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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
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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
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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
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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-
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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
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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
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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'
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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
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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
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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-
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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>
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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 **.