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Combined continuous and preparative separation of close-boiling components in a gas-liquid chromatography = 기-액 크로마토그라피를 이용한 유사 비점 물질의 연속식 분리
서명 / 저자 Combined continuous and preparative separation of close-boiling components in a gas-liquid chromatography = 기-액 크로마토그라피를 이용한 유사 비점 물질의 연속식 분리 / Kyung-Ho Row.
저자명 Row, Kyung-Ho ; 노경호
발행사항 [서울 : 한국과학기술원, 1986].
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초록정보

By use of conventional gas-liquid chromatography, partition coefficient were obtained in terms of column temperature. The feed materials were chosen by close-boiling point as dichlormethane, diethylether, and dimethoxymethane. In a preparative chromatographic column(I.D. 1 cm), the three close-boiling components were separated with dinonylphthalate-coated Chromosorb A as a stationary liquid phase(SLP) and helium as an eluant. Effect of superficial velocity of eluant on axial dispersion coefficient was correlated by Fourier analysis of the response curve as: $E=0.71 D_M+r_p u_0^{1.54}$ Intraparticle diffusion coefficient of each component was also determined. From sensitivity analysis, the diffusion in SLP was small and not a limiting process. As the superficial velocity of eluant and the column length were increased, the pressure drop was affected considerably on the variation of the velocity. Scaled-up chromatogaphic system was used to separate the two close-boiling components, namely diethylether and dichloromethane. The system was composed of 12 segmented columns and sixty solenoid valves controlled by a programmable controller. Effects of several flow paths on outlet concentration profiles were investigated to find optimum conditions. Compared to a conventional preparative chromatography, moving feed-injection and product-withdrawal enabled to separate the feed mixtures continuously in the partition and desorption sections. From the experimental results, the desirable method was that within a switching time, less-absorbed component was obtained purely in partition section, and in desorption section the remained components were separated by increase in column length. This new process was developed and used for separating the binary feed materials continuously by the gas-liquid chromatography. Advantage of the system was that several columns were added in the desorption section to separate the non-eluted components, compared to other continuous chromatographic systems. The concentration profiles were simulated by the mathematical models, which assumed the uniform distribution of SLP and the linearity of the equilibrium isotherm. From the results of the simulations, the additional column length and desorbent velocity had greatly influenced to the impurity between the both components to operate the system continuously by the principle. As in the simulation results, it was experimentally confirmed that the additional column length and the desorbent velocity were the most important factors to separate continuously the feed mixtures. Optimum switching time for good separation was experimentally measured, and it was mainly affected by the column temperature and column length if feed mixture and SLP were fixed. Throughputs 5 to 10㎤/hr had been treated with good purities under certain experimental conditions. The theoretical concentration profiles assumed by uniform film thickness and linear partition equilibrium were in good agreements with the experimental data for the combined continuous and preparative chromatographic system.

분석용 기액 크로마토 그라피를 이용하여 sample의 양, 정지상의양, 입자크기, 관 길이 및 온도가 체류부피와 HETP 에 미치는 영향을 고찰하였고 회귀분석에 의하여 분배계수를 구하였다. 유사비점의 특성을 가진 디클로로 메탄, 디에틸에테르 및 디메톡시 메탄을 원료 물질로 선택하였다. 체류부피와 위에서 언급한 변수를 조합하여 상관식을 얻었으며, HETP 는 sample 의 양에 따라 거의 직선적으로 증가하였다. 또한 분배계수와 관의 온도의 지수관계식으로 부터 각 물질의 용해열을 계산하였다. 내경이 1cm 인 크로마토그라픽 관을 이용한 실험에서 위 세가지 유사비점 물질을 헬륨을 비활성 기체로 하고 정지상으로 디노닐프탈레이트를 입힌 Chromosorb A 를 사용하여 분리하여서 다음과 같은 결론을 얻었다. 균일한 분포를 가진다는 가정하에서의 액막의 두께를 van Deemter 식을 이용한 이론단수 모델에서 얻은 두께와 비교한 결과 균일한 액막을 가진다는 개념이 후자보다 입자내의 정지상 분포를 더 잘 설명하였다. 응답곡선의 Fourier 분석에 의하여 비활성기체의 유속과 축방향 확산계수의 상관식은 다음과 같고 $E = 0.71 D_M + u_O^{1.54} r_P$ 각 성분의 입자내 확산계수도 결정되었으며, 이론값과 실험값은 잘 일치하였다. Sensitivity analysis 에 의하면 정지상내의 확산은 작아서 rate-determing step은 아니었다. 비활성기체의 유속 및 관길이가 분리도에 미치는 영향을 이론값과 실험결과를 비교하여 조사한 결과 기체유속과 관 길이가 증가함에 따라 압력강하로 인한 유속변화를 고려해야 함을 알았다. 규모가 큰 크로마토 그라피 장치를 이용하여 디에틸에테르와 디클로로메탄의 두 유사 비점의 물질을 분리하였다. 이 장치는 12개의 관과 programmable controller에 의해서 작동되는 60개의 솔레노이드 밸브로 구성되어 있다. 최적조건을 얻기 위해서 기체흐름 방향이 출구 농도구배에 미치는 영향을 고찰한 결과 기존 preparative 크로마토그라피와 비교하여서 원료 주입과 분리된 물질의 배출을 일정한 시간간격으로 이동함에 따라 두개의 부분 (분배부분과 탈착부분)에서 원료 혼합 물질을 연속적 분리가 가능하게 되었고 최적방법은 일정시간 (switching time) 내에 덜 흡수되는 성분을 분배부분에서 순수하게 얻고 탈착 부분에서는 잔류성분을 관 길이를 증가하여서 분리시키는 방법이다. 즉 본 시스템의 조업원리는 원료 혼합물이 분배 부분과 탈착부분에서 switching time 내에 분리되면 연속조업이 가능하다는 것이다. 이러한 새로운 방법을 사용한 기액 크로마토그라피에 의해서 두성분의 원료 혼합물을 연속적으로 분리하였다. 농도구배는 입자내에서 정지상에서 균일한 분포와 선형 평형 관계를 가정한 수학적 모델에 의해서 모사되었는데 분배부분, 탈착부분, 추가되는 관 길이가있는 탈착부분에 대해서 고려하였다. 계산된 결과로 부터 조업원리에 따라 연속적으로 분리하기 위해서는 추가되는 관 길이 및 desorbent 유속이 두 성분의 불순도에 크게 영향을 미쳤다. 관 길이, 추가되는 관 길이, 입자크기, 원료농도, 비 활성기체 및 desorbent의 유속을 변화함에 따라 본 시스템의 성능을 미치는 영향을 실험적으로 고찰하였고 다른 연속식 크로마토그라피 시스템과는 달리 몇개의 관을 추가하여 잔류된 성분을 분리하는 장점을 가지고 있다. 계산된 결과와 같이 추가되는 관이 길이와 desorbent 유속이 원료혼합물을 연속적으로 분리하는데 가장 중요한 변수임을 입증하였고 좋은 분리가 되도록 하는 최적 switching time은 실험적으로 측정하였으며, 원료물질과 정지상이 결정되면 관 온도와 관 길이에 주로 영향을 받았다. 실험조건에 따라서는 5 - 10㎤/hr 의 거의 분리된 두성분을 얻었다. 일정한 기체유속과 선형 평형관계의 가정으로 인해서 약간의 오차가 있지만 이론곡선과 실험값은 비교적 잘 일치하였다. 따라서 본 시스템에 대해서 정지상이 일정한 두께를 가진다는 model은 최적조건을 적절히 예측하는데 사용될 수 있었다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCE 8603
형태사항 xvi, 250 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 Appendix : 1, Derivation of transfer functions. - 2, Experimental data in scaled-up chromatography. - 3, Cumulative intrusion volume and surface area. 4, Viscosityof DNP. - 5, Block diagram of programmable controller
저자명의 한글표기 : 노경호
지도교수의 영문표기 : Won-Kook Lee
지도교수의 한글표기 : 이원국
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학공학과,
서지주기 Reference : p. 212-221
주제 Diffusion.
크로마토그래피. --과학기술용어시소러스
평형. --과학기술용어시소러스
확산. --과학기술용어시소러스
Chromatography.
Equilibrium.
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