PL55057B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 30.IV.1968 55057 KI. 12g, l/Ol MKP B Ol d *5 UKD Wspóltwórcy wynalazku: prof. dr inz. Czeslaw Troszkiewicz, dr inz. Ro¬ muald Bogoczek Wlasciciel patentu: Politechnika Slaska (Katedra Chemii Organicznej), Gliwice (Polska) Sposób przeprowadzania przemyslowych procesów sorpcyjnych i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób przeprowa¬ dzania przemyslowych procesów sorpcyjnych jak wymiana jonów na jonitach lub sorpcja i de¬ sorpcja na sitach molekularnych. Przez zastoso¬ wanie sposobu wedlug wynalazku osiaga sie bar¬ dziej stezone roztwory produktu i odpadów, wiek¬ sza czystosc i wieksza wydajnosc produktu oraz wytwarza sie mniejsze ilosci popluczek.Zarówno proces wymiany jonów jak i wyodreb¬ nianie skladnika mieszaniny za pomoca sit mole¬ kularnych wymaga kolejnego przeprowadzania sty¬ ku ciala stalego stanowiacego jonit lub sito mo¬ lekularne z co najmniej dwiema róznymi cieczami np. w przypadku wymiany jonów z roztworem substratu, z którego dany jon ma przejsc do jo¬ nitu, a nastepnie z roztworem substancji pomoc¬ niczej, do której dany jon pochodzacy z substratu ma wejsc na miejsce innego jonu, aby utworzyc zwiazek stanowiacy produkt. W praktyce przepro¬ wadza sie te procesy z reguly przy zastosowaniu kolumny ze zlozem jonitu lub sita molekularnego, przez która przeprowadza sie na przemian co naj¬ mniej dwie rózne ciecze.O uzytecznosci przemyslowego procesu sorpcyj¬ nego stanowi czystosc i stezenie uzyskanego roz¬ tworu produktu, gdyz te wlasciwosci roztworu wplywaja na dalsza przeróbke tego roztworu i na wydajnosc produktu. Ponadto wazne jest, aby od¬ pady produkcyjne byly równiez otrzymywane w roztworach o wysokim stezeniu i aby nie zawieraly 10 15 20 25 30 wiekszych ilosci produktu, gdyz to wplywa na mozliwosc wykorzystania lub latwosc unieszkodli¬ wienia odpadu jak równiez na wydajnosc pro¬ duktu.Szkodliwe jest wytwarzanie duzych objetosci roztworów o malym stezeniu zarówno produktu jak i odpadów. Tego rodzaju roztwory stanowia zwlaszcza wszelkie popluczki. Koniecznosc i trud¬ nosc przeróbki roztworów popluczkowych nieje¬ dnokrotnie dyskwalifikuje dany proces sorpcyjny w zastosowaniu do celów przemyslowych.W celu uzyskania ostrosci rozdzialu, a za tym czystosci produktu, potrzebne jest mozliwie do¬ kladne przemywanie kolumny przy zmianie wpro¬ wadzanej do niej cieczy, np. po nasyceniu jonitu pewnym jonem nalezy wyplukac z kolumny roz¬ twór, z którego jonit czerpal dany jon, aby prze¬ prowadzenie przez kolumne nastepnej cieczy, czyli tak zwana eluacja, dala jako eluat roztwór pro¬ duktu mozliwie wolny od substancji stosowanej w kolumnie w poprzednim okresie. Jednakze do¬ kladne przemywanie powoduje powstawanie du¬ zych objetosci popluczek, wobec tego istnieje ko¬ niecznosc szukania kompromisu miedzy czystoscia otrzymywanych roztworów, a iloscia popluczek.Przy prowadzeniu przemyslowych procesów sorpcyjnych ogólnie przyjeta jest zasada, ze nie nalezy spuszczac z kolumny calej ilosci cieczy, aby jonit lub sito molekularne nie wylonilo sie ponad menisk cieczy. A mianowicie w zlozu, do 550573 którego dostanie sie powietrze lub inny gaz pow¬ staja pecherzyki trudne do usuniecia, które przy dalszej pracy blokuja czesc aktywnej powierzchni zloza, ograniczajac jego sprawnosc. Okolicznosc ta jest dalszym czynnikiem utrudniajacym ostrosc rozdzialu, gdyz jedna ciecz musi byc usuwana na¬ stepna, a przy tym ciecze te mieszaja sie ze soba.Dotyczy to równiez cieczy przemywajacej.Na przyklad po przeprowadzeniu przez jonit jed¬ nej cieczy i po przemyciu kolumny woda, woda pozostajaca w kolumnie rozciencza nastepna ciecz wprowadzana do kolumny. Jest to widoczne gdy otrzymujac z kolumny przemytej woda roztwór produktu, na którego wysokim stezeniu i czystosci najbardziej zalezy, oznacza sie systematycznie ste¬ zenie produktu w poszczególnych frakcjach. Pierw¬ sze frakcje roztworu maja stezenie niskie. Stezenie to stopniowo wzrasta w miare usuwania wody pozostalej po przemywaniu, po czym utrzymuje sie pewne stezenie az do dalszego spadku spowo¬ dowanego wyczerpywaniem sie produktu.Byloby mozliwe usuwanie jednej cieczy przed prowadzeniem nastepnej droga przedmuchiwania kolumny para wodna, gdyby nie to, ze jonity oraz sita molekularne z reguly nie wytrzymuja wyso¬ kiej temperatury i pod dzialaniem pary wodnej rozpadaja sie lub topia.Wedlug wynalazku kolumne opróznia sie z cie¬ czy i obniza sie w niej cisnienie, aby spowodowac intensywne parowanie cieczy pozostalej na scia¬ nach kolumny, a zwlaszcza na powierzchni sub¬ stancji stanowiacej zloze. Para cieczy pod obnizo¬ nym cisnieniem wypelnia przestrzen, która zajmo¬ wala ciecz, a przy dalszym ewakuowaniu przeplu¬ kuje ja usuwajac ewentualnie obecne tam powie¬ trze lub inne gazy. Do kolumny, której wolna przestrzen jest wypelniona wylacznie tylko para danej cieczy wprowadza sie nastepna ciecz, która wypelnia kolumne, przy czym nastepuje wyrówna¬ nie cisnienia wewnatrz kolumny z cisnieniem oto¬ czenia.Ze wzgledu na latwosc usuniecia z kolumny ga¬ zów para cieczy pod zmniejszonym cisnieniem okazalo sie obojetne, czy kolumne odcina sie szczelnie przed rozpoczeciem usuwania cieczy, któ¬ ra wówczas nalezy wypompowywac lub wysysac do ewakuowanego odbieralnika, czy ciecz spuszcza sie z kolumny przy dopuszczeniu do niej powietrza lub innego gazu, a dopiero po spuszczeniu cieczy rozpoczyna sie ewakuowanie kolumny.Szczególy postepowania maja znaczenie drugo¬ rzedne, np. ich dobór w danych warunkach, a wiec przy danych przekrojach przewodów, danej spraw¬ nosci pompy prózniowej, danej preznosci par cie¬ czy, temperatury wnetrza kolumny itp. pozwala na przeprowadzenie zmiany cieczy w mozliwie krót¬ kim czasie. Przewaznie zmiane cieczy osiaga sie najszybciej przez wysysanie cieczy z kolumny do ewakuowanego rozpuszczalnika bez odcinania ko¬ lumny od otoczenia, a nastepnie przeprowadzenie ewakuacji kolumny. Wyjatkowo w przypadku cie¬ czy o malej preznosci par nalezy zawczasu odcinac kolumne od otoczenia, gdyz wyplukanie powietrza para cieczy trwaloby zbyt dlugo.Sposób wedlug wynalazku sluzy do usprawnie- 20 25 30 55057 4 nia znanych procesów sorpcyjnych stosowanych w przemysle, a ponadto stwarza szerokie mozliwosci wprowadzania do przemyslu nie stosowanych w nim procesów sorpcyjnych zwlaszcza w zastosowa- g niu do stezania roztworów.Urzadzenie do wykonywania sposobu wedlug wynalazku stanowi kolumna rózniaca sie tym od kolumn znanych, ze w górnej czesci jest szczelnie zamykana np. na szczelna pokrywe zaopatrzona w 1(J zawór do laczenia wnetrza kolumny z atmosfera i odcinania od atmosfery. Ponadto urzadzenie skla¬ da sia z odbieralnika lub szeregu odbieralników polaczonych z króccem wyplywowym kolumny opróznianych za pomoca pompy prózniowej. W za¬ leznosci od temperatury pracy kolumny i od prez¬ nosci par stosowanych w niej cieczy, odbieralniki sa zaopatrzone w chlodzenie. Ich polaczenie z pompa prózniowa moze byc bezposrednie lub przez kondensator oparów.Jako ilustracja wynalazku sluzy rysunek, któ¬ rego fig. 1 stanowi schemat urzadzenia wedlug wynalazku, a fig. 2 jest wykresem wyników osiag¬ nietych w przykladzie III.Na fig. 1 kolumna 1 ze zlozem 2 jonitu lub sita molekularnego ma polaczenia pozwalajace na wprowadzenie do niej od góry lub od dolu cieczy z dowolnego sposród zbiorników zasilajacych 3, 4 i 5 oraz na odbieranie z niej cieczy do dowolnego z odbieralników 6, 7 i 8. Do ewakuowania odbie¬ ralników sluzy pompa prózniowa 9, która moze byc polaczona z dowolnym odbieralnikiem poprzez zbiornik posredni 10. Kazdy odbieralnik 6, 7 i 8 zaopatrzony jest w manometr, zawór do laczenia z atmosfera i zawór spustowy.Kolumna 1 jest u góry zamknieta szczelna po¬ krywa 12, ewentualnie odejmowana do wymiany zloza i jest zaopatrzona w zawór 11 do laczenia z atmosfera.Fig. 2 jest opisana ponizej w przykladzie III.Przyklad I. Przeprowadzanie kationitu w forme wodorowa.Zastosowano szklana kolumne o srednicy 7,6 cm i wysokosci 60 cm ze zlozem kationitu polistyreno- sulfonowego o wysokosci 45 cm polaczona ze 45 zbiornikami zasilajacymi, odbieralnikami i pompa prózniowa zgodnie z rysunkiem.Przed rozpoczeciem pracy kolumna byla wypel¬ niona woda. Wyssano wode do jednego z odbie¬ ralników podczas ewakuowania go pompa próznio- 50 wa. Przy tym wnetrze kolumny bylo polaczone z atmosfera. Nastepnie kurek laczacy z atmosfera zamknieto, cisnienie w kolumnie obnizylo sie do okolo 30 mm slupa Hg.To obnizone cisnienie utrzymywano praca pom- 55 py w ciagu 5 minut. Po zamknieciu polaczenia ko¬ lumny z odbieralnikiem wprowadzono do kolumny 3,5 procentowy kwas solny, przy czym nastapilo wyrównanie cisnienia z otoczeniem. Wówczas ku¬ rek laczacy z atmosfera otwarto i rozpoczeto po- oo wolne przeprowadzanie przez kolumne dalszych ilosci wymienionego kwasu. Po przejsciu przez kolumne 2,5 litra kwasu wyciek stal sie silnie kwasny, a po przeprowadzeniu dalszej ilosci 0,5 li¬ tra stezenie kwasu w wycieku bylo równe steze- 05 niu kwasu wprowadzanego. 35 4055057 .Wówczas przystapiono do plukania kolumny woda. W tym celu oprózniono kolumne powtarza¬ jac poprzednie operacje: wyssano cala ilosc kwasu, odcieto wnetrze kolumny od otoczenia i utrzymy¬ wano w kolumnie cisnienie okolo 30 mm w cia¬ gu 5 minut. Do ewakuowanej kolumny wprowa¬ dzono wode destylowana. Po wyrównaniu cisnie¬ nia z otoczeniem ustalono jak wyzej powolny przeplyw. Juz po przejsciu przez kolumne 2 litrów wody wyciek byl obojetny, wobec czego kolumna z kationitem w formie wodorowej nadawala sie do dalszych prac.Dla porównania przeprowadzono zakwaszenie in¬ nej partii tego samego kationitu w tej samej ko¬ lumnie sposobem znanym tj. nie ewakuujac ko¬ lumny lecz wypierajac wode zawarta w kolumnie kwasem solnym, a nastepnie kwas woda. Do osiag¬ niecia tego samego wyniku okazalo sie niezbedne przeprowadzenie przez kolumne 4 litrów kwasu, a nastepnie ponad 10 litrów wody.Przyklad II. Oczyszczanie wodnego roztworu surowego kwasu cytrynowego od zanieczyszczen kationowych.Z kolumny z kationitem przygotowanej jak opi¬ sano w przykladzie I usunieto wode przez pola¬ czenie z jednym z odbieralników i opróznianie te¬ go odbieralnika pompa prózniowa. Nastepnie utrzymywano w kolumnie cisnienie okolo 30 mm Hg w ciagu 5 minut, po czym wprowadzono do kolumny 15 procentowy roztwór surowego kwasu cytrynowego. Nastepnie po wyrównaniu cisnienia z otoczeniem i otwarciu polaczenia kolumny z atmosfera ustalono przeplyw tego kwasu z predkoscia okolo 10 litrów na godzine.W wycieku kontrolowano czy nie zawiera katio¬ nów poza jonem wodorowym. Po przeprowadzeniu okolo 25 litrów stwierdzono obecnosc jonu Ca"*, a juz pierwsze litry wycieku wykazywaly stezenie kwasu cytrynowego praktycznie równe stezeniu surowego kwasu wprowadzanego do kolumny. Po stwierdzeniu obecnosci jonu Ca" kolumne opróz¬ niono i przemyto woda sposobem wedlug wyna¬ lazku. Po czym przeprowadzono w niej anionit ponownie w forme wodorowa postepujac jak w przykladzie I. Opisany tu cykl pracy powtarzano wielokrotnie. Sumaryczne straty kwasu cytryno¬ wego w popluczkach wyniosly okolo 1,5%.Dla porównania przeprowadzono kilkakrotnie cykl pracy sposobem znanym tj. wprowadzajac do kolumny na przemian roztwór surowego kwasu cytrynowego w celu oczyszczenia go, kwas solny w celu regeneracji anionitu i wode w celu prze¬ mywania. Przy tym nie stosowano sposobu wedlug wynalazku lecz wypierano z kolumny sposobem znanym jedna ciecz za pomoca cieczy nastepnej.Strata kwasu cytrynowego przy tej pracy sposo¬ bem znanym wyniosla okolo 20%. Straty pocho¬ dza z koniecznosci usuwania bardzo rozcienczonych frakcji w wycieku, których zatezanie jest nieopla¬ calne.Przyklad III. Wykorzystanie odpadkowych kwasów posulfonacyjnych i ponitracyjnych w celu wytworzenia technicznie czystego kwasu solnego.Odpadowe kwasy pochodzace z róznych reakcji sulfonacji i nitracji przeprowadzono przez ko¬ lumne opisana w przykladzie I i na przemian 10 15 25 30 35 40 45 50 55 60 przeprowadzano przez te kolumne roztwór wodny cfrlorku sodowego 4n. Przed wprowadzaniem chlor¬ ku sodowego kolumne dokladnie przemywano wo¬ da, aby uzyskac mozliwie jak najwyzsza czystosc kwasu solnego. Przy kazdej zmianie cieczy wlacz¬ nie z woda przemywajaca postepowano wedlug wynalazku tj. ewakuowano kolumne, jak to opi¬ sano w przykladach poprzednich.Dla porównania wykonano te same zabiegi spo¬ sobem znanym tj. bez ewakuowania kolumny lecz przez wytlaczanie jednej cieczy ciecza nastepna.Wyniki dwóch cyklów pracy przedstawia wykres na fig. 2. W osiach wyrazajacych stezenie otrzy¬ mywanego kwasu solnego w procentach i ilosc uzyskanego wycieku w litrach uwidocznione sa dwie krzywe. Krzywa a przedstawia wyniki uzy¬ skane sposobem wedlug wynalazku, krzywa b wy¬ niki uzyskane sposobem znanym. Maksymalne ste¬ zenie wycieku na krzywej a wynosi okolo 14%, a na krzywej b tylko 6,5%. Szczególnie charakte¬ rystyczna jest róznica ksztaltu tej krzywej wynika¬ jaca stad, ze przy pracy sposobem znanym woda stosowana do poprzedniego przemywania rozciencza kwas otrzymywany w ckresie poczatkowym.Przyklad IV. Stezanie kwasu glukonowego.Kwas glukonowy jak wiele innych kwasów organicznych, a zwlaszcza alifatyczne hydroksy- kwasy ulega niekorzystnym zmianom w czasie odparowywania roztworu. Dlatego wazne jest jego stezanie za posrednictwem anionitu.W kolumnie opisanej w przykladzie I wymienio¬ no zloze j 6nitu stosujac silnie zasadowy anionit polistyrenowy. Anionit ten przeprowadzano w for¬ me wodorotlenowa przepuszczajac przez kolumne roztwór 'wodorotlenku sodowego, nastepnie po przemyciu kolumny woda wiazano na amonicie^ jon kwasu glukonowego przez przepuszczanie przez kolumne rozcienczonego roztworu tego kwasu. Na¬ stepnie uwalniano jon kwasu glukonowego przez przeprowadzanie przez kolumne 4 procentowego kwasu solnego. Po przeprowadzaniu kwasu solnego kolumne równiez przemywano woda. Próby te przeprowadzono podobnie jak w przykladach I i II stosujac zarówno sposób wedlug wynalazku z ewakuacja kolumny jak i sposób znany polegajacy na wytlaczaniu jednej cieczy nastepna. Wyniki do¬ swiadczen porównawczych zestawiono w nastepu¬ jacej tabeli: 1. 2. 3.Roztwór NaOH stezenie ilosc przepuszczona az do wyrównania stezenia NaOH w wycieku i w cieczy zasilajacej Ilosc wody wprowa¬ dzona az do zaniku alkalicznosci w wy¬ cieku Kwas glukonowy stezenie roztworu zasilajacego stezenie roztworu otrzymanego wydajnosc Sposób wedlug wynalazku I 3% 4,5 litra 3 litry 2% 20% 95% Sposób i znany 3% 6 litrów 15 litrów 2% 15% 70% 155057 PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe Sposób przeprowadzania przemyslowych pro¬ cesów sorpcyjnych w kolumnach zawierajacych zloze jonitu lub sita molekularnego, polegajacy na kolejnym przeprowadzaniu przez kolumne co najmniej dwóch róznych cieczy, znamienny tym, ze przy zmianie cieczy przeprowadzanej przez kolumne, poprzednia ciecz spuszcza sie lub wysysa z kolumny, a równoczesnie lub na- 10 8 stepnie obniza sie cisnienie wewnatrz kolumny powodujac parowanie cieczy pozostalej w zlozu. 2. Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug zastrz. 1, stanowiace kolumne ze zlozem, zna¬ mienne tym, ze kolumna (1) zaopatrzona jest w elementy umozliwiajace jej szczelne odcinanie od otoczenia jak szczelna pokrywa (12) i zawór (11), a w dolnej czesci polaczona jest z ukla¬ dem do wysysania cieczy i obnizania cisnienia, zwlaszcza z odbieralnikiem (6, 7 lub 8) polaczo¬ nym z pompa prózniowa (9). OJS 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 l Fig.

2. WDA-l. Zam. 106. Nakl. 340 egz.' PL