Design und Online-Optimierung eines neuen kontinuierlichen chromatographischen Trennverfahrens für „Center-Cut“-Trennungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Projekt wurde ins Leben gerufen, um ein neues kontinuierliches chronographisches Trennverfahren mit simuliertem Fließbett (SMB) für vollständige ternäre Trennungen einschließlich „Center-Cut“-Trennproblemen zu entwickeln. Dieses neu vorgeschlagene SMB-Design, ein Doppelschicht-SMB (DL-SMB), folgt demselben Designkonzept wie die etablierte Trennwanddestillationskolonne. Für lineare Isothermen (das einfachste System) wurde die auf der Gleichgewichtstheorie basierende Short-Cut-Designmethode eingeführt und ihre Leistung im Vergleich zu den früher etablierten ternären SMB-Systemen bewertet. In diesem Projekt wurde dieses SMB-Designkonzept für die Anwendung im Langmuir-Isothermen System (dem am häufigsten verwendeten nichtlinearen System) validiert. Um die Validierung dieses Systems durchzuführen, sollte die Short-Cut-Designmethode so geändert werden, dass sie zu den nichtlinearen Systemen passt, und die Simulations- und Versuchsarbeit sollte für eine echte ternäre Mischung durchgeführt werden. Als Modellsystem wurden drei Cycloketon, Cyclopentanon, Cyclohexanon und Cycloheptanon ausgewählt. Dieses ausgewählte System folgt dem Verhalten der konkurrierenden Langmuir-Isothermen, sodass die Abkürzungsmethode für den Entwurf des DL-SMB für die konkurrierenden Langmuir-Isothermen unter Verwendung einer numerischen Hodographenanalyse entwickelt wurde. Die thermodynamischen und kinetischen Parameter, die für die Simulation und den Entwurf des DL-SMB erforderlich sind, wurden experimentell in einer Umkehrphasen-Flüssigkeitschromatographie unter Verwendung eines Tandem-Hochleistungsflüssigkeitschromatographiesystems (HPLC) gemessen. In der Prozesssimulation mit einem Simulationstool, Aspen Chromatography (Ver. 12, Aspen Tech Inc., USA), wurde der Prozess erfolgreich validiert. Bei der experimentellen Validierung wurden insgesamt 12 Säulen im präparativen Maßstab verwendet. Das vollständige Prozesssteuerungssystem einschließlich der HPLC-Analyseeinheit vor Ort wurde unter Verwendung von Lab-View (Ver. 2011, National Instruments Inc., USA) entwickelt. Da die Simulation so schnell wie möglich erfolgen sollte, um das Systemverhalten in Echtzeit verfolgen zu können, wurde ein neues Simulationstool entwickelt, das ein Ersatzmodell und ein neu entwickeltes numerisches Analyseschema für die Methode der finiten Volumen, die Mischzelle mit aktivem Gegenwirkungsschema, verwendet. Dieses Simulationstool kann die Transportverzögerung berechnen, die durch die Systemvolumina wie Kapillaren, Armaturen, Ventile und Pumpen verursacht wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Double-Layer Simulated Moving Bed Chromatography for Ternary Separations: Serialized Layer Configurations. Industrial & Engineering Chemistry Research, 60(24), 8911-8926.
Lee, Ju Weon
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Numerical Short-Cut Design of Simulated Moving Bed Chromatography for Multicomponent Nonlinear Adsorption Isotherms: Nonstoichiometric Langmuir Model. Industrial & Engineering Chemistry Research, 60(29), 10753-10763.
Lee, Ju Weon; Kienle, Achim & Seidel-Morgenstern, Andreas
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Extension of the ωtransformation for the design of four-zone simulated moving bed chromatography, FOA 14, 22.05.2022 - 27.05.2022, Broomfield, CO, USA
Ju Weon Lee, Achim Kienle & Andreas Seidel-Morgenstern
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Modification of simulated moving bed chromatography adapting dividing wall column distillation concept for ternary separations, SPICA 2022, 11.10.2022 - 14.10.2022, Lisbon, Portugal
Ju Weon Lee, Achim Kienle & Andreas Seidel-Morgenstern
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Short-cut design of fourzone simulated moving bed chromatography for multi-component systems: Langmuirtype isotherms, SPICA 2022, 11.10.2022 - 14.10.2022, Lisbon, Portugal
Ju Weon Lee, Achim Kienle & Andreas Seidel-Morgenstern
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Simulated Moving Bed Chromatography with Three Outlets: Adaptation of Dividing Wall Column Distillation, FOA 14, 22.05.2022 - 27.05.2022, CO, USA
Ju Weon Lee, Achim Kienle & Andreas Seidel-Morgenstern
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Continuous Ternary Separation Using Double-Layer Simulated Moving Bed Chromatography, PREP 2024, 28.05.2024 – 31.05.2024 Philadelphia, PA, USA
Ju Weon Lee, Achim Kienle & Andreas Seidel-Morgenstern
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Design and Optimization of Double-Layer Simulated Moving Bed Chromatography for Continuous Ternary Separations, AIChE 2024, 27.10.2024 – 31.10.2024, San Diego, CA, USA
Ju Weon Lee, Somayeh Zarei, Achim Kienle & Andreas Seidel-Morgenstern
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Short-Cut Design of Double-Layer Simulated Moving Bed Chromatography for Continuous Ternary Mixture Separation: Langmuir Isotherms. Industrial & Engineering Chemistry Research, 63(39), 16873-16884.
Lee, Ju Weon; Zarei, Somayeh; Kienle, Achim & Seidel-Morgenstern, Andreas
