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B R E V E T D'! M 11 0 1{ T A. # l 0 Procédé et dispositifs pour la fabrication continue d'eau oxygénée(peroxyde d'hydrogène) de toute concentration voulue
Cette invention a pour objet un procédé et les dispositifs correspondants pour la fabrication continue d'eau oxygénée(peroxyde d'hydrogène) de toute concentration voulue.
On sait que l'on peut concentrer par évaporation la solution d'eau oxygénée du commerce qui titre généralement 10 volumes ou 2% de peroxyde dthydrogène, et obtenir ainsi par distillation une eau oxygénée à plus hau.t titre : en général 100 volumes ou 30%. Néanmoins il est impossible de pousser pratiquement très loin cette concentration à cause de la forte proportion de peroxyde d'hydrogène qui se décompose.
Si l'on examine le phénomène de près, on constate qu'étant donné les points
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points d'ébullition différents des constipants de la solution d'eau oxygénée du commerce, les vapeurs qui s'en dégagent possèdent une autre constitution que le liquide duquel elles se développent et que les vapeurs sont toujours plus riches en produit dont le point d'ébullition est le plus bas.
0'est ainsi que les vapeurs déjà dégagées à la température ordinaire par une solution d'eau oxygénée placée dans un vide très élevé contiennent surtout de la vapeur d'- eau, mais également aussi une petite quanti té de peroxyde d'- hydrogène. Si l'on évapore alors par un chauffage modéré la dite solution, il se dégage d'abord surtout de l'eau ordinai- re et la solution devient plus riche en peroxyde, mais on cons- tate également que les vapeurs qui se dégagent deviennent si- multanément de plus en plus riches en peroxyde d'hydrogène.
Pendant cette opération, la température monte lentement et finit par atteindre environ 70 0,qui est le point d'ébullition de l'eau oxygénée pure dans le vide.
On constate en conséquence qu'à chaque teneur bien déterminée au liquide en peroxyde et en eau, correspond une teneur également bien déterminée des vapeurs de ces deux constituants, ainsi qu'une température d'ébullition bien dé- terminée également, à supposer que l'évaporation ait lieu à pression constante.
On voit par ce qui précède qu'une fabrication rationnelle d'eau oxygénée à haut titre par simple distilla- tion fractionnée n'est pas possible, car on doit évaporer pres- que toute l'eau oxygénée à bas titre, pour obtenir une grande quantité de petites eaux inutilisables et seulement un petit résidu permettant d'avoir de l'eau oxygénée au titre désiré.
C'est ce que l'on constate si la concentration de la solution d'eau oxygénée a lieu dans un appareil distillatoire: les liqui- des qui distillent sont de plus en plus riches en eau oxygénée et
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et il arrive un moment où la fraction qui passe titre 30% et peut être recueillie à part pour la vente.
Dans cette distillation fractionnée de l'eau oxygénée, une première fraction(qui est perdue), est cons- tituée parles petites eaux à basse concentration, la seconde fraction est constituée par l'eau oxygénée titrant en moyen- ne 30% et la dernière par le résidu qui reste dans l'appareil distillatoire et contient toutes les impuretés. La di stilla- tion de ce résidu ne peut être poussée plus loin à cause de la décomposition intense que produit l'action de ces impure- tés concentrées jointe à celle de la haute température.
Comme on le voit, ce procédé de distillation fractionnée est éminemment discontinu et donne lieu à des pertes considérables, puisque seule la fraction intermédiaire peut être utilisée, les deux autres étant perdues.
Le procédé d'après l'invention qui permet d'- c tenir une production continue d'eau oxygénée, consiste à effectuer la distillation avec rectification dans le vide d'- eau oxygénée à bas titre, de préférence sous forme de vapeur dans le but d'une part de rendre l'opération continue, et d' - autre part d'éviter toute perte par liquides à bas titre ou résiduaires inutilisables.
Dans le dessin annexé qui représente un exemple de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du pro- cédé : Fig.l est une vue schématique d'ensemble du dis- positif,
Fig.2 est une vue en coupe à plus grande échel- le d'une partie de la colonne de rectification.
La colonne de rectification 1 comporte, dans son intérieur, des plateaux 2 en tout nombre voulu, dont chacur est
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est traversé par des tubulures 3(fig.2) affleurant le pla- teau sous sa face inférieure, et dépassant sa surface supé- rieure d'une quantité appropriée au résultat à obtenir.
Chacune des tubulures 3-est recouverte d'un chapeau 4, ra- battu vers le bas, dont les bords viennent baigner dans la mppe liquide portée par le plateau, Un tuyau d'écoulement ou de trop plein 5 relie chaque plateau avec le plateau im- médiatement inférieur de façon à maintenir sur chacun des plateaux le liquide à un niveau déterminé.
Une tubulure d'entrée 6 est ménagée sur l'- enveloppe de la colonne 1 pour l'introduction d'eau oxygénée ou de vapeurs d'eau oxygénée.
Cette colonne 1 est montée à sa partie ihfé- rieure sur un récipient évaporateur 7 de toute disposition appropriée, muni d'un serpentin 8 de chauffage par exemple par circulation de vapeur. Le récipient évaporateur est re- lié par un tuyau 9, muni d'un robinet 10, avec un réservoir il de réception d'eau oxygénée dont la partie supérieure est en communication par une tubulure 12 avec une pompe à vide non représentée. Un robinet 13 est ménagé sur le réservoir 11 pour le prélèvement de liquide.
La colonne 1 est surmontée par un condenseur rétrograder 14,communiquant par un tuyau 15 avec un réf ri - gérant 16,contenant un serpentin 17 dont la sortie aboutit à un tube barométrique 18. Ce tube plonge par son extrémité inférieure dans un bac 19, et est relié par son extrémité supérieure 20, avec une pompe à vide qui peut être par exemple de préférence la même que celle aspirant par le tuyau 12 dans le réservoir 11. Pour le traitaient direct d'eau oxygé- née à faible titre, on fait arriver cette eau qui peut être par exemple de l'eau oxygénée à 3% vers la partie supérieu- re de la colonne 1 par le tube 6.
Elle remplit peu à peu
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les plateaux 2 supportés sur toute la hauteur de cette co- lonne en s'échappant de chacund'eax par son tuyau de trop plein 5, et l'eau oxygénée en excès se rassemble dans l'é- vaporateur 7. On met alors en marche la pompe à vide qui exerce son action d'une part par le tuyau 20 dans le tuyau- tage de sortie d'eau 18, et d'autre part par la tubulure
12 dans le réservoir d'eau oxygénée concentrée 11 puis on envoie de la vapeur à une pression convenable(2 à Skgs) dans le serpentin de chauffage 8. Sous l' ef fet de la chaleur et du vide, le liquide contenu dans l'évapor&teur 7 distille, et la vapeur qui se dégage monte dans la colonne 1.
Au pas- sage de chacun des plateaux 2 ménagés dans cette colonne, les vapeurs s'élèvent par les tubulures 3, et elles sont ra- battues par les capuchons 4, dont les bords inférieurs plon- gent dans le liquide supporté par ces plateaux en obligeant ainsi les vapeurs ascendantes à barboter dans le liquide supporté par les plateaux.
Pendant cette ascension, la vapeur se débar- rasse des produits à haut point d'ébullition(peroxyde d'- hydrogène) au fur et à mesure qu'elle arrive dans des régions plus froides du rectificateur, et elle arrive ainsi à la partie inférieure du condenseur rétrogra@@@r 14 sous forme d'eau sensiblement pure contenant à peine des traces d'eau oxygénée. Ces traces se condensent dans cet appareil et sont renvoyées dans le cycle de la distillation et de la rectifi- cation.
Les vapeurs d'eau pratiquement débarrassées de leur teneur en peroxyde d'hydrogène, arrivent à la par- tie supérieure du condenseur 14 où elles subissent une der- nière rectification pour être enfin éliminées par le réfri- gérant condenseur 16,17 et le tube barométrique 18.
Pendant
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Pendant cette opération, la concentration s'est ef- fectuée dans l'évaporateur 7, et lorsque le titre atteint par exemple 30% ou davantage, on commence à soutirer le li- quide concentre et pur par le tuyau 9 dans le récipient 11 où règne également le vide. Il ne reste plus alors qu'à. ré- gler l'arrivée du produit à di stiller, et le chauffage du serpentin 8, pour réaliser un procédé de concentration en- tièrement continu permettant d'obtenir une solution d'eau oxygénée de toute concentration désirée, même supérieure à 30% en partant d'une solution diluée titrant 3% ou même moins.
Pour éviter un encrassement éventuel de l'appareil distillateur, de façon à permettre un fonctionnement continu pendant une période étendue, il est à recommander de n'in- troduire dans la colonne 1 que des produits convenablement épurés. Pour obtenir ce résultat, on utilisera de préférence des vapeurs d'eau oxygénée également à bas titre pénétrant en 6 dans la colonne de distillation et de rectification.
Ces vapeurs pourront être obtenues par exemple par distil- lation ordinaire, et sans précautions spéciales, d'une solu- tion de peroxyde d'hydrogène très diluée, préparée au moyen d'un peroxyde(baryum, sodium, perborate, etc..) ou encore par le procédé électrolytique au moyende l'acide persulfu- rique, ou encore d'un mélange de persulfate et d'acide sul- furique soumis à la distillation, ou enfin obtenir l'eau oxygénée à traiter de toute autre manière appropriée.
On obtient d'excellents résultats en construi- sant tout l'appareillage en grès ou en porcelaine, mais l'- inventeur a constaté que contrairement à toute attente,des résultats identiques et morne meilleurs peuvent être obte- nus en construisant tout l'appareillage en un métal tel que ltétain, l'aluminium, le magnésium, le zinc ou- autre, ou des alliages de ces métaux.
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On utilisera de préférence pour la mise en oeuvre du procédé, une pompe à vide à deux étages pour obtenir un vide très élevé. Ce vide pourra être réalisé de toute ma- nière appropriée permettant d'obtenir un degré élevé de vi- de rendant possible le traitement à une température conve- nable.
On obtient de bons résultats en effectuant les opé- rations à une température d'environ 30 à 50 C,
REVENDICATIONS I.-Procédé pour la fabrication d'eau oxygénée de toute concentration désirée, consistant à soumettre une solution à faible titre de peroxyde d'hydrogène à une dis- tillation dans le vide avec rectification, dans le but d'- une part de rendre l'opération continue, et d'autre part d'éviter toute perte par liquides à bas titre ou résiduai- res inutilisables.
2,-Une variante du procédé suivant laquelle en effectue le traitement sur des vapeurs de produits dilués, dars le but en évitant tout encrassement des appareils de distillation de réaliser une marche ininterrompue de l'opé- ration.
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B R E V E T D '! M 11 0 1 {T A. # l 0 Process and devices for the continuous manufacture of hydrogen peroxide (hydrogen peroxide) of any desired concentration
This invention relates to a method and corresponding devices for the continuous manufacture of hydrogen peroxide (hydrogen peroxide) of any desired concentration.
It is known that it is possible to concentrate by evaporation the solution of hydrogen peroxide of commerce which generally has 10 volumes or 2% of hydrogen peroxide, and thus obtain by distillation a hydrogen peroxide at a higher level: in general 100 volumes or 30%. However, it is practically impossible to push this concentration very far because of the high proportion of hydrogen peroxide which decomposes.
If we examine the phenomenon closely, we see that, given the points
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different boiling points of the constipants of the solution of hydrogen peroxide of commerce, the vapors which are released have a different constitution than the liquid from which they develop and that the vapors are always richer in product whose point of boiling is the lowest.
Thus, the vapors already given off at ordinary temperature by a solution of hydrogen peroxide placed in a very high vacuum contain mainly water vapor, but also a small quantity of hydrogen peroxide. If the said solution is then evaporated by moderate heating, first of all ordinary water is given off and the solution becomes richer in peroxide, but it is also observed that the vapors which are given off become simultaneously more and more rich in hydrogen peroxide.
During this operation, the temperature rises slowly and eventually reaches around 70 ° C., which is the boiling point of pure hydrogen peroxide in a vacuum.
It can therefore be seen that for each well-determined peroxide and water content in the liquid, there corresponds an equally well-determined content of the vapors of these two constituents, as well as a well-defined boiling point also, assuming that l evaporation takes place at constant pressure.
It can be seen from the foregoing that a rational production of hydrogen peroxide with a high titer by simple fractional distillation is not possible, since almost all the hydrogen peroxide at a low titer has to be evaporated to obtain a large quantity of small unusable water and only a small residue allowing to have hydrogen peroxide at the desired level.
This is what can be seen if the concentration of the hydrogen peroxide solution takes place in a distillation apparatus: the liquids which distil are increasingly rich in hydrogen peroxide and
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and there comes a time when the fraction that passes title 30% and can be collected apart for sale.
In this fractional distillation of hydrogen peroxide, a first fraction (which is lost) is constituted by small water at low concentration, the second fraction consists of hydrogen peroxide with an average content of 30% and the last by the residue which remains in the distillation apparatus and contains all the impurities. The distillation of this residue cannot be carried further because of the intense decomposition produced by the action of these concentrated impurities together with that of the high temperature.
As can be seen, this fractional distillation process is eminently discontinuous and gives rise to considerable losses, since only the intermediate fraction can be used, the other two being lost.
The process according to the invention, which enables continuous production of hydrogen peroxide to be carried out, consists in carrying out the rectification distillation in vacuum of low titer hydrogen peroxide, preferably in the form of vapor in the vacuum. goal on the one hand to make the operation continuous, and on the other hand to avoid any loss by low-grade liquids or unusable residuals.
In the appended drawing which shows an exemplary embodiment of a device for carrying out the process: FIG. 1 is a schematic overall view of the device,
Fig. 2 is a sectional view on a larger scale of part of the rectification column.
The rectification column 1 has, in its interior, plates 2 in any desired number, each of which is
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is crossed by tubes 3 (fig.2) flush with the plate under its lower face, and protruding from its upper surface by an amount appropriate to the result to be obtained.
Each of the pipes 3-is covered with a cap 4, folded downwards, the edges of which are bathed in the liquid mppe carried by the plate, A drain or overflow pipe 5 connects each plate with the plate immediately lower so as to maintain the liquid on each of the plates at a determined level.
An inlet pipe 6 is provided on the casing of column 1 for the introduction of hydrogen peroxide or hydrogen peroxide vapors.
This column 1 is mounted at its lower part on an evaporator vessel 7 of any suitable arrangement, provided with a heating coil 8, for example by circulation of steam. The evaporator container is connected by a pipe 9, provided with a tap 10, with a reservoir 11 for receiving hydrogen peroxide, the upper part of which is in communication by a pipe 12 with a vacuum pump, not shown. A tap 13 is provided on the reservoir 11 for taking liquid.
Column 1 is surmounted by a downshift condenser 14, communicating by a pipe 15 with a ref ri - manager 16, containing a coil 17 whose outlet ends in a barometric tube 18. This tube plunges through its lower end into a tank 19, and is connected by its upper end 20, with a vacuum pump which may for example be preferably the same as that sucking through the pipe 12 in the tank 11. For the direct treatment of low-titrate oxygenated water, one brings this water, which can be for example 3% hydrogen peroxide, to the upper part of column 1 through tube 6.
It gradually fills
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the trays 2 supported over the entire height of this column, escaping from each ax through its overflow pipe 5, and the excess hydrogen peroxide collects in the evaporator 7. We then put in operates the vacuum pump which exerts its action on the one hand through the pipe 20 in the water outlet pipe 18, and on the other hand through the pipe
12 in the concentrated hydrogen peroxide tank 11, then steam is sent at a suitable pressure (2 at Skgs) into the heating coil 8. Under the effect of heat and vacuum, the liquid contained in the evaporator 7 distils, and the vapor which is evolved rises in column 1.
As each of the trays 2 passed through this column, the vapors rise through the pipes 3, and they are beaten up by the caps 4, the lower edges of which plunge into the liquid supported by these trays in thus forcing the ascending vapors to bubble in the liquid supported by the plates.
During this rise, the steam gets rid of the high boiling products (hydrogen peroxide) as it reaches cooler regions of the rectifier, and thus arrives at the lower part. The condenser will retrograde 14 as substantially pure water containing scarcely any traces of hydrogen peroxide. These traces condense in this apparatus and are returned to the cycle of distillation and rectification.
The water vapors practically freed of their hydrogen peroxide content arrive at the upper part of the condenser 14 where they undergo a final rectification to be finally eliminated by the condenser refrigerant 16,17 and the tube. barometric 18.
during
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During this operation, the concentration is carried out in the evaporator 7, and when the titer reaches for example 30% or more, one begins to withdraw the concentrated and pure liquid through the pipe 9 into the container 11 where emptiness also reigns. All that's left then is. regulate the arrival of the product to be distilled, and the heating of the coil 8, to carry out an entirely continuous concentration process making it possible to obtain a hydrogen peroxide solution of any desired concentration, even greater than 30% in starting from a dilute solution containing 3% or even less.
To avoid possible clogging of the still apparatus, so as to allow continuous operation for an extended period, it is recommended to introduce into column 1 only products which are suitably purified. To obtain this result, use will preferably be made of hydrogen peroxide vapors, also at a low titer, penetrating at 6 into the distillation and rectification column.
These vapors can be obtained, for example, by ordinary distillation, and without special precautions, of a solution of very dilute hydrogen peroxide, prepared by means of a peroxide (barium, sodium, perborate, etc.) or alternatively by the electrolytic process using persulfuric acid, or alternatively of a mixture of persulfate and sulfuric acid subjected to distillation, or finally to obtain hydrogen peroxide to be treated in any other suitable manner.
Excellent results are obtained by constructing all the apparatus of stoneware or porcelain, but the inventor has found that, contrary to all expectations, identical and dismal better results can be obtained by constructing all the apparatus. of a metal such as tin, aluminum, magnesium, zinc or the like, or alloys of these metals.
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For the implementation of the method, a two-stage vacuum pump will preferably be used in order to obtain a very high vacuum. This vacuum can be produced in any suitable manner which makes it possible to obtain a high degree of viscosity making possible the treatment at a suitable temperature.
Good results are obtained by carrying out the operations at a temperature of about 30 to 50 C,
CLAIMS I. A process for the manufacture of hydrogen peroxide of any desired concentration, consisting in subjecting a low titre solution of hydrogen peroxide to vacuum distillation with rectification, with the aim of- a part of make the operation continuous, and on the other hand to avoid any loss by low-grade liquids or unusable residues.
2, - A variant of the process according to which the treatment is carried out on the vapors of diluted products, with the aim of avoiding any fouling of the distillation apparatuses of carrying out an uninterrupted progress of the operation.
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