизации на месте. Колонна содержит распределитель для
распределения текучей среды, проходящей по каналу распределения текучей среды над
всем отверстием. Распределителем предпочтительно является металлическая пластина либо в виде многослойного фильтра из агломерированного металла, либо в виде перфорированной пластины, диаметр отверстий которой меньше размера диаметра частиц полимера;
либо в виде одиночного слоя из тканой и/или агломерированной нержавеющей стали,
приваренного к металлическому кольцу.
В патенте США 5324426 описана хроматографическая колонна, в которой одна или
более из концевых тарелок, образующих колонну, имеют площадки и канавки особой конструкции для распределения входящей жидкости по площади поперечного сечения колонны. Распределительные тарелки имеют радиально ориентированные проходы для текучей
среды, глубина которых уменьшается от центра тарелки к ее периметру.
В патенте США 5141635 описан распределитель текучей среды, содержащий сепаратор, представляющий собой диск из пористого материала, и распределительную тарелку,
на поверхности которой выполнены кольцевые каналы, соединенные трубопроводами с
линией подачи/выпуска. Эти каналы соединены отверстием в тарелке, имеющей перепад
давления. Перепад давления обратно пропорционален площади каналов. В этом патенте
США также описано использование пористых тарелок между слоем полимера и распределительными тарелками, которые предотвращают вход полимера в каналы.
В патенте США 5354460 описана система перемещения текучей среды с распределителем однородной текучей среды. В этом распределителе используются понижающие
сопла с рекурсивными каналами потоков. Понижающие сопла расположены рядом друг с
другом в концентрических кольцах вокруг центрального сборника.
В патенте США 4565216 описано устройство для гравиметрического распределения
жидкости для колонн массопередачи и теплопередачи. Устройство использует емкость с
выпускными трубами, множество отдельных распределителей в виде патрубков и дозирующих устройств между емкостью и отдельными распределителями для дозирования
разделенных потоков жидкости в отдельные распределители. Согласно этому патенту
США, поперечное сечение колонны разделено на 6 секторов и на шестиугольную центральную часть.
Кочергин и Киэрни [Zuckerindustrie. - 126 (2001). - № 1. - С. 51-54] описывают фрактальные структуры для распределения текучей среды. В этом случае термин "фрактальный" означает по существу одинаковые рекурсивные генерирования разделений потока в
каналы. Обеспечение нужной степени рабочих показателей означает, что в сконструированных фракталах необходимо использовать большое число генерирований, и это обстоятельство очень усложняет системы и делает их дорогостоящими.
Проблемы, связанные с описываемыми выше техническими решениями известного
уровня техники, следующие: неэффективное распределение жидкости по всей площади
поперечного сечения или неэффективный сбор жидкости со всей площади поперечного
сечения колонны; либо усложненная и дорогостоящая конструкция устройства распределения и/или сбора, особенно в случае использования крупных колонн. Неэффективные
распределение или сбор текучей среды, например, при работе хроматографической колонны приводят к смешению фронтов, к увеличению временной задержки и к увеличенному распределению временной задержки. "Фронт текучей среды" означает градиент
концентрации между разными компонентами двигающейся фазы, например градиент кон4
BY 14859 C1 2011.10.30
центрации между поступающим веществом и элюентом. Временной задержкой в устройстве распределения и/или сбора является объем устройства, деленный на расход текучей
среды. Распределением временной задержки является разброс по времени распределения/сбора. "Минимальное распределение временной задержки" означает, что вводимая в
колонну текучая среда распределяется от каждой точки устройства распределения по существу одновременно или что текучая среда, вытекающая из колонны, собирается с каждой точки в устройстве сбора по существу одновременно. Многие решения известного
уровня техники сопряжены с большими объемами смешения фронтов текучей среды.
Смешение фронтов текучей среды приводит к разбавлению в колонне. Это дополнительно
приводит к тому, что эффективность материала насадки колонны снижается, и это означает, что разделение нужных компонентов будет неадекватным либо для такового отделения
потребуется более крупный объем материала насадки колонны. Если в колонне имеет место разбавление, то вследствие этого растут эксплуатационные расходы.
Целью настоящего изобретения является создание устройства распределения в колонну, которое устраняет упоминаемые выше недостатки. Цель, согласно настоящему изобретению, достигается посредством создания устройства для распределения текучей среды
в колонну с неподвижным или с псевдоожиженным слоем, такую как хроматографическая
разделительная колонна, или ионообменная колонна, или адсорбционная колонна, отличия которого в том, что оно содержит первую систему транспортирования текучей среды
для доставки потока текучей среды в пункты доставки; и распределительную тарелку, содержащую первые средства перемещения текучей среды для разделения потока текучей
среды, поступающего из пунктов доставки, на несколько разделенных потоков текучей
среды, и для распределения разделенных потоков текучей среды в колонну; и первые
средства регулирования разделенных потоков текучей среды за счет перепада давления в
первых средствах перемещения текучей среды. Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Устройство распределения согласно настоящему изобретению решает проблему равномерного распределения текучей среды в колонне с минимальной временной задержкой,
минимальным распределением временной задержки и минимальным смешением фронтов
текучей среды.
Устройство распределения согласно настоящему изобретению содержит средства перемещения текучей среды, в частности распределительные каналы, из которых текучую
среду можно распределять в колонну. Текучую среду можно распределять в колонну равномерно со всей длины распределительного канала или с части распределительного канала. Это обеспечивается средствами регулирования потоков текучей среды в разделенные
секции тарелки. Средства регулирования потоков текучей среды обеспечивают перепад
давления, который обусловливает равномерное распределение потока текучей среды.
Средством регулирования потока текучей среды могут быть сопла или отверстия.
Сопла или отверстия могут находиться между входом перемещения текучей среды и распределительным каналом, между входом перемещения текучей среды и соединительным
каналом или между соединительным каналом и распределительным каналом.
Средство регулирования потока текучей среды может также быть диском с отверстиями. Диск с отверстиями может находиться после распределительных каналов.
Равномерное распределение текучей среды также обеспечивается такой конструкцией
средств перемещения текучей среды, благодаря которой площадь поперечного сечения
средств перемещения текучей среды уменьшается с уменьшением количества потока текучей среды в средствах перемещения текучей среды.
Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что текучая среда распределяется и собирается равномерно по всей площади поперечного сечения колонны,
например хроматографической колонны, с минимальной временной задержкой, минимальным распределением временной задержки и минимальным смешением фронтов теку5
BY 14859 C1 2011.10.30
чей среды. Текучая среда также распределяется с минимальной турбулентностью по всему
поперечному сечению колонны. Отсутствие временной задержки и минимальное распределение временной задержки при распределении текучей среды во время разделения
улучшает разделение нужных частиц. Еще одно преимущество настоящего изобретения
заключается в том, что когда устройство распределения согласно настоящему изобретению используется в колонне, например в хроматографической колонне, то смешение объемов фронтов текучей среды минимальное. Небольшой объем смешения фронтов текучей
среды улучшает использование материала насадки колонны. Это означает, что улучшение
разделения нужной продукции можно обеспечить с меньшим количеством материала
насадки колонны. Все эти обстоятельства также снижают материальные затраты.
Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что материал насадки
колонны содержится отдельно от устройства распределения и материал насадки колонны
не засоряет устройство распределения. Еще одно преимущество устройства распределения согласно настоящему изобретению заключается в том, что оно выполнено с возможностью работы с низким перепадом давления. Одно из преимуществ настоящего
изобретения заключается также в том, что применение данного устройства распределения
вызывает меньшее разбавление и при использовании его улучшается работа установки.
Это обстоятельство также приводит к меньшему потреблению энергии, например, по той
причине, что требуются более низкие концентрации. Устройство согласно настоящему
изобретению также легко очищается, и обеспечивается его легкая установка и демонтаж
на колонне. Одно из преимуществ настоящего изобретения заключается также в том, что
оно особо применимо в колоннах, имеющих большую площадь поперечного сечения и небольшую длину слоя.
Ниже приводится более подробное описание изобретения на примерах предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - боковая проекция устройства распределения, содержащего первую систему 1
транспортирования текучей среды, распределительные пункты 2 доставки и распределительную тарелку 3;
фиг. 2 - горизонтальная проекция сверху устройства распределения, которое содержит
первую систему 1 транспортирования текучей среды, распределительные пункты 2 доставки и верхнюю тарелку 3а колонны;
фиг. 3 - распределительная тарелка 3, которая содержит распределительные пункты 2,
первую центральную деталь 7, несколько первых секторов 8, первые входы 4 перемещения текучей среды, распределительные каналы 5 и первые средства 6 регулирования разделенных потоков;
фиг. 4 - разделительная система, которая содержит устройство 17 распределения, разделительную колонну 19 и устройство 18 сбора;
фиг. 5 - распределительная тарелка 3, которая содержит первую центральную деталь 7
и несколько первых секторов 8 и в которой несколько первых секторов 8 разделены на два
кольца;
фиг. 6 - распределительная тарелка 3, содержащая первые входы 4 перемещения текучей среды, первые соединительные каналы 5a и распределительные каналы 5b;
фиг. 7 - профиль концентрации, элюируемый из испытательной колонны согласно
примеру 1.
Устройство распределения текучей среды, согласно настоящему изобретению, содержит:
а) первую систему 1 транспортирования текучей среды для доставки текучей среды в
пункты 2 доставки; и
б) распределительную тарелку 3, содержащую
i) первые средства 4; 5; 5a; 5b перемещения текучей среды для разделения потока текучей среды, поступающего из пунктов 2 доставки, на несколько разделенных потоков и
дополнительного распределения разделенных потоков; и
6
BY 14859 C1 2011.10.30
ii) первые средства 6 регулирования разделенных потоков текучей среды в первые
разделенные секции за счет перепада давления.
Первую систему 1 транспортирования текучей среды можно выполнить с помощью
труб, показанных на фиг. 2. Ее также можно выполнить с помощью главной тарелки.
Главная тарелка содержит каналы для транспортирования текучей среды, или же главную
тарелку можно выполнить с помощью труб, встроенных в тарелке. Главную тарелку целесообразно расположить внутри колонны между верхней тарелкой 3а колонны и распределительной тарелкой 3.
Первыми средствами перемещения текучей среды могут быть, например, первые входы 4 перемещения текучей среды или первые каналы 5; 5a; 5b. Первыми входами перемещения текучей среды могут быть, например, каналы, либо они могут иметь круглую или
удлиненную форму. Каналами могут быть соединительные каналы 5а или распределительные каналы 5, 5b.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, распределительная тарелка содержит первые входы 4 перемещения текучей среды и распределительные
каналы 5. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, распределительная тарелка содержит первые входы 4 перемещения текучей среды и первые соединительные каналы 5a, соединяющие первые входы 4 перемещения текучей среды с
распределительными каналами 5b. Форма первых входов перемещения текучей среды
может быть разной, например круглой или удлиненной.
Распределительная тарелка 3 разделена на несколько первых секций, которые содержат первую центральную деталь 7 и несколько первых секторов 8. Первая центральная
деталь 7 имеет по существу форму многоугольника, предпочтительно имеет форму правильного многоугольника. Первая центральная деталь может иметь, например, форму
квадрата, пятиугольника, шестиугольника, или восьмиугольника, или прямоугольника с
еще большим числом сторон. Первая центральная деталь может также иметь круглую
форму. Первая центральная деталь предпочтительно имеет форму восьмиугольника. Распределительная тарелка может быть также выполнена без первой центральной детали.
Первые секторы 8 могут быть одним или несколькими кольцами вокруг первой центральной детали 7. Обычно первые секторы образуют одно кольцо вокруг первой центральной
детали, но если диаметр колонны относительно крупный (например, более 1 м), то первые
секторы могут быть в двух или более кольцах вокруг первой центральной детали. Число
первых секторов 8 в кольце, соседнем с первой центральной деталью 7, предпочтительно
соответствует числу сторон первой центральной детали. Например, если первая центральная деталь имеет форму восьмиугольника, то число первых секторов кольца, соседнего с
центральной деталью, составляет 8. Число первых секторов на внешнем кольце, например,
в два раза больше числа первых секторов во внутреннем кольце, соседнем с ними. Это
означает, что если первая центральная деталь имеет форму восьмиугольника, то число
первых секторов в кольце, соседнем с первой центральной деталью, составляет 8, и число
первых секторов в кольце, соседнем с первым кольцом, составляет от 14 до 16. Площадь
первой центральной детали, предпочтительно, приблизительно равна площади каждого
первого сектора, либо площадь первой центральной детали предпочтительно в два раза
больше площади первого сектора.
В устройстве распределения согласно настоящему изобретению можно использовать
опорную пластину. Секторы распределительной тарелки можно прикрепить к опорной
пластине.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, первые средства
перемещения текучей среды на распределительной тарелке 3 содержат первые входы 4
перемещения текучей среды, из которых текучая среда проходит через первые средства 6
регулирования разделенных потоков в распределительные каналы 5. Первые средства 6
регулирования разделенных потоков имеют такие размеры, что количество текучей среды,
7
BY 14859 C1 2011.10.30
проходящей через первые средства, соотносится с распределительной площадью, обслуживаемой соответствующим распределительным каналом. Первые входы 4 перемещения
текучей среды могут быть перпендикулярными к распределительным каналам 5, и, предпочтительно, пункт 2 доставки находится приблизительно в середине первого входа 4 перемещения текучей среды. Перепад давления первого средства регулирования
разделенных потоков, предпочтительно, значительно превышает перепад давления, происходящий в других частях распределительной тарелки.
Первые входы 4 перемещения текучей среды и распределительные каналы 5 могут
быть на одной и той же стороне распределительной тарелки, но, как правило, распределительная тарелка 3 содержит первые входы 4 перемещения текучей среды на внешней стороне распределительной тарелки и распределительные каналы 5 - на внутренней стороне
распределительной тарелки. Внешняя сторона распределительной тарелки в этом контексте означает ту сторону распределительной тарелки, которая обращена наружу от материала насадки колонны, например хроматографического полимера в колонне. Внутренняя
сторона распределительной тарелки в этом контексте означает ту сторону распределительной тарелки, которая обращена внутрь материала насадки колонны в колонне. Первые
входы перемещения текучей среды и распределительные каналы можно также выполнить
с помощью труб.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, первые средства перемещения текучей среды на распределительной тарелке 3 имеют первые входы 4
перемещения текучей среды, из которых текучая среда проходит через первые средства 6
регулирования разделенных потоков в первые соединительные каналы 5a. Первые соединительные каналы 5a соединяют первые входы 4 перемещения текучей среды и распределительные каналы 5b. Из распределительных каналов 5b текучая среда распределяется по
поперечному сечению колонны. Первые соединительные каналы 5a и распределительные
каналы 5b можно также выполнить с помощью труб. Первые средства 6 регулирования
разделенных потоков могут также располагаться между первыми соединительными каналами 5a и распределительными каналами 5b. Первые средства 6 регулирования разделенных потоков имеют такие размеры, при которых количество текучей среды, проходящей
через первые средства регулирования разделенных потоков, соотносится с площадью распределения, обслуживаемой соответствующим распределительным каналом.
Первые входы 4 перемещения текучей среды и/или соединительные 5a и распределительные 5b каналы могут находиться на одной и той же стороне распределительной тарелки, но, как правило, распределительная тарелка 3 имеет первые входы 4 перемещения
текучей среды и соединительные каналы 5a на внешней стороне распределительной тарелки и распределительные каналы 5b - на внутренней стороне распределительной тарелки. Внешняя сторона распределительной тарелки в этом контексте означает ту сторону
распределительной тарелки, которая обращена наружу от материала насадки колонны,
например слоя хроматографического полимера в колонне. Внутренняя сторона распределительной тарелки в этом контексте означает ту сторону, которая обращена к материалу
насадки колонны в колонне. Первые входы 4 перемещения текучей среды и распределительные каналы 5b могут быть также выполнены с помощью труб.
Первые средства 6 регулирования разделенных потоков содержат сопла и/или отверстия. Распределительная тарелка также может быть выполнена без сопел, но с отверстиями, например с помощью диска с отверстиями.
Расстояния между каналами предпочтительно являются постоянными. В распределительной тарелке распределительные каналы выполнены таким образом, что длина распределительных каналов на единицу площади предпочтительно, по существу, постоянна на
всей распределительной тарелке.
Конструкция распределительных каналов такова, что она обеспечивает равномерное
распределение текучей среды по всей площади поперечного сечения колонны. Размеры
8
BY 14859 C1 2011.10.30
распределительных каналов обеспечивают равномерный и по существу неизменный линейный расход, например, для раствора воды и сахара это означает, что линейный расход
составляет 0,21 м/с в каналах. Для сохранения линейного потока неизменным в первых
входах перемещения текучей среды площадь поперечного сечения входа 4 перемещения
текучей среды предпочтительно уменьшается постепенно от пункта 2 доставки к концу
первого входа перемещения текучей среды. Для сохранения линейного потока неизменным в первых распределительных каналах площадь поперечного сечения распределительного канала 5 уменьшается постепенно от первых средств 6 регулирования разделенного
потока, например от сопла или отверстия, к концу распределительного канала. Размер
распределительных каналов 5 рассчитан таким образом, что равномерное количество текучей среды из расчета на единицу площади распределяется по распределительным каналам в материал насадки колонны. Объемная скорость потока текучей среды по каналам
уменьшается, поскольку текучая среда выходит из канала. Эта конструкция каналов сводит к минимуму временную задержку, распределение временной задержки и объем смешения фронтов текучей среды, распределяемых в колонну. Соотношение суммы значений
длины каналов с единицей площади предпочтительно является по существу постоянным
по всей распределительной тарелке.
Распределительную тарелку можно выполнить из подходящего металла или пластмассы, например из нержавеющей стали или полисульфона. Тарелка содержит каналы,
которые выполнены в ней, например, фрезерованием, травлением, пропилкой или формованием.
Первые средства, которые постоянно отделяют материал насадки от распределительной тарелки, можно использовать в устройстве распределения. Эти средства могут быть
выполнены, например, в виде сетчатого фильтра или сетки, и они могут находиться между
распределительной тарелкой и материалом насадки колонны. Сетчатый фильтр или сетка
препятствуют перемещению материала насадки колонны в распределительные каналы
распределительной тарелки и блокированию им каналов. Сетчатым фильтром или сеткой
может быть комбинация сеток из нержавеющей стали или металлическая агломерированная пластина, или их комбинация, например, от Dynapore и Fujiplate; либо это может быть
сетчатый фильтр, выполненный из конической проволоки от Johnson Screens или Euroslot
S.A. Одна из задач сетки или сетчатого фильтра, устанавливаемых перед материалом
насадки колонны, заключается в устранении излишней кинетической энергии. Распределение текучей среды можно улучшить путем размещения дополнительной сетки или сетчатого фильтра в колонне после распределительных каналов.
Настоящее изобретение также относится и к способу распределения текучей среды в
колонне, при выполнении которого используется описываемое выше устройство распределения текучей среды и согласно которому:
а) направляют текучую среду в первую систему 1 транспортирования текучей среды;
б) доставляют текучую среду в пункты 2 доставки;
в) распределяют текучую среду из пунктов 2 доставки в первые входы 4 текучей среды;
г) распределяют текучую среду из первых входов 4 перемещения текучей среды в распределительные каналы 5; 5b, по выбору, через первые средства 6 регулирования разделенных потоков и через первые соединительные каналы 5a; и
д) распределяют текучую среду из распределительных каналов 5; 5b равномерно по
поперечному сечению колонны.
Настоящее изобретение может применяться и в разделительной системе, например в
хроматографической системе разделения, которая содержит описанное выше устройство
распределения 17 текучей среды, устройство сбора 18 текучей среды и разделительную
колонну 19.
Настоящее изобретение может быть отнесено и к способу разделения, например к способу хроматографического разделения, включающему:
9
BY 14859 C1 2011.10.30
i) этап распределения, на котором используют описанное выше устройство распределения текучей среды и при этом
а) направляют текучую среду в первую систему 1 транспортирования текучей среды;
б) доставляют текучую среду в пункты 2 доставки;
в) распределяют текучую среду из пунктов 2 доставки в первое средство 4 перемещения текучей среды;
г) распределяют текучую среду из первых средств 4 перемещения текучей среды в
распределительные каналы 5; 5b через первые средства 6 регулирования разделенных потоков и, по выбору, через первые соединительные каналы 5a; и
д) равномерно распределяют текучую среду из распределительных каналов 5; 5b по
всему поперечному сечению колонны; и
ii) этап сбора, на котором используют устройство сбора текучей среды, например, следущим образом:
е) равномерно собирают текучую среду с поперечного сечения колонны в собирающие
каналы;
ж) транспортируют текучую среду из собирающих каналов во вторые средства перемещения текучей среды через вторые средства регулирования разделенных потоков и, по
выбору, через вторые соединительные каналы, где все вторые средства относятся к
устройству сбора;
з) транспортируют текучую среду из вторых средств перемещения текучей среды в
пункты сбора, относящиеся к устройству сбора текучей среды; и
и) транспортируют текучую среду из пунктов сбора во вторую систему транспортирования текучей среды.
Настоящее изобретение также может быть отнесено и к способу перемещения градиента концентрации или части градиента концентрации из одной колонны в последующую
колонну. Этот способ включает в себя этапы сбора градиента концентрации с помощью
устройства сбора из нижней части колонны, перемещения градиента концентрации,
например, по трубе и распределения градиента концентрации в следующую колонну с помощью устройства распределения согласно настоящему изобретению.
Пример 1
Хроматографическое испытание.
Испытательное оборудование состояло из колонны (например, колонны, показанной
на фиг. 4), расходного резервуара и резервуара элюента, насоса исходного раствора и водяного насоса для элюента, а также впускных клапанов для обоих исходных потоков.
Оборудование также включает в себя денситометр (Micro Motion) для измерения течения
и плотности исходящего потока и регулятор расхода для регулирования входящего потока
и потока элюента в колонну. На колонне также были установлены манометры для измерения давления жидкости в выбранных для измерения точках: давления (P1) входной жидкости и жидкостного давления слоя полимера после подающего устройства (P2). Манометр P2 жидкостного давления был изолирован от слоя полимера сетчатым фильтром.
Высота слоя материала насадки колонны составляла 1 м, и диаметр слоя материала
насадки колонны составлял 1 м. Насадкой колонны был катионообменный полимер геля
сильной кислоты (MitsubishiUBK 530) в Na+-форме.
В качестве исходного материала использовали 10-процентный по весу чистый раствор сукрозы. Исходный материал и воду элюента использовали при температуре 85 °C.
Колонну и разделительный полимер нагревали постоянным потоком элюента. На первом
этапе 40 литров исходного раствора закачивались в колонну со скоростью 40 л/мин. На
втором этапе 500 литров воды элюирования закачивались в колонну со скоростью
40 л/мин. На фиг. 12 показан профиль концентрации, элюирующий из испытательной
колонны.
10
BY 14859 C1 2011.10.30
Согласно фиг. 7 можно вычислить, что число теоретических тарелок (N) превышает
70 шт. и высота теоретической тарелки (HETP) не превышает 1,5 см. Эти расчеты величин
эффективности колонны основаны на следующих уравнениях:
N = 16·(Vr/Wi)2,
(1)
HETP = L/N,
(2)
где Vt - пиковое удержание в % от объема слоя,
Wi - тангенциальная ширина пика, в %, объема слоя,
L - длина колонны.
В таблице представлены значения показаний манометров P1 и P2 в испытательных
условиях при водном потоке элюирования величиной 40 л/мин.
P1
0,91
Давление, бар
Фиг. 1
P2
0,79
Фиг. 2
Фиг. 4
Фиг. 5
11
BY 14859 C1 2011.10.30
Фиг. 6
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
12
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
632 Кб
Теги
патент, by14859
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа