FR2646421A1 - Procede de fabrication d'acide tartrique a partir d'un bitartrate et applications pour la valorisation de sous-produits vinicoles - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'acide tartrique à partir de bitartrate provenant notamment de sous-produits vinicoles. Le procédé consiste à neutraliser le bitartrate en vue de le transformer en un tartrate neutre soluble et de le mettre en solution aqueuse, puis à faire circuler cette solution dans un réacteur d'électrométathèse 7 formé de membranes semi-perméables échangeuses d'ions et d'un système générateur de protons, ledit réacteur étant soumis à un champ électrique continu, et à recueillir dans un des compartiments du réacteur la solution d'acide tartrique formé par métathèse. On recueille une solution pure dont la concentration peut être ajustée à la valeur désirée.
Description
PROCEDE DE FABRICATION D'ACIDE TARTRIQUE
A PARTIR D'UN BITARTRATE ET APPLICATIONS POUR LA
VALORISATION DE SOUS-PRODUITS VINICOLES
L'invention concerne un procédé de fabrication d'acide tartrique (C4H606) à partir d'un bitartrate (encore désigné dans la nomenclature chimique par "hydroqénotartrate") t elle s'applique tout particulièrement pour fabriquer de l'acide tartrique à partir des sous-produits vinicoles contenant du bitartrate de potassium (connu sous le nom de crème de tartres').
A PARTIR D'UN BITARTRATE ET APPLICATIONS POUR LA
VALORISATION DE SOUS-PRODUITS VINICOLES
L'invention concerne un procédé de fabrication d'acide tartrique (C4H606) à partir d'un bitartrate (encore désigné dans la nomenclature chimique par "hydroqénotartrate") t elle s'applique tout particulièrement pour fabriquer de l'acide tartrique à partir des sous-produits vinicoles contenant du bitartrate de potassium (connu sous le nom de crème de tartres').
Les utilisations de l'acide tartrique sont nombreuses, notamment dans les industries alimentaires (acidifiant), les industries pharmaceutiques (acidifiant et effervescent), les industries du bâtiment (retardateur de prise du béton)...
Une des voies de fabrication de l'acide tartrique consiste à le synthétiser à partir de dérivés du pétrole mais ce procédé est onéreux et les quantités fabriquées sont marginales.
La voie de fabrication la plus courante consiste à traiter des sous-produits vinicoles (tartres et lies sèches récupérés dans les caves de vinification ; essorés de lies et tartrate de calcium récupérés dans les distilleries), ce traitement comprenant essentiellement les étapes suivantes
transformation du bitartrate contenu dans les sous-produits en un sel insoluble (tartrate insoluble),
séparation par voie physique du précipité obtenu et séchage de celui-ci,
déplacement de cation dudit précipité par réaction chimique avec un acide (généralement acide sulfurique) en vue de former un nouveau précipité dans une phase liquide constituée par une solution d'acide tartrique,
élimination par voie physique du précipité en vue de recueillir la phase liquide,
purification et concentration de la solution d'acide tartrique par voie thermique.
transformation du bitartrate contenu dans les sous-produits en un sel insoluble (tartrate insoluble),
séparation par voie physique du précipité obtenu et séchage de celui-ci,
déplacement de cation dudit précipité par réaction chimique avec un acide (généralement acide sulfurique) en vue de former un nouveau précipité dans une phase liquide constituée par une solution d'acide tartrique,
élimination par voie physique du précipité en vue de recueillir la phase liquide,
purification et concentration de la solution d'acide tartrique par voie thermique.
Le défaut majeur de ce procédé est la multiplicité des étapes qu'il exige, d'autant que la première étape s' opère habituellement en deux stades : une neutralisation par un lait de chaux ou de carbonate de calcium, complétée par l'addition d'un lait de sulfate de calcium en vue de précipiter tout le bitartrate sous forme de tartrate de calcium insoluble. Un tel procédé conduit à des installations de mise en oeuvre complexes.
La présente invention se propose d'indiquer un nouveau procédé de fabrication d'acide tartrique à partir d'un bitartrate, bénéficiant d'une mise en oeuvre beaucoup plus simple.
Un objectif de l'invention est en particulier de produire directement une solution aqueuse d'acide tartrique pur à la concentfiration désirée, en liabsence de toute séparation solide/liquide (opération qui en pratique s'avère toujours délicate).
A cet effet le procédé visé par l'invention consiste
~ à neutraliser au moyen d'une base alcaline ou d'ammoniaque le bitartrate en vue de le transformer en un tartrate neutre soluble et de le mettre en solution aqueuse,
8 à faire circuler la solution de tartrate neutre soluble dans un réacteur d'électrométathèse comprenant au moins un motif élémentaire formé de membranes semiperméables échangeuses d'ions et d'un système générateur de protons, lesquels sont agencés pour délimiter au moins deux compartiments soumis à une différence de potentiel continue engendrés par une anode et une cathode situées de part et d'autre,
et à recueillir dans le ou les compartiments correspondants la solution d'acide tartrique formé.
~ à neutraliser au moyen d'une base alcaline ou d'ammoniaque le bitartrate en vue de le transformer en un tartrate neutre soluble et de le mettre en solution aqueuse,
8 à faire circuler la solution de tartrate neutre soluble dans un réacteur d'électrométathèse comprenant au moins un motif élémentaire formé de membranes semiperméables échangeuses d'ions et d'un système générateur de protons, lesquels sont agencés pour délimiter au moins deux compartiments soumis à une différence de potentiel continue engendrés par une anode et une cathode situées de part et d'autre,
et à recueillir dans le ou les compartiments correspondants la solution d'acide tartrique formé.
Selon un premier mode de mise en oeuvre du procédé, le réacteur d'électrométathèse est réalisé avec un motif élémentaire formé de membranes alternativement échangeuses d'anions et de cations, le système générateur de protons étant disposé coté cathode de façon à délimiter trois compartiments contigus : un compartiment médian, un compartiment latéral coté cathode et un compartiment latéral coté anode. La solution de tartrate neutre est amenée à circuler dans le compartiment médian, cependant que l'on recueille la solution d'acide tartrique dans le compartiment latéral coté anode et que l'on recueille une solution saline ou basique correspondant au cation du tartrate neutre dans le compartiment latéral coté cathode.
Le système générateur de protons de chaque motif peut comporter une membrane échangeuse d'ions qui délimite alors un compartiment supplémentaire, dit compartiment qénérateur de protons, contigu au compartiment latéral coté cathode. Dans ce cas, l'on fait circuler dans ce compartiment générateur de protons une solution acide qui apporte les protons. Cette solution acide est avantageusement une solution d'acide minéral fort à une concentration telle que la densité critique de courant de ladite solution d'acide soit supérieure à celle -ic- du compartiment médian.
Le système générateur de protons de chaque motif peut aussi comporter une membrane bipolaire bordant le compartiment latéral coté cathode. La création et l'échange des protons s'effectuent alors au niveau de cette membrane bipolaire par dissociation ionique de l'eau.
Dans le mode de mise en oeuvre sus-évoqué, la solution saline ou basique correspondant au cation du tartrate neutre est recueillie dans un compartiment spécifique et est séparée des autres produits. Comme le produit recherché est l'acide tartrique, cette séparation n'est pas nécessaire et il est possible de mettre en oeuvre le procédé de l'invention selon un autre mode ci-après décrit.
Selon cet autre mode de mise en oeuvre, le réacteur d'électrométathèse est réalisé avec un motif élémentaire formé d'une membrane semi-perméable échangeuse d'anions et d'un système qénérateur de protons constitué par une membrane bipolaire de façon à délimiter pour chaque motif deux compartiments contigus. La solution de tartrate neutre est amenée à circuler dans le compartiment coté anode, ce compartiment ayant également pour fonction de recueillir la solution basique formée. La solution d'acide tartrique est recueillie dans l'autre compartiment. La création et le transfert de protons s'effectuent au niveau de la membrane bipolaire (dissociation ionique de l'eau).
Ainsi, dans le procédé de l'invention, quel que soit le mode de mise en oeuvre, la première étape s'oppose à la voie traditionnelle précédemment décrite puisque le bitartrate est transformé en un sel neutre soluble en vue d'obtenir une solution (et non amené à précipiter comme dans l'art antérieur). Toute base alcaline peut être utilisée pour réaliser cette transformation, mais on choisira de préférence la base alcaline correspondant au cation du bitartrate initial, en particulier l'hydroxyde de potassium lorsque ce bitartrate est le bitartrate de potassium comme c'est le cas pour les sous-produits vinicoles.
La seconde étape du procédé (étape d'électrométathèse) conduit directement à une solution d'acide tartriaue pur à la concentration désirée, sans recours à une nuelconque séparation des produits de la réaction de double décomposition.
Le procédé se réduit ainsi à deux étapes de mise en oeuvre facile, exigeant des installations moins encombrantes et beaucoup moins complexes que les installations traditionnelles (celles-ci se limitant dans le cas de l'invention à une cuve de solubilisation et au réacteur d'électrométathèse à membranes).
Par ailleurs, le procédé de l'invention est avantageusement mis en oeuvre dans les conditions suivantes qui optimisent le rendement électrique de production d'acide tartrique. En premier lieu, on applique de préférence entre l'anode et la cathode du réacteur d'électrométathèse une différence de potentiel telle que la densité de courant dans les compartiments soit comprise entre 0,5 j, et 0,95 ic, où j, est la densité critique du courant correspondant à la concentration de la solution de tartrate neutre. Cette densité critique de courant (ou l'courant limite") est une grandeur bien connue de l'homme de l'art ; différentes méthodes permettent de la déterminer expérimentalement (notamment méthode de Cowan et Brown...) préalablement à la mise en oeuvre. Le choix de la densité de courant dans la plage précitée donne un bon compromis entre la rapidité de formation d'acide tartrique (imposant des densités élevées) et le rendement électrique (décroissant en cas de décomposition de l'eau dans le compartiment contenant le tartrate neutre).
De plus, la réaction d'électrométathèse est de préférence réalisée à une température comprise entre la température ambiante et 600 C. A rendement électrique identique, cette température permet de réduire la surface des membranes, tout en évitant une dégradation de celles-ci. En pratique, une mise en oeuvre à température ambiante est tout à fait satisfaisante.
En outre, la réaction d'électrométathèse est avantageusement mise en oeuvre en faisant circuler la solution de tartrate neutre en circuit fermé de façon à l'appauvrir progressivement eu cours des passages successifs dans le compartiment correspondant.
L'acide tartrique peut être recueilli soit par surverse du compartiment correspondant, soit en l'amenant à circuler en circuit fermé en vue de le recycler dans le compartiment correspondant pour l'enrichir jusqu'à la concentration désirée.
Le premier cas (surverse) conduit à une installation plus simple, mais la concentration de l'acide tartrique obtenue est ajustée une fois pour toute par les caractéristiques dimensionnelles du réacteur d'électrométathèse et les conditions opératoires. Dans le second cas (recyclage), au prix d'équipements de recyclage, on bénéficie d'une maîtrise plus souple de la concentration d'ecide tartrique par ajustement du ~volume des solutions recyclées.
Si la variation de la concentration de la solution d'acide tartrique est iX Cb et la variation de concentration de la solution de tartrate neutreCd, les volumes respectifs de solution d'acide tartrique Vb (volume final) et de solution de tartrate neutre Vd (volume initial) à mettre en oeuvre sont liés par la relation
Vb Cd
Vd a cb .
Vb Cd
Vd a cb .
Il suffit donc pour ajuster la concentration Cb, d'équiper les circuits fermés de circulation d'acide tartrique et de tartrate neutre, de cuves de capacités appropriées et d'ajuster les volumes Vb et Vd.
Dans le cas d'un réacteur à au moins trois compartiments dans lequel une solution saline ou basique est recueillie dans le compartiment latéral coté cathode, l'on amène de préférence cette solution à circuler en circuit fermé en vue de la recycler dans ledit compartiment latéral. Cette mise en oeuvre détermine des économies d'eau, essentielles en pratique, et assure naturellement une conductivité croissante au cours du processus et donc des économies de consommation électrique.
Il est à noter que, en soi, sont connus des réactions d'électrométathèse dans d'autres domaines (par exemple : brevet US 3.787.304 visant à régénérer les bains de décapage de l'acier ; brevet US 4.504.373 visant à réqénérer la soude dans l'índustrie de la rayonne) ; S. Flinn,
Membrane science and technology, p. 150-170, Phenum Press,
New York 1970, visant une réaction d'électrométathèse pour obtenir la forme acide d'un sel à partir de la forme neutre.
Membrane science and technology, p. 150-170, Phenum Press,
New York 1970, visant une réaction d'électrométathèse pour obtenir la forme acide d'un sel à partir de la forme neutre.
Le procédé de production d'acide tartrique conforme à l'invention peut être appliqué pour valoriser des sous-produits vinicoles et traiter soit des effluents de fabrication de moûts concentrés rectifiés ou de moûts électrodialysés qui sont récupérés dans les processus de vinification, soit des tartrates et lies qui sont récupérés dans les caves de vinification ou dans les distilleries.
La description qui suit en référence aux dessins annexés présente, à titre non limitatif, des installations de mise en oeuvre du procédé dans le cadre de cette application et des exemples de mise en oeuvre ; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description
- la figure 1 est un schéma d'installation avec recyclage des solutions,
- la figure 2 est une coupe schématique à échelle dilatée du réacteur d'électrométathèse équipant cette installation, réacteur doté de membranes échangeuses d'anions et de cations et d'un compartiment générateur de protons,
- la figure 3 est un diagramme donnant les courbes de concentration de la solution d'acide tartrique (A) et de concentration de la solution de tartrate neutre (B) en fonction du temps dans le cas de l'exemple 2,
- - la figure 4 est un schéma d'un autre mode de réalisation d'installation avec recueil par surverse de l'acide tartrique,
- la figure 5 est une coupe schématique à échelle dilatée du réacteur équipant l'installation de la figure 4, réacteur doté de membranes échangeuses d'anions et de cations et de membranes bipolaires pour la génération des protons,
- la figure 6 est un schéma d'un autre mode de réalisation d'installation avec recyclage des solutions,
- la figure 7 est une coupe schématique à échelle dilatée du réacteur équipant l'installation de la figure 6, réacteur doté de membranes échanqeuses d'anions et de membranes bipolaires interposées pour la génération des protons.
- la figure 1 est un schéma d'installation avec recyclage des solutions,
- la figure 2 est une coupe schématique à échelle dilatée du réacteur d'électrométathèse équipant cette installation, réacteur doté de membranes échangeuses d'anions et de cations et d'un compartiment générateur de protons,
- la figure 3 est un diagramme donnant les courbes de concentration de la solution d'acide tartrique (A) et de concentration de la solution de tartrate neutre (B) en fonction du temps dans le cas de l'exemple 2,
- - la figure 4 est un schéma d'un autre mode de réalisation d'installation avec recueil par surverse de l'acide tartrique,
- la figure 5 est une coupe schématique à échelle dilatée du réacteur équipant l'installation de la figure 4, réacteur doté de membranes échangeuses d'anions et de cations et de membranes bipolaires pour la génération des protons,
- la figure 6 est un schéma d'un autre mode de réalisation d'installation avec recyclage des solutions,
- la figure 7 est une coupe schématique à échelle dilatée du réacteur équipant l'installation de la figure 6, réacteur doté de membranes échanqeuses d'anions et de membranes bipolaires interposées pour la génération des protons.
Exemple 1
Cet exemple a été mis en oeuvre au moyen d'une installation telle que représentée aux figures 1 et 2.
Cet exemple a été mis en oeuvre au moyen d'une installation telle que représentée aux figures 1 et 2.
Cette installation comprend un bac de dissolution 1 qui reçoit les sous-produits vinicoles destinés à être traités pour fabriquer de l'acide tartrique. Dans les exemples, ces sousproduits provenaient de distilleries et étaient constitués par une solution sursaturée de bitartrate de potassium préalablement clarifiée pour en éliminer les levures.
Cette solution arrive dans le bac 1 par un conduit 2 et est neutralisée par une solution de potasse déversée par un conduit 3. Celle-ci est préalablement préparée à partir de paillettes de potasse (hydroxyde de potassium) de façon à obtenir dans le bac 1 une solution neutre de titre désiré
Une sonde à pH et des analyses par prélèvements permettent de vérifier cette neutralité et ce titre afin d'ajuster l'apport de potasse et d'eau. Le bac 1 est soumis à une agitation continue. (I1 est à noter que le milieu de dissolution peut être constitué par une solution de tartrate épuisée dans une opération précédente).
Une sonde à pH et des analyses par prélèvements permettent de vérifier cette neutralité et ce titre afin d'ajuster l'apport de potasse et d'eau. Le bac 1 est soumis à une agitation continue. (I1 est à noter que le milieu de dissolution peut être constitué par une solution de tartrate épuisée dans une opération précédente).
A partir du bac 1, un conduit 4 alimente une cuve 5 de tartrate neutre soluble (avec un filtrage interposé). Le volume liquide transféré dans la cuve 5 est ajusté à une valeur initiale prédéterminée.
La cuve 5 est éqalement équipée d'un conduit 6 pour recevoir une solution recyclée de tartrate neutre provenant du réacteur d'électrométathèse 7.
En sortie de la cuve 5, un conduit 8 équipé d'une pompe 9 alimente le réacteur d'électrométathese 7 en tartrate neutre.
La solution d'acide tartrique formé dans le réacteur 7 est recueillie par un conduit 10 qui aboutit à une cuve ll d'acide tartrique, de volume défini. Un conduit 12 muni d'une pompe 13 recycle l'acide tartrique dans le réacteur 7.
La solution d'hydrogénosulfate de potassium formée dans le réacteur 7 est recueillie par un conduit 14 qui aboutit à une cuve 15 de volume défini. Un conduit 16 muni d'une pompe 17 recycle cette solution dans le réacteur.
Le réacteur 7 utilisé à cet exemple comprend plusieurs motifs élémentaires tels que M (fiqure 2) qui sont empilés entre deux électrodes : une anode 18 et une cathode 19. Ces électrodes sont reliées à un générateur de courant continu régulé 32. En l'exemple, cinq motifs sont associés dans un montage type "filtre presse doté à deux extrémités de deux compartiments 20 et 21 de rinçage des électrodes. De façon classique, ces compartiments sont alimentés par un circuit 22 de circulation d'une solution d'électrodat (acide sulfurique à une mole par litre en l'exemple), comprenant un réservoir d'électrodat et une pompe de circulation.
Chaque motif élémentaire M comporte 4 membranes : deux membranes échangeuses de cations 23 et 25 et deux membranes échan geuses d'anions 24 et 26 placées en alternance. Ces membranes définissent quatre compartiments (avec la membrane contiquë 27 de motif voisin) : d'une part, trois compartiments : b (latéral coté anode), d (médian), f (latéral coté cathode) dans lesquels circulent respectivement la solution d'acide tartrique, la solution de tartrate neutre et la solution d'hydroqénosulfate ; d'autre part, un compartiment g générateur de protons dans lequel on fait circuler de l'acide sulfurique provenant d'une cuve 28, par un conduit 29 muni d'une pompe 30, avec retour par un conduit 31.
Dans le bac de dissolution 1, le bitartrat#e peu soluble est transformé en tartrate neutre soluble suivant la réaction
<tb> KHC4H406 <SEP> + <SEP> KOH <SEP> , <SEP> K2C4H406 <SEP> <SEP> + <SEP> H20
<tb> (Par la suite, l'ensemble C4H406 sera symbolisé par la lettre T).
<tb> (Par la suite, l'ensemble C4H406 sera symbolisé par la lettre T).
Le tartrate neutre TK7 arrive ensuite dans le réacteur d'électrométathèse où se déroulent les phénomènes suivants
Dans le compartiment d, sous l'effet du champ électrique, les anions tartrates migrent en direction de l'anode 18, franchissent la membrane échangeuse d'anions 24 et pénètrent dans le compartiment b qu'ils ne peuvent quitter car ils rencontrent sur leur trajectoire la membrane échangeuse de cations 23.
Dans le compartiment d, sous l'effet du champ électrique, les anions tartrates migrent en direction de l'anode 18, franchissent la membrane échangeuse d'anions 24 et pénètrent dans le compartiment b qu'ils ne peuvent quitter car ils rencontrent sur leur trajectoire la membrane échangeuse de cations 23.
De même, dans ce même compartiment d, les cations potassiums migrent en direction de l'anode 19, franchissent la membrane échanqeuse de cations 25 et pénètrent dans le compartiment f qu'ils ne peuvent quitter car ils rencontrent sur leur trajectoire la membrane échangeuse d'anions 26.
Dans le compartiment b arrivent les protons qui proviennent du compartiment a du motif voisin après avoir franchi la membrane échanqeuse de cations 23.
De même dans le compartiment f arrivent les anions hydrogénosulfates qui proviennent du tompartoment P après avoir franchi la membrane échangeuse d'anions 26.
Ainsi, par le jeu de ces migrations, les compartiments d et g se sont appauvris respectivement en tartrate neutre et en acide sulfurique tandis que les compartiments b et f se sont enrichis respectivement en acide tartrique et en hydrogénosulfate de potassium. La réaction globale de métathèse est ainsi la suivante
<tb> TK2 <SEP> + <SEP> 2H2S04- > TH2 <SEP> <SEP> + <SEP> 2KHS04 <SEP>
<tb>
Dans ce mode de réalisation, chacun des composants se trouve à l'état pur en solution dans des compartiments différents.
<tb>
Dans ce mode de réalisation, chacun des composants se trouve à l'état pur en solution dans des compartiments différents.
Le volume contenu dans le circuit de tartrate neutre (cuve 5, conduits 6 et 8, compartiments d) est #désigné par Vd et le volume contenu dans le circuit d'acide tartrique (cuve 11, conduits 10 et 12, compartiments b) est désigné par Vb.
Les conditions de mise en oeuvre choisies pour cet exemple 1 ont été les suivantes sur une installation pilote
Pour faciliter initialement le passage de courant dans le réacteur, l'on dispose dans la cuve il de l'eau acidifiée au moyen d'acide tartrique à la concentration de 7,5.10-2 g/l. De même, l'on dispose dans la cuve 15 de l'eau contenant de l'hydrogénosulfate de potassium à la concentration de 6,8.10-2 g/l.
Pour faciliter initialement le passage de courant dans le réacteur, l'on dispose dans la cuve il de l'eau acidifiée au moyen d'acide tartrique à la concentration de 7,5.10-2 g/l. De même, l'on dispose dans la cuve 15 de l'eau contenant de l'hydrogénosulfate de potassium à la concentration de 6,8.10-2 g/l.
Le titre de la solution de tartrate neutre issue du bac 1 est de 15 q/l.
La teneur de l'acide sulfurique disposé dans le bac 28 est de 0,1 mole/l.
Dans cet essai, les volumes initiaux Vb et Vd sont identiaues et de 570 cm3.
Le volume d'acide sulfurique initialement disposé dans la cuve 28 est de 5 litres.
La température est la température ambiante du local (160C).
La tension continue constante appliquée entre les électrodes 18 et 19 est de 10 volts ; après une heure de fonctionnement, la densité de courant dans le réacteur est de 66,5 A/m2 t la densité critique de courant étant B ce moment là de 95 A/m2.
La densité de courant rapportée à la densité critique ic est ainsi de 0,7 et ce rapport est à peu près constant jusqu'à la fin de l'essai.
La durée de l'essai est de 600 minutes.
Au terme de cette durée, les concentrations obtenues sont les suivantes
- solution d'acide tartrique : 9,5 9/1
- solution de tartrate neutre 1,35 g/l
L'analyse de la solution d'acide tartrique faite par spectroscopie UV et par spectroscopie d'émission montre que cette solution est pure (moins de 5 > d'impuretés).
- solution d'acide tartrique : 9,5 9/1
- solution de tartrate neutre 1,35 g/l
L'analyse de la solution d'acide tartrique faite par spectroscopie UV et par spectroscopie d'émission montre que cette solution est pure (moins de 5 > d'impuretés).
Exemple 2
Cet exemple est mis en oeuvre au moyen de l'installation déjà décrite à l'exemple 1 dans les mêmes conditions, à l'exception des qrandeurs suivantes
- volume Vb initial : 215 cm3
- volume Vd initial : 10 litres
- volume d'acide sulfurique : 20 litres
- température ambiante : 260 C
- tension appliquée : 10 volts
- densité du courant au bout d'une heure :
0,8 jc
L'essai est mené pendant 10 heures, et les concentrations de tartrate neutre dans la cuve 5 et d'acide tartrique dans la cuve 11 sont dosées toutes les heures. Les courbes A et B de la figure 3 traduisent les résultats obtenus.
Cet exemple est mis en oeuvre au moyen de l'installation déjà décrite à l'exemple 1 dans les mêmes conditions, à l'exception des qrandeurs suivantes
- volume Vb initial : 215 cm3
- volume Vd initial : 10 litres
- volume d'acide sulfurique : 20 litres
- température ambiante : 260 C
- tension appliquée : 10 volts
- densité du courant au bout d'une heure :
0,8 jc
L'essai est mené pendant 10 heures, et les concentrations de tartrate neutre dans la cuve 5 et d'acide tartrique dans la cuve 11 sont dosées toutes les heures. Les courbes A et B de la figure 3 traduisent les résultats obtenus.
Le rapport des volumes Vb étant beaucoup
Vd plus petit (voisin de 2.10-2), la concentration finale de la solution d'acide tartrique est beaucoup plus élevée, soit 127 g/l (environ 15 fois plus élevée). La teneur finale de la solution de tartrate neutre est de 7 a/l. On vérifie la relation théorique Vb d# #Cd
Vd A Cb (sachant que le volume final Vb est de 390 cm3).
Vd plus petit (voisin de 2.10-2), la concentration finale de la solution d'acide tartrique est beaucoup plus élevée, soit 127 g/l (environ 15 fois plus élevée). La teneur finale de la solution de tartrate neutre est de 7 a/l. On vérifie la relation théorique Vb d# #Cd
Vd A Cb (sachant que le volume final Vb est de 390 cm3).
Exemple 3
Cet exemple a été mis en oeuvre au moyen d'une installation telle que représentée aux figures 4 et 5.
Cet exemple a été mis en oeuvre au moyen d'une installation telle que représentée aux figures 4 et 5.
Cette installation est similaire à la précédente à l'exception des points suivants
Le réacteur d'électrométathèse est constitue de motifs élémentaires M' formé chacun par un empilement de 3 membranes : une membrane bipolaire qénératrice de protons 33, une membrane échangeuse d'anions 34, et une membrane échangeuse de cations 35. Ces membranes délimitent trois compartiments : b' (compartiment latéral coté anode contenant la solution d'acide tartrique), d' (compartiment médian contenant la solution de tartrate neutre), f' (compartiment latéral coté cathode contenant une solution d'hydroxyde de potassium).
Le réacteur d'électrométathèse est constitue de motifs élémentaires M' formé chacun par un empilement de 3 membranes : une membrane bipolaire qénératrice de protons 33, une membrane échangeuse d'anions 34, et une membrane échangeuse de cations 35. Ces membranes délimitent trois compartiments : b' (compartiment latéral coté anode contenant la solution d'acide tartrique), d' (compartiment médian contenant la solution de tartrate neutre), f' (compartiment latéral coté cathode contenant une solution d'hydroxyde de potassium).
Les protons sont fournis dans ce cas par déplacement de l'équilibre ionique de l'eau contenue dans la membrane bipolaire, sous l'influence du champ électrique.
La face génératrice de protons de la membrane bipolaire 33 est tournée vers la cathode, et sa face génératrice d'ions hydroxyde vers l'anode.
La réaction qlobale de métathèse est dans ce cas
<tb> TK2 <SEP> + <SEP> 2H20 <SEP> Ç <SEP> <SEP> THZ <SEP> <SEP> ~+ <SEP> <SEP> 2KOH
<tb>
Les composés récupérés sont de l'acide tartrique comme précédemment et de l'hydroxyde de potassium.
<tb>
Les composés récupérés sont de l'acide tartrique comme précédemment et de l'hydroxyde de potassium.
Le transfert des ions vers le compartiment b' s'accompagne d'un transport d'eau, qui enqendre un débordement de ce compartiment. En l'exemple, ce débordement est utilisé pour recueillir par surverse la solution d'acide tartrique dans une cuve 36
Les deux autres solutions sont comme précédemment amenées à circuler en continu avec recyclage (hien entendu ce mode de réalisation ne nécessite pas la présence d'acide sulfurique pour générer les protons).
Les deux autres solutions sont comme précédemment amenées à circuler en continu avec recyclage (hien entendu ce mode de réalisation ne nécessite pas la présence d'acide sulfurique pour générer les protons).
Les conditions de mise en oeuvre à cet exemple sont les suivantes
- température ambiante : 240 C
- tension appliquée : 25 volts
- densité de courant au bout d'une heure
n,74 ic
- concentration initiale de la solution de
tartrate neutre : 15 g/l
- voltige initial de la solution de tartrate
neutre : 3,2 1
- concentration initiale de la solution
d'acide tartrique : 7,5.10-2 g/l
- concentration initiale de la solution
d'hydroxyde de potassium : 2,8.10-2 g/l
La durée de l'essai est de 600 minutes.Au terme de cette durée, les concentrations ou volume obtenus sont les suivants :
- solution d'acide tartrique : 101 g/l
- volume de solution d'acide tartrique
recueillie par surverse : 50 cm3
- solution de tartrate neutre : 1,2 g/l
- solution d'hydroxyde de potassium
15,1 9/1
Les analyses montrent que la solution d'acide tartrique est pure (moins de 5 S d'impuretés).
- température ambiante : 240 C
- tension appliquée : 25 volts
- densité de courant au bout d'une heure
n,74 ic
- concentration initiale de la solution de
tartrate neutre : 15 g/l
- voltige initial de la solution de tartrate
neutre : 3,2 1
- concentration initiale de la solution
d'acide tartrique : 7,5.10-2 g/l
- concentration initiale de la solution
d'hydroxyde de potassium : 2,8.10-2 g/l
La durée de l'essai est de 600 minutes.Au terme de cette durée, les concentrations ou volume obtenus sont les suivants :
- solution d'acide tartrique : 101 g/l
- volume de solution d'acide tartrique
recueillie par surverse : 50 cm3
- solution de tartrate neutre : 1,2 g/l
- solution d'hydroxyde de potassium
15,1 9/1
Les analyses montrent que la solution d'acide tartrique est pure (moins de 5 S d'impuretés).
Exemple 4
Cet exemple est mis en oeuvre au moyen d'une installation telle que représentée aux figures 6 et 7. Cette installation est similaire à celle de l'exemple 3 (représentée aux figures 4 et 5) à l'exception des points suivants
L'hydroxyde de potassium se trouvant en solution mélangé avec le tartrate neutre de potassium, cette installation comprend, non pas un circuit spécifique de circulation d'hydroxyde, mais un circuit commun 37 de circulation d'hydroxyde et de tartrate neutre.
Cet exemple est mis en oeuvre au moyen d'une installation telle que représentée aux figures 6 et 7. Cette installation est similaire à celle de l'exemple 3 (représentée aux figures 4 et 5) à l'exception des points suivants
L'hydroxyde de potassium se trouvant en solution mélangé avec le tartrate neutre de potassium, cette installation comprend, non pas un circuit spécifique de circulation d'hydroxyde, mais un circuit commun 37 de circulation d'hydroxyde et de tartrate neutre.
Le réacteur d'électrométathèse est constitué de motifs élémentaires F5" formé chacun par un empilement d'une membrane semi-perméable échangeuse d'anions 38 et d'une membrane bipolaire 39, cette dernière faisant office de générateur de protons. Ces membranes délimitent pour chaque motif deux compartiments continus : b" (compartiment coté cathode contenant la solution d'acide tartrique formée) et df" (compartiment coté anode contenant la solution de tartrate neutre et d'hydroxyde de potassium).
Comme précédemment, la solution d'acide tartrique est recueillie par surverse. Les deux autres composés sont dans ce cas mélangés et amenés à circuler en continu dans le circuit 37.
Les conditions de mise en oeuvre à cet exemple sont les suivantes :
- température ambiante : 220 C
- tension appliquée : 18 volts
- densité de courant au bout d'une heure
n,80 ic
- concentration initiale de la solution de
tartrate neutre : 15 g/l
- volume initial de la solution de tartrate
neutre : 1,71 1
- concentration initiale de la solution
d'acide tartrique : 7,5.10-2 g/l
La durée de l'essai est de 240 minutes. Au terme de cette durée, les concentrations obtenues sont les suivantes
- solution d'acide tartrique : 33,2 g/l
- volume de solution d'acide tartrique
recueilli par surverse : 20 cm3
- concentration de l'ion tartrate dans le
mélange tartrate neutre/potasse : 6,44 g/l
Les analyses montrent que la solution d'acide tartrique est pure (moins de 5 S d'impuretés).
- température ambiante : 220 C
- tension appliquée : 18 volts
- densité de courant au bout d'une heure
n,80 ic
- concentration initiale de la solution de
tartrate neutre : 15 g/l
- volume initial de la solution de tartrate
neutre : 1,71 1
- concentration initiale de la solution
d'acide tartrique : 7,5.10-2 g/l
La durée de l'essai est de 240 minutes. Au terme de cette durée, les concentrations obtenues sont les suivantes
- solution d'acide tartrique : 33,2 g/l
- volume de solution d'acide tartrique
recueilli par surverse : 20 cm3
- concentration de l'ion tartrate dans le
mélange tartrate neutre/potasse : 6,44 g/l
Les analyses montrent que la solution d'acide tartrique est pure (moins de 5 S d'impuretés).
Claims (15)
1/ - Procédé de fabrication d'acide tartrique à partir d'un bitartrate, caractérisé en ce qu'il consiste à à8 neutraliser au moyen d'une base alcaline ou d'ammoniaque le bitartrate en vue de le transformer en un tartrate neutre soluble et de le mettre en solution aqueuse,
à à constituer un réacteur d'électrométathèse comprenant au moins un motif élémentaire formé de membranes semi-perméables alternativement échangeuses d'anions et de cations et d'un système générateur de protons, agencés de façon à délimiter trois compartiments contigus, un médian et deux latéraux, soumis à une différence de potentiel continue engendrée par une anode et une cathode situées aux extrémités, à à8 faire circuler la solution de tartrate neutre dans le compartiment médian de chaque motif,
-. à recueillir dans le compartiment latéral coté anode, la solution d'acide tartrique formé et dans le compartiment latéral coté cathode, une solution saline ou basique correspondant au cation du tartrate neutre.
2/ - Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
l'on constitue un réacteur d'électrométathèse dans lequel le système générateur de protons de chaque motif comporte une membrane échangeuse d'ions délimitant un compartiment générateur de protons, contigu au compartiment latéral coté cathode,
. l'on fait circuler une solution acide dans ledit compartiment générateur de protons.
3/ - Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on fait circuler dans le compartiment générateur de protons une solution d'acide minéral fort à une concentration telle que la densité critique de courant de ladite solution d'acide soit supérieure à celle -ic- du compartiment médian.
4/ - Procédé de fabrication selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on constitue un réacteur d'électrométathèse dans lequel le système générateur de protons de chaque motif comporte une membrane bipolaire bordant chaque compartiment latéral.
5/ - Procédé de fabrication d'acide tartrique à partir d'un bitartrate, caractérisé en ce qu il consiste
à à neutraliser au moyen d'une base alcaline ou d'ammoniaque le bitartrate en vue de le transformer en un tartrate neutre soluble et de le mettre en solution aqueuse,
à à constituer un réacteur d'électrométathèse comprenant au moins un motif élémentaire formé d'une membrane semi-perméable échangeuse d'anions et d'un système générateur de protons constitué par une membrane bipolaire, de façon à délimiter pour chaque motif deux compartiments contigus soumis à une différence de potentiel continue engendrée par une anode et une cathode situées aux extrémités,
è à faire circuler la solution de tartrate neutre dans le compartiment coté anode,
g à recueillir dans l'autre compartiment la solution d'acide tartrique formé.
6/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la neutralisation est réalisée au moyen de la base alcaline correspondant au cation du bitartrate initial, en particulier l'hydroxyde de potassium pour le bitartrate de potassium.
7/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que l'on applique entre l'anode et la c a t h o e du réacteur d'électrométathèse une différence de potentiel telle que la densité de courant dans les compartiments soit comprise entre 0,5 ic et 0,95 jc, où j, est la densité critique du courant correspondant à la concentration de la solution de tartrate neutre.
8/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que :
on fait circuler la solution de tartrate neutre en circuit fermé de façon à l'appauvrir progressivement au cours des passages successifs dans le compartiment correspondant,
on recueille la solution d'acide tartrique par surverse du compartiment correspondant.
9/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que
on fait circuler la solution de tartrate neutre en circuit fermé de façon à l'appauvrir progressivement au cours des passages successifs dans le compartiment correspondant,
on recueille la solution d'acide tartrique et on l'amène à circuler en circuit fermé en vue de la recycler dans le compartiment correspondant pour l'enrichir jusqu'à la concentration désirée.
10/ - Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on prévoit un circuit fermé de circulation de la solution d'acide tartrique et un circuit fermé de circulation de la solution de tartrate neutre, permettant de faire circuler des volumes respectifs de solution Vb et Vd tels que le rapport de ces volumes Vb
Vd soit proportionnel au rapport des variations de concentration
Li Cd où aCh est la variation de concentration de la
a Cb solution d'acide tartrique désirée et iLCd la variation de concentration de la solution de tartrate neutre.
11/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9 ou 10 dans lequel on recueille dans le compartiment latéral coté cathode, la solution saline ou basique correspondant au cation du tartrate neutre, caractérisé en ce qu'on amène cette solution à circuler en circuit fermé en vue de la recycler dans ledit compartiment latéral.
12/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la réaction d'électrométathèse est réalisée à une température comprise entre la température ambiante et 600 C.
13/ - Application du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 12 pour le traitement d'effluents de fabrication de moûts concentrés rectifiés ou de moûts électrodialysés, récupérés dans un processus de vinification.
14/ - Application du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 12 pour le traitement de tartrates et lies, récupérés dans des caves de vinification.
15/ - Application du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 12 pour le traitement de lies et tartrates récupérés dans des distilleries.
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| FR8906141A FR2646421B1 (fr) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | Procede de fabrication d'acide tartrique a partir d'un bitartrate et applications pour la valorisation de sous-produits vinicoles |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8906141A FR2646421B1 (fr) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | Procede de fabrication d'acide tartrique a partir d'un bitartrate et applications pour la valorisation de sous-produits vinicoles |
Publications (2)
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Family
ID=9381546
Family Applications (1)
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| FR8906141A Expired - Lifetime FR2646421B1 (fr) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | Procede de fabrication d'acide tartrique a partir d'un bitartrate et applications pour la valorisation de sous-produits vinicoles |
Country Status (1)
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