PL81490B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Metallgesellschaft Aktiengesellschaft, Frankfurt nad Menem (Republika Federalna Niemiec) Sposób zwiekszenia przepustowosci procesu ekstrakcji cieczy ciecza Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiekszenia przepustowosci procesu ekstrakcji, opartej na za¬ sadzie mieszania i nastepnie rozdzielenia miesza¬ niny zwiazków organicznych przy pomocy rozpusz¬ czalników organicznych w ukladzie ciecz—ciecz.Podczas ekstrakcji cieczy ciecza wytworzona w mieszalniku zawiesina rozdzielona jest nastep¬ nie w separatorze. W ukladzie ekstrakcyjnym skla¬ dajacym sie z wielu polaczonych ze soba stopni, wydajnosc procesu zalezy od szybkosci rozdzialu zawiesiny w separatorze. Mala szybkosc rozdzialu wymaga przy tym duzego separatora i tym samym duzej ilosci rozpuszczalnika do jego wypelnienia.W sposobie wedlug wynalazku dla zwiekszenia szybkosci rozdzialu zawiesiny podczas ekstrakcji cieczy ciecza wykorzystuje sie slabe pole elektrycz¬ ne, przykladajac niskie napiecie np. normalne na¬ piecie sieci elektrycznej.Pole elektryczne do rozdzialu zawiesiny dwóch cieklych faz stosowano dotychczas jedynie przy odsalaniu surowych olejów i ich rafinacji kwasami i lugami. W tym przypadku problem polegal na tym by oddzielac wode i roztwory wodne w posta¬ ci zawierajacej nie wiecej niz 10 do 15% olejowej fazy organicznej, gdyz w przeciwnym przypadku istnieje niebezpieczenstwo wytworzenia sie, nawet w przypadku przeplywu burzliwego, mostka z do¬ brze przewodzacej fazy wodnej; powoduje to pow¬ stawanie zwarc zwiazanych z przeplywem pradu, 10 15 20 30 8 którego natezenie osiaga wtedy wartosc do 10 000 razy wyzsza od normalnego, wynoszaca od okolo 2 do okolo 20 mA na m2 powierzchni elektrody.Znany tez jest sposób oddzielania wody z emul¬ sji olejowych w polu trójfazowego pradu zmienne¬ go o wysokim napieciu (opis patentowy USA 2 033 429).Oprócz znanych sposobów polegajacych na sto¬ sowaniu pola elektrycznego do odwadniania suro¬ wego oleju i chemicznej obróbki olejów za pomoca zwiazków wodnych, znane sa takze sposoby eks¬ trakcji cieczy organicznych przy pomocy rozpusz¬ czalników organicznych. Opisany jest np. sposób, w którym poszczególne frakcje oleju sa ekstraho¬ wane polarnymi rozpuszczalnikami. Z polarnych rozpuszczalników stosuje sie oczywiscie takie, któ¬ rych stala dielektryczna jest przynajmniej dwu¬ krotnie wyzsza od stalej ekstrahowanej cieczy. Sto¬ suje sie tutaj pole elektryczne o wartosci od 100 do 25 000 V/cm, korzystnie 6000—10 000 V/cm, wla¬ czenie jednak do zdyspergowania obu faz organicz¬ nych, podczas gdy rozdzial zawiesiny w separato¬ rze zachodzi tylko na podstawie róznicy w cieza¬ rach wlasciwych (opis patentowy USA 2 884 375).Znany jest wreszcie sposób (Chem. Ing. Techn. 35, 12(1863), str. 851—853), w którym prowadzi sie wie¬ lostopniowa ekstrakcje cieczy ciecza w kolumnie z wieloma rozmieszczonymi jedno nad drugim mie¬ szadlami, pomiedzy którymi przykladane jest pole elektryczne dla rozdzielania faz. Sposób ten sluzy 81 4903 takze do ekstrakcji butyloaminy z nafty przy po¬ mocy wody. Przykladane napiecie pola elektrycz¬ nego wynosi tu od 310 do 1000 V i latwo stad obli¬ czyc, iz natezenie pola wynosi odpowiednio od 70 do 220 V/cm. Uklad taki pracuje z maksymalna sprawnoscia kazdego stopnia wynoszaca 51%.Wspólczynnik sprawnosci bedacych do dyspozycji znanych sposobów ekstrakcji stanowi wiec przesz¬ kode w ich praktycznym zastosowaniu.Z tego znanego stanu techniki nie mozna bylo wywodzic sposobu dla rozdzielania dwóch niewod- nych faz, skladajacych sie z organicznych zwiaz¬ ków, zdyspergowanych jeden w drugim.Pod pojeciem „niewodna faza organiczna" nale¬ zy w tym kontekscie rozumiec taka mieszanine, w której w kazdej cieklej fazie znajduje sie mniej niz 50%, korzystnie nie wiecej niz 20% wody, przy czym ta niewodna czesc zawiera przynajmniej 90% wyekstrahowanych zwiazków organicznych.Mieszaniny tego rodzaju maja znaczenie np. pod¬ czas rafinacji olejów smarowniczych furfurolem, krezolem, nitrobenzenem lub eterem dwuchloro- etylowym, podczas odasfaltowania frakcji ropy naftowej lub gazu propanem, podczas ekstrakcji zwiazków aromatycznych glikolem dwuetyleno- wym, N-metylopirolidonem, sulfolanem lub inny¬ mi selektywnymi rozpuszczalnikami podczas oczyszczania alkoholi nitroparafinami oraz eks¬ trakcji aniliny i pirydyny lub ich pochodnych ety- lenoweglanem.Przy takich ekstrakcjach rozpuszczalnik stano¬ wiacy silniej polarna faze o wyzszej stalej dielek¬ trycznej, stosuje sie w równej, a czestokroc nawet w przewazajacej ilosci. Udzial fazy polarnej w za¬ wiesinie wynosi prawie zawsze ponad 20%, jest wiec stale znacznie wyzszy od zawartosci wody wynoszacej 10—15%. W tych zawiesinach, odnos¬ nie których znane jest stosowanie elektrycznego rozdzialu faz istnieje wprawdzie mozliwosc popra¬ wienia sprawnosci rozdzialu przez zmniejszenie udzialu fazy polarnej w rozdzielanym ukladzie dwufazowym, dzieki zastosowaniu obiegu fazy nie¬ polarnej, zwiazane jest to jednak ze zwiekszeniem calkowitej ilosci mieszaniny. Podwyzszenie prze¬ pustowosci ma wówczas podrzedne znaczenie, jesli dzieki temu osiagnac mozna sprawnosc rozdzialu wynoszaca prawie 100%.Z doswiadczen z elektroodsalania i tak zwanej elektrorafinacji (electro treating) wynika, ze pod¬ czas stosowainia pola elektrycznego do ekstrakcji mieszaniny zwiazków organicznych nalezaloby, dla unikniecia zwarc poprzez faze polarna, nadac fazie niepolarnej nad polarna tak wielka przewage, by stanowila ona przynajmniej 85% calej ilosci mie¬ szaniny faz, przeplywajacej przez separator oraz przykladac silne pola elektryczne, od 100 do 25 000 V/cm.Zadaniem wynalazku jest stosowanie sposobu podwyzszenia przepustowosci procesu ekstrakcji cieczy ciecza, który by nie wykazywal wad opisa¬ nych znanych sposobów.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze rozdzial nastepuje w polu elektrycznym 1 do 60 V/cm, korzystnie od 10 do 30 V/cm przy zasto¬ sowaniu pradu stalego lub zmiennego o napieciu 490 4 110—220 V. Faza polarna stanowi przy tym 20 do 75%, korzystnie 40—70% calkowitej ilosci miesza¬ niny wsadowej.Ponadto niespodziewanie stwierdzono, ze w po- 5 wstajacej zawiesinie faza polarna jest rozproszona w niepolarnej. Taki stan fazowy musi byc w in¬ nych przypadkach wymuszany przez zastosowanie nadwyzki faz niepolarnych w ilosciach do tego celu niezbednych. 10 Jest przy tym obojetnym czy stosuje sie prad staly czy zmienny. Stwierdzono równiez, ze w spo¬ sobie wedlug wynalazku faza polarna moze sta¬ nowic, gdy jest to celowym, 50%, a w okreslonych warunkach 60—70% calej ilosci mieszaniny. 15 Jak wynika z doswiadczen, najbardziej odpo¬ wiednim miejscem dla umieszczenia elektrody jest górna granica przestrzeni zajmowanej przez mie¬ szanine faz pomiedzy obiema klarownymi fazami.Ekstrakcja zwiazków organicznych w ukladzie ciecz—ciecz przy pomocy rozpuszczalników orga¬ nicznych wymaga w przeciwienstwie do elektro¬ odsalania i elektrorafinacji znacznie wiekszej ilos¬ ci stopni, na ogól od 10 do 30. Poziom granicy faz w poszczególnych stopniach zmienia sie podczas rozdzialu w nastepstwie zachodzacych zmian ges- 25 tosci. W zwiazku z tym, w sposobie wedlug wyna¬ lazku, przewidziano kilka elektrod wbudowanych jedna nad druga otrzymujacych jednoczesnie lub kolejno krótkie impulsy pradowe, tak ze w kaz¬ dym stopniu, kazda z elektrod jest czynna podczas 30 optymalnego polozenia faz.Dalej stwierdzono, ze elektroda, która jest umieszczona w rozdzielaczu w taki sposób, ze za¬ nurza sie w polarna faze, wywoluje 10 do 100-krot- nie wieksza moc pradu, anizeli elektroda w naj- 35 korzystniejszym polozeniu.Dlatego stosowanie do szczególnej postaci wyko¬ nania przedmiotu wynalazku, elektrody zaopatruje sie w przekazniki, które wylaczaja doplyw pradu i ewentualnie jednoczesnie uziemiaja elektrody, 40 jesli zostaje przekroczona okreslona moc pradu, która pozwala zamknac obwód przez zanurzenie elektrody w fazie biegunowej., Dalej okazalo sie, ze krótkie impulsy pradu przy niektórych ukladach daja jeszcze lepsze efekty rozdzielania, anizeli trwale wlaczone napiecie.Optymalne czasy wlaczania reguluje sie wedlug obciazenia rozdzielacza wzglednie wedlug czasu przebywania cieczy w rozdzielaczu. Przy duzym obciazeniu zaleca sie krótkie wlaczenia, przy rha- 50 lym obciazeniu — dluzsze. Okazalo sie skutecznym wlaczenie pradu na 0,5 do 1,0 sek., przewaznie na 0,2 do 0,5 sek. i miedzy tym kazdorazowo przerwa w przeplywie pradu ma 0,1 do 2,0 sekund, najko¬ rzystniej ma 0,3 do 0,5 sekundy. Najkorzystniejsze 55 czasy wlaczania moga byc ustalane w czasie ru¬ chu, podczas którego bada sie próbki odcieków poszczególnych stopni na ich zawartosc obcych faz.Opady winny zawierac mozliwie malo (0 do 5%) obcej fazy. Wskazane jest aby wlaczanie nastepo- 60 walo za pomoca zegara wlaczajacego.Elektrody moga byc wykonane z blachy dziur*- kowanej lub ze szczelinami, z siatki drucianej .lub z pretów i rur, i w razie potrzeby w postaci kie¬ rownic. Wskazane jest tak je wykonac, azeby nie 65 posiadaly ostrych krawedzi i ostrych konców. Elek-81490 5 6 trody celowo rozciagaja sie ponad cala powierz¬ chnia rozdzielacza i umieszczone sa w równomier¬ nych lub nierównomiernych odstepach jedna nad druga. Moga one byc polaczone z elektrycznym napieciem równolegle lub na zmiane z napieciem i ziemia, tak ze powstaje kilka elektrycznych pól jedno nad drugim. W niektórych przypadkach elektrody moga byc wbudowane w przewód do¬ prowadzajacy od mieszarki do odstajnika, rów¬ niez okazala sie skuteczna kombinacja elektrod w przewodzie doprowadzajacym i w rozdzielaczu.Dalsza istotna cecha sposobu wedlug wynalazku polega na tym, ze sprawnosc procesu rozdzialu, w przeciwienstwie do znanych procesów rozdzie¬ lania za pomoca naturalnych i sztucznych pól sily ciezkosci jest tym lepsza im dokladniej wymiesza¬ ne sa ze soba obie fazy stanowiace dyspersje prze¬ znaczona do rozdzielania.Podczas gdy przy dotychczasowych wielostop¬ niowych procesach ekstrakcji starano sie o to, aby tak dostosowac pompy miedzy poszczególnymi stopniami, by mieszaly one tylko na tyle, na ile jest to konieczne do ustalenia równowagi faz, na¬ tomiast przy sposobie wedlug wynalazku korzyst¬ nie jest dostosowac pompy do mozliwie wysokiego efektu mieszania, przez co jednoczesnie wymusza sie konieczny wedlug wynalazku stan dyspersji fa¬ zy polarnej w fazie niepolarnej.Dla objasnienia wynalazku opisano podwyzsze¬ nie szybkosci rozdzielania przy ekstrakcji substan¬ cji aromatycznych z ich mieszanin z innymi we¬ glowodorami za pomoca N-metylopirolidonu (NMP).Próby przeprowadzono w urzadzeniu uwidocz¬ nionym na fig. 1, na którym + oznacza pompe do¬ prowadzajaca i mieszajaca, która przez oba prze¬ wody 2 i 3 doprowadza obie fazy i która tloczy mieszanine cieczy przez przewód 10 do przestrzeni rozdzielacza 4. W rozdzielaczu 4 sa umieszczone poziomo trzy elektrody 5a, 5b i 5c jedna nad dru¬ ga. Do tych elektrod jest dolaczone napiecie ze zródla pradu 6 (w nastepujacym szeregu prób na¬ piecie sieci 220 V, prad zmienny) poprzez izolato¬ ry 7a, 7b i 7c. Odprowadzenia 8 i 9 sluza dla wy¬ dzielonej fazy lekkiej wzglednie ciezkiej.Elektrody rozdzielacza moga byc wedlug wyboru dodatkowo lub wlacznie umieszczane w przewo¬ dzie doprowadzajacym 10. Ta postac wykonania jest przykladowo przedstawiona na fig. 2.Przyklad. Jako srodek ekstrakcyjny (faza po¬ larna) sluzy N-metylopirolidon (NMP) o zawar¬ tosci 12% wody. Jako niepolarna faze zastosowano mieszanine pentanu i toluenu, której stosunek w mieszance byl tak nastawiony, ze róznica ges¬ tosci miedzy dwiema fazami wynosila 0,2. Obie fa¬ zy mialy nastepujacy sklad wyrazony w procen¬ tach wagowych: NMP Woda Toluol Pentan Faza ciezka 75 10 13 2 Faza lekka 15 0 43 42 100 100 15 20 25 30 35 40 45 50 wadzone do rozdzielacza. Odstep miedzy uziemio¬ na scianka rozdzielacza, a elektrodami wynosil 10 cm, i tylez wynosila wzajemna odleglosc elek¬ trod. Jako zródlo pradu zmiennego sluzylo napie¬ cie 220 V z sieci. Napiecie to moglo byc przy po¬ mocy transformatora obnizone do 10 V lub pod¬ wyzszone do 500 V. W ten sposób mozna bylo uzys¬ kac kazde zadane natezenie pola.Jako obciazenie rozdzielacza okreslono najwiek¬ sza dajaca sie uzyskac przepustowosc fazy polar¬ nej, w danym przypadku fazy polarnej ciezkiej (N-metylopyrolidonu) na m2 powierzchni rozdzie¬ lacza. Pomiary wykazaly wartosci podane w tab¬ licy.Tablica Natezenie pola | Volt/cm 0 5 10 20 Obciazenie rozdzielacza m3/m2/h 5 11 22 30 Wspólczynnik wzrostu wydaj¬ nosci procesu rozdzielania li 2,2 4,4 6 | Fazy zostaly dobrane w stosunku 1:1 i po do¬ kladnym wymieszaniu przy pomocy pompy, dopro- 65 Za pomoca dalej wzrastajacego natezenia pola nie mozna bylo dalej podwyzszac obciazenia roz¬ dzielacza. Od 60 volt/cm wystepowaly w odply¬ wach z ekstraktora obce fazy, których ilosc zwiek¬ szala sie wraz ze wzrastajacym natezeniem pola.Przez okresowe krótkie wlaczanie i wylaczanie napiecia a mianowicie 0,25 sekund wlaczania i kaz¬ dorazowo 0,5 sekundy wylaczania, moze byc pod¬ wyzszona wydajnosc ekstraktora o 20% przede wszystkim przy wyzszych natezeniach pola o 40 do 60 volt/cm.Przy natezeniu pola o 40 volt/cm, w czasie wla¬ czania 0,25 sek. i przerwie przeplywu pradu 0,5 sek. przy stalej zmianie, wydajnosc rozdzielacza w przedstawionym przypadku wynosila 36 cm3/ /m2 : h co odpowiada wzrostowi wspólczynnika 7,2 w porównaniu z natezeniem pola 0, to znaczy w porównaniu z rozdzialem faz bez dzialania elek¬ trycznego pola. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób zwiekszenia przepustowosci procesu ekstrakcji cieczy ciecza mieszanin zwiazków orga¬ nicznych za pomoca rozpuszczalników wedlug za¬ sady mieszalnik/rozdzielacz, znamienny tym, ze rozdzielenie przeprowadza sie w polu elektrycz¬ nym o 1—60 volt/cm, najkorzystniej 10—30 volt/cm, oraz napieciu pradu stalego lub zmiennego o 110 do 220 volt, przy czym w mieszaninie wsadowej polarna faza znajduje sie w ilosci od 20 do 75% najkorzystniej od 40 do 70% ogólnej ilosci.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze prad do elektrod wlacza sie okresowo i krótko-81490 8 trwale, a mianowicie na 0,1 do 1,0 sekundy, naj¬ korzystniej na 0,2 do 0,5 sekund i nastepnie wy¬ lacza sie na czas od 0,2 do 1,0 sekundy, najko¬ rzystniej od 0,3 do 0,5 sekundy.

3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze wylacza sie za pomoca przekaznika te elektrody, które przez zanurzenie w wyzszej polarnej fazie powoduja wysoki przeplyw pradu.

4. Sposób wedlug jednego z zastrz. 1, znamienny tym, ze zmieszanie obu cieczy prowadzi sie przed rozdzielaczem tak intensywnie, ze faza polarna zo¬ staje zdyspergowana w fazie niepolarnej. RSW Zakl. Graf. W-wa, Srebrna 16, z. 12-76/0 Cena 10 z! 125+20 Cgz. PL PL