FR2467619A1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF HYDROPHILIZED SURFACE LINING FOR INTERPHASE MASS AND / OR HEAT EXCHANGE PLANTS - Google Patents
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Abstract
a. Procédé pour la fabrication de garnissages hydrophilisés en surface, destinés à des installations pour échange interphase de masses et/ou de chaleur, par action d'anhydride sulfurique gazeux b. Caractérisé en ce que le garnissage en polypropylène disposé dans un récipient est mis en contact avec un gaz contenant de 0,5 à 10 % en volume, notamment de 1,5 à 5 % en volume, d'anhydride sulfurique gazeux, et moins de 5 % en volume d'oxygène libre, à une température du garnissage de 10 à 50 degrés C, la température du gaz étant au plus supérieure de 10 degrés C ou au plus inférieure de 35 degrés C à la température du garnissage, et qu'après interruption du contact entre le gaz contenant de l'anhydride sulfurique et le garnissage, ce dernier est mis en contact avec un milieu gazeux ou liquide, contenant une substance réactive vis-à-vis de l'anhydride sulfurique. c. Garnissages applicables notamment à des colonnes de séparation par contactat. Process for the manufacture of hydrophilized surface linings, intended for installations for interphase exchange of masses and / or heat, by the action of gaseous sulfur dioxide b. Characterized in that the polypropylene packing disposed in a container is contacted with a gas containing 0.5 to 10% by volume, especially 1.5 to 5% by volume, sulfur trioxide gas, and less than 5% by volume of free oxygen, at a packing temperature of 10 to 50 degrees C, the gas temperature being at most 10 degrees C or at most 35 degrees C lower than the temperature of the packing, and that after interruption of the contact between the gas containing sulfur trioxide and the packing, the latter is brought into contact with a gaseous or liquid medium, containing a substance reactive with respect to sulfur trioxide. vs. Packings applicable in particular to contact separation columns
Description
L'invention concerne un procédé pour la fabrication de garnissagesThe invention relates to a method for manufacturing packings.
hydrophilisés en surface, destinés à des installations pour échange interphase de masses et/ou de chaleur, par action d'anhydride sulfurique gazeux, comme par exemple des corps de remplissage mouillables par l'eau pour des hydrophilized on the surface, intended for installations for interphase exchange of masses and / or heat, by the action of gaseous sulfuric anhydride, such as for example fillers wettable by water for
colonnes d'absorption ou d'extraction, des tours de refroidis- absorption or extraction columns, cooling towers
sement, et des installations de ce type. such facilities.
Le document tchèque nO 169 o54 décrit des garnissages pour installations d'échangeurs de masses ou de The Czech document nO 169 o54 describes packings for installations of mass exchangers or
chaleur, constitués par des matières thermoplastiques à carac- heat, made up of thermoplastic materials with
tère essentiellement hydrophobe comme les polyéthylène, poly- essentially hydrophobic, such as polyethylene, poly-
propylène, chlorure de polyvinyle, etc0.... et dont la surface est revêtue d'une couche mince cohérente d'un autre polymère mouillable par l'eau. Dans le cas de garnissages de ce type, leur surface est mieux exploitée, car, d'une part, une zone superficielle plus grande qu'en cas de garnissage traditionnel en matière plastique hydrophobe, est recouverte d'une pellicule en écoulement, en phase liquide aqueuse0 propylene, polyvinyl chloride, etc., the surface of which is coated with a coherent thin layer of another water-wettable polymer. In the case of linings of this type, their surface is better exploited, because, on the one hand, a larger surface area than in the case of traditional hydrophobic plastic lining, is covered with a flowing film, in phase aqueous liquid0
D'autre part, le comportement hydrodyna- On the other hand, the hydrodynamic behavior
mique de la pellicule en écoulement, devient ainsi plus favora- of the flowing film, thus becomes more favorable
ble. Il s'en suit que, comparé à un garnissage de forme identique mais en matière plastique hydrophobe, la surface d'interphase active dans lequel l'échange de masse et/ou de chaleur a lieu, est incidemment doublée, ou en d'autres termes - que la hauteur de l'installation considérée peut 8tre réduite environ de moitié, corn. It follows that, compared to a lining of identical shape but made of hydrophobic plastic, the active interphase surface in which the exchange of mass and / or heat takes place, is incidentally doubled, or in others terms - that the height of the installation in question can be reduced by about half,
à capacité égale.at equal capacity.
Les garnissages en matière plastique avec une couche superficielle hydrophile sont produits en soumettant la surface du garnissage hydrophobe à une réaction chimique appropriée - par exemple sulfonation ou oxydation. La réaction et les conditions dans lesquelles elle se déroule doivent être sélectionnées de telle façon qu'il se forme sur la surface du garnissage une couche cohérente et résistante d'un polymère hydrophile-se mouillant à l'eau, mais insoluble. Etant donné que la plupart des réactions d'hydrophilisation - lorsqu'il s'agit d'un degré de conversion déterminé conduisent à des produits solubles dans l'eau, et que, entre les couches hydrophobes non Plastic linings with a hydrophilic surface layer are produced by subjecting the surface of the hydrophobic lining to an appropriate chemical reaction - for example sulfonation or oxidation. The reaction and the conditions under which it takes place must be selected so that a coherent and resistant layer of a hydrophilic-water-wettable but insoluble polymer is formed on the surface of the lining. Since most hydrophilization reactions - when a certain degree of conversion is involved lead to water-soluble products, and that between hydrophobic layers not
mouillées, il se crée une tension tangentielle, causant l'écail- when wet, tangential tension is created, causing the
lement de la couche hydrophile, les rapports réactionnels sont the hydrophilic layer, the reaction ratios are
considérablement limités.considerably limited.
2.-2.-
La réaction d'hydrophilisation est géné- The hydrophilization reaction is generally
ralement à compléter par une réticulation simultanée de la couche hydrophile, et la diffusion du réactif dans le polymère hydrophobe est à conduire de telle façon que l'on obtienne un gradient de mouillabilité entre les deux couches et que l'on réduise la tension tangentielle à la surface de séparation. Un autre facteur limitant le choix d'une réaction appropriée, est constitué par le prix du garnissage, en tenant compte du coût du Rally to be completed by a simultaneous crosslinking of the hydrophilic layer, and the diffusion of the reagent in the hydrophobic polymer is to be conducted in such a way that a wettability gradient is obtained between the two layers and that the tangential tension is reduced to the separation surface. Another factor limiting the choice of an appropriate reaction is the price of the filling, taking into account the cost of
traitement d'hydrophilisation.hydrophilization treatment.
Les matières plastiques les plus souvent utiliséespour cette application, sont les polyoléfines, en particulier le polyéthylène, et de préférence en raison de son poids spécifique, de ses propriétés thermomécaniques et son faible prix de revient - le polypropylène isotactique. Son inconvénient consiste en ce qu'il possède un caractère fortement cristallin, de sorte que les réactifs à faible poids moléculaire ne peuvent se diffuser à l'intérieur que lentement, alors que la réaction d'hydrophilisation se déroule avec une vitesse The plastic materials most often used for this application are polyolefins, in particular polyethylene, and preferably because of its specific weight, its thermomechanical properties and its low cost price - isotactic polypropylene. Its disadvantage is that it has a highly crystalline character, so that the low molecular weight reagents can only diffuse inside slowly, while the hydrophilization reaction proceeds with a speed
considérable. Il se produit de ce fait, lors de diverses réac- considerable. It therefore occurs, in various reactions
tions - comme par exemple l'oxydation superficielle avec de ltacide chromique - une action de corrosion, qui a pour effet tions - such as surface oxidation with chromic acid - a corrosion action, which has the effect
de décomposer et d'éponger la couche mince hydrophile immédia- to decompose and mop the immediate hydrophilic thin layer
tement après sa constitution, ce qui met à nu constamment la surface hydrophobe. En conséquence, on ne peut pas utiliser pour le polypropylène les processus recommandés pour le polyéthylène, after its constitution, which constantly exposes the hydrophobic surface. Consequently, the processes recommended for polyethylene cannot be used for polypropylene,
par exemple l'oxydation en phase liquide. Comme moyen pratique- for example liquid phase oxidation. As a practical means-
ment réalisable, on a utilisé jusqu'à présent la sulfonation à froid avec de l'oleum; laquelle ne s'accompagne, notamment As practicable, cold sulfonation has been used up to now with oleum; which is not accompanied, in particular
d'oxydation, que dans une faible mesure. oxidation, only to a small extent.
La sulfonation avec de l'oleum liquide présente cependant divers inconvénients, qui consistent en particulier en ce que la surface du garnissage sulfonée est facilement mouillable par l'oleum, et en conséquence, elle en contient une quantité relativement élevée. Travailler avec de grandes quantités d'oleum et éliminer les résidus adhérant sur le garnissage est incommode, et demande des mesures sévères de Sulfonation with liquid oleum, however, has various drawbacks, which consist in particular in that the surface of the sulfonated lining is easily wetted by the oleum, and consequently it contains a relatively high amount. Working with large quantities of oleum and removing residues adhering to the filling is inconvenient, and requires severe measures of
sécurité et d'hygiène.safety and hygiene.
Il est évident qu'à cause de l'adhérence Obviously because of the grip
de quantités considérables de réactif liquide, il est générale- considerable amounts of liquid reagent it is generally-
ment plus avantageux d'effectuer la réaction en phase gazeuse. It is more advantageous to carry out the reaction in the gas phase.
3. -3. -
Une difficulté consiste cependant en ce que, dans le cas de poly- One difficulty, however, is that, in the case of poly-
propylène, à cause de la constitution du garnissage, il n'est pas possible de mettre en oeuvre un processus utilisé pour des feuilles de polypropylène - comme par exemple l'oxydation initiée par décharge Corona. Avec de tels procédés, le degré d'hydrophilisation du garnissage n'est pas satisfaisant, car ces procédés spécifiques n'ont été mis au point que pour propylene, because of the constitution of the lining, it is not possible to implement a process used for polypropylene sheets - such as for example the oxidation initiated by Corona discharge. With such methods, the degree of hydrophilization of the lining is not satisfactory, since these specific methods have only been developed for
permettre de réaliser des impressions sur les matériaux d'em- allow to make prints on the materials of
ballage. Or dans ce cas, les exigences concernant l'hydrophilie ballage. In this case, the requirements concerning hydrophilicity
sont incomparablement moins élevées. are incomparably lower.
La sulfonation avec de l'anhydrideSulfonation with anhydride
sulfurique gazeux posait jusqufà présent des problèmes consi- sulfuric gas has so far posed significant problems
dérables. Avec des concentrations élevées en anhydride sulfuri- maple trees. With high concentrations of sulfur anhydride
que, il se forme des bulles et des îlots sur les surfaces à that bubbles and islets are formed on the surfaces to
degré de réaction élevé, par suite de quoi la couche hydrophi- high degree of reaction, as a result of which the hydrophilic layer
lisée s'écaille après le mouillage. En diluan-t l'anhydride sulfurique avec de l'air, il se produit une oxydation induite avec l'oxygène, ce qui entraîne la formation de produits foncés goudronneux, solubles dans l'eau et en particulier dans les solutions d'alcalis. La difficulté principale consiste en ce que la réaction présente un caractère d'auto-accélération en particulier lorsqu'elle s'accompagne d'oxydation - et une énergie d'activation élevée. La combinaison de ces effets résulte en ce que la réaction se déroule pendant un certain temps sans aucune modification de l'hydrophilie de la surface (appelléephase d'induction), après quoi elle se déroule avec edged flakes after wetting. By diluting sulfuric anhydride with air, there is an induced oxidation with oxygen, which leads to the formation of dark tarry products, soluble in water and in particular in alkali solutions. The main difficulty is that the reaction has a self-accelerating character, in particular when it is accompanied by oxidation - and a high activation energy. The combination of these effects results in the reaction taking place for a period of time without any modification of the hydrophilicity of the surface (called the induction phase), after which it takes place with
une vitesse et un degré de conversion élevés. high speed and degree of conversion.
Une réaction ayant un déroulement de ce type est très difficile à contr8ler, car il apparaît des différences de degré réactionnel importantes entre les zones superficielles qui entrent d'abord en contact avec le réactif gazeux, celui-ci agissant plus longtemps et à concentration plus élevée, et les zones o le réactif n'arrive qu'un peu plus tard, et à des concentrations un peu plus faibles. Ceci est dû, d'une part, à la réaction proprement dite, d'autre part, à la sorption de l'anhydride sulfurique dans la couche soumise à la A reaction having such a course is very difficult to control, since there appear to be significant differences in reaction degree between the surface zones which first come into contact with the gaseous reagent, the latter acting longer and at a higher concentration. , and areas where the reagent does not arrive until a little later, and at slightly lower concentrations. This is due, on the one hand, to the actual reaction, on the other hand, to the sorption of sulfuric anhydride in the layer subjected to the
réaction, et sur sa surface.reaction, and on its surface.
Dans le cas de la mise en oeuvre habi- In the case of habitual implementation
tuelle de la réaction - par exemple lorsque de la vapeur d'anhydride sulfurique est fournie à un réacteur contenant un 4. garnissage en polypropylène, ou à une colonne - le résultat est très défavorable, car d'une part, près de larrivée du gaz, la surface du garnissage est déjà "brûléè', c'est-à-dire qu'elle est sulfonée, sur une épaisseur excessive et avec un degré de conversion trop élevé, d'autre part elle est oxydée, alors reaction time - for example when sulfuric anhydride vapor is supplied to a reactor containing a polypropylene packing, or to a column - the result is very unfavorable, because on the one hand, near the gas inlet , the surface of the lining is already "burnt", that is to say that it is sulfonated, over an excessive thickness and with a too high degree of conversion, on the other hand it is oxidized, then
qu'à la sortie du gaz, la surface du garnissage reste pratique- that at the outlet of the gas, the surface of the lining remains practical-
ment hydrophobe. Si l'on choisit la durée de la réaction, pour une température et une concentration d'anhydride sulfurique hydrophobic. If the reaction time is chosen, for a temperature and a concentration of sulfuric anhydride
données, de telle sorte que la conversion dans la zone princi- data, so that the conversion in the main area
pale - c'est-à-dire au centre du réacteur - soit suffisante et optimale, alors, à l'entrée du gaz, la partie du garnissage réagissant un peu plus longtemps et à des concentrations en anhydride sulfurique un peu plus élevées, se transforme avec un degré de conversion trop élevé, alors que le garnissage se trouvant près de la sortie du gaz, qui entre en contact avec le réactif un peu plus tard et à des concentrations un peu moins élevées, se trouve jusqu'alors dans la période dite d'induction et de ce fait, reste manifestement sans avoir réagi pratiquement hydrophobe. Une sitution de ce type est illustrée dans le diagramme joint, o la courbe a représente la réaction près de l'arrivée du gaz, la courbe b, au centre de la charge, et la courbe c, près de la sortie du gaz. Les ordonnées ta, tb, tc représentent les temps de réaction correspondants et les blade - that is to say at the center of the reactor - is sufficient and optimal, then, at the gas inlet, the part of the lining reacting a little longer and at slightly higher sulfuric anhydride concentrations, transforms with a too high degree of conversion, while the lining located near the gas outlet, which comes into contact with the reagent a little later and at slightly lower concentrations, is until then in the period so-called induction and therefore obviously remains practically hydrophobic. A situation of this type is illustrated in the attached diagram, where curve a represents the reaction near the arrival of the gas, curve b, at the center of the charge, and curve c, near the outlet of the gas. The ordinates ta, tb, tc represent the corresponding reaction times and the
abscisses alpha a, alpha b, alpha c, les degrés de conversion. abscissa alpha a, alpha b, alpha c, degrees of conversion.
D'après le schéma, il-apparait clairement que même de faibles différences, apparamment sans importance, entre les périodes de contact entre le garnissage et le réactif, peuvent avoir pour conséquence de sérieuses différences dans le degré de conversion obtenu. Ces différences deviennent d'autant plus grandes que-le From the scheme, it is clear that even small, apparently unimportant differences between the periods of contact between the packing and the reagent can result in serious differences in the degree of conversion obtained. These differences become all the greater as the
gaz est plus chaud ou qu'il contient de l'oxygène dans une con- gas is hotter or contains oxygen in a con-
centration telle que l'oxydation induite exothermique s'effectue centering such that exothermic induced oxidation takes place
en proportion élevée, de sorte qu'en plus, au centre du garnis- in high proportion, so that in addition, in the center of the garnis
sage il apparait un gradient de température. Ces effets négatifs wise there is a temperature gradient. These negative effects
peuvent également se combiner.can also be combined.
Le résultat est très notable, de sorte que le garnissage - bien que la période de contact total n'excède pas quelques dizaines de secondes ou quelques minutes, et que la vitesse du gaz a une valeur telle que la différence entre les moments o débute le contact ne se monte pas à plus de quelques The result is very noticeable, so that the packing - although the total contact period does not exceed a few tens of seconds or a few minutes, and the gas speed has a value such that the difference between the moments when the contact is not more than a few
secondes - apparaît après la réaction comme brûllé à la flamme. seconds - appears after the reaction as burnt to the flame.
Le remplissage se trouvant près de l'arrivée de gaz, ainsi que son bord extérieur, ses arêtes et ses parties saillantes sont "brûlés", et foncés, alors que les parties de surface concaves détournées du courant gazeux et éloignées de l'arrivée de gaz, restent pratiquement inchangées. Il s'en suit qu'une telle réaction, bien qu'avantageuse, n2est pratiquement pas utilisable si on l'applique selon la technique traditionnelle, en soumettant le garnissage à traiter, à un gaz contenant de l'anhydride The filling located near the gas inlet, as well as its outer edge, its edges and its protruding parts are "burnt", and dark, while the concave surface portions diverted from the gas stream and distant from the inlet of gases, remain practically unchanged. It follows that such a reaction, although advantageous, is practically not usable if it is applied according to the traditional technique, by subjecting the filling to be treated, to a gas containing anhydride
sulfurique.sulfuric.
L'invention a pour objectif d'éliminer les inconvénients cités plus haut, de la technique antérieure, et de proposer un procédé perfectionné pour lobtention de garnissage hydrophilisé en surface, pour des dispositifs d'échange de masse et/ou de chaleur à Itinterphase, par action d'anhydride The object of the invention is to eliminate the drawbacks mentioned above, of the prior art, and to propose an improved process for obtaining hydrophilized packing on the surface, for mass and / or heat exchange devices at Itinterphase, per anhydride action
sulfurique gazeux.sulfuric gas.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé caractérisé en ce que le garnissage en polypropylène To this end, the invention relates to a process characterized in that the polypropylene lining
disposé dans un récipient est mis en contact avec un gaz con- placed in a container is brought into contact with a gas
tenant de 0,5 à 10 %c en volume, notamment de 1,5 à 5 % en volume, d'anhydride sulfurique gazeux, et moins de 5 % en volume d'oxygène libre, à une température du garnissage de 10 à 500 C, la température du gaz étant au plus supérieure de 100 C ou au plus inférieure de 350 C à la température du garnissage, et qulaprès interruption du contact entre le gaz contenant de l'anhydride sulfurique et le garnissage, ce dernier est mis en contact avec un milieu gazeux ou liquide, contenant une substance holding from 0.5 to 10% c by volume, in particular from 1.5 to 5% by volume, of gaseous sulfur dioxide, and less than 5% by volume of free oxygen, at a packing temperature of 10 to 500 C, the temperature of the gas being at most 100 C or at most 350 C lower than the temperature of the packing, and after the contact between the gas containing sulfuric anhydride and the packing is interrupted, the latter is brought into contact with a gaseous or liquid medium containing a substance
réactive vis-à-vis de l'anhydride sulfurique. reactive towards sulfuric anhydride.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, comme substance réactive vis-à-vis de l'anhydride sulfurique, on utilise au moins une substance appartenant au groupe constitué par l'eau, l'ammoniac, les carbonates ou bicarbonates d'alcalis, et les hydroxydes de métaux alcalins ou alcalinoterreux. Durant la réaction la position des éléments de garnissage individuels est profondément modifiée durant la réaction, aussi bien celle par rapport au récipient, que leur position réciproque. Il est également possible de mettreen According to another characteristic of the invention, as reactive substance vis-à-vis sulfuric anhydride, at least one substance belonging to the group consisting of water, ammonia, alkali carbonates or bicarbonates is used, and alkali or alkaline earth metal hydroxides. During the reaction the position of the individual packing elements is profoundly changed during the reaction, both in relation to the container and in their reciprocal position. It is also possible to set
oeuvre la réaction dans un récipient rotatif. carries out the reaction in a rotating container.
Selon la dernière caractéristique de l'invention, comme gaz contenant de l'anhydride sulfurique, on 6.- utilise un gaz de contact de la production d'acide sulfurique, de According to the last characteristic of the invention, as a gas containing sulfuric anhydride, a contact gas for the production of sulfuric acid is used.
préférence un gaz étant passé par au moins un absorbeur. preferably a gas having passed through at least one absorber.
L'action de l'invention permet d'éliminer les influeres mentionnées lors de l'étude du procédé. Selon le v procédé de l'invention, on obtient une convergence des durées de réaction des éléments de garnissage individuels, et pour leurs parties superficielles, un bon profil, de sorte que les fluctuations de durée et de concentration dans les différentes The action of the invention eliminates the influences mentioned during the study of the process. According to the method of the invention, a convergence is obtained of the reaction times of the individual packing elements, and for their surface parts, a good profile, so that the fluctuations in duration and concentration in the different
parties de la surface soumise à la réaction, deviennent négli- parts of the surface subjected to the reaction, become neglected
geables, compte tenu des exigences pratiques concernant l'homo- geables, taking into account the practical requirements concerning homo-
généité de l'hydrophilisation.generosity of hydrophilization.
Ceci peut être réalisé dans la pratique de plusieurs manière: les garnissages peuvent être soit agités, soit maintenus en suspension dans le gaz réactionnel, c'es-à-dire que l'on peut mettre en oeuvre la réaction dans un récipient rotatif autour d'un axe horizontal ou olique, la paroi intérieure du This can be done in practice in several ways: the linings can be either agitated or kept in suspension in the reaction gas, that is to say that the reaction can be carried out in a rotary container around '' a horizontal or olique axis, the inner wall of the
récipient pouvant être garnie de saillies ou de nervures favori- container can be lined with protrusions or ribs favori-
sant l'agitation. Ce dernier mode de réalisation s'est avéré le health agitation. This latter embodiment was found to be
plus praticable, et le plus approprié d'in point de vue techno- more practicable, and more appropriate from a technical point of view
logique, dans la mesure o il peut être mis en oeuvre dans des dispositifs classiques, ne demandant qu'une légère adaptation, comme les séchoirs rotatifs, les mélangeurs, les granulateurs et autres, et que l'intensité du processus d'agitation ne dépend, dans ce cas, ni de la vitesse du courant gazeux, ni de la logical, insofar as it can be implemented in conventional devices, requiring only a slight adaptation, such as rotary dryers, mixers, granulators and others, and the intensity of the stirring process does not depend , in this case, neither the speed of the gas stream, nor the
forme ou de la grosseur des éléments de garnissage. shape or size of the packing elements.
Il est intéressant de réaliser en continu le procédé selon l'invention et ceci surtout parce que le It is advantageous to continuously carry out the process according to the invention and this above all because the
produit est plus homogène et le volume réactionnel est constam- product is more homogeneous and the reaction volume is constant
ment rempli avec le gaz réactionnel. De cette façon, on peut éviter la corrosion causée par l'acide sulfurique formée par suite de la réaction entre l'anhydride sulfurique et l'humidité filled with the reaction gas. In this way, corrosion caused by sulfuric acid formed as a result of the reaction between sulfuric anhydride and moisture can be avoided.
de l'air, de sorte que le réacteur ne doit Es être obligatoire- air, so the reactor should not be mandatory -
ment constitué par un alliage de métal précieux. made up of a precious metal alloy.
Les garnissages continuellement avancés par le réacteur rotatif suivant un axe oblique, roulent sur sa paroi suivant un tracé hélicoïdal et présentent au courant gazeux toutes les parties de leurs surfaces, les unes après les autres. Le gaz peut être introduit ici dans le récipient de façon quelconque, selon le principe du courant parallèle ou du contrecourant, ou à travers un tube central perforé; ce dernier 7.- doit être disposé de telle manière, que la concentration en The linings continuously advanced by the rotary reactor along an oblique axis, roll on its wall in a helical path and present to the gas stream all the parts of their surfaces, one after the other. The gas can be introduced here into the container in any way, according to the principle of parallel current or countercurrent, or through a perforated central tube; the latter 7.- must be arranged in such a way that the concentration of
anhydride sulfurique soit identique dans chaque zone du réacteur. sulfuric anhydride is identical in each zone of the reactor.
Dans un dispositif de ce type, la réaction peut également être réalisée de façon discontinue, par exemple lorsqu'on dispose d'un gaz à teneur relativement faible en anhydride sulfurique, In a device of this type, the reaction can also be carried out discontinuously, for example when a gas with a relatively low sulfuric anhydride content is available,
et nécessitant une plus longue période réactionnelle. and requiring a longer reaction period.
Il est avantageux, que le gaz contenant l'anhydride sulfurique, sot plus froid à son entrée dans le réacteur que le garnissage à traiter, car les garnissages réagissant à des concentrations plus élevées d'anhydride sulfurique et durant de plus longues périodes, peuvent réagir à des températures plus basses. Ainsi les courbes a, b, c se prolongent partiellement en une droite (voir diagramme), ce qui influence positivement l'homogénéité du produit. La différence de température optimale dépend des autres paramètres, mais ne doit pas dépasser 350 C, elle sera le plus souvent de 100 C. Pour diluer l'anhydride sulfurique, ou un gaz contenant celui-ci en concentration prépondérante, on peut utiliser un gaz inerte quelconque, avec une faible teneur en oxygène libre, par exemple l'azote, le dioxyde de carbone, ou des gaz de combustion refroidis, filtrés ou purifiés, ayant une It is advantageous that the gas containing sulfuric anhydride is colder on entering the reactor than the lining to be treated, since the linings reacting to higher concentrations of sulfuric anhydride and for longer periods can react at lower temperatures. Thus the curves a, b, c extend partially in a straight line (see diagram), which positively influences the homogeneity of the product. The optimal temperature difference depends on the other parameters, but must not exceed 350 C, it will most often be 100 C. To dilute sulfuric anhydride, or a gas containing this in predominant concentration, one can use a gas any inert, with a low content of free oxygen, for example nitrogen, carbon dioxide, or cooled, filtered or purified combustion gases, having a
faible teneur en oxygène.low oxygen content.
Après la réaction, il reste l'anhydride sulfurique résorbé par la couche superficielle, de sorte que, même après que le contact direct entre le garnissage et le After the reaction, sulfuric anhydride remains absorbed by the surface layer, so that, even after direct contact between the lining and the
réactif gazeux ait cessé, la réaction peut se poursuivre sponta- gas reagent has ceased, the reaction can continue spontaneously
nément. Si maintenant le garnissage est soumis à de l'air sec, o l'anhydride sulfurique est liquéfié, pas tout-à-fait comme l'-hulhidité de l'air, l'oxydation induite indésirable et la nement. If the packing is now subjected to dry air, where the sulfuric anhydride is liquefied, not quite like the humidity of the air, the undesirable induced oxidation and the
coloration foncée du produit qui en résulte, peuvent se produire. dark coloring of the resulting product may occur.
Un processus indispensable pour stopper An essential process to stop
la réaction de sulfonation consiste donc, conformément à l'in- the sulfonation reaction therefore consists, in accordance with the information
vention, en ce qu'après la cessation du contact entre le garnis- vention, in that after the cessation of contact between the garnis-
sage et le gaz contenant l'anhydride sulfurique, on soumet le garnissage à l'action d'un milieu gazeux ou fluide, qui contient sage and the gas containing sulfuric anhydride, the packing is subjected to the action of a gaseous or fluid medium, which contains
une quantité requise de substance capable de réagir avec l'anhy- a required amount of substance capable of reacting with the anhy-
dride sulfurique, en formant des composés non préjudiciables pour sulfuric dride, forming non-detrimental compounds for
l'application envisagée. Un milieu de ce type peut être consti- the intended application. An environment of this type can be
tué par l'air humide, l'eau, la vapeur d'eau, de l'ammoniac liquide ou gazeux ou convenablement dilué, des solutions aqueuses 8.- killed by moist air, water, water vapor, liquid or gaseous or suitably diluted ammonia, aqueous solutions 8.-
de substances à réaction alcaline comme les carbonates ou bicar-. of alkaline reacting substances like carbonates or bicar-.
bonates de métaux alcalins, les hydroxydes de métaux alcalins alkali metal bonates, alkali metal hydroxides
ou alcalino-terreux, et autres.or alkaline earth, and others.
Les solutions aqueuses d'alcalis ne sont pas recommandées ici, car elles sont susceptibles de transformer les groupes sulfones, sulfate et carbonyle dans la couche mince superficielle en une forme innisée, neutralisée, et qui n'est donc plus hydrophile. De plus, les produits de couleur foncée sont solubles dans les solutions d'alcalis, de sorte que les garnissages perdent leur éventuelle couleur foncée, et même les différences locales faibles de coloration disparaissent. Ceci n'est pas vraiment préjudiciable à la fonction du garnissage, mais c'est considéré en général, d'un point de vue commercial, Aqueous solutions of alkalis are not recommended here, as they are capable of transforming the sulfone, sulfate and carbonyl groups in the thin surface layer into an innate, neutralized form, which is therefore no longer hydrophilic. In addition, dark-colored products are soluble in alkali solutions, so that the packings lose their possible dark color, and even the slight local differences in color disappear. This is not really detrimental to the function of the filling, but it is considered in general, from a commercial point of view,
comme contestable pour la qualité.as questionable for quality.
1_, L'avantage de la neutralisation de l'anhydride sulfurique adhérent par ltammoniac gazeux, aboutit avant tout en une simplification technologique de tout le procédé, puisqu'il devient inutile de sécher le garnissage, et que la réaction peut être interrompue soit, en procédé continu, dans des sections séparées après le réacteur proprement dit, soit, en procédé discontinu, directement dans un cycle (réaction, rinçage par un gaz inerte sec, neutralisation par l'ammoniac, rinçage à l'air). Bien que le garnissage présente, en surface, une faible quantité de. sulfate d'ammonium, ceci n'est pas un obstacle dans la plupart des applications. En cas de nécessité, 1_, The advantage of neutralizing the adherent sulfuric anhydride with gaseous ammonia, results above all in a technological simplification of the whole process, since it becomes unnecessary to dry the lining, and the reaction can be interrupted either, by continuous process, in separate sections after the actual reactor, or, in a batch process, directly in a cycle (reaction, rinsing with dry inert gas, neutralization with ammonia, rinsing with air). Although the lining has, on the surface, a small amount of. ammonium sulfate, this is not an obstacle in most applications. If necessary,
on peut cependant éliminer le sulfate d'ammonium par lavage. however, ammonium sulfate can be removed by washing.
Parmi les réactifs gazeux appropriés pour Among the gaseous reagents suitable for
cette application, le gaz de contact disponible dans la fabrica- This application, the contact gas available in the manufacturing
tion d'acide sulfurique est pratiquement le plus adapté, le moins coûteux et le plus accessible. On en dispose en grandes quantités, et sa composition, comme ses propriétés, peuvent être sélectionnées selon le lieu de soutirage dans la fabrication. On utilisera de préférence le gaz soutiré après le premier ou le - second absorbeur. Par sacomposition, le gaz du premier absorbeur correspond à l'équilibre avec l'oleum, et il est déjà plus froid qu'avant sa pénétration dans le premier absorbeur. Avant son introduction dans le réacteur contenant le garnissage, le gaz est de préférence refroidi à une température inférieure à celle du garnissage. Il est néanmoins possible également d'utiliser des tion of sulfuric acid is practically the most suitable, the least expensive and the most accessible. It is available in large quantities, and its composition, as its properties, can be selected according to the place of racking in manufacturing. The gas withdrawn after the first or the second absorber is preferably used. By composition, the gas from the first absorber corresponds to equilibrium with the oleum, and it is already colder than before its penetration into the first absorber. Before its introduction into the reactor containing the lining, the gas is preferably cooled to a temperature lower than that of the lining. However, it is also possible to use
gaz de contact de l'absorption. Ceux-ci, bien qu'ils ne contien- absorption contact gas. These, although they do not contain-
2 4 6 7 6 192 4 6 7 6 19
9.- nent que peu d'anhydride sulfurique, sont cependant plus froids, 9.- do not have much sulfuric anhydride, but are colder,
de sorte que, avec l'inconvénient d'une durée de réaction pro- so that with the disadvantage of a reaction time pro-
longée, on peut obtenir une homogénéité plus élevée du produit. longer, you can get a higher homogeneity of the product.
De plus, les gaz de la phase terminale représentent des déchets et de ce fait, ils sont disponibles gratuitement. Il est donc avantageux de mettre en oeuvre le procédé d'hydrophilisation selon linvention directement dans l'usine de fabrication d'acide sulfurique de contact, o leon peut en outre disposer d'ammoniac In addition, terminal gases represent waste and are therefore available free of charge. It is therefore advantageous to implement the hydrophilization process according to the invention directly in the contact sulfuric acid manufacturing plant, where the leon can also have ammonia
destiné à la fabrication des engrais. intended for the manufacture of fertilizers.
L'invention sera mieux comprise à l'aide The invention will be better understood using
des exemples suivants.following examples.
EXEMPLE 1 -EXAMPLE 1 -
Un vase cylindrique rotatif en verre, avec une pente à 450 sur la verticale, est rempli de garnissages de A rotating cylindrical glass vase, with a slope of 450 on the vertical, is filled with linings of
forme cylindrique en polypropylène (anneaux de Raschig). cylindrical polypropylene shape (Raschig rings).
On introduit dans le vase un gaz chaud à C, contenant 4 % volumique d'anhydride sulfurique et 96 % volumique d'azote. Le gaz a été préparé en faisant barboter de L'azote sec dans de loleum. Au bout de 5 minutes, le vase est rincé à l'azote pur, sans interrompre sa rotation, puis la A hot gas at C is introduced into the vase, containing 4% by volume of sulfuric anhydride and 96% by volume of nitrogen. The gas was prepared by bubbling dry nitrogen through loleum. After 5 minutes, the vase is rinsed with pure nitrogen, without interrupting its rotation, then the
charge est versée dans une solution aqueuse à 55 % de bicarbo- charge is poured into a 55% aqueous solution of bicarbo-
nate de sodium, Après lavage à l'eau, les anneaux sont séchés à 6oo C. sodium nate, After washing with water, the rings are dried at 6oo C.
Ils sont pratiquement incolores, entière- They are practically colorless, whole-
ment mouillablespar l'eau et les solutions appropriées, qui peuvent s'y écouler sous forme de film mince. Comparés aux garnissages identiques, mais non hydrophilisés, la surface efficace d'interface est plus que doublée, de sorte que l'on peut diminuer de moitié la hauteur de tours de refroidissement ou d'absorption considérées, en gardant la même capacité, soit au contraire, avec les mêmes dimensions, augmenter la capacité wettable with water and suitable solutions, which can flow out in the form of a thin film. Compared to identical linings, but not hydrophilized, the effective interface surface is more than doubled, so that the height of the cooling or absorption towers considered can be reduced by half, keeping the same capacity, ie at otherwise, with the same dimensions, increase the capacity
de plus du double.more than double.
EXEMPLE 2 -EXAMPLE 2 -
Cet exemple sert à illustrer un résultat négatif, lorsque les rapports préalablement mentionnés de la This example is used to illustrate a negative result, when the previously mentioned reports of the
réaction n'ont pû être respectés. reaction could not be respected.
Des corps de remplissage en forme de selles en polypropylène sont hydrophilisés à 230 C, dans un vase cylindrique en verre, statique, avec un gaz de contact contenant 8 % en volume d'anhydride sulfurique, 7,5 %/0 en volume d'oxygène 10.- (02), 1% en volume d'anhydride sulfureux et 83,5 % en volume d'azote (N2); le gaz est refroidi à 40 C en l'espace de 5 minutes. Après rinçage avec de l'air séché, et lavage à l'eau, le remplissage se trouvant près de l'arrivée du gaz présente une couleur foncée, et la couche supérieure hydrophile a tendance à s'écailler. Près de la sortie du gaz, le remplissage n'est, Polypropylene saddle-shaped filling bodies are hydrophilized at 230 ° C., in a cylindrical, static glass vase, with a contact gas containing 8% by volume of sulfuric anhydride, 7.5% / 0 by volume of oxygen 10.- (02), 1% by volume of sulfur dioxide and 83.5% by volume of nitrogen (N2); the gas is cooled to 40 C in the space of 5 minutes. After rinsing with dried air and washing with water, the filling near the gas inlet has a dark color, and the hydrophilic upper layer tends to flake. Near the gas outlet, the filling is not,
par endroit, pas complètement hydrophilisé. in places, not completely hydrophilized.
EXEMPLE 3 -EXAMPLE 3 -
Un réacteur cylindrique, rotatif autour d'un axe horizontal, en acier inoxydable, est rempli à 25 C avec des corps de remplissage en forme de selles. On introduit dans le réacteur un gaz contenant 7 % en volume d'anhydride sulfurique, 2, 2 % en volume d'oxygène (02) et 90,8 % en volume d'azote (N2), à 25 C. La réaction dure 40 minutes, avec 40 tours par minute. Après déplacement du gaz par l'azote sec, le réacteur est rempli par un mélange de 9 parties en volume d'azote sec et 1 partie en volume d'ammoniac. Après lavage à l'eau, les selles de remplissage sont hydrophiles et présentent les mêmes propriétés et les mêmes effets que le remplissage selon A cylindrical reactor, rotating around a horizontal axis, made of stainless steel, is filled at 25 ° C. with filling bodies in the form of saddles. A gas containing 7% by volume of sulfuric anhydride, 2.2% by volume of oxygen (02) and 90.8% by volume of nitrogen (N2) is introduced into the reactor at 25 C. The reaction lasts 40 minutes, with 40 revolutions per minute. After displacement of the gas by dry nitrogen, the reactor is filled with a mixture of 9 parts by volume of dry nitrogen and 1 part by volume of ammonia. After washing with water, the filling stools are hydrophilic and have the same properties and the same effects as filling according to
l'exemple 1.Example 1.
EXEMPLE 4 -EXAMPLE 4 -
Des anneaux Pall en polypropylène sont soumis, dans un malaxeur à béton rotatif, à 30 tours par minute et 30 C, à un courant de gaz final contenant environ 1 % d'anhydride sulfurique et environ la même quantité d'oxygène, et refroidi à 22 C, durant 20 minutes. La bétonneuse est munie d'arrivée et d'évacuation de gaz étanches. Elle est ensuite rincée avec de l'azote sec, puis avec de l'azote contenant 10 % en volume d'ammoniac et enfin avec de l'air. Les anneaux sont Pall polypropylene rings are subjected, in a rotary concrete mixer, at 30 rpm and 30 C, to a final gas stream containing about 1% sulfuric anhydride and about the same amount of oxygen, and cooled to 22 C, for 20 minutes. The concrete mixer is fitted with leak-proof gas inlet and outlet. It is then rinsed with dry nitrogen, then with nitrogen containing 10% by volume of ammonia and finally with air. The rings are
devenus hydrophiles, comme dans l'exemple 1. become hydrophilic, as in Example 1.
EXEMPLE 5 -EXAMPLE 5 -
Des anneaux de Raschig en polypropylène isotactique (15 mm de diamètre et de hauteur) sont hydrophilisés, sans agitation, dans une colonne à 20 C, avec un gaz à la même température, contenant 0,5 % en volume d'anhydride sulfurique et 99,5 %/ en volume d'azote, en 70 minutes. La colonne est alors rincée par un mélange de 9 parties d'azote et 1 partie d'ammoniac, Raschig rings of isotactic polypropylene (15 mm in diameter and height) are hydrophilized, without stirring, in a column at 20 C, with a gas at the same temperature, containing 0.5% by volume of sulfuric anhydride and 99 , 5% / by volume of nitrogen, in 70 minutes. The column is then rinsed with a mixture of 9 parts of nitrogen and 1 part of ammonia,
puis avec de l'air. La surface des garnissages devient plus uni- then with air. The surface of the linings becomes more uniform
formément hydrophile, qu'avec le procédé décrit dans l'exemple 2. formally hydrophilic, than with the process described in Example 2.
11._11._
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