Brevet FR2147231A1 — publié le 19730309

La présente invention concerne un procédé pour la purification de matières solides à la surface desquelles adhèrent des impuretés solubles. Il existe toute une série de procédés permettant d'éliminer des impuretés solubles des particules de matières solides. Si la matière solide se présente, par exemple sous forme de pierres en tas ou de gâteaux de filtre, suivant la grosseur des particules de la matière solide, on peut éliminer les impuretés par aspersion, arrosage ou lavage ultérieur de la matière solide. Pour des matières solides dont les particules ont une plus faible granulométrie, par exemple les précipités à fins cristaux, on met la matière solide en suspension pour dissoudre les impuretés. Lorsque la matière solide à purifier est sous forme d'une suspension on peut laisser la matière solide se déposer et séparer le liquide par décantation, ou on peut effectuer la séparation de la matière solide et du liquide à l'aide d'un filtre cu d'une centrifugeuse. Suivant la nature technique du filtre ou de la centrifugeuse, on peut encore effectuer, en outre, un lavage de la matière solide. Tous ces procédés de purification connus présentent cependant des inconvénients. S'ils sont effectués en discontinu, ils nécessitent de plus grandes installations de purification, surtout si l'opération de purification constitue une étape d'un procédé se déroulant, par ailleurs, en continu. Les procédés de purification mentionnés présentent, en outre l'inconvénient de principe suivant : les impuretés contenues, par exemple, dans la liqueur-mère d'une fraction cristalline sont purement et simplement diluées dans la mesure des rapports de charge entre la matière solide et le liquide de lavage, si bien que l'opération de purification doit être répétée plus ou moins souvent, suivant les- conditions de pureté auxquelles doit répondre le produit final. Lors du procédé de purification par dépôt et décantation, il subsiste nécessairement une fraction du liquide de lavage sur la matière solide avec les impuretéaeeetraînées dans ce liquide. Lors de la séparation par filtration ou/centrifugation, une humidité résiduelle adhère également à la matière solide. En outre, lors de la séparation par filtration ou de la centrifugation, il subsiste lors du pressage un liquide dit de coin entre les différentes particules. Ce liquide "de coin" est le liquide enfermé entre les surfaces (par suite des fissures ou d'autres irrégularités) d'une ou de plusieurs particules contiguës, ce liquide notant pas atteint par le liquide de lavage lors d'un lavage ultérieur.A ce phénomène est étroitement lié celui de la formation de canaux, qui empêche l'élimination quantitative des impuretés lors du lavage ultérieur effectué après la filtration ou la centrifugation. L'humidité résiduelle formée lors des procédés connus est influencée par différents facteurs, notamment la pression, la température, la granulométrie, la surface de la matière solide et la viscosité du liquide de lavage ou de la liqueur-mère lors des procédés de cristallisation. l'humidité résiduelle est comprise entre environ 1 et 30 ó en poids suivant le procédé adopté. Même si l'humidité résiduelle peut astre éliminée quantitativement par suite de sa volatilité, les impuretés subsistent sur la matière solide. Pour le cas où les impuretés peuvent être éliminées économiquement par évaporation ou sublimation, on dispose évidemment d'autres procédés. Eu égard aux inconvénients mentionnés, la présente invention apporte de nouvelles solutions. On décrit la présente invention ci-après en se référant à une forme de réalisation préférée. La matière solide à purifier, soit sous forme d'un mélange en particules ou en cristaux, soit sous forme d'une suspension obtenue par une mise en suspension dans le liquide de lavage ou après recristallisation dans la liqueur-mère, est introduite en continu dans un appareil, par exemple une tour de lavage. À l'autre extrémité de cet appareil, on envoie, à contre-courantyun liquide de lavage sous forme d'un liquide approprié, d'un mélange approprié de deux ou plusieurs liquides, d'une solution de la matière solide à purifier dans un solvant approprié (en une proportion inférieure à la limite de saturation) ou d'une liqueur-mère provenant dtune étape de purification ultérieure.Le liquide de lavage doit pouvoir dissoudre suffisamment les impuretés. La matière solide ou les impuretés qui y adhèrent passent alors par l'appareil avec le liquide de lavage dans une rélation d'échange qui est essentiellement caractérisée par la vitesse de migration de la matière solide, le débit du liquide de lavage, la vitesse de diffusion des impuretés dans le liquide de lavage et la formation de tourbillons. Par l'autre extrémité de l'appareil sort alors la matière solide imprégnée uniquement du liquide de lavage à l'état de pureté que ce dernier avait lors de son entrée dans l'appareil, la matière solide étant, dès ce moment, amenée de ce point au traitement habituel. le liqui de de lavage est retiré à l'extrémité opposée de l'appareil avec les impuretés entraînées dans le liquide de levage. Une particule isolée se comporte, dans certaines conditions déterminées, suivant la loi de Stokes. Cette loi peut s'appliquer également à des systèmes comportant un nombre relativement faible de particules de matière solide. Des gerbes de particu- les de matière solide obéissent cependant à une autre règle, la vitesse de migration de toutes les particules étant, dans certaines limites, égale à une répartition donnée des granulométries de particules. La description mathématique de ce phénomène n'a été qu'approximative Jusqu'à présent et on se réfèrera à cet effet à la littérature correspondante.Quoi qu'il en soit, il est établi que la vitesse de migration des matières solides est, dans de nombreux cas, indépendante de la grosseur des particules de la matière solide, de sorte que le courant du liquide de lavage n' en- train pas de séparation des particules suivant leur granulométrie. Suivant les règles relatives à une gerbe de particules, le comportement des particules de matière solide permet la séparation du liquide de lavage contenant les impuretés qu'il aabsor- bées, pour le débarrasser des particules de matière solide, même pour des systèmes de particules de très faibles granulométries. On détermine par conséquent, par une recherche expérimentale de la répartition des granulométries et de la concentration opti male des particules, pour chaque systme, le procédé le mieux approprié du point de vue du degré de purification et de la quantité de liquide de lavage utilisée. On suppose que la formation de tourbillons dans l'appareil ne donne pas lieu à un mélange total en retour des impuretés. Les mesures reprises dans l'exemple ci-après montrent qu'on peut effectuer la séparation des particules de matière solide des impuretés solubles qui y adhèrent, avec d'excellents résultats par rapport au procédé connu. Etant donné que les particules sont complètement lavées par le liquide de lavage et que les impuretés solubles se déplacent par suite de la diffusion des particules, on ne peut rencontrer les inconvénients précités, tels que la formation de canaux ou l'accumulation de liquide "de coin". En principe, on peut éliminer quantitativement les impuretés adhérant superficiellement. Pour la séparation, on peut indifféremment introduire la matière solide par le dessus dans un tube et introduire, à contre-courant, par le bas, le liquide de lavage de plus faible densité, ou, dans le cas d'une matière solide de plus faible densité, on peut introduire cette dernière par le bas et introduire le liquide de lavage de densité supérieure par le haut. Suivant une autre forme de réalisation avantageuse, au lieu du champ de gravité, on peut utiliser, pour la séparation, un champ centrifuge, par exemple au moyen d'un hydrocyclone. Exemple : La présente invention est décrite par référence à un exemple de purification de cristaux provenant de la recristallisation de téréphtalate de diméthyle dans duwméthanol, en les débarrassant de la liqueur-mère y adhérant superficiellement et contenant les impuretés. L'expression "vitesse de migration de la matière solide par rapport au liquide de lavage" utilisée dans la présente description a la signification suivante : si lton appelle v1 la vitesse de migration de la matière solide et vO la vitesse de migration du liquide de lavage, la variable "vitesse de migration de la matière solide par rapport au liquide de lavage" est v1-vO. v1 est donné dans le tableau I ci-après sous l'intitulé "vitesse des particules relativement à la colonne" - vO est donné, dans ce même tableau, sous l'intitulé vitesse du liquide de lavage". L'expression "vitesse de migration macroscopique des impuretés par rapport au liquide de lavage" est analogue à v2 - vo, V2 étant la vitesse de migration macroscopique des impuretés et v, étant tel que défini précédemment. il va de soi que la vitesse de migration macroscopique des impuretés dans l'appareillage, ici la colonne, peut être localement très variable et il est donc très difficile de préciser des gammes préférées de vitesse à ce sujet. On montre cependant dans cet exemple, par les indications relatives aux essais 1 à 8 dans le tableau I et par l'analyse rapportée dans le tableau il, ligne 4, pour l'essai n0 12 qu'il fkut satisfaire au critère imposé à la relation entre les vitesses respectives de la matière solide et des impuretés, afin d'obtenir la purification moulue. On.a réalisé aux fins de vérification les expériences dont les conditions de mise en oeuvre sont indiquées dans le tableau I ci-après. On a effectué plusieurs expériences dans chacun des trois systèmes différents, à savoir : 1. Galets de verre - eau + colorant "bleu Victoria" soluble dans l'eau. 2. Cristaux d'acide téréphtalique -liqueurmère aqueuse; ). Cristaux de téréphtalate de diméthyle liqueur-mère méthanolique. Le liquide de lavage circulant à contre-courant était de l'eau pure dans les systèmes l et 2 et du méthanol pur dans le système 3. Les e périences de cet exemple ont été réalisées dans une colonne de lavage verticale. Les avantages procurés par le procédé selon l'invention apparaissent très clairement dans le cas du système 1 : on ne pouvait déceler à la sortie au bas de la colonne aucune trace de colorant adhérant aux galets de verre, ni aucune teneur en colorant dans liteau utilisée comme liquide de lavage. Les résultats de l'expérience N 12 concernant l'élimination des impuretés 2figurent à la ligné 4 du tableau il. TABLEAU I Expérience Système et Liquide de Largeur nomi- Vitesse du liquide N diamètre lavage et sa nale de de lavage (mm/s) moyen des température colonne (mm) particules, en mm (moyenne, en C) 1 Galets de verre- eau,20 C 25 mm 2 mm/s eau + colorant "Bleu Victoria"solu ble dans l'eau 2 eau,20 C 25 mm 4 mm/s 3 comme 1 eau,20 C 25 mm 8mm/s 4 comme 1 0,18mm eau,20 C 25mm 2mm/s 5 comme 4 eau,20 C 25mm 4mm/s 6 comme 4 eau,20 C 25mm 8 mm/s 7 comme 1 eau,20 C 25mm 2 mm/s 0,28mm 8 comm 7 eau,20 C 25mm 8 mm/s 9 Cristaux d'acide téré phtalique-liqueur-mère eau,76 C 25mm 2 mm/s aqueuse 10 comm 9 eau,76 C 25mm 8 mm/s 11 comm 9 eau,76 C 25mm 14 mm/s 12 Cristaux de téréphtala te de diméthyle-liqueur méthanol, 40 C 200mm 0,8 mm/s mère méthanolique 13 comm 12 méthanol, 40 C 900mm 0,8 mm/s 14 comm 12 méthanol, 40 C 900mm 1,25mm/s 15 comm 12 méthanol, 40 C 900mm 1,45mm/s TFABLEAU I (suite) Expérience Vitesse des particules relativement à la colonne N (mm/s) à une concentration en volume des particules en % du volume total du système 3% 4% 5% 11% 15% 1 5,5mm/s 5,0 mm/s 5,2 mm/s 2 4,5 mm/s 4,1 mm/s 4,3 mm/s 3 3,6 mm/s 3,0 mm/s 2,8 mm/s 4 6,8 mm/s 6,0 mm/s 6,7 mm/s 5 5,6 mm/s 5,0 mm/s 5,8 mm/s 6 3,9 mm/s 3,7 mm/s 4,2 mm/s 7 23,8 mm/s 24,5 mm/s 22,3 mm/s 8 18,1 mm/s 19,7 mm/s 16,3 mm/s 9 8,0 mm/s 13,0 mm/s 10 4,2 mm/s 7,5 mm/s 11 0,7 mm/s 4,3 mm/s 12 16,5 mm/s 13,7mm/s 14,4 mm/s 13 16,5 mm/s 13,7 mm/s 14,4 mm/s 14 13,9 mm/s 15 17,6 mm/s 14,9 mm/s Les figures 2 et 3 représentent schématiquement lekrocédé selon l'invention, dans lequel on utilise une tour de lavage.A titre de comparaison, la fulgure 1 représente schématiquement un procédé connu, selon lequel on sépare du liquide 1 la matière à purifier (échantillon a) à laquelle on a ajouté le liquide de lavage 2, cette matière étant ensuite mise en suspension dans un liquide de lavage 4. Ensuite, on sépare à nouveau le liquide de lavage et la matière solide, la matière solide précipitant (échantillon b). Des filtrats sont séparés en 3 et 5. La figure 2 représente schématiquement une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans laquelle on sépare du liquide 21 la matière à purifier (échantillon a) à laquelle on a ajouté le liquide de lavage 22. Cette matière, après séparation d'un filtrat 23, et ne contenant donc plus que de l'humidité résiduelle, est ensuite lavée à contre-courant par un liquide de lavage 24, ledit lavage à contrecourant permettant de recueillir en 25 le téréphtalate de diméthyle purifie et une fraction 1- x du liquide de lavage, tandis que l'on extrait en 26 une fraction x du liquide de lavage et l'humidité résiduelle. La filtration du produit 25 permet de recueillir un échantillon c, un filtrat 27 étant alors séparé. La figure 3 représente schématiquement une autre forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans laquelle on prépare la liqueur-mère a, à partir du téréphtalate de diméthyle de recristallisation 31 et de liquide de lavage 32, on lave cette liqueur-mère a à contre-courant avec un liquide de lavage 34, ledit lavage à contre-courant permettant de recueillir en 35 le téréphtalate de diméthyle purifié et une fraction 1- x du liquide de lavage, tandis que l'on extrait en 36 une fraction x de liquide de lavage et la liqueur-mère.La filtration du produit 35 permet de recueillir un échantillon c, un filtrat 37 étant alors séparé Le tableau Il ci-après reprend les résultats d'essais effectués en utilisant le procédé connu et, à titre de comparaison, le procédé, selon la présente invention. TABLEAU Il Pureté Procédé Echan- Point de Indice Indice Fluo- Extinc tillon solidifi- d'acide des res- tion cation &num; cou- cence C leurs &num;&num; Procédé connu étape 1 a 139,20 0,65 40-50 3 1,05 Procédé connu étape 2 b 140,40 0,14 10-20 2 0,42 Lavage à contre courant (figure 2) c 140,41 0,053 10 2 0,32 :Lavage à contre courant (figure 3) c 140,41 0,051 10 2 0,31 &num; mg de KOH/g de tér6phtalate de diméthyle : &num;&num; indice de couleurs de la masse fondue suivant Hazen Les puretés pour les échantillons mentionnés sont calculées sur le poids sec. On a déterminé le poids sec en prélevant les échantillons aux endroits respectifs et, après avoir éliminé éventuellement le solvant qui n'adhèrait pas, en procédant à un séchage et à un pesage. A tous les endroits de prélèvement l'échantillons a, le rapport pondéral entre le méthanol et le téréphtalate de diméthyle était de 2:1, assurant ainsi des conditions de départ comparables. Après détermination expérimentale des conditions opératoires optimales respectives, on peut également appliquer le procédé de purification de la présente invention à autres systèmes de particules de mat ère solide à la surface desquelles adhèrent des impuretés solubles. On détermine, en particulier, le liquide de lavage approprié, le rapport optimal entre les vitesses de migration de la matière solide et les impuretés et ce, chaque fois, par rapport au liquide de lavage, la répartition appropriée des granulométries, ainsi que les procédés pour l'obtention de ces dernières, par exemple par broyage ou dans des conditions de cristallisation définies. REVENDICATIONS 1. Procédé de purification de matières solides à la surface desquelles adhèrent des impuretés solubles, ledit procédé consistant à déplacer une matière solide par rapport à un liquide de lavage dans lequel les impuretés sont solubles, caractérisé en ce que la vitesse de migration de la matière solide par rapport au liquide de lavage est supérieure ou égale à la vitesse de migration macroscopique des impuretés par rapport au liquide de lavage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière solide sous forme d'un mélange de cristaux ou de particules, éventuellement dans un agent de mise en suspension, est introduite en continu ou en discontinu dans le sens vertical, à contre-courant par rapport à un courant du liquide de lavage, en retirant continuellement ou en discontinu par le dessus, le liquide de lavage et les impuretés que ce dernier entraîne, ainsi que l'agent de mise en suspension éventuel, tandis que l'on retire continuellement ou en discontinu par le bas, la matière solide purifiée et le liquide de levage pur, ou vice versa, lorsque la densité de la matière solide est inférieure à celle du liquide de lavage, auquel cas le liquide de lavage contenant les impuretés et l'agent de mise en suspension éventuel sont retirés par le bas, tandis que la matière solide purifiée est retirée en continu ou en discontinu par le haut avec le liquide de lavage pur. 3. Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'on charge continuellement la matière solide sous forme d'un mélange de cristaux ou de particules, éventuellement dans un agent de mise en suspension, dans un rciuient à rotation symétrique, quelque peu en dehors de l'axe de rotation, et en ce qu'on la soumet à un courant d'un liquide de lavage dirigé tangentiellement et se déplaçant en un mouvement de rotaticn, si bien que, sous l'action de la force centrifuge, la matière solide purifiée et le liquide de lavage pur se trouvant à la périphérie extérieure du mélange en rotation, ains que le liquide de lavage et les impuretés entraînées avec ce dernier, de même que l'agent de mise en suspension éventuel, sont retirés en continu dans la zone de l'axe de rotation, ou inversement, lorsque la densité de la matière solide est inférieure à celle du liquide de lavage, le liquide de lavage et les impuretés entravées avec ce dernier, ainsi que l'agent de mise en suspension éventuel sont retirés à la Beriphérie extérieure du mélange en rotation, tandis que la matière solide purifiée et le liquide de lavage pur sont retirés sur l'axe de rotation, si bien que, d'une manière correspondante, le liquide de lavage est amené continuellement près de l'axe de rotation, tangentiellement au mélange en rotation, tandis que la matière solide est amenée continuellement à la périphérie extérieure du mélange en rotation.