<Desc/Clms Page number 1>
La. présente invention est relative à un procédé amélioré de séparation de composés organiques.
On a décrit des procédés dans lesquels un mélange de coms posés est subdivisé en fracions grâce à une colonne contenant un bourrage solide inerte sur lequel une phase liquide non vola-- tile est maintenue fixe. Le mélangée composés est introduit de façon discontinue à une extrémité à laquelle e st alors alimentée
<Desc/Clms Page number 2>
de façon continue un éluant- en phase vapeur, de sert que les composants du mélange sont amenés à traverse la colonne à des vitesses différentes, en étant enlevés successivement dans le courant d'éluant à l'autre extrémité de la colonne.
Afin d'obtenir une efficacité élevée de séparation, la longueur de la section bourrée de la colonne doit être très gran- de et, en pratique, l'efficacité de séparation aux vitesses de circulation désirées est limitée par la chute de pression de la section bourrée de la colonne.
Un but de la présente invention est de procurer un procé- dé destiné à être utilisé dans la séparation de composés organi- ques à partir d'un mélange de ces composés.
Suivant la présente invention, on prévoit un procédé pour la séparation de composés organiques à partir d'un mélange de ces composés, dans lequel un éluant, tel que défini ici, est alimenté de façon continue à l'extrémité inférieure d'une zone étendue A qui est inclinée par rapport à l'horizontale, et est, après passage à.travers cette zone, enlevé de l'extrémité supé- rieure de celle-ci, pour être admis ensuite à l'extrémité infé- rieure d'une zone étendue B également inclinée par rapport à l'horizontale et être, après passage à travers cette zone, enle- vé de l'extrémité supérieure de celle-ci,
procédé dans lequel simultanément un liquide non volatil est amené à se déplacer à contre-courant par rapport à l'éluant sous des conditions telles qu'une grande aire superficielle de la phase liquide est exposée à la phase gazeuse, 'ce liquide non volatil étant continuellement alimenté à l'extrémité supérieure de la zone B et étant, après passage à travers cette zone B, enlevé de l'extrémité inférieure de--celle-ci et admis à l'extrémité supérieure de la zone A pour être, après passage à travers cette zone A, enlevé de l'extrémi- té inférieure de celle-ci, procédé dans lequel aussi le mélange est alimenté de façon discontinue ou continue à la zone A ou à la
<Desc/Clms Page number 3>
zone B ou à l'extrémité inférieure de'la zone B et à l'extrémité supérieure de la zone A,
et dans lequel la zone A et la zone B sont mises en fonctionnement'-sous des conditions qui différent en cè qui concerne la température et/ou la vitesse de cxrculation de l'éluant et/ou la vitesse " :de circulation du liquidenan vola= til, de telle sorte.qu'au moins un composant mais pas tous sont amenés à se déplacer vers le haut à travers la zone B et que tous les autres composants sont amenés à se déplacer vers le bas à travers la zone-%
Un composant se déplaçant vers le haut à travers la zone
B peut être récupéré avec l'éluant sous forme d'une fraction contenant une concentration accrue de ce composante un autre com= posant,
se déplaçant vers le bas à travers la zone A peut être récupéré avec le liquide non volatil sous forme d'une faction contenant une concentration accrue de cet autre composant.
Par l'expression "concentration accrue d'un composant" on signifie que la proportion relative en poids du composant par rapport aux autres composants du mélange alimenté à la .zone éten- due est plus grande dans la fraction récupérée que dans le mélan- ge d'alimentation; en pratique, en raison de la dilution avec le diluant ou liquide non volatil, la proportion du composant, lorsqu'elle est basée sur le poids total de la fraction, peut bien être inférieure à la proportion du composant dans le mélange
Par l'expression "liquide non volatil", on désigne un composé qui, sous les conditions du procédé, est (a) en phase liquide et (b) de basse pression de vapeur, de sorte qu'aucune quantité importante de ce composé n'est volatilisée.
Par le terme "éluant' on désigne un composé qui, sous les conditions du procédé, est (a) en phase gazeuse et (b) non soluble, à un degré important, dans le liquide.non volatil.
Par le terme "composant", on désigne un composé ou un mélange de composés qui, sous les conditions du procédé, sont
<Desc/Clms Page number 4>
capables d'être récupérés sous forme d'une fraction séparée.
Ci-après est donnée une discussion des principes qu'on crott être à la base de la présente invantion, cette discussion n'étant-donnée qu'à titre exemplatif. Sous des conditions norma- les de fonctionnement, la concentration des composants dans l'é- luant ou dans le liquide non volatil sera basse, par exemple jusqu'à 10% en volumes dans la phase gazeuse et jusqu'à 10% en volumes dans la p.ase liquide.
De la sorte, les vitesses de circu- lation de ltéluant peuvent être considérées comme représentant la vitesse de circulation de la phase gazeuse et, de même, la vitesse de circulation du liquide non volatil peut être consi- dérée comme représentant la vitesse de circulation de la phase liquide.. contenant I1 sera évident que, dans une colonne/le liquide non vola- til comme phase fixe, un mélange de composants étant alimenté de façon discontinue à l'extrémité inférieure et ensuite de l'é- luant étant alimenté à cette extrémité de façon continue, la vi- tesse de circulation linéaire vS d'un composant donné du mélange sera déterminée par la température de colonne et par la vitesse de circulation linéaire de l'éluant.
En amenant le liquide non volatil à circuler à une vitesse linéaire égale à Vs, le compo- sant sera maintenu fixe dans la colonne. En réglant les vitesses de circulation linéaires de l'éluant et du liquide non volatil le composant peut être amené à se déplacer lentement à travers la colonne. C'est ainsi que la vitesse de circulation du compo- sant dans une longueur de longueur donnée et opérant sous des conditions données de température et de vitesse de circulation de l'éluant peut être modifiée en réglant la vitesse de circula- tion du liquide non volatil.
De façon plus genéi,ale, la vitesse de circulation de tout composant quelconque du peut être réglée par un choix de la combinaison appropriée de (a) une te péraure de colonne et ( b) un rapport de la vitesse ue circula-
<Desc/Clms Page number 5>
tion de l'éluant et de la vitesse de circulation du liquide non volatil. Lorsque la vitesse de circulation du liquide non vola- til est supérieure à la valeur de VS pour le composant se dépla- çant le plus lentement du mélange mais inférieure à la va.leur de
VS pour le composant se déplaçant ,le plus vite, un ou plusieurs composants seront récupérés avec l'éluant et un ou plusieurs com- posants le seront avec le liquide non volatil.
C'est ainsi que,si la charge d'alimentation consiste en ' composants C1 et C2, C2 ayant la valeur Vs la plus basse, les conditions dans la'colonne peuvent être réglées de manière que
C1 se déplace vers le haut très lentement et que C2 se déplace vers le bas à une vitesse déterminée par la différence des va- leurs VS des composants. Plus lente est la vitesse de C1, plus élevée sera la concentration de C1 dans l'éluant et plus élevée sera la vitesse descendante de 2 et, en conséquence, plus fai- ble sera sa'concentration dans le liquide non volatil.
Suivant la présente invention, deux zones A et B sont utilisées et opè- rent sous des conditions différentes, En choisissant les condi- tions dans la zone A, comme décrit ci-avant, le composant C1 est: amené à se déplacer lentement vers le haut, tandis que le compo- sant 2 est amené à se déplacer vers le bas dans le liquide non volatil pour pénétrer dans la partie supérieure de la zone B.
Dans celle-ci, les conditions sont choisies pour donner une vi- tesse descendante lente au composant C2 Le composant C1 qu'il soit introduit dàns la zone B dans la charge d'alimentation ou comme impureté dans le composant C2 venant de la zone A, aura une vitesse ascendante relativement élevée et sera enlevé avec ltéluant vers la zone A. Le composant C2 sera récupéré à l'ex- trémité inférieure de la zone B dans le liquide non volatil; plus basse est la vitesse descendante de c2 dans la zone B, plus élevée sera la concan tration de C2 dans le liquide non volatil.
Il
<Desc/Clms Page number 6>
sera évident que, quelles que soient les conditions pr@ciss choisies, pourvu que les conditions dans les deux zones A et B favorisent un mouvement ascendant du composant Cl et un mouve- ment descendant de C2 et'pourvu, que les conditions dans la zone B soient plus favorables à un mouvement ascendant de C1 que ne le sont les conditions dans la zone A et que, en conséquence, les conditions dans la zone A soient plus favorables à un mou- vement descendant du composant C2 que ne le sont les conditions dans la zone B, il en résulte que les concentrations du composant C1 dans l'éluant enlevé et du composant C2 dans le liquide non volatil enlevé seront plus élevées que ce qu'on peut obtenir par l'utilisation d'une seule zone .
Avec la' présence} dans la charge d'alimentation, de compo- sants ayant une valeur VS inférieure à celle de C1 ces compo- sants seront entrés avec C1 dans l'éluant. Avec la présence, dans la charge d'alimentation, de composants ayant une valeur VS supérieure à celle de C2, ces composants seront enlevés avec: C2 dans le liquide non volatil. D'une façon générale, il sera, avantageux d'alimenter la charge d'alimentation dans le voisina- ge de l'interface entre les zones A et B. Il n'est pas nécessai- re, cependant, que les zones A et B soient adjacentes et une zone intermédiaire peut être établie, dans laquelle la charge d'alimentation est fournie. Ou bien, les zones A et B peuvent chacune constituer l'entièreté ou une partie de colonnes dis- tinctes fonctionnant en série.
Habituellement, le procédé de la présente invention sera mis en oeuvre sous des conditions telles que la température et les vitesses de circulation du liquide non volatil et de l'éluant dans toute la zone A soient uniformes et que, de même, la tempé- rature et les vitesses de circulation du liquide non volatil et de l'éluant soient uniformes dans toute la zone B.
Ceci n'est cependant pas essentiel et le procédé peut être mis en oeuvre poui
<Desc/Clms Page number 7>
combiner les avantages de la présente invention avec les avanta- ges obtenus par l'utilisation de conditions non uniformes:
, comme décrit, par exemple dans un autre brevet de la demanderesseo
Comme signalé ci-avant, le procédé est mis en oeuvre d'une manière telle que le liquide non volatil et l'éluant passent en des circulateurs à contre-courant sous des conditions telles qu'une grande aire superficielle de la phase liquide soit exposée dans la zone allongée à la phase gazeuse y contenueOn connait beaucoup de systèmes différents pour réaliser un contact intime entre des phases liquides et des phases gazeuses par exposition d'une grande aire superficielle de la phase liquide à la phase gazeuse.
L'un quelconque de ces système peut être employé dans, le procédé de la présente,invention. A titre d'illustration on peut employer les types suivants de systèmes : Podbieliak "H.eli- grid", colonnes multitubulaire kuhn, ;bourrage Stedman, colonnes à plateaux de barbotage et plateaux perforés et colonnes à tubes concentriques.
De préférence, cependant, la zone étendue contient un bourrage solide inerte. Celui-ci est, de préférence, sous une forme qui offre une faible résistance à la circulation des flui- des, tout en présentant une grande aire superficielle . Des ma- tières de bourrage convenables sont, par exemple, un bourrage en treillis Dixon de colonne de fractionnement, des hélices de Fenske, des oeillets de bottines, des anneaux de Raschig, des solides poreux, tels que pierre ponce, terre à diatomées et bauxite.
Le procédé de la présente invention peut être employé pour la séparation des composants de composés organiques et, bier qu'il soit applicable à la séparation de composants capaoles d'une division par distillation fractionnée, il convient spé.- cialement pour la séparation de composants ayant un point d'ébul lition similaire eu, en particulier, pour la séparation de compo'
<Desc/Clms Page number 8>
sants qui, sous des conditions de distillation, forment , azéo- tropes.
C'est ainsi que des mélanges d'isomères qui sont incapa- bles d'une séparation par distillation ou qui exigent une dis- tillation dans une colonne ayant un très grand nombre de pataxu théoriques, peuvent être séparés facilement, lorsqu'on utilise une combinaison d'éluant et de liquide non volatil, dans laquelle les isomères respectifs montrent des vitesses de circulation différentes. Le procédé convient spécialement à la séparation d'hydrocarbures, par exemple des mélanges de benzène et d'hepta- nes et des mélanges de paraffines de bas poids moléculaires.
Le procédé peut également être e,,,ployé pour la séparation de mélanges eau ethanol et pour la séparation de mélanges organi- ques d'origine naturelle, par exemple le fractionnement d'éthers de pétrole et h'hiles essentielles.
La nature du liquide non volatil choisi pour être utilisé sous des conditions données quelconques dépendra évidement de la nature de la charge d'alimentation et de l'éluant. A titre d'illustration, le liquide non volatil peut être choisi parmi les hydrocarbures liquides, tels que paraffines, naphtènes et aromatiques, les fluides de silicnne, les esters, les cétones, les nitriles,, les sulfures, les éthers, les glycols et les al- cools, On peut employer des mélanges de composés, par exemple des fractions de pétrole, telles que des fractions de kérosène ou d'huiles lubrifiantes. Pour la séparation d'hydrocarbures inférieurs, le kérosène conviendra dans beaucoup de cas et, pour la spéartion d'alcools, on peut employer de la glycérine.
Des éluants' convenables sont l'air, l'hydrogène, l'azote, l'anhydride carbonique, l'oxyde de carbone, le méthane, la vapeur d'eau et les gaz de combustion.
Le procédé de la présente invention, bien qu'étant appli- cable comme moyen primaire de séparation, peut également être
<Desc/Clms Page number 9>
utilisé comme moyen de contrôle d'un procédé, par exemple un pro- cédé de fabrication, chimique ou un procédé de séparation physique tel qu'une distillation fractionnée ou une extraction par sol- vant, aans lesquels un mélange de composants exige une .analyse continue ou intermittente .c'est ainsi que le mélange de compo- sés peut être alimenté à un système mis en fonctionnement de la manière décrite,
et qu'un courant d'éluant peut être alimenté à un système détecteur chromatographique courant. Il sera évident que, de manière similaire, un second courant d'éluant peut être alimenté à un système détecteur similaire, ou bien qu'un,seul système détecteur peut être employé alternativement pour l'ana- encore ' , lyse des deux courants d'éluant.
L"invention est/décrite'-'ci-après, mais non limitée avec référence au dessins schématique annexe'. ' En se'référant au dessin, la colonne bourrée comprend deux,sections bourrées SC et SH, la température de chaque zone étant constante et la température de la zone Sc étatn inféieure à la température dela zone Sils Un gaz éluant est alimenté*.'de façon continue par la conduite 1 à la zone chaude SH puis s'élè ve à travers la zone froide SC et est enlevé au sommet de la colonne par la conduite 2. Un liquide non volatil est amené de façon continue dans le haut de\La colonne par la conduite 3 et passe successivement dans la zone SC et dans la zone SH pour être enlevé ensuite par la conduite 4.
La charge d'alimentation est amenée à l'interface entre les zones SC et SH par la con- duite 5.
Dans le cas d'une charge d'alimentation contenant des composants C1 et C2, une séparation peut être réalisée de la manière suivante.
Une température convenable .est choisie pour la zone SCet les vitesses de circulation de l'élunat et du liquide non vola- til sont réglées de manière que le composant C1 soit amené à s'élever dans la sectin SC à faible vitesse et que. le compesant
<Desc/Clms Page number 10>
C2 soit amené à descendre dans la colonne.
La températare de la zone SH est réglée à une valeur supérieure à celle de la zone SC de sorte que, tandis que le composant c2 descend lentement à travers la colonne dans la zone 'SH, le composant C1 est amené à s'élever dans la zone SC Sous des conditions de fonctionnement continu, le composant C1 sera enlevé de façon continue par la conduite-2 en mélange avec l'éluant, et le composant C2 sera en- levé de-façon continue par la conduite 4 en mélange avec le liquide non volatil. que La.sélectivité de la colonne sera augmentée en s'assurant/ tous les composants de déplacent dans la colonne à faible vites- se.
eVidemment, la vitesse d'un composant se déplaçant vers le haut à travers une zone peut être réduite en diminuant la tempé- rature doucette zone, et inversement la vitesse descendante d'un composant peut être réduite en augmentant la température de la zone.
L'invention est illustrée mais non limitée par les exem- ples suivants.
EXEMPLE 1¯
L'appareil utilisé était une colonne consistant en un tube- de.verre ayant un diamètre interne de 5/8 de pouce et bour- ré d'anneaux en treillis de Dixon de 1/16 de pouce. On introdui- sait de l'air au fond de'la colonne à une pression effective constante.de 2*livres par pouce carré et, après avoir quitté le haut de la colonne, cet air était passé à travers un détecteur thermistor. Une soupape à aiguille prévue sur la sortie du dé- tecteur réglait la circulation d'air à travers la colonne. On alimentait du kérosène à une vitesse de circulation constante, au haut du bourrage ; ce kérosène descendait dans la colonne et était recueilli au bas de celle-ci dans un appareil récepteur.
La colonne était chauffée extérieurement par un fil de chauffage électrique-, en deux sections, de sorte que la colonne était divi-
<Desc/Clms Page number 11>
sée en deux zones à 'température constante. La change d'alimenta- tion était fournie de façon continue à 9,5 ml/heure entre les zones supérieure et inférieure. Le produit était enlevé de facon continue sous forme de deux fractions, à savoir un courant d'élu- ant enlevé du haut de la colonne et un second courant enlevé avec le kérosène à la base de cette colonne. Les conditions opé- ratoires sont données au tableau 4.
Là composition de la charge d'alimentation et des produite (exempts d'air et de kérosène) obtenus au haut et au bas:de la colonne est donnée au tableau 1.
TABLEAU 1
EMI11.1
<tb> isopentane <SEP> Pentane
<tb>
<tb> - <SEP> normal
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Charge <SEP> d'alimentation <SEP> 58,9 <SEP> 41,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Courant <SEP> de <SEP> produit <SEP> enlevé <SEP> au <SEP> sommet
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> la <SEP> colonne <SEP> 99,2 <SEP> 0,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Courant <SEP> de <SEP> produit <SEP> enlevé <SEP> à <SEP> la <SEP> base
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> la <SEP> colonne <SEP> 5,1 <SEP> 94,9
<tb>
EXEMPLE 2
L'appareil et les conditions opératoires étaient ceux dé- crits à l'exemple 1, saufque les vitesses de circulation du ké- rosène et de l'air étaient modifiées, comme donné au tableau 4.
La composition de la charge d'alimentation et des produite (exempts d'air et de kérosène) obtenus au haut et au bas de la colonne est donnée au tableau 2.
TABLEAU 2
EMI11.2
<tb> Isopentane <SEP> Pentane
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> normal
<tb>
<tb> Charge <SEP> d'alimentation <SEP> 58,6 <SEP> 41,4
<tb>
<tb> Courant <SEP> de <SEP> produit <SEP> enlevé <SEP> au <SEP> sommet
<tb> de <SEP> la <SEP> colonne <SEP> 95,9 <SEP> 4,1
<tb>
<tb> Courant <SEP> de <SEP> produit <SEP> enlevé <SEP> à <SEP> la <SEP> base
<tb> de <SEP> la <SEP> colonne, <SEP> 1 <SEP> 99
<tb>
<Desc/Clms Page number 12>
EXEMPLE 3
L'appareil et les conditions opératoires étaient tels que dûcrits à l'exemple 1, sauf que les vitesses de circulation du kérosène et de l'air étaient codifiées, comme donné au taoleau 4.
La composition de la charge d'alimentation et des produits (exempts d'air et de kérosène) obtenus au haut et au bas de la colonne est donnée au tableau 3.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to an improved process for the separation of organic compounds.
Methods have been described in which a mixture of compounds is subdivided into fracions by means of a column containing an inert solid packing on which a non-volatile liquid phase is kept fixed. The mixed compounds are introduced discontinuously at one end which is then fed.
<Desc / Clms Page number 2>
Continuously an eluent- in the vapor phase, as the components of the mixture are passed through the column at different rates, being successively removed in the eluent stream at the other end of the column.
In order to obtain a high separation efficiency, the length of the packed section of the column must be very large and, in practice, the separation efficiency at the desired circulation speeds is limited by the pressure drop of the section. stuffed column.
An object of the present invention is to provide a process for use in the separation of organic compounds from a mixture of these compounds.
According to the present invention, there is provided a process for the separation of organic compounds from a mixture of these compounds, in which an eluent, as defined herein, is continuously supplied to the lower end of an extended zone. A which is inclined with respect to the horizontal, and is, after passing through this zone, removed from the upper end thereof, to be then admitted to the lower end of a zone extension B also inclined with respect to the horizontal and being, after passing through this zone, removed from the upper end thereof,
process in which simultaneously a non-volatile liquid is caused to move countercurrently with respect to the eluent under conditions such that a large surface area of the liquid phase is exposed to the gas phase, said non-volatile liquid being continuously supplied to the upper end of zone B and being, after passing through this zone B, removed from the lower end thereof and admitted to the upper end of zone A to be, after passage through this zone A, removed from the lower end thereof, a process in which also the mixture is fed batchwise or continuously to zone A or to the
<Desc / Clms Page number 3>
zone B or at the lower end of zone B and at the upper end of zone A,
and in which zone A and zone B are operated under conditions which differ with regard to the temperature and / or the rate of circulation of the eluent and / or the rate of circulation of the liquid in a vola = til, so that at least one but not all of the components are caused to move upward through area B and all other components are caused to move downward through area-%
A component moving upward through the area
B can be recovered with the eluent in the form of a fraction containing an increased concentration of this component, another component,
moving downward through zone A can be recovered with the non-volatile liquid as a faction containing an increased concentration of this other component.
By the expression "increased concentration of a component" it is meant that the relative proportion by weight of the component in relation to the other components of the mixture fed to the extended zone is greater in the fraction recovered than in the mixture. power supply; in practice, due to dilution with the diluent or non-volatile liquid, the proportion of the component, when based on the total weight of the fraction, may well be less than the proportion of the component in the mixture
By the expression "non-volatile liquid" is meant a compound which, under the conditions of the process, is (a) in the liquid phase and (b) of low vapor pressure, so that no significant amount of this compound is 'is volatilized.
By the term "eluent" is meant a compound which, under the conditions of the process, is (a) in the gas phase and (b) non-soluble, to a substantial degree, in the non-volatile liquid.
By the term "component" is meant a compound or a mixture of compounds which, under the conditions of the process, are
<Desc / Clms Page number 4>
capable of being recovered as a separate fraction.
Below is given a discussion of the principles which are believed to be the basis of the present invention, this discussion being given only as an example. Under normal operating conditions, the concentration of the components in the eluent or in the non-volatile liquid will be low, for example up to 10% by volume in the gas phase and up to 10% by volume in the gas phase. liquid p.ase.
In this way, the flow rates of the eluent can be considered to represent the flow rate of the gas phase and, likewise, the flow rate of the non-volatile liquid can be considered to represent the flow rate of the gas phase. the liquid phase containing it will be evident that, in a column / the non-volatile liquid as the fixed phase, a mixture of components being fed discontinuously to the lower end and then eluent being fed to the lower end. At this end continuously, the linear flow rate vS of a given component of the mixture will be determined by the column temperature and by the linear flow rate of the eluent.
By causing the non-volatile liquid to flow at a linear velocity equal to Vs, the component will be kept fixed in the column. By controlling the linear flow rates of the eluent and the non-volatile liquid the component can be made to move slowly through the column. Thus, the speed of circulation of the component in a given length of length and operating under given conditions of temperature and speed of circulation of the eluent can be modified by adjusting the speed of circulation of the non-liquid liquid. volatile.
More generally, the rate of circulation of any component of the can be controlled by choosing the appropriate combination of (a) a column size and (b) a rate of circulation of the column.
<Desc / Clms Page number 5>
tion of the eluent and the rate of circulation of the non-volatile liquid. When the flow rate of the non-volatile liquid is greater than the value of VS for the slowest moving component of the mixture but less than the value of
VS for the component moving, the faster, one or more components will be recovered with the eluent and one or more components will be recovered with the non-volatile liquid.
Thus, if the feedstock consists of components C1 and C2, C2 having the lowest Vs value, the conditions in the column can be adjusted so that
C1 is moving up very slowly and C2 is moving downward at a speed determined by the difference in the VS values of the components. The slower the rate of C1, the higher the concentration of C1 in the eluent and the higher the descending rate of 2 and, therefore, the lower its concentration in the non-volatile liquid.
According to the present invention, two zones A and B are used and operate under different conditions. By choosing the conditions in zone A, as described above, component C1 is: caused to move slowly towards the center. up, while component 2 is caused to move downward through the non-volatile liquid to enter the upper part of zone B.
In this, the conditions are chosen to give a slow descending rate to the component C2 The component C1 whether it is introduced into the zone B in the feedstock or as an impurity in the component C2 coming from the zone A , will have a relatively high upward velocity and will be removed with the eluent to zone A. Component C2 will be recovered at the lower end of zone B in the non-volatile liquid; the lower the rate of fall of c2 in zone B, the greater the concentration of C2 in the non-volatile liquid.
he
<Desc / Clms Page number 6>
will be evident that, whatever the precise conditions chosen, provided that the conditions in the two zones A and B favor an upward movement of the component C1 and a downward movement of C2 and 'provided, that the conditions in the zone B are more favorable to an upward movement of C1 than are the conditions in zone A and that, therefore, the conditions in zone A are more favorable to a downward movement of component C2 than are the conditions in zone B, it follows that the concentrations of component C1 in the eluent removed and component C2 in the non-volatile liquid removed will be higher than what can be achieved by using a single zone.
With the 'presence' in the feed, components having a VS value lower than that of C1 these components will be entered with C1 in the eluent. With the presence in the feed of components having a VS value greater than that of C2, these components will be removed with: C2 in the non-volatile liquid. In general, it will be advantageous to feed the feedstock in the vicinity of the interface between zones A and B. It is not necessary, however, that zones A and B are adjacent and an intermediate zone can be established, in which the feedstock is supplied. Or else, the zones A and B can each constitute the whole or a part of separate columns operating in series.
Usually, the process of the present invention will be carried out under conditions such that the temperature and the rates of circulation of the non-volatile liquid and the eluent throughout zone A are uniform and, likewise, the temperature. and the circulation rates of the non-volatile liquid and of the eluent are uniform throughout zone B.
This is not essential, however, and the method can be carried out for
<Desc / Clms Page number 7>
combine the advantages of the present invention with the advantages obtained by the use of non-uniform conditions:
, as described, for example in another patent of the applicant
As noted above, the process is carried out in such a way that the non-volatile liquid and the eluent pass through countercurrent circulators under conditions such that a large surface area of the liquid phase is exposed. In the elongated zone to the gas phase contained therein, many different systems are known for achieving intimate contact between liquid phases and gas phases by exposing a large surface area of the liquid phase to the gas phase.
Any of these systems can be employed in the method of the present invention. By way of illustration, the following types of systems can be used: Podbieliak "H.eli-grid", kuhn multitubular columns,; Stedman packing, columns with bubbling plates and perforated plates and columns with concentric tubes.
Preferably, however, the extended area contains an inert solid stuffing. This is preferably in a form which affords low resistance to the flow of fluids, while having a large surface area. Suitable packing materials are, for example, Dixon fractionation column lattice packing, Fenske helices, boot eyelets, Raschig rings, porous solids, such as pumice stone, diatomaceous earth and bauxite.
The process of the present invention can be employed for the separation of components of organic compounds and, while it is applicable to the separation of capal components from fractional distillation division, it is especially suitable for the separation of components. having a similar boiling point had, in particular, for the separation of components
<Desc / Clms Page number 8>
sants which, under distillation conditions, form azeotropes.
Thus, mixtures of isomers which are incapable of separation by distillation or which require distillation in a column having a very large number of theoretical pataxu can be separated easily, when using a column. combination of eluent and non-volatile liquid, in which the respective isomers show different flow rates. The process is especially suitable for the separation of hydrocarbons, for example mixtures of benzene and heptanes and mixtures of low molecular weight paraffins.
The process can also be used for the separation of water ethanol mixtures and for the separation of organic mixtures of natural origin, for example the fractionation of petroleum ethers and essential oils.
The nature of the non-volatile liquid chosen for use under any given conditions will obviously depend on the nature of the feedstock and the eluent. By way of illustration, the non-volatile liquid can be chosen from liquid hydrocarbons, such as paraffins, naphthenes and aromatics, silicone fluids, esters, ketones, nitriles, sulfides, ethers, glycols and Alcohols. Mixtures of compounds can be employed, for example petroleum fractions, such as kerosene or lubricating oil fractions. For the separation of lower hydrocarbons, kerosene will be suitable in many cases, and for the separation of alcohols, glycerin can be used.
Suitable eluents are air, hydrogen, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, methane, water vapor and combustion gases.
The process of the present invention, although applicable as a primary means of separation, can also be used.
<Desc / Clms Page number 9>
used as a means of controlling a process, for example a manufacturing, chemical or physical separation process such as fractional distillation or solvent extraction, in which a mixture of components requires analysis. continuous or intermittent, thus the mixture of compounds can be fed to a system operated in the manner described,
and that an eluent stream can be fed to a common chromatographic detector system. It will be evident that, similarly, a second eluent stream may be fed to a similar detector system, or alternatively that a single detector system may be employed alternately for the analysis of the two eluent streams. 'eluting.
The invention is / described '-' hereinafter, but not limited with reference to the accompanying schematic drawings. 'Referring to the drawing, the packed column comprises two, packed sections SC and SH, the temperature of each zone being constant and the temperature of the zone Sc is lower than the temperature of the zone Sils An eluting gas is supplied *. 'continuously through line 1 to the hot zone SH then rises through the cold zone SC and is removed at the top of the column via line 2. A non-volatile liquid is continuously supplied to the top of the column via line 3 and passes successively into zone SC and into zone SH to be subsequently removed via line 4 .
The feedstock is brought to the interface between the SC and SH zones via line 5.
In the case of a feedstock containing components C1 and C2, a separation can be carried out as follows.
A suitable temperature is chosen for the SC zone and the flow rates of the elunate and the non-volatile liquid are controlled so that component C1 is caused to rise in the SC section at a low rate and that. the compesant
<Desc / Clms Page number 10>
C2 is brought down in the column.
The temperature of the SH zone is set higher than that of the SC zone so that, while the component c2 slowly descends through the column into the 'SH zone, the component C1 is caused to rise in the SC zone Under continuous operating conditions, component C1 will be continuously removed through line-2 mixed with the eluent, and component C2 will be continuously removed through line 4 mixed with liquid non-volatile. that the selectivity of the column will be increased by ensuring that all components move through the column at low speed.
Obviously, the speed of a component moving upward through a zone can be reduced by decreasing the temperature in that zone, and conversely the falling speed of a component can be reduced by increasing the temperature of the zone.
The invention is illustrated but not limited by the following examples.
EXAMPLE 1¯
The apparatus used was a column consisting of a glass tube having an internal diameter of 5/8 inch and packed with 1/16 inch Dixon lattice rings. Air was introduced to the bottom of the column at a constant effective pressure of 2 * pounds per square inch and, after leaving the top of the column, this air was passed through a thermistor detector. A needle valve provided on the outlet of the detector controlled the flow of air through the column. Kerosene was fed at a constant speed, at the top of the jam; this kerosene descended into the column and was collected at the bottom of the latter in a receiving apparatus.
The column was heated externally by an electric heater wire-, into two sections, so that the column was divided-
<Desc / Clms Page number 11>
seated in two zones at constant temperature. The change of feed was provided continuously at 9.5 ml / hour between the upper and lower zones. The product was continuously removed as two fractions, namely one eluent stream removed from the top of the column and a second stream removed with kerosene at the base of this column. The operating conditions are given in Table 4.
The composition of the feedstock and products (free of air and kerosene) obtained at the top and bottom of the column is given in Table 1.
TABLE 1
EMI11.1
<tb> isopentane <SEP> Pentane
<tb>
<tb> - <SEP> normal
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Load <SEP> power supply <SEP> 58.9 <SEP> 41.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Current <SEP> from <SEP> product <SEP> removed <SEP> at <SEP> top
<tb>
<tb>
<tb> of <SEP> the <SEP> column <SEP> 99.2 <SEP> 0.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Current <SEP> from <SEP> product <SEP> removed <SEP> to <SEP> the <SEP> base
<tb>
<tb>
<tb> of <SEP> the <SEP> column <SEP> 5.1 <SEP> 94.9
<tb>
EXAMPLE 2
The apparatus and operating conditions were those described in Example 1, except that the kerosene and air circulation rates were modified, as given in Table 4.
The composition of the feedstock and products (free of air and kerosene) obtained at the top and bottom of the column is given in Table 2.
TABLE 2
EMI11.2
<tb> Isopentane <SEP> Pentane
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> normal
<tb>
<tb> Load <SEP> power supply <SEP> 58.6 <SEP> 41.4
<tb>
<tb> Current <SEP> from <SEP> product <SEP> removed <SEP> at <SEP> top
<tb> from <SEP> the <SEP> column <SEP> 95.9 <SEP> 4.1
<tb>
<tb> Current <SEP> from <SEP> product <SEP> removed <SEP> to <SEP> the <SEP> base
<tb> from <SEP> the <SEP> column, <SEP> 1 <SEP> 99
<tb>
<Desc / Clms Page number 12>
EXAMPLE 3
The apparatus and the operating conditions were as described in Example 1, except that the kerosene and air circulation speeds were coded, as given in table 4.
The composition of the feed and the products (free of air and kerosene) obtained at the top and bottom of the column is given in Table 3.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.