ES2266006T3 - Cristalizacion de materiales a partir de soluciones acuosas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para recuperar un material cristalino a partir de una disolución acuosa, disolución la cual contiene además contaminantes orgánicos, procedimiento en el cual el material se cristalizó a partir de la disolución acuosa mediante cristalización por congelación en un punto de congelación eutéctico de la disolución, generando de este modo un flujo separado de cristales de hielo, un flujo de dicho material cristalino y un flujo que contiene dicho contaminante orgánico flujo el cual está fuertemente reducido en volumen comparado al volumen original de la corriente.
Description
Cristalización de materiales a partir de
soluciones acuosas.
La invención se refiere a la cristalización de
materiales, especialmente sales, ácidos o bases, a partir de
disoluciones acuosas que contienen adicionalmente contaminantes
orgánicos.
En diversos procesos, están presentes corrientes
de diferente naturaleza que contienen componentes valiosos, sin
embargo, bastante a menudo en combinación con contaminantes
orgánicos. Es a menudo muy difícil recuperar estos valiosos
compuestos, tales como sales, o ácidos, o bases en una manera
económicamente atractiva.
Estas corrientes usualmente contienen sales y/o
ácidos y/o compuestos alcalinos orgánicos o inorgánicos, en
combinación con contaminantes orgánicos (y opcionalmente otros
materiales no cristalinos). Son numerosos los ejemplos de materiales
para cristalizarse, siendo por ejemplo los ácidos ácido nítrico y
ácido fosfórico; los materiales alcalinos pueden ser hidróxidos,
tales como de potasio o sodio; y las sales pueden ser nitratos,
fosfatos, oxalatos, sulfatos, cloruros de diversos cationes,
incluyendo, pero no limitados a amonio, y metal alcalino o metales
alcalinotérreos, tales como potasio, magnesio, sodio y calcio.
Ejemplos son corrientes residuales tales como
los subproductos obtenidos en reacciones químicas catalizadas por
ácidos (o bases), la corriente residual obtenida a partir de
procesamiento de productos agrícolas (fermentación, producción de
azúcar, producción de queso), la eliminación de gases de combustión
del crecimiento del ganado, una fase líquida derivada de
procesamiento del estiércol y similares.
Las corrientes residuales agrícolas acuosas
adecuadas para usar en los presentes procedimientos incluyen
melazas, residuo de destilación y zumo espeso de patata. Estas
corrientes se pueden someter al procedimiento de la presente
invención directamente, o después de tratamiento adicional, tal como
aclaración, neutralización, intercambio iónico y similares.
En la recuperación de almidón a partir de
patatas, se produce una corriente residual ácida que contiene una
cantidad sustancial de potasio y ácido nítrico o fosfórico. Con el
fin de recuperar el potasio a partir de ella, el material se somete
convencionalmente a intercambio iónico, seguido por cristalización
por evaporación, opcionalmente después de la neutralización del
ácido, por ejemplo con hidróxido de potasio. Sin embargo, este
procedimiento sólo da como resultado una recuperación del nitrato de
potasio de aproximadamente el 90% y/o se considera costoso en vista
de los costes de neutralización adicionales.
Los subproductos agrícolas, por ejemplo melazas,
se pueden usar para procedimientos de fermentación industrial.
Después del producto valioso, la levadura de panadero, etanol, ácido
cítrico, y similares, se han extraído a partir de caldo de
fermentación, se obtiene un líquido con un nivel incrementado de
potasio. Este líquido se concentra a menudo (residuo de
fermentación).
Además del potasio, los subproductos líquidos
agrícolas y de fermentación contienen materiales orgánicos valiosos,
que se pueden usar en alimentación del ganado. Sin embargo, los
niveles de potasio incrementados no son deseables, y disminuyen el
valor de los productos.
La recuperación de los materiales a partir de
estas corrientes residuales es a menudo demasiado laboriosa o
complicada para ser económicamente atractiva.
En la industria de procedimientos a menudo están
presentes corrientes de procesamiento que contienen componentes
valiosos, tales como ácidos, bases o sales, en combinación con
material orgánico. Estas corrientes de procesamiento han de
procesarse para recuperar uno o más de estos materiales valiosos,
bien el ácido/base/sal, o el material orgánico. Bastante a menudo
esto requiere etapas de procedimiento laboriosas, complicadas y/o
costosas.
Especialmente la presencia del material orgánico
(contaminantes orgánicos) hace difícil obtener los materiales
valiosos (ácidos/bases/sales) en forma suficientemente pura, o para
eliminar los ácidos/bases/sales en cantidades suficientes a partir
del material orgánico.
En la presente solicitud el término
contaminante(s) orgánico(s) se usa para indicar
material orgánico que no debería estar presente en el material
cristalino, y disminuye el valor del mismo. Por supuesto es bastante
posible que el material orgánico como tal sea también un componente
valioso, que constituye por ejemplo el producto principal. El
material orgánico puede ser de origen natural o sintético, siendo
ejemplos proteínas, azúcares, aminoácidos, polioles y
similares.
Procedimientos convencionales para retirar
materiales valiosos de sistemas acuosos incluyen cristalización por
evaporación, cristalización por refrigeración, ósmosis reversa,
cristalización extractiva, intercambio iónico y similares. Todos
estos procedimientos sufren de una o más desventajas, cuando se
aplican a la cristalización de materiales, especialmente sales o
ácidos, a partir de disoluciones acuosas que contienen
adicionalmente contaminantes
orgánicos.
orgánicos.
La cristalización por evaporación es un
procedimiento que es bastante común para la recuperación de estos
materiales, sin embargo, es difícil obtener altos rendimientos y/o
producto puro. Con corrientes ácidas pueden tener lugar problemas de
corrosión, y debido a la alta temperatura requerida para
rendimientos altos, el material orgánico se puede descomponer, dando
como resultado otros tipos de contaminación, que son algunas veces
difíciles de eliminar. Esto puede dar como resultado contaminación
de la fase de gas, de forma que el agua recuperada no sea pura más
tiempo.
La cristalización por refrigeración tiene la
desventaja del rendimiento limitado.
La ósmosis inversa no produce usualmente
materiales de suficiente pureza y/o concentración suficientemente
alta, así que requiere etapas de purificación adicionales, tales
como cristalización; adicionalmente está bastante limitada en
aplicación debido a la sensibilidad a contaminación, tiene periodos
operacionales cortos y es bastante cara en uso. La concentración de
los materiales valiosos generalmente permanece baja debido a las
altas presiones requeridas, lo cual hace bastante difícil la
cristalización adecuada. La naturaleza del equipamiento de ósmosis
inversa hace difícil en todo caso producir material cristalino
directamente, según se crea la supersaturación cerca de la
superficie de membrana (aumentando).
El intercambio iónico sufre del inconveniente de
las concentraciones bajas, con la consecuencia de que la
cristalización es difícil. Además esta técnica es inherentemente
menos adecuada para cristalización.
De acuerdo con esto existe una necesidad de un
procedimiento para la recuperación de materiales valiosos a partir
de corrientes de procesamiento que no tengan las desventajas
anteriormente descritas. Adicionalmente, sería interesante si el
agua fuese recuperable también, opcionalmente en combinación con una
corriente concentrada del material orgánico, liberado del otro
componente/de los otros componentes.
En general la presente invención tiene como uno
de sus objetivos reducir la carga ambiental, disminuyendo el volumen
de corrientes residuales y/o reduciendo los requerimientos
energéticos para las técnicas de separación/purificación.
La invención se basa en el uso de cristalización
por congelación eutéctica, el cual es un procedimiento basado en
separación de componentes en un punto de congelación eutéctico. La
cristalización por congelación eutéctica se ha descrito en Chem.
Eng. Proc. 37, (1998), páginas 207-213.
La presente invención implica un procedimiento
para recuperar un material cristalino a partir de una disolución
acuosa, disolución la cual contiene también contaminantes orgánicos,
procedimiento en el cual el material se cristaliza a partir de la
disolución acuosa mediante cristalización por congelación en un
punto de congelación eutéctico de la disolución, generando de este
modo un flujo separado de cristales de hielo, un flujo de dicho
material cristalino y un flujo que contiene dicho contaminante
orgánico, flujo el cual está fuertemente reducido en volumen
comparado con el volumen original de la corriente.
Se ha encontrado, que usar cristalización
eutéctica para obtener materiales cristalinos a partir de corrientes
de procesamiento que contienen contaminantes orgánicos, da como
resultado un procedimiento muy eficiente y económico. Con este
procedimiento es posible obtener una alta pureza de y un alto
rendimiento de sal cristalina, sin la necesidad de tener
equipamiento bien muy complicado o bien grande, o bien de usar
grandes cantidades de energía. Adicionalmente, se obtienen cristales
de hielo puros que se pueden procesar fácilmente a agua pura,
adecuada para propósitos técnicos. Finalmente, se obtiene una
corriente de material orgánico, que está fuertemente reducida en
volumen comparada con el volumen original de la corriente, corriente
de material orgánico la cual contiene sólo cantidades relativamente
bajas de dicho material valioso. Esta corriente puede ser útil para
otros propósitos, tales como alimentación del ganado o para
recirculación dentro de un procedimiento anterior.
La presente invención proporciona el
sorprendente hallazgo de que con un procedimiento relativamente
fácil, una corriente de procesamiento acuosa que contiene material
cristalizable y contaminantes orgánicos, como se define en el
presente documento, se puede procesar en agua pura, cristales puros
y una pequeña corriente que contiene material orgánico. En resumen,
la corriente original se puede procesar en al menos dos componentes
valiosos, agua y cristales del material, en el caso de la aplicación
a corrientes residuales, decreciendo fuertemente por lo tanto la
carga ambiental.
El procedimiento de la presente invención es
aplicable generalmente a todas las corrientes de procesamiento
acuosas que contienen material cristalizable además de contaminantes
orgánicos. Más en particular es aplicable a situaciones donde el
material cristalino es el componente valioso, pero también es
posible que el procedimiento se use para extraer materiales en
forma cristalina a partir del material orgánico. Al final puede
preverse también, pero se prefiere ciertamente menos, que el agua
sea el componente más valioso.
En general el procedimiento de la presente
invención es aplicable a la cristalización de materiales de diversa
naturaleza tales como sales y ácidos, o materiales alcalinos, de
naturaleza orgánica e inorgánica, siendo las únicas restricciones
que sean solubles en agua y existan en forma cristalina. Se han dado
en la introducción ejemplos de los materiales para los cuales el
procedimiento de la presente invención es aplicable. Es para
destacarse que en el caso de materiales ácidos o alcalinos, no
siempre es necesario neutralizarlos. Bastante a menudo estos
materiales ácidos o alcalinos se pueden recuperar como tales, bien
como cristales o bien como una corriente de depuración. Estos
materiales se pueden reutilizar, por ejemplo en equipamiento de
procedimiento anterior, o pueden por supuesto tener su propio valor
material.
Ejemplos de materiales residuales son además los
residuos líquidos de diversos tratamientos de productos agrícolas,
incluyendo procedimientos de fermentación y extracción, producción
de queso (suero de la leche, salmuera de queso), las corrientes
residuales de reacciones químicas catalizadas, el líquido de
eliminación de gases de salida de establos, o residuos líquidos de
procedimientos de tratamiento de estiércol mediante electrolisis
(opcionalmente combinada con tratamiento de peróxido) o
biogasificación en combinación con ultrafiltración.
Estos productos residuales tienen todos en común
que contienen cantidades de materiales cristalizables valiosos y
contaminantes orgánicos. En algunos casos la sal es el resultado de
un tratamiento de neutralización, tal como con las corrientes
residuales de reacciones catalizadas por ácidos. Antes o después de
que la recuperación del producto forma la mezcla de reacción el
ácido usado en ella se neutraliza con una base adecuada, bien
hidróxido de sodio o bien hidróxido de potasio o bien -
carbonatos.
El procedimiento de la presente invención es
también muy adecuado para la recuperación de nitrato o fosfato de
potasio a partir de corrientes residuales ácidas, tales como del
zumo espeso de patata. Como se ha descrito en el documento
WO-A 9747559, los subproductos agrícolas líquidos
están sometidos a aclaración, intercambio iónico, concentración de
neutralización y cristalización. Cuando el procedimiento de la
presente invención se usa en conjunción por este medio, ello llega a
ser posible para reducir la inversión y costes operacionales
sustancialmente, incrementando mientras al mismo tiempo el
rendimiento y la pureza de los productos. Adicionalmente, mediante
selección cuidadosa de los puntos operacionales alguien puede
prescindir de la neutralización y recircular una corriente de
depuración con material orgánico al intercambio iónico anterior,
como fuente de ácido para eluir el potasio. En una realización
preferida los eluyentes a partir del intercambio iónico se
preconcentran en una unidad de cristalización por evaporación.
En cristalización por congelación en un punto de
congelación eutéctico (cristalización por congelación eutéctica:
EFC) por un lado se obtiene material cristalino, y por otro lado se
obtienen cristales de hielo. Debido a la muy alta selectividad de
cristalización de sal y hielo, el material orgánico permanecerá en
el licor y se acumulará en una corriente de reciclaje. El nivel de
materiales orgánicos y opcionalmente otros componentes se pueden
controlar fácilmente ajustando una corriente de depuración, si es
necesario. En algunos casos esta corriente de depuración se puede
recircular ventajosamente al equipamiento del procedimiento
anterior, por ejemplo como agente neutralizador o como agente
eluyente.
Como se ha descrito en la referencia citada, EFC
se basa en el principio de que una disolución de una sal en agua
muestra un punto de congelación eutéctico. En el diagrama de fase
agua-sal, se puede ver que en el caso de que una
mezcla de sal en agua insaturada se enfríe al punto de congelación
de la misma, se forman primero cristales de hielo. Esto incrementa
la concentración de sal en la disolución y disminuye la temperatura
a lo largo de la línea de depresión del punto de congelación, hasta
que la disolución se satura. En esta composición se alcanza el punto
de congelación eutéctico. Adicionalmente la retirada de calor da
como resultado formación simultánea tanto de cristales de hielo como
de cristales de sal. En caso de que la disolución llegue a estar (o
esté) saturada, primero cristalizará la sal y disminuirá la
temperatura a lo largo de la línea de solubilidad, hasta que se
alcanza un punto de congelación eutéctico. Después tiene lugar de
nuevo formación de tanto cristales de hielo como cristales de sal en
o cerca del punto eutéctico. En operación continua, el punto de
operación estará para ello cerca del punto eutéctico, de forma no
respectiva de la composición de la alimentación.
Debido a la diferencia en densidad y/o tamaño de
partícula, los cristales de sal y el hielo se pueden recuperar de
forma separada.
En el procedimiento de la invención es posible
tener sólo un material que cristalice. Sin embargo, también es
posible tener dos o más materiales. En una situación tal alguien
puede encontrar la presencia de más de un punto de congelación
eutéctico.
Se puede llevar a cabo el procedimiento a
presión atmosférica, o a presión disminuida o incrementada.
Generalmente se prefiere presión atmosférica, en vista de la
facilidad de construcción. Puede, sin embargo, ser ventajoso usar
presión incrementada, por ejemplo en caso de que se haga uso del
fenómeno de los hidratos gaseosos (clatratos). Cuando se opera a
presiones superiores, hasta, por ejemplo 7500 kPa (75 barias), en
presencia de un gas (tal como CO_{2}), cristalizan los hidratos
gaseosos, con el mismo efecto sobre el sistema líquido, a
temperaturas relativamente altas, disminuyendo de este modo los
requerimientos de refrigeración, y permitiendo algunas veces a las
sales cristalizarse conteniendo menos agua cristalina.
La refrigeración para la cristalización por
congelación se hace mediante equipamiento convencional, usando la
fuente de energía más económica disponible en la localización donde
está el equipamiento. Esto puede ser electricidad o un sistema de
refrigeración dirigido por turbina, u otras fuentes de frío, por
ejemplo nitrógeno líquido, amoniaco o CO_{2} disponible en el
sitio.
Se ha encontrado que EFC es muy adecuada para
recuperar materiales valiosos a partir de disoluciones acuosas,
conteniendo también contaminantes orgánicos. Más en particular es
útil para sistemas, en los que estén presentes altas concentraciones
de un tipo de ión o sal, en combinación con material orgánico.
\newpage
De acuerdo con una realización preferida, la
etapa EFC está precedida por una concentración corriente arriba, tal
como ósmosis reversa, cristalización evaporativa y/o
ultrafiltración.
EFC puede adecuadamente llevarse a cabo usando
unidades de cristalización bien conocidas, tales como un
cristalizador de circulación forzada, un cristalizador con deflector
de tubo de aspiración, un cristalizador de disco refrigerado
GMF^{TM} o un cristalizador de columna de disco refrigerante
(CDCC), tal como se describe en figuras 1a,b,c.
Figuras 1a y 1b muestran representaciones
esquemáticas del CDCC. Se proporciona refrigeración por medio de
discos los cuales se raspan para prevenir acumulación y para mejorar
transferencia de calor. La ventaja de este tipo de diseño es su
potencial aumentado a escala; el área disponible para refrigeración
aumenta a escala a razón 1:1 con volumen creciente del
cristalizador (dado que la distancia entre los discos de
refrigeración se mantiene igual). Las corrientes de alimentación
penetran en el cristalizador en el centro de la columna. Dentro de
la columna, se forman cristales de hielo y sal y, debido a la
diferencia de densidad con el líquido, se mueven respectivamente
arriba hasta la parte superior y abajo hasta el fondo de la columna.
El líquido así como los sólidos se puede mover libremente a través
de la columna debido a que los discos de refrigeración tienen
orificios que permiten el transporte. La figura 1c proporciona una
fotografía del cristalizador, con envoltura externa
transparente.
En la figura 2 se da un establecimiento
esquemático de una planta piloto para llevar a cabo el procedimiento
de la presente invención. Muestra esquemáticamente el sistema de la
planta piloto. En el centro, reside el cristalizador CDCC. El
cristalizador se alimenta desde un recipiente de almacenamiento de
100 litros (ALMACÉN). Una bomba peristáltica BOMBA DE ALIMENTACIÓN
bombea la alimentación a un intercambiador HTXR de calor
prerrefrigerador. El intercambiador de calor se enfría mediante una
unidad termostática PRERREFRIGERADA Lauda RK8-KP.
Para el CDCC, el fluido de refrigeración que fluye dentro de los
discos de refrigeración es metanol. El metanol se enfrió mediante la
unidad termostática FRÍA. El flujo del fondo se bombea mediante la
BOMBA DEL FONDO al recipiente del producto (PROD) mediante una bomba
peristáltica. El flujo de la parte superior fluye automáticamente al
recipiente PROD.
Los cristales de hielo se analizan como sigue:
se monta una columna de vidrio, aislada, entre el CDCC, MUESTRA DE
HIELO. La entrada de hielo a partir de CDCC está conectada a la
alimentación de la columna y mediante la fuerza de la gravedad, la
suspensión fluye desde CDCC a la columna. En el centro de la
columna, el líquido se elimina por medio de una bomba. Los
cristales de hielo flotan en la parte superior de la columna. De
este modo, se forma un lecho de cristales de hielo. Se recogen
aproximadamente 300 ml del lecho de hielo dentro de un matraz
aislado y se transportan a una "cámara fría" isotérmica fija a
273ºK. Todo el equipamiento de filtración está situado dentro de
esta cámara. Los cristales de hielo se filtran en un filtro de
vidrio usando una bomba de vacío.
La bomba de vacío se desconectó y los cristales
se suspendieron (lavados) con agua destilada a 273ºK. La bomba se
invirtió y los cristales se filtraron de nuevo. Este procedimiento
de filtración y lavado se repite varias veces. Los cristales de sal
se obtuvieron por filtración del flujo de salida del fondo del CDCC.
Un microscopio también está presente dentro de la cámara fría. Los
cristales de hielo recogidos directamente desde la parte de arriba
de la columna se transportaron a la cámara fría donde se tomaron
imágenes microscópicas.
La composición líquida de las salidas de la
parte superior y el fondo se determinan mediante medidas de
densidad. La densidad de una muestra se mide con un picnómetro.
Las velocidades de flujo y concentraciones de
masa cristalina se miden como sigue: el flujo de la parte superior
se recogió durante un periodo de tiempo en un matraz aislado. El
matraz se pesó para dar el flujo de masa total. La suspensión dentro
del matraz se filtra y el filtrado se pesó. La cantidad de filtrado
en combinación con la cantidad total recogida da como resultado una
fracción de masa de hielo en la suspensión. Este procedimiento se
repite para el flujo del fondo.
Se obtuvo una disolución de KNO_{3} coloreada
a partir de intercambio iónico, y contenía aproximadamente 15% en
peso de KNO_{3}, 1% en peso de HNO_{3} e impurezas orgánicas que
resultan del procesamiento corriente arriba. En la práctica
industrial esta disolución sería la corriente de alimentación
directamente. Aquí se pretrató esta disolución, y mediante
refrigeración y adición de HNO_{3} puro se obtuvo una reserva de
alimentación de aproximadamente la composición eutéctica. Esta
disolución se suministró de acuerdo al montaje de la figura 2 del
cristalizador, donde se formaron simultáneamente hielo y KNO_{3}.
El KNO_{3} obtenido fue un polvo blanco bien filtrable, con
tamaños de partículas de aproximadamente 100 \mum. El hielo se
lavó diversas veces con agua a aproximadamente 0ºC. El hielo se
fundió, y se analizó mediante ICP-AES para K.
En la figura 3, se da una lámina de flujo de una
realización preferida, en la que se describe un procedimiento
combinado usando cristalización por evaporación como
preconcentración, seguida por cristalización por congelación
eutéctica.
El procedimiento de cristalización por
evaporación-concentración por evaporación eutéctica
(EVAP-EFC) combina tanto cristalización por
evaporación con refrigeración como con el procedimiento EFC. La
corriente líquida saturada, caliente, que sale de la unidad de
evaporación se suministra a un cristalizador que se enfría por medio
de agua refrigerada. Los cristales sólidos que se forman durante el
procedimiento de refrigeración se eliminan y el líquido refrigerado
se transfiere a la unidad de EFC.
El procedimiento se diseña de tal manera que la
eliminación del agua se hace ante todo en la unidad de evaporación y
la cristalización en la unidad EFC. Esto es posible, cuando la
solubilidad del material es alta a temperaturas altas y baja a
temperaturas bajas. El rendimiento total de los procedimientos se
determina por las condiciones del procedimiento de EFC, debido a
que la unidad de EVAP y la de EFC se hacen funcionar en serie es
decir todo el líquido que sale de la etapa de
evaporación/refrigeración entra en el procedimiento EFC.
El procedimiento descrito en esta figura 3 se
aplica a los eluyentes del intercambio iónico descrito en el
documento WO-A 9747559.
En este caso particular las condiciones
termodinámicas son muy favorables para EFC: HNO_{3} (hasta una
cierta concentración) tiene la ventaja de que disminuyen la
solubilidad de KNO_{3}, incrementando de este modo el rendimiento
incluso a temperatura de trabajo no demasiado baja. Dependiendo de
la razón de flujo de la alimentación y de las corrientes de
reciclaje se establecen la conversión y el punto eutéctico. Para un
rendimiento teórico del 99%, mientras que se mantiene aún una
temperatura eutéctica, las condiciones en el cristalizador son
[KNO_{3}] = 5,6% en peso, [HNO_{3}] = 9,3% en peso a una
temperatura de -8,5ºC. Esta es también aproximadamente la
composición de las corrientes de depuración y de reciclaje.
La figura 4 proporciona un gráfico del diagrama
de fase ternaria de los KNO_{3}, HNO_{3},_{ }H_{2}O del
sistema, así como las condiciones eutécticas para este sistema a
diversas concentraciones de HNO_{3}.
\vskip1.000000\baselineskip
A rendimiento del 40%, se establece la cantidad
(que permanece) de KNO_{3} en el líquido y a partir de la línea de
solubilidad a 60ºC, pueden determinarse las propiedades del líquido
que sale de la unidad de evaporación.
| cantidad de KNO_{3} sólido formado | 0,37 kg/s | |
| cantidad de agua evaporada | 4 ,14 kg/s | |
| calor promedio de evaporación DH_{evap} | 2300 kJ/kg | |
| velocidad de transferencia de calor | 9522 kW | |
| número neto de efectos | 3,5 - | |
| uso de vapor de alimentación | 1,18 kg/s | |
| coeficiente de flujo de transferencia de calor | 12 kW/m^{2} | |
| superficie de evaporación necesitada | 794 m^{2}. |
\vskip1.000000\baselineskip
El líquido caliente que sale de la unidad de
evaporación se enfría con agua refrigerante en un cristalizador
similar al cristalizador de EFC. La temperatura dentro del
cristalizador se fija a 30ºC.
| líquido de alimentación (kg/s) | 1,25 | |
| KNO_{3} formado (kg/s) | 0,37 | |
| intervalo de refrigeración (ºC) | 60 \rightarrow 30 |
| alimentación de refrigeración (kW) | 88 | |
| formación de sal (kW) | 117 | |
| total (kW) | 205 | |
| coeficiente de flujo de calor (kW/m^{-2}) | 2 | |
| área de refrigeración necesitada (m^{2}) | 103 |
\vskip1.000000\baselineskip
El líquido refrigerado a partir de
cristalización por refrigeración se enfrió al punto eutéctico en la
unidad de cristalización por congelación eutéctica.
| líquido de alimentación (kg/s) | 0,92 | |
| KNO_{3} formado (kg/s) | 0,21 | |
| intervalo de refrigeración (ºC) | 30 \rightarrow -10 |
| alimentación de refrigeración (kW) | 100 | |
| formación de hielo (kW) | 36 | |
| formación de sal (kW) | 75 | |
| total (kW) | 212 | |
| coeficiente de flujo de calor (kW/m^{-2}) | 2 | |
| área de refrigeración necesitada (m^{2}) | 106 |
\vskip1.000000\baselineskip
La máquina de refrigeración necesitada en la
sección EFC tiene un COP = 3,63 y por lo tanto requiere electricidad
212/3,63 = 58 kW_{elec}.
En base al procedimiento descrito en relación a
la figura 2, se llevan a cabo dos experimentos.
Experimento
1
El tiempo de residencia de la disolución es 2
horas. Después de 4 horas de operación en condiciones eutécticas, se
ha recogido hielo. Este hielo se ha lavado y analizado varias
veces:
| 3 etapas de lavado | 8,88 ppm de KNO_{3} | |
| 5 etapas de lavado | 1,52 ppm de KNO_{3} |
Experimento
2
El tiempo de residencia de la disolución es de 2
horas.
Después de 5 horas de operación en condiciones
eutécticas, se ha recogido hielo.
Este hielo se ha lavado y analizado varias
veces:
| 3 etapas de lavado | 4,71 ppm de KNO_{3} | |
| 5 etapas de lavado | 0,41 ppm de KNO_{3} |
Claims (12)
1. Procedimiento para recuperar un material
cristalino a partir de una disolución acuosa, disolución la cual
contiene además contaminantes orgánicos, procedimiento en el cual el
material se cristalizó a partir de la disolución acuosa mediante
cristalización por congelación en un punto de congelación eutéctico
de la disolución, generando de este modo un flujo separado de
cristales de hielo, un flujo de dicho material cristalino y un
flujo que contiene dicho contaminante orgánico flujo el cual está
fuertemente reducido en volumen comparado al volumen original de la
corriente.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la disolución acuosa se ha
preconcentrado en una etapa de concentración anterior.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que la etapa de concentración anterior
comprende ósmosis inversa, concentración por evaporación y/o
ultrafiltración.
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 3, en el que la concentración por evaporación incluye
cristalización parcial de la sal.
5. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 1-4, en el que dicha sal se
selecciona del grupo de sales de potasio, magnesio y amoniaco.
6. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 1-5, en el que dicha sal se
selecciona del grupo de nitratos, fosfatos, sulfatos y sales
orgánicas.
7. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 1-6, en el que dicha sal se
selecciona del grupo de nitrato de potasio, nitrato de magnesio,
fosfato monopotásico, fosfato dipotásico, sulfato de amonio, fosfato
de amonio, nitrato de amonio, fosfato sódico y nitrato sódico.
8. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 1-7, en el que la disolución acuosa
es un subproducto agrícola o de fermentación líquido o un derivado
del mismo.
9. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 1-7, en el que dicha disolución es
una corriente residual de un proceso químico catalizado por
ácido.
10. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 1-7, en el que la disolución acuosa
se deriva de eliminación de gases de salida de un establo agrícola
para guardar el ganado.
11. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 1-7, en el que la disolución acuosa
se obtiene a partir de procesar estiércol de ganado.
12. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 1-11, en el que hielo y el material
cristalino producidos durante la cristalización por congelación se
separaron mediante diferencia en densidad y/o tamaño de
partícula.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP99203479 | 1999-10-22 | ||
| EP99203479A EP1094047A1 (en) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | Crystallisation of materials from aqueous solutions |
Publications (1)
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|---|---|
| ES2266006T3 true ES2266006T3 (es) | 2007-03-01 |
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Family Applications (1)
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