NL9202149A - Werkwijze en inrichting voor het scheiden van een mengsel of het extraheren van een materiaal. - Google Patents

Description

Titel:

Werkwijze en inrichting voor het scheiden van een mengsel of het extraheren van een materiaal.

De uitvinding betreft een werkwijze, zoals superkritische extractie, voor het scheiden van een mengsel of het extraheren van een materiaal, waarbij men tenminste de volgende stappen uitvoert: a) behandelen van het mengsel of het materiaal met een extractiefluïdum in een behandelingsvat, waarbij dit extractiefluïdum produkt uit het mengsel of materiaal meesleept, wat een beladen extractiefluïdum oplevert, dat uit het behandelingsvat wordt afgevoerd, b) afscheiden van produkt uit het beladen extractiefluïdum, hetgeen een aan produkt verarmd extractiefluïdum oplevert, c) vergroten van de dichtheid van het verarmde extractiefluïdum van stap b) en terugvoer daarvan naar het behandelingsvat.

Een dergelijke werkwijze is algemeen bekend. Bijvoorbeeld bij superkritische extractie neemt een superkritisch fluïdum, dwz. een fluïdum, zoals kooldioxide, in superkritische toestand, met hoge dichtheid in een behandelingsvat produkt uit een mengsel of materiaal op. Vervolgens wordt het aan produkt verrijkte extractiefluïdum uit het behandelingsvat afgevoerd, waarna de druk van het fluïdum wordt verlaagd, waardoor de dichtheid (en daarmee het oplossend vermogen hiervan) afneemt, zodat produkt uit het extractiefluïdum wordt afgescheiden. Afscheiding van produkt uit het extractiefluïdum is onder omstandigheden, zoals bij hoge drukken van bijvoorbeeld 300 bar, ook mogelijk door de dampspanning te verlagen door de temperatuur te verlagen. Na de afscheidingsstap wordt de dichtheid (en daarmee het oplossend vermogen) van het aan produkt verarmde extractiefluïdum vergroot door dit fluïdum te comprimeren, waarna het extractiefluïdum weer naar het behandelingsvat wordt gevoerd om produkt op te nemen. Het grotendeels onder hoge druk staande extractiefluïdum wordt hierbij door middel van pompen en compresssoren getransporteerd. Waarbij tijdens het gehele proces zeer grote drukverschillen in het extractiefluïdum optreden.

Het nadeel van de bekende werkwijze is dat aan de benodigde pompen en compressoren, mede tengevolge van de hoge werkdruk, hoge eisen worden gesteld. Verder zijn de benodigde compressoren en pompen zeer kostbaar en verbruiken ze bovendien veel energie.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel deze nadelen op te heffen. Dit wordt bereikt doordat in stap c) de dichtheid van het verarmde extractiefluïdum wordt vergroot door dit fluïdum te koelen, en doordat dit extractiefluïdum wordt verhit op een plaats in de ruimte, die bijvoorkeur lager ligt dan de plaats waar het koelen van stap c) wordt uitgevoerd. Met stuwmiddelen, zoals ventilatoren, kan het transport van het extractiefluïdum zo nodig worden bevorderd.

Door het extractiefluïdum op deze wijze te koelen en te verhitten, worden enerzijds de voor het extractieproces benodigde dichtheidsverschillen van het extractiefluïdum teweeg gebracht, anderzijds ontstaat er een natuurlijke convectie, die verrasenderwijs het transport van het extractiefluïdum tussen de verschillende stappen bewerkstelligt. Deze natuurlijke convectie is toe te schrijven aan de dichtheidsverschillen en/of temperatuursverschillen. Hierdoor zijn pompen en compressoren om het extractiefluïdum tussen de verschillende stappen te transporteren overbodig.

Het verhitten van het extractiefluïdum vindt bij voorkeur voor en/of na het behandelingsvat plaats. Door het extractiefluïdum voor het behandelingsvat te verhitten, is het exttractiefluïdum op een voor extractie geschikte temperatuur te brengen, terwijl door verhitting na het behandelingsvat de belading van het extractiefluïdum kan worden verkleind. Door op tenminste een van deze plaatsen te verwarmen, wordt een natuurlijke circulatie van het extractiefluïdum teweeggebracht.

Maar ook kan het verhitten van het extractiefluïdum in, bij voorkeur bovenin, het behandelingsvat plaats vinden. Hierdoor wordt op voordelige wijze in het behandelingsvat een reflux teweeg gebracht, waardoor een scheidingsvat met een extra voorzieningen voor de reflux naar het behandelingsvat overbodig is. Scheidingsvat en behandelingsvat kunnen dan worden geïntegreerd.

Volgens de uitvinding kan het extractiefluïdum op voordelige wijze in stap b) worden verhit. Door het verhitten wordt de dichtheid verlaagd, waardoor produkt uit het beladen extractiefluïdum wordt afgescheiden. Door tijdens stap b) te verhitten wordt dus het voor het transport van het extractiefluïdum benodigde verhitten op voordelige wijze gecombineerd Biet het afscheiden van produkt.

Volgens een verdere voordelige werkwijze volgens de uitvinding wordt het extractiefluïdum na het koelen van stap c) in een buffer geleid, en vanuit dit buffer teruggevoerd naar het behandelingsvat, waarbij de af voer van het buffer lager ligt dan de toevoer van het buffer. In een dergelijk buffer wordt ten gevolge van de zwaartekracht door het extractiefluïdum een druk opgebouwd, die het transport naar het behandelingsvat bevordert. Een dergelijk buffer kan bijvoorbeeld een vertikaal opgesteld cilindervormig element, zoals een buis omvatten.

Volgens de uitvinding is het zeer voordelig als het koelen in stap c) en het op een lagere plaats verhitten van het extractiefluïdum plaats vindt met behulp van warmte-uitwisselaars. Met dergelijke warmte-uitwisselaars laat de temperatuur van het extractiefluïdum, en dus het extractieproces en het transport van het extractiefluïdum zich gemakkelijk regelen.

Het is hierbij zeer voordelig als enerzijds het extractiefluïdum door deze warmte-uitwisselaars stroomt, en anderzijds een hulpfluïdum, waarbij deze fluïda de warmte-uitwisselaars in tegengestelde richting doorstromen. Het hulpfluïdum kan hierbij op in hoofdzaak atmosferische omstandigheden worden gehouden, hetgeen zeer voordelig is met betrekking tot de voor het hulpfluïdum benodigde pompen, leidingen, verwarmings-en/of koelmiddelen etc. Het is hierbij extra voordelig als het hulpfluïdum in een rondgaande kring, waarin de warmte-uitwisselaars zijn opgenomen, wordt rondgetransporteerd. Op deze wijze wordt de in Stap c) uit het extractiefluïdum opgenomen warmte benut om het extractiefluïdum op een lagere plaats in de ruimte te verhitten. Hetgeen de voor het uitvoeren van de werkwijze benodigde toe te voeren energie vermindert.

Verder is het volgens de uitvinding zeer voordelig als men de temperatuur van het hulpfluïdum regelt door dit te verhitten en/of te koelen. Op deze wijze is via het hulpfluïdum het scheidings- of extractieproces op energetisch gunstige wijze te regelen.

Volgens de uitvinding is het zeer voordelig als het maximale drukverschil van het extractiefluïdum ten hoogste vijf bar is, of als het maximale drukverschil (APmax) van het extractiefluïdum voldoet aan de betrekking: APmax £ Hk x g x pk waarbij Hk de hoogte is waarop het koelen van stap c) plaatsvindt, g de gravitatieversnelling, en pk de dichtheid van het extractiefluïdum na het koelen van stap c).

Dergelijke geringe drukverschillen zijn verrassenderwijs voldoende om het extractiefluïdum tussen de verschillende stappen te transporteren, waarbij deze drukverschillen doormiddel van verhitten en koelen en/of eenvoudige stuwmiddelen in stand zijn te houden. Met maximaal drukverschil van het extractiefluïdum wordt hierbij het grootste drukverschil bedoeld tussen twee plaatsen in het circuit, waardoor het extractiefluïdum wordt getransporteerd.

Verder betreft de uitvinding een inrichting voor het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding. Een dergelijke inrichting omvat: een behandelingsvat, waarin het extractiefluïdum produkt uit het mengsel of materiaal opneemt, afscheidingsmiddelen om in het extractiefluïdum opgenomen produkt hieruit af te scheiden, hetgeen een aan produkt verarmd extractiefluïdum oplevert, koelmiddelen om het verarmde extractiefluïdum te koelen, en verwarmingsmiddelen om het extractiefluïdum te verhitten.

De koelmiddelen zijn hierbij aangebracht op een plaats in de ruimte, die hoger ligt dan die van de verwarmingsmiddelen. En de verwarmingsmiddelen zijn bij voorkeur vlak voor en/of na het behandelingsvat, en/of hierin, aangebracht. Verder is het voordelig als de scheidingsmiddelen verwarmingsmiddelen omvatten.

Volgens een voordelige uitvoeringsvorm omvat de inrichting een buffer met een vanaf de koelmiddelen komende toevoer en een naar het behandelingsvat gaande afvoer, waarbij de afvoer lager ligt dan de toevoer. In een dergelijk buffer, bijvoorbeeld in de vorm van een zich in vertikale richting uitstrekkend buisvormig deel, wordt, zoals in een watertoren, onder invloed van de zwaartekracht een druk opgebouwd, die het transport van het fluïdum bevordert.

Bij een inrichting volgens de uitvinding omvatten de koel- en verwarmingsmiddelen bij voorkeur tenminste twee warmte-uitwisselaars, die op voordelige wijze in tegengestelde richting worden doorstroomd, enerzijds door het extractiefluïdum, en anderzijds door een hulpfluïdum, dat in een in hoofzaak gesloten kring wordt rondgeleid. Door middel van in deze kring aangebrachte regelbare, extra koel- en verwarmingsmiddelen is het gehele scheidingsproces via het hulpfluïdum te regelen.

In het nu volgende zal de uitvinding aan de hand van een tekening nader worden toegelicht. Hierin toont: - figuur 1 in schematische weergave een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting voor de werkwijze volgens de uitvinding, figuur 2 in schematische weergave een tweede ui tvoeringsvoorbeeld vein een inrichting voor de werkwijze volgens de uitvinding, en figuur 3 in schematische weergave een derde uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting voor de werkwijze volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een schematische weergave van een extractie-proces en inrichting voor het scheiden van produktmengsels, waarbij de vereiste zuiverheid van zowel het uiteindelijke topprodukt als het uiteindelijke bodemprodukt worden bereikt, door een gedeelte van het topprodukt terug te voeren naar het behandelingsvat. Hierbij wordt met toevoermiddelen 1 (omvattende een pomp en leidingen) bij punt 50 een mengsel aan het behandelingsvat 2 toegevoerd. Dit behandelingsvat, waarin stap a) plaatsvindt, omvat een gepakte kolom, waaraan via leiding 3 extractiefluïdum wordt toegevoerd. Dit extractiefluïdum neemt in het behandelingsvat produkt uit het mengsel op.

Vervolgens wordt dit beladen extractiefluïdum via leidingen 4 naar een warmte-uitwisselaar 5 gevoerd, waar stap b) plaats vindt. In warmte-uitwisselaar 5 wordt het beladen extractiefluïdum verhit, waardoor de dichtheid van het extractiefluïdum afneemt, en hieruit tenminste een gedeelte van het hierin opgenomen produkt wordt via leiding 51 afgescheiden. Dit afgescheiden produkt wordt door middel van een overloopinrichting 12 gesplitst in topprodukt, dat via leiding 43 naar een opslag wordt gevoerd, en een stroom, die via leiding 44 naar het behandelingsvat wordt teruggevoerd, zodat er bovenin het behandelingsvat een vloeistofstroom ontstaat, die in tegenstroom is met het extractiefluïdum. Het bodemprodukt wordt via leiding 42 naar een opslag gevoerd.

Na warmte-uitwisselaar 5 gaat het van produkt ontdane of aan produkt verarmde extractiefluïdum via leidingen 6 verder naar warmte-uitwisselaar 7· In warmte-uitwisselaar 7 vindt vervolgens stap c) plaats. Het extractie-fluïdum wordt hier gekoeld, waarbij de dichtheid van het extractiefluïdum toeneemt. Vanuit de warmte-uitwisselaar 7 wordt het gekoelde extractiefluïdum via leiding 8 van bovenaf aan het buffer 9 toegevoerd. Het extractiefluïdum verzamelt zich in dit buffer op een manier zoals in een watertoren, waardoor onder in het buffer 9 een hogere druk ontstaat dan boven in het buffer. Deze druk bevordert de af voer van extractiefluïdum uit het buffer 9 via leidingen 10 en 3 naar het behandelingsvat 2. Door middel van warmte-uitwisselaar 11 is het extractiefluïdum op een voor de behandeling in het behandelingsvat 2 geschikte temperatuur te brengen door het extractiefluïdum hiermee te verhitten (of eventueel te koelen).

Volgens de uitvinding is de warmte-uitwisselaar 7. waarin het koelen van stap c) plaats vindt, hoger gelegen dan warmte-uitwisselaar 5. waarin het extractiefluïdum wordt verhit. (Hierbij wordt met hoger gelegen de plaats ten opzicht van bijvoorbeeld de grond bedoeld, dwz. warmte-uitwisselaar 7 is bijvoorbeeld 20 meter boven de grond aangebracht en warmte-uitwisselaar 5 bijvoorbeeld 5 meter lager, op 15 meter boven de grond.) Door geschikte plaatsing van warmte-uitwisselaar 7 boven warmte-uitwisselaar 5 en de werking van deze warmte-uitwisselaars wordt in het extractiefluïdum een natuurlijke convectie teweeggebracht, welke voldoende is om de weerstand van leidingen, behandelingsvat, warmte-uitwisselaars etc. te overwinnen, zodat het extractiefluïdum ten gevolge van deze natuurlijke convectie van de ene stap naar de andere stap wordt getransporteerd.

De warmte-uitwisselaars 5« 7 sn 11 worden enerzijds doorstroomd door het extractiefluïdum en anderzijds door een hulpfluïdum, dat door een in hoofdzaak gesloten kring van leidingen 20-26 tegen de klok in wordt rondgepomt door middel van een pomp 30· Verder zijn in de kring voor het hulpfluïdum extra koel- en verwarmingsmiddelen 31» 32 en 33 (waarvan 31 koelt, 32 verhit en 33 koelt of verhit) opgenomen, waarmee de temperatuur van het hulpfluïdum is te regelen. Door middel van het hulpfluïdum en de extra koel- en verwarmingsmiddelen is op energetisch voordelige wijze het gehele proces te regelen.

Op het hoogste punt in het circuit van het extractiefluïdum, kan een klep 4l worden geopend, zodat hier opgehoopte gassen, zoals stikstof en zuurstof, kunnen worden afgevoerd. Op het laagste punt van het circuit is een soortgelijke klep 40 aangebracht om door het extractiefluïdum meegevoerd (onoplosbaar) materiaal te kunnen afvoeren. Door leiding 52 kan inert gas direct vanuit buffer 9 naar klep 4l stromen. Bovendien zorgt deze leiding 52 ervoor, dat er een constant drukverschil over warmtewisselaar 7 staat, zodat er geen terugstroming in de warmtewisselaar plaatsvindt. Dit laatste kan met name een probleem zijn bij twee fasen stromingen zoals in het nog te beschrijven voorbeeld 2.

In het circuit voor het extractiefluïdum zijn geen compressoren en pompen nodig, welke tengevolge van de hoge werkdruk zeer complex en kostbaar zouden zijn. Voor de in het circuit van het hulpfluïdum opgenomen pomp, extra verwarmings- en koelmiddelen zijn, tengevolge van de hier heersende bij benadering atmosferische omstandigheden, betrekkelijk eenvoudige en goedkope middelen te gebruiken.

Figuur 2 toont schematisch een inrichting en proces volgens de uitvinding, welke in hoofdzaak van die in figuur 1 verschillen in dat warmte-uitwisselaar 5 is vervangen door een verdampingsvat 5' mét daarin een door het hulpfluïdum doorstroomd verwarmingselement 55· De overige verwijzingscijfers zijn dan ook hetzelfde. De inrichting en het proces volgens figuur 2 zijn in het bijzonder geschikt om bij afvoer 42 een zuiver bodemprodukt te verkrijgen.

Figuur 3 toont schematisch een inrichting en proces volgens de uitvinding, welke in hoofdzaak van die in figuur 1 verschillen in dat warmte-uitwisselaar 5 is vervangen door twee absorptievaten 5"» waarin stap b) plaats vindt. Daar het hulpfluïdum hierbij in stap b) geen warmte met het extractiefluïdum hoeft uit te wisselen, is het circuit van het hulpfluïdum enigszins gewijzigd. Vanaf warmte-uitwisselaar 7 wordt het hulpfluïdum nu via leiding 22'' direct naar pomp 30 geleid, vanaf pomp 30 via leiding 23’' naar een verwarmings- (of eventueel koel-) middel 32", en vervolgens via leiding 2k" naar warmte-uitwisselaar 11, waarmee het extractiefluïdum wordt verwarmd. Tussen warmte-uitwisselaar 11 en warmte-uitwisselaar 7 komt het circuit van het hulpfluïdum overeen met dat in figuur 1. Verder monden de toevoermiddelen 1 uit aan de bovenzijde van het behandelingsvat. Bij de absorptievaten 5'' zijn kleppen 60 en 61 en leidingen 62-65 aangebracht om het extractiefluïdum naar keuze door het ene of andere absorptievat te leiden.

Een inrichting of proces volgens figuur 3 is bijvoorbeeld geschikt om vervuilingen of verontreinigingen uit processtromen te verwijderen. Hierbij worden vervuilingen of verontreinigingen in een absorptievat, met bijvoorbeeld een silicagelbed en/of aktief koolstofbed verwijderd uit het extractiefluïdum, dat in het behandelingsvat is beladen met vervuilingen of verontreinigingen uit de via toevoermiddelen 1 toegevoerde processtroom. Indien een absorptiebed is verzadigd kan door middel van kleppen 60 en 6l worden overgeschakeld op het absorptiebed in het andere absorptievat, waarbij daarna het eerste absorptiebed of vat kan worden vervangen of gereinigd.

VOORBEELD 1

Met een inrichting volgens figuur 1 is bijvoorbeeld een vluchtige component uit een mengsel van minder vluchtige componenten te scheiden, waarbij kooldioxide als extractiefluïdum wordt gebruikt. Een voorbeeld hiervan is de in de (petro-)chemische industrie veel voorkomende scheiding van alkaanmengsels. Via toevoermiddelen 1 wordt aan het behandelingsvat (extractiekolom) 2 een voedingsstroom met mengsel toegevoerd, welke bestaat uit 25# tetradecaan (moleculair gewicht 198), 25# hexadecaan (moleculair gewicht 226) en 50# zwaardere componenten. De condities bij het afscheiden van tetradecaan uit dit mengsel zijn: extractiefluïdum: kooldioxide met gemiddelde druk 100 bar

behandelingsvat 2: temperatuur T2 = 40°C

dichtheid extractiefluïdum p2 = 623 kg/m3 leiding 6: temperatuur = 80°C

dichtheid extractiefluïdum p6 = 221 kg/m3 buffer 9· temperatuur T9 = 5°C

dichtheid extractiefluïdum p9 = 948 kg/m3 plaats warmte-uitwisselaar 11: zu = 0 m (op de grond) plaats warmte-uitwisselaar 5: z5 = 20 m (boven de grond) plaats warmte-uitwisselaar z7 = 25 m (boven de grond)

Hierbij kan het voor transport van het extractiefluïdum beschikbare drukverschil (ΔΡ) worden berekend via :

waarin g de gravitatie-versnelling is.

De zuiverheden die met dit proces zijn te bereiken, kunnen via standaardmethodes worden berekend. De relatieve oplosbaarheid van tetradecaan ten opzichte van hexadecaan in het extractiefluïdum bedraagt bij de gegeven condities 1,37· Dit betekent dat in.de fluïdumfase 1,37 keer zoveel tetradecaan als hexadecaan oplost. Wanneer er via overloopinrichting 12 en leiding 44 negentien maal zoveel naar het behandelingsvat 2 wordt teruggevoerd als er via leiding 43 als topprodukt wordt afgevoerd, kunnen de volgende composities, uitgedrukt in gewichtsprocenten, worden berekend:

De topstroom door leiding 43 bevat 20,8% van het door leiding 50 aan het behandelingsvat toegevoerde mengsel. De compositie van het topproduct dat via leiding 43 wordt afgevoerd, is na verwijdering van de kooldioxide uit dit topprodukt:

Tetradecaan: 99,0%

Hexadecaan: 1,0%

De bodemstroom door leiding 42 bevat 79,2.% van het door leiding 50 in het behandelingsvat binnenkomende mengsel. De compositie van het bodemproduct dat via leiding 42 wordt afgevoerd, is na verwijdering van de kooldioxide uit dit topprodukt:

Tetradecaan: 5 * 6#

Hexadecaan: 31.3#

Zwaardere Alkanen: 63,1#

De compositie van het via leiding 6 naar de buffer afgevoerde extractiefluïdum is:

Tetradecaan: 0,42#

Hexadecaan: 0,00l6# (16 ppm)

Kooldioxide: 99.58#·

In de vloeistof stroom, die in de kolom naar beneden stroomt en via leiding 42 wordt afgevoerd, is 40# kooldioxide opgelost. In de stroom, die in de warmtewisselaar 5 naar beneden stroomt, is 18# kooldioxide opgelost. De benodigde massa kooldioxide is 34 maal de massa van het via toevoermiddelen 1 als voeding toegevoerde mengsel. Voor de scheiding zijn 35 evenwichtstrappen nodig, waarvan er. 23 boven het punt 50» waar het als voeding toegevoerde mengsel het behandelingsvat binnen komt, en 12 onder het punt 50 zijn aangebracht. Ervan uitgaande dat voor een evenwichtstrap gemiddeld 50 cm pakking nodig is, betekent dit dat de totale gepakte hoogte van de kolom 17,5 m is. De in het bovenstaande beschreven scheidingswijze is in het bijzonder voordelig om een zuivere topstroom te creëren.

VOORBEELD 2

Met een inrichting volgens figuur 2 zijn vervuilingen uit stromen te verwijderen, waarbij in het bijzonder aan het bodemprodukt specifieke eisen, zoals grote zuiverheid, kunnen worden gesteld. Voorbeelden zijn de verwijdering van oplosmiddelen uit polymeren of de zuivering van grote produktstromen, die kleine vervuilingen bevatten. Een voorbeeld van de zuivering van grote produktstromen is de verwijdering van 0,1 # (1000 ppm) methylnaftaleen (moleculair gewicht 142) uit 99.9# octadecaan (moleculair gewicht 255) met behulp van kooldioxide. De vereiste zuiverheid wordt bereikt door de kooldioxide in een drie-fasen-systeem op te werken, zoals in verdampingsvat 5' van figuur 2 is geïllustreerd. Het procédé speelt zich in dit geval af onder de kritische temperatuur en druk, en is dus niet superkritisch. In het drie-fasen-systeem wordt de middelste fase 71 continu met vloeibaar aan produkt verrijkt kooldioxide uit het behandelingsvat 2 gevoed. De kooldioxide wordt door middel van verwarmingsspiraal 55 verdampt, zodat een gasvormige topfase 72 ontstaat. Doordat de gasvormige kooldioxide een veel kleinere dichtheid heeft, zal het aanzienlijk minder opgenomen (geextraheerd) produkt kunnen bevatten dan de vloeibare kooldioxide, waardoor een zuivere gasvormige topfase wordt verkregen. Door de verdamping van de kooldioxide zal de middelste fase oververzadigd raken met extractieproduct, waardoor het uit de oplossing condenseert en een zwaardere bodemfase 70 vormt. Bodemfase 70 bevat een relatief kleine hoeveelheid kooldioxide, zodat een zuiver extractieprodukt wordt verkregen. De condities waarbij deze scheiding wordt uitgevoerd zijn: extractiefluïdum: kooldioxide met gemiddelde druk 60 bar

behandelingsvat 2: temperatuur T2=22°C

dichtheid extractiefluïdum p2=753 kg/m3 leiding 6: temperatuur 1^=22eC

dichtheid extractiefluïdum p6=209 kg/m3 buffer 9: temperatuur T9=OeC

dichtheid extractiefluïdum p9=949 kg/m3 plaats warmte-uitwisselaar 11: zu = 0 m (op de grond) plaats warmte-uitwisselaar 3' z5 = 20 m (boven de grond) plaats warmte-uitwisselaar 7' z7 = 25 m (boven de grond)

Het voor transport van het extractiefluïdum beschikbare drukverschil kan hierbij worden berekend via :

waarin g de gravitatieversnelling is.

De vereiste zuiverheid van het eindprodukt is zodanig, dat de gerecirculeerde kooldioxide in het verdampingsvat 5' via een drie-fasen-systeem wordt opgewerkt, zodat de onderin in het behandelingsvat 2 toegevoerde kooldioxide de gezuiverde octadecaan niet vervuilt. De relatieve oplosbaarheid van methylnaftaleen als octadecaan in het extractiefluïdum bedraagt onder deze condities 1,7. Dit betekent dat in het extractiefluïdum 1,7 keer zoveel methylnaftaleen ten opzichte van octadecaan oplost. Wanneer er via overloopinrichting 12 een reflux van 300 naar de bovenzijde van het behandelingsvat 2 wordt gerealiseerd, kunnen de volgende composities uitgedrukt in gewichtsprocenten, worden berekend:

De topstroom door leiding 43 bevat 0,3% van de door leiding 50 het behandelingsvat 2 binnenkomende produkstroom. Het topprodukt dat via leiding 43 wordt afgevoerd en zich als onderste fase in het verdampingvat bevindt heeft, na verwijdering van de kooldioxide uit dit topprodukt, de compositie:

Methylnaftaleen: 10#

Octadecaan: $0%

De vloeibare kooldioxide dat als middelste fase 71 in verdampingsvat 5' aanwezig is heeft de compositie:

Methylnaftaleen: 0,51%

Octadecaan: 3,0%

Kooldioxide: 96,435·

De gasvormige kooldioxide, die als topfase 12 in het verdampingsvat 5’ aanwezig is en via leiding 6 wordt afgevoerd, heeft als compositie: Methylnaftaleen: 3»8ppm

Octadecaan: 4,9ppm

Kooldioxide: 99.99913#

De bodemstroom door leiding 42 bevat 99,5# van de door leiding 50 aan hetbehandelingsvat 2 toegevoerde produktstroom. De compositie van het bodemprodukt dat via leiding 42 wordt afgevoerd is, na verwijdering van de kooldioxide uit dit topprodukt:

Methylnaftaleen: 5 ppm

Octadecaan: 99.9995#-

Het zo verkregen bodemprodukt is zeer zuiver. De benodigde massa kooldioxide is 30 maal de massa van de via toevoermiddelen 1 toegevoerde voeding. In de vloeistofstroom, die zich in het behandelingsvat naar beneden beweegt en via de leidingen 42 en 43 wordt afgevoerd is 50# kooldioxide opgelost. Voor de scheiding zijn 29 evenwichtstrappen nodig, waarvan er 10 boven het voedingspunt 50 en 19 beneden het voedingspunt 50 dienen te zitten. Hierbij is er van uitgegaan dat voor een evenwichtstrap gemiddeld 50 cm pakking nodig is, hetgeen neerkomt op een totale pakkingshoogte van 14,5 m. Deze scheiding is zeer voordelig om een zuivere bodemstroom te verkrijgen.

VOORBEELD 3

Met een inrichting volgens figuur 3 zijn geringe vervuilingen uit stromen te verwijderen. Voorbeelden hiervan zijn de verwijdering van oplosmiddelen uit polymeren, de verwijdering van nicotine uit tabak, de verwijdering van verontreinigingen uit processtromen of het schoonmaken van afvalwaterstromen. Het extractiefluïdum boven in het behandelingsvat 2 is beladen met uit het voedingsmateriaal, dat via toevoermiddelen 1 aan het behandelingsvat 2 is toegevoerd, verwijderde verontreiniging. Het extractiefluïdum wordt vervolgens gereinigd door dit over één of meer absorptievaten 5'' te leiden. Een absorptievat 5'' kan bijvoorbeeld een silicagelbed of actief koolbed bevatten. De keuze van het bed zal afhankelijk zijn van het te verwijderen produkt. Door het aanbrengen van twee of meer absorptievaten, kan als één absorptiebed is verzadigd met te verwijderen verontreiniging, een ander absorptievat in bedrijf worden genomen, waarna het verzadigde bed kan worden gereinigd of vervangen. Hierdoor kan de werkwijze continu worden toegepast. Een voorbeeld van het schoon maken van een vervuilde stroom is de verwijdering van de toxische componenten fenol, m-cresol en p-chlorofenol uit een waterstroom. De verontreinigingen worden op een koolbed geabsorbeerd. Indien de componenten fenol, m-cresol en p-chlorofenol allen in een hoeveelheid van 100 ppm in het afvalwater zijn opgelost, zijn deze componenten onder de volgende (superkritische) condities uit het water te verwijderen: extractiefluïdum: kooldioxide met gemiddelde druk 12k bar

behandelingsvat 2: temperatuur T2= 40eC

dichtheid extractiefluïdum p2= 727 kg/m3 leiding 6: temperatuur T6= 40®C

dichtheid extractiefluïdum p6= 727 kg/m3 buffer 9: temperatuur T9= 5eC

dichtheid extractiefluïdum p9= 96^ kg/m3 plaats warmte-uitwisselaar 11: zn = 0 m (op de grond) plaats warmte-uitwisselaar 5: z5 = 10 m (boven de grond) plaats warmte-uitwisselaar 7ï z7 = 15 m (boven de grond)

Het voor transport van het extractiefluïdum beschikbare drukverschil kan worden berekend als:

waarin g de gravitatieversnelling is.

De fractie van een stof in de superkritische fluïdumfase ten opzichte van de fractie van een stof in de vloeistoffase zijn respectievelijk voor fenol, m-cresol en p-chlorofenol 1,27, 2,20 en 3,47. Met behulp van deze waarden zijn de fasen-evenwichten uit te rekenen. Wanneer de stroom extractiemiddel gelijk wordt genomen aan de hoeveelheid voeding en er in het behandelingsvat 2 zeven evenwichtstrappen aanwezig zijn, kunnen de composities van de verschillende stromen, uitgedrukt in gewichtsprocenten, berekend worden als

De kooldioxide aan de top van het behandelingsvat 2 dat via leiding 4 naar een absorptievat 5'' wordt gleid heeft als compositie:

Fenol: 95,4 ppm m-Cresol: 99*8 PP® p-Chlorofenol: 100 ppm

Water: 400 ppm

Kooldioxide: 99,93#

De kooldioxide die na het absorptievat 5'' via leiding 6 wordt afgevoerd naar het buffer 9 heeft als compositie:

Fenol: 0,0 ppm m-Cresol: 0,0 ppm p-Chlorofenol: 0,0 ppm

Water: 400 ppm

Kooldioxide: 99.96#

De compositie van het bodemprodukt dat via leiding 42 uit het extractievat 2 wordt afgevoerd is:

Fenol: 4,6 ppm m-Cresol: 0,2 ppm p-Chlorofenol: 0,0 ppm

Water: 99.99952#

Het verkregen water heeft een aanzienlijke zuivering ondergaan. Ervan uitgaande dat voor een evenwichtstrap voor een toepassing met water een gemiddelde pakkingshoogte van 100 cm nodig is, bedraagt de totale pakkingshoogte in het behandelingsvat 7 De hiervoor beschreven werkwijze is bijzonder voordelig voor het verwijderen van geringe vervuilingen uit processtromen.

Zoals uit de figuren en voorbeelden blijkt zijn bij een werkwijze en inrichting volgens de uitvinding in het circuit van het onder hoge druk staande extratiefluïdum geen kostbare pompen en compressoren nodig. In plaats van met pompen en compressoren wordt volgens de uitvinding het extractiefluïdum getransporteerd door dit op een plaats te verwarmen en op een hogere plaats te koelen. Dit verwarmen en koelen gebeurt door middel van hulpcircuit waardoor een hulpfluïdum circuleert, dat onder in hoofdzaak atmosferische omstandigheden wordt gehouden. De in dit hulpcircuit opgenomen pomp 30 kan ten gevolge van de atmosferische omstandogheden betrekkelijk eenvoudig en daardoor goedkoop zijn. De aan het hulpfluïdum toe te voeren energie is van een dusdanige hoeveelheid, dat bij een werkwijze of inrichting volgens de uitvinding minder energie wordt verbruikt dan bij tot nu toe bekende werkwijzen of inrichtingen. De energiebesparing bedraagt meer dan $0%.

Opgemerkt wordt dat er bij de onderhavige uitvinding vele varianten en wijzigingen denkbaar zijn, zonder het wezen van de uitvinding te verlaten. Zo is het denkbaar dat: er bijvoorbeeld ventilatoren worden gebruikt om het transport van het extractiefluïdum te bevorderen. Het is zelfs denkbaar dat deze ventilatoren het gehele transport verzorgen, zodat het niet meer nodig is dat het koelen op een hogere plaats dan het verwarmen gebeurt.

- het afscheiden van produkt kan, in plaats van door het verlagen van de dichtheid, ook gebeuren door het extractiefluïdum bijvoorbeeld vlak na het behandelingsvat te koelen, waardoor de dampspanning afneemt, of door middel van absorptievaten (zoals in voorbeeld 3). het extractiefluïdum behoeft niet in een kring te worden rondgetransporteerd, maar kan ook bijvoorbeeld vanuit een opslag aan het behandelingsvat worden toegevoerd, en na afkoelen worden afgevoerd bijvoorbeeld naar een andere opslag.

de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding zijn ook toepasbaar bij ander scheidingsprocessen dan superkritische extractie, bijvoorbeeld de extractie zoals in voorbeeld 2 uiteengezet.

Claims (17)

1. Werkwijze, zoals supercritische extractie, voor het scheiden van een mengsel of het extraheren van een materiaal, waarbij men tenminste de volgende stappen uitvoert: a) behandelen van het mengsel of het materiaal met een extractiefluïdum in een behandelingsvat, waarbij dit extractiefluïdum produkt uit het mengsel of materiaal meesleept, wat een beladen extractiefluïdum oplevert, dat uit het behandelingsvat wordt afgevoerd, b) verlagen van de dichtheid van het uit het behandelingsvat afgevoerde, beladen extractiefluïdum, wat afscheiding van produkt en een aan produkt verarmd extractiefluïdum oplevert, c) vergroting van de dichtheid van het verarmde extractiefluïdum van stap b) door dit te koelen en terugvoer daarvan naar het behandelingsvat, waarbij het extractiefluïdum wordt verhit op een plaats in de ruimte die lager ligt dan de plaats waar het koelen van stap c) wordt uitgevoerd,

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het extractiefluïdum voor en/of na het behandelingsvat wordt verhit.

3. Werkwijze volgens conclusie 1-2, waarbij het extractiefluïdum in het behandelingsvat, bijvoorkeur bovenin, wordt verhit.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, waarbij men het extractiefluïdum in stap b) verhit.

5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, waarbij het extractiefluïdum na het koelen van stap c) in een buffer wordt geleid, en vanuit dit buffer teruggevoerd naar het vat, waarbij de afvoer van het buffer lager ligt dan de toevoer van het buffer.

6. Werkwijze volgens conclusie 1-5. waarbij men het koelen in stap c) en het op een lagere plaats verhit van het extractiefluïdum doet met behulp van warmte-uitwisselaars.

7· Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij door deze warmte-uitwisselaars enerzijds het extractiefluïdum stroomt, en anderzijds, bijvoorkeur in tegengestelde richting, een hulpfluïdum, dat bijvoorkeur in een rondgaande kring wordt rondgetransporteerd.

8. Werkwijze volgens conclusie 7» waarbij men de temperatuur van het hulpfluïdum regelt door dit te verhitten en/of te koelen.

9· Werkwijze volgens conclusie 1-8, waarbij het drukverschil van het extractiefluïdum ten hoogste vijf bar is.

10. Werkwijze volgens conclusie 1-9, waarbij het maximale drukverschil (APmax) van het extractiefluïdum voldoet aan de betrekking:

waarbij Hk de hoogte is waarop het koelen van stap c) plaatsvindt, g de gravitatieversnelling, en pk de dichtheid van het extractiefluïdum na het koelen van stap c).

11. Inrichting voor het scheiden van een mengsel of het extraheren van een materiaal door middel van een extractiefluïdum, omvattende: een behandelingsvat waarin het extractiefluïdum produkt uit het mengsel of materiaal opneemt, afscheidingsmiddelen om in het extractiefluïdum opgenomen produkt hieruit af te scheiden, hetgeen een aan produkt verarmd extractiefluïdum oplevert, koelmiddelen om het verarmde extractiefluïdum te koelen, verwarmingsmiddelen om het extractiefluïdum te verhitten, waarbij de koelmiddelen zijn aangebracht op een plaats in de ruimte, die hoger ligt dan waar de verwarmingsmiddelen zijn aangebracht.

12. Inrichting volgens conclusie 11, waarbij de verwarmingsmiddelen vlak voor en/of na het behandelingsvat zijn aangebracht.

13. Inrichting volgens conclusie 10-12, waarbij in het behandelingsvat, bijvoorkeur bovenin, verwarmingsmiddelen zijn aangebracht.

14. Inrichting volgens conclusie 10-13, waarbij de afscheidingsmiddelen verwarmingsmiddelen omvatten.

15. Inrichting volgens conclusie 10-14, waarbij deze een buffer omvat, dat een vanaf de koelmiddelen komende toevoer en een naar het behandelingsvat gaande afvoer heeft, waarbij de afvoer lager is gelegen dan de toevoer.

16. Inrichting volgens conclusie 10-15, waarbij de koel- en verwarmingsmiddelen tenminste twee warmte-uitwisselaars omvatten.

17· Inrichting volgens conclusie 16, waarbij door deze warmte-uitwisselaars stroomt enerzijds het extractiefluïdum stroomt, en anderzijds een, bijvoorkeur door een rondgaande kring stromend, hulpfluïdum, waarbij de stromingsrichting van het hulpfluïdum bijvoorkeur tegengesteld is aan die van het extractiefluïdum. l8. Inrichting volgens conclusie 17, waarbij in de rondgaande kring regelbare, extra koel- en/of verwarmingsmiddelen zijn opgenomen.