Verfahren und Vorrichtung zur Destillation von in normalem Zustand festem Material.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur r Destillation von in normalem Zustand festem Material, wobei ein gereinigtes Produkt erhalten werden ka. ohne ohne wesentlichen Materialverlust und ohne da? bei der Ausführung des Verfahrens aussergewöhnliche mechanische Schwierigkeiten entstehen, beziehungsweise ohne daB eine grole technische Geschicklichkeit zur Ausübung des Verfahrens erforderlich ist.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Destillation von solchen in normalem Zustand festen. Stoffen, welche eine Neigung zum Sublimieren haben.
Im nachfolgenden ist insbesondere ein Verfahren zur Reinigung von rohem oder halbgereinigtem Naphtalin und rohem oder halbgereinigtem PhtalsÏureanhydrid beschrieben ; die Erfindung ist aber nicht auf die Reinigung dieser Produkte beschränkt, son dern sie kann auch zur Reinigung von vielen andern Stoffen, beispielsweise von An thracen und Betana. phthol benutzt werden.
Bisher hat man Naphthalin und Phthalsäureanhydrid in mit Feuer erhitzten Retorten destilliert, bei welchen die Verbrennungspunkte direkt auf das Äussere der Retorte einwirkten, wodurch hÏufig örtliche ¯berhitzungen verursacht wurden, so da. B eine grosse Menge von Zersetzungsprodukten, wie Teer, und bei PhthalsÏureanhydrid ein ha. rter koksartiger Rückstand entstand, welcher nach jeder Arbeitsperiode aus der Retorte entfernt werden musste und wobei eine ständige Feuersgefahr vorlag.
Bei der Destillation dieser Stoffe hat man versucht, die bermÏ?ige Zersetzung und andere Schwierigkeiten, die beim Ge brauch von feuererhitzten Retorten entstanden, dadurch zu vermeiden, da? man die Destillation im Vakuum ausführte, wodurch man niedrigere Tempera-turen verwenden konnte, was eine Verminderung der Zersetzung herbeif hrte.
Die Resultate dieser Ver- suche haben sich jedoch bei der Destillation von Naphthalin und @ PhthalsÏureanhydrid, die in normalem Zustande bei atmosphärischer Tempera. tur fest sind, als ungenügend erwie- sen, besonders wegen der Neigung des Naphthalins und des Phthalsä'ureanhydrides, infolge ihres hohen Dampfdruckes schon bei Erreichung ihres Schmelzpunktes zu ver- dampfen und zu sublimieren.
Man n hat versucht, das s Vakuum in solchen Vorrichtungen, bei denen das Eindringen einer gewissen'Luftmenge nicht zu verhindern ist, durch Abziehen der unkondensier- ten Gase mittelst einer Vakuumpumpe auf- rechtzuerhalten. Die Neigung des Naphthalins und PhthalsÏureanhydrides zur Verflüchti- gung hat jedoch die Ausf hrung dieses Verfahrens unwirtschaftlich gemacht, und zwar infolge der Verstopfung der Vakuumpumpe, herrührend von der nachfolgenden Erstarrung des aus dem Dampf eiitstehenden Konden- sates.
Weiterhin hat die Ausführung des Verfahrens in der beschriebenen Weise unvermeidlich zu einem gro?en Verlust des einer Destillation unterliegenden Materials gef hrt, und zwar r in Gestalt von DÏmpfen desselben in den unkondensierten Gasen, die aus der Destillationsvorrichtung entwichen.
Es ist natürlich, wie schon angedeutet, pra. ktisch un möglich, den Imfteintritt in eine Vakuumapparatur vollständig zu unterbinden, und infolge des hohen, beim Schmelzpunkt vorhandenen Dampfdruckes der Materialien, wie Naphthalin oder Phthalsäureanhydrid, wurde eine merkliche Menge des Dampfes dieser Materialien aus der Vakuumapparatur her ausgeschafft und ging verloren, wenn man in der oben beschriebenen Weise eine Vakuumpumpe zur Evakuation der Vakuum apparatur benutzte.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die geeignet sind, diese Schwierigkeiten zu über- winden und eine erfolgreiche Destillation im Vakuum auf wirtschaftliche Weise von in normalem Zustande festen Materialien zu er m¯glichen, auch von solchen, die eine Neigung zur Sublimation besitzen. Es wurde ge funden, da? die genanntenSchwierigkeiten vollstÏndig ausgeschaltet und die Verluste an zu destillierenden.
Materialien infolge von Zersetzung und in Form von Dampf in den unkondensierten Gasen, die aus der Destillationsvorrichtung entweichen, dadurch verringert werden können,'dass man die Destillation im Vakuum ausführt und das Vakuum dadurch aufrecht erhält, dass man die unkon- densierten Gase zusammen mit einer Flous- sigkeit aus der Va. kuumapparatur abzieht.
Dieses Abziehen wird zweckmäBig mit telst einer Vakuumpumpe mit Flüssigkeits- verschlu? ausgef hrt und die Temperatur der abschliessenden Flüssigkeit wird vorzugsweise über dem Schmelzpunkt des zu destillierenden Materials gehalten, wobei die abschliessende Flüssigkeit beispielsweise aus dem zu destillierenden Material selbst bestehen kann. Im letzteren Falle besteht zweckmässig die abschliessende Flüssigkeit aus dem Kondensat der Vakuumdestillation.
Wenn man in dieser Weise vorgehb, wird zum Beispiel verfl chtigtes Naphthalin oder Phthalsäureanhydrid, welches sich sonst als fester Stoff in der zur Vakuumpumpe fiihrenden Leitung und in der Pumpe selbst absetzt, aufgelöst und aus der Vakuumapparatur ausgewaschen, so da? es sich nicht anhäuft und die Pumpe verstopft, wie dies der Fall wäre, wenn man eine trockene Vakuumpumpe be- nutzt.
Das Verfahren bietet den weiteren Vorteil, dass das Destillat nach Wunsch bei atmosphärischem Druck abgezogen werden kann und dass Verluste an Dampf in den aus der Vakuumapparatur abgezogenen unkondensierten Gasen infolge von Absorption oder Kondensation der Dämpfe in der Abschlussflüssigkeit bei entsprechender Wahl derselben während des Durchganges der unkondensierten Gase und der AbschluBflüs- sigkeit durch die Vakuumpumpe verringert werden können.
Die beifolgende Zeichnung zeigt zwei Aus- führungsbeispiele der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, und zwar ist :
Fig. 1 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiissls, bei welchem die unkondensierten Gase zusammen mit dem Kondensat ans der Vakuumappa. ratur abge- zogen werden, und
Fig. 2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel, bei welchem die unkondensierten Gase zusammen mit einer ändern, nicht aus dem Kondensat bestehenden Fl ssigkeit aus der Vakuumapparatur abgezogen werden.
1 ist eine Retorte mit der Einfüllöffnung 1', welche mittelst einer Dampfschlange 2 beheizt werden kann. Eine Leitung 3 führt vom obern Teil der Retorte l nach dem Vor kondensator 4 oder einer@ mit Prellplatten versehenen Kolonne ; eine Leitung 5 fart au dem obern Teil des Vorkondensators zn dem Hauptkondensator 6, in welchem sich die Dämpfe kondensieren, die aus dem Vorkon- densator 4 kommen. Der Eauptkondensator 6 kann in geeigneter Weise gekühit werden, beispielsweise durch Einführung einer Kühlflüssigkeit durch Rohr 7 und Ableiten derselben bei 8.
Durch eine Leitung 9 gelangt das Kondensat aus dem Kondensator 6 in einen Kühler 10, der das Kondensat auf eine bestimmte Temperatur abkühlt und auch diazu dienen kann, den zurückbleibenden unkondensierten Dampf, zum Beispiel Naphthalindarmpf, zu kondensieren.
Eine Leitung 11 f hrt vom lOühler 10 nach der Vakuumpumpe 12. Die Pumpe kann von beliebiger Konstruktion sein, solange sie zum m F¯rdern sowohl von Gas als auch von Fl ssigkeit geeignet ist, wie eine nasse Va Kuumpumpe. Vorzugsweise benutzt man eine umlaufende Hochvakuumluftpumpe mit Flüs sigkeitsverschluss.
Vom Ausla? diesel Pumpe 12 führt eine Leitung 13 nach dem Abscheidet 14. Eine Leitung 15 führt vom Abscheider 14 nach dem Aufbewahrungsbehalter 16 und ein Rohr 17 führt vom Abscheider 14 ins Freie.
Das Verfahren nach der Erfindung kann unter Benutzung der oben beschriebenen Vorrichtung zum Beispiel wie folgt ausgef hrt werden : Rohes oder teilweise gereinigtes Naphthalin wird in die Retorte 1 durch die Einfülloffnung l'eingeführt. Die Öffnung 1' wird@ geschIossen und Dampf in die Dampfschlange 2 unter einem solchen Druck zuge- lassen, dass das Naphthalin auf die ge@@gnete Destillationstemperatur gebracht wird. Dampf mit einem Druck von etwa 12 bis 14 Atm. ist hierfür geeignet, obwohl der Dampfdruek natürlich in weiten Grenzen schwanken kann, was von dem zu destillierenden Material und dem aufrecht zu erhaltendenVakuum abhängt.
Die Dämpfe des Naaphthalins gehen zuerst durch den Vorkondensator 4, welcher dazu bestimmt ist, hoher siedende Verunrei- nigungen zu kondensieren, aber gleichzeitig gestattet, von oben Naphthalindämpfe über- destillieren zu lassen. Der gereinigte Naph thalindampf tritt alsdann in den Kondensator 6 über, wo er verflüssigt wird, und von da geht die Flüssigkeit in den Kühler 10, wo sie teilweise gekühlt wird, aber nur bis auf eine Temperatur, die wesentlich ber dem Erstarrungspunkt liegt, so da? die nasse Vakuumpumpe 12 stets fl ssiges NaphthaRin aus dem K hler 10 erhÏlt.
Die nasse Vakuumpumpe 12 zieht das Naphthalinkondensa. t zu- sammen mit den unkondensierten Gasen, die der Hauptsache nach aus eingetretener Luft bestehen, aus der Vakuumapparatur ab und lässt das flüssige Naphthalin, welches jetzt unter atmosphärischem Druck steht, in. den Abscheider 14 eintreten, von wo es durch die Leitung 15 hindureh in den Behälter 16 bertritt, während die unkondensierten Gase durch das Rohr 17 entweichen. Spuren von Naphthalinda. mpf in den bei 17 entweichen- den Gasen können natürlich wiedergewonnen werden, wenn man die Gase durch eine weitere Ko-ndensationskammer hindurohleitet.
Wie oben angegeben ; entsiehb die nasse Vakuumpumpe 12 der Destillationsvorrich- 1ung Naphthalinkondensat und die unkonden- sierten Gase, wodurch das Vakuum in der Väkuumappajatur aufrecht erhalten bleibt.
Die Pumpe 12 ist nat rlich so zu bemessen, da? sie ein grösseres Ansaugvolumen hat, als erforderlich ist, um die Eondensatmenge, welche die Destillati. omsvo. rrichtung bei nor- maler Arbeit hervorbringt. zu fördern, und zwar r soll ihr Ansaugevolumen wenigstens so gro¯ sein, dass sie ausser der normalen Kondensatmenge noch die normalerweise in die Vakuumapparatur eintretende Luftmenge bewSltigen kann.
Es ist selbstverständlich, daB die Destillationsvorrichtung nicht immer so betrieben zu werden braucht, da¯ die nor male Kondensatmenge erzeugt wird, immer- hin ist es notwendig, dass die Pumpe 12 mindestens so viel Fliissigkeit erhalt, dass sie als FliissigkeitsabsehluB wirkt, so da. die Pumpe stets im Stande ist, das. gewünschte Vakuum in der Vakuumapparatur zu erzeugen und aufrecht zu erhalten. Die Fliissig keitsmenge, die für den Flüssigkeitsverschluss der Pumpe erforderlich ist, kann aber er heblich geringer sein, als die normalerweise erzeugte Kondensatmenge.
Wenn die Pumpe so bemessen ist, dass ihr Ansaugevolumen nicht erheblich gober ist als das s Ansaugevolumen, welches erforderlich ist, um sowohl die normale Produktion von Kondensat als auch die normalerweise eingetretene Luftmenge gebeiziehungsweise die unkon densierten Gase in der Vakuumapparatur zu bewältigen, dann wirkt die Pumpe wie ein selbsttätiger Regler, der eine übergrosse Destillationsgeschwindigkeit verhindert. Unter diesen Umständen würde jedes betrachtliche Anwachsen in der Destillationsgeschwindigkeit über das normale Ma¯ hinaus de Pumpe mit Kondensat berfluten; wodurch zeitweise das Gasansaugevolumen der Pumpe vermin- dert wird.
Dies bewirkt sofort eine Ver schlechterung des Vakuums in der Vakuumapparatur und, da der absolute Druck in der Vakuumapparatur schnell steigt, nimmt die Destillationsgesehwindigkeit in der Retorte 1 schnell ab. Sobald die Destillationsgeschwindigkeit abgenommen hat, und die Pumpe sich selbst von der überschüssigen Flüssigkeit freigemacht hat, funktioniert sie wieder als Vakuumpumpe, indem sie auch die unkondensierten Gase aus der Vakuumapparatur absaugt ; das Vakuum steigt an und die Destil- lation beginnt von neuem.
Infolge des gemeinsamen Abziehens des Naphthalinkondensates und der unkondensier- ten Gase durch denselben Auslass, nämlich durch die nasse Vakuumpumpe 12, ist der Naphthalindampf in den unkondensierten Gasen in inniger Berührung mit flüssigem Naphthalin und infolge der Tatsache, da¯ das aus der Pumpe austretende Gemisch unter atmosphärischem Druck steht, ist der Verlust an Naphthalindampf in den nichtkon- densierten Gasen, welche aus der Destilla- tionsvorrichtung austreten, viel geringer, als wenn man eine trockene Vakuumpumpe verwendet, und zwar infolge der Absorption des Naphthalindampès im Naphthalinkondensat an der Austrittsstelle.
In Fig. 2 ist das zweite Ausf hrungsbei spie] der Destillationsvorrichtung dargestellt, bei welchem die unkondensierten Gase aus der Vorrichtung zusammen mit einer Fl ssigkeit austreten, die von dem in der Vorrich- tun. g erzeugten Kondensat verschieden ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist 20 eine Retorte von der gleichen Art wie die Retorte in Fig. 1. Sie ist mit einer Einfüllöffmmg 21 versehen und wird von einer Dampfschlange 22 beheizt. Bine Leitung 23 fiihrt von dem obern Teile der Retorte 20 nach einem Kondensator 24. Bei diesem Ausfüh- rungsbeispiel ist der in Fig. l gezeigte Vorkondensator zwischen der Retorte und dem Kondensator 24 fortgelassen, da die Verwen. dung eines Vorkondensators zur Ausführung des Verfahrens nicht in allen Fällen notwendig ist. Der Kondensator 24 kann in geeig- neter Weise, beispielsweise durch Einführung einer Kühlflüssigkeit durch das Rohr 25 gekühlt werden ; die Flüssigkeit wird durch das Rohr 26 abgezogen.
Eine Leitung 27 führt von dem Kondensator 24 nach einem Kühler 28, der die weitere Kondensation und die Abkühlung des Kondensates, welches vom Kondensator 24 kommt, auf eine bestimmte Temperatur bewirkt. Dieser Kühler kann unter Umständen auch fortgelassen werden.
Ein Rohr 29 f hrt vom Kühler 28 zu dem Abscheider 30. Der Abscheider ist mit einem Austrittsrohr 31 versehen, welches unten in einen Aufbewahrun. gsbeha. lter 32 fiir Kondensat hineinreicht, so da¯ letzteres einen FlüssigkeitsverscMuss bildet, wodurch das Vakuum aufrecht erhalten bleibt. Das Kondensat kann von Zeit zu Zeit je nach Wunsch durch ein Abflu¯rohr 33 mit Ventil 34 abgezogen werden.
Ein Abzugsrohr 35 für die unkondensier- ten Gase führt von dem Abscheider 30 nach einer nassen Vakuumpumpe 36. Eine Lei- tung 37 führt vom AuslaB der Pumpe 36 zu einem zweiten und kleineren Abscheider 38, aus welchem die unkondensierten, von der Vakuumapparatur abgegebenen Gase ins Freie durch Rohr 39 entweichen, während die Abschlussflüssigkeit aus der Pumpe durch
Rohr 40 in das Reservoir 41 zurückkehrt.
Das Reservoir 41 ist durch Leitung 43 mit
Ventil 43 mit dem zur Pumpe führenden Rohr 35 verbunden.
Diese Vorrichtung arbeitet zum Beispiel wie folgt :
Rohes oder teilweise gereinigtes Naphta lin wird in die Retorte 20 durch die Einf ll öffnung 21 eingeführt, dieselbe wird ge schlossen und dann wird Dampf in die Dampfschlange 23 unter gen gendem Druck eingelassen, solda. das Naphthalin destilliert wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1. Der Naphthalimdampf tritt aus der Retorte durch
Rohr 23 in den Kondensator 24 über, wo er sich verflüssigt, und von da in den K hler 2, 8, wo das s flüssige Naphthalin weiter abgekühlt wird, aber wiederum nur auf eine Tem peratur wesenblich oberhalb des Erstarrungs- punktes, so da¯ immer Naphthalin in fl ssigem Zustande in den Abscheider 30 eintritt.
In diesem Abscheider wird das flüssige Naphthalin von den unkondensierten Gasen getrennt, die durch den Kondensator hindurchgetreten sind, und das fl ssige Naph thalin fliesst abwärts durch das Austrittsrohr 31 in den Aufbewahrungsbehätter 32, von wo es nach Wunsch abgezogen werden kann.
Das Austrittsrohr 31 muss natürlich lang genug sein, um das gew nschte Vakuum aufrecht zu erhalten, ohne da¯ dabei die Gefahr vorliegt, da¯ das in dem Aufbewahrungsbehälter gesammelte Naphthalin in die Vakuumapparatur zur ckgesaugt wird.
Die unkondensierten Gase entweichen nach Abtrennung von dem flüssigen Kondensat im Abscheider 30 durch die Leitung 35 und werden aus der Vakuumapparatur durch die nasse Vakuumpumpe 36 abgezogen. Nach Passieren der Pumpe werden die Gase, die jetzt unter atmosphärisehem Druck stehen, von der Abschlussflüssigkeit aus der Pumpe im Abscheider 38 geschieden und entweichen durch Leitung 39 ins Freie.
Die nasse Vakaumpumpe 316 wird daÅaurch mit einer geeigneten Menge Abschluss flüssig- keit versehen, dass ¯ man das Ventil 43 in der Leitung 4, so regelt, dass eine bestimmte Menge Abschlussiluissigkeit aus dem Reservoir 41 durch Ejohr 42 nach der Pumpe gelangt und dann durch Leitung 37, Abscheider 38 und Rohr 40 nach dem Reservoir 41 zur ckkehrt, so da¯ die Abschlu¯fl ssigkeit einen geschlossenen Ereislauf ausführt. Die Leitung 42 steht hinter dem Ventil 43 unter Vakuum. Die durch die Leitung 42 hindurch geleitete Abechlussflüssigkeit und die durch das Abzugrohr 35 strömenden unkondensier- ten.
Gase werden also zusammen mittelst der Vakuumpumpe aus der Vakaumapparatur a. k- gezogen.
Die Absohlussflüssigkeit kann von einer beliebigen geeigneten Zusammensetzung sein.
Destilliert man beispielsweise Naphthalin, so kann flüssiges Naphthalin selbst zum Abschluss der Pumpe oder jedes anderegeeignete 01,, zum Beispiel Kreosotöl oder ein schweres Petroleumnaphtha, in welchem Naphthalin l¯slich ist, benutzt werden. Wird ein solches Íl benutzt, so kann die Temperatur der Abschlussflüssigkeit niedriger gehalten werden als wenn man geschmolzenes Naphthalin benutzt. Wenn die Abschlussflüseigkeit bei gew¯hnlichen Temperaturen fest wird, kön- nen das Reservoir 41 und die mit der Pumpe 36 verbundenen Leitungen erhitzt werden.
Zweckmässig wird als Absehlu¯fl ssigkeit eine solche Flüssigkeit gewählt, die einen relativ niedrigen Dampfdruck bei gewöhnlichen Temperaturen besitzt, wie zum Beispiel greo- sotol, um einen grossen Verlust an n Abschluss- fliissigkeit durch Verfliichtigung zu vermei- den.
Die eben beschriebene Ausführungsart des Verfahrens besitzt gewisse Vorteile gegenüber dem anhand von Fig. 1 erläuterten Verfahren, bei welch letzterem die nasse Vakuumpumpe durch das Kondensat selbst abgeschlossen wird. Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 kann nämlich die verwendete nasse Vakuumpumpe erheblich kleiner als bei derjenigen nach Fig. 1 sein, da die Pumpe weder das Kondensat noch die unkondensierten Gase zu verar- beiten hat. Wenn man ätzende Materialien de stilliert, so kann die Pumpe mit einer nicht atzenden Flüssigkeit, die von dem Destillat verschieden ist, oder mit einer Flüssigkeit, welche jede ätzentde Wirkung neutralisiert, abgeschlossen werden.
Auch wenn das zu destillierende Material einen. sehr hohen Sehmelzpunkt hat, kann jede Schwierigkeit infolge Erstarrung in der Pumpe dadurch vermieden werden, da¯ man die Pumpe mit einem Lösungsmittel f r ! das abdestillierte Produkt abschliesst. Dieses Verfahren besitzt auch den Vorteil, da. aller Dampf des zu destillierenden Materials, der in den unkondensierten, durch die nasse Va kuu. mpumpe hindurchtretenden iGasen vorhan- den ist, in der zirkulierenden Lösungsab- schlussflüssigkeit aufgelöst wird und dadurch wiedergewonnen werden kann, ohne in den Auspuffgasen verloren zu gehen.
Bei dem anhand von Fig. 2 erläuterten Verfahren ist es nicht n¯tig, daB die Abschluss flüssigkeit einen Kreislauf durch die nasse Vakuumpumpe ausführt, sondern die Pumpe kann von einer ausserhalb der Destil- lationsvorriehtung gelegenen Quelle kontinuierlich mit Abschlussflüssigkeit gespeist werden, welch letztere dann von der Pumpe zum Beispiel nach einem geeigneten Wiedergewinnungsapparat abgelassen werden kann, ohne dass sie in die Destillationsvorrichtung zurückkehrt
Diese Ausführungsart kann beispielsweise gewählt werden, wenn man Wasser oder eine andere Flüssigkeit von zu vernachlÏssigenden Kosten als Abschlussflüssigkeit benutzt, oder wo eine groB.
Menge von Ab schluBol, beispielsweise Kreosotol zur Verfü- gung steht.
Eine andere Ausführungsart des Verfahrens besteht. darin, da. ss man nur einen Teil des Kondensates vom Hauptkondensator oder Kühler nach der nassen Vakuumpumpe schickt, um dort als AbschluBIflüssigkeit zu wirken, wogegen der Rest des Kondensates nach einem Aufbewahrungsbehalter geleitet wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.