Способ кристаллизации веществ из растворов

(19) 4 В 01 Р 9/04 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСК СВИДЕТЕЛЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(54) СПОСОБ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ВЕЩЕСТВ ИЗ РАСТВОРОВ(57) Изобретение относится к газогидратным методам технологических процессов иможет быть использовано в химической ипищевой 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 растворана кристаллогидратах, образуемых вводимым.в раствор кристаллогидратообразователем, в соответствии с изотермой адсорбции (избирательно) и отделение кристаллогидратов с адсорбированным компонентом от раствора. На второи стадии кристаллогидраты разрушают повышением температуры или понижением давления и кристаллогидратообразователь испаряют, Регенерированный кристаллогидратообразователь возвращают обратно в систему. На третьей стадии процесса подогретый концентрированный образовавшийся после испарения кристалл огидратообразователя раствор полезного компонента доводят до насыщения путем связывания растворителя кристаллогидратообразователем и кристаллогидраты садсорбированной на них частью целевого компонента отделяют от насыщенного раствора последнего. Насыщенный раствор подают на четвертую стадию процесса, а отделенные от него кристаллогидраты разрушают: испарившийся кристаллогидратообразователь возвращают в систему, а образовавшийся раствор полезного компо- %УФ нента подают в начало цикла и добавляют к раствору, поступающему на адсорбцию. На четвертой стадии процесса подогретый насыщенный раствор, образовавшийся после связывания растворителя кристаллогидратообразователем, доводят до пересыщения путем медленного охлаждения.Кристаллизующийся целевой компонент периодически отделяют, а истощенный раствор фд после нагревания добавляют к раствору, Д поступающему на насыщение. ИИзобретение 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 кристаллогидратную колонну, наполненную раствором, подают газообразный или жидкий кристаллогидратообразователь, Связывая раствори- тель, 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 кристалл огидратообразователя, 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 кристаллогидратообразования 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 кристаллогидратообразователь возвращают в систему. На третьей стадии процесса в кристаллогидратную колонну, наполненную нагретым раствором полезного компонента, подают газообразный или жидкий кристаллогидратообразователь и при перемешивании производят связывание растворителя образующимися кристаллогидратами до получения насыщенного раствора. Кристаллогидратообразователь подают уже под давлением, так как раствор нагрет.10 После завершения процесса связываниярастворителя кристаллогидратообразованием кристаллогидраты (с частью паразитно 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 направляют 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 25 к раствору, поступающему на насыщение.На четвертой стадии процесса нагретый насыщенный раствор полезного компонента, образовавшийся после связывания растворителя кристаллогидратами, доводят до пересыщения путем медленного охЗ 0 лаждения. Кристаллизующийся во времяохлаждения полезный компонент периодически отделяют, а истощенный раствор нагревают и добавляют к раствору, поступающему на насыщение, Для компенсации возможных потерь кристаллогидратообразователя из системы предусмотрена его подкачка извне.Пример. Кристаллизация К 1 МОз из раствора, содержащего 0,1 Я КМОз и 2/ СаСОз.1-я стадия. В кристаллогидратную ко лонну, наполненную исходным растворомКЫОз и СаСОз, доведенным до температуры 279 К (6 С) подают в качестве кристаллогидратообразователя дифтордихлорметан при температуре 279 К и давлении 300 кПа. При перемешивании в течение 45 10 мин производят сорбцию К 1 МОз из раствора на кристаллогидратах. СаСОз при этой температуре на кристаллогидратах, образованных дифтордихлорметаном, не адсорбируется. На кристаллогидратах адсорбируется около 25 Я КМОз, содержащегося в раст воре, т.е. после адсорбции раствор имеетконцентрацию КМОз 0,075/.Затем производят сепарацию кристаллогидратов с адсорбированным КЯОз от раствора. Частично истощенный раствор, имеюий концентрацию 0,075 Я КМОз и 2 Я СаСО направляют в кристаллогидратную колонну для повторной сорбции КВОз. Кристаллогидраты, адсорбировавшие КМОз, отделяют от раствора. Более истощенный азотно-кислым калием раствор снова направляют на сорбцию и т д. до тех пор, пока выделение К 1 МО 3 из расттвора посредством сорбции его на кристаллогидратах экономически выгодно. При каждой последующей сорбции, как и при первой сорбции, из раство ра выделяется 25 Я КХОз, содержащегося там. Так, например, при второй сорбции концентрация КМОз, остающегося в растворе, 0,0563 Я, при третьей сорбции 0,042 О;2-я стадия и т.д. Кристаллогидраты, адсорбировавшие КХО 3, нагревают до 293 К (20 С). При атмосферном давлении кристаллогидраты разрушаются, газообразный кристаллогидратообразователь возвращают обратно в систему, а образовавшийся раствор КХОз имеет концентрацию 0,225 Я, 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 КМ 03, без примеси СаСОз, концентрация которого более, чем в 2 раза превышает концентрацию КХОз в исходном растворе. 0,225 Я-ный раствор КМО 3 нагревают до ЗЗЗК.3-я стадия. Получившимся раствором КМОз, нагретым до 333 К (60 С), наполняют кристаллогидратную колонну. Подают под давлением 1200 кПа дифтордихлорметан, При перемешивании в течение 5 мин производится связывание растворителя до получения насыщенного раствора КЯОз. При данной температуре (333 К) сорбция К 1 МОз кристаллогидратами почти не происходит. З 0 Кристаллогидраты отделяют от раствора, разрушают понижением давления до 300 кПа и кристаллогидратообразователь возврашают в систему.4-я стадия. Насыщенный раствор КХО 3 доводят до пересыщения путем медленного 35 охлаждения (со скоростью примерно 2 К/мин) от 333 до 293 К. При таких условиях из раствора выкристаллизовывается 80/ КЯО 3 Оставшийся раствор КЯО 3 нагревают до 333 К и снова подают на 3 стадию процесса, т.е. на насыщение.40Полностью истощенный раствор КМОз с 2 ОI СаСОз выходящий после сорбции на 1-й стадии процесса, поступает на извлечение и кристаллизацию СаСОз или выводится из цикла. 45Предлагаемый 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,) оказыва ются 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 поз воляет снизить потери полезного компонента, так как не содержит технологических процессов и операций, приводящих к этим потерям, и является примером энерго- и материалосберегающей 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 кристаллогидратоооразователя, чем полностью исключает его расход и потери.Формула изобретенияСпособ кристаллизации веществ,из растворов путем связывания растворителя кристаллогидратообразователем и последующей кристаллизации веществ, отлинаюи 1 ийся 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 раствора и при давлении, обеспечивающем кристаллогидратообразование, и проводят перемешивание, после чего кристаллогидраты, адсорбировавшие из раствора кристаллизуемое вещество, отделяют от раствора, на второй стадии отделенные кристаллогидраты разрушают повышением температуры или снижением давления, освободившийся кристаллогидратообразователь возвращают обратно в систему, а раствор кристаллизуемого вещества, полученный после разрушения кристаллогидратов, нагревают, на третьей стадии в нагретый раствор подают из системы кристаллогидратообразователь в жидком или газообразном состоянии в количестве, необходимом для насыщения раствора и образования кристаллогидратов, при давлении, обеспечивающем кристаллогидратообразование, при температуре раствора, после чего кристаллогидраты, адсорбировавшие из раствора часть кристаллизуемого вещества, отделяют от раствора и разрушают повышением температуры или снижением давления, а освободившийся кристаллогидратообразователь возвращают в систему, на четвертой стадии образовавшийся после разрушения кристаллогидратов чистый раствор кристаллизуемого вещества нагревают до температуры, соответствуюгцей изотерме адсорбции кристалл изуемого вещества и добавляют к раствору, поступающему 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 кристаллогидратообразователем, доводят до пересышения путем охлаждения, кристаллизующееся вещество периодически отделяют от охлаждаемого раствора, истощенный раствор нагревают и добавляют к раствору, поступающему нанасыщение.