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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Alkohol höherer Konzentration als das azeotropisehe
Wasser-Alkohol-Gemisch aufweist.
Die bekannten Verfahren zur Entwässerung von Alkohol nach dem Prinzip der Destillation von azeotropischen Systemen haben bisher lediglich für konzentrierten Alkohol Anwendung gefunden. Dies erklärt sich daraus, dass wasserfreier Alkohol bei diesen Methoden als Nachlauf, d. h. am Fuss der Kolonne, gewonnen wird und daher zur Beseitigung des Wassers aus dem Alkohol dieses-neben der etwa zwanzigfachen Menge einer Hilfsflüssigkeit (des flüssigen Entziehungsmittels)-in seiner Gänze verdampft werden muss. Verfahren dieser Art werden ; technisch unmöglich, sobald die Konzentration des zu entwässernden Alkohols unter eine bestimmte Grenze, z. B. 80-85 Gay Lussac, sinkt.
Ein bekanntes Verfahren (D. R. P. Nr. 287897), wonach die aus einer gewöhnlichen Konzentrationkolonne stammenden Dämpfe der Entwässerungskolonne zugeleitet werden, führt aus den gleichen Gründen zu keinem befriedigenden Ergebnis. Wenn man nämlich die Entwässerungskolonne mit den Dämpfen einer Rektifikationskolonne speist, so nutzt man nur den vierten bis fünften Teil der in dieser Kolonne tatsächlich aufgewendeten Wärmeenergie aus, während der Rest im Rückflusskondensator verloren geht.
In der österr. Patentschrift Nr. 117027 hat die Patentinhaberin ein Verfahren zur Entwässerung von Maischen oder von verdünntem Alkohol beschrieben. Bei diesem Verfahren handelt es sich aber in erster Linie um die Wiedergewinnung von Wärme, indem zunächst der Alkohol auf 90-95 G. L. in einer ersten Kolonne konzentriert und dann durch azeotropisch Destillation in einer zweiten getrennten Kolonne entwässert wird, die mit Zusatzkolonnen verbunden ist. Die zweite Kolonne wird durch Wärmeaustausch geheizt, wozu ganz oder teilweise die aus der ersten Kolonne gewonnene Abwärme nutzbar gemacht wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur unmittelbaren Entwässerung von Maischen oder von verdünntem Alkohol unter gleichzeitiger Anwendung der gewöhnlichen und der azeotropischen Destillation in ein und derselben Kolonne, mit Hilfe einer gemeinsamen Beheizung, wobei nur der zur Entgeistung der Maischen erforderliche Dampf verbraucht und ein mehr als 97'5grädiger Alkohol gewonnen wird, der dann in bekannter Weise vollständig entwässert wird.
Zur Ausführung des Verfahrens verwendet man eine gewöhnliche Rektifikationskolonne, die in bekannter Weise eine Entgeistungszone (Nr. 1), eine Zone zur Konzentration des Alkohols bis auf 90-95 G. L. (Nr. 2) und darüber eine Anzahl von Böden besitzt, welche die dritte Zone für die azeotropisch Destillation bilden, in welcher Zone ein flüssiges Entziehungsmittel, die Hilfsflüssigkeit, die ein für allemal eingebracht wird, dauernd wirksam bleibt.
Beim Betrieb der Kolonne lässt sich feststellen, dass die Flüssigkeit in einigen Böden zwischen der Alkoholkonzentrationszone (Nr. 2) und der oberen Zone (Nr. 3) die Hilfsflüssigkeit in von oben nach unten regelmässig abnehmender Menge enthält, und vor allen Dingen einen höheren Alkoholgehalt als das azeotropisehe Wasser-Alkoholgemisch aufweist, beispielsweise 97'5-99'50.
Die Grädigkeit hängt von der Menge des im unteren Teil der Kolonne zur völligen Entgeistung der Maischen erforderlichen Dampfes ab und ausserdem von dem Prozentgehalt an Hilfsflüssigkeit auf den betreffenden Böden.
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Anderseits gelangen in den obersten Teil der Kolonne Dämpfe, deren Zusammensetzung sich der des ternärenWasser-Alkohol-Entziehungskörper-Gemisches nähert. Diese Dämpfe werden kondensiert und dann einem Dekantationsgefäss zugeführt. Die untere wasser-und alkoholreiche Schicht fliesst kontinuierlich in jenen Abschnitt der Hauptkolonne zurück, wo der Alkoholgehalt des Dampfes etwa dem der unteren Schicht entspricht.
Die obere abdekantierte Schicht kehrt in ihrer Gesamtheit in den obersten Teil der Hauptkolonne zurück.
Die Möglichkeit, in einer geeigneten Zone der Kolonne, wie oben dargelegt wurde, sehr hochgradigen Alkohol zu gewinnen, dessen. Alkoholgehalt den durch gewöhnliche Rektifikation erzielbaren übertrifft, scheint einigermassen paradox, da ja im Zuge des Verfahrens eine Abtreibung von Wasser nicht nur in dem unteren Teil (Zone Nr. 1), sondern auch am Kopf der Kolonne (Zone Nr. 3) stattfindet. Ohne in eine Erörterung technisch komplizierter Einzelheiten einzutreten, sei zur Erklärung dieser Erscheinung nur auf die Tatsache hingewiesen, dass das Wasser in jener Zone, wo sich Hilfsflüssigkeit vorfindet, schneller nach dem obersten Teil der Kolonne weggeführt wird, als es durch die aus dem unteren Teil der Kolonne aufsteigenden Alkoholdämpfe zugebracht wird.
Wie immer sich das verhalten mag, genügt es, um vollkommen wasserfreien Alkohol zu gewinnen, die siedende Flüssigkeit von den Böden (zwischen den Zonen 2 und 3) zu entnehmen, wo sich hochgrädiger Alkohol befindet, der mit einem nicht zu grossen Quantum Hilfsflüssigkeit verdünnt ist, und von da in eine Kolonne mit Oberflächenbeheizung zu schaffen, wo sie durch Destillation von dem beigemengten geringen Wasser- und Hilfsflüssigkeitsanteil befreit wird.
Da im allgemeinen die Austreibung des Alkohols aus den Maischen in Zone 1 mehr Dampf erfordert als die Rektifikation in den Zonen 2 und 3, kann man daraus Nutzen ziehen, um die Zusatzkolonne ohne Kostenaufwand ganz oder teilweise zu heizen, indem man ihr die wässerigen Alkoholdämpfe der Hauptkolonne zuführt.
Wenn man Maische mit geringem Alkoholgehalt verarbeitet, so dass für die Entgeistung eine grosse Dampfmenge erforderlich ist, ist es ratsam, einen zusätzlichen Kondensator in der Höhe der Zone 2 vorzusehen. Dadurch ist man in der Lage, die Kühlfläche des Hauptkondensators entsprechend zu reduzieren, der unter weniger günstigen Bedingungen arbeitet, da die latente Wärmemenge der Hilfsflüssigkeit gering und die Temperatur am Kopf der Hauptkolonne wesentlich niedriger ist als die Temperatur des Alkohols. Im Fall der Verwendung eines Zusatzkondensators kann das Kondensat in die Hauptkolonne in Höhe der Zone 2 zurückkehren, aber es ist gleichfalls angezeigt, das Kondensat ganz oder teilweise der Zone 3 zuzuführen. Man verstärkt dadurch die Arbeitskapazität der Hauptkolonne hinsichtlich des Entwässerungsgrades.
Die Entwässerung des Alkohols nach vorliegendem Verfahren kann mit seiner Reinigung durch Mittel, wie sie bei der gewöhnlichen Rektifikation Anwendung finden und mit sonst bekannten Mitteln verbunden werden.
Für die Gewinnung von sehr reinem Alkohol genügen die beiden angegebenen Operationen nicht ; denn sie ermöglichen nicht die vollständige Abscheidung der Verunreinigungen, die mit dem Alkohol ein azeotropisches Gemisch bilden. In diesem Fall ist es angezeigt, die Maische oder die verdünnte alkoholische Lösung durch eine Vorbehandlung in niedriggrädigem Zustand von allen derartigen Verunreinigungen vollständig zu befreien, so dass hernach schliesslich ein praktisch reiner und organoleptisch neutraler wasserfreier Alkohol gewonnen wird.
Das neue Verfahren kann ganz oder teilweise bei einem andern als dem atmosphärischen Druck ausgeführt werden.
Der Gang des Verfahrens soll nun an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles einer hiezu geeigneten Vorrichtung näher erläutert werden ;
In eine Hauptkolonne 1 gibt man durch 16 Maisehe von 5 G. L. auf, welche in der Wärmeaustausch- vorrichtung 17, gegebenenfalls durch die Schlempe, die die Kolonne bei 18 siedend verlässt, möglichst hoch vorgewärmt wird. Die Kolonne wird in geeigneter Weise unter Zufuhr der Dampfmenge beheizt, die zum Entgeisten der Maische erforderlich ist ; man rechnet etwa 300 kg auf 1 hl Alkohol. Der Alkohol des Destillationsgutes wird in den oberen Kammern der Kolonne konzentriert und die Dämpfe bringen die Hilfsflüssigkeit, z. B. ein Gemisch aus Benzol und sorgfältig rektifiziertem Benzin, in dem oberen Teil der Kolonne (Zone Nr. 3) zum Sieden.
Durch einen Regulierhahn 2 befördert man einen Teil des Alkoholdampfes in einen Kondensator 3, um den Kondensator 4 zu entlasten, der unter ungünstigeren Bedingungen arbeitet. Die Temperatur am Kopf der Kolonne beträgt 65 statt 78 . Der in dem Kondensator 3 kondensierte Alkohol fliesst in die Hauptkolonne zum Teil durch Rohr 5 und zum Teil durch Rohr 6 zurück.
Die in 4 kondensierten Dämpfe bilden ein Kondensat, das sich in zwei Schichten scheidet. Die obere Schicht kehrt durch 7 in den Kopf der Kolonne und die untere Schicht durch 8 in ihren mittleren Teil zurück.
Der mit der Hilfsflüssigkeit gemischte hochgrädige Alkohol wird durch die Leitung 9 von einem Boden der Hauptkolonne, wo die Temperatur etwa 72-730 beträgt, entnQmmen und in eine Neben-
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kolonne 10 geleitet, die zum Teil durch Wärmeaustausch mit Hilfe von Alkoholdämpfen, die durch Leitung 13 aus der Hauptkolonne in den Verdampfer 11 gelangen, zum Teil durch eine Schlange 12 mit Hilfe von Frischdampf beheizt wird. Die im Verdampfer 11 kondensierten Alkoholdämpfe kehren durch das Rohr 13a in die Hauptkolonne zurück. Am unteren Teil der Nebenkolonne 10 wird durch 14 wasserfreier Alkohol, von der Hilfsflüssigkeit befreit, abgezogen, wogegen diese letztere im Gemisch mit wenig Wasser und Alkohol durch Rohr 15 kontinuierlich in die Hauptkolonne zurückkehrt.
Dergestalt verlassen den Apparat nur absoluter Alkohol bei 14 und Schlempe bei 18 ohne sonstige Nebenprodukte.
Die vorliegende Erfindung ist zur Behandlung von wässerigen Lösungen organischer Flüssigkeiten, die sich nur schwierig entwässern lassen, weil sie in Wasser sehr leicht löslich sind und mit diesem eine Mischung von niedrigstem Siedepunkt geben, wie Isopropyl-und Propylalkohol, Glykolchlorhydrin usw. allgemein geeignet.
Zur Vereinfachung der Erläuterung wurde das Verfahren in der Ausführung mit einer einzigen Hauptkolonne beschrieben. Man kann natürlich auch mehrere Kolonnen benutzen, vorausgesetzt, dass
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wie eine einzige Kolonne.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Alkohol von höherer Konzentration als das azeotropisch Wasser- Alkohol-Gemisch aufweist, beim unmittelbaren Ausgehen von vergorener Maische oder von verdünntem Alkohol, durch Kombination der gewöhnlichen kontinuierlichen Destillation und der Destillation von azeotropischen Gemischen, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Wärmeinhalt der Dämpfe, die aus dem für die Alkoholkonzentration bestimmten Teil der Apparatur stammen, unmittelbar durch diese Dämpfe auf den Verfahrensabschnitt übertragen wird, wo die Hilfsflüssigkeit des azeotropischen Gemisches wirksam ist und dass der Alkohol mit einer höheren Alkoholkonzentration als der des azeotropischen Wasser-Alkohol-Gemisches dort gewonnen wird, wo man normalerweise absoluten Alkohol erhält,
wenn die Wärmeübertragung in einer Wärmeaustauschvorrichtung stattgefunden hätte.