CZ2017791A3

CZ2017791A3 - Bipolární membránový elektrodialyzační systém a způsob čištění organické kyseliny z roztoku obsahujícího její sůl

Info

Publication number: CZ2017791A3
Application number: CZ2017-791A
Authority: CZ
Inventors: Yongchang Zheng; H. Barber John
Original assignee: Bl Technologies, Inc.
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2018-07-11
Also published as: JP6717935B2; WO2016200387A1; JP2018520872A; CZ309629B6; CA2988892A1; TW201722855A; US20180154312A1; CN107960062A; CA2988892C; US10946341B2; CN107960062B; TWI708740B

Abstract

Systém pro výrobu přečištěného roztoku obsahujícího organickou kyselinu z nasazovaného roztoku obsahujícího její stůl, kde tento systém obsahuje anodu, katodu a alespoň jednu tříkomorovou bipolární membránovou elektrodialyzační buňku pro příjem nasazovaného roztoku a výrobu roztoku obsahujícího organickou kyselinu; a alespoň jednu dvoukomorovou bipolární membránovou elektrodialyzační buňku pro příjem roztoku obsahujícího organickou kyselinu a výrobu přečištěného roztoku obsahujícího organickou kyselinu; přičemž přečištěný roztok obsahující organickou kyselinu má nižší koncentraci soli organické kyseliny než roztok obsahující organickou kyselinu. Bipolární membránový elektrodialyzační svazek, který obsahuje alespoň jednu tříkomorovou a alespoň jednu dvoukomorovou bipolární membránovou elektrodialyzační buňku. Způsob čištění organické kyseliny z nasazovaného roztoku, který obsahuje její sůl, přičemž tento způsob zahrnuje přivádění roztoku soli organické kyseliny do alespoň jedné tříkomorové bipolární elektrodialyzační buňky v elektrodialyzačním svazku za vzniku proudu produktu ochuzeného o sůl, proudu obsahujícího zásadu a proudu obsahující organickou kyselinu; a přivádění proudu obsahujícího organickou kyselinu do alespoň jedné dvoukomorové bipolární elektrodialyzační buňky v elektrodialyzačním svazku pro vytvoření proudu obsahujícího zásadu a proudu obsahujícího přečištěnou organickou kyselinu.

Description

Oblast techniky [0001] Předkládaný popis se obecně týká bipolámích elektrodialyzačních metod a systémů pro čištění organických kyselin.

Pozadí vynálezu [0002] Následující odstavce neznamenají připuštění výkladu, že by se v nich diskutovalo o dosavadním stavu techniky nebo o části znalostí odborníků v oboru.

[0003] Bipolámí elektrodialyzační buňka se vztahuje k elektrodialyzační buňce, která obsahuje bipolámí membránu. Bipolámí membrána při aplikaci elektrického pole disociuje vodu na ionty hydroxonia a hydroxylové ionty. Takto generované ionty se spojují s kationty a anionty z procesního proudu, který zahrnuje soli, přičemž kationty a anionty jsou od sebe odděleny jednou nebo více ionexovými membránami v elektrodialyzační buňce. Sloučení hydroxoniových iontů s anionty a hydroxylových iontů s kationty vede ke vzniku produkčních proudů obsahujících kyselinu a bázi.

[0004] Bipolámí elektrodialyzační buňkou může být dvoukomorová buňka nebo tříkomorová buňka. Dvoukomorová buňka obsahuje buď katexovou membránu nebo anexovou membránu mezi dvěma bipolámími membránami. Volba, zda se použije katexové membrány nebo anexové membrány závisí na tom, jaké soli se zpracovávají. Katexové membrány se používají pro zpracování roztoků obsahujících soli slabých kyselin a silných bází, jako jsou sodné soli organických kyselin a aminokyselin. Příklady takových organických kyselin a aminokyselin zahrnují: kyselinu askorbovou, kyselinu octovou, kyselinu mléčnou, kyselinu mravenčí, kyselinu glukonovou a kyselinu glutamovou. Anexové membrány se používají ke zpracování roztoků obsahujících soli slabých bází a silných nebo slabých kyselin, jako jsou amoniové soli chloridu, síranu nebo laktátu.

• · [0005] Trojkomorová buňka obsahuje anexovou membránu a katexovou membránu mezi dvěma bipolámími membránami, čímž jsou vytvořeny tři komory. Tyto tři komory jsou: komora pro produkci kyselých roztoků mezi první bipolámí membránou a anexovou membránou; zásaditá komoru pro produkci roztoku mezi druhou bipolámí membránou a katexovou membránou; a komora mezi katexovou membránou a anexovou membránou, která produkuje roztok ochuzený o sůl. Tříkomorová bipolámí elektrodialyzační (BPED) buňka se používá k získávání anorganické kyseliny a báze z odpovídající soli.

ÚVOD [0006] Následující úvod je zaměřen na uvedení čtenáře do tohoto popisu, nikoliv však na vymezení jakéhokoli vynálezu. V kombinaci nebo podkombinaci níže popsaných přístrojových prvků nebo postupových kroků nebo v jiných částech tohoto dokumentu může spočívat jeden nebo více vynálezů. Původci se nezříkají ani nevzdávají svých práv k jakémukoliv vynálezu nebo vynálezům uvedeným v této přihlášce pouze na základě toho, že nepopisují takový jiný vynález nebo vynálezy v patentových nárocích.

[0007] Dvoukomorová bipolámí elektrodialýza (BPED) může být použita k získání organické kyseliny z roztoku soli organické kyseliny, jako je sodná, draselná nebo amoniová sůl kyseliny askorbové (vitamin C), kyseliny octové, kyseliny mravenčí, kyseliny mléčné , kyseliny glukonové, kyseliny glutamové, kyseliny citrónové, kyseliny propionové, kyseliny salicylové nebo aminokyselin. Sůl s organickou kyselinou se zpracovává dvoukomorovou BPED mající katexovou membránu mezi dvěma bipolámími membránami. V takovém systému se anion organické kyseliny slučuje s vodíkovým iontem, který je produkován jednou z bipolámích membrán a pooskytuje organickou kyselinu. Kationt organické kyseliny prochází přes katexovou membránu do přilehlé komory, kde sloučením s hydroxidem produkovaným jinou bipolámí membránou poskytuje hydroxid příslušného kationtu. S postupujícím zpracováním soli organické kyseliny na organickou kyselinu a hydroxid kationtu se snižuje proudová hustota a klesá účinnost. Když se koncentrace soli organické kyseliny sníží až k bodu, kdy proudová hustota činí další čištění organické kyseliny nepraktickým, proces čištění se zastaví. Čištěná organická kyselina může ještě obsahovat část soli organické kyseliny. Pro vytvoření roztoku s požadovanou čistotou organické kyseliny • · · · · · ·· ···· ··· ·· může být zapotřebí další zpracování pomocí ionexové kolony k přeměně alespoň části zbývající soli organické kyseliny na organickou kyselinu.

[0008] Kromě toho může být zapotřebí před purifikací s použitím dvoukomorové bipolámí elektrodialýzy roztok soli organické kyseliny nejdříve předčistit a zkoncentrovat elektrodialýzou nebo krystalizací. Tento přídavný stupeň čištění a koncentrace je nezbytný, když je roztok soli organické kyseliny příliš zředěný, takže proudová hustota je neprakticky nízká. Tento první stupeň čištění je nežádoucí, protože vyžaduje další čas nebo energii.

[0009] Pro čištění roztoku soli organické kyseliny, jako jsou soli, které jsou uvedeny výše, je možno použít tříkomorovou BPED. Nicméně nízká disociace a vodivost organické kyseliny často vedou k neprakticky nízké proudové hustotě. Kromě toho tříkomorová BPED často trpí únikem iontů komplementárních ke kationtům přes bipolámí membránu z komory pro vytváření zásady do komory produkující kyselinu. Při metodách, při nichž se zpracovává sodná sůl organické kyseliny, vede tento únik sodíkových iontů přes bipolámí membránu ke kontaminaci roztoku organické kyseliny sodnou solí této organické kyseliny. Kontaminovaný roztok organické kyseliny může být zpracován za použití ionexové kolony pro přeměnu alespoň části zbývající soli organické kyseliny na organickou kyselinu.

[0010] Je žádoucí vyvinout alternativní metody a systémy pro čištění roztoku soli organické kyseliny. Jeden nebo více popsaných příkladů může řešit nebo zmírnit jeden nebo více nedostatků spojených s bipolámími elektrodialyzačními systémy vytvořenými výhradně z dvoukomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk nebo výhradně z tříkomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk. Některé z alternativních metod a systémů mohou snížit nebo zamezit potřebě dalších kroků čištění organických kyselin, jako je například zpracování ionexovou pryskyřicí. Ve srovnání se známými metodami a systémy mohou některé z těchto alternativních metod a systémů vykazovat zvýšenou účinnost, mohou vyžadovat méně času na získání stejného množství organické kyseliny nebo obojí. Některé z těchto alternativních metod a systémů mohou snížit kontaminaci vyčištěného roztoku organické kyseliny kationty.

[0011] V některých příkladech podle předkládaného popisuje poskytnut bipolámí elektrodialyzační systém, který obsahuje alespoň jednu tříkomorovou bipolámí elektrodialyzační buňku a alespoň jednu dvoukomorovou bipolámí elektrodialyzační buňku.

Tříkomorová bipolámí elektrodialyzační buňka přijímá roztok soli organické kyseliny a produkuje zásaditý roztok, roztok organické kyseliny a roztok ochuzený o sůl. Produkovaný roztok organické kyseliny obsahuje alespoň trochu soli organické kyseliny. Dvoukomorová bipolámí elektrodialyzační buňka přijímá produkovaný roztok organické kyseliny a poskytuje zásaditý roztok a lépe vyčištěný roztok organické kyseliny.

[0012] Ve specifických příkladech je alespoň jedna tříkomorová bipolámí elektrodialyzační buňka a alespoň jedna dvoukomorová bipolámí elektrodialyzační buňka umístěna ve stejném elektrodialyzačním svazku. Použití elektrodialyzačního systému, který zahrnuje jak tříkomorovou bipolámí elektrodialyzační buňku, tak dvoukomorovou bipolámí elektrodialyzační buňku ve stejném elektrodialyzačním svazku může snížit množství elektrické energie potřebné k získání organické kyseliny ve srovnání s použitím tříkomorové bipolámí elektrodialýzy a dvoukomorové bipolámí elektrodialýzy zařazené v sekvenčním systému.

[0013] V elektrodialyzačních svazcích, které obsahují množství bipolámích elektrodialyzační ch buněk, mohou sousední buňky sdílet bipolámí membrány. To znamená, že anodová bipolámí membrána jedné elektrodialyzační buňky může působit jako katodová bipolámí membrána přímo sousedící elektrodialyzační buňky.

[0014] V kontextu tohoto popisu se termín přečištěný nebo čistší vztahuje k roztoku, který má nižší koncentraci soli organické kyseliny než nasazovaný roztok. Například roztok, který obsahuje jak organickou kyselinu, tak i sůl organické kyseliny, se považuje za přečištěný nebo čistší ve srovnání s roztokem, který obsahuje pouze sůl organické kyseliny. Avšak roztok, který by obsahoval pouze organickou kyselinu (bez soli organické kyseliny), by byl považován za přečištěný nebo čistší ve srovnání s roztokem obsahujícím jak organickou kyselinu, tak i sůl organické kyseliny.

[0015] V některých příkladmých systémech podle předkládaného popisu zahrnují alespoň některé z komor, které produkují kyselé roztoky katexovou nebo anexovou pryskyřici. Katexová nebo anexová pryskyřice může zlepšit vodivost kapaliny v komoře produkující kyselý roztok. V konkrétních příkladmých systémech je pryskyřicí katexová pryskyřice v sodném nebo H + cyklu. V jiných příkladmých systémech je pryskyřicí anexová pryskyřice v OH' cyklu.

[0016] Systémy podle tohoto popisu mohou zahrnovat tříkomorové bipolámí elektrodialyzační buňky a dvoukomorové bipolámí elektrodialyzační buňky v poměru od 1: 1 do 20:

1. V konkrétních příkladech je tento poměr 5:1 až 15:1. V konkrétních příkladmých systémech je tento poměr 5:1 až 10:1. Zvýšení poměru tříkomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk ke dvoukomorovým bipolámím elektrodialyzačním buňkám na více než 20:1 poskytuje organickou kyselinu s nižší čistotou.

Přehled obr, na výkresech [0017] Níže jsou popsány příklady provedení podle tohoto popisu s odkazem na přiložené obrázky.

[0018] Obrázek 1 znázorňuje svazek elektrodialyzačních bipolámích membrán podle předkládaného popisu.

Vztahovými značkami jsou v obr. 1 označeny tyto části a proudy:

(10) bipolámí membránový dialyzační svazek (12) trikomorová bipolámí membránová buňka (14) dvoukomorová bipolámí membránová buňka (16) katoda (18) anoda (20) bipolámí membrána (20') bipolámí membrána (22) katexová membrána (22') katexová membrána (24) anexová membrána (24') anexová membrána (26) roztok obsahující sodnou sůl organické kyseliny (28) přečištěný roztok (30) zásaditý roztok (32) roztok organické kyseliny (34) přečištěný roztok organické kyseliny (36) zásaditý roztok . ...

• · · · · · · • . · ...

... · · ·· ···· [0019] Obr. 2 uvádí fotografii příkladmé rozpěrky, která může být použita v bipolámí elektrodialyzační buňce.

[0020] Obrázek 3 uvádí fotografii příkladmé rozpěrky, která může být použita v bipolámí elektrodialyzační buňce.

[0021] Obrázek 4 uvádí fotografii příkladmé rozpěrky, která může být použita v bipolámí elektrodialyzační buňce.

Následuje podrobný popis vynálezu [0022] Předložený popis se obecně týká způsobu bipolámí membránové elektrodialýzy a systému pro získávání organické kyseliny z vodného roztoku obsahujícího sůl této organické kyseliny. Bipolámí membránový elektrodialyzační systém zahrnuje elektrodialyzační bipolámí membránový svazek, který zahrnuje alespoň jednu tříkomorovou bipolámí elektrodialyzační buňku a elektrodialyzační bipolámí membránový svazek, který zahrnuje alespoň jednu dvoukomorovou bipolámí elektrodialyzační buňku. Alespoň jedna tříkomorová bipolámí elektrodialyzační buňka a alespoň jedna dvoukomorová bipolámí elektrodialyzační buňka může být ve stejném elektrodialyzačním svazku.

[0023] Tříkomorová bipolámí elektrodialyzační buňka přijímá vodný roztok obsahující sůl organické kyseliny a produkuje roztok obsahující organickou kyselinu a roztok obsahující zásadu. Roztok organické kyseliny se také nechá projít dvoukomorovou bipolámí elektrodialyzační buňkou, aby se odstranila alespoň část kationtů, které pronikly přes bipolámí membránu do komory, která produkuje kyselinu, tříkomorové bipolámí elektrodialyzační buňky.

[0024] Obrázek 1 ilustruje příklad bipolámího membránového elektrodialyzaěního svazku 10 podle tohoto popisu. Svazek obsahuje tříkomorovou bipolámí membránovou buňku 12 a dvoukomorovou bipolámí membránovou buňku 14. V elektrodialyzačním systému podle obr.

jsou dvě buňky 12 a 14 umístěny v jediném svazku mezi katodou 16 a anodou 18. Svazek 10 zahrnuje bipolámí membrány 20,20', 20, katexové membrány 22,22' a anexovou membránu 24.

• · · ·

[0025] Trikomorová bipolámí buňka 12 přijímá nasazovaný roztok 26 obsahující sodnou sůl organické kyseliny. Ve vodném roztoku sodná sůl organické kyseliny disociuje na sodné ionty Na + a kyselinové anionty A-. Ionty sodíku a anionty kyseliny v přiváděném roztoku 26 jsou odděleny za použití elektrického proudu, když sodíkové ionty migrují směrem ke katodě 16 a procházejí katexovou membránou 22; a kyselé anionty migrují směrem k anodě 18 a procházejí anexovou membránou 24. Vzniká roztok 28 se sníženou koncentrací soli organické kyseliny.

[0026] Bipolámí membrány 20, 20' štěpí vodu na hydroxoniové ionty H3O +, ilustrované na obr. 1 jako ionty H + a hydroxidové ionty OH-. Hydroxidové ionty vyrovnávají náboj sodných iontů a výsledkem je tvorba zásaditého roztoku 30 hydroxidu sodného. Hydroxoniové ionty vyrovnávají náboj kyselinového aniontu A - a výsledkem je tvorba roztoku 32 organické kyseliny.

[0027] Membrány 22, 24 pro výměnu kationtů a aniontů definují komoru, která přijímá roztok soli organické kyseliny a produkuje roztok 28 se sníženou koncentrací soli organické kyseliny. Bipolámí membrána 20 a katexová membrána 22 definují komora, která produkuje zásaditý roztok 30. Anexová membrána 24 a bipolámí membrána 20' definují komora, která produkuje roztok 32 organické kyseliny.

[0028] Roztok 32 organické kyseliny také obsahuje část sodné soli organické kyseliny, protože sodíkové ionty mohou pronikat přes bipolámí membránu 20'. Tyto proniklé sodné ionty jsou na obr. 1 označeny jako Na + 34.

[0029] Roztok 32 organické kyseliny se dále čistí v dvoukomorové bipolámí membránové buňce 14 přiváděním roztoku 32 organické kyseliny do prostora definovaného katexovou membránou 22 a bipolámí membránou 20. Ionty sodíku přítomné v roztoku 32 organické kyseliny migrují při aplikaci elektrického proudu přes katexovou membránu 22' a jsou vyrovnány hydroxoniovým iontem H₃O + generovaným v bipolámí membráně 20. To vede k výrobě přečištěného roztoku 34 organické kyseliny. Ion sodíku, který migruje přes katexovou membránu 22', je vyrovnán hydroxidovým iontem produkovaným v bipolámí membráně 20', což vede k výrobě druhého zásaditého roztoku 36.

[0030] Roztok 32 organické kyseliny může být recyklován do bipolámího membránového elektrodialyzačního svazku tak, že je směrován přímo do dvoukomorové bipolámí membránové buňky 14 nebo tak, že je držen v neznázoměné jímací nádrži a následně veden dvoukomorovou bipolámí membránovou buňkou tohoto nebo jiného bipolámího membránového elektrodialyzačního svazku podle tohoto popisu.

[0031] Membrány znázorněné na obr. 1 mohou být odděleny rozpěrkami, které nejsou znázorněny. Rozpěrky oddělují sousední membrány a zároveň umožňují roztokům protékat systémem. Mohou být použity rozpěrky s křivolakou konstrukcí, rozpěrky se strukturou síta nebo rozpěrky plněné ionexovými pryskyřicemi. Křivolaké a sítové rozpěrky mohou být asi 1/32 tlusté. Rozpěrky naplněné pryskyřicí mohou mít tloušťku asi 1/16 až asi 1/8. Rozpěrky mohou mít 4 vstupy a 4 výstupy. Rozpěrky mohou být použity ve dvoukomorové BPED buňce, tříkomorové BPED buňce nebo v obou těchto buňkách.

[0032] Příkladmé rozpěrky jsou znázorněny na obrázcích 2-4. Na obr. 2 je znázorněna příkladmá rozpěrka původně vyráběná v 80. letech, která má klikatou strukturu. Obrázek 3 znázorňuje příkladmou sítovou rozpěrku, původně vyráběnou v roce 2000, která má strukturu typu S. Obrázek 4 znázorňuje příkladmou rozpěrku bez síta pro plnění ionexovou pryskyřicí.

[0033] I když svazek znázorněný na obr. 1 ukazuje pouze jednu tříkomorovou bipolámí membránovou buňku a jednu dvoukomorovou bipolámí membránovou buňku, svazky podle předkládaného popisu však mohou zahrnovat množství tříkomorových bipolámích membránových buněk a množství dvoukomorových bipolámích membránových buněk. Svazek může například obsahovat 1 až 20 tříkomorových buněk pro každou jednu dvoukomorovou buňku. Tříkomorové bipolámí membránové buňky a dvoukomorové bipolámí membránové buňky mohou být přítomny v poměru 5:1 až 15:1. V konkrétních příkladmých systémech je tento poměr 5:1 až 10:1. Svazek v plné velikosti může obsahovat až 150 párů buněk nebo více.

[0034] Katexové membrány používané v elektrodialyzačních svazcích podle předloženého vynálezu mohou být homogenní membrány, které mají iontovou výměnnou kapacitu asi 2,2 až asi 2,4 mekv./g, obsah vody asi 43 až asi 49 %, tloušťku asi 0,55 až asi 0,69 mm, měrný odpor asi 10 až asi 12 ohm-cm² a pevnost v roztržení podle Mullena asi 1,7 až asi 2,4 MPa. Reprezentativní příklady užitečných katexových membrán se prodávají pod ochrannou známkou CR61 CMP a jsou dostupné od firmy GE lne. Katexové membrány použité v elektrodialyzačním svazku mohou nebo nemusí být všechny totožné. Anexové membrány používané v elektrodialyzačních svazcích podle předloženého vynálezu mohou být homogenní membrány, které mají iontovou výměnnou kapacitu asi 2,0 až asi 2,2 mekv./g, obsah vody asi 33 až asi 39 %, tloušťku asi 0,55 až asi 0,69 mm, měrný odpor od asi 11 do asi 14 ohm-cm² a pevnost v roztržení podle Mullena od asi 1,7 až asi 2,4 MPa. Reprezentativní příklady užitečných anexových membrán jsou prodávány pod ochrannou známkou AR103QDP společností GE lne. Anexové membrány používané v elektrodialyzačním svazku mohou nebo nemusí být všechny totožné. Bipolární elektrodialyzační membrány používané v elektrodialyzačních svazcích podle předkládaného popisu sestávají z anexové výměnné vrstvy s katalyzátorem připojeným ke katexové vrstvě. Reprezentativní příklad užitečných bipolárních membrán jsou prodáván pod ochrannou známkou BtB BP společností GE. Bipolární elektrodialyzační membrány použité v elektrodialyzačním svazku mohou nebo nemusí být všechny totožné.

[0035] Mohou být použity i jiné membrány, než jsou uvedené výše. Membrány by však s výhodou měly být stabilní vůči kyselému a alkalickému roztoku až do asi 4 N. Membrány jsou s výhodou homogenní membrány, protože homogenní membrány mají nižší odolnost než heterogenní membrány.

[0036] Zahrnutí katexové nebo anexové pryskyřice do kyselé komory buňky může zlepšit vodivost kapaliny v komoře. To je obzvláště výhodné při čištění kyselin, které mají pKa větší než přibližně 1,5, protože vodné roztoky takových kyselin disociují za vytvoření koncentrace hydroxoniových iontů a konjugované báze, která má za následek proudovou hustotu, jež činí purifikaci nepraktickou. Systémy podle předkládaného popisu mohou obsahovat katexovou nebo anexovou pryskyřici v alespoň některých komorách produkujících kyselé roztoky, například v komorách, které vytvářejí roztok 32 organické kyseliny a komorách, které produkují vyčištěný roztok 34 organické kyseliny. Zahrnutí ionexových pryskyřic do alespoň některých komor produkujících kyselý roztok zvyšuje proudovou hustotu svazku.

[0037] Pryskyřicí může být katexová pryskyřice v sodné formě nebo ve formě H + nebo anexová pryskyřice v OH- formě. Iontovou výměnnou pryskyřicí je s výhodou silně kyselá ···*· ·· · ♦ · ·· • · · ···· ···· • · ·· · · ·· ··· · · · ··· ··· ·· ·* ···· ··· ·· katexová pryskyřice. Specifické příklady pryskyřic, které mohou být použity v elektrodialyzačních svazcích podle tohoto popisu, zahrnují: Dowex Monosphere 650C (H) (styrendivinylbenzenový (DVB) katexový gel s funkční skupinou sulfonové kyseliny ve formě H + od společnosti DOW a Dowex Monosphere 550A (OH) (aniontový gel styren-divinylbenzen (DVB) s kvartemí amoniovou funkční skupinou ve formě OH) od společnosti DOW. Dowex Monosphere 650C (H) je katexová pryskyřice ve formě kulovitých částic s objemovou kapacitou 2,0 ekv./l, střední harmonický průměr 650 ± 50 pm a iontovou konverzí 99,7%. Pryskyřice může být regenerována za použití 1 až 10% kyseliny sírové nebo 4 až 8% HC1. Dowex Monosphere 550A (OH) je anexová pryskyřice, která má objemovou kapacitu 1,1 ekv./l, střední harmonický průměr 590 ± 50 pm a iontovou konverzi 94% pro OH-. Pryskyřice může být regenerována za použití 4 až 8% hydroxidu sodného.

[0038] Elektrodialyzační zařízení podle současného popisu mohou zahrnovat jakékoliv známé elektrody pro anodu a katodu. Anoda může obsahovat titan/platinu, uhlík, nikl, ruthenium/titan nebo iridium/titan. Anoda může být rozměrově stálá anoda, jako je titanová deska nebo síto potažená směsnými oxidy kovů (MMO), jako je RuO₂, Ir O₂, Ti O₂ a Ta₂O₅,. Katoda může zahrnovat železo, nikl, platinu, titan/platinu, uhlík nebo nerezovou ocel. Elektrody mohou mít jakoukoliv známou struktur. Příklady obvyklých struktur zahrnují strukturu ploché desky, síťovou strukturu a strukturu mřížového tvaru.

[0039] Bipolámí elektrodialyzační svazek 9xl0 podle tohoto popisu, mající 5 tříkomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk a 1 dvoukomorovou bipolámí elektrodialyzační buňku pro čištění kyseliny octové z roztoku octanu sodného, může pracovat s proudovou hustotou přibližně 30 až přibližně 100 mA/cm při napětí od asi 2 do asi 4 V/buňku. Svazky podle předkládaného popisu se s výhodou používají při provozní teplotě nižší než 50 °C, lineární rychlosti toku 5 až 20 cm/s a průtokovém tlaku 20,7 kPa až asi 103,4 kPa. Takový příkladmý svazek obsahuje katexovou pryskyřici v komorách produkujících kyselé roztoky. V příkladmém svazku se pryskyřice udržuje na místě pomocí rozpěrky tvořené asi l/16nebo asi 1/8 tlustým nízkohustotním polyethylenem (LPDE), který je vložen mezi obě membrány.

[0040] Elektrodialyzační systém, který zahrnoval výše popsaný vzorový svazek 9x 10, ale bez pryskyřice v komorách produkujících kyselé roztoky, byl testován oproti elektrodialyzačnímu systému, který zahrnoval pouze 6 tříkomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk. Systémy byly použity k čištění roztoku octanu sodného. Přehled provozních parametrů a složení vyčištěných roztoků je uveden níže (C = komora):

Pokus č. 2

Pokus č. 3

Konfigurace	6 3-C	5 3-C, 1 2-C
Násada (rovnováha)	3,66	3,66
Produkovaná kyselina (rovnováha)	2,46	2,851
Produkovaná báze (rovnováha)	2,59	2,391
Doba pokusu (min)	150	180
Faraday (rovnováha)	4,63	4,60
Proudová účinnost %, kyselina	57,7	42,0
Spotřeba energie, kyselina (kWh/kg)	1,795	3,155
Proudová účinnost %, zásada	56,3	52,0
Spotřeba energie, zásada (kWh/kg)	2,759	3,831
Sodík (ppm)	1090	192
Kyselina octová (ppm)	79 600	80 700
Sodík (mol/1)	0,0474	0,0083
Kyselina octová (mol/1)	1,327	1,345
Sodík (% mol)	3,57	0,62
Sodík (% hmotn.)	1,37	0,24
Vodivost výsledné kyseliny (mS/cm)	5,58	2,63

Je zřejmé, že množství iontu sodíku je sníženo z 1090 ppm v pokusu č. 2 na hodnotu 192 ppm v pokusu č. 3, což odpovídá snížení hmotnosti sodíku z 1,37 % na 0,24 %.

[0041] Pokus č. 2 odpovídá vyčištěným roztokům vyrobeným elektrodialyzačním systémem, který zahrnoval pouze 6 tříkomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk. Pokus č. 3 odpovídá vyčištěnému roztoku vyrobenému elektrodialyzačním systémem, který zahrnoval 5 tříkomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk a 1 dvoukomorovou bipolámí elektrodialyzační buňku.

[0042] Byla porovnávána spotřeba energie pro čištění kyseliny octové z octanu sodného mezi elektrodialyzačním systémem, který v komorách produkujících kyselé roztoky obsahoval katexovou pryskyřici Dowex 650 (H +) a elektrodialyzačním systémem, který neobsahoval pryskyřici. Oba systémy zahrnovaly 5 tříkomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk a 1 dvoukomorovou bipolámí elektrodialyzační buňku. Jak je uvedeno výše, pokus č. 3 odpovídá systému bez pryskyřice, zatímco pokus č. 9 odpovídá systému s pryskyřicí. Přehled provozních parametrů a složení vyčištěných roztoků je uveden níže (C = komora):

	Pokus č. 3	Pokus č. 9
Konfigurace	5 3-C, 1 2-C	5 3-C, 1 2-C s katexem
Násada (rovnováha)	3,66	3,66
Produkovaná kyselina (rovnováha)	2,851	2,46
Produkovaná báze (rovnováha)	2,391	2,59
Doba pokusu (min)	180	160
Faraday (rovnováha)	4,60	4,96
Proudová účinnost %, kyselina	42,0	49,6
Spotřeba energie, kyselina (kWh/kg)	3,156	2,108
Proudová účinnost %, zásada	52,0	52,0
Spotřeba energie, zásada (kWh/kg)	3,831	3,001
Sodík (ppm)	192	158
Kyselina octová (ppm)	80 700	71 800
Sodík (mol/1)	0,0083	0,0069
Kyselina octová (mol/1)	1,345	1,197
Sodík (% mol)	0,62	0,58
Sodík (% hmotn.)	0,24	0,22
Vodivost výsledné kyseliny (mS/cm)	2,63	2,35

Je zřejmé, že spotřeba energie se sníží z 3,155 kWh/kg kyseliny octové v pokusu č. 3 na 2,108 kWh/kg v pokusu č. 9, který zahrnuje katexovou pryskyřici v komoře produkující kyselý roztok.

[0043] V předcházejícím popisuje pro účely vysvětlení uvedeno mnoho detailů, aby bylo možno důkladně porozumět příkladům. Odborníkovi v oboru však bude zřejmé, že tyto • · . · · ··* · · · .., ,, ,, · · · · ··· ·· konkrétní detaily nejsou nutné. Uvedené příklady je tedy třeba považovat jen za ilustrativní popis, ve kterém je možno v souladu s vynálezem provádět řadu modifikací a variací.

[0044] Je tedy zřejmé, že se na provedení uvedené v příkladech vynález neomezuje a že odborník může do těchto příkladů zavádět četné modifikace a variace. V souladu s tím je třeba rozsah připojených patentových nároků vykládat způsobem, který bere v úvahu nikoliv jen příklady provedení, nýbrž popis vynálezu jako celek.

Claims

PATENTOVÉNÁROKY

1. Systém pro výrobu přečištěného roztoku obsahujícího organickou kyselinu, z nasazovaného roztoku, který obsahuje sůl této organické kyseliny, vyznačující se tím, že tento systém obsahuje:

anodu;

katodu; a alespoň jednu tříkomorovou bipolámí membránovou elektrodialyzační buňku pro příjem nasazovaného roztoku a výrobu roztoku obsahujícího organickou kyselinu; a alespoň jednu dvoukomorovou bipolámí membránovou elektrodialyzační buňku pro příjem roztoku obsahujícího organickou kyselinu a výrobu přečištěného roztoku obsahujícího organickou kyselinu;

přičemž přečištěný roztok obsahující organickou kyselinu má nižší koncentraci soli organické kyseliny než roztok obsahující organickou kyselinu.
2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jedna tříkomorová bipolámí membránová elektrodialyzační buňka a alespoň jedna dvoukomorová bipolámí membránová elektrodialyzační buňka jsou umístěny v jediném bipolámím membránovém elektrodialyzačním svazku.
3. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že jediný bipolámí membránový elektrodialyzační svazek je umístěn mezi anodou a katodou.
4. Systém podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že systém zahrnuje tříkomorové bipolámí membránové elektrodialyzační buňky a dvoukomorové bipolámí membránové elektrodialyzační buňky v poměru 1:1 až 20:1.
5. Systém podle nároku 4, vyznačující se tím, že systém zahrnuje tříkomorové bipolámí membránové elektrodialyzační buňky a dvoukomorové bipolámí membránové elektrodialyzační buňky v poměru 5:1 až 10:1.
6. Systém podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že elektrodialyzační buňky zahrnují komory produkující kyselé roztoky, které obsahují katexovou pryskyřici nebo anexovou pryskyřici.
7. Systém podle nároku 6, vyznačující se tím, že katexová pryskyřice je v H + formě nebo Na + formě.
8. Systém podle nároku 6, vyznačující se tím, že katexovou pryskyřicí je silně kyselá katexová pryskyřice, jako je styren-DVB gel s funkční skupinou sulfonové kyseliny v H + formě, jako například Dowex Monosphere 65OC (H).
9. Systém podle nároku 6, vyznačující se tím, že anexová pryskyřice je v OH- formě.
10. Systém podle nároku 6, vyznačující se tím, že anexovou pryskyřicí je styren-DVB gel s kvartemí amoniovou funkční skupinou v OH- formě, například Dowex Monosphere 550A (OH).
11. Systém podle kteréhokoli z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že dále obsahuje zpracovací systém upravený pro přemísťování roztoku obsahujícího organickou kyselinu z alespoň jedné tříkomorové bipolámí membránové elektrodialyzační buňky do alespoň jedné dvoukomorové bipolámí membránové elektrodialyzační buňky.
12. Systém podle kteréhokoli z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že anoda je z titanu potaženého platinou.
13. Systém podle kteréhokoli z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že katoda je z nerezové oceli.
14. Bipolámí membránový elektrodialyzační svazek, vyznačující se tím, že obsahuje: alespoň jednu tříkomorovou bipolámí membránovou elektrodialyzační buňku a alespoň jednu dvoukomorovou bipolámí membránovou elektrodialyzační buňku.
15. Bipolámí membránový elektrodialyzační svazek podle nároku 14, vyznačující se tím, že alespoň některé elektrodialyzační buňky zahrnují komory produkující kyselý roztok, které obsahují silně kyselou katexovou pryskyřici.
16. Způsob čištění organické kyseliny z nasazovaného roztoku, který obsahuje sůl této organické kyseliny, vyznačující se tím, že tento způsob zahrnuje:

přivádění roztoku soli organické kyseliny do alespoň jedné tříkomorové bipolámí elektrodialyzační buňky v elektrodialyzačním svazku za vzniku proudu produktu ochuzeného o sůl, proudu obsahujícího zásadu a proudu obsahující organickou kyselinu; a přivádění proudu obsahujícího organickou kyselinu do alespoň jedné dvoukomorové bipolámí elektrodialyzační buňky v elektrodialyzačním svazku pro vytvoření proudu obsahujícího zásadu a proudu obsahujícího přečištěnou organickou kyselinu.
17. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že alespoň jedna dvoukomorová bipolámí elektrodialyzační buňka je umístěna v elektrodialyzačním svazku, který také obsahuje tříkomorovou bipolámí elektrodialyzační buňku.
18. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že alespoň jedna tříkomorová bipolámí elektrodialyzační buňka a alespoň jedna dvoukomorovou bipolámí elektrodialyzační buňka jsou umístěny ve stejném elektrodialyzačním svazku.
19. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 16 až 18,, vyznačující se tím, že roztok soli organické kyseliny se přivádí do alespoň pěti tříkomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk zapojených vedle sebe.
20. Způsob podle nároku 19, vyznačující se tím, že alespoň část proudů obsahujících organickou kyselinu z tříkomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk se přivádí do dostatečného počtu dvoukomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk, přičemž poměr tříkomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk k dvoukomorovým bipolámím elektrodialyzačním buňkám jev rozmezí od 1:1 do 20:1.
21. Způsob podle nároku 20, vyznačující se tím, že poměr tnkomorových bipolámích elektrodialyzačních buněk k dvoukomorovým bipolámím elektrodialyzačním buňkám je v rozmezí od 5:1 do 10:1.