NL1003591C2 - Electrostatic coalescence. - Google Patents

Description

- 1 - ELECTROSTATISCHE COALESCENTIE 5- 1 - ELECTROSTATIC COALESCENCE 5

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het ontmengen van een dispersie, welke een continue en een disperse fase omvat, waarbij de continue fase een organische fase is en de disperse 10 fase een waterige fase is, met behulp van electrostatische coalescentie.The invention relates to a method for demixing a dispersion, which comprises a continuous and a disperse phase, wherein the continuous phase is an organic phase and the disperse phase is an aqueous phase, by means of electrostatic coalescence.

Een dergelijke werkwijze is reeds beschreven in US-A-3.528.907. Daarin staat beschreven dat het mogelijk is om met behulp van een electrisch veld 15 water, gedispergeerd in een koolwaterstof, bijvoorbeeld ruwe olie, van deze olie te scheiden. Er staat bovendien beschreven dat het voltage van het electrisch veld beslist niet meer mag bedragen dan 1.000 Volt per inch, ofwel 400 Volt per cm, omdat dit kortsluiting 20 tussen de electrodes zou veroorzaken. Nadeel van deze werkwijze is dat met name een dispersie met slechts maximaal 2 gew.% waterige fase niet goed gescheiden kan worden van de organische fase.Such a method has already been described in US-A-3,528,907. It describes that it is possible to separate water dispersed in a hydrocarbon, for example crude oil, from this oil by means of an electric field. In addition, it has been described that the voltage of the electric field should definitely not exceed 1,000 volts per inch, or 400 volts per cm, as this would cause a short circuit between the electrodes. A drawback of this method is that, in particular, a dispersion with only a maximum of 2% by weight of the aqueous phase cannot be properly separated from the organic phase.

Dispersies hebben een continue 25 deeltjesgrootteverdeling. Men kan dispersies onderverdelen in primaire en secundaire dispersies. Bij primaire dispersies hebben de deeltjes die de disperse fase vormen een gemiddelde deeltjesgrootte >0.1 mm. Deze dispersies kunnen veelal gemakkelijk gravimetrisch 30 worden ontmengd met behulp van bezinktanks. Bij secundaire dispersies hebben de deeltjes die de disperse fase vormen een gemiddelde deeltjesgrootte « 0.1 mm. Het ontmengen van deze dispersies door middel van bezinking duurt voor industriële toepassingen 35 echter onaanvaardbaar lang. Om deze ontmengtijd te verkorten kan men daarom electrostatische coalescentie toepassen.Dispersions have a continuous particle size distribution. Dispersions can be divided into primary and secondary dispersions. In primary dispersions, the particles that make up the disperse phase have an average particle size> 0.1 mm. These dispersions can often be easily mixed gravimetrically with the aid of settling tanks. In secondary dispersions, the particles forming the disperse phase have an average particle size of «0.1 mm. The demixing of these dispersions by means of settling, however, takes an unacceptably long time for industrial applications. To shorten this mixing time, electrostatic coalescence can therefore be used.

1003591 - 2 -1003591 - 2 -

Doel van de uitvinding is een werkwijze te verschaffen waarbij een dispersie met tot 50 gew.% maar met name met maximaal 2 gew.% waterige fase zeer efficiënt kan worden ontmengd.The object of the invention is to provide a method in which a dispersion with up to 50% by weight, but in particular with up to 2% by weight, of the aqueous phase can be very efficiently separated.

5 Dit doel wordt bereikt doordat een electrisch veld van tenminste 500 Volt per centimeter en een frequentie van tenminste 5 Hz wordt toegepast.This object is achieved by applying an electric field of at least 500 volts per centimeter and a frequency of at least 5 Hz.

Indien een electrisch veld wordt toegepast van tenminste 1.000 Volt per cm, bij voorkeur tenminste 10 3.000 Volt per cm, meer bij voorkeur tenminste 5.000If an electric field is applied of at least 1,000 volts per cm, preferably at least 10 3,000 volts per cm, more preferably at least 5,000

Volt per cm en in het bijzonder tenminste 10.000 Volt per cm worden steeds betere ontmengresultaten bereikt. Ondanks dit hoge electrisch veld vindt er geen kortsluiting plaats en toch een zeer efficiënte 15 ontmenging van de waterige fase van de organische fase. Het is bij voorbeeld gebleken dat, bij 50 Hz frequentie, na 10 minuten 50% van de aanwezige waterige fase ontmengd is bij 733 Volt per cm. Bij 6.666 Volt per cm is na 10 minuten zelfs 90% van de aanwezige 20 waterige fase omtmengd.Volt per cm and in particular at least 10,000 Volt per cm, increasingly better demixing results are achieved. Despite this high electric field, there is no short circuit and yet a very efficient separation of the aqueous phase from the organic phase. For example, it has been found that, at a 50 Hz frequency, after 10 minutes 50% of the aqueous phase present is separated at 733 volts per cm. At 6,666 volts per cm even 90% of the 20 aqueous phase present is mixed after 10 minutes.

Bij electrostatische coalescentie kan men uiteraard ook de frequentie variëren. Goede resultaten worden bereikt indien de frequentie ten minste 50 Hz is, bij voorkeur ten minste 1.000 Hz, meer bij voorkeur 25 ten minste 2.000 Hz en in het bijzonder ten minste 5.000 Hz is.Of course, the frequency can also be varied in electrostatic coalescence. Good results are achieved if the frequency is at least 50 Hz, preferably at least 1,000 Hz, more preferably at least 2,000 Hz and in particular at least 5,000 Hz.

De vorm van het vat of de houder waarin de electrostatische coalescentie kan plaatsvinden is niet zo van belang. Het vat kan cilindrisch, vierkant, 30 rechthoekig etc. zijn.The shape of the vessel or container in which the electrostatic coalescence can take place is not so important. The vessel can be cylindrical, square, rectangular, etc.

De electrostatische coalescentie kan zowel continu als batchgewijs worden uitgevoerd. In het geval dat de elctrostatische coalescentie continu wordt uitgevoerd dient er voor wat betreft de keuze van het 35 vat of de houder wel op te worden gelet dat een laminaire stroming gecreëerd wordt, de lengte/diameter verhouding kan daarbij van belang zijn. Met name dient 1003591 - 3 - turbulentie voorkomen te worden omdat dit een negatieve invloed heeft op de ontmenging c.q. ontmengtijd.The electrostatic coalescence can be carried out continuously or batchwise. In the case that the electrostatic coalescence is carried out continuously, care must be taken with regard to the choice of vessel or container that a laminar flow is created, the length / diameter ratio may be important here. In particular, 1003591 - 3 - turbulence must be prevented because this has a negative influence on the separation or separation time.

De electrodes die kunnen worden toegepast kunnen uit verschillende materialen vervaardigd zijn, 5 bijv. geleidend glas, metaal, etc. De vorm van de gebruikte electrodes is niet wezenlijk voor de uitvinding. Voorbeelden zijn staafvormige of plaatvormige electroden. De electroden kunnen zowel geïsoleerd als niet-geïsoleerd zijn. Het gebruik van 10 niet-geïsoleerde electroden scheelt in de kosten bij de aanschaf van een scheider. Uit veiligheidsoverwegingen en/of energieverbruik zou men echter ook kunnen kiezen voor geïsoleerde electroden.The electrodes that can be used can be made of different materials, eg conductive glass, metal, etc. The shape of the electrodes used is not essential to the invention. Examples are rod-shaped or plate-shaped electrodes. The electrodes can be insulated or non-insulated. The use of 10 non-insulated electrodes saves costs when purchasing a separator. For safety reasons and / or energy consumption, one could also opt for insulated electrodes.

De temperatuur waarbij ontmenging met behulp 15 van electrostatische coalescentie plaats kan vinden is bij voorkeur kamertemperatuur maar is niet echt wezenlijk voor de uitvinding. In het algemeen geldt dat hoe hoger de temperatuur is des te sneller de ontmenging plaatsvindt. Waar echter wel voor gewaakt 20 dient te worden is dat de temperatuur niet te hoog oploopt zodat de te ontmengen dispersie gaat koken, of dat er gasvorming optreedt (turbulentie).The temperature at which demixing can take place by means of electrostatic coalescence is preferably room temperature, but is not really essential for the invention. In general, the higher the temperature, the faster the separation takes place. What should be watched for, however, is that the temperature does not rise too high so that the dispersion to be demixed starts to boil, or that gas formation (turbulence) occurs.

Het is natuurlijk altijd mogelijk om de electrostatische coalescentie onder verhoogde druk te 25 doen plaatsvinden om op die manier te voorkomen dat de dispersie gaat koken.It is of course always possible to have the electrostatic coalescence take place under elevated pressure in order to prevent the dispersion from boiling.

Er kan zowel met wisselstroom als met gelijkstroom worden gewerkt. De vorm van het electrisch veld, sinusvormig danwel rechthoekig, zaagtandvormig, 30 puls of een combinatie daarvan heeft weinig invloed op de ontmengresultaten.Both alternating current and direct current can be used. The shape of the electric field, sinusoidal or rectangular, sawtooth shaped, pulse or a combination thereof, has little influence on the demixing results.

Het organische fase worden een of meer organische verbindingen bedoeld opgebouwd uit koolstof en waterstof, bijvoorbeeld lineaire en cyclische 35 koolwaterstoffen, die ook andere atomen kunenn bevatten zoals daar zijn zuurstof, zwavel, stikstof, halogeen, etc. Voorbeelden van dergelijke verbindingen zijn 1003591 - 4 - benzeen, tolueen, cyclohexaan, heptaan, dimethylsulfoxide, enz.The organic phase is meant one or more organic compounds built up from carbon and hydrogen, for example linear and cyclic hydrocarbons, which may also contain other atoms such as oxygen, sulfur, nitrogen, halogen, etc. Examples of such compounds are 1003591-4 - benzene, toluene, cyclohexane, heptane, dimethyl sulfoxide, etc.

De waterige fase kan naast water ook andere verbindingen bevatten, bijvoorbeeld zouten of zelfs 5 organische verbindingen die in de waterige fase zijn opgelost. De waterige fase kan zelfs meer dan 50% organische verbinding(en) bevatten. Er is sprake van een waterige fase indien in deze fase tenminste 20 % water aanwezig is.In addition to water, the aqueous phase can also contain other compounds, for example salts or even organic compounds dissolved in the aqueous phase. The aqueous phase can even contain more than 50% organic compound (s). An aqueous phase is involved if at least 20% water is present in this phase.

10 De ontmengde disperse fase kan op door de vakman bekende wijze worden afgescheiden van de continue fase, bijvoorbeeld door aftappen e.d.The demixed disperse phase can be separated from the continuous phase in a manner known to the person skilled in the art, for example by tapping and the like.

Er zijn verschillende industriële processen waarbij het voorkomt dat er een dispersie ontstaat van 15 een waterige fase (maximaal 2 gew.%) in een organische fase. Om caprolactam te kunnen maken bijvoorbeeld zijn er verschillende bereidingsstappen waarbij dergelijke dispersies worden gevormd. Daar dienen dan vloeistof/vloeistof scheidingen plaats te vinden.There are various industrial processes in which it occurs that a dispersion of an aqueous phase (maximum 2% by weight) in an organic phase occurs. For example, in order to make caprolactam, there are several preparation steps in which such dispersions are formed. Liquid / liquid separations must then take place there.

20 Voorbeelden zijn de cyclohexaanoxidatie, de bereiding van hydroxylammoniumzouten, top- en bodemstromen van extractiekolommen.Examples are the cyclohexane oxidation, the preparation of hydroxylammonium salts, top and bottom flows of extraction columns.

Bij tolueenoxidatie en benzoëzuuroxidatie raken waardevolle kobalt- en koperzouten verloren doordat 25 deze in een teerfractie achterblijven. Om deze zouten nu uit de teerfractie te halen zou men deze teerfractie kunnen wassen met een weinig water en vervolgens het water met de zouten daarin opgelost kunnen scheiden met behulp van electrostatische coalescentie. In principe 30 kan electrostatische coalescentie daar worden toegepast waar reeds een scheider wordt gebruikt.In the case of toluene oxidation and benzoic acid oxidation, valuable cobalt and copper salts are lost because they remain in a tar fraction. Now to remove these salts from the tar fraction, one could wash this tar fraction with a little water and then separate the water with the salts dissolved therein by means of electrostatic coalescence. In principle, electrostatic coalescence can be used where a separator is already used.

De uitvinding zal verder worden toegelicht aan de hand van onderstaande voorbeelden zonder daartoe te worden beperkt.The invention will be further illustrated by the following examples without being limited thereto.

3535

VoorbeeldenExamples

Met een Ultra-TorraxR T50 mixer werd water 1003591 - 5 - met daarin opgelost caprolactam (50 gew.%) in benzeen als organische fase (2 gew.% waterfase t.o.v. het totale mengsel) bij 5.000 rotaties per minuut (rpm) gedurende 5 minuten gedispergeerd. Deze dispersie werd 5 binnen 1 minuut in een electrostatische coalescor gedaan waarbij de frequentie en het voltage vervolgens werden ingesteld. In de voorbeelden is steeds met wisselstroom gewerkt en zijn bij kamertemperatuur uitgevoerd. De bij voorbeelden I-III gebruikte 10 coalescor is weergegeven in figuur 1, waarbij 1 een geïsoleerde glazen electrode, 2 een glazen ommanteling met daarin 3 zwavelzuur als buitenelectrode en 4 de spanningsbron met frequentieregelaar is. De afstand tussen electrodes 2 en 3 bedroeg 1,5 cm. Een coalescor 15 als gebruikt in voorbeelden IV en V is weergegeven in figuur 2, waarbij 1 een gethermostreerd vat is waarin een glazen vat 2, (100:30:100 mm) is geplaatst welke is afgesloten met een deksel 3 waardoorheen twee niet-geïsoleerde roestvrij stalen electrodes 4 zijn 20 geplaatst. De afstand tussen de electrodes bedroeg 1,5 cm. Na verschillende tijdsintervallen werden monsters van de dispersie genomen en geanalyseerd. De proeven werden bij kamertemperatuur uitgevoerd. Om te bepalen hoeveel water ontmengd was, ofwel de concentratie 25 waterige fase in de dispersie werd de troebelheid gemeten volgens het 'Deutsche Einheitsverfahren C2, DIN 38404, Teil 2', dit was tevens een maat voor het % waterfase dat ontmengd was. Via een ijklijn is de mate van troebelheid gerelateerd aan het percentage ontmengd 30 water.With an Ultra-TorraxR T50 mixer, water 1003591-5 containing dissolved caprolactam (50 wt%) in benzene as organic phase (2 wt% water phase relative to the total mixture) was run at 5,000 rotations per minute (rpm) for 5 minutes dispersed. This dispersion was placed in an electrostatic coalescer within 1 minute with the frequency and voltage then adjusted. In the examples, alternating current was always used and carried out at room temperature. The coalescor used in Examples I-III is shown in Figure 1, where 1 is an insulated glass electrode, 2 is a glass jacket containing 3 sulfuric acid as the outer electrode and 4 is the voltage source with frequency converter. The distance between electrodes 2 and 3 was 1.5 cm. A coalescor 15 as used in Examples IV and V is shown in Figure 2, where 1 is a thermostated vessel in which a glass vessel 2 (100: 30: 100 mm) is placed which is closed with a lid 3 through which two uninsulated stainless steel electrodes 4 are placed. The distance between the electrodes was 1.5 cm. After various time intervals, samples of the dispersion were taken and analyzed. The tests were performed at room temperature. In order to determine how much water was mixed, or the concentration of aqueous phase in the dispersion, the turbidity was measured according to the 'Deutsche Einheitsverfahren C2, DIN 38404, Teil 2', which was also a measure of the% water phase that was mixed. The degree of turbidity is related to the percentage of demixed water via a calibration line.

Voorbeelden I-IIIExamples I-III

Voorbeelden I-III werden uitgevoerd als hierboven beschreven, de frequentie bedroeg 50 Hz, het 35 electrisch veld was sinusvormig. Het voltage werd gevarieerd en staat weergegeven in Tabel I met de daarbij behorende ontmengresultaten.Examples I-III were carried out as described above, the frequency was 50 Hz, the electric field was sinusoidal. The voltage was varied and is shown in Table I with the associated demixing results.

1003591 - 6 -1003591 - 6 -

Tabel ITable I

Voorbeeld Voltage % ontmengd % ontmengd% ontmengd (Volt/cm) na 1 min na 5 min na 10 min I 733 15 40 51 5 II 3333 42 68 80 III 6666 60 88 90Example Voltage% unmixed% unmixed% unmixed (Volt / cm) after 1 min after 5 min after 10 min I 733 15 40 51 5 II 3333 42 68 80 III 6666 60 88 90

Uit Tabel I blijkt duidelijk dat hoe hoger het voltage hoe beter het ontmengresultaat is.It is clear from Table I that the higher the voltage, the better the demixing result.

1010

Voorbeelden IV en VExamples IV and V

Deze voorbeelden werden uitgevoerd als hierboven beschreven, de frequentie bedroeg 50 Hz en het voltage werd gevarieerd. Het spanningsveld was 15 sinusvormig. De resultaten staan weergegeven in Tabel II.These examples were performed as described above, the frequency was 50 Hz and the voltage was varied. The voltage field was sinusoidal. The results are shown in Table II.

Tabel IITable II

Voorbeeld Voltage % ontmengd% ontmengd% ontmengd (Volt/cm) na 1 min na 5 min na 10 min 20 IV 733 48 70 73 V 2067 62 91 92 ! .....^^^^=aaaas·.! ... ......Example Voltage% disengaged% disengaged% disengaged (Volt / cm) after 1 min after 5 min after 10 min 20 IV 733 48 70 73 V 2067 62 91 92! ..... ^^^^ = aaaas ·.! ... ... ...

Vergelijkend experiment AComparative experiment A

Een monster van de dispersie werd binnen 1 25 minuut in een cilindrisch vat gedaan om uit te laten zakken. Na 1 minuut was slechts 6% water ontmengd, na 5 minuten was dat 9% en na 10 minuten slechts 12%.A sample of the dispersion was placed in a cylindrical vessel within 1 25 minutes to settle. After 1 minute, only 6% of water was mixed, after 5 minutes it was 9% and after 10 minutes only 12%.

10035911003591

Claims (9)

1. Werkwijze voor het ontmengen van een dispersie, 5 welke een continue en een disperse fase omvat, waarbij de continue fase een organische fase is en de disperse fase een waterige fase is, met behulp van electrostatische coalescentie, met het kenmerk, dat een electrisch veld van tenminste 5001. A method of demixing a dispersion comprising a continuous and a disperse phase, the continuous phase being an organic phase and the disperse phase being an aqueous phase, by means of electrostatic coalescence, characterized in that an electric field of at least 500 10 Volt per centimeter en een frequentie van tenminste 5 Hz wordt toegepast.10 volts per centimeter and a frequency of at least 5 Hz is used. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een electrisch veld van tenminste 1.000 Volt per centimeter wordt toegepast.Method according to claim 1, characterized in that an electric field of at least 1,000 volts per centimeter is applied. 3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een electrisch veld van tenminste 5.000 Volt per cm wordt toegepast.Method according to claim 2, characterized in that an electric field of at least 5,000 volts per cm is applied. 4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat een electrisch veld van tenminste 10.000 Volt 20 per cm wordt toegepast.Method according to claim 3, characterized in that an electric field of at least 10,000 volts per cm is used. 5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, met het kenemrk, dat de frequentie tenminste 50 Hz is.Method according to any one of claims 1-4, characterized in that the frequency is at least 50 Hz. 6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de frequentie tenminste 1.000 Hz is.Method according to claim 5, characterized in that the frequency is at least 1,000 Hz. 7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de frequentie tenminste 2.000 Hz is.Method according to claim 6, characterized in that the frequency is at least 2,000 Hz. 8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de frequentie tenminste 5.000 Hz is.Method according to claim 7, characterized in that the frequency is at least 5,000 Hz. 9. Werkwijze zoals beschreven in de 30 beschrijvingsinleiding en de voorbeelden. 10035919. Method as described in the description introduction and the examples. 1003591