JPH0249159A - クロマト分離法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はクロマト分離法、すなわち吸着剤の充填されて
いる充填床に原料流体と脱着剤流体を供給し、床内を原
料流体が移動する間に該流体中の各成分を吸着剤との相
互作用により分離し、床から吸着剤との相互作用の大き
い成分に冨む流体と小さい成分に富む流体との少なくと
も２つの流体を抜出す方法に関するものである。

〈従来の技術〉 クロマト分離法は工業的な分離操作の一つとして広く行
なわれている。クロマト分離法にはいくつかの方式が知
られているが、大規模に行なう場合には擬似移動床方式
が最も広く採用されている。

擬似移動床方式では、装置は吸着剤が充填された充填床
内を流体が一方向に循環し得るように構成されている。

床には、この流れの方向に沿って、原料流体供給口、非
吸着質流体抜出口、脱着剤流体供給口及び吸着流体抜出
口がこの順序で配置されている供給ロー抜出口の組が複
数設けられている。分離操作に際しては、常に一つの供
給ロー抜出口の組だけが作動状態にあり、所定の作業時
間が経過する毎に、作動状態にある供給ロー抜出口の組
は、対応する供給口及び抜出口が直ぐ下流にある次の供
給ロー抜出口の組に切替えられる。従って床に設けられ
ている供給ロー抜出口の組の数だけ切替えが行なわれる
と、作動状態にある供給ロー抜出口の組は床を一周して
もとの位置に復帰する。成る供給口又は抜出口から、直
ぐ下流の対応する供給口又は抜出口までの間を本明細書
では単位充填床という。充填床は供給ロー抜出口の組の
数だけの単位充填床を直列に接続したものとみなすこと
ができる。なお、原料流体供給口、脱着剤流体供給口、
非吸着質流体抜出口及び吸着質流体抜出口とは、流体を
床に供給し又は床から流体を抜出す装置の機能に基づい
て名付けたものであり、現実には一つの装置がこれら４
種の機能のいくつかを兼ねることができる。例えば一つ
の装置が原料流体供給口と脱着剤流体供給口を兼ねるこ
と又は非吸着質流体抜出口と吸着質流体抜出口とを兼ね
ることは通常行なわれている。

作動状態にある供給ロー抜出口の組において、原料流体
供給口から非吸着質流体抜出口までの間を吸着帯域、非
吸着質流体抜出口から脱着剤流体供給口までの間を精製
帯域、′脱着剤流体供給口から吸着質流体抜出口までの
間を脱着帯域、吸着質流体抜出口から原料流体供給口ま
での間を濃縮帯域という。従って充填床は吸着帯域、精
製帯域、脱着帯域及び濃縮帯域の４個の帯域から成って
おり、且つ各帯域は通常、複数の単位充填床を含んでい
る。

充填床内には、その流れの方向に各成分についての濃度
分布が形成され、かつこの濃度分布はその形状を保った
まま順次下流方向に移動する。供給口及び抜出口の切替
は、この濃度分布の所望の位置に流体を供給し、かつ他
の所望の位置から流体を抜出し得るように、濃度分布の
移動に合せて行なわれる。擬似移動床の基本的操作にお
いては、常にいずれかの供給口から原料流体及び脱着剤
流体が床に供給されており、またいずれかの抜出口から
非吸着質流体及び吸着質流体が抜出されているので、全
体としては流体の供給及び抜出しは連続的に行なわれて
いるとみなすことができる。なお、抜出される流体は、
抜出口の位置する床横断面に到達する流体の一部であり
、大部分の流体は抜出されることなく下流へ移動する。

通常は各帯域に庫外から供給され、又は各帯域から庫外
に抜出される流体の４〜１０倍の流体が上流から各帯域
に流入している。従って床内に形成されている濃度分布
は、床からの流体の抜出しにもがかわらず、あまりその
形状を損なわずに下流に移動することができる。

〈発明が解決しようとする課題〉 擬似移動床においては、上述のように、床内に形成され
ている濃度分布の下流への移動に合せて、流体の供給口
及び抜出口を下流のそれに切替える。

しかし濃度分布の移動は連続的であるにもががねらず供
給口及び抜出口の切替は間欠的であるので、−作業時間
内に一つの抜出口から構成される装置組成は経時的に変
化する。良好な分離成績を達成する為には、抜出液の経
時変化はできるだけ小さい方が好ましい。この経時変化
を少な（する為には一組の供給ロー抜出口の作業時間を
短くして、供給口及び抜出口を順次下流のそれに頻繁に
切替えることが必要である。しかし、そのためには多数
の単位充填床から成る床を必要とし、装置が複雑かつ高
価となる。通常は装置の価格と達成される分離効率とを
考慮して、６〜２４個の単位充填床から成る装置が用い
られている。

本発明はより簡単な装置、例えば４個の単位充填床から
成る装置を用いた場合においても、良好な分離効率を達
成することのできるクロマト分離法を提供せんとするも
のである。

〈課題を解決するための手段〉 本発明によれば、一方向に流体が循環的に流れ得るよう
に構成されており、その流れの方向に沿って一組の原料
流体供給口、非吸着質流体抜出口、脱着剤流体供給口及
び吸着質流体抜出口がこの順序で設けられていて、全体
が、原料流体供給口と非吸着質流体抜出口との間を占め
る吸着帯域、非吸着質流体抜出口と脱着剤流体供給口と
の間を占める精製帯域、脱着剤流体供給口と吸着質流体
抜出口との間を占める脱着帯域、及び吸着質流体抜出口
と原料流体供給口との間を占める濃縮帯域の４帯域に区
分されており、かつ上記一組の供給口及び抜出口は、所
定の作業時間経過後、下流にある他の一組の供給口及び
抜出口に切替えられるように構成されている充填床を備
えたクロマトグラフィー装置を用いて原料流体中の物質
の分離を行なう方法において、該所定の作業時間内に（
ｉ）脱着帯域から流出する流体の一部を濃縮帯域に流入
させ、濃縮帯域から流出する流体を吸着帯域に流入させ
ながら、充填床に原料流体供給口から原料流体を、脱着
剤流体供給口から脱着剤流体をそれぞれ供給し、且つ充
填床からは非吸着質流体抜出口から吸着帯域から流出す
る流体の少なくとも一部を、吸着質流体抜出口から脱着
帯域から流出する流体の一部をそれぞれ抜出す、供給−
抜出し工程（ｉｉ）充填床への流体の供給及び充填床か
らの流体の抜出しを行なうことなく、床内の流体を下流
方向に移動させる循環工程 の２つの工程を行なうことにより、良好な分離成績を達
成することができる。

本発明につき更に具体的に説明するに、本発明は通常の
擬似移動床（但し、床を構成する単位充填床の数は少な
くてもよい）を用いて行なわれるが、その運転方法が従
来の擬似移動床の運転方法と異なっている。すなわち、
本発明は （ｉ）床に原料流体及び脱着剤流体を供給し、同時に床
から非吸着質流体及び吸着質流体を抜出す際に、非吸着
質流体抜出口の位置に到達した床内流体のうち従来法よ
り大きい比率を、場合によってはその全量を非吸着質流
体として抜出す。

（ｉｉ）床への流体の供給及び床からの流体の抜出しが
間欠的に行なわれる。すなわち全体的にみた場合、床へ
の流体の供給及び床からの流体の抜出を行なわずに床内
流体のみを下流方向に移動させる期間が存在する。

の２点において、擬似移動床の基本的運転方法及び公知
の他の運転方法と異なっている。

擬似移動床は前述のように４個の帯域から成っており、
かつ各帯域における吸着質成分及び非吸着質成分の濃度
分布は、典型的には第２図に示すようになっている。脱
着帯域には吸着質成分が高濃度に存在しているが、吸着
質成分は充填されている吸着剤との相互作用が大きいの
で、これを下流に移動させるのは容易ではない。逆に精
製帯域には非吸着質成分が主に存在しているが、これは
吸着剤との相互作用が小さいので、容易に下流に移動す
る。このように各帯域により、その部分に形成されてい
る濃度分布を下流に移動させる容易さは異なっている。

また各帯域における濃度分布の移動量、すなわち移動距
離は、その帯域を流れる流体の量、すなわち流速（容量
／時間）と時間との積に比例する。

従って一組の供給ロー抜出口の作業時間内に各帯域にお
ける濃度分布を同じだけ、すなわち単位充基床の巾だけ
移動させるには、各帯域毎にそこを流れる流体の量を適
正な値に設定することが必要である。例えば精製帯域の
流量は他の帯域の流量よりも小さな値に設定しなければ
ならない。

本発明では各帯域における濃度分布の移動は２段階で行
なわれる。その第一は原料流体および脱着剤流体を床に
供給し、かつ床から非吸着質流体及び吸着質流体を抜出
す段階である。この段階における各帯域の流速は、床に
供給される流体の供給速度（容Ｍ／時間）および床から
抜出される流体の抜出速度の影響を受けて、帯域毎に異
なる。

その第二は床への流体の供給および床からの流体の抜出
しを行なわずに床内の流体を下流方向に流下させる段階
である。この段階は専ら濃度分布の移動のために行なう
ものであり、各帯域の流速、従って流量は同一となる。

本発明においては上記第一段階においてのみ床から吸着
質流体および非吸着質流体が抜出される。

しかして上述したところから明らかなように、この第一
段階における濃度分布の移動量は、一組の供給ロー抜出
口が作動状態にある間の全移動量より小さいので、床か
ら抜出される吸着質流体および非吸着質流体の組成の経
時変化も小さい。換言すれば、従来の擬似移動床が床内
の濃度分布の移動の全過程において液の抜出しを行なっ
ていたため抜出液の組成の経時変化が大きかったのに対
し、本発明は濃度分布の移動の一部の過程においてのみ
液の抜出を行なうので抜出液の組成の経時変化を小さく
することができるのである。

本発明を図面に基づいてさらに詳しく説明する。

第１図は本発明を実施する際に使用するクロマト分離装
置の１例である。

図中、１〜４はそれぞれ吸着剤を充填した単位充填床で
あり、１１は流体を循環するための循環ポンプであり、
３１〜４６は各流体の供給又は抜出弁である。第２図は
、本発明方法により第１図の装置を操作した場合の、充
填床内の各成分の濃度分布及び床に供給又は床から抜出
す各流体の供給又は抜出しの開始位置を示した。

第１図および第２図において、先ず循環ポンプ１１と流
量制御弁２１により所定量の流体を循環させつつ、弁３
１より原料を、弁３７より脱着剤を供給し、同時に弁４
２より吸着質流体を、弁４４より非吸着質流体を抜出す
供給−抜出し工程を行なう。この際、吸着、精製、脱着
および濃縮の各帯域を流下する流体の流速をそれぞれＲ
，、Ｒ２Ｒ３，およびＲ，（容量／時間）とし、この工
程の継続時間を０１　とする。

次いで、床への流体の供給および床からの流体の抜出し
を中止し、循環ポンプ１１により床内流体の循環のみを
行ない、濃度分布曲線を所定の位置まで移動させる循環
工程を行なう。この工程において各帯域を流れる流体の
流速をＲ６（容量／時間）とし、この工程の継続時間を
θ。とする。

これにより弁３１，３７，４２．４４の組の作動時間（
工程１）が終了したので、それぞれの弁を下流の対応す
る弁に切替える。すなわち弁３２゜３８．３９．４５の
組を作動状態として上述の操作を反復する（工程２）。

第１図の装置は４個の単位充填床より成っているので、
弁の切替を４回行なうと最初の状態に復帰する。各切替
毎の開の弁、切替時間及び流量計の設定値を第１表に示
す。

第　　１　　表 一方、第１図の装置を従来の擬似移動床の操作方法に従
って、本発明方法によるのと同じ作業時間（すなわち弁
切替時間）で運転する場合を想定すると次の如くなる。

すなわち、この場合における吸着、精製、脱着および濃
縮の各帯域を流下する流体の流速をそれぞれＲ、’、Ｒ
２’　　Ｒ３’およびＲ４′（容積／時間）とすると、
−作業時間内での各帯域における濃度分布の移動量を本
発明法と従来法とで同一とするため、−作業時間内での
流量を各帯域毎に一致させなければならないことから、 Ｒ，’　（θ。十θ、−Ｒ５θ１＋Ｒ０θ。　　　　　
（１）Ｒ２′（θ。＋θ１　＝Ｒ２θ１＋Ｒ０θ。　　
　　　（２）Ｒ３′（θ０＋θ１　＝Ｒ３θ１＋Ｒ０θ
。（３）Ｒ４′（θ。＋θ１−Ｒ４Ｏ１＋Ｒ０θ。　　
　　　（４）一方、本発明方法においては、−作業時間
内の吸着帯域における濃度分布の全移動量に対する供給
−抜出し工程における濃度分布の移動量の比、すなわち
濃度分布の移動した幅に対する非吸着質流体として抜出
した部分の幅の比γ１は、（１）弐より ｒ＋　　　−Ｒ＋　　θ　ｌ／（Ｒ，θ　、＋　Ｒｏ　
θ　。）＝　（Ｒ，’　（θ。十〇、）　　Ｒｏθ。）
／Ｒ，’　（θ。十θ、　）（５） となる。同様にして脱着帯域における濃度分布の移動し
た幅に対する吸着質流体として抜出した部分の幅の比γ
２は、（３）式より γ２＝Ｒ１θ、／（Ｒ，θヨ＋Ｒ０θ。）＝　（Ｒ３’
　（θ。＋θυ−Ｒ０θ。）／Ｒ，’　（θ。＋θ、　
）（６） となる。Ｔの値が小さいほど抜出される液の組成の変化
は小さくなるが、Ｔの値が最小になるのは、（５）、　
（６）式よりＲ２Ｏ。が最大となったときである。

前述の如く、擬似移動床では通常は精製帯域の流量が最
小となるが、（２）式よりＲ２Ｏ。に無関係に精製帯域
の流量が最小になるのはＲ２θＩ−０のときである。こ
れは供給抜出し工程において精製帯域を流下する液量を
零にする、すなわち吸着帯域を流下する液の全量を非吸
着質流体として抜出すことを意味する。なお、この場合
には抜出される非吸着質流体の量は当然に供給される原
料流体の量に等しいか又はそれよりも多い。何故ならば
、同時に抜出される吸着質流体の量は供給される脱着剤
の量よりも少なく、その差に相当する液量が濃縮帯域を
経て吸着帯域に流入するからである。また、このように
することにより精製帯域の流量（Ｒ２Ｏ１＋Ｒ０θ。）
を濃縮帯域の流量（Ｒ，θ１＋Ｒ０θ０）よりも小さく
保たなければならないという擬似移動床に通常要求され
る運転原則が確保できる。

第２図は吸着帯域と脱着帯域において濃度分布のどの部
分が外部に抜出されるかを模式的に示している。図中で
流体は右方へ向かって流れており、濃度分布曲線も右方
へ移動する。本発明においては、供給−抜出し工程にお
いて濃度分布曲線の移動と吸着帯域および脱着帯域の濃
度分布曲線の一部の巾からの流体の抜出しが行なわれ、
次いで循環工程で濃度分布曲線の移動のみが行なわれる
。

そして両工程の濃度分布曲線の移動中の合計が単位充填
床の巾に等しくなったら、直ぐ下流の供給ロー抜出口の
組を作動状態にして上記の操作が反復される。

く効　果〉 従来の擬似移動床式クロマト分離法においては、循環工
程がないために、濃度分布曲線において、単位充填床の
巾で供給・抜出を行なっていたので常にｒ＝１であり、
床数が少ないと各抜出部の濃度が抜出開始時と終了時で
大巾に変化して良好な結果が得られず、又各供給部の巾
が広いとそれだけ外乱が大きくなり分離結果を落とす結
果となっていた。

本発明によれば、供給−抜出を行なう巾を変化せること
かできるので、床数が少なくても良好な分離結果が得ら
れる。

以下に本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが
、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限
定されるものではない。

（実施例） 実施例１ 第１図に示した装置を用いて、第２表に示す原料（果糖
・ブドウ糖混合水溶液）のクロマト分離を、吸着剤とし
てＣａ型の強酸性カチオン交換樹脂（Ｄ　ｌＡｌ０Ｎ＠
ＦＲＫ−１０１三菱化成株式会社製造販売）を使用し、
脱着剤として水を使用して行なった。

第２表 直列に連結した４本のカラムに吸着剤を合計３１４０ｍ
ｆｆ１充填した充填床を６５°Ｃに保ち、下記第３表に
示す条件にて分離操作を繰り返し行なった。

第３表 供給及び抜出の巾をできるだけ狭くするために、Ｒ２＝
０とし、又供給・抜出し工程と循環工程における充填床
の圧力損失がほぼ等しくなるようにＲ０＝　Ｒ＋とじて
実験した。

定常状態に達した後の各両分の成分組成と各成分の回収
率を第２表に示す。

実施例２ 吸着剤としてＮａ型の強酸性カチオン交換樹脂（ＤＩＡ
ＩＯＮ＠ＵＢＫ〜５３０Ｋ）を用いたこと以外は、実施
例１と同一の装置を使用し、第４表に示す組成のオリゴ
糖水溶液を第５表の条件で分離した。

第４表 第５表 第６表 この場合は、Ｒ２−０、Ｒ，＝Ｒ３として実験した。定
常状態に達した後の各両分の成分組成と各成分の回収率
を第４表に示す。

比較例１および２ 実施例１および２と同じ原料で同じ液負荷、脱着剤比の
もとで、従来の８床式の擬似移動床式クロマト分離法で
分離した結果を第６表および第７表に示す。

実施例１は高純度の果糖を得ることを目的としたもので
あり、第２表および第６表を比較すると本発明による場
合、純度及び回収率が約２ポイント上昇した。

実施例２は高純度のＤＰ、、を得ることを目的としたも
のであるが、第４表および第７表を比較すると本発明に
よる場合、回収率が１０ポイント程高くなっている。

上記の如く、本発明を用いれば、原液処理量、脱着剤比
、吸着剤量が同じ場合には、床数の多い従来の擬似移動
床式クロマト分離と同等もしくはそれ以上の成績が得ら
れるため、装置は筒素化され、建設費も大巾に低減させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を実施するのに適した装置の１例の説明
図であり、第２図は充填床内に形成される濃度分布の１
例を模式的に示す図である。 １〜４：単位充填床 １１：循環ポンプ ２１：流量制御弁 ３１〜３４：原料供給弁 ３５〜３８：脱着剤供給弁 ３９〜４２：吸着質抜出弁 ４３〜４６：非吸着質抜出弁 Ｆ　：原料供給開始箇所 Ｗ　：脱着剤　〃　〃 Ｐ　：吸着質抜出　〃　〃 Ｒ：非吸着質　〃　　〃 ＲＩ　：供給抜出工程時の吸着帯域の流速Ｒｚ：／／　
　　精製　〃　　〃 Ｒ：ｌ　　；ｓ　　　脱着　〃　　〃 Ｒ４：　　　　　〃　　濃縮　〃　　〃Ｒ０：循環工程
時の各帯域の循環流速

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方向に流体が循環的に流れ得るように構成され
   ており、その流れの方向に沿って一組の原料流体供給口
   、非吸着質流体抜出口、脱着剤流体供給口及び吸着質流
   体抜出口がこの順序で設けられていて、全体が、原料流
   体供給口と非吸着質流体抜出口との間を占める吸着帯域
   、非吸着質流体抜出口と脱着剤流体供給口との間を占め
   る精製帯域、脱着剤流体供給口と吸着質流体抜出口との
   間を占める脱着帯域、及び吸着質流体抜出口と原料流体
   供給口との間を占める濃縮帯域の４帯域に区分されてお
   り、かつ上記一組の供給口及び抜出口は、所定の作業時
   間経過後、下流にある他の一組の供給口及び抜出口に切
   替えられるように構成されている充填床を備えたクロマ
   トグラフィー装置を用いて原料流体中の物質の分離を行
   なう方法において、該所定の作業時間内に （ｉ）脱着帯域から流出する流体の一部を濃縮帯域に流
   入させ、濃縮帯域から流出する流体を吸着帯域に流入さ
   せながら、充填床に原料流体供給口から原料流体を、脱
   着剤流体供給口から脱着剤流体をそれぞれ供給し、且つ
   充填床からは非吸着質流体抜出口から吸着帯域から流出
   する流体の少なくとも一部を、吸着質流体抜出口から脱
   着帯域から流出する流体の一部をそれぞれ抜出す、供給
   −抜出し工程 （ｉｉ）充填床への流体の供給及び充填床からの流体の
   抜出しを行なうことなく、床内の流体を下流方向に移動
   させる循環工程の２つの工程を行なうことを特徴とする
   方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、供給
   −抜出し工程において吸着帯域から流出する流体を非吸
   着質流体抜出口から全量抜出すことを特徴とする方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の方法において、供給
   −抜出し工程において吸着帯域から流出する流体を、一
   部は精製帯域に流入させ、残部は非吸着質流体抜出口か
   ら抜出すことを特徴とする方法。