專利名稱：：氣相色譜分離二元共沸物的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種氣相色譜分離二元共沸物的裝置和方法，具體是氣相色譜中雙層金屬絲網(wǎng)填料分離二元共沸物的方法和裝置。
背景技術(shù)：
：氣相色譜法(GasChromatography)亦稱氣體色譜法、氣相層析法，是1952年英國(guó)生物化學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者馬丁(A.J.Martin)等人創(chuàng)立的。早在1941年，當(dāng)馬丁等人研究液-液分配色譜時(shí)，就曾提過氣-液色譜法的設(shè)想，但并未引起人們的重視。十一年后，馬丁等人經(jīng)三年的時(shí)間，研究成功了嶄新的氣_液色譜法對(duì)于共沸物的分離，在工業(yè)中多采用特殊精餾法，包括恒沸精餾、萃取精餾和鹽效應(yīng)精餾等。它們均是在被分離溶液中加入第三組分以加大原溶液中各組分揮發(fā)度，這樣就要形成一種新的共沸物，只有為非均相時(shí)才有利于分離，而且還要進(jìn)行二次分離。相對(duì)于色譜法出現(xiàn)之前的純化分離技術(shù)如精餾、重結(jié)晶等，色譜法能夠在一步操作之內(nèi)完成對(duì)混合物的分離，而且色譜過程具有無需熱再生，能耗低、分離效率高且適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種氣相色譜分離二元共沸物的裝置和方法，采用雙層金屬絲網(wǎng)填料分離二元共沸物的氣相色譜裝置，以二元共沸物正丙醇-水共沸物作為實(shí)驗(yàn)物系證明，與現(xiàn)有技術(shù)相同條件進(jìn)行比較，雙層金屬絲網(wǎng)填料優(yōu)于單層絲網(wǎng)填料。本發(fā)明提供的一種氣相色譜分離二元共沸物的裝置主要包括空氣鋼瓶、流量計(jì)、載氣預(yù)熱管加熱套、色譜柱、溫度計(jì)、冷凝器、收集管、電熱棒、壓力表、溫度表和加熱釜；存載氣的空氣鋼瓶接流量計(jì)并與載氣預(yù)熱管(外包有不銹鋼加熱套，內(nèi)亦填充雙層e網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料)相連，第一色譜柱和第二色譜柱串聯(lián)連接(固定有聚乙二醇20000的e網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料填充第一色色譜柱和第二色譜柱；色譜柱外套有加熱帶，色譜柱尾部連有冷凝器和冷凝管，加熱釜為不銹鋼釜，配有加熱套層，內(nèi)部裝有熱電偶，加熱釜上裝有壓力表。所述的第一色譜柱和第二色譜柱分別填充雙層e網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料作色譜柱內(nèi)擔(dān)體，用于固定聚乙二醇20000液體。e網(wǎng)環(huán)的尺寸為q)5mmx5mm,每層e網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料高度約為5mm。本發(fā)明提供的氣相色譜裝置分離二元共沸物的方法包括的步驟1)在密封好的色譜裝置系統(tǒng)中打開循環(huán)泵，將冰水混合物泵入冷凝器，接通加熱電源對(duì)加熱釜進(jìn)行加熱；2)加熱釜內(nèi)開始有蒸汽上升，此時(shí)確保蒸汽通往冷凝器的閥門處于打開狀態(tài)，通往色譜柱的閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；3)當(dāng)共沸物體系混合物在加熱釜內(nèi)的溫度趨于穩(wěn)定時(shí)，接通電源對(duì)色譜柱外的加熱帶和空氣預(yù)熱柱進(jìn)行加熱，打開載氣，調(diào)節(jié)載氣的流速；4)當(dāng)加熱釜內(nèi)的溫度不變時(shí)，表明加熱釜內(nèi)的上升蒸汽量是穩(wěn)定的，此時(shí)可以開始進(jìn)行分離操作；5)關(guān)閉加熱釜內(nèi)蒸汽通往冷凝器的閥門，使得蒸汽在加熱釜內(nèi)累積一定時(shí)間(根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要確定)，然后打開蒸汽連接色譜柱的閥門進(jìn)樣一定的時(shí)間(根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要確定)，再切換閥門到進(jìn)樣前的狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次分離實(shí)驗(yàn)；6)由塑料離心管收集經(jīng)冷凝管冷凝后的產(chǎn)品餾分，在分析色譜上進(jìn)行分析；7)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，停止加熱，切斷電源，關(guān)閉載氣，繼續(xù)供給冷卻水至加熱釜溫度降至室溫，然后關(guān)閉冷卻水。所述的色譜柱(2根)是玻璃柱，內(nèi)徑29mm，高1.5m;柱溫10(TC。擔(dān)體雙層9網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料(5mmX5mm)。載氣空氣，壓縮空氣鋼瓶；載氣流速0.lm3/h。壓力101.3kPa。本發(fā)明與單層金屬絲網(wǎng)填料制備色譜分離比較，其產(chǎn)品餾分中正丙醇的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82.3%，而本發(fā)明正丙醇的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)88.3075%，因此是一個(gè)很大的提高。最主要的原因是本實(shí)驗(yàn)采用了雙層9網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料，而且是在其最優(yōu)液擔(dān)比條件——柱溫IO(TC，載氣流速0.lm3/h進(jìn)行的分離實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明以雙層金屬絲網(wǎng)填料作固定液擔(dān)體，建立了色譜柱系統(tǒng)。以二元共沸物正丙醇-水為實(shí)驗(yàn)物系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明以雙層金屬絲網(wǎng)填料作色譜柱內(nèi)擔(dān)體，分離效果優(yōu)于單層金屬絲網(wǎng)填料。并適用于揮發(fā)度接近l的化合物，熱敏性物質(zhì)或生物活性物質(zhì)，或相對(duì)分子質(zhì)量較大的生化產(chǎn)品，如蛋白質(zhì)、酶、氨基酸等，以及精細(xì)化工醫(yī)藥產(chǎn)品，天然產(chǎn)物或高聚物等均可采用雙層金屬絲網(wǎng)填料制備色譜分離，在提高產(chǎn)品的純度的同時(shí)，不影響產(chǎn)品的收率，應(yīng)用廣泛。圖1是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。圖2雙層金屬絲網(wǎng)填料示意圖。圖3產(chǎn)品餾分中正丙醇和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨分離時(shí)間的變化。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，它們不是限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1:l-空氣鋼瓶；2-流量計(jì)；3-載氣預(yù)熱管；4、9-加熱帶；5、8-色譜柱；6、7-溫度計(jì)；10、14-冷凝器；ll-收集管；12-電熱棒；13_壓力表；15_溫度表；16_加熱釜。如圖2:101-色譜柱；102-雙層金屬絲網(wǎng)(雙層金屬絲網(wǎng)(316L)，60目，圓形薄片金屬絲網(wǎng)，直徑7.4cm，質(zhì)量6.7403g，三角鐵絲支架質(zhì)量2.5892g)。存載氣的空氣鋼瓶1接流量計(jì)2并與載氣預(yù)熱管3(外包有不銹鋼加熱套，內(nèi)亦填充雙層9網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料)相連，第一色譜柱5和第二色譜柱8串聯(lián)連接(固定有聚乙二醇20000的9網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料填充第一色色譜柱5和第二色譜柱8;色譜柱外套有加熱帶，色譜柱尾部連有冷凝器和冷凝管，加熱釜為不銹鋼釜，配有加熱套層，內(nèi)部裝有熱電偶，加熱釜16上裝有壓力表13。步驟如下1、組裝好色譜柱、冷凝器、加熱釜等實(shí)驗(yàn)裝置；制備柱為內(nèi)徑29mm，高1.5m的玻璃柱，內(nèi)裝cp5mmx5mm的雙層e網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料，作為制備氣相色譜固定液的擔(dān)體，柱外用加熱帶進(jìn)行加熱，兩根色譜柱串聯(lián)連接；2、檢漏開啟氣源鋼瓶，調(diào)節(jié)載氣流速為O.lm3/h，然后堵死柱的氣體出口處，用肥皂水檢查各接頭處，直到不漏氣為止；通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)來調(diào)節(jié)載氣和原料氣的流速，氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)型號(hào)LZB-10，量程為0.1lm3/h，適宜條件為空氣20°C，101.3kPa;3、操作過程中各個(gè)部分加熱所用電壓為220v，加熱釜溫度IO(TC，載氣流速0.lm3/h4、準(zhǔn)備800mL正丙醇-水溶液，其中水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.3%，加入加熱釜。5、檢查各處接口是否密封好，打開循環(huán)泵，將冰水混合物泵入冷凝器，接通加熱電源對(duì)加熱釜進(jìn)行加熱；6、加熱一段時(shí)間之后，加熱釜內(nèi)開始有蒸氣上升，此時(shí)確保蒸氣通往冷凝器的閥門處于打開狀態(tài)，通往色譜柱的閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；7、從儀表柜上讀取加熱釜內(nèi)的溫度，當(dāng)加熱釜內(nèi)的溫度趨于穩(wěn)定約為IO(TC時(shí)，接通電源對(duì)色譜柱外的加熱帶和空氣預(yù)熱柱進(jìn)行加熱，打開載氣，通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)載氣的流速為0.lm3/h;8、當(dāng)加熱釜內(nèi)的溫度不變時(shí)，表明加熱釜內(nèi)的上升蒸氣量是穩(wěn)定的，此時(shí)可以開始進(jìn)行分離操作；9、關(guān)閉加熱釜內(nèi)蒸氣通往冷凝器的閥門，使得蒸氣在加熱釜內(nèi)累積一定時(shí)間約半小時(shí)，然后打開蒸氣連接色譜柱的閥門進(jìn)樣一定的時(shí)間(根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要確定)，再切換閥門到進(jìn)樣前的狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次分離實(shí)驗(yàn)；10、每隔一分鐘由塑料離心管收集經(jīng)冷凝管冷凝后的產(chǎn)品餾分，用分析色譜進(jìn)行分析；記錄產(chǎn)品餾分中正丙醇與水的組成隨時(shí)間變化規(guī)律；產(chǎn)品餾分用SP-6890型氣相色譜儀進(jìn)行分析，色譜柱規(guī)格94x2000，擔(dān)體por即akq，目數(shù)6080，最高溫度250°C，分析條件為柱溫ll(TC，氣化室溫度13(TC，檢測(cè)室溫度13(TC，用TCD檢測(cè)。11、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，停止加熱，切斷電源，關(guān)閉載氣，繼續(xù)供給冷卻水至加熱釜溫度降至室溫，然后關(guān)閉冷卻水。正丙醇-水共沸體系進(jìn)行分離所得到的產(chǎn)品餾分組成隨分離時(shí)間變化趨勢(shì)如圖2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>因?yàn)镻EG-20000為中等極性的固定液，水與固定液的相互作用力較大(水分子的偶極矩為6.17X10—3°cm，正丙醇為5.53X10—3°cm)，因而后流出。隨著分離時(shí)間的延長(zhǎng)，水的含量升高，正丙醇的含量降低。分離最初階段產(chǎn)品中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.0257%，正丙醇最高含量為86.9743%，分離最后階段含水量最高達(dá)到83.8628%。本實(shí)驗(yàn)正丙醇的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)88.3075%，單層金屬絲網(wǎng)填料制備色譜分離中其產(chǎn)品餾分中正丙醇的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82.3%，因此是一個(gè)很大的提高。本發(fā)明的特點(diǎn)1.本發(fā)明采用雙層9網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料作為固定液的載體，采取雙層(5X5)金屬絲網(wǎng)擔(dān)體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過常規(guī)法將聚乙二醇20000固定在e網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料上。然后進(jìn)行色譜柱的填充和老化便制得了所需的實(shí)驗(yàn)色譜柱。2.以正丙醇_水(71.7%-28.3%)的共沸物體系作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行氣相色譜分離實(shí)驗(yàn)，考察所選取操作參數(shù)與參考文獻(xiàn)中的分離效果比較。結(jié)果顯示用雙層金屬絲網(wǎng)填料作擔(dān)體，分離效果優(yōu)于單層金屬絲網(wǎng)填料制備色譜法的關(guān)鍵問題，仍然是色譜柱的效率。而進(jìn)樣和檢測(cè)兩部分與分析色譜儀極為相似，但制備色譜通常是要增大色譜柱的容量以便分離較大量的樣品，因此還必須把分析速度、分離效能和樣品容量協(xié)調(diào)起來全面考慮。權(quán)利要求一種氣相色譜分離二元共沸物的裝置，它主要包括空氣鋼瓶、流量計(jì)、載氣預(yù)熱管加熱套、色譜柱、溫度計(jì)、冷凝器、收集管、電熱棒、壓力表、溫度表和加熱釜；存載氣的空氣鋼瓶接流量計(jì)并與載氣預(yù)熱管相連，第一色譜柱和第二色譜柱串聯(lián)連接，θ網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料填充有第一色色譜柱和第二色譜柱；色譜柱外套有加熱帶，色譜柱尾部連有冷凝器和冷凝管，加熱釜為不銹鋼釜，配有加熱套層，內(nèi)部裝有熱電偶，加熱釜上裝有壓力表，其特征在于所述的載氣預(yù)熱管的外面包有不銹鋼加熱套，內(nèi)亦填充有雙層θ網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料；所述的第一色譜柱和第二色譜柱分別填充有雙層θ網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料作色譜柱內(nèi)擔(dān)體，用于固定聚乙二醇20000液體。2.按照權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述的9網(wǎng)環(huán)的尺寸為(p5mmX5mm。3.按照權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述的e網(wǎng)環(huán)不銹鋼填料高度為5mm。4.一種權(quán)利要求1所述的裝置分離二元共沸物的方法，其特征在于包括的步驟1)在密封好的色譜柱裝置系統(tǒng)中打開循環(huán)泵，將冰水混合物泵入冷凝器，接通加熱電源對(duì)加熱釜進(jìn)行加熱；2)加熱釜內(nèi)開始有蒸汽上升，此時(shí)確保蒸汽通往冷凝器的閥門處于打開狀態(tài)，通往色譜柱的閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；3)當(dāng)共沸物體系混合物在加熱釜內(nèi)的溫度趨于穩(wěn)定時(shí)，接通電源對(duì)色譜柱外的加熱帶和空氣預(yù)熱柱進(jìn)行加熱，打開載氣，調(diào)節(jié)載氣的流速；4)當(dāng)加熱釜內(nèi)的溫度不變時(shí)，表明加熱釜內(nèi)的上升蒸汽量是穩(wěn)定的，此時(shí)可以開始進(jìn)行分離操作；5)關(guān)閉加熱釜內(nèi)蒸汽通往冷凝器的閥門，使得蒸汽在加熱釜內(nèi)累積，然后打開蒸汽連接色譜柱的閥門進(jìn)樣，再切換閥門到進(jìn)樣前的狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次分離實(shí)驗(yàn)；6)由塑料離心管收集經(jīng)冷凝管冷凝后的產(chǎn)品餾分，在分析色譜上進(jìn)行分析；7)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，停止加熱，切斷電源，關(guān)閉載氣，繼續(xù)供給冷卻水至加熱釜溫度降至室溫，然后關(guān)閉冷卻水。5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的色譜柱是玻璃柱，內(nèi)徑29mm，高1.5m;柱溫100。C。6.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于步驟3)的載氣為空氣，載氣流速O.lm3/h，壓力101.3kPa。7.權(quán)利要求1所述的裝置的應(yīng)用，其特征在于用這于正丙醇-水共沸物的分離。全文摘要本發(fā)明涉及一種氣相色譜分離二元共沸物的裝置和方法。本發(fā)明以雙層金屬絲網(wǎng)填料作固定液擔(dān)體，建立了色譜柱系統(tǒng)。以二元共沸物正丙醇-水為實(shí)驗(yàn)物系，分離結(jié)果為正丙醇最高含量86.9743％，本發(fā)明以雙層金屬絲網(wǎng)填料作色譜柱內(nèi)擔(dān)體，分離效果優(yōu)于單層金屬絲網(wǎng)填料。采用雙層金屬絲網(wǎng)填料制備、色譜分離，在提高產(chǎn)品的純度的同時(shí)，不影響產(chǎn)品的收率，應(yīng)用廣泛。文檔編號(hào)B01D15/08GK101791489SQ200910070880公開日2010年8月4日申請(qǐng)日期2009年10月20日優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日發(fā)明者劉偉明,唐克,徐利,白鵬,趙旭申請(qǐng)人:天津大學(xué)