Procédé pour la séparation d'un ou plusieurs éléments de mélanges de liquides. Les méthodes usuelles pour séparer les éléments :des mélanges de liquides sont la dis tillation fractionnée, dans laquelle on tire parti -des points d'ébullition différents des éléments, et l'extraction, dans laquelle on tire parti des solubilités différentes de ces éléments dans un dissolvant.
Dans un grand nombre -de cas, il est industriellement ou éco nomiquement impossible d'appliquer l'une ou l'autre de ces méthodes. Ainsi, la méthode de distillation est impossible, si les éléments for ment un ,mélange à ébullition constante et homogène, ou si leurs points d'ébullition sont situés très près les uns des autres.
L'acide acétique dilué, -par exemple, ne peut pas être traité économiquement de façon à en séparer l'eau et l'acide acétique glacial, parce que le point d'ébullition d'un acide à 20 % n'est que de 0,5 C supérieur à celui -de l'eau, de sorte que, avec une colonne de fractionnement de ,dimensions raisonnables et une dépense de chaleur économique, on ne peut empêcher qu'une grande quantité d'acide distille avec l'eau. La présente invention permet la sépara tion même dans des cas de ce genre.
Elle est basée sur le principe suivant: Si l'on recouvre la surface d'un mélange de liquide contenu dans un vase clos d'une couche mince d'un liquide pratiquement in- so,Iuble dans ce mélange, et de -densité infé rieure, mais de point d'ébullition préférable ment beaucoup plus élevé, et si le tout est maintenu à une certaine température infé rieure ,au point d'ébullition du mélange, la phase de vapeur située au-dessus du liquide aura pratiquement, après un certain temps, la même composition qu'elle aurait, si la couche ,de recouvrement n'était pas présente,
quelles que puissent être les différences de solubilité des éléments du 'mélange dans lia couche. La vapeur -de la couche n'intervient que comme ,addition. E tant donné qu'une insolubilité ah- solue de deux liquides l'un dans l'autre n'existe pas, il faut forcément que des frac tions, si faibles soient-elles, des éléments dif férents du mélange se dissolvent dans la couche et exercent à la surface de cette couche leur tension de vapeur, qui n'est que légère ment modifiée par le faible, pouvoir -dissol- vant du liquide constituant la. couche.
Si l'on enlève maintenant d'une façon continue la vapeur qui se trouve au-dessus du liquide, par exemple en insufflant un cou rant d'air au-dessus de la surface, la. compo sition de la vapeur doit changer, si les élé ments du mélange sont différemment solubles dans la couche de recouvrement. Chaque élément séparé tend à remplacer sa vapeur évacuée en s'évaporant à la surface de ladite couche. La vitesse à laquelle les différents éléments peuvent délivrer des vapeurs fraî ches dans l'espace d'air, dépend principale ment de leurs salubilités relatives dans la couche. Les éléments les plus solubles sont ceux qui s'évaporeront le plus rapidement.
La composition des vapeur balayées par un courant d'air rapide de la surface de %, couche est principalement déterminée par les solubilisés, et non par les points d'ébullition. On peut réaliser ce résultat paradoxal que les éléments à point d'ébullition élevé distil lent, alors que les éléments à point d'ébiïlli- tion plus faible restent en .arrière. Il con vient que la solubilité mutuelle du solvant .servant de couche de recouvrement et du li quide dissous soit très faible; une fraction de 1 ô donne un effet technique suffisant.
Dans le procédé suivant l'invention, on re couvre la surface du mélange à traiter .d'une couche mince ,d'un solvant pratiquement in soluble dans le mélange, ayant une densité plus faible que celle du mélange et ayant le pouvoir de .dissoudre .de façon sélective le ou les éléments à isoler du mélange, on chauffe le mélange sans le porter au point d'ébulli tion, et on évacue de la surface de la couche de recouvrement les vapeurs de l'élément ou des éléments par un courant de gaz ou de va peur, dont on les sépare ensuite.
L, procédé peut être réalisé dans tout genre d'appareil dans lequel le mélange de liquides à. traiter peut être étalé de façon à présenter une grande surface horizontale sur laquelle on pourra, faire. passer le courant de ga.z ou de vapeur.
La couche de recouvrement sera préfé rablement aussi niin@@e que possible.
Le liquide qu'on emploie pour la couche de recouvrement aura avantageusement une solubilité très faible dans le produit de dis tillation, un point d'ébullition relativement élevé et une capacité de s'étaler facilement en couche mince ininterrompue sur le mé lange.
On peut employer avec avantage pour la couche de recouvrement, des produits de dis tillation du pétrole.
Bien entendu, le liquide servant de couche de recouvrement peut lui-même être un mé lange. De même, le produit sélectivement dissous par la couche de recouvrement et isolé du mélange traité peut comprendre plus d'un élément du mélange.
Le mélange à. traiter sera, chauffé de pré férence à une température aussi élevée que cela est possible sans le faire bouillir.
En pratiquant l'invention, on amène par refoulement ou aspiration sur la surface .le la couche recouvrant le mélange chauffé, un courant d'air ou d'un autre gaz ou mélange de gaz approprié ou une vapeur indiffé rente. Après avoir quitté l'appareil, le gaz ou la, vapeur indifférente est traité pour la, séparation du produit entraîné, par exemple en le conduisant dans une installation -de re froidissement ou d'absorption, dans laquelle les vapeurs qu'il a, entraînées sont conden sées ou autrement recueillies. Si on le désire, le gaz peut alors revenir au ventilateur ou être ramené à l'appareil, un cS-cle à circuit.
fermé pouvant être établi, de façon à ne pas perdre de vapeurs non condensées.
L'appareil évaporatoire peut. travailler à toute pression convenable. L'air ou le gaz peut. être comprimé ou même liquéfié en vue de la. séparation de la vapeur entraînée. Le chauffage du liquide peut être effectué de toute manière al_.propriée, en particulier à l',aide du gaz de travail lui-même, qui peut être chauffé avant son admission au liquide. On décrira ci-après, à titre d'exemple, en se référant à l'appareil représenté sch6mati- que.mnent, partiellement coupé, au dessin an nexé, l'.apipli@cation de l'invention à un cas industriel important: la concentration d'acide acétique.
<I>Exemple:</I> Des cuvettes larges et peu profondes 1 en matière résistant à l'acide, contiennent de l'a cide .acétique dilué, par exemple à 30 % de concentration, l'acide étant admis, de préfé rence à l'état chaud, à la cuvette supérieure par un tuyau d'admission 2 et se déversant d'une cuvette à la suivante.
La surface de l'acide que .contiennent les cuvettes est recou verte d'une couche mince, indiquée par la ligne en pointillé 3 d'un produit de distilla tion du pétrole à point .d'ébullition élevé, par exemple d'une huile telle qu'on emploie pour la. lubrification de broches à haute vitesse, dissolvant environ 0,3 % de son poids d'acide acétique, mais ne dissolvant qu'une faible trace d'eau. On prévoit une série de cuvettes 1 disposées les unes au-dessus des autres dans une chambre feianée 4 isolée thermiquement, la disposition étant telle qu'un intervalle libre étroit subsiste entre le liquide d'une cuvette et le fond de la cuvette suivante.
Chaque cu vette est munie d'un trop-plein 5 puisant le liquide dans la partie inférieure de la cuvette et le délivrant dans la cuvette placée au-des sous et, grâce à cette disposition, toutes les cuvettes sont alimentées de la. partie supé rieure, l'acide résiduel quittant la partie in férieure de la chambre en 6.
L'air est délivré par un ventilateur 7 et un tuyau 13 par l'intermédiaire d'un 6chan- geur de chaleur 8 et d'un tuyau 14 à la .cu vette la plus basse, après avoir traversé un dispositif de. chauffage, par exemple un ra diateur R, qui le porte à une température voi sine de 100 C, cet air passant au contact de la surface externe des tuyaux de chauffage 9 du radiateur, lesquels tuyaux sont munis de nervures ou ailettes 9a, de la. manière usuelle.
L'air passe au :contact de la. surface du li quide que renferme la cuvette la plus basse 1, puis passe autour d'un second réchauffeur R1 @analogue au premier, de façon à être ra mené à la. température requise de<B>100'</B> C en viron, passe ensuite sur la seconde cuvette, et ainsi de suite, successivement, sur les cuvet tes et sur les réchauffeurs similaires R\ R3 R R5 interposés respectivement entre les cu vettes consécutives.
Après avoir ainsi passé sur toutes les cuvettes en série et avoir été réchauffé dans son passage entre deux cuvet tes consécutives, le courant d'air est amené par un tuyau 15 et de préférence par l'inter médiaire de l'échangeur de chaleur 8 et du tuyau 16 à un condenseur 10 dans lequel, par exemple, il peut passer à travers un serpentin de cuivre refroidi par un mélange frigori fique. Pratiquement toute la vapeur d'acide acétique se condense dans le condenseur et peut être recueillie dans un récepteur 11.
L'air arrivant du récepteur est ramené au ventilateur 7 par le tuyau 12, de sorte que les vapeurs qu'il est susceptible de contenir encore sont ramenées à la chambre contenant les cuvettes. L'air ,chargé de vapeurs sortant de la série de cuvettes en revenant par l'é changeur de chaleur 8, chauffe préalablement l'air arrivant du ventilateur 7. Bien entendu, l'échangeur de chaleur peut être de la cons truction usuelle, dans laquelle le courant passe dans un sens à l'intérieur des tubes et dans le sens opposé autour des tubes.
Avec un mode d'action tel que celui dé- crit, on a trouvé, par exemple, qu'une surface de liquide de 93 mètres carrés peut fournir environ une tonne de produit distillé en 21 heures. Ce produit de distillation contient en viron 60 % d'acide acétique, une faible quan tité d'huile le surnageant.
Si l'on désire une concentration plus élevée, on peut traiter de nouveau le produit de distillation de la même façon, ce qui l'amène à une concentration su périeure à 80 %. Un troisième traitement peut fournir un acide de 92 à 95 % de concentra- tion. L'huile évacuée par distillation peut être remplacée de temps à autre dans les -cu vettes, au fur et à mesure des besoins.