Способ кристаллизации веществ из растворов Советский патент 1987 года по МПК B01D9/04 

Изобретение относится к газогидратным методам технологических процессов и может быть использовано в химической и пищевой промышленности для кристаллизации целевого (полезного) компонента из раствора или избирательной кристаллизации компонентов из многокомпонентного раствора, а также для очистки растворителя от примесей.

Целью изобретения является обеспечение возможности -избирательной кристаллизации полезного компонента из многокомпонентного раствора и снижение его потерь.

Предлагаемый способ кристаллизации веществ из растворов осуществляется следующим образом.

На первой стадии процесса в кристалло- гидратную колонну, наполненную раствором, подают газообразный или жидкий кристалло- гидратообразователь. Связывая растворитель, он образует кристаллогидраты, обладающие высокой адсорбционной способностью. В зависимости от значения температуры, поддерживаемой в растворе, кристаллогидраты адсорбируют из него тот или иной компонент. Это дает возможность проводить процесс адсорбции избирательно, пользуясь изотермой адсорбции - зависимостью массы адсорбированного вещества на единицу массы кристаллогидрата от равновесной концентрации вещества в растворе при постоянной температуре раствора. Количество кристаллогидратообразователя должно выбираться из условия максимального извлечения полезного компонента из раствора и зависит от типа используемого кристаллогидратообразователя, от концентрации и вида извлекаемого компонента. Адсорбцию целевого компонента ведут при перемешивании раствора.

После завершения процесса адсорбции проводят сепарацию кристаллогидратов с ад- .сорбированным компонентом от раствора. Кристаллогидраты с адсорбированным компонентом направляют на вторую стадию процесса, а раствор может быть подвергнут повторной сорбции для более полного извлечения данного компонента или других его компонентов в соответствии с изотермой адсорбции.

На второй стадии процесса производят разрушение кристаллогидратов, адсорбировавших из раствора целевой компонент. Это можно сделать нагреванием или понижением давления, так как процесс кристаллогидра- тообразования имеет две степени свободы: температуру и давление. В результате этого кристаллогидратообразователь испаряется, а освободившийся растворитель образует раствор ранее адсорбированного на кристаллогидратах целевого компонента. Этот раствор, содержащий целевой компонент уже в чистом и более концентрированном виде, направляют на третью стадию процесса, а газообразный или сжиженный кристаллогид- ратообразователь возвращают в систему.

5

На третьей стадии процесса в кристал- логидратную колонну, наполненную нагретым раствором полезного компонента, подают газообразный или жидкий кристалло- гидратообразователь и при перемешивании производят связывание растворителя образующимися кристаллогидратами до получения насыщенного раствора. Кристаллогид- ратообразователь подают уже под давлением, так как раствор нагрет.

После завершения процесса связывания растворителя кристаллогидратообразовани- ем кристаллогидраты (с частью «паразит- но адсорбировавшегося на них целевого компонента) отделяют от насыщенного раствора. Насыщенный раствор подают на четвертую стадию процесса, а кристаллогидраты, адсорбировавшие часть полезного компонента, подвергают разрушению. Испаряющийся кристаллогидратообразователь в газообразном или сжиженном виде направ0 ляют назад в систему для повторного цикла, а образующийся раствор целевого компонента направляют на первую стадию процесса и добавляют к исходному раствору, или после концентрирования направляют на третью стадию процесса и добавляют

5 к раствору, поступающему на насыщение. На четвертой стадии процесса нагретый насыщенный раствор полезного компонента, образовавшийся после связывания растворителя кристаллогидратами, доводят до пересыщения путем медленного ох0 лаждения. Кристаллизующийся во время охлаждения полезный компонент периодически отделяют, а истощенный раствор нагревают и добавляют к раствору, поступающему на насыщение. Для компенсации возможных потерь кристаллогидратообразо5 вателя из системы предусмотрена его подкачка извне.

Пример. Кристаллизация KNOa из раствора, содержащего 0,1% KNOs и 2% СаСОз- 1-я стадия. В кристаллогидратную коQ лонну, наполненную исходным раствором KNOs и СаСОз, доведенным до температуры 279 К (6°С) подают в качестве кристаллогидратообразователя дифтордихлорме- тан при температуре 279 К и давлении 300 кПа. При перемешивании в течение

5 10 мин производят сорбцию KNOa из раствора на кристаллогидратах. СаСОз при этой температуре на кристаллогидратах, образованных дифтордихлорметаном, не адсорбируется. На кристаллогидратах адсорбируется около 25% KNO3, содержащегося в раст0 воре, т.е. после адсорбции раствор имеет концентрацию KNOa 0,075%.

Затем производят сепарацию кристаллогидратов с адсорбированным KNOs от раствора. Частично истощенный раствор, имею- ий концентрацию 0,075% KNOa и 2% CaCOj,

5

направляют в кристаллогидратную колонну для повторной сорбции KNOa. Кристаллогидраты, адсорбировавшие KNOa, отделяют от раствора. Более истощенный азотно-киС

лым калием раствор снова направляют на сорбцию и т.д. до тех пор, пока выделение KNOa из расттвора посредством сорб- ции его на кристаллогидратах экономически выгодно. При каждой последующей сорбции, как и при первой сорбции, из раство- 5 ра выделяется 25% KNOa, содержащегося там. Так, например, при второй сорбции концентрация KNOs, остающегося в растворе, 0,0563%, при третьей сорбции 0,042% 2-я стадия и т.д. Кристаллогидраты, адсор- д бировавщие KNOa, нагревают до 293 К (20°С). При атмосферном давлении кристаллогидраты разрущаются, газообразный кристаллогидратообразователь возвращают обратно в систему, а образовавщийся раствор KNOs имеет концентрацию 0,225%, так 15 как кристаллогидраты связывают в 9 раз меньше растворителя, чем находится в растворе. Т.е. после 2-й стадии процесса получен уже чистый раствор KNOa, без примеси СаСОз, концентрация которого более, чем в

потерям, и являеггся примером энерго- и ма- териалосберегающей технологии, так как, с одной стороны, не требует затрат больших количеств энергии на выпаривание раствора и тому подобные процессы, а с другой - позволяет обеспечить замкнутость цикла работы кристаллогидратоооразо- вателя, чем полностью исключает его расход и потери.

Формула изобретения Способ кристаллизации веществ,.из растворов путем связывания растворителя крис- таллогидратообразователем и последующей кристаллизации веществ, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности избирательной кристаллизации полезного компонента из многокомпонентной смеси и снижения его потерь, процесс ведут в несколько стадий, при этом на первой стадии в исходный раствор, нагретый до температуры, соответствующей изотерме адсорбции кристаллизуемого вещества, подают кристал2 раза превыщает концентрацию KNOa в ис- логидратообразователь при температуре растходном растворе. 0,225%-ный раствор KNOaвора и при давлении, обеспечивающем

нагревают до ЗЗЗК.кристаллогидратообразование, и проводят

3-я стадия. Получившимся растворомперемещивание, после чего кристаллогидKNOa, нагретым до 333 К (60°С), напол-раты, адсорбировавшие из раствора кристалняют кристаллогидратную колонну. Подают 25 под давлением 1200 кПа дифтордихлорметан. При перемешиваний в течение 5 мин производится связывание растворителя до получения насыщенного раствора KNOa. При данной температуре (333 К) сорбция KNOa кристаллогидратами почти не происходит, зо Кристаллогидраты отделяют от раствора, разрушают понижением давления до 300 кПа и кристаллогидратообразователь возвращают в систему.

4-я стадия. Насыщенный раствор KNOa

лизуемое вещество, отделяют от раствора, на второй стадии отделенные кристаллогидраты разрушают повышением температуры или снижением давления, освободивипшся кристаллогидратообразователь возвращают обратно в систему, а раствор кристаллизуемого вещества, полученный после разрушения кристаллогидратов, нагревают, па третьей стадии в нагретый раствор подают из системы кристаллогидратообразователь в жидком или газообразном состоянии в количестве, необходимом для насыще1П1я растводоводят до пересыщения путем медленного 35 ра и образования кристаллогидратов, при

охлаждения (со скоростью примерно 2 К/мин) от 333 до 293 К. При таких условиях из раствора выкристаллизовывается 80% KNOa Оставшийся раствор KNOa нагревают до 333 К и снова подают на 3 стадию процесса, т.е. на насыщение.

Полностью истощенный раствор KNOa с 2% СаСОа выходящий после сорбции на 1-й стадии процесса, поступает на извлечение и кристаллизацию СаСОа или выводится из цикла.

Предлагаемый способ позволяет достаточно эффективно извлекать полезный компонент из многокомпонентного раствора и выкристаллизовывать его в тех случаях, когда другие способы (например, химическое осаждение, выпаривание и т.п.) оказываются по каким-либо причинам неприменимыми или трудоэнергоемкими. Эффективность предлагаемого способа проявляется тем в большей степени, чем ниже концентрация кристаллизуемого компонента в растворе.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет снизить потери полезного компонента, так как не содержит технологических процессов и операций, приводящих к этим

40

45

50

55

давлении, обеспечивающем кристаллогидратообразование, при температуре раствора, после чего кристаллогидраты, адсорбировавшие из раствора часть кристаллизуемого вещества, отделяют от раствора и разру- щают повышением температуры или снижением давления, а освободившийся кристалло- гидратообразователь возвращают в систему, на четвертой стадии образовавшийся после разрушения кристаллогидратов чистый раствор кристаллизуемого вещества нагревают до температуры, соответствующей изотерме адсорбции кристаллизуемого вещества и добавляют к раствору, поступаюп1,ему на адсорбцию, или после концентрирования и нагревания добавляют к раствору, поступающему на насыщение, после чего нагретый насыщенный раствор кристаллизуемого вещества, образовавшийся в результате связывания растворителя кристаллогидратооб- разователем, доводят до пересыщения путем охлаждения, кристаллизующееся вещество периодически отделяют от охлаждаемого раствора, истощенный раствор нагревают и добавляют к раствору, поступаюп ему на насыщение.

потерям, и являеггся примером энерго- и ма- териалосберегающей технологии, так как, с одной стороны, не требует затрат больших количеств энергии на выпаривание раствора и тому подобные процессы, а с другой - позволяет обеспечить замкнутость цикла работы кристаллогидратоооразо- вателя, чем полностью исключает его расход и потери.

Формула изобретения Способ кристаллизации веществ,.из растворов путем связывания растворителя крис- таллогидратообразователем и последующей кристаллизации веществ, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности избирательной кристаллизации полезного компонента из многокомпонентной смеси и снижения его потерь, процесс ведут в несколько стадий, при этом на первой стадии в исходный раствор, нагретый до температуры, соответствующей изотерме адсорбции кристаллизуемого вещества, подают кристаллогидратообразователь при температуре растлизуемое вещество, отделяют от раствора, на второй стадии отделенные кристаллогидраты разрушают повышением температуры или снижением давления, освободивипшся кристаллогидратообразователь возвращают обратно в систему, а раствор кристаллизуемого вещества, полученный после разрушения кристаллогидратов, нагревают, па третьей стадии в нагретый раствор подают из системы кристаллогидратообразователь в жидком или газообразном состоянии в количестве, необходимом для насыще1П1я раство0

5

0

5

давлении, обеспечивающем кристаллогидратообразование, при температуре раствора, после чего кристаллогидраты, адсорбировавшие из раствора часть кристаллизуемого вещества, отделяют от раствора и разру- щают повышением температуры или снижением давления, а освободившийся кристалло- гидратообразователь возвращают в систему, на четвертой стадии образовавшийся после разрушения кристаллогидратов чистый раствор кристаллизуемого вещества нагревают до температуры, соответствующей изотерме адсорбции кристаллизуемого вещества и добавляют к раствору, поступаюп1,ему на адсорбцию, или после концентрирования и нагревания добавляют к раствору, поступающему на насыщение, после чего нагретый насыщенный раствор кристаллизуемого вещества, образовавшийся в результате связывания растворителя кристаллогидратооб- разователем, доводят до пересыщения путем охлаждения, кристаллизующееся вещество периодически отделяют от охлаждаемого раствора, истощенный раствор нагревают и добавляют к раствору, поступаюп ему на насыщение.

Изобретение относится к газогидрат- ным методам технологических процессов и может быть использовано в химической и пищевой промышленности для кристаллизации целевого (полезного) компонента из раствора или для избирательной кристаллизации компонента из многокомпонентного раствора, а также для очистки растворителя от примесей. Цель изобретения - обеспечение возможности избирательной кристаллизации полезного компонента из многокомпонентной смеси и снижение его потерь. Предложенный способ кристаллизации веществ из растворов осуществляется в четыре стадии. На первой стадии процесса избирательной кристаллизации проводят адсорбцию целевого компонента из раствора на кристаллогидратах, образуемых вводимым.в раствор кристаллогидратообразова- телем, в соответствии с изотермой адсорбции (избирательно) и отделение кристаллогидратов с адсорбированным компонентом от раствора. На второй стадии кристаллогидраты разрушают повышением температуры или понижением давления и кристалло- гидратообразователь испаряют. Регенерированный кристаллогидратообразователь возвращают обратно в систему. На третьей стадии процесса подогретый концентрированный образовавшийся после испарения кристаллогидратообразователя раствор полезного компонента доводят до насыщения путем связывания растворителя кристалло- гидратообразователем и кристаллогидраты с адсорбированной на них частью целевого компонента отделяют от насыщенного раствора последнего. Насыщенный раствор подают на четвертую стадию процесса, а отделенные от кристаллогидраты разрушают: испарившийся кристаллогидратообразователь возвращают в систему, а образовавшийся раствор полезного компо: нента подают в начало цикла и добавляют к раствору, поступаюшему на адсорбцию. На четвертой стадии процесса подогретый насыщенный раствор, образовавшийся после связывания растворителя кристаллогидратообразователем, доводят до п ересыщения путем медленного о.хлаждения. Кристаллизующийся целевой компонент периодически отделяют, а истощенный раствор после нагревания добавляют к раствору, поступающему на насыщение. i СО со со со