Procédé de purification de la mélamine La présente invention se rapporte à la prépara tion de mélamine chimiquement pure à partir de mélamine brute par sublimation.
On sait qu'on peut obtenir de la mélamine en faisant réagir la dicyandiamide ou la cyanamide avec un métal alcalin ou de l'ammoniaque à la pression normale ou sous pression élevée.
Toutefois la mélamine ainsi obtenue contient des produits de désamidation de la mélamine tels que du mélame, du mélème et du mellone, de sorte que la pureté de cette mélamine ne dépasse pas 90 à 95 0/0.
Il s'ensuit que la mélamine ainsi obtenue doit être soumise à une purification lorsqu'elle est des tinée à différents usages tels que par exemple l'em ploi comme matière première pour la préparation de résine.
On connaît un procédé de purification de la mélamine brute consistant à soumettre la mélamine brute à une recristallisation après dissolution dans l'eau, mais ce procédé présente divers inconvénients, notamment la nécessité d'employer des quantités assez considérables d'eau pour la recristallisation de la mélamine brute à l'échelle industrielle étant donné la faible solubilité de la mélamine dans l'eau, la nécessité de traitements compliqués tels que fil tration, séchage, etc., après le traitement par disso lution ;
de plus chaque traitement ne se fait pas sans une perte relativement importante de mélamine.
Pour améliorer ce procédé par recristallisation, on a proposé de refroidir la solution préparée en dissolvant la mélamine brute sous pression dans de l'eau surchauffée à une température supérieure à 100 C. Toutefois ce dernier procédé ne procure qu'un seul avantage par rapport au précédent, à savoir l'accroissement de la solubilité, mais il ne donne guère de résultats plus favorables au point de vue du rendement et de la simplification des traitements.
Il faut encore mentionner la sublimation comme autre procédé de purification de la mélamine brute. A ce sujet, le brevet américain 2288964 décrit un procédé consistant à déposer la mélamine brute sur des surfaces chauffées de façon à former une mince couche de quelques millimètres, les surfaces étant chauffées à des températures comprises entre le point de fusion (3500 C) de la mélamine et 4500 C de telle façon qu'il se produise une immédiate vola- tilisation de la mélamine chargée sur lesdites sur faces.
Toutefois, dans l'application de ce procédé, il se forme des quantités relativement grandes de sous-produits tels que des produits de désamidation de la mélamine, ce qui est dû au brusque chauffage de la mélamine brute à une température élevée, supérieure à 350o C.
Par conséquent le rendement en mélamine sublimée n'est que de l'ordre d'environ 70 à 80 %. En outre, étant donné que la vitesse du gaz qui entraine la vapeur de mélamine sublimée hors de la zone chauffée doit être réglée de façon que le courant gazeux ne soit pas souillé par les impuretés très légères qui restent dans la zone de chauffe, cette vitesse doit être forcément très basse.
Il ré sulte de ce fait que la capacité de traitement ne peut être accrue au-delà de certaines limites fixées par la quantité de mélamine sublimée qui peut être enlevée par unité de temps et par la nécessité de charger la mélamine brute sous forme d'une couche très mince. En outre ledit procédé est particulière ment désavantageux en ce qui concerne le côté éco nomique de la purification de la mélamine à l'échelle industrielle.
La présente invention a pour but de produire de façon continue avec une installation simple et un rendement élevé une mélamine très pure à par tir de mélamine brute, le produit pur obtenu étant particulièrement approprié à la production de résine.
Elle a pour objet un procédé de préparation de mélamine pure à partir de mélamine brute, carac térisé en ce qu'on charge de la mélamine brute dans une zone de sublimation maintenue à une tempéra ture comprise entre 230o C et 345 C de façon que la sublimation de la mélamine contenue dans la masse des particules de mélamine brute chargée dans cette zone se produise sans décomposition de la mélamine,
on fait passer de bas en haut dans cette masse de particules un courant de gaz inerte à une vitesse comprise entre 0,5 et 50 centimètres par seconde de façon telle que ledit courant gazeux emporte de ladite zone à la fois la vapeur de méla- mine sublimée et les impuretés solides non subli- mables, on sépare lesdites impuretés solides de la vapeur de mélamine dans un séparateur qui est maintenu à la même température que la zone de sublimation, et on refroidit le courant gazeux con tenant la vapeur de mélamine pour obtenir la mêla mine pure.
Etant donné que les particules grossières de mélamine brute chargées dans la zone de sublima tion sont maintenues à une température uniforme par le courant de gaz qui traverse cette zone, la décomposition de la mélamine due à un chauffage irrégulier est fortement réduite et l'on obtient très peu de sous-produits, d'où un rendement élevé atteignant 96% et même 99 0/0. D'autre part,
le courant gazeux qui traverse la zone de sublimation emporte avec la vapeur de mélamine sublimée les impuretés solides de cette zone, de sorte qu'il ne se produit pas d'accumulation appréciable de ces im puretés dans ladite zone et que la masse de parti cules de mélamine brute est effectivement mainte nue dans de bonnes conditions de contact avec le courant gazeux ; on facilite ainsi la sublimation de la mélamine brute, ce qui permet de charger de grosses quantités de matière première.
Mis à part ces avantages, étant donné que la vitesse du courant gazeux est calculée de façon à ce qu'il entraîne obli gatoirement les impuretés, la quantité de vapeur de mélamine enlevée par unité de temps s'en trouve nécessairement accrue et par conséquent la produc tion par unité de temps augmente considérablement. En outre, les impuretés sont continuellement sépa rées en dehors de la zone de sublimation, de sorte que le procédé peut être appliqué en continu avec succès à l'échelle industrielle.
La mélamine entraînée se solidifie sous forme de très fins cristaux d'une pureté supérieure à 99,5 % qui se dissolvent très bien dans l'eau et la formaline sans laisser de résidu, grâce à leur fine structure.
La température à laquelle le procédé est exécuté est inférieure au point de fusion, 345 C, mais supé rieure au point de sublimation, 230 C, de la méla- mine. La vitesse du courant de gaz est choisie entre 0,5 cm par seconde, vitesse suffisante pour que le gaz entraîne les impuretés non sublimables conte nues dans la mélamine brute, et 50 cm par seconde, vitesse au-dessus de laquelle des particules de méla- mine brute pourraient être entraînées hors de la zone de sublimation.
Les conditions optima de tem pérature de réaction et de vitesse du courant gazeux seront réalisées, entre ces deux limites, en tenant compte de la grosseur des particules de mélamine brute, de la vitesse de sublimation et de la quantité de matière première chargée par unité de temps. Par exemple, toutes conditions autres que la tempé rature et la vitesse du courant gazeux étant égales, la vitesse de sublimation varie seulement en fonc tion des variations de température et de vitesse du courant gazeux.
Par exemple, si la température passe de 270# C à 330 C, la vitesse de sublimation devient quatre fois plus grande et si la vitesse du courant gazeux devient deux fois plus grande, la vitesse de sublimation passe de 1 à environ 2,5.
Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de manière telle que la vitesse du courant de gaz traversant la masse de particules de mélamine brute chargée dans la zone de sublimation soit suffisante pour amener ladite masse de particules à l'état de couche fluidifiée, c'est-à-dire en turbulence comme s'il s'agissait d'un liquide en ébullition. Cela présente divers avantages, notamment ceux d'une parfaite sublimation, d'une capacité de traitement accrue, de la possibilité d'opérer en continu et d'un rendement de purification élevé.
Il est préférable de réduire la mélamine brute en particules très fines, car plus le diamètre des particules est petit, plus leur surface de contact est grande. Toutefois, si les particules sont trop fines, par exemple si elles passent au tamis de 150 mail les, le courant gazeux devient peu régulier et on ne peut pas obtenir une fluidification homogène.
On peut éliminer ces inconvénients en fluidifiant préalablement dans la zone de sublimation des par ticules granuleuses non sublimables et en chargeant ensuite la mélamine brute dans ladite zone de façon à fluidifier ladite mélamine mélangée avec lesdites particules. Avec cette façon de procéder on peut obtenir une fluidification homogène de la mélamine brute dans la zone de sublimation et des résultats excellents quant à la purification due à la sublima tion.
Dans ce cas, on peut utiliser avantageusement comme substance non sublimable des matières ayant un poids spécifique plus élevé que la mélamine brute et ne participant pas à la réaction, telles que par exemple du sable, du quartz, de la chaux, des particules de briques réfractaires ou de carbone, etc.
En outre, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de façon à obtenir les mêmes effets en faisant passer un gaz à travers la mélamine brute ou le mélange de mélamine brute et de substance non sublimable dans la zone de sublimation tout en agitant mécaniquement ladite mélamine brute ou ledit mélange.
Le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre au moyen d'une installation telle que celle représentée à titre d'exemple dans le dessin ci- annexé.
Les particules de mélamine brute.sont versées sur le tamis 3 dans la zone de sublimation 2 par un tube d'alimentation 1. D'autre part, on fait pas ser de bas en haut par la conduite d'alimentation 4 à travers le tamis 3 un courant gazeux chauffé, par exemple de l'air, de l'azote ou du bioxyde de car bone, de façon à former sur le tamis des couches ou un lit fluidifié desdites particules.
La zone de sublimation est maintenue à une température comprise entre 230 C (température de sublimation de la mélamine) et 345 C (température de décomposition de la mélamine).
La mélamine contenue dans les particules de matière première sublime immédiatennent et la vapeur formée est conduite par le courant gazeux dans une chambre à poussières 6 munie d'un sac filtrant 5 en matière résistant à la chaleur en entraî nant avec elle les impuretés solides non sublimables. La presque totalité de ces impuretés solides entraî nées par le courant gazeux est recueillie dans la chambre à poussières 6 et les impuretés résiduelles les plus fines sont retenues par le sac filtrant 5. Les impuretés ainsi recueillies sont constamment reti rées de la chambre 6 par le tuyau de décharge 7.
Le sac filtrant 5 et la chambre à poussières 6 sont maintenus à la même température que la zone de sublimation.
Le gaz contenant la vapeur de mélamine passe à travers le filtre 5 dans une chambre de refroidis sement 8 où il est refroidi pour en extraire la mélamine pure. On peut prévoir une deuxième chambre de refroidissement 8 et les cristaux les plus fins de mélamine contenus dans le courant gazeux qui ne s'y sont pas déposés sont entièrement recueillis dans un cyclone 9 et dans un sac filtrant 10 d'où le gaz est aspiré par une conduite de dé charge 11. Les mélamines purifiées recueillies dans les chambres 8 et le cyclone 9 en sont extraites par les tubes de décharge 12 et 13.
L'invention est exposée plus en détail dans les exemples spécifiques suivants <I>Exemple 1</I> On verse de façon continue dans la zone de sublimation maintenue à une température d'environ 330 C, 300 parties en poids de mélamine brute contenant 90,2% de mélamine et sous forme de particules de grosseur comprise entre 3 et 10 mail les ;
en même temps on introduit dans ladite zone un courant d'azote de façon à former des couches de cette matière première sur le tamis disposé dans cette zone. La vitesse du courant gazeux est de 15 centimètres par seconde et la vapeur de méla- mine est entraînée par le courant gazeux qui tra verse lesdites couches, avec les impuretés solides.
En séparant les impuretés solides entraînées par le courant gazeux dans la chambre à poussières et le sac filtrant, on obtient 261 parties en poids de mélamine purifiée, avec un rendement de 96,5 % ; la durée du traitement est de 115 minutes.
<I>Exemple 2</I> On verse de façon continue dans la zone de sublimation maintenue à une température de 330o C, 300 parties en poids de mélamine brute granulée contenant 90,2 % de mélamine et sous forme de particules de grosseur comprise entre 80 et 120 mailles ;
en même temps on fait passer dans cette zone un courant d'azote de façon à fluidifier la matière première dans ladite zone et à entraîner la vapeur de mélamine sublimée et les impuretés solides.
En refroidissant ledit courant gazeux après séparation desdites impuretés solides, on obtient 265 parties de mélamine purifiée avec un rendement de 98,1% et une pureté presque absolue confirmée par l'analyse chimique.
La durée de l'opération est de 75 minutes et la vitesse du courant gazeux est de 5 centimètres par seconde.
La quantité d'impuretés qui sont restées dans la zone de sublimation est d'environ 3 % de la quantité totale des impuretés ; tout le reste est re cueilli dans la chambre à poussières et dans le sac filtrant.
<I>Exemple 3</I> On 'verse préalablement dans la zone de subli mation 20 parties en poids de sable de grosseur de 150 à 200 mailles pour former un lit fluidifié tout en faisant passer dans ladite zone un courant d'azote à une vitesse de 5 centimètres par seconde et en maintenant ladite zone à une température de 330 C.
On charge ensuite de façon continue sur ce lit flui difié 300 parties en poids de mélamine brute con- tenant 90,2% de mélamine et passant au tamis de 150 mailles.
On obtient de la mélamine d'une pu- reté très élevée avec un rendement de 98 %. La durée de l'opération est de 55 minutes.
<I>Exemple 4</I> On soumet ' à une purification, comme dans l'exemple 2, 300 parties de particules de mélamine brute contenant 90,2 % de mélamine et ayant une grosseur comprise entre 80 et 120 mailles ; la zone de sublimation est maintenue à une température de 270,1 C ; on fait passer dans cette zone un courant d'air à une vitesse de 5 centimètres par seconde.
On obtient 267 parties de mélamine pure. Le ren dement est de 98,7 % et la durée de l'opération est de 310 minutes.
<I>Exemple 5</I> On verse de façon continue dans une zone de sublimation munie d'un agitateur mécanique et maintenue à une température d'environ 3000 C, 300 parties de mélamine brute contenant 90,2 ()/o de mélamine et sous forme de particules d'une grosseur de 100 à 150 mailles ; la masse est main tenue en agitation constante et on fait passer dans la zone de sublimation un courant de bioxyde de carbone à une vitesse de 3 centimètres. par seconde de façon à sublimer la mélamine. La mélamine sublimée et les impuretés solides sont recueillies de la même façon que dans l'exemple 2.
Après sépa ration des impuretés on obtient 265 parties de mélamine purifiée avec un rendement de 98,0 % ; la durée de l'opération est de 130 minutes.