Способ разделения и анализа смесей

Способ разделения и анализа смесей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 08.10.74 (21) 2064913/25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 25.11.76. Бюллетень ¹ 43 (45) Дата опубликования описания 23.12.76

/08

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР пв делам изобретений и етквытиб (72) Авторы изобретения А. А. Жуховицкий, С. М. Яновский, B П. Шварцман, И. А. Ревельский, В. Э-В. Милли, В. А. Иоонсон и Х. Ахерма (71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный нефтяной институт (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ И АНАЛИЗА СМЕСЕЙ

Изобретение относится к способам разделения и анализа жидких смесей и может быть использовано для препаративного;получения чистых веществ, осуществления анализа жидких смесей, обогащения и определения примесей, определения физико-химических характеристик растворов, разгонки сложных смесей и найдет применение в химической, нефтехимической, медицинской промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ хроматографического разделения смесей и .препаративного получения чистых веществ, заключающийся в нанесении смеси на слой сорбента, воздействии газового потока и температуры, основанный на различии скоростей движения, компонентов по слою сорбента, которые обязаны различию коэффициентов распределения между подвижной и ,неподвижной фазами (1). Однако,в известном способе существенно ограничена производительность. Кроме того, ее:проведение требует применения дополнительного растворителя (неподвижной фазы) или адсорбента, и, следовательно, специальных мер для обеспечения их чистоты. В,вытеснительном варианте хроматографии требуется использовать ком.понент, сорбирующийся сильнее всех компонентов смеси, что приводит,к дополнительным затратам при регенерации сорбента.

Известен также способ разделения смесей путем дистилляции, основанный на различии в составе р,авновесных жидкой и паровой фаз, противоточно взаимодействующих друг с другом в колонне с массообменным и элементами при наличии температурного градиента (2). В этом способе значительно труднее чем,в хроматографии обеспечить многократность процесса, высокую эффективность разделения и, следовательно, невозможно разделить многокомпонентную смесь на чистые индивидуальные вещества.

Прототипом изобретения является способ разделения жидких смесей, заключающийся .в нанесении на инертный носитель исследуемой смеси с .последующим .пропусканием потока газа-,носителя в отзотермических условиях (3). Этот способ приводит лишь к частичному разделению смеси и не может быть использован для получения индивидуальных компонентов в чистом виде.

Цель изобретения — увелотчение производительности разделения смесей, повышение чистоты выделяемых, веществ, повышение степени обогащения веществ.

Достигается это тем, что,на колонку, заполненную инертным носителем и проду ваемую газом-,носителем, наносят такое количество разделяемой смеси, при котором сама анализируемая смесь служит неподвижной фазой и разделение осуществляют за счет

536429

25 зо

65 процессов конденсации и испарения в неподвижном температурном поле с отрицательным градиентом; другое .отличие состоит в том, что для ускорения. времени разделения,и анализа .в процессе разделения,повышают температуру колонки во,времени при,сохранении того же отрицательного градиента температу ры вдоль слоя, изменяют скорость потока во времен и и (или) вдоль колонки. Кроме того,,разделение осуществляют:в подвижном температурном поле с отрицательным градиентом при отсутствии потока газа-носителя.

На фиг. 1 дана принципиальная схема; на фиг. 2 — схема распределения и форма выходной кривой для разделения врехкомпонентной смеси; на фиг. 3 — форма выходной ,кривой для,разделения,пятикомпонентной смеси; на фиг. 4 и 5 — хромадистограммы разделения веществ с разными функциональными группами.

iB предлагаемом способе как и в хроматогра фии, используют движевие разделяемой смеси по слою твердого инертного заполнителя (например, металлических или стеклянных шариков, песка и т. д.), в доль которого осуществляют постоянный отрицательный прадиент температуры, при этом, однако, отсутствует какой-л и бо сорбент, процессы адсорбции и распределения осуществляют за счет различия |коэффициентов,распределения между,паром и разделяемой жидкостью. Д ругими словами в способе, согласно изобретению, разделение является результатом многократного кспа рения и,конденсации компонентов сиеси .на слое инертного заполнителя .в температурном .поле с отрицательным тем пературным прадиентом вдоль слоя. .Препаративный вариант хромадистилляции наиболее ра ционально осуществить следующим образом..В трубке 1 (см. фиг. 1) на ине|ртный заполнитель (не обладающий адсорбционной или химической активностью) нанесена разделяемая смесь. Трубка находится при постоянной, .например, комнатной температуре. Трубка 2, в которой происходит разделение, находится при неподвижном градиенте температур,,который легко осуществить, поместив ее конецlB криостат или используя ряд последовательно соединенных колонок, находящихся,при различных температурах. Через оое трубки продувают инертный газ (например, азот). На переднем крае движущейся полосы, в соответствии с законами

:коростей движения будет, возникать зона чистого, наиболее летучего компонента, а на заднем фронте наименее летучего. В результате многoKOMïoíåíòíàÿ смесь делится на отдельные соприкасающиеся зоны, содержащие чистые компоненты и расположенные в порядке убывания летучести чистых компонентов (см. фиг. 2,а). Подобная картина реализуется в .вытеснительной хроматографии.

Отличие настоящего варианта хромадистилляции от вытеснительной хроматографии сводится к следующему.

В хромадистилляции .нет необходимости в вытеснителе, так как дистилляция отвечает предельному случаю вогнутой изотермы, границы фронтов являются достаточно резкими (см. фиг. 2,б).

В отличие от газовой хроматографии количество неподвижной фазы (в нашем случае жидкости в зонах) не задано и выбирается системой так, чтобы обеепечить разделение.

В рассматр иваемом варианте хромадистилляции из условия;постоянства скоростей движения грани ц зон с,g,= const (здесь с, — концентрация i-го компонента .в насыщенном паре, g; — количество грамм компонента в един ице объема колонки i-é,çîíû) следует, что

g„пропорционально с;. Таким образом,,компоненты выделяются из колонки, поочередно при давлениях своих насыщенных,па ров и достаточно иметь на выходе ловушку при температуре,несколько меньше температуры конца разделитель ной колонки, что бы,получить ,компоненты в чистом виде. Градиент температур по колонке необходим для реализации многократности конденсации:и,испарения, В качестве иллюстрации .показана хромадистограмма смеси, содержащей три .компонента— гексан, гептан, октан (см. фиг. 2). Эти,компоненты были нанесены на колонку с хроматоном L 8 см, d=0,2 см, разделительная колонка (стальная) L=67 см, d=,0,2 см заполнена металлическими шариками. Первая колонка находится при 20 С, также как:и начало второй колонки, конец которой находится при Т=О С.

iHa фиг. 2,видны три зоны с резкими границами. Сравнение с высотами ступеней чистых компонентов, а также х роматографическый анализ проб из соответствующих зон показали, что .первая зона содержит чистый гексан, примесь гептана менее 2%, .во второй зоне содержится гаптан с примесью пексана (около 1%), а в третьей октан с .примесью ге птана около О, 5%.,На фиг. 3 показана аналогичная хромадисюпрамма для пятикомпонентной смеси. Так,как на заполнитель наносится, разделяемая жидкость, то производительность хромадистилляции может в сот ни раз превышать производительность в препаративной хроматографии. В отличие от д истилляции и препаративной хроматопрафии на колонкаx небольшой длины возможно получение чистых компонентов.,Преимущества использования предлагаемого способа: высокая производительность, получения чистых веществ из многокомпонентной смеси при использовани и малых длин слоя; отсутствие .нео бходимости:использовать адсорбенты .и специальные, дорогостоящие жидкие фазы для осуществления процесса, разделения, можно применять дешевые .инертные заполнители; отсутствие необходимосви очищать сорбенты или,неподвижные фазы от вредных,примесей.

Способ ооладает большой технико-экономической эф фективностью,при применении его в ряде отраслей промышленности (химичес536429

10 кой, .нефтехимической, нефтчной геологии т. п.).

Формула изобретения

1. Способ разделения смесей .и анализа, основанный на нанесении на инертный носитель в,колонке разделяемой смеси и воздействии на нее газового потока и температуры, о тл и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью увеличения производительности разделения, повышения чистоты выделяемых веществ, повышения степени обогащения веществ, на колонку с носителем наносят такое количество разделяемой смеси, при,котором сама анализируемая смесь служит неподвижной фазой и разделение осуществляют за счет процессов конденсации и испарения в неподвижном температурном поле с отрицательным градиентом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью ускорения времени разделения и анализа,,в процессе разделения повышают температуру колонки во,времени прн сохране.нни того же отрицательного градиента температуры .вдоль слоя.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийс я тем, что, с целью ускорения времени анализа, изменяют скорость потока во времени и(или) вдоль колонки.

4. Способ по пп. 1 — 3, отл ич а ющи йс я тем, что, с целью увеличения производительности и ускорения времени анализа, разделение осуществляют в подвижном температурном.поле с отрицательным градиентом при отсутствии потока газа-носителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.,Златкис А., Преториус В. Препаративная газовая хроматография, М., Мир, 1974, стр. 9 — 58., 2о 2. Розен А. М., Теория .разделения изотопов, М., Атомиздат, 1960, стр. 29.

3. Авт. свидетельство СССР № 250538, М. Кл. G 01 N 31/08 1970 г. (прототип).

536429 и,см

1г

Составитель Л. Жаркова

Техред Е. Подурушина Корректор И. Симкина

Редактор Е. Гончар

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 1088/1652 Изд. № 309 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, К-35, Раушская наб., д, 4/5