[**]

Изобретение относится к трехпрофильному хроматографическому последовательному способу отделения с SMB и выделения продуктов, таких как сахара и бетаин, из многокомпонентных растворов исходной реакционной смеси. В способе изобретения фракции продукта и необязательно рециркулирующие фракции собирают из нескольких положений хроматографической системы отделения. Способ изобретения может применяться к отделению сахарозы и бетаина от растворов на основе сахарной свеклы и к отделению сахаров, например ксилозы, от гидролизатов на растительной основе, например.

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к трехпрофильному хроматографическому последовательному способу отделения с SMB и выделения продуктов, таких как сахара и бетаин, из многокомпонентных растворов исходной реакционной смеси. В способе изобретения фракции продукта и необязательно рециркулирующие фракции собирают из нескольких положений хроматографической системы отделения. Способ изобретения может применяться к отделению сахарозы и бетаина от растворов на основе сахарной свеклы и к отделению сахаров, например ксилозы, от гидролизатов на растительной основе, например.

---

Евразийское (21) 201290971 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2013.07.30
(22) Дата подачи заявки 2011.03.29
(51) Int. Cl.
B01D 15/18 (2006.01) C13K13/00 (2006.01) C13B 35/06 (2006.01) C07C 229/12 (2006.01)
(54) СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ
(31) 61/318,950; 61/349,307
(32) 2010.03.30; 2010.05.28
(33) US
(86) PCT/FI2011/050264
(87) WO 2011/121181 2011.10.06
(71) Заявитель:
ДЮПОН НЬЮТРИШН БАЙОСАЙЕНСИЗ АПС (DK)
(72) Изобретатель:
Айраксинен Юрки, Паананен Ханну, Левандовски Яри, Лайхо Кари (FI)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU) (57) Изобретение относится к трехпрофильному хроматографическому последовательному способу отделения с SMB и выделения продуктов, таких как сахара и бетаин, из многокомпонентных растворов исходной реакционной смеси. В способе изобретения фракции продукта и необязательно рециркулирующие фракции собирают из нескольких положений хроматографической системы отделения. Способ изобретения может применяться к отделению сахарозы и бетаина от растворов на основе сахарной свеклы и к отделению сахаров, например ксилозы, от гидролизатов на растительной основе, например.
2420-188418ЕА/061
СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ
Область изобретения
[0001] Настоящее изобретение относится к области хроматографического отделения и, в частности, к хроматографическому фракционированию растворов, содержащих сахара, сахарные спирты, сахарные кислоты и/или бетаин, с помощью хроматографических последовательных многопрофильных способов с псевдодвижущимся слоем (SMB). Растворы, как правило, являются многокомпонентными экстрактами и гидролизатами на растительной основе и их производными, такими как растворы на основе сахарной свеклы или растительные гидролизаты, содержащие ксилозу. Многопрофильный способ с SMB изобретения нацелен на улучшение отделительной способности способа, при сохранении или даже повышении выхода и/или чистоты продуктов, и/или соотношения воды к исходной реакционной смеси системы.
Предпосылки изобретения
[0002] Патенты США 6875349 В2, 6572775 В2 и 6572776 В2 раскрывают способ и систему для фракционирования раствора на две или несколько фракций с помощью хроматографического способа с псевдодвижущимся слоем (SMB), где система отделения включает по меньшей мере два профиля отделения в одной петле. Способ с SMB может быть непрерывным или последовательным. Описывается, что два профиля формируют путем добавления по меньшей мере двух порций раствора исходной реакционной смеси на систему перед восстановлением из нее фракций продукта (колонка 5, линии 911) . Также описывается, что вода может быть использована в качестве элюента и что вода может быть добавлена между или после добавлений раствора исходной реакционной смеси для подтверждения отсутствия перекрывания двух профилей отделения
(колонка 5, линии 11-14). Также описывается, что может быть два или три параллельных действия в пределах одного этапа отделения
(колонка б, линии 7-8) . Более того, описывается, что два или более профилей передвигаются во всем слое смолы (все колонки в петле) (колонка 1, линии 32-34), то есть указанные по меньшей мере два профиля отделения присутствуют в петле, образованной
всеми колонками.
[0003] Подходящее сырье для фракционирования в способах вышеупомянутых патентов США может быть мелассой, бардой, сиропами фруктозы/глюкозы, соками, полученными из свеклы и древесными гидролизатами, например. Описывается, что высоко предпочтительное сырье включают мелассу, барду и сульфитный варочный щелок. Продукты, которые восстанавливают, включают, например, глюкозу, фруктозу, сахарозу, бетаин, инозитол, маннит, глицерин, ксилит, ксилозу, сорбитол и эритритол.
[0004] Примеры вышеупомянутых патентов США раскрывают
двухпрофильное отделение различного сырья, таких как меласса,
барда, смеси глюкозы/фруктозы и сток ксилита. Например, пример
1 патента США 6875349 В2 раскрывает двухпрофильное
последовательное отделение с SMB мелассы в системе отделения,
включающей две колонки (с восемью отдельными частичными
уплотненными слоями вместе). Фракционирование проводят в
восьмиэтапной последовательности с длительностью
последовательности 38 минут. Меласса, используемая в качестве исходного материала, содержит 57,6% сахарозы и 1,6% бетаина на DS. Фракционирование обеспечивает фракцию сахарозы с чистотой 90,1% по весу и фракцию бетаина с чистотой 43,1% по весу.
[0005] Пример 4 патента США 6875349 В2 раскрывает трехпрофильное последовательное отделение с SMB мелассы в системе отделения, включающей три отдельных колонки. Фракционирование проводят в восьмиэтапной последовательности с продолжительностью последовательности 43 минуты. Меласса, используемая в качестве исходного материала, содержит 60,4% сахарозы и 5,1% бетаина на DS. Фракционирование обеспечивает фракцию сахарозы с чистотой 92,7% по весу и фракцию бетаина с чистотой 36,6% по весу.
[0006] Пример 5 патента США 6875349 В2 раскрывает двухпрофильное непрерывное отделение с SMB мелассы, содержащей 59% сахарозы. Получают фракцию сахарозы, имеющую чистоту 87,8%.
[0007] Более того, дополнительный патент США 5466294 раскрывает хроматографический однопрофильный способ отделения сахарозы из мягкого сырого сока, полученного из сахарной
свеклы.
[0008] Патент США 6093326 раскрывает способ фракционирования мелассы с помощью хроматографической системы с SMB, где сахарозу и бетаин восстанавливают в ходе многоэтапной последовательности отделения в двух или более петлях. Пример 3 данного документа раскрывает способ фракционирования мелассы свеклы с этапом, включающим три фазы рециркуляции.
[0009] Тем не менее, многопрофильные хроматографические способы отделения, известные из уровня техники, имеют, например, недостаток в том, что отделительная способность, выход продукта и степени чистоты продукта не всегда находятся на приемлемом уровне. Следовательно, существует необходимость в улучшенных многопрофильных хроматографических способах отделения с увеличенной отделительной способностью, главным образом, при сохранении или даже повышении выхода и чистоты продуктов.
[0010] Более того, многопрофильные последовательные способы отделения с SMB, особенно с трехпрофильным режимом, для восстановления сахарозы и бетаина из растворов на основе сахарной свеклы, имеющих высокое содержание сахарозы (более 70%), не были предложены или раскрыты в уровне техники.
Определения, относящиеся к настоящему изобретению
[ООН] "Фракция продукта" представляет собой фракцию, полученную из хроматографического способа отделения и включающую компоненты продукта. Это может быть одна или несколько фракций продукта.
[0012] "Фракция остатка" или "остаточная фракция"
представляет собой фракцию, которая, главным образом, содержит
компоненты, отличные от компонентов продукта, который
восстанавливают. Указанные другие компоненты, как правило,
выбирают из солей, органических кислот и неорганических кислот
и их солей, например, уксусной кислоты, ксилоновой кислоты,
аминокислот, пигментных соединений, глицерина,
лигносульфонатов, олигосахаридов и т.п., в зависимости от исходного материала, а также Сахаров, сахарных спиртов и сахарных кислот, отличных от Сахаров, сахарных спиртов и
сахарных кислот продукта. Это может быть одна или несколько фракций остатка. Компоненты остаточной фракции (отличные от компонентов продукта) также называют "остаточные компоненты". Природа остаточных компонентов зависит от исходного материала.
[0013] "Рециркулирующая фракция" представляет собой
фракцию, которая включает не полностью разделенные соединения
продукта и которая имеет более низкую чистоту или является
более разбавленной, чем фракции продукта. Рециркулирующая
фракция возвращает обратно на отделение, чтобы скомбинировать с
исходной реакционной смесью. Рециркулирующую фракцию, как
правило, используют в качестве разбавителя исходной реакционной
смеси. Может также иметь место одно или несколько действий до
возвращения рециркулирующей фракции в колонку(и); например,
рециркулирующую(ие) фракцию(и) можно концентрировать
испарением. Может быть одна или несколько рециркулирующих фракций.
[0014] "Последовательность" или "последовательность отделения" представляет собой заданную последовательность этапов, которые непрерывно повторяют в последовательном хроматографическом способе отделения, включающем все этапы, которые необходимы для облегчения разделения компонентов исходной реакционной смеси на фракцию(и) продукта и другие фракции.
[0015] "Этап" включает один или несколько из фазы подачи, фазы элюирования, фазы циркуляции и фазы подачи ЧАСТИ.
[0016] В ходе фазы подачи, раствор исходной реакционной смеси вводят в заданный частичный уплотненный слой или заданные частичные уплотненные слои. В ходе фазы подачи и/или одной или нескольких других фаз могут извлекаться одна или несколько фракций продукта и одна или несколько остаточных фракций.
[0017] В ходе фазы элюирования элюент подают в заданные частичные уплотненные слои.
[0018] Элюент, как правило, выбирают из воды, ионообменной воды и конденсата из испарения.
[0019] В ходе фазы циркуляции, по сути, никакой раствор исходной реакционной смеси или элюент не подается на частичные
уплотненные слои и никакие продукты не извлекают.
[0020] В ходе фазы подачи части часть профиля отделения вводят обратно на отделение в качестве заместителя элюента. Фаза подачи части присутствует, когда применяют способы WO 2010/097510 А1 (США 2010-0213130 А1) и WO 2010/097511 А1 (США 2010-0212662 А1) к многопрофильному способу настоящего изобретения. Полное содержание перечисленных документов включено в данный документ ссылкой.
[0021] "SMB" относится к системе с псевдодвижущимся слоем.
[0022] В последовательной системе с SMB, не все из потоков жидкости (поставка раствора исходной реакционной смеси и элюента или ЧАСТИ, циркуляция профиля отделения, и извлечение продуктов, рециркулирующей фракции или ЧАСТИ) текут непрерывно.
[0023] "Исходная реакционная смесь" представляет собой количество раствора исходной реакционной смеси, введенное в колонку отделения в ходе одной последовательности.
[0024] "Подпрофиль" представляет собой профиль
концентрации одного компонента, также называемый пиком компонента.
[0025] "Профиль отделения" относится к профилю сухого вещества, образованному из растворенных веществ (DS), присутствующих в исходной реакционной смеси вследствие подачи элюента и раствора исходной реакционной смеси и текущих через слой смолы, полученному путем осуществления/повторения последовательности отделения.
[0026] "Часть профиля отделения" (равная "части" или "ЧАСТИ") относится к любому участку профиля отделения, который включает жидкость и компоненты в этом участке и который используют в качестве замещения элюента.
[0027] "Фаза подачи части" относится к введению части в систему отделения в качестве замещения элюента.
[0028] "Объем удерживания" (Rt) представляет собой объем подвижной фазы, необходимый для элюирования компонента или определенной точки профиля отделения через слой смолы. Объем удерживания компонента может быть выражен как % объема слоя смолы. В связи с настоящим изобретением объем удерживания, в
частности, относится к объему, необходимому для элюирования старта фракции компонента продукта (такой как фракция продукта ксилозы, фруктозы, бетаина или мальтозы) через колонку.
[0029] "Образование растянутого заднего края пика" относится к явлению, в котором нормальный пик Гаусса имеет коэффициент асимметрии больше 1. Образование растянутого заднего края пика наиболее часто вызывается местами на уплотнении, которые имеют более сильное, чем нормальное, удержание растворенного вещества.
[0030] "Пустота" или "объем пустот" в связи с настоящим изобретением относится к объему, необходимому для элюирования старта пика проводимости (соли) через колонку.
[0031] "BV" относится к объему слоя смолы колонок, частичных уплотненных слоев или системы отделения.
[0032] "Размывание пика" относится к рассеиванию хроматографического пика (профиля отделения) по мере того, как он движется через колонку.
[0033] "Объем этапов" (V) относится к объему подвижной фазы (включая исходную реакционную смесь, элюент и циркуляцию), который передвигает компонент, профиль отделения или его части через колонку(и) отделения от заданного этапа в последовательности отделения к другому заданному этапу в той же или следующих последовательностях. Объем этапов рассчитывают поэтапно путем суммирования объемов подвижной фазы, перенесенной на каждом этапе (объем, введенный в колонки на каждом этапе в ходе фаз подачи, элюирования и/или циркуляции и в ходе факультативной фазы подачи части).
[0034] "Положение введения элюента" относится к любому месту в хроматографической системе, где может быть введен элюент.
[0035] "DS" относится к содержанию растворенного сухого вещества. Равное "содержанию растворенных твердых веществ".
[0036] "Чистота компонента" относится к содержанию компонента на DS.
[0037] "Отделительная способность" относится к количеству продукта (кг сухого вещества)/объем отделительной смолы
(м3)/час (ч). Рециркулирующую фракцию и части, введенные в фазу подачи части не включают.
[0038] "Соотношение W/F" относится к соотношению объема элюента-воды к объему исходной реакционной смеси. Краткое описание изобретения
[0039] Настоящее изобретение относится к способу отделения и восстановления продуктов, таких как сахара, сахарные спирты, сахарные кислоты, органические кислоты и бетаин, из растворов исходной реакционной смеси на растительной основе с помощью хроматографической многопрофильной последовательной системы с псевдодвижущимся слоем (SMB). Изобретение основано на восстановлении фракций продукта и/или рециркулирующих фракций из нескольких положений многопрофильной последовательной хроматографической системы отделения с SMB. На практике, фракции продукта и/или рециркулирующие фракции собирают из нескольких колонок хроматографической системы отделения. Цели изобретения достигаются способом, который характеризуют тем, что утверждается в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
[0040] Неожиданно было обнаружено, что способ изобретения обеспечил улучшенные отделительные способности, выходы продуктов и степени чистоты продуктов по сравнению с многопрофильными системами отделения, известными из уровня техники.
Описание изобретения
[0041] Изобретение относится к способу отделения и восстановления по меньшей мере одного продукта из раствора исходной реакционной смеси, содержащего по меньшей мере одно соединение продукта, выбранное из Сахаров, сахарных спиртов, сахарных кислот, органических кислот и бетаина, при этом способ проводят в хроматографической последовательной системе с псевдодвижущимся слоем (SMB), которая включает множество колонок, содержащих один или несколько частичных уплотненных слоев, где колонки образуют одну или несколько петель, включающий:
[0042] создание трех последовательных профилей отделения в системе путем повторения заданной последовательности отделения, при которой указанные три последовательных профиля отделения одновременно присутствуют в системе, и каждый профиль отделения включает по меньшей мере один подпрофиль продукта, остаточный подпрофиль и факультативно другие подпрофили;
[0043] передвижение указанных трех профилей отделения вперед через систему путем повторения заданной последовательности отделения, и
[0044] восстановление по меньшей мере одной фракции продукта, обогащенной одним соединением продукта, из колонки и также восстановление по меньшей мере одной дополнительной фракции из одной или нескольких других колонок системы, при этом указанная по меньшей мере одна дополнительная фракция представляет собой дополнительную фракцию продукта, обогащенную тем же соединением продукта и/или рециркулирующую фракцию, содержащую то же соединение продукта.
[0045] В способе изобретения компоненты продукта могут быть выбраны из Сахаров, сахарных спиртов, сахарных кислот, органических кислот и бетаина.
[0046] Сахара могут быть выбраны из ксилозы, фруктозы, глюкозы, маннозы, арабинозы, галактозы, рамнозы, фукозы, сахарозы, раффинозы, мальтозы, левоглюкозана, рибозы, изомальтулозы, тагатозы, трегалозы, трегалулозы и псикозы.
[0047] В связи с настоящим изобретением, сахара также включают олигомерные соединения, такие как ксило-олигосахариды, мальто-олигосахариды, фрукто-олигосахариды и полидекстроза.
[0048] Сахарные спирты могут быть выбраны из ксилитола, маннитола, сорбитола, инозитола, мальтитола, изомальта, глицерина и эритритола.
[0049] Сахарные кислоты могут быть выбраны из гидроксикислот, карбоновых кислот, таких как альдоновые кислоты, например, ксилоновая кислота, глюконовая кислота и итаконовая кислота, и уроновых кислот, таких как глюкуроновая кислота и галактуроновая кислота, например.
[0 050] Органические кислоты могут быть выбраны, например,
из аминокислот, таких как глютаминовая кислота.
[0051] Особенно предпочтительные компоненты продукта в связи с настоящим изобретением представляют собой сахарозу, бетаин и ксилозу.
[0 052] Остаточные компоненты, как правило, выбирают из солей, неорганических кислот и их солей, например, серная кислота и сернистая кислота, аминокислоты, пигментные соединения, глицерин, лигносульфонаты, олигосахариды и т.п., в зависимости от исходного материала, а также Сахаров, сахарных спиртов, сахарных кислот и органических кислот, отличных от Сахаров, сахарных спиртов, сахарных кислот и органических кислот продукта.
[0053] Например, в отделении Сахаров, сахарных спиртов и сахарных кислот от гидролизатов на растительной основе, таких как отработанный сульфитный щелок, остаточные компоненты, главным образом, включают лигносульфонаты, олигосахариды, соли, органические кислоты (например, уксусная кислота и ксилоновая кислота), и неорганические кислоты, и т.п. В отделении бетаина от растворов на основе сахарной свеклы, таких как меласса и барда, данные остаточные компоненты, главным образом, включают соли, пигментные соединения, органические кислоты и их соли, аминокислоты, глицерин, и моно-, ди- и трисахариды, и т.п. В отделении тростниково-сахарной мелассы остаточные компоненты, главным образом, включают соли, пигментные соединения, моно-, ди- и трисахариды.
[0054] Исходные материалы, содержащие один или несколько компонентов продукта, выбранных из Сахаров, сахарных спиртов, сахарных кислот, органических кислот и бетаина, представляют собой, как правило, многокомпонентные экстракты и гидролизаты на растительной основе или их производные. Отработанный сульфитный щелок, крахмальный гидролизат и растворы на основе сахарной свеклы, такие как зеленая патока низшей кристаллизации, меласса, сырой сок, густой сок, загрузки перегонного куба и их продукты ферментации, такие как барда, могут быть упомянуты в качестве примеров подходящих исходных материалов.
[0055] Один вариант осуществления изобретения включает отделение Сахаров, сахарных спиртов и сахарных кислот от гидролизатов на растительной основе, экстрактов на растительной основе и их производных. Гидролизаты на растительной основе могут быть получены из растительного материала, включая древесный материал из различных видов древесины, особенно древесины твердых пород, таких как береза, осина и бук, клен, эвкалипт, различные части зерна (такие как солома, особенно пшеничная солома, шелуха, особенно кукурузная и ячменная шелуха, и стержни кукурузных початков, и кукурузные волокна), багасса, скорлупа кокосовых орехов, пленки хлопковых семян, скорлупа миндальных орехов и т.п. Экстракты на растительной основе могут быть, например, водными, паровыми, щелочными или спиртовыми экстрактами растений, описанных выше. Производные гидролизатов и экстрактов на растительной основе могут быть различными продуктами последующей обработки, такими как их продукты испарения или фракции из мембранных способов.
[0056] В одном конкретном варианте осуществления изобретения гидролизат на растительной основе для отделения Сахаров, сахарных спиртов и сахарных кислот, таких как ксилоза, представляет собой отработанный щелок, полученный в результате процесса варки. Стандартный отработанный щелок, пригодный в настоящем изобретении, представляет собой отработанный щелок сульфитной варки, который предпочтительно получают из кислотной сульфитной варки. Один пример пригодного гидролизата представляет собой прегидролизат из сульфатной варки.
[0057] В одном варианте осуществления изобретения ксилозу отделяют от древесного гидролизата, такого как отработанный щелок сульфитной варки.
[0058] В дополнительном конкретном варианте осуществления ксилозу отделяют от стока ксилозы, полученного в результате кристаллизации ксилозы. В дополнительном конкретном примере изобретения ксилитол отделяют от стока ксилитола после гидрогенизации ксилозы и кристаллизации ксилитола.
[0059] В дополнительном конкретном варианте осуществления ксилитол или эритритол отделяют от ферментативных бульонов.
[0060] Еще дополнительный вариант осуществления изобретения включает отделение бетаина из раствора на основе сахарной свеклы, такой как зеленая патока низшей кристаллизации, меласса и барда.
[0061] В данном изобретении указанная зеленая патока низшей кристаллизации относится к сиропу на основе сахарной свеклы, содержащему 71-85% сахарозы и 2-10% бетаина на DS. Более того, зеленая патока низшей кристаллизации включает другие компоненты (например, соли, пигментные соединения, органические кислоты, аминокислоты и т.п.) в стандартном количестве 13-27% на DS. Стандартный пример пригодного исходного материала в настоящем изобретении представляет собой зеленую патоку низшей кристаллизации, содержащую приблизительно 72% сахарозы, 3-6% бетаина и 20-25% золы (соли) и другие неорганические/органические компоненты.
[0062] Другой вариант осуществления изобретения включает отделение фруктозы от смеси глюкозы и фруктозы, таких как растворы инвертированной сахарозы, растворы изомеризованной глюкозы и их смеси, а также стоки, полученные в результате кристаллизации фруктозы.
[0063] Дополнительный вариант осуществления изобретения включает отделение мальтозы от крахмальных гидролизатов, таких как сиропы мальтозы. Еще дополнительный вариант осуществления изобретения включает отделение мальтитола от сиропа мальтитола после гидрогенизации мальтозы.
[00 64] В предпочтительных вариантах осуществления изобретения раствор исходной реакционной смеси выбирают из гидролизатов экстрактов на растительной основе, сиропов фруктозы/глюкозы, смесей инвертного сахара и крахмальных гидролизатов. В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения гидролизаты и экстракты на растительной основе выбирают из растворов на основе сахарной свеклы и древесных гидролизатов. Растворы на основе сахарной свеклы, в частности, выбирают из зеленой патоки низшей кристаллизации, мелассы, густого сока и сырого сока и их содержащих бетаин фракций. Древесные гидролизаты главным
образом выбирают из отработанного щелока сульфитной варки.
[0065] Хроматографическая система отделения настоящего изобретения включает множество колонок, что относится к более чем одной колонке. В стандартном варианте осуществления изобретения система включает три или несколько колонок отделения, содержащих один или несколько частичных уплотненных слоев. В предпочтительном варианте осуществления изобретения система включает по меньшей мере три колонки, например, 3-12 колонок, предпочтительно 6-9 колонок.
[0066] В стандартном варианте осуществления изобретения колонки имеют одинаковый размер. Колонки могут также иметь различный размер по отношению друг к другу. Колонки могут также быть разделены на два или более компартментов.
[00 67] Хроматографические отделительные смолы в частичных уплотненных слоях системы отделения могут быть выбраны из тех, что обычно используют для отделения вышеописанных компонентов продукта из многокомпонентных экстрактов и гидролизатов на растительной основе и их производных. В частности, пригодные смолы представляют собой сильнокислые катиониты (SAC) и слабокислые катиониты (WAC), но могут быть использованы даже слабоосновные аниониты (WBA) и сильноосновные аниониты (SBA). Катиониты (SAC и WAC) могут находиться в одновалентной, двухвалентной или трехвалентной форме, такой как в форме Н+, Na+, К+, Са2+, Mg2+, Zn2+, Sr2+, Ва2+ или А13+.
[0068] Смолы могут быть стироловыми или акриловыми смолами, имеющими степень образования поперечных связей в диапазоне 1-20%, например, 4-10% DVB (дивинилбензол), предпочтительно 4,5-7,5% DVB. Степень образования поперечных связей смол, как правило, воздействует на объем удерживания компонентов. Стандартный средний размер частиц смол составляет 200-450 мкм.
[00 69] Колонки/частичные уплотненные слои системы образуют одну или несколько петель. В предпочтительном варианте осуществления изобретения система включает петлю, образованную всеми колонками системы в одном или нескольких этапах последовательности отделения, то есть существует петля от
последней колонки до первой колонки системы.
[0070] Петля может быть закрытой или "открытой". В закрытой петле жидкость циркулирует, и по сути, ничего не подают или не извлекают из петли. В открытой петле элюент, или исходная реакционная смесь, или ЧАСТЬ может быть введена в петлю и фракция продукта или остаточная фракция, или ЧАСТЬ, или рециркулирующая фракция может быть извлечена из нее. В ходе фазы подачи, элюирования и подачи части, поток через слои наполнителя может иметь место между последующими петлями, где потоки несут материал от одной петли к другой. В ходе фазы циркуляции петлю закрывают и отделяют от других петель.
[0071] Последовательный способ с SMB настоящего изобретения включает последовательности, этапы и фазы. Последовательности, этапы и фазы определены выше. Может быть от 1 до 4 параллельных одинаковых или различных фаз (выбранных из подачи, элюирования и/или циркуляция и факультативно подачи части) в одном этапе отделения.
[0 072] Фракционирование проводят, используя вышеупомянутые последовательности, этапы и фазы, при которых профиль отделения (то есть профиль сухого вещества) образован в колонках отделения из растворенных веществ, присутствующих в исходной реакционной смеси. Профиль отделения включает, по меньшей мере, один подпрофиль продукта, остаточный подпрофиль и факультативно другие подпрофили.
[0073] В настоящем изобретении фракционирование осуществляют путем создания трех профилей отделения повторением заданной последовательности отделения и перемещения профилей отделения вперед в систему с SMB путем повторения последовательности. Последовательность должна повториться по меньшей мере три раза для элюирования профиля через всю систему с SMB.
[0074] В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанные три профиля отделения присутствуют в петле, образованной всеми колонками системы.
[0075] В дополнительном варианте осуществления изобретения способ может включать этап, где колонки образуют три отдельные
петли, и профиль отделения перемещается вперед в каждой петле, то есть один профиль отделения присутствует в каждой из трех петель. Например, колонки 1 и 2, колонки 3 и 4, а также колонки 5 и б в шестиколоночной системе могут образовывать три отдельные петли и профиль отделения перемещается вперед предпочтительно одновременно в каждой петле. Факультативная трехпетельная конфигурация облегчает предпочтительное удаление пигмента до остаточных фракциях.
[0076] Как правило, первая колонка системы представляет собой колонку исходной реакционной смеси системы.
[0077] Объем исходной реакционной смеси выбирают так, чтобы колонки были способны отделить соединение продукта от других компонентов исходной реакционной смеси с необходимыми выходами для обеспечения фракций продукта с необходимой чистотой. В одном варианте осуществления изобретения объем исходной реакционной смеси может быть от 4,5 до 10% от общего объема слоя.
[0078] Концентрация исходной реакционной смеси (содержание сухого вещества) , как правило, составляет от 40 до 65 г сухого вещества/100 г раствора исходной реакционной смеси и предпочтительно от 45 до 55 г сухого вещества/100 г раствора исходной реакционной смеси.
[0079] Водные интервалы между последовательными профилями на выходе колонок минимизируют, и может даже иметь место перекрывание между последовательными профилями отделения, в отличие от патента США 6875349 В2. В частности, это касается варианта осуществления изобретения, который относится к отделению сахарозы и бетаина от растворов на основе сахарной свеклы. Может иметь место перекрывание между подпрофилем бетаина и остаточным подпрофилем последовательных профилей отделения.
[008 0] Трехпрофильный режим настоящего изобретения обеспечивает, в качестве дополнительного преимущества, короткие промежутки времени последовательности. В трехпрофильном режиме данного изобретения время последовательности является коротким (например, 3 0 минут) по сравнению с двухпрофильным режимом
(например, 4 7 минут). Соответственно, однопрофильный режим будет занимать приблизительно в два раза больше, чем 4 7 минут, то есть приблизительно 94 минуты.
[0081] В итоге, способ изобретения включает восстановление по меньшей мере одной фракции продукта, обогащенной одним соединением продукта из одной колонки, а также восстановление по меньшей мере одной дополнительной фракции из одной или нескольких других колонок системы, при этом указанная по меньшей мере одна дополнительная фракция представляет собой дополнительную фракцию продукта, обогащенную тем же соединением продукта, и/или рециркулирующую фракцию, содержащую то же соединение продукта. Фракции продукта восстанавливают и извлекают из процесса и предпочтительно комбинируют. Рециркулирующие фракции циркулируются обратно на отделение для разведения исходной реакционной смеси. Комбинированный объем рециркулирующих фракций, как правило, находится в диапазоне от 5 до 50% объема исходной реакционной смеси.
[0082] Указанную по меньшей мере одну фракцию продукта, обогащенную одним соединением продукта, предпочтительно восстанавливают из последней колонки системы.
[0083] В способе данного изобретения последняя колонка относится к последней колонке вниз по ходу потока от колонки исходной реакционной смеси. Колонка исходной реакционной смеси является обычно первой колонкой системы.
[0084] Указанную по меньшей мере одну дополнительную фракцию, выбранную из дополнительной фракции продукта, обогащенной тем же соединением продукта, и рециркулирующей фракции, содержащей то же соединение продукта, восстанавливают из одной или нескольких других колонок системы, которые предпочтительно выбирают из любых колонок системы против хода потока в отношении колонки, из которой указанную по меньшей мере одну фракцию продукта восстанавливают.
[0085] В одном варианте осуществления изобретения указанную по меньшей мере одну фракцию продукта, обогащенную одним соединением продукта, и указанную по меньшей мере одну дополнительную фракцию, выбранную из дополнительной фракции
продукта, обогащенной тем же соединением продукта и рециркулирующей фракции, содержащей то же соединение продукта, восстанавливают из одного и того же профиля отделения в ходе более чем одной последовательности отделения.
[0086] В другом варианте осуществления изобретения указанную по меньшей мере одну фракцию продукта, обогащенную одним соединением продукта, и указанную по меньшей мере одну дополнительную фракцию, выбранную из дополнительной фракции продукта, обогащенной тем же соединением продукта, и рециркулирующей фракции, содержащей то же соединение продукта, восстанавливают из более чем одного профиля отделения в ходе одной и той же последовательности отделения.
[0087] Неожиданно, было обнаружено, что собирание фракций продукта и/или рециркулирующих фракций из нескольких колонок (нескольких положений системы отделения) согласно настоящему изобретению сделало возможным вместить три профиля отделения в систему с SMB.
[0088] В дополнительном варианте осуществления изобретения
способ также включает восстановление других фракций, таких как
остаточные фракции. Этот режим работы облегчает размещение трех
профилей в системе с SMB и также облегчает восстановление
фракций продукта с высоким выходом и чистотой. Остаточные
фракции, не содержащие, по сути, продукт, извлекают из
множества колонок. Другими словами, остаток извлекают из
колонок, как только необходимый продукт отделяют от них.
Следовательно, размер остаточного пика/подпрофиля
(пик/подпрофиль соли) будет снижаться, пока протекает фракционирование, что ведет к дополнительно сниженному образованию растянутого переднего края пика/подпрофиля продукта. Этот режим действия может быть применен, например, для восстановления сахарозы и бетаина из растворов на основе сахарной свеклы.
[0089] В дополнительном варианте осуществления изобретения способ дополнительно включает восстановление одной или нескольких дополнительных фракций, обогащенных по меньшей мере одним дополнительным соединением продукта. Указанным одним
соединением продукта может быть, например, сахароза, и указанным дополнительным соединением продукта может быть, например, бетаин.
[0090] В дополнительном варианте осуществления изобретения способ включает восстановление по меньшей мере одной фракции сахарозы из колонки и по меньшей мере одной дополнительной фракции сахарозы из одной или нескольких других колонок системы и также восстановление по меньшей мере одной фракции бетаина из любых колонок системы. В этом варианте осуществления изобретения способ может дополнительно включать восстановление по меньшей мере одной рециркулирующей фракции, содержащей сахарозу, из одной или нескольких других колонок системы.
[0091] В еще дополнительном варианте осуществления изобретения способ включает восстановление по меньшей мере одной фракции ксилозы из колонки и также восстановление по меньшей мере одной дополнительной фракции ксилозы и/или по меньшей мере одной рециркулирующей фракции, содержащей ксилозу, из одной или нескольких других колонок системы.
[0092] В одном специфическом варианте осуществления изобретения изобретение относится к способу восстановления сахарозы и бетаина из раствора на основе сахарной свеклы в хроматографической последовательной системе с псевдодвижущимся слоем (SMB), которая включает множество колонок, содержащих один или несколько частичных уплотненных слоев, где колонки образуют одну или несколько петель, включающий:
[0093] создание трех последовательных профилей отделения в системе путем повторения заданной последовательности отделения, при этом указанные три последовательных профиля отделения одновременно присутствуют в системе, и каждый профиль отделения включает подпрофиль сахарозы, подпрофиль бетаина, остаточный подпрофиль и факультативно другие подпрофили;
[0094] передвижение указанных трех профилей отделения вперед через систему путем повторения заданной последовательности отделения, и
[0095] восстановление по меньшей мере одной фракции сахарозы из колонки и по меньшей мере одной дополнительной
фракции сахарозы из одной или нескольких других колонок системы, а также восстановление одной или нескольких фракций бетаина из любых колонок системы.
[0096] Раствор на основе сахарной свеклы, используемый в качестве исходной реакционной смеси в этом варианте осуществления изобретения, предпочтительно выбирают из зеленой патоки низшей кристаллизации, мелассы, густого сока и сырого сока.
[0097] Также возможно восстановить бетаин и соли в той же фракции, особенно когда существует перекрывание между подпрофилем бетаина и остаточным подпрофилем последовательных профилей отделения. Было обнаружено, что перекрывание подпрофиля бетаина и остаточного подпрофиля последовательных профилей отделения было также полезным для того, чтобы вместить три профиля отделения в систему.
[0098] Более того, было неожиданно обнаружено, что образование растянутого переднего пика/подпрофиля сахарозы снижалось по той причине, что исходный материал с высокой чистотой сахарозы (больше 7 0%) уже имел относительно низкое содержание соли. Следовательно, пик/подпрофиль сахарозы и весь профиль отделения остаются предпочтительно узкими в ходе фракционирования, что дополнительно помогает вместить три профиля отделения в систему с SMB.
[0099] В данном варианте осуществления настоящего изобретения фракционирование может осуществляться так, что медленно движущийся бетаин и быстро движущиеся соли, по сути, восстанавливают в отдельных фракциях. Также возможно восстановить бетаин и соли в одной фракции, при этом существует перекрывание между подпрофилем бетаина и остаточным подпрофилем. Фракция, содержащая бетаин и остаточные компоненты, может затем быть разделена на несколько фракций, например, на фракцию, обогащенную бетаином, и фракцию, обогащенную солями и другими остаточными компонентами. Бетаин может затем быть восстановлен из фракции бетаина отдельно.
[0100] В дополнительном варианте осуществления изобретения бетаин восстанавливают из остаточной фракции или из отдельной
фракции бетаина, например, путем дополнительного
хроматографического фракционирования, с последующей
кристаллизацией.
[0101] В варианте осуществления изобретения, относящемся к отделению бетаина и сахарозы от растворов на основе сахарной свеклы, фракции сахарозы, восстановленные из отдельных колонок, получают с чистотой (содержание сахарозы) более 90%, предпочтительно, более 92% и, более предпочтительно, более 94% на сухое вещество (DS) . Содержание бетаина фракции сахарозы составляет менее 0,5%, предпочтительно, менее 0,1% на DS.
[0102] В данном варианте осуществления изобретения количество сухого вещества указанной дополнительной восстановленной фракции сахарозы составляет более 10%, предпочтительно, более 30% и, более предпочтительно, более 50%, из расчета на количество сухого вещества комбинированных восстановленных фракций сахарозы.
[0103] В данном варианте осуществления изобретения способ обеспечивает в комбинированных фракциях сахарозы выход сахарозы более 90%, предпочтительно, более 92% и, более предпочтительно, более 94% из расчета на сахарозу раствора исходной реакционной смеси.
[0104] В данном варианте осуществления изобретения, фракции бетаина получают с чистотой (содержание бетаина) более 35%, предпочтительно, более 45% и, более предпочтительно, более 55% на DS. В стандартном варианте осуществления изобретения содержание бетаина во фракции бетаина находится в диапазоне от 35 до 75%, предпочтительно, от 45 до 75% на DS. Содержание бетаина остаточных фракций, как правило, находится в диапазоне от 0,1 до 3,0% на DS.
[0105] В данном варианте осуществления изобретения выход бетаина на фракцию(и) бетаина составляет более 85%, предпочтительно, более 92% и, более предпочтительно, более 94%.
[0106] В данном варианте осуществления изобретения, относящемся к отделению бетаина и сахарозы от растворов на основе сахарной свеклы, способ изобретения обеспечивает высокую отделительную способность, например, отделительную способность
выше 55 кг сухого вещества на час на м3 смолы. Способность до 150 сухого вещества на час на м3 смолы может достигаться использованием укороченных длин слоев и смолы с размером частиц менее 350 мкм. Более того, способ обеспечивает предпочтительное соотношение элюента-воды к сухому веществу исходной реакционной смеси, например, приблизительно от 5 до 10 м3 воды на тонну сухого вещества. Это соответствует соотношению W/F (соотношению объема элюента-воды к объему исходной реакционной смеси) равному от 3 до б, когда исходная реакционная смесь имеет содержание сухого вещества приблизительно 50%.
[0107] В другом конкретном варианте осуществления изобретения изобретение относится к способу восстановления ксилозы из гидролизата на растительной основе в хроматографической последовательной системе с псевдодвижущимся слоем, которая включает множество колонок, содержащих один или несколько частичных уплотненных слоев, где колонки образуют одну или несколько петель, включающий:
[0108] создание трех последовательных профилей отделения в системе путем повторения заданной последовательности отделения, при этом указанные три последовательных профиля отделения одновременно присутствуют в системе, и каждый профиль отделения включает подпрофиль ксилозы, остаточный подпрофиль и факультативно другие подпрофили;
[0109] передвижение указанных трех профилей отделения вперед через систему путем повторения заданной последовательности отделения, и
[ОНО] восстановление по меньшей мере одной фракции ксилозы из колонки, а также восстановление по меньшей мере одной дополнительной фракции ксилозы, обогащенной ксилозой, и/или по меньшей мере одной рециркулирующей фракции, содержащей ксилозу, из одной или нескольких других колонок системы.
[0111] Гидролизат на растительной основе, используемый в качестве исходной реакционной смеси в данном варианте осуществления изобретения, может быть, например, гидролизатом гемицеллюлозы, предпочтительно, сульфитным отработанным щелоком.
[0112] В данном варианте осуществления изобретения фракция(и) ксилозы получают с чистотой (содержание ксилозы) более 45%, предпочтительно, более 50% и, более предпочтительно, более 55% на DS.
[0113] В данном варианте осуществления изобретения способ обеспечивает выход ксилозы более 85%, предпочтительно, более 90% и, более предпочтительно, более 93% на ксилозу раствора исходной реакционной смеси.
[0114] В варианте осуществления изобретения, относящемся к отделению ксилозы от содержащих ксилозу растительных гидролизатов, способ изобретения также обеспечивает высокую отделительную способность, например, отделительную способность до 80 кг сухого вещества на час на м3 смолы. Более того, способ обеспечивает предпочтительное соотношение элюента-воды к сухому веществу исходной реакционной смеси, например, приблизительно 3,3 м3 воды на тонну сухого вещества. Это соответствует соотношению W/F (соотношению объема элюента-воды к объему исходной реакционной смеси), равному 2,0, когда исходная реакционная смесь имеет содержание сухого вещества приблизительно 50%.
[0115] Следовательно, трехпрофильный режим действия данного изобретения обеспечивает увеличенную отделительную способность.
[0116] Дополнительные преимущества, такие как существенное снижение количества элюента-воды (от 10 до 50%) в отделении, может быть достигнуто путем применения многопрофильного способа изобретения к способам WO 2010/097510 А1 и WO 2010/097511 А1, которые включены в данный документ ссылкой. Способы, раскрытые в этих заявках, в целом, раскрывают введение различных частей профиля отделения обратно на отделение в качестве замещения элюента. Снижение количества элюента-воды приводит к более низкой энергии, необходимой в испарении отделенных фракций.
[0117] Следовательно, в дополнительном варианте осуществления изобретения способ дополнительно включает введение одной или нескольких частей указанных трех профилей отделения обратно на одно или несколько положений введения
элюента системы для замещения порции элюента, где указанные части включают компоненты, выбранные из соединений продукта и остаточных компонентов.
[0118] Объем, положение введения и этап введения указанных частей определяют на основе объемов удерживания компонентов указанных частей, объема слоя смолы, через который проходят компоненты частей, и объема этапов передвижения компонентов указанных частей из положения введения до рассчитанного целевого положения извлечения компонентов в ходе указанной той же или последующих последовательностей отделения, при этом, по сути, поддерживая чистоту фракции(ий) продукта и выход компонентов продукта.
[0119] Важно, что объем, положение введения и этап введения указанных частей определяют приемлемыми, с тем, чтобы компоненты указанных частей при их извлечении либо достигали участка подобных быстродвижущихся компонентов исходной реакционной смеси, либо удерживались, чтобы элюировать вместе с более быстро движущимися компонентами исходной реакционной смеси, или они позволяют быстро движущимся компонентам профиля отделения достичь медленно движущихся компонентов указанных частей.
[0120] Объемы удерживания компонентов для каждой системы отделения определяют экспериментально для используемых слоев смолы. Объемы удерживания компонентов зависят от содержания дивинилбензола (DVB) смол, например.
[0121] В отделении ксилозы от растительных гидролизатов, содержащих ксилозу с сильнокислыми катионитами в магниевой форме, имеющими содержание DVB 6,5%, объем удерживания ксилозы составляет приблизительно 60% (от 57 до 63%) объема слоя смолы. Объем удерживания старта пика проводимости (соли и большие молекулы, такие как лигносульфонаты) в том же отделении отработанного сульфитного щелока с теми же смолами составляет приблизительно от 28 до 34% объема слоя смолы, что равно объему пустот слоя смолы. Также явление размывания пика должно приниматься во внимание при расчете объемов элюирования, где различные компоненты элюируют из колонки отделения.
[0122] В отделении бетаина и сахарозы от растворов на основе сахарной свеклы с сильнокислыми катионитами в одновалентной форме, имеющими содержание DVB 6,5%, объем удерживания бетаина составляет приблизительно 7 0% (от 67 до 73%) объема слоя смолы и объем удерживания сахарозы составляет приблизительно от 55 до 60% объема слоя смолы. Объем удерживания старта пика проводимости (соли и большие молекулы) в том же отделении с теми же смолами составляет приблизительно от 2 8 до 34% объема слоя смолы, что равно объему пустот слоя смолы.
[0123] Один пример приемлемой части профиля отделения для замещения элюента включает перекрывающуюся часть пика бетаина и пика солей. Точку введения выбирают так, что соли в качестве быстродвижущегося компонента проходят сахарозу в отделении, и бетаин и соли могут быть восстановлены в смежных фракциях или одной и той же фракции.
[0124] Более того, части указанных остаточных фракций могут быть возвращены обратно на отделение в качестве заместителя элюента. Создание и передвижение вперед трех профилей отделения в той же петле для отделения различных исходных материалов проиллюстрированы в следующих неограничивающих примерах 2, 3 и 4. Пример 2 раскрывает трехпрофильное разделение с SMB зеленой патоки низшей кристаллизации на фракцию сахарозы, фракцию бетаина, остаточную фракцию (фракцию солей) и рециркулирующую фракцию. Пример 3 раскрывает трехпрофильное разделение с SMB зеленой патоки низшей кристаллизации на фракцию сахарозы, фракцию бетаина, остаточную фракцию (фракцию солей) и рециркулирующую фракцию. Пример 4 раскрывает трехпрофильное разделение с SMB Мд2+ сульфитного отработанного щелока на фракцию ксилозы, рециркулирующую фракцию и остаточную фракцию.
[0125] Пример 1А представляет собой эталонный пример, который раскрывает фракционирование зеленой патоки низшей кристаллизации с помощью двухпрофильного двухпетельного последовательного способа с SMB. Примеры 1В и 1С являются эталонными примерами, которые раскрывают трехпрофильное
разделение с SMB мелассы. Примеры 1В и 1С отличаются от способа изобретения тем, что фракции продукта собирают только из одной колонки.
[0126] Несколько преимуществ можно увидеть при сравнении эталонного примера 1А с примером 2 изобретения, относящегося к фракционированию зеленой патоки низшей кристаллизации с равным выходом сахарозы и бетаина и приблизительно равным потреблением воды. Согласно трехпрофильному способу изобретения, бетаин может быть обогащен во фракцию бетаина с содержанием бетаина 51% с очень высоким выходом (приблизительно 95%) . Бетаин может быть дополнительно обогащен из фракции бетаина с помощью хроматографического отделения. Способ также обеспечивает фракцию сахарозы с очень высоким содержанием сахарозы (94-95%) и с очень высоким выходом (по меньшей мере 93%) . Производительность (рассчитанная как кг сухого вещества/час/м3 смолы) может быть увеличена по меньшей мере на 4 0% по сравнению с производительностью двухпрофильного способа примера 1 (54 кг по сравнению с 38 кг сухого вещества/час/м3 смолы).
[0127] Более того, можно увидеть, что эталонные примеры 1В и 1С обеспечивают очень низкую производительность и очень низкие чистоту и выход бетаина, то есть чистота бетаина составляет только приблизительно 23-37% на DS и выход бетаина составляет приблизительно 32-43%. Примеры 1В и 1С также обеспечивают очень низкий выход сахарозы, приблизительно 7 982%.
Пример 1А
Двухпетельное двухпрофильное отделение с SMB зеленой патоки низшей кристаллизации - эталонный пример
[0128] Оборудование способа включает б колонок, необходимую систему трубок, подающий насос, рециркулирующие насосы, насос для элюента-воды, теплообменники, резервуары для исходной реакционной смеси, элюента и продукта, средства контроля потока для выходящих жидкостей, а также впускные клапаны и клапаны для продукта для различных потоков процесса. Высота всех колонок составляет 4,0 м, диаметр всех колонок составляет 5, 15 м, и первая колонка сделана из двух
компартментов с одинаковым размером. Колонки заполнены сильнокислым катионитом гелиевого типа (Dowex monosphere 99К/350) в Ыа+-форме. Средний размер частиц смолы составляет 0,35 мм.
[0129] Перед отделением зеленую патоку низшей кристаллизации разводят рециркулирующей фракцией (полученной в результате отделения) и карбонизируют карбонатом натрия для снижения уровня кальция в растворе. В конце, зеленую патоку низшей кристаллизации фильтруют через намывной фильтр, используя диатомовую землю в качестве наполнителя для фильтра.
[0130] Исходную реакционную смесь составляли, как изложено ниже, при этом процентные отношения даны из расчета на вес сухого вещества.
[0131] Фракционирование проводят путем 13-этапной последовательности с SMB, как изложено ниже. Исходную реакционную смесь и элюент используют при температуре 80°С, и конденсат испарения используют в качестве элюента.
[0132] Этап 1: 5,0 м3 раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 185 м3/час, и рециркулирующую фракцию собирают из колонки б.
[0133] Этап 2: 2, б м3 раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 14 0 м3/час, и остаточную фракцию собирают из той же колонки. Одновременно, 3,2 м3 элюента нагнетают в колонку 2 со скоростью потока, равной 17 0 м3/час, и рециркулирующую фракцию собирают из колонки б.
[0134] Этап 3: 2, 0 м3 раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 110 м3/час, и
остаточную фракцию собирают из той же колонки. Одновременно, 2,0 м3 элюента нагнетают в колонку 2 со скоростью потока, равной 110 м3/час, и фракцию бетаина собирают из колонки 4.
Также одновременно, 3,5 м3 элюента нагнетают в колонку 5 со скоростью потока, равной 198 м3/час, и фракцию сахарозы собирают из колонки б.
[0135] Этап 4: 12,6 м3 раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 121 м3/час, и остаточную фракцию собирают из той же колонки. Одновременно, 9,7 м3 элюента нагнетают в колонку 2 со скоростью потока, равной 90 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 4. Также одновременно, 2 3,0 м3 элюента нагнетают в колонку 5 со скоростью потока, равной 22 0 м3/час, и фракцию сахарозы собирают из колонки б.
[0136] Этап 5: 7,2 м3 раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 190 м3/час, и фракцию сахарозы собирают из колонки б.
[0137] Этап б: 17,6 м3 пропускают через петлю со скоростью потока, равной 190 м3/час в петле, образованной всеми колонками. В петле существуют два профиля отделения.
[0138] Этап 7: 4,9 м3 элюента нагнетают в колонку 3 со скоростью потока, равной 190 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 2.
[0139] Этап 8: 8,5 м3 элюента нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 137 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 2. Одновременно, 10,9 м3 элюента нагнетают в колонку 3 со скоростью потока, равной 180 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 5. Также одновременно, 14,0 м3 элюента нагнетают в колонку б со скоростью потока, равной 224 м3/час, и фракцию бетаина собирают из той же колонки.
[0140] Этап 9: 5,0 м3 элюента нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 160 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 2. Одновременно, 6,0 м3 элюента нагнетают в колонку 3 со скоростью потока, равной 190 м3/час, и фракцию бетаина собирают из колонки 6.
[0141] Этап 10: 16,1 м3 элюента нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 190 м3/час, и фракцию бетаина собирают из колонки б.
[0142] Этап 11: 15,0 м3 пропускают через петлю со скоростью потока, равной 190 м3/час в петле, образованной вторым компартментом колонки 1, колонки 2 и колонки 3 (первый компартмент колонки 1 исключен из петли). Одновременно, 7,0 м3 пропускают через петлю со скоростью потока, равной 90 м3/час в петле, образованной колонками 4, 5 и б.
[0143] Этап 12: 11,0 м3 элюента нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 150 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 3. Одновременно, 14,1 м3 элюента нагнетают в колонку 4 со скоростью потока, равной 190 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки б.
[0144] Этап 13: 2 0,1 м3 пропускают через петлю со скоростью потока, равной 200 м3/час в петле, образованной колонками 1, 2 и 3. Одновременно, 19,3 м3 пропускают через петлю со скоростью потока, равной 195 м3/час в петле, образованной колонками 4, 5 и б.
[0145] После уравновешивание системы, собирают остаточные фракции, рециркулирующие фракции, фракции сахарозы и фракции бетаина. Результаты, включая анализы ВЭЖХ для комбинированных фракций, представлены в таблице ниже.
Комбинированная остаточная фракция
Комбинированная рециркулирующая фракция
Комбинированная фракция сахарозы
Комбинированная фракция бетаина
Объем, м3
81,3
8,2
33,7
38, 1
Сухое вещество, вес. %
3, 8
19, 9
30, 8
3, 8
Сухое вещество, г/100 мл
3,9
21, 6
34,7
3,9
Сахароза, % на DS
22, 9
73, б
93, 5
4,4
Бетаин, % на DS
1,2
0, 0
0, 0
52, 5
Другое, % на DS
75, 9
26,4
б, 5
43, 1
[0146] Общий выход, рассчитанный из этих фракций, составляет 93,3% для сахарозы и 95,5% для бетаина. Отделительная способность для фракционирования составляет 38,4 кг сухого вещества на час на м3 смолы, и соотношение элюента-воды к сухому веществу исходной реакционной смеси составляет 7,3 м3 воды на тонну сухого вещества. Это соответствует соотношению W/F, равному 4,5.
Пример 1В
З-профильное/З-петельное хроматографическое отделение с SMB мелассы сахарной свеклы - эталонный пример
[0147] Оборудование способа включало три колонки, соединенные последовательно, подающий насос, рециркулирующие насосы, насос для элюента-воды, теплообменники, средства контроля потока для выходящих жидкостей, а также впускные клапаны и клапаны для продукта для различных потоков процесса. Высота всех колонок составляла 5 м, и диаметр составлял приблизительно 0,2 м. Колонки были заполнены сильнокислым катионитом гелиевого типа (Finex V09C) в Ыа+-форме. Средний размер частиц смолы составлял приблизительно 0,37 мм. Содержание DVB смолы составляло 4,5%.
[0148] Перед отделением мелассу фильтровали через намывной фильтр после карбонизации, используя диатомовую землю в качестве наполнителя для фильтра. Исходную реакционную смесь составляли, как изложено ниже, при этом процентные отношения даны из расчета на вес сухого вещества.
Таблица Е1В-1
Композиция исходной реакционной смеси
Сахароза, % на DS
60,4
Бетаин, % на DS
5,1
Олигосахариды, % на DS
3,9
Другое (главным образом, соли), % на DS
30, 6
Концентрация исходной реакционной смеси, г/100 мл
74, 9
[014 9] Фракционирование проводили согласно примеру 1 патента США 6572775 В2 путем 8-этапной последовательности с SMB, как изложено ниже. Целью отделения было отделить сахарозу
и бетаин, содержащиеся там. Исходную реакционную смесь и элюент использовали при температуре 75°С, и ионообменную воду использовали в качестве элюента.
[0150] Этап 1: 9, 0 л исходной реакционной смеси нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 70 л/час, и рециркулирующую фракцию 1 собирали из колонки 1.
[0151] Этап 2: 11,0 л исходной реакционной смеси нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 70 л/час, и фракцию сахарозы собирали из колонки 1.
[0152] Этап 3: 16,0 л воды нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 7 0 л/час, и фракцию сахарозы собирали из колонки 1.
[0153] Этап 4: 5,5 л воды нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 7 0 л/час, и рециркулирующую фракцию 2 собирали из колонки 1.
[0154] Этап 5: 10,0 л воды нагнетали в колонку 3 со скоростью потока, равной 4 0 л/час, и фракцию бетаина собирали из колонки 1. Одновременно, 8,0 л циркулировали в петле, образованной колонкой 2, со скоростью потока, равной 70 л/час.
[0155] Этап 6: 5л воды нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 40 л/час, и бетаин собирали из колонки 1. Одновременно, 5,0 л воды нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 7 0 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 2. Также одновременно, 5,0 л воды нагнетали в колонку 3 со скоростью потока, равной 75 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 3.
[0156] Этап 7: 15 л воды нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 4 0 л/час, и бетаин собирали из колонки 1. Одновременно, 21,0 л воды нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 7 0 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 2. Также одновременно, 21,0 л воды нагнетали в колонку 3 со скоростью потока, равной 75 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 3.
[0157] Этап 8: 11,0 л циркулировали в петле колонки, образованной колонкой 1 со скоростью потока, равной 45,0 л/час. Одновременно 11,0 л циркулировали в петле колонки, образованной
колонкой 2, со скоростью потока, равной 22,0 л/час. Также, одновременно, 10,5 л циркулировали в петле колонки, образованной колонкой 3, со скоростью потока, равной 75,0 л/час.
[0158] Систему и ионную форму смолы уравновешивали в ходе 13 последовательностей, и следующие фракции извлекали из системы: остаточная фракция из колонок 1, 2, 3, рециркулирующая фракция из колонки 1, фракция сахарозы продукта из колонки 1 и фракция бетаина продукта из колонки 1. Результаты, включая анализы ВЭЖХ для комбинированных фракций, изложены в таблице Е1В-2 ниже. Таблица Е1В-3 показывает результаты отделения, рассчитанные из объемов этапов, размеров колонки и результатов ВЭЖХ.
Комбинированные остаточная фракция
Комбинированная рециркулирующая фракция
Комбинированная фракция сахарозы
Комбинированная фракция бетаина
Объем, л
67, 0
14,5
27, 0
15, 0
Концентрация, г/100 мл
8, 8
14,2
22, 0
5, 2
Сахароза, % на DS
23,5
79, 3
96, 0
20,7
Бетаин, % на DS
5,9
3,2
0, б
36, б
Другое, % на DS
70, б
17,5
3,4
42,7
Параметры отделения
Выход сахарозы, %
78,7
Выход бетаина, %
42,7
Загрузка исходной реакционной смеси, кг DS/M3
31,2
Соотношение вода/исходная реакционная смесь
5, 2
Время последовательности, мин
94, 7
Производительность, кг DS/M34ac
17,0
[0159] Рециркулирующая фракция требует концентрирования до смешивания с исходной реакционной смесью для получения необходимого сухого вещества исходной реакционной смеси.
Пример 1С
З-профильное/З-петельное отделение с SMB мелассы сахарной свеклы - эталонный пример
[0160] Оборудование способа включало три колонки, соединенные последовательно, подающий насос, рециркулирующие насосы, насос для элюента-воды, теплообменники, средства контроля потока для выходящих жидкостей, а также впускные клапаны и клапаны для продукта для различных потоков процесса. Высота всех колонок составляла 5 м, и диаметр составлял 0,2 м. Колонки были заполнены сильнокислым катионитом гелиевого типа (Finex) в Иа+-форме. Средний размер частиц смолы составлял приблизительно 0,36 мм. Содержание DVB смолы составляло 5,5%.
[0161] Перед отделением мелассу фильтровали через намывной фильтр после карбонизации, используя диатомовую землю в качестве наполнителя для фильтра. Исходную реакционную смесь составляли, как изложено ниже, при этом процентные отношения даны из расчета на вес сухого вещества.
патента США 6093326 путем 5-этапной последовательности с SMB, как изложено ниже. Целью отделения было отделить сахарозу и бетаин, содержащиеся там. Исходную реакционную смесь и элюент использовали при температуре 75°С, и ионообменную воду использовали в качестве элюента.
[0163] Этап 1: 9л исходной реакционной смеси нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 35 л/час, и рециркулирующую фракцию 1 собирали из колонки 3. 11,0 л исходной реакционной смеси нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 35 л/час, и фракцию сахарозы собирали из колонки 3.
[0164] Этап 2: 16 л воды нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 7 0 л/час, и фракцию сахарозы собирали из колонки 3. После этого 4 л воды нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 7 0 л/час, и фракцию сахарозы собирали из колонки 3.
[0165] Этап 3: 8л циркулировали вокруг колонки 1 со скоростью потока, равной 70 л/час, и 10 л воды нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 4 0 л/час, и фракцию бетаина собирали из колонки 3.
[0166] Этап 4: 2 6 л воды нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 70 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 1. 2 6 л воды нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 75 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 2. 15 л воды нагнетали в колонку 3 со скоростью потока, равной 40 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 3 с последующим нагнетанием 5 л воды со скоростью потока, равной 40 л/час, в колонку 3 и собиранием остаточной фракции из колонки 3.
[0167] Этап 5: 11 л циркулировали в петле, образованной вокруг колонки 1, со скоростью потока, равной 22 л/час. 12 л циркулировали в петле, образованной вокруг колонки 2, со скоростью потока, равной 75 л/час. 11 л циркулировали в петле, образованной вокруг колонки 3, со скоростью потока, равной 7 0 л/час.
[0168] Систему и ионную форму смолы уравновешивали путем
повторения последовательностей вышеупомянутых 5 этапов, до достижения равновесия, и следующие фракции извлекли из системы: остаточные фракции из колонок 1, 2, 3, рециркулирующая фракция из колонки 3, фракция сахарозы продукта из колонки 3 и фракция бетаина продукта из колонки 3. Результаты, включая анализы ВЭЖХ для комбинированных фракций, представлены в таблице Е1С-2 ниже. Таблица Е1С-3 показывает результаты отделения, рассчитанные из объемов этапов, размеров колонки и результатов ВЭЖХ.
Комбинированная остаточная фракция
Комбинированная рециркулирующая фракция
Комбинированная фракция сахарозы
Комбинированная фракция бетаина
Объем, л
77, 0
13, 0
27, 0
15, 0
Концентрация, г/100 мл
8,1
25, 2
7,1
Сахароза, % на DS
16,7
92, 7
45, 9
Бетаин, % на DS
8, 8
0,7
22, 9
Другое, % на DS
74,5
6, 6
31,2
Параметры отделения
Выход сахарозы, %
81, 9
Выход бетаина, %
31,7
Загрузка исходной реакционной смеси, кг DS/M3
32, 0
Соотношение вода/исходная реакционная смесь
6, б
Время последовательности, мин
НО, б
Производительность, кг DS/M34ac
15, 3
[0169] В этом примере слишком много рециркулирующей фазы брали для разведения мелассы, и следовательно, рециркулирующая фракция нуждается в концентрировании перед смешиванием с исходной реакционной смесью для получения необходимой концентрации исходной реакционной смеси.
Пример 2
Трехпрофильное разделение с SMB зеленой патоки низшей кристаллизации - восстановление сахарозы и бетаина
[0170] Оборудование способа включает б колонок, необходимую систему трубок, подающий насос, рециркулирующие насосы, насос для элюента-воды, теплообменники, резервуары для исходной реакционной смеси и элюента, и продукта, средства контроля потока для выходящих жидкостей, а также впускные клапаны и клапаны для продукта для различных потоков процесса. Высота всех колонок составляет 4,0 м, диаметр всех колонок составляет 5, 15 м, и первая колонка сделана из двух компартментов с одинаковым размером. Колонки наполняют сильнокислым катионитом гелиевого типа (Dowex monosphere 99К/350) в Ыа+-форме. Средний размер частиц смолы составляет 0,35 мм.
[0171] Перед отделением зеленую патоку низшей кристаллизации разводят рециркулирующей фракцией (полученной в результате отделения) и карбонизируют карбонатом натрия для снижения уровня кальция в растворе. В конце, зеленую патоку низшей кристаллизации фильтруют через намывной фильтр, используя диатомовую землю в качестве наполнителя для фильтра.
[0172] Исходную реакционную смесь составляли, как изложено
ниже, при этом процентные отношения даны из расчета на вес сухого вещества.
Таблица Е2-1
Композиция исходной реакционной смеси
рН исходной реакционной смеси
9,5
Сухое вещество исходной реакционной смеси, г/100 г
50, 0
Сахароза, % на DS
72, 0
Бетаин, % на DS
4,5
Другое, % на DS
23,5
[0173] Фракционирование проводят путем 10-этапной последовательности с SMB, как изложено ниже. Исходную реакционную смесь и элюент используют при температуре 80°С, и конденсат испарения используют в качестве элюента.
[0174] Этап 1: 8,8 м3 раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 185 м3/час, и фракцию сахарозы собирают из колонки б.
[0175] Этап 2: 6,2 м3 раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 180 м3/час, и остаточную фракцию собирают из той же колонки. Одновременно, 6,2 м3 элюента нагнетают в колонку 2 со скоростью потока, равной 180 м3/час, и фракцию бетаина собирают из колонки 3. Также одновременно, 6,2 м3 элюента нагнетают в колонку 4 со скоростью потока, равной 180 м3/час, и фракцию бетаина собирают из колонки 5. Также одновременно, 9,0 м3 элюента нагнетают в колонку б со скоростью потока, равной 225 м3/час, и фракцию сахарозы собирают из той же колонки.
[0176] Этап 3: 9,0 м3 раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 180 м3/час, и остаточную фракцию собирают из той же колонки. Одновременно, 5,0 м3 элюента нагнетают в колонку 2 со скоростью потока, равной 100 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 3. Также одновременно, 5,0 м3 элюента нагнетают в колонку 4 со скоростью потока, равной 100 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 5. Также одновременно, 12,0 м3 элюента нагнетают в колонку б со скоростью потока, равной 225 м3/час, и
фракцию сахарозы собирают из той же колонки.
[0177] Этап 4: 4,0 м3 элюента нагнетают в колонку б со скоростью потока, равной 190 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 3. Одновременно, 4,0 м3 элюента нагнетают в колонку 4 со скоростью потока, равной 190 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 5.
[0178] Этап 5: 7,2 м3 пропускают через петлю со скоростью потока, равной 195 м3/час в петле, образованной всеми колонками. В петле находится три профиля отделения.
[0179] Этап б: 15,0 м3 элюента нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 190 м3/час, и фракцию бетаина собирают из колонки б.
[0180] Этап 7: 5, 0 м3 элюента нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 110 м3/час, и фракцию бетаина собирают из колонки 2. Одновременно, 9,0 м3 элюента нагнетают в колонку 3 со скоростью потока, равной 210 м3/час, и фракцию бетаина собирают из колонки 4. Также одновременно, 9,0 м3 элюента нагнетают в колонку 5 со скоростью потока, равной 210 м3/час, и фракцию бетаина собирают из колонки б.
[0181] Этап 8: 10,0 м3 элюента нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 210 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 2. Одновременно, 10,0 м3 элюента нагнетают в колонку 3 со скоростью потока, равной 210 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 4. Также одновременно, 10,0 м3 элюента нагнетают в колонку 5 со скоростью потока, равной 210 м3/час, и остаточную фракцию собирают из колонки б.
[0182] Этап 9: 9,5 м3 элюента нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 2 05 м3/час, и рециркулирующую фракцию собирают из колонки 2. Одновременно, б, б м3 пропускают через петлю со скоростью потока, равной 140 м3/час в петле, образованной колонками 3 и 4. Также одновременно, б,б м3 пропускают через петлю со скоростью потока, равной 140 м°/час в петле, образованной колонками 5 и б.
[0183] Этап 10: 17,2 м3 пропускают через петлю со скоростью потока, равной 210 м3/час в петле, образованной колонками 1 и 2. Одновременно, 13,6 м3 пропускают через петлю
со скоростью потока, равной 130 м3/час в петле, образованной колонками 3 и 4. Также одновременно, 13,6 м3 пропускают через петлю со скоростью потока, равной 130 м3/час в петле, образованной колонками 5 и 6.
[0184] После уравновешивания системы собирают остаточные фракции, фракции сахарозы и фракции бетаина. Результаты, включая анализы ВЭЖХ для комбинированных фракций, представлены в таблице ниже.
Комбинированная остаточная фракция
Комбинированная рециркулирующая фракция
Комбинированная фракция сахарозы
Комбинированная фракция бетаина
Объем, м3
63, 2
7,2
29, 8
50, 4
Сухое вещество, вес. %
3,7
15, 3
29, 9
2,5
Сухое вещество, г/100 мл
3,7
16,3
33, 6
2,5
Сахароза, % на DS
27,3
40, 8
94, 5
4,3
Бетаин, % на DS
1,4
0, 0
0, 0
50, 9
Другое, % на DS
71,3
59, 2
5, 5
44, 8
[0185] Общий выход, рассчитанный из этих фракций, составляет 93,2% для сахарозы и 95,0% для бетаина. Отделительная способность для фракционирования составляет 54 кг сухого вещества на час на м3 смолы, и соотношение элюента-воды к соотношению сухого вещества исходной реакционной смеси составляет 8,6 м3 воды на тонну сухого вещества. Это соответствует соотношению W/F, равному 5,3.
[018 6] Когда результаты сравнивают с примером 1А, можно увидеть, что отделительная способность была увеличена свыше 4 0% вследствие сниженного времени последовательности (режим с тремя профилями отделения в петле, высокая загрузка исходной реакционной смеси и минимизированный интервал воды между профилями). Более того, можно увидеть четкое увеличение чистоты фракции сахарозы и лишь незначительное снижение в соотношении элюента-воды к веществу исходной реакционной смеси и в соотношении W/F.
Пример 3
З-профильное/З-петельное хроматографическое отделение с
SMB мелассы сахарной свеклы (зеленой патоки низшей
кристаллизации) - восстановление сахарозы и бетаина
[0187] Оборудование способа включало шесть колонок, соединенных последовательно, подающий насос, рециркулирующие насосы, насос для элюента-воды, теплообменники, средства контроля потока для выходящих жидкостей, а также впускные клапаны и клапаны для продукта для различных потоков процесса. Высота всех колонок составляла 4 м, и диаметр составлял 0,111 м. Колонки состоят из двух частей, по 2 метра каждая. Колонки были заполнены сильнокислым катионитом гелиевого типа (Dowex 99К/350 смола) в Ыа+-форме. Средний размер частиц смолы составлял 0,35 мм. Содержание DVB смолы составляло приблизительно 6%.
[0188] Перед отделением мелассу фильтровали через намывной фильтр, используя диатомовую землю в качестве наполнителя для фильтра. Исходную реакционную смесь составляли, как изложено ниже, при этом процентные отношения даны из расчета на вес сухого вещества.
Композиция зеленой патоки низшей кристаллизации
Сахароза, % на DS
70,4
Бетаин, % на DS
5,1
Трисахариды, % на DS
2, б
Дисахариды, % на DS
0,1
Глюкоза, % на DS
0,2
Фруктоза, % на DS
0,3
Инозитол, % на DS
0,2
Глицерин, % на DS
0,1
Другое (главным образом, соли), % на DS
21, 0
[0189] Фракционирование проводили путем 11-этапной последовательности с SMB, как изложено ниже. Целью отделения было отделить сахарозу и бетаин, содержащиеся там. Исходную реакционную смесь и элюент использовали при температуре 80°С, и ионообменную воду использовали в качестве элюента.
[0190] Этап 1: 6,3 л исходной реакционной смеси нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 55 л/час, и фракцию сахарозы собирали из колонки б (последняя колонка).
[0191] Этап 2: 2,4 л исходной реакционной смеси нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 34 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 1. Одновременно, 2,0 л воды нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 28,5 л/час, и фракцию бетаина собирали из колонки 3. Также одновременно, 2,8 л воды нагнетали в колонку 4 со скоростью потока, равной 4 0 л/час, и фракцию бетаина собирали из колонки 5. Также
одновременно, 5,8 л воды нагнетали в колонку б со скоростью потока, равной 85 л/час, и сахарозу собирали из колонки б (последняя колонка).
[0192] Этап 3: 2,5 л исходной реакционной смеси нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 42 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 1. Одновременно, 5,1 л воды нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 85 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 3. Также одновременно, 3,6 л воды нагнетали в колонку 4 со скоростью потока, равной 60 л/час, и фракцию сахарозы собирали из колонки 4. Также одновременно, 1,5 л воды нагнетали в колонку б со скоростью потока, равной 25 л/час, и фракцию бетаина собирали из колонки 5.
[0193] Этап 4: 2,5 л исходной реакционной смеси нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 47 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 1. Одновременно, 3,1 л воды нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 58 л/час, и рециркулирующую фракцию собирали из колонки 3. Также одновременно, 3,7 л воды нагнетали в колонку 4 со скоростью потока, равной 70 л/час, и фракцию сахарозы собирали из колонки 4. Также одновременно 1,0 л воды нагнетали в колонку б со скоростью потока, равной 19 л/час, и фракцию бетаина собирали из колонки 5.
[0194] Этап 5: 0,4 л воды нагнетали в колонку б со скоростью потока, равной 10,5 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 1. Одновременно, 3,2 л воды нагнетали в колонку 2 со скоростью потока, равной 85 л/час, и рециркулирующую фракцию собирали из колонки 3. Также одновременно, 2,2 л воды нагнетали в колонку 4 со скоростью потока, равной 58 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 5.
[0195] Этап б: 6,8 л циркулировали в петле колонки, образованной колонками 1, 2, 3, 4, 5 и б, со скоростью потока, равной 70 л/час.
[0196] Этап 7: 3,3 л воды нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 70 л/час, и фракцию ЧАСТИ собирали из
колонки 4. Одновременно, 3,3 л циркулировали в петле колонки, образованной колонками 5 и б, со скоростью потока, равной 70 л/час.
[0197] Этап 8: 1,0 л воды нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 70 л/час, и фракцию бетаина извлекали из колонки б.
[0198] Этап 9: 2,0 л воды нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 22,5 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 2. Одновременно, 5,4 воды нагнетали в колонку 3 со скоростью потока, равной 61 л/час, и фракцию бетаина собирали из колонки 4. Также одновременно 6,5 л воды нагнетали в колонку 5 со скоростью потока, равной 73 л/час, и фракцию бетаина собирали из колонки 6.
[0199] Этап 10: 9,5 л воды нагнетали в колонку 1 со скоростью потока, равной 80 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 2. Одновременно, 3,3 воды нагнетали в колонку 3 со скоростью потока, равной 28 л/час, и остаточную фракцию собирали из 4. Также одновременно, 2,3 л воды нагнетали в колонку 5 со скоростью потока, равной 73 л/час, и остаточную фракцию собирали из колонки 6.
[02 00] Этап 11: 5,0 л циркулировали в петле колонки, образованной колонками 1 и 2, со скоростью потока, равной 45,5 л/час. Одновременно, 5,0 л циркулировали в петле колонки, образованной колонками 3 и 4, со скоростью потока, равной 45,5 л/час. Также одновременно, 5,7 л циркулировали в петле колонки, образованной колонками 5 и б, со скоростью потока, равной 52 л/час.
[0201] Систему и ионную форму смолы уравновешивали 10-18 последовательностями, и следующие фракции извлекали из системы: остаточная фракция из колонок 1, 2, 3, 4, 5 и б, рециркулирующая фракция из колонки 3, фракции сахарозы продукта из колонок 4 и б и фракции бетаина продукта из колонок 3, 4, 5 и б. Результаты, включая анализы ВЭЖХ для комбинированных фракций, представлены в таблице ЕЗ-3. В испытании фракцию ЧАСТИ собирали из колонки 4. Этап подачи ЧАСТИ использовали так, чтобы фракция ЧАСТИ не снижала уровни чистоты фракций сахарозы
или бетаина. Таблица ЕЗ-4 показывает результаты отделения, рассчитанные из объемов этапов, размеров колонки и результатов ВЭЖХ.
Комбинированная остаточная фракция
Комбинированная рециркулирующая фракция
Сахароза колонка 4
Сахароза колонка 6
Комбинированная фракция сахарозы
Комбинированная фракция бетаина
Объем, л
33,5
6, 3
7,3
12, 1
19, 4
18, 8
Концентрация, г/100 мл
5, 0
12, 1
36, 1
22, 6
27,7
3,9
Сахароза, % на DS
13,3
36, 0
95, 2
93, 5
94, 6
7,2
Бетаин, % на DS
3,2
7,5
0,1
0, 0
0, 0
46,0
Другое, % на DS
83,5
56, 5
4,7
6, 5
5,4
46,8
Параметры отделения
Выход сахарозы, %
94, 9
Выход бетаина, %
86,0
Загрузка исходной реакционной смеси, кг DS/M3
36, 7
Соотношение вода/исходная реакционная смесь
4,7
Время последовательности, мин
48,7
Производительность, кг DS/M34ac
41,2
[02 02] В связи с ограничениями в скорости потока в полупромышленном масштабе, в промышленном масштабе возможно проводить процесс намного быстрее, что будет давать производительность 56-67 кг DS/M34ac.
[0203] Расчет того, где закончилось сухое вещество рециркулированной ЧАСТИ, был проведен, допуская, что сухое вещество имеет пустоту 56% от объема слоя, поскольку, в этом случае, это, главным образом, бетаин. Также размывание зоны учитывали эмпирически. Передвижение рециркулированной ЧАСТИ рассчитывали путем вычитания объема этапа из пустоты колонки, начиная с этапа, где элюент был замещен раствором, замещающим элюент. Рассчитывали, что ЧАСТЬ будет покидать систему в рециркулирующую фракцию. Этот способ был очень точным для передвижения фронта профиля ЧАСТИ. Пример 4
З-петельное/З-профильное отделение с SMB Мд2+ сульфитного отработанного щелока (MgSSL) - восстановление ксилозы
[02 04] Оборудование способа включает шесть колонок, соединенных последовательно, подающий насос, рециркулирующие насосы, насос для элюента-воды, теплообменники, необходимую систему трубок, необходимые резервуары, средства контроля потока для выходящих жидкостей, а также впускные клапаны и клапаны для продукта для различных потоков процесса. Высота всех колонок составляет 3,3 м, и каждая колонка имеет диаметр 0,11 м. Колонки наполняют сильнокислым катионитом гелиевого типа (произведенным Finex) в Мд2+-форме. Содержание дивинилбензола смолы составляет 6,5%, и средний размер частиц
смолы составляет 0,38 мм.
[02 05] Перед отделением, Мд2+ сульфитный отработанный щелок фильтруют через намывной фильтр, используя Arbocel В800 в качестве наполнителя для фильтра. Сухое вещество исходной реакционной смеси затем доводят ионообменной водой до 48 г/100 г, и рН щелока исходной реакционной смеси составляет 3,1. Исходную реакционную смесь составляют, как изложено ниже, при этом процентные отношения даны из расчета на вес сухого вещества.
[0206] Фракционирование проводят путем 12-этапной последовательности с SMB, как изложено ниже. Целью отделения является отделить ксилозу, содержащуюся там. Исходную реакционную смесь и элюент используют при температуре 65°С, и ионообменную воду используют в качестве элюента.
[02 07] Этап 1: 1,4 л раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 77 л/час, и рециркулирующую фракцию собирают из колонки 2. Одновременно, 1,4 л циркулируют в петле колонки, образованной колонками 3 и 4, со скоростью потока, равной 77 л/час. Также одновременно, 1,4 л циркулируют в петле колонки, образованной колонками 5 и б, со скоростью потока, равной 77 л/час.
[0208] Этап 2: 1,7 л раствора исходной реакционной смеси нагнетают в первую колонку со скоростью потока, равной 63 л/час, и рециркулирующую фракцию собирают из колонки 4. Одновременно, 1,4 л циркулируют в петле колонки, образованной колонками 5 и б, со скоростью потока, равной 49 л/час.
[0209] Этап 3: 2,4 л раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 56 л/час, и
рециркулирующую фракцию собирают из колонки б (последняя колонка).
[0210] Этап 4: 1,4 л раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 63 л/час, и остаточную фракцию собирают из той же колонки. Одновременно, 1,4 л элюента нагнетают в колонку 2 со скоростью потока, равной 63 л/час, и фракцию ксилозы собирают из колонки 6.
[0211] Этап 5: 4,9 л раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 63 л/час, и остаточную фракцию собирают из той же колонки. Одновременно, 4,2 л элюента нагнетают в колонку 2 со скоростью потока, равной 56 л/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 3. Также одновременно, 2,8 л элюента нагнетают в колонку 4 со скоростью потока, равной 38 л/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 5. Также одновременно, 2,8 л элюента нагнетают в колонку б со скоростью потока, равной 38 л/час, и фракцию ксилозы собирают из той же колонки.
[0212] Этап б: 2,1 л раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 63 л/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 3. Одновременно, 2,8 л элюента нагнетают в колонку 4 со скоростью потока, равной 84 л/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 5. Также одновременно, 2,4 л элюента нагнетают в колонку б со скоростью потока, равной 73 л/час, и фракцию ксилозы собирают из той же колонки.
[0213] Этап 7: 1,0 л раствора исходной реакционной смеси нагнетают в первую колонку со скоростью потока, равной 59 л/час, и фракцию ксилозы собирают из колонки б.
[0214] Этап 8: 1,0 л раствора исходной реакционной смеси нагнетают в колонку 1 со скоростью потока, равной 59 л/час, и рециркулирующую фракцию собирают из колонки б.
[0215] Этап 9: 7,0 л циркулируют в петле колонки, образованной колонками 1 и 2, со скоростью потока, равной 59 л/час. Одновременно, 8,7 л циркулируют в петле колонки, образованной колонками 3 и 4, со скоростью потока, равной 77 л/час. Также одновременно, 8,4 л циркулируют в петле колонки,
образованной колонками 5 и б, со скоростью потока, равной 73 л/час.
[0216] Этап 10: 4,2 л элюента нагнетают в первую колонку со скоростью потока, равной 80 л/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 2. Одновременно, 4,2 л элюента нагнетают в колонку 3 со скоростью потока, равной 80 л/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 4. Также одновременно, 4,2 л элюента нагнетают в колонку 5 со скоростью потока, равной 8 0 л/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 6.
[0217] Этап 11: 1,4 л элюента нагнетают в колонку 5 со скоростью потока, равной 77 л/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 2. Одновременно, 1,4 л элюента нагнетают в колонку 3 со скоростью потока, равной 77 л/час, и остаточную фракцию собирают из колонки 4.
[0218] Этап 12: 4,9 л циркулируют в петле колонки, образованной колонками 1 и 2, со скоростью потока, равной 84 л/час. Одновременно, 3,5 л циркулируют в петле колонки, образованной колонками 3 и 4, со скоростью потока, равной 59 л/час. Также одновременно, 4,2 л циркулируют в петле колонки, образованной колонками 5 и б, со скоростью потока, равной 73 л/час.
[0219] После уравновешивания системы путем повторения последовательности отделения 10-18 раз, следующие фракции извлекают из системы: остаточную фракцию из всех колонок, рециркулирующие фракции из колонок 2, 4 и б и фракции ксилозы продукта из колонки б (последняя колонка). Результаты, включая анализы ВЭЖХ для комбинированных остаточных, рециркулирующих фракций и фракций ксилозы, представлены в таблице ниже.
Комбинированная остаточная фракция
Комбинированная рециркулирующая фракция
Комбинированная фракция ксилозы
Объем, л
33,4
6, б
7,7
Сухое вещество, г/100 мл
18, 0
25, 8
23,5
Глюкоза, % на DS
1,1
2,9
4, б
Ксилоза, % на DS
1,2
24,5
52, 9
Галактоза плюс рамноза, % на DS
0,1
3,1
5, б
Арабиноза плюс манноза, % на DS
0,3
2, б
5, б
Другие, % на DS
97, 3
бб, 9
31,3
[022 0] Общий выход ксилозы, рассчитанный из этих фракций, составляет 93%. Время последовательности для отделения в примере составляет лишь 3 0,3 минут, и отделительная способность, рассчитанная из комбинированных остаточных фракций и фракций ксилозы, составляет свыше 8 0 кг/час/м3. Соотношение W/F (вода к исходной реакционной смеси, объем/объем) для отделения составляет 2,0.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ отделения и выделения по меньшей мере одного продукта из раствора исходной реакционной смеси, содержащей по меньшей мере одно соединение продукта, выбранное из Сахаров, сахарных спиртов, сахарных кислот, органических кислот и бетаина, который проводят в хроматографической последовательной системе с псевдодвижущимся слоем (SMB), которая включает множество колонок, содержащих один или несколько частичных уплотненных слоев, где колонки образуют одну или несколько петель, включающий
создание трех последовательных профилей отделения в системе путем повторения заданной последовательности отделения, при этом указанные три последовательных профиля отделения одновременно присутствуют в системе, и каждый профиль отделения включает по меньшей мере один подпрофиль продукта, остаточный подпрофиль и необязательно другие подпрофили,
передвижение указанных трех профилей отделения вперед через систему путем повторения заданной последовательности отделения и
выделение по меньшей мере одной фракции продукта, обогащенной одним соединением продукта, из колонки и также выделение по меньшей мере одной дополнительной фракции из одной или нескольких других колонок системы, при этом указанная по меньшей мере одна дополнительная фракция представляет собой дополнительную фракцию продукта, обогащенную тем же соединением продукта, и/или рециркулирующую фракцию, содержащую то же соединение продукта.
2. Способ по п.1, где указанную по меньшей мере одну фракцию продукта, обогащенную одним соединением продукта, и указанную по меньшей мере одну дополнительную фракцию выделяют из одного и того же профиля отделения в ходе более, чем одной последовательности отделения.
3. Способ по п.1, где указанную по меньшей мере одну фракцию продукта, обогащенную одним соединением продукта, и указанную по меньшей мере одну дополнительную фракцию выделяют из более, чем одного профиля отделения в ходе одной и той же
2.
последовательности отделения.
4. Способ по п.1, где указанную по меньшей мере одну фракцию продукта, обогащенную одним соединением продукта, выделяют из последней колонки системы.
5. Способ по п.1, где указанную одну или несколько других колонок выбирают из любых колонок против хода потока системы по отношению к колонке, из которой выделяют указанную по меньшей мере одну фракцию продукта.
6. Способ по п.1, где указанное множество колонок включает 3-12 колонок, предпочтительно 6-9 колонок.
7. Способ по п.1, где указанные три профиля отделения присутствуют в петле, образованной всеми колонками системы.
8. Способ по п.1, где указанное множество колонок образует три отдельные петли, и профиль отделения одновременно передвигается вперед в каждой петле.
9. Способ по п.1, где способ дополнительно включает выделение других фракций.
10. Способ по п. 9, где указанные другие фракции являются остаточными фракциями.
11. Способ по п.10, где указанные остаточные фракции выделяют из множества колонок.
12. Способ по п.1, где способ дополнительно включает выделение одной или нескольких дополнительных фракций, обогащенных по меньшей мере одним дополнительным соединением продукта.
13. Способ по пп.1 и 12, где указанное одно соединение продукта представляет собой сахар, выбранный из сахарозы, и указанное дополнительное соединение продукта представляет собой бетаин.
14. Способ по п.13, где способ включает выделение по меньшей мере одной фракции сахарозы из колонки и по меньшей мере одной дополнительной фракции сахарозы из одной или нескольких других колонок системы, а также выделение по меньшей мере одной фракции бетаина из любых колонок системы.
15. Способ по п.14, где способ дополнительно включает выделение по меньшей мере одной рециркулирующей фракции,
4.
содержащей сахарозу, из одной или нескольких других колонок системы.
16. Способ по п.1, где сахар представляет собой ксилозу.
17. Способ по п.16, где способ включает выделение по меньшей мере одной фракции ксилозы из колонки, а также выделение по меньшей мере одной дополнительной фракции ксилозы и/или по меньшей мере одной рециркулирующей фракции, содержащей ксилозу, из одной или нескольких других колонок системы.
18. Способ по п.1, где указанный раствор исходной
реакционной смеси выбирают из гидролизатов и экстрактов на
растительной основе, сиропов фруктозы/глюкозы, смесей
инвертного сахара и крахмальных гидролизатов.
19. Способ по п.18, где указанные гидролизаты и экстракты на растительной основе выбирают из растворов на основе сахарной свеклы и древесных гидролизатов.
20. Способ по п.19, где указанные растворы, полученные из сахарной свеклы, выбирают из зеленой патоки низшей кристаллизации и мелассы.
21. Способ по п.19, где указанные древесные гидролизаты выбирают из отработанного щелока сульфитной варки.
22. Способ по п.1 для выделения сахарозы и бетаина из раствора на основе сахарной свеклы в хроматографической последовательной системе с псевдодвижущимся слоем (SMB), которая включает множество колонок, содержащих один или несколько частичных уплотненных слоев, где колонки образуют одну или несколько петель, включающий
создание трех последовательных профилей отделения в системе путем повторения заданной последовательности отделения, при этом указанные три последовательных профиля отделения одновременно присутствуют в системе, и каждый профиль отделения включает подпрофиль сахарозы, подпрофиль бетаина, остаточный подпрофиль и необязательно другие подпрофили,
передвижение указанных трех профилей отделения вперед через систему путем повторения заданной последовательности отделения и
выделение по меньшей мере одной фракции сахарозы из
колонки и по меньшей мере одной дополнительной фракции сахарозы из одной или нескольких других колонок системы и также выделение одной или нескольких фракций бетаина из любых колонок системы.
23. Способ по п.22, где раствор на основе сахарной свеклы выбирают из зеленой патоки низшей кристаллизации, мелассы, густого сока и сырого сока.
24. Способ по п.22, где содержание сахарозы фракций сахарозы составляет более 90%, предпочтительно, более 92% и, более предпочтительно, более 94% на сухое вещество (DS).
25. Способ по п.22, где количество сухого вещества указанной выделенной дополнительной фракции сахарозы составляет более 10%, предпочтительно, более 30% и, более предпочтительно, более 50% из расчета на количество сухого вещества комбинированных выделенных фракций сахарозы.
26. Способ по п.22, где способ обеспечивает
комбинированные фракции сахарозы и выход сахарозы более 90%,
предпочтительно, более 92% и, более предпочтительно, более 94%
из расчета на сахарозу раствора исходной реакционной смеси.
27. Способ по п.22, где содержание бетаина фракций бетаина составляет более 35%, предпочтительно, более 45% и, более предпочтительно, более 55% на DS.
28. Способ по п.22, где выход бетаина к фракции(ям) бетаина составляет более 85%, предпочтительно, более 92% и, более предпочтительно, более 94%.
29. Способ по п.1 для выделения ксилозы из гидролизата на растительной основе в хроматографической последовательной системе с псевдодвижущимся слоем, которая включает множество колонок, содержащих один или несколько частичных уплотненных слоев, где колонки образуют одну или несколько петель, включающий
создание трех последовательных профилей отделения в системе путем повторения заданной последовательности отделения, при этом указанные три последовательных профиля отделения одновременно присутствуют в системе, и каждый профиль отделения включает подпрофиль ксилозы, остаточный подпрофиль и
необязательно другие подпрофили,
передвижение указанных трех профилей отделения вперед через систему путем повторения заданной последовательности отделения и
выделение по меньшей мере одной фракции ксилозы из колонки, а также выделение по меньшей мере одной дополнительной фракции ксилозы и/или по меньшей мере одной рециркулирующей фракции, содержащей ксилозу, из одной или нескольких других колонок системы.
30. Способ по п.23, где гидролизат на растительной основе представляет собой гидролизат гемицеллюлозы, предпочтительно, отработанный щелок сульфитной варки.
31. Способ по п.2 9, где содержание ксилозы фракции(ий) ксилозы составляет более 45%, предпочтительно, более 50% и, более предпочтительно, более 55% на DS.
32. Способ по п.29, где способ обеспечивает выход ксилозы более 85%, предпочтительно, более 90% и, более предпочтительно, более 93% на ксилозу раствора исходной реакционной смеси.
33. Способ по п.1, где способ дополнительно включает введение одной или нескольких частей указанных трех профилей отделения обратно на одно или несколько положений введения элюента системы для замещения порции элюента, где указанные части включают компоненты, выбранные из соединений продукта и остаточных компонентов.
По доверенности
(19)
(19)
(19)
(19)
(19)
Таблица Е1А-2
Таблица Е1В-2
Таблица Е1В-2
Таблица Е1В-3
Таблица Е1В-3
Таблица Е1С-2
Таблица Е1С-2
Таблица Е1С-3
Таблица Е1С-3
Таблица Е2-2
Таблица ЕЗ-1
Таблица ЕЗ-1
Таблица ЕЗ-3
Таблица ЕЗ-3
Таблица ЕЗ-4
Таблица ЕЗ-4
Таблица Е4-2