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Verfahren zur kontinuierlichen Trennung von Acrylnitril und Acetonitril
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bzw. Luft, anfällt,geführt wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur kontinuierlichen Trennung von Acrylnitril und Acetonitril, die bei der Reaktion von Propylen mit Ammoniak und Sauerstoff bzw.
Luft erhalten worden sind, durch Absorption der wasserlöslichen Reaktionsprodukte in Wasser, direkte Einführung der Absorptionslösung in eine Extraktionsdestillation mit Wasser als Extraktionsmittel, Gewinnung des acetonitrilfreien Acrylnitril am Kopf der Extraktionsdestillation, Ausführen der aceto- nitrilhältigen Fraktion aus dem unteren Teil der Extraktionsdestillationskolonne als Seitenstrom und Trennung des Acetonitril-Azeotrops von der Hauptmenge an Wasser in einer der Extraktionsdestillation folgenden Abtreiberstufe, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Extraktionsdestillation die Eintragung des zu trennenden Gemisches in der oberen Hälfte der Kolonne, vorzugsweise einer Bodenkolonne und die Abzweigung des acetonitrilhältigen Seitenstromes mindestens oberhalb des 10.
Bodens der Kolonne
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unterhalb der Abzweigung des Seitenstromes maximal die Hälfte der Gesamthöhe der Kolonne darstellt, und zwischen Eintragungsstelle des zu trennenden Gemisches und Entnahme des Seitenstromes mindestens 3, vorzugsweise mindestens 5 Böden liegen, wobei die Menge des Seitenstromes so gross gewählt wird, dass im Sumpf der Extraktionsdestillation soviel an acrylnitril-und praktisch acetonitrilfreiem Wasser anfällt wie am Kopf der Extraktionsdestillationskolonne aïs Extraktionswasser benotigt wird und dieses Wasser als Extraktionsmittel am Kopf der Kolonne nach entsprechender Temperatureinstellung durch Kühlung wieder aufgegeben wird, während das nach Abtreibung der Hauptmenge des Acetonitrils im Sumpf der Abtreiberkolonne anfallende mindestens 300 ppm Acetonitril enthaltende Wasser,
ebenfalls nach entsprechender Temperatureinstellung wieder in die Absorption der wasserlöslichen Reaktionsprodukte der Acrylnitrilsynthese zugeführt wird.
Da bei diesem Verfahren das die Abtreiberstufe verlassende Wasser im Kreislauf geführt wird, ist es nicht nötig, für völlige Acetonitrilfreiheit, die bekanntlich eine grosse Energiemenge erfordert, zu sorgen.
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die in den Reaktionsgasen enthaltene Menge an diesem Nitril nicht übersteigen. Da in der Abtreiberstufe nur mehr geringe Mengen Acrylnitril zugegen sind, ist eine Verunreinigung der Sumpffraktion durch Acrylnitril nicht zu befürchten.
Die an der Entnahmestelle des Seitenstromes sich einstellende Temperatur liegt nur wenig unter der Siedetemperatur des Wassers, da die Konzentration des Acetonitrils, die den Siedepunkt des Wassers herabsetzt, sehr gering ist. Die Temperatur am Kopf der Kolonne zur Extraktionsdestillation liegt bei etwa 67-700 C. Sie variiert etwas mit den Druckverhältnissen in der Kolonne und wird auch davon beeinflusst, ob nennenswerte Mengen Blausäure zugegen sind oder nicht. Im Sumpf der Kolonne herrscht die Siedetemperatur von reinem Wasser. Da dem Sumpf der Kolonne genau vorgeschriebene Mengen an Wasser entnommen werden, ist es zweckmässig, den Wasserstand im Sumpfbehälter über die Menge an Seitenstrom, die abgenommen wird, zu regeln.
Der Acrylnitrilgehalt des Seitenstromes wird unter anderem durch die Anzahl der Böden, die zwischen der Abzweigung des Seitenstromes und der Eintragungsstelle des zu trennenden Gemisches liegen, bestimmt.
Da jedoch der Trenneffekt sehr stark ist, genügen schon 3 Böden, um den Acrylnitrilgehalt des Seitenstromes auf tolerierbaren Werten zu halten. Vorzugsweise soll die Anzahl der Böden dazwischen aber mindestens 5 betragen.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren können beträchtliche Energiemenge eingespart werden, da die Reinigung und Aufwärmung des zur Extraktionsdestillation nötigen Wassers im Zuge der Extraktionsdestillation selbst vor sich geht und keine gesonderten Energiemengen dafür verbraucht werden.
Ferner kann die Abtreiberstufe, da ein Acetonitrilgehalt im Sumpf der Kolonne toleriert werden kann, sehr energiesparend durchgeführt werden, d. h. es genügt in der Regel ein Rüc1daufverhältnis von 1 : 1, 5 bis 1 : 8.
Schliesslich ist das erfindungsgemässe Verfahren hinsichtlich des Wasserhaushaltes optimal, da das Wasser ständig im Kreislauf geführt wird und im Zuge des Verfahrenslaufes keiner Ergänzung mehr bedarf. Im Gegenteil, da bei der Synthese von Acrylnitril auch Wasser gebildet wird, das sich in der Absorption der Nitrile niederschlägt, wird sich das Wasser, das im Kreislauf geführt wird, vermehren, so dass für eine Abzweigung von Wasser aus dem Kreislauf gesorgt werden muss. Da sich aber im Wasserkreislauf ausserdem in geringfügigen Mengen gebildete Nebenprodukte, wie wasserlösliche Harze und Polymerisate, anreichern, die bei Überschreitung einer gewissen Konzentrationsgrenze zu unerwünschten Abscheidungen und damit auch Verstopfungen führen, muss auch für eine ständige Entfernung solcher Stoffe gesorgt werden.
Dies kann gleichzeitig mit der Ausscheidung von überschüssigem Wasser erreicht werden, wenn man das überschüssige Wasser nicht, wie naheliegend wäre, an beliebiger Stelle aus dem Kreislauf entzieht, sondern diese Menge aus der Heizkammer der Abtreiberkolonne abzieht. Das bringt nicht nur den Vorteil mit sich, dass dabei Acetonitrilverluste vermieden werden, weil das Acetonitril als leichter flüssiger Bestandteil aus der Heizkammer abgetrieben wird, sondern ermöglicht auch eine vermehrte Austragung von harzartigen Bestandteilen, weil sich diese in der Heizkammer der Abtreiber-
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kolonne gegenüber dem Sumpfablauf der Kolonne, der in die Absorption zurückgeführt wird, durch die in der Heizkammer herrschende Verdampfung stark anreichert. Diese entnommene Wassermenge kann dann auf geeignete Weise verworfen oder vernichtet werden.
Sollte die Kolonne zur Extraktionsdestillation mit Direktdainpf beheizt werden, so ist auch für die dadurch eingebrachte zusätzliche Wassermenge durch Austragung aus der Heizkammer der Abtreiberstufe Rechnung zu tragen.
Die praktische Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens soll an Hand der beiligenden Fig. 1 noch eingehender erläutert werden. In dieser Fig. 1 bedeutet 1 den Absorptionsturm, in den bei 2 die Reaktionsgase aus der Acrylnitrilsynthese eingeführt werden. Dieser Turm wird bei 4 mit der zur Absorption nötigen Wassermenge beaufschlagt. Die nicht absorbierten Gase treten bei 3 am oberen Ende des Turmes aus, die nitrilhältige wässerige Lösung wird am Boden des Turmes 1 abgezogen und bei 6 in die Kolonne 7, vorzugsweise eine Glockenboden- oder Schlitzbodenkolonne, in der die Extraktionsdestillation durchgeführt wird, eingetragen. Dieser Kolonne wird über die Leitung 9 am Kopf das Extraktionswasser aufgegeben, das aus dem Sumpf 8 der Kolonne 7 abgezogen wird. Bei 10 wird der acetonitrilhältige Seitenstrom abgezogen.
Der Flüssigkeitsstand im Sumpf 8 der Kolonne 7 ist geregelt. Steigt er an, so wird die Abnahme des Seitenstromes automatisch erhöht, bis der erwünschte Stand im Sumpf wieder eingestellt ist. Am Kopf der Kolonne zieht ein azeotropes Gemisch von Acrylnitril und Wasser ab, das entweder über 12 gewonnen und der Entwässerung zugeführt oder bei 13 als Rücklauf der Kolonne 7 wieder aufgegeben wird. Der bei 10 abgenommene Seitenstrom wird in der Abtreiberkolonne 14 in eine bei 15 über Kopf abgehende acetonitrilreiche Fraktion und in acetonitrilhältiges Wasser getrennt. Von dem bei 15 abgehenden, wasserhältigen Acetonitril wird bei 17 ein Teil wieder als Rücklauf aufgegeben, während der andere Teil über 16 der weiteren Aufarbeitung zugeführt wird.
Aus dem Sumpfablauf der Kolonne 14 wird bei 18 das Wasser abgezogen und indenAbsorptionsturm 1 zurückgeführt, während aus der Heizkammer 19 der Abtreiberkolonne 14 überschüssiges Wasser zusammen mit Harzanteilen abgezogen wird.
Beispiel :
Die den Synthesereaktor verlassenden Reaktionsgase, welche pro Stunde 176 g Wasser, 135 g Acrylnitril, 16 g Acetonitril, 710 g Stickstoff, 78 g andere Gasreste und 21 g sonstige organische Verbindungen wie Blausäure, Acrolein bzw. Verbindungen dieser beiden Stoffe enthalten, werden in den Absorptionsturm 1, eine Raschigringkolonne mit 100 mm Durchmesser und 3 m Füllhöhe, bei einer Raschigringgrösse von 8 x8 mm, eingeführt und pro Stunde mit 6000 g Wasser, das im Gemisch mit 5 g Acetonitril und 17 g sonstigen organischen Bestandteilen vorliegt, gewaschen. Am Kopf dieses Turmes entweichen pro Stunde 710 g Stickstoff und 78 g andere Gase. Die am Boden des Turmes anfallende Lösung, pro Stunde 135 g Acrylnitril, 21 g Acetonitril in 6176 g Wasser neben 38 g sonstigen organischen Bestandteilen, wird nach Vorheizung auf 88 C beim 30.
Boden von unten in die Kolonne 7 eingeführt, eine Schlitzbodenkolonne (Oldershaw-Kolonne) mit 60 mm Durchmesser und 60 mm Bodenabstand, die insgesamt 49 Böden besitzt und im Sumpfgefäss durch Direktdampf (500 g Wasser als Dampf pro Stunde) beheizt wird. Die Temperatur an der Eintragungsstelle beträgt 88 C. Die Kolonne wird am Kopf mit 3000 g Wasser von 68'C beaufschlagt, das im Sumpf dieser Kolonne abgezogen und entsprechend gekühlt worden ist.
Die Temperatur am Kopf der Kolonne beträgt 67 C. Vom abziehenden Kopfprodukt wird ein Teil der nach Schichtentrennung als obere Schicht anfallenden Mischung, u. zw. pro Stunde 5 g Wasser,
133 g Acrylnitril und 15 g sonstige organische Bestandteile, insbesondere Blausäure der Acrylnitrilgewinnung (Acetonitrilgehalt unter 300 ppm) zugeführt, während der Rest der oberen Schicht und die gesamte untere Schicht insgesamt 38 Teile Wasser, 153 Teile Acrylnitril und 19 Teile sonstige organische Bestandteile pro Stunde als Rücklauf in die Kolonne zurückgeführt werden. Beim 20.
Boden der Kolonne von unten, bei dem eine Temperatur von 990 C herrscht, wird ein Seitenstrom, bestehend pro Stunde aus 6671 g Wasser, 2 g Acrylnitril, 21 g Acetonitril und 23 g sonstige Bestandteile entnommen und in die Abtreiberkolonne 14, eine Schlitzbodenkolonne mit 30 Böden, eingeführt, wobei die Einführung beim 20. Boden von unten erfolgt, an dem eine Temperatur von 97 C eingestellt ist. Diese Kolonne wird indirekt durch eine mit heissem Öl durchflossene Heizschlange beheizt. Am Kopf dieser Kolonne betrâgt die Temperatur 72 C. Das Kopfprodukt wird wiederum geteilt.
Ein Teil, bestehend aus 4 g Wasser, 2 g Acrylnitril, 16 g Acetonitril und 1 g sonstige Bestandteile pro Stunde, wird ausgetragen, während der Rest, bestehend aus 16 g Wasser, 8 g Acrylnitril, 64 g Acetonitril und 4 g sonstige Bestandteile pro
Stunde als Rücklauf wieder der Kolonne aufgegeben wird. Aus dem Sumpf wird pro Stunde eine wässerige
Lösung, bestehend aus 6000 g Wasser, 5 g Acetonitril und 17 g sonstige Bestandteile abgezogen, auf 15 C gekühlt und in die Absorptionsstufe zurückgeführt, während aus der Heizkammer der Kolonne pro Stunde
667 g Wasser und 5 g sonstige Bestandteile abgezogen werden.
Diese wässerige Lösung wird in einem Um1aufverdampfer bei einem Vakuum von 0, 1 ata auf 1/50 des Volumens eingedampft und der Eindampfrest durch Verbrennung vernichtet.
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