Известен способ непрерывного хроматографического разделения газовых смесей с использованием замкнутой кольцевой колонки, I) которой зона разделяемых вендеств непрерывно перемещается в токе газа-носителя вдоль слоя сорбента по замкнутому контуру. В среднее сечение зоны осуществляют непрерывный ввод разделяемой смеси, а на концах зоны - непрерывный отбор ее обогащенных компонентов. Относительное перемещение зоны разделяемых веществ и слоя сорбента осуществляется вращением колонки по отношению к распределительному устройству, в котором точки ввода разделяемой смеси и газа-носителя, а также вывода обогащенных компонентов остаются неподвижными. Сама зона разделяемых веществ (вернее, границы ее) в процессе разделения остается неподвижной, а перемещаются по отнощению к ней противотоком слой сорбента и инертный газ-носитель.
Недостатком известного способа является то, что в процессе разделения происходит сильное разбавление компонентов разделяемой смеси инертным газом-носителем. Это ограничивает производительность способа и требует рещения проблемы возможпо более полного улавливания продуктов разделения из отбираемых потоков.
;ебольн1ая часть его (рабочая зона) насыщена разделяемыми веществами, большая же часть его, служащая зоной десорбции, контактирует с чистым газом-носителем.
Р1звестный способ позволяет получать только две фракции обогащенных компонентов разделяемой смеси, в то время как смеси содержат, как правило, значительно большее число компонентов и во многих, представляю1ДИХ практический интерес, случаях стоит задача выделения одновременно нескольких компонентов смеси.
Конструктивное осуществление известного способа довольно сложно. Это является причиной того, что сведения о практическом применении его до настоящего времени отсутствуют.
Предлагаемый способ отличается от известного тем, что относительное перемещение зоны разделяемых веществ и слоя сорбента достигается относительным перемещепием кольцевой хроматографической колонки и источника тепла, создающего в слое сорбента колонки движущееся тепловое поле с градиентом температур по дли)1е колонки. Это позволяет резко упростить конструкцпю хроматографа, так как отпадает необходимость в притертых самоуплотняющихся дисках, исключает разбавление выделяемых компонентов разделяемой смеси газом-носителем и нозволяет повысить эффективность использования сорбента сокращением /ялины зоны десорбции. В качестве источника тепла используют печь, имеющую градиент температур, направление которого совпадает с направлением относительного перемещения колонки, а максимальная температура равна температуре полной десорбций разделяемой смеси. Это позволяет осуществлят концентрирование компонентов многокомпонентных смесей в сечениях, отвечающих характеристическим температурам компонентов, а также осуществлять отбор одновременно нескольких компонентов из указанных сечений.
Перемендение температурного поля вдоль колонкн воз.можпо периодическим переключением нагревательных секций, установленных по всей длине колонки, а ввод смесн и отбор обогаще П1Ых компонентов - синхронно с пе еключеннем секций. Это позволяет создат чрезвычайно простую конструкцию устройств для непрерывного хроматографического разде. газовых смесей, при1одную для промышленного применения.
В среднюю ча.сть зоны колонки, отвечающую максимальной температуре температурного поля (зона полной десорбции), подают непрерывно или периодически, синхронно с переключением секций нагрева, подогретый инертный газ, вывод которого осуществляют на концах данной зоны. Подача инертного газа необходима для обеспечения более полной десорбции смеси в зоне десорбции и компенсации изменения давления в колонке, возникающего в результате десорбции.
Сущность предлагаемого способа поясняется прилагаемыми чертежами и описанным ниже примером осуществления способа.
На фиг. 1 схематически изображена кольцевая хроматографическая колонка с указанием температурных зон, мест ввода разделяемой 4-компонентной смеси и вывода обогащенных фракций; на фиг. 2 - та же кольцевая колонка, в которой осуществлено перемещение температурных зон и мест ввода и вывода на один такт (стрелкой указано направление перемещения температурных зон и мест ввода и вывода) ; на фиг. 3 - один из вариантов конструктивного выполнения колонки с секциями нагревателей и распределительным устройством для ввода и вывода потоков из колонки.
Устройство для осуществления предлагае-, мого способа содержит кольцевую хроматографическую колонку 1, заполненную сорбентом. Снаружи колонка окружена рубашкой 2, разбитой на ряд изолированных друг от друга секций А, Б, В, Г... Каждый из участков колонки, окруженный одной секцией рубашки, имеет два капиллярных канала 3, 4, один из которых служит для вывода, а другой для ввода газового потока. Каждый канал снабжен распределительным устройством 5, выполненным в виде малогабаритного пневматического мембранного клапана, мембрана 6 которого, управляемая давлением сжатого воздуха, слул(ит для открывания и перекрывания канала.
Колонка дополнительно снабжена манометром (или вакуумметром) 7 и пробоотборным устройством 8.
Разделяемая смесь, содержащая, например, четыре компонента (этан + этилен + пропан + пропилен), вводится в хроматографическую колонку, которую предварительно откачивают.
В период заполнения смесью колонки остается открытым только клапан подачи смеси (точка О), остальные клапанЕ закрыты. После заполнения колонки, что может контролироваться по манометру 7, клапан подачи разделяемой смеси перекрывают и, подавая в секции рубащки теплоноситель (например, нагретое силиконовое масло) и хладагент (охлажденное силиконовое масло), устанавливают вдоль колонки градиент температур.
Температурная зона, отвечающая температуре Г, является зоной полной десорбции. После создания температурного градиента вдоль колонки, направление которого противоположно направлению перемещения температурных зон и мест ввода и вывода потоков в процессе разделения, в центр зоиы десорбции (точка И начинают подавать инертный газ (например, азот, воздух и др.), который выводят через открытые клапаны на краях зоны десорбции. В этот мо.мент положение температурных зон и точек ввода и вывода инертного газа отвечает изображенному на фиг. 1. Затем переключением каналов подачи теплоносителей н хладагента и клананов подачи и вывода инертного газа осуществляют перемещение температурных зон и мест ввода и вывода инертного газа на один такт (см. фиг. 2). Перемещение температурных зон и мест ввода
и вывода инертного газа без продукта из колонки (в безотборном режиме) осуществляют до тех пор, пока в колонке не установится распределение веществ по температурным зонам, т. е. не будет достигнуто стационарное состояние. Контроль установления стационарного состояния можно осуществлять с помощью хроматографического анализатора, отбирая пробы шпрнцем через пробоотборное устройство 8. Этот же контроль позволяет определить положение максимумов концентраций компонентов в колонке, из которых будет осуществляться отбор компонентов, и положение средней точки, в которую необходимо будет осуществлять ввод разделяемой смеси. После
достижения стационарного состояния и уточнения положення точки ввода разделяемой смеси и точек вывода обогащенных фракций с учетом скорости перемещения температурных (н, следовательно, концентрационных) зон, определяемой частотой переключения распределительных кранов и клананов, начинают осуществлять периодический ввод и отбор веществ при каждом такте перемещения. Скорость перемещения температурных зон
же градиент температур подбирают экспериментально в зависимости от коикретной разделяемой смеси.
Предмет изобретения
1. Способ непрерывного хроматографического разделения газовых смесей введением разделяемой смеси в кольцевую замкнутую хроматографическую колонку, относительным перемещением зоны разделяемых веществ и слоя сорбента в колонке, и отбором из колонки обогащенных компонентов смеси, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, упрощения конструкции хроматографа и обеспечения возможности одновременного отбора нескольких обогащенных компонентов смеси, относительное перемещение зоны разделяемых веществ и слоя сорбента осуществляют относительным перемещением
кольцевой колонки и источника тепла, создающего в слое сорбента колонки движущееся тепловое поле, имеющее градиент температур по длине колонки.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемещение теплового поля по слою сорбента в колонке осуществляют периодически переключением нагревательных секций, установленных по всей длине колонки, а ввод смеси и
отбор обогащенных компонентов осуществляют синхронно с переключением секций.
3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью обеспечения более полной десорбции смеси в зоне десорбции н компенсации изменения давления в колонке, возникающего в результате десорбции, в среднюю часть зоны десорбции подают непрерывно или периодически, синхронно с переключением секций нагрева, подогретый инертный газ, вывод которого
из колонки осуществляют на концах зоны десорбции.
Выдод инертного газа
I Ввод ра дсаягмой Q смеси
ввод SbiSod ноео г/.чергпно о газа
