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Procédé de concentration des acides organiques.
La présente invention a pour objet un procédé et un appareil pour la concentration des acides organiques, en particulier des acides de la série grasse et plus spéciale- ment de l'acide acétique.
L'extraction et la concentration de l'acide acétique contenu dans des solutions aqueuses par l'emploi de solvants peu solubles dans l'eau a déjà été réalisée de diverses manières.
Dans tous les cas, après extraction avec un solvant de l'acide de la solution aqueuse, on obtient un mélange de trois corps: solvant, acide et eau, le solvant étant généralement en proportion élevée et l'eau en quantité relativement faible.
Les procédés connus peuvent se diviser en deux catégories:
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Dans la première se trouvent les procédas préconisant l'emploi de solvants suffisamment volatils pour être aisément séparés de l'acide poétique par distillation ordinaire, l'acide restant comme résidu.
Dans la seconde se trouvent les procédés préconisant l'emploi de solvants dont le point d'ébullition est suffi- samment élevé pour qu'on puisse aisément les séparer de l'acide acétique par distillation ordinaire, l'acide se comportant cette fois comme produit le plus volatil et le solvant restant comme résidu.
La présente invention qui est réalisée avec la collabo- ration de Messieurs Eloi RICARD et Henri ',larbin GUINOT, permet d'employer,d'une manière générale, tous les solvants, quel que soit leur point d'ébullition, et s'applique en particulier même au cas où le point d'ébullition du solvant est très voi- sin ou même égal à celui de l'acide.
Cette technique consiste à distiller d'une manière conti- nue la solution acétique hydratée formée par ledit mélange dans une colonne chauffée par surface et chargée une fois pour toutes d'une certaine quantité d'un liquide dit entrai.. neur ayant la propriété d'être insoluble ou peu soluble dans l'eau et capable en outre de donner avec l'acide acétique un mélange azéotropique binaire homogène ou non, ce mélange étant, dans tous les cas, susceptible de décanter par addi- tion d'une petite quantité d'eau, ainsi qu'un autre mélange azéotropique binaire avec l'eau point d'ébullition moins élevé que le précédent.
Au cours de cette distillation le solvant se comporte comme produit de queue et est recueilli d'une manière continue à la partie inférieure de la colonne à distiller.
En tête de colonne on obtient le mélange à point d'ébul- lition minimum formé du liquide entraîneur et d'eau, mélange qui décante par définition. Après décantation, l'eu est évacuée où renvoyée avec la solution aqueuse d'acide à conoen- trer si elle contient un peu d'acide; le corps entraineur
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rentre à la manière ordinaire au sommet de la colonne.
Dans une partie latérale de la colonne, au-dessus de l'alimentation composée du mélange des trois corps ci-dessus mentionnés, on extrait un mélange acide dont la composition est voisine de celle du mélange azéotropique binaire formé par le liquide entraîneur et l'acide. Le mélange obtenu con- tient précisément une petite quantité d'eau dont on peut faire d'ailleurs varier l'importance par réglage des débits et du chauffage de la colonne; elle permet d'assurer une décantation aisée dans tous les cas. Après décantation on sépare une couche formée.d'acide légèrement hydraté contenant en solution une petite quantité de liquide entraîneur.L'autre couche constituée par du liquide entraineur un peu acide est renvoyé dans la colonne par des moyens ordinaires.
La couche acide légèrement hydratée est envoyée dans une colonnette chauffée par surface pour être déshydratée totale- ment. A cet effet, la colonnette est.chargée du même liquide entraîneur que celui qui est utilisé dans la colonne principale.
L'eau est chassée au sommet de cette colonnette sous forme de mélange binaire à point d'ébullition minimum avec le corps entraîneur, tandis qu'à la partie inférieure, on récupère de l'acide totalement anhydre. Comme, le liquide alimentaire de cette colonnette contient en solution une petite quantité de liquide entraîneur, comme signalé ci-dessus, il faut en extraire à la partie supérieure de la colonnette une quantité correspondante qu'on ramène à la colonne principale ainsi que la couche aqueuse si celle-ci est trop acide pour être' retour- née directement dans la batterie d'extraction.
Si on ne désire pas obtenir un acide totalement anhydre mais seulement concentré, la couche acide légèrement hydratée, est débarrassée de la petite quantité de liquide entraîneur qu'elle contient par distillation en continu dans une colon- nette chauffée par surface dont les vapeurs sont jointes à celles qui proviennent de l'extraction latérale de la colonne principale.
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On reste dans le cadre de l'invention en n'effectuant pas d'extraction latérale sur la colonne principale en vue de l'obtention d'un acide très concentré ou anhydre. Dans ce cas, il distille au sommet de la colonne principale un mélange d'eau d'acide et de liquide entraîneur, et l'acide et l'eau contenus en solution dans le mélange alimentaire, sont séparés dans un décanteur où ils forment l'une des couches, ce décanteur étant placé au sommet de la colonne -principale, tandis que le liquide entraineur content dans l'autre couche de ce décanteur, rentre dans l'appareil comme à l'ordinaire.
La technique nouvelle, objet de la présente invention; permet ainsi l'emploi d'une nouvelle classe de solvants que les procédés antérieurs n'avaient pas pu utiliser. Pnrmi ces solvants il en est, comme l'acétate de butyle qui pré- sentent précisément un gros intérêt pratique.
La méthode est également avantageuse au point de vue consommation de vapeur car il y a lieu d'observer que l'aci- de est seul vaporisé en même temps qu'une quantité relative- ment petite d'eau. Quant au solvant régénéré, sa désacidifi- aation est totale ce qui permet de lui conserver son effica cité maximum pour l'opération ultérieure d'extration pro- prement dite des solutions ace biques aqueuses.
Enfin, les températures nécessaires au chauffage des différentes colonnes sont peu élevées, par exemple de l'or- dre de 100 à 150 ce qui est un gros avantage sur cubains procédés antérieurs qui exigent l'emploi du vide ou de tem- pératures de chauffage de l'ordre de 180 200
La méthode qui vient d'être décrite s'applique non seulement à la concentration de l'acide acétique, mais à celle.' des acides de la série grasse et des acides organi- ques en général; ces acides peuvent contenir des fonctions autres que la fonction acide, à condition qu'il n'y ait pas réaction entre l'acide à déshydrater et les corps choisis comme solvant et comme entraineur.
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Les exemples et le dessin annexé feront bien comprendre le processus des opérations.
EXEMPLE 1
On emploie comme solvant l'acétate de butyle pour extraire par les moyens connus l'acide acétique contenu à la dose de
30% dans une solution aqueuse.
Après épuisement de la solution acétique par l'acétate de butyle on obtient un mélange ayant approximativement la composition suivante:
Acétate de butyle 78,5% ( oorrespondant à de
Acide acétique..:....:.... 16.-$ ) l'acide à 76,2%
Eau......................... 5.5% Oe mélange est envoyé par le tuyau 2 dans une colonne à plateaux I, chauffée par surface par un -serpentin 3, chargée au préalable et une fois pour toutes d'une quantité convenable du liquide entraineur constitué par un mélange d'hydrocarbures tirés de l'essence de pétrole et bouillant entre des limites de température assez resserrées, par exemple de 99 à 101
L'acide -acétique anhydre forme avec cette essence sélec- tionnée un mélange azéotropique binaire homogène bouillant à 94 et contenant 30% d'acide.
cette même essence sélectionnée donne avec l'eau un mélan ge binaire à point d'ébullition minimum contenant 10% d'eau et bouillant à 80 .
Au cours de la distillation, l'acide et l'eau contenus dans le mélange alimentaire sont entraînés vers les plateaux supé- rieurs de la colonne I. Tout à fait au sommet de celle-ci on prélève une quantité convenable de vapeurs qu'on condense en 4, lenliquide résultant étant envoyé au décanteur 5
La couche inférieure est constituée par de l'eau contenant une petite quantité d'acide '.étique.Elle est retournée par le tuyau 6 à l'endroit convenable de l'appareillage d'extraa- tion. La couche supérieure, constituée par l'entraineur presque pur est renvoyée au sommet de la colonne par le tuyau 7.
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Quelques plateaux au-dessous du sommet de la colonne, on prélève en 8 une quantité de vapeur suffisante pour extraire la presque totalité de l'acide acétique sous forme de mélange binaire essence-acide acétique ce mélange contenant toutefois un peu d'eau pour assurer une bonne décantation qui est effec tuée dans le décanteur 10, après passage dans le condenseur 9. La couche supérieure contenant principalement l'entraîneur retourne à la colonne principale par le tuyau II. La couche inférieure, constituée par de l'acide à 90-99% topant en dissolution une petite quantité d'essence, est envoyée par le tuyau 12 dans une colonnette 13 chauffée par surface et char- gée une fois pour toutes d'une quantité convenable d'essence destinée à agir comme liquide entraineur d'eau.
Les vapeurs issues de la colonnette 13 sont condensées en 15 et envoyées dans un décanteur 16 où le liquide se sépare en deux couches. Une partie de la couche aqueuse est renvoyée par le @ tuyau 18 sur la colonnette afin,' d'empêcher autant que possible l'acide acétique de monter au sommet.
L'autre partie (correspondant à l'eau du liquide alimentaire) retourne par le tuyau 17 dans la colonne principale i Quant à la couche supérieure constituée, principalement par du li- quide entraineur, elle rentre en circuit, partie par le tuvau 19 sur la colonnette 13, partie (correspondant à l'essence dissoute dans le mélange alimentaire) par les tuyaux 20 et 17 sur la colonne principale.
Dans ces conditions, l'acide acétique déjà. très concentré amené par le tuyau 12 se déshydrate et se débarrasse de l'essence qu'il contenait en solution en descendant sur les plateaux de la colonnette 13. L'acide rigoureusement anhydre et pur est recueilli à la partie inférieure par le tuyau 14.
Quant à l'acétate de butyle arrivant dans la colonne principale I, ils'écoule de plateaux en plateaux en achevant de céder son acide à l'essence qui les garnit Grâce a son point d'ébullition de 125 qui permet une séparation facile,
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on le recueille à l'état pur à la partie inférieure de la colon- ne I, et on lui fait recommencer indéfiniment le,cycle d'extrac.- tion et-de désacidificatio
EXEMPLE ii
Soit à extraire une solution d'acide propionique en employant l'appareillage décritciedessus On emploie comme solvant le propionate de butyle 'bouillant à 145 point d'ébullition très voisin de celui de l'acide propionique qui est de 140
Le mélange d'acide, de solvant et d'eau,
tiré de la batterie d'extraction est envoyé par le tuyau 2 dans une colonne à plateaux I chauffée par surface par un serpentin fermé. Cette colonne a ' été chargée au préalable et une fois pour toutes d'une quantité convenable d'un liquide entraineur constitué par un mélange d'hydrocarbures tirés lessence de pétrole, et bouillant entre des limites de température assez reserrées par exemple de 138 à 140 .
L'acide propionique forme avec cette essence sllectionnée un mélange azéotropique binaire homogène bouillant à 1340 et contenant 67% d'acide.
Cette même essence donne avec l'eau un mélange binaire à point d'ébullition minimum contenant 25% d'eau et bouillant à 90 .
EXEMPLE 111 -----------
Soit à extraire une solution aqueuse d'acide formique.
On emploiera comme solvant du formiate d'amyle qui bout à 123 c . On choisira comme entraineur l'heptane normal bouillant à 98 c
Cet heptane donne avec l'acide formique un mélange azéotro- pique binaire contenant 67% d'acide et bouillant à 79 5
Ce Même hydrocarbure donne avec l'eau un mélange binaire à point d'ébullition minimum contenant 10% d'eau, et bouillant à 78
On ne sort pas du cadre de l'invention en faisant subir à l'appareillage donné à titre d'exemple des modifications de détail
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tout en utilisant les principes généraux revendiquas dans le présent brevet.
Il est également spécifié que l'invention peut être réalisée en totalité ou en partie à une pression différen- te de la pression atmosphérique, dans le but par exemple de réaliser de meilleures conditions d'entraînement azéotropique ou encore pour arriver à obtenir certaines récupérations de chaleur en chauffant une colonne par les calories latentes contenues dans les vapeurs de l'autre.
REVENDICATIONS
EMI8.1
oJ} ={=..;'" =:}=*= =} =*=4="::' =JAo ==...=..;
EMI8.2
1?- Procédé continu de concentration des acides organi- ques de leurs solutions aqueuses, earactSris6 par l'extrac- tion de l'acide de la.dite solution au moyen de solvants employés purs ou en mélange, quel que soit leur point d'6bul- ' lition, mais dont le point d'ébullition peut être voisin ou L/#. morne égal à celui de l'acide. gosm Procédé comme sous 1 , caractérisa en ce que l'on distille le mélange des trois corps (solvant, acjde et eau) en présence d'un liquide entraineur, (ou d'un mélange de liquides) insoluble ou peu soluble dans l'eau, ayant la propriété de former aitec l'acide un rn01ne azéotropique homogène ou non mais capable dans tous les cas de décanter si on lui ajoute une petite qU1n1t.lt.. ,J'e'1u.
3 Procède comme sous 1 , caractérisa er ce qu'on ex- trait, en haut de la colonne de distillation, une certnine quantité de vapeur constituant le mélange azéotropique binaire, entraineur-eau, on le refroidit et on le décante, puis on retourne la couche d'entraineur à la colonne à distiller, et
EMI8.3
on envoie la couche aqueuse, contenant, Ôven.tuellezent t ún peu d'acide, Avec la solution aqueuse primit1ve d'é1.c1de à concen- trer.
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