Vereinfachte Auslegung der simulierten Gegenstromchromatographie mittels des Hodographenraums†Using the Hodograph Space for the Simplified Design of Simulated Moving Bed Chromatography
Corresponding Author
Malte Kaspereit
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstraße 3, 91058 Erlangen, Deutschland.
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstraße 3, 91058 Erlangen, Deutschland.Search for more papers by this authorBernhard Neupert
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstraße 3, 91058 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorCorresponding Author
Malte Kaspereit
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstraße 3, 91058 Erlangen, Deutschland.
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstraße 3, 91058 Erlangen, Deutschland.Search for more papers by this authorBernhard Neupert
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstraße 3, 91058 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorHerrn Prof. Dr.-Ing. Andreas Seidel-Morgenstern zum 60. Geburtstag gewidmet
Abstract
deAuf der Basis der Gleichgewichtstheorie wird eine vereinfachte explizite Auslegungsmethode für die Chromatographie mit simuliertem Gegenstrom vorgeschlagen. Ihre Anwendbarkeit wird anhand des Hodographenraums für kompetitive Gleichgewichte mit variabler Selektivität, modifizierte Langmuir-, Bi-Langmuir- und Jovanovic-Adsorptionsisothermen, diskutiert. Bei der Validierung mittels Literaturdaten erreicht der Ansatz eine hohe Genauigkeit. Weiterhin wird gezeigt, dass in Systemen mit modifizierten und Bi-Langmuir-Isothermen grundsätzlich komplexe nichtlineare Phänomene auftreten können.
Abstract
enA simplified and explicit shortcut method for the design of simulated moving bed processes is derived on the basis of equilibrium theory. The applicability of this approach is discussed using the hodograph plane for competitive adsorption equilibria with nonconstant selectivity, namely modified Langmuir-, Bi-Langmuir, and Jovanovic isotherms. The approach shows excellent accuracy when validated against literature data. Furthermore, it is demonstrated that systems described by modified or Bi-Langmuir isotherms may comprise complex nonlinear phenomena.
References
- 1 D. B. Broughton, C. G. Gerhold, US Patent 2 985 589, 1961.
- 2 S. Imamoglu, Adv. Biochem. Eng./Biotechnol. 2002, 76, 211 – 231. DOI: 10.1007/3-540-45345-8_6
- 3 P. S. Gomes, M. Minceva, A. E. Rodrigues, Adsorption 2006, 12, 375 – 392. DOI: 10.1007/s10450-006-0566-9
- 4 A. Seidel-Morgenstern, L. C. Keßler, M. Kaspereit, Chem. Ing. Tech. 2008, 80, 725 – 740. DOI: 10.1002/cite.200800042
- 5 M. Kaspereit, in Advances in Chromatography (Eds: E. Grushka), CRC Press, Taylor & Francis, Boca Raton, FL 2009, 165 – 192.
- 6 G. Storti, M. Mazzotti, M. Morbidelli, S. Carr, AIChE J. 1993, 39, 471 – 492. DOI: 10.1002/aic.690390310
- 7 M. Mazzotti, G. Storti, M. Morbidelli, AIChE J. 1994, 40, 1825 – 1842. DOI: 10.1002/aic.690401107
- 8 M. Mazzotti, G. Storti, M. Morbidelli, AIChE J. 1996, 42, 2784 – 2796. DOI: 10.1002/aic.690421010
- 9 M. Mazzotti, G. Storti, M. Morbidelli, AIChE J. 1997, 43, 64 – 72. DOI: 10.1002/aic.690430109
- 10 M. Mazzotti, G. Storti, M. Morbidelli, J. Chromatogr. A 1997, 769, 3 – 24. DOI: 10.1016/S0021-9673(97)00048-4
- 11 C. Migliorini, M. Mazzotti, M. Morbidelli, AIChE J. 2000, 46, 1384 – 1399. DOI: 10.1002/aic.690460712
- 12 M. Mazzotti, Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45, 6311 – 6324. DOI: 10.1021/ie060298n
- 13 S. Abel, M. Mazzotti, M. Morbidelli, J. Chromatogr. A 2004, 1026, 47 – 55. DOI: 10.1016/j.chroma.2003.11.054
- 14 G. Ströhlein, M. Mazzotti, M. Morbidelli, Chem. Eng. Sci. 2005, 60, 1525 – 1533. DOI: 10.1016/j.ces.2004.10.018
- 15 M. Kaspereit, A. Seidel-Morgenstern, A. Kienle, J. Chromatogr. A 2007, 1162, 2 – 13. DOI: 10.1016/j.chroma.2007.02.063
- 16 A. Rajendran, J. Chromatogr. A 2008, 1185, 216 – 222. DOI: 10.1016/j.chroma.2008.01.054
- 17 S. Jermann, A. Alberti, M. Mazzotti, J. Chromatogr. A 2014, 1364, 107 – 116. DOI: 10.1016/j.chroma.2014.08.057
- 18 J. Siitonen, T. Sainio, Chem. Eng. Sci. 2015, 122, 436 – 451. DOI: 10.1016/j.ces.2014.10.004
- 19 A. Seidel-Morgenstern, J. Chromatogr. A 2004, 1037, 255 – 272. DOI: 10.1016/j.chroma.2003.11.108
- 20 F. G. Helfferich, G. Klein, Multicomponent Chromatography, Marcel Dekker, New York 1970.
- 21 H. K. Rhee, R. Aris, N. R. Amundson, First-Order Partial Differential Equations, Vol. 2: Theory and Application of Hyperbolic Systems of Quasilinear Equations, Dover Publications, Mineola, NY 2001.
- 22 S. Grüner, A. Kienle, Chem. Eng. Sci. 2004, 59, 901 – 918. DOI: 10.1016/j.ces.2003.11.021
- 23 P. D. Lax, Commun. Pure Appl. Math. 1957, 10 (4), 537 – 566. DOI: 10.1002/cpa.3160100406
- 24 F. Helfferich, R. Whitley, J. Chromatogr. A 1996, 734, 7 – 47. DOI: 10.1016/0021-9673(95)01067-X
- 25 D. Flockerzi, M. Kaspereit, A. Kienle, Chem. Eng. Sci. 2013, 104, 957 – 959. DOI: 10.1016/j.ces.2013.09.045
- 26 Z. Ma, A. Katti, B. Lin, G. Guiochon, J. Phys. Chem. 1990, 94, 6911 – 6922. DOI: 10.1021/j100380a069
- 27 G. Guiochon, D. G. Shirazi, A. Felinger, A. M. Katti, Fundamentals of Preparative and Nonlinear Chromatography, 2. Aufl., Academic Press, Boston, MA 2006.
- 28
R.-M. Nicoud, Chromatographic Processes: Modeling, Simulation, and Design, Cambridge University Press, Cambridge 2015.
10.1017/CBO9781139998284 Google Scholar
- 29 S. Adachi, J. Chromatogr. A 1994, 658, 271 – 282. DOI: 10.1016/0021-9673(94)80020-0
- 30 J. Strube, U. Altenhöner, M. Meurer, H. Schmidt-Traub, M. Schulte, J. Chromatogr. A 1997, 769, 81 – 92. DOI: 10.1016/S0021-9673(97)00236-7
- 31 C. Heuer, E. Küsters, T. Plattner, A. Seidel-Morgenstern, J. Chromatogr. A 1998, 827, 175 – 191. DOI: 10.1016/S0021-9673(98)00797-3
- 32 A. Gentilini, C. Migliorini, M. Mazzotti, M. Morbidelli, J. Chromatogr. A 1998, 805, 37 – 44. DOI: 10.1016/S0021-9673(98)00006-5
- 33 M. Juza, O. Di Giovanni, G. Biressi, V. Schurig, M. Mazzotti, M. Morbidelli, J. Chromatogr. A 1998, 813, 333 – 347. DOI: 10.1016/S0021-9673(98)00322-7
- 34 D. Azevedo, L. Pais, A. Rodrigues, J. Chromatogr. A 1999, 865, 187 – 200. DOI: 10.1016/S0021-9673(99)00990-5
- 35 M. Schulte, J. Dingenen, J. Chromatogr. A 2001, 923, 17 – 25. DOI: 10.1016/S0021-9673(01)00974-8
- 36 H.-J. Lee, Y. Xie, Y.-M. Koo, N.-H. Wang, Biotechnol. Prog. 2004, 20, 179 – 192. DOI: 10.1021/bp025663u
- 37 E. Huthmann, M. Juza, J. Chromatogr. A 2005, 1092, 24 – 35. DOI: 10.1016/j.chroma.2005.07.065
- 38 J. Wu, Q. Peng, W. Arlt, M. Minceva, J. Chromatogr. A 2009, 1216, 8793 – 8805. DOI: 10.1016/j.chroma.2009.03.028
- 39 C. M. Grill, S. Abel, M. Juza, E. Huthmann, J. Chromatogr. A 2012, 1227, 73 – 81. DOI: 10.1016/j.chroma.2011.12.042
- 40 D. Graham, J. Phys. Chem. 1953, 57, 665 – 669. DOI: 10.1021/j150508a014
- 41 S. Jacobson, S. Golshan-Shirazi, G. Guiochon, J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 6492 – 6498. DOI: 10.1021/ja00174a007
- 42 L. Zhang, K. Gedicke, M. Kuznetsov, S. Staroverov, A. Seidel-Morgenstern, J. Chromatogr. A 2007, 1162, 90 – 96. DOI: 10.1016/j.chroma.2007.04.033
- 43 F. Ortner, S. Jermann, L. Joss, M. Mazzotti, Ind. Eng. Chem. Res. 2015, 54, 11420 – 11437. DOI: 10.1021/acs.iecr.5b03089
- 44 M. Bechtold, M. Heinemann, S. Panke, J. Chromatogr. A 2006, 1113, 167 – 176. DOI: 10.1016/j.chroma.2006.02.007
- 45 L. S. Pais, J. M. Loureiro, A. E. Rodrigues, J. Chromatogr. A 1997, 769, 25 – 35. DOI: 10.1016/S0021-9673(96)01076-X
- 46 S. Katsuo, M. Mazzotti, J. Chromatogr. A 2010, 1217, 3067 – 3075. DOI: 10.1016/j.chroma.2010.02.083
- 47 M. Kaspereit, K. Gedicke, V. Zahn, A. W. Mahoney, A. Seidel-Morgenstern, J. Chromatogr. A 2005, 1092, 43 – 54. DOI: 10.1016/j.chroma.2005.02.043
- 48 H. Kniep, Dissertation, Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, 1998.
- 49 M. Kaspereit, Dissertation, Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, 2006.
- 50 H. Kaemmerer, B. Herschend, R. Arnell, M. Hedberg, M. J. Jones, K. Larson, Z. Horvath, M. Kaspereit, J. W. Lee, H. Lorenz, A. Seidel-Morgensten, Org. Process Res. Dev. 2012, 16, 331 – 342. DOI: 10.1021/op200136z
- 51 J. Xu, L. Zhu, G. Xu, W. Yu, A. K. Ray, J. Chromatogr. A 2013, 1273, 49 – 56. DOI: 10.1016/j.chroma.2012.11.052
- 52 Y. Zhang, K. Hidajat, A. K. Ray, Chem. Eng. Sci. 2007, 62, 1364 – 1375. DOI: 10.1016/j.ces.2006.11.028
- 53 Y. A. Beste, W. Arlt, Chem. Eng. Technol. 2002, 25, 956 – 962. DOI: 10.1002/1521-4125(20021008)25:10<956::AID-CEAT956>3.0.CO;2-7
- 54 D. S. Jovanović, Kolloid-Z. 1969, 235, 1203 – 1213. DOI: 10.1007/BF01542530
- 55 S. Sircar, Langmuir 1991, 7, 3065 – 3069. DOI: 10.1021/la00060a027
- 56 I. Quinones, G. Guiochon, J. Chromatogr. A 1998, 796, 15 – 40. DOI: 10.1016/S0021-9673(97)01096-0
- 57 R. Arnell, T. Fornstedt, Anal. Chem. 2006, 78, 4615 – 4623. DOI: 10.1021/ac0601260
- 58 W. Zhang, Y. Shan, A. Seidel-Morgenstern, J. Chromatogr. A 2006, 1107, 216 – 225. DOI: 10.1016/j.chroma.2005.12.094
Citing Literature
