Kontinuierliches Sorptionsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf ein kontinuier lichtes Sorptionsverfahren zur Fraktionierung einer fliessfähigen Beschickungsmischung verschiedener Bestandteile, bei dem einer der Bestandteile des Gemisches während der Berührung mit einem festen Sorbens von selektiver Sorptionskraft für diesen Bestandteil sorbiert wird, während unsorbierter Bestandteil der Beschickungsmischung vom Kontakt mit dem Sorbens abgezogen wird und die selektiv sorbierte Komponente von dem Sorbens durch ein fliessfähiges Desorbens verdrängt wird.
Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Zerlegung einer Mischung von Bestandteilen mit verschiedenem Grad an Sorbierbarkeit auf einem festliegenden Festsorbens in einer kontinuierlichen Art und Weise, die einem ununterbrochenen Gegenstromkontakt der verschiedenen Verfahrensströme mit dem festen Sorbens ähnelt.
Das kontinuierliche Sorptionsverfahren gemäss der Erfindung besteht darin, dass man einen kontinuierlichen Kreislauf von Fliessmittel sukzessiv durch vier in Serie geschaltete Behandlungszonen einer ortsfesten Masse des festen Sorbens aufrechterhält und vom Auslass der letzten Zone zurück zum Einlass der ersten Zone kontinuierlich die Fliessmittelbeschickungsmischung in das umlaufende Fliessmittel am Einlass der ersten Zone einführt, kontinuierlich unsorbierten Bestandteil aus dem umlaufenden Fliessmittel am Auslass der ersten Zone abzieht, kontinuierlich Desorbens in das umlaufende Fliessmittel am Einlass der dritten Zone einführt,
kontinuierlich selektiv sorbierten Bestandteil und Desorbens aus dem umlaufenden Fliessmittel am Auslass der dritten Zone abzieht und periodisch die vier Zonen in der ortsfesten Sorbensmasse durch gleichzeitige Weiterschaltung der Einführungsstelle der Beschickungsmischung, der Abzugsstelle des unsorbierten Bestandteiles, der Einführungsstelle des Desorbens und der Abzugs stelle des selektiv sorbierten Bestandteiles und Desorbens um ein gleiches Stück längs des Fliessweges des umlaufenden Fliessmittels fortschreiten lässt.
Bei jedem der periodischen Fortschritte der vier Zonen im vorliegenden Verfahren werden die Stellen erstens der Einführung des Stromes der Beschickungsmischung, zweitens der Einführung des Desorbensstromes, drittens des Abzuges des Stromes an unsorbiertem Bestandteil und viertens des Abzuges des Stromes von selektiv sorbiertem Bestandteil und Desorbens gleichzeitig um einen gleichen Abschnitt in Richtung des Flusses des umlaufenden Fliessmittels geschaltet. Die Strecke des periodischen Fortschrittes der Einlass- und Auslassströme überschreitet im allgemeinen nicht das Ausmass einer Zone. Zweckmä ssiger ist sie nur ein Bruchstück hiervon, also zum Beispiel 1/2, 1/3 oder ein kleineres Bruchstück einer Zone, vorzugsweise jedoch nicht kleiner als ein Zehntel einer Zone.
Wenn die Summe einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Abschnitte gleich der gesamten Länge des Weges des durch die Reihen der vier Zonen strömenden Fliessmittels ist, ist die Ausgangsstelle durch Vollendung eines Kreislaufes periodischer Fortschritte der vier Zonen wieder erreicht, und dieser Kreislauf wird dann ohne Unterbrechung der Einlass- und Auslassströme wiederholt. Dadurch wird eine kontinuierliche Behandlung der Beschikkungsmischung mit ortsfestem Sorbens bei gleichzeitig nebenherlaufender kontinuierlicher Desorption und Entfernung selektiv sorbiertem Bestandteiles aus dem festen Sorbens erreicht, ohne dass irgendein Anteil der ortsfesten Masse des festen Sorbens aus dem Kreislauf des Fliessmittels entfernt würde.
Es ist heute weitgehend erkannt, dass verschiedene feste Sorbensien spezifischer Zusammensetzung und Struktur mit einer Mischung von Bestandteilen in Berührung gebracht werden könnten, die sich voneinander in ihrer relativen Sorptionsfähigkeit an dem festen Stoff unterscheiden, um dadurch ein Mittel zum Absondern der einzelnen Bestandteile entsprechend ihrer Struktur zu gewinnen. Diese Art von Trennmethode ist auf Mischungen von anorganischen sowie organischen Verbindungen angewandt worden und hat eine ihrer häufigsten Anwendungen auf dem Gebiete der Zerlegung von Kohlenwasserstoffmischungen gefunden, die Bestandteile enthalten, welche sich hinsichtlich ihrer Strukturklassen unterscheiden. Diese Methode ist besonders anwendbar auf die Zerlegung von Mischungen, die nur mit Schwierigkeit durch andere Trennmittel, wie fraktionierte Destillation, zerlegt werden.
Eine Art von festem Sorbens, das im allgemeinen als adsorptive Eigenschaften aufweisend gekennzeichnet ist, adsorbiert selektiv denjenigen Bestandteil einer Mischung von organischen Verbindungen, der den relativ höchsten Polaritätsgrad hat.
Eine andere Trennungsart, bei der ein festes Adsorbens zur Zerlegung von Mischungen organischer Bestandteile auf Grund einer Differenz in der Struktur der Bestandteile der Beschickungsmischung dient, ist die sogenannte Clathrations-Methode.
Noch eine andere Trennungsart unter Verwen dung eines festen Sorbens ist das Sorptionsverfahren , das feste Teilchen eines porösen Sorbens benutzt, die in der porösen Struktur des Sorbens die geradkettigen Bestandteile einer Beschickungsmischung von organischen Verbindungen selektiv okkludieren, aber die verzweigtkettigen Bestandteile der Beschickung nicht in die Poren des Sorbens eintreten lassen.
Eine andere Art von Trennverfahren, auf welche das vorliegende Verfahren anwendbar ist, besteht in der Methode, bei der eine chemische Umsetzung mit einem festen Sorbens (Reaktionsbestandteil) stattfindet, der als festliegendes Bett an Ort und Stelle gehalten wird, während der sorbierbare Bestandteil (der andere Reaktionsbestandteil) in einem ihn enthaltenden Fliessmittelstrom zugeleitet wird.
Das vorliegende kontinuierliche Sorptionsverfahren ist anwendbar auf alle vorerwähnten Trennungsmethoden unter Benutzung eines festen Sorbens, dessen Sorptionsfähigkeit sich in einer anschliessenden Behandlung des verbrauchten Sorbens wiederherstellen lässt, gleichgültig, ob es sich um Oberflächenabsorption, um Clathration oder um Molekularsiebe handelt. Die vorliegende Methode ist jedoch besonders anwendbar auf Trennungen, die Sorbensien benutzen, welche strukturell relativ unbeständig sind und daher keine Entfernung des festen Sorbens aus einer Zone zu der anderen gestatten, ohne dass es einen Verlust an Aktivität und Gebrauchsfähigkeit infolge Abrieb und sonstige Folgen seiner strukturellen Instabilität erleidet.
Für die Zwecke dieser Beschreibung und zur Definition der allgemeinen Erfindungsgedanken sollen die verschiedenen Trennmethoden, deren jede die Benutzung von Feststoffen einschliesst, welche selektiv sich in irgendeiner Form mit mindestens einem Bestandteil einer fliessfähigen Beschickungsmischung von Bestandteilen unter Bildung eines unterschiedlichen oder verbrauchten Feststoffes vereinigen, gleichgültig, ob es sich um Clathration, Adsorption, Okklusion oder um chemische Reaktion handelt, im nachstehenden als Sorption bezeichnet werden, und die Benutzung dieses Ausdruckes soll jegliche Art von oben angegebener Trennung umfassen.
Das vorliegende Verfahren zeichnet sich als ein zyklisches und kontinuierliches Verfahren aus, bei welchem die verschiedenen Einlass- und Auslassströme in kontinuierlicher Weise eingebracht bzw. abgezogen werden, während die Masse des festen Sorbens im wesentlichen innerhalb des Sorptionssystems ortsfest verbleibt und die Einlässe für Einspeisung und Desorbens sowie die Auslässe für den Produktabzug gleichzeitig um einen gleichen Betrag in periodischen Intervallen während des Kreislaufes des Fliessmittels durch das ganze System geschaltet werden.
Obgleich das feste Sorbens an Ort und Stelle verbleibt, wird hierdurch gleichsam eine Gegenstromfliessanordnung herbeigeführt, da jeder Teil der festen Sorbensmasse nacheinander den Zwecken der vierten, der dritten, der zweiten und der ersten Zone in einem Betriebskreislauf (d. h. in einem vollständigen Zyklus periodischen Fortschreitens der vier Behandlungszonen) dient, während die allgemeine Flussrichtung des Fliessmittels in entgegengesetzter Richtung verläuft. Die Beschickung tritt in die erste Zone (welche als Sorptionszone dient) an einer Stelle ein, an der das feste Sorbens relativ mehr verbraucht ist als das Sorbens an der Stelle des Abzuges des Raffinatstromes oder unsorbierten Bestandteiles aus der Sorptionszone, und die Sorptionszone schreitet periodisch gegen einen Sorbenanteil von wiederhergestellter Sorptionsfähigkeit fort.
Das vorliegende Verfahren kann auch so betrachtet werden, als würde es in einer Reihe von vier miteinander verbundenen Zonen einer einzigen festliegenden Masse festen Sorbens vorgenommen, das keine eigentliche Abgrenzungslinie zwischen den Zonen besitzt, abgesehen davon, dass die Zonengrenzen durch die Einlass- und Abzugsstellen für die verschiedenen Fliessmittelströme definiert sind. Die erste Zone, welche die Beschickungsmischung nach ihrem Einlass erhält, wird als eine Sorptionszoneo bezeichnet. Die zweite Zone in Flussrichtung des Fliessmittels durch die feste Sorbensmasse wird als eine Primär rektifikationszone bezeichnet. Die nächstfolgende oder dritte Zone wird als Desorptionszone, bezeichnet und die vierte Zone wird hier Sekundärrektifikationszone genannt.
Obgleich aus Gründen der Einfachheit diese Zonen, welche die periodisch fortschreitenden Behandlungszonen oder Kontaktzonen zwischen Fliessmittel und Sorbens darstellen, unter Bezugnahme auf eine bezeichnende Ausführungsform der Erfindung nachstehend beschrieben werden, als ob jede durch eine Reihe von miteinander verbundenen festliegenden Betten definiert wäre, ist hervor zuheben, dass die gesamte : Masse des in diesen Bett- reihen vorhandenen festen Sorbens als ein einziges ununterbrochenes Bett betrachtet werden kann, das durch eine Kontaktsäule umgrenzt wird, in welcher jede der Behandlungszonen durch die Einlass- und Abzugsstellen der verschiedenen Ströme definiert ist, die in das Bett hinein und daraus herausfliessen.
Wenn man die Kontaktsäule als eine Umgrenzung eines zusammenhängenden ortsfesten Bettes von festem Sorbens betrachtet, hat sie eine merkliche grö ssere Länge als Breite und begrenzt vorzugsweise ein langes schlankes Bett, dessen Länge, zum Beispiel mehr als 4mal so gross, beispielsweise 8- oder 10mal und bis zu etwa 40mal so gross ist wie der Durchmesser des Bettes. Bei einer bevorzugten Art von Kontaktsäule ist dieses Bett durch Einschnürungen in eine Reihe kleinerer Betten unterteilt, die praktisch in gleichförmigem Abstand längs der Säulenlänge liegen, so dass die Einschnürungen, sowie die Abteilungen zwischen diesen das Sorbens enthalten. Die letztere besonders bevorzugte Anordnung ist in der Zeichnung dargestellt, die nachstehend näher beschrieben wird.
Die Vorteile der Einschnürung der ortsfesten Sorbensmasse zu einer Mehrzahl von Betten, insbesondere zu mindestens vier Betten oder einer grösseren Bettenzahl, die ein Mehrfaches von vier, wie acht, zwölf oder sechzehn und bis zu vierzig Betten beträgt und die Vorteile der Anordnung von Eintrittsund Abzugsstellen für die verschiedenen Ströme an den Einschnürungen sind: Erstens Verhinderung von konvektiver Rückmischung von Fliessmitteln in ent ggengesetzter Richtung zur allgemeinen Richtung des Fliessmittelflusses und zweitens eine grössere Leichtigkeit der Fliessmittelverteilung beim Fluss in die Kontaktsäule hinein und aus dieser heraus, weil sich dadurch Kanalbildung und anderer unerwünschter Verlust an gleichförmiger Verteilung vermeiden lässt.
Durch Unterteilung eines senkrechten Sorbensbettes in kleinere Betten mittels Trennwänden, wie in Fig. 1 in der Zeichnung dargestellt, wird die Last des festen Sorbens über eine Mehrzahl von Zwischenträgern verteilt und dadurch eine Addierung dws ganzen Gewichtes des Sorbens auf einem einzigen Bodenträger der Sorbensmasse vermieden.
Geeignete Beschickungsmassen, die bei dem Verfahren gemäss der Erfindung benutzt werden können, sind eine Fliessmittelmischung von zwei oder mehr Bestandteilen, von denen eine mit relativ grösserer Zähigkeit an einem festen Sorbens sorbiert wird als ein oder mehrere andere Bestandteile, die in der Beschickungsmischung vorliegen. Im Hinblick auf die Anpassungsfähigkeit des vorliegenden Verfahrens an verschiedene Sorptionsmethoden einschliesslich Bber- flächenadsorption, Clathratbildung und Molekularokklusion, wie oben beschrieben, kann hier als Beschickung jede Fliessmittelmischung von Verbindungen verwendet werden, die mindestens einen Bestandteil enthält, der einer der verschiedenen Erscheinungen unterliegt, die für seine selektive Zurückhaltung durch ein festes Sorbens verantwortlich ist.
Bezeichnende Beispiele in der besonderen Anwendung des vorliegenden Sorptionsverfahrens sind solche, die ein Sorbens vom Molekularsiebtyp verwenden, und sie umfassen: Die Abtrennung von Normalalkoholen, wie Normalbutanol, von Alkoholen mit verzweigter Kette oder cyclischer Struktur, wie Tertiärbutylalkohol oder Cyclohexanol; die Abtrennung von normalen aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit gerader Kette, wie zum Beispiel n-Pentan, n-Hexan, n-Hexen und n-Hepten von verzweigten Paraffinen und Olefinen, wie zum Beispiel 2,3-Di- methylbutan bzw.
Diisobutylen oder von cyclischen Kohlenwasserstoffen, wie Cyclohexan und Methylcyclopentan; die Abtrennung der normalen Paraffine aus einer im Benzinbereich siedenden Kohlenwasserfraktion, die Naphtene und aromatische Kohlenwasserstoffe in Vermischung mit normalen und verzweigten Paraffinen enthält; die Abtrennung von geradkettigen Aldehyden mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen je Molekül von verzweigten und cyclischen Aldehyden; die Abtrennung von geradkettigen Ketonen, wie Methyl-Äthyl-Keton von verzweigten Ketonen, wie Diisopropylketon oder von cyclischen Ketonen, wie Cyclohexanon;
die Abtrennung von gerad kettigen aliphatischen Säuren von verzweigten oder cyclischen Säuren, wie die Abtrennung von Oleinsäure von ihren verzweigten Isomeren und die Auflösung von Mischungen vieler anderer Klassen von organischen Verbindungen, die sich innerhalb der Klasse durch ihre Struktur unterscheiden. Die Wahl des Molekularsieb-Sorbens zur Benutzung im Verfahren hängt von der Molekulargrösse (zum Beispiel dem Querschnittsdurchmesser) des zu sorbierenden Bestandteiles ab.
Ein kontinuierliches Sorptionsverfahren der Fraktionierung einer Fliessmittelbeschickungsmischung von anorganischer oder organischer bzw. gemischt anorganischer oder organischer Zusammensetzung wird als Beispiel in der Zeichnung erläutert, die unter Bezugnahme auf eine bestimmte Beschickungsmischung eines Normal-Paraffines, wie n-Hexan und eines Isoparaffines oder Cycloparaffines, wie eines Dimethylbutans oder Cyclohexans unter Benutzung eines festen Sorbens vom Molekularsiebtyp (nämlich eines dehydratisierten Calciumaluniiniumsilikates mit Poren von 5 Angström innerem Querschnittdurchmesser) dargestellt ist.
Es ist zu beachten, dass der Sinn dieser Erläuterung der Behandlung einer bestimmten Beschickungsmischung nicht darin besteht, das Wesen der Erfindung unbedingt auf die angegebene Beschickungsmischung, das Sorbens und die besonderen Verfahrens- oder Fliessbedingungen zu beschränken.
Obgleich ferner die betreffende Arbeitsweise, die nachstehend zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben ist, die Kontaktbehandlung von Fliessmittel in praktisch flüssiger Phase mit festem Sorbens in einer besonderen Anordnung von mehrfachen festliegenden Betten beschreibt, versteht es sich, dass im Rahmen der Erfindung auch Dampfoder Gasphasenbetrieb, andere Anordnungen von Sorbensbetten, die Benutzung eines Aufstromes von Fliessmittel durch das Sorbens und die Benutzung anderer Anlage arten erfasst sind.
Das Verfahren nach der Erfindung kann in irgendeiner geeigneten Anlage durchgeführt werden, die entweder eine Reihe von miteinander verbundenen festen Betten oder ein einziges kontinuierliches Sorbensbett aufweist und Fliessmittelverbindungsleitungen zwischen dem Auslass des letzten Bettes der Reihe und dem Einlass des ersten Bettes bzw. zwischen dem Auslass und dem Einlass des einzigen Bei tes besitzt und ausserdem geeignete Mittel aufweist, wie einen Drehschieber oder einen Verteilerkopf zur Umschaltung der Einlass-und Auslassstellen für die verschiedenen Speise- und Produktströme, die in dem Verfahren vorkommen. Die Zeichnung erläutert schematisch eine bevorzugte Anlage, die wegen ihrer gedrängten Anordnung der Reihe aus festliegenden Betten besonders geeignet ist.
Fig. 1 erläutert die Anordnung einer Reihe festliegender Betten, die innerhalb einer senkrechten Kontaktsäule 101 mit geeignet geformten Unterteilungseinrichtungen, welche die senkrechte Säule in eine Reihe benachbarter Bettzonen, wie Zone 201 bis 212, zerlegen, übereinander angeordnet sind. Jede Zone zwischen der obersten und der untersten Zone iss von ihrer benachbarten Zone durch einen trichterförmigen Trennteil, zum Beispiel eine Trennwand 102 der Zone 201 und ein Fallrohr 103 von verringerter Querschnittsfläche abgetrennt, das in eine darunterliegende Zone 202 durch eine Quertrennwand 104 mündet, welche die obere Begrenzung der Zone 202 darstellt.
Ein Teil der vorliegenden Anlage, der für die Verwirklichung des durch das Verfahren nach der Erfindung vorgesehenen Flusses wesentlich ist, besteht in einer geeigneten Programmschalteinrichtung zum Umwechseln der Einlass- und Auslassstellen in und von der Kontaktsäule und zum periodischen Fortschritt jeder dieser Stellen über gleiche Teilstrekken in Fliessrichtung des Fliessmittels durch das System während des Verfahrensbetriebes. Jede geeignete Form einer Fliessmittelverteilungszentrale, wie ein Verteilerkopf oder ein verzweigtes Leitungssystem mit Ventilen und ankommenden und abgehenden Leitungen, kann mit elektrisch betätigten Zeitschaltern versehen werden, um die entsprechenden Ventile zu öffnen und zu schliessen. Die Programmschaltung kann auch in geeigneter Weise mittels eines Drehschiebers erfolgen, wie es in der Zeichnung, insbesondere in Fig. 2, erläutert ist.
Fig. 2 stellt einen Drehschieber 105 mit einem Gehäuse A und einem kontinuierlich im Gehäuse A umlaufenden Schieberkörper B dar, wobei das Fliessmittel dicht mit dem Gehäuse A verbunden ist. Letzteres enthält eine Anzahl von Einlass- und Auslassöffnungen 1 bis
12, die mit Innendurchlässen innerhalb des Schieberkörpers verbindbar sind, durch welche nachstehend beschriebene bestimmte Einlass- und Auslassfliessmittelströme in festliegende Betten in der Kontaktsäule
101 eintreten und aus diesen abgezogen werden. Der Schieberkörper ist so angeordnet, dass mindestens vier Durchgänge zur Anpassung an mindestens zwei getrennte Einlassströme und mindestens zwei getrennte Auslassströme vorgesehen sind, wobei die zwei Einlassdurchgänge mit den zwei Auslassdurchgängen abwechseln.
Obgleich im allgemeinen vorzugsweise die Einlass- und Auslassdurchgänge in dem Schieberkörper um ungefähr 900 versetzt angeordnet sind, so dass die Auslässe und Einlässe auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, ist es möglich, jede geeignete Anordnung der Steueröffnungen und Durchgänge vorzusehen und dadurch das Winkelverhältnis zwischen den betreffenden Einlass- und Auslassdurchgängen je nach der relativen Zahl an festliegenden Sorbensbetten, die den verschiedenen Betriebsstufen zugeordnet sind, zu vergrössern oder zu verringern.
Die Zahl der Fliessmitteleinlass- und Auslassöffnungen 1 bis 12 im Schieber 105 entspricht der Zahl von Kontaktzonen oder festliegenden Betten 201 bis 212 in der Säule 101. Die Steueröffnungen sind innerhalb des Gehäuses A in begrenzten und vorbestimmten Abständen getrennt von direkten Ein lass- und Auslassströmen in und aus der Säule 101 angeordnet, um dem gewünschten Programm zu entsprechen, das für das Verfahren vorher festgelegt ist.
Die Steueröffnungen verbinden die Durchgänge durch den Schieberkörper B mit Leitungen, die zu verschiedenen festliegenden Betten innerhalb der Säule 101 führen und stellen somit ein Mittel dar, um die Ein lass- und Auslassströme in die und aus den Leitungen zu lenken, die an die Kontaktzonen sämtlich gemäss dem vorher festgelegten Programm für das Verfahren angeschlossen sind. So stellt die Steueröffnung 1 im Gehäuse A eine Öffnung dar, um eine Fliessmittelverbindung zwischen einer Steueröffnung im Schieberkörper B mit der Spitze der Kontaktzone 201 durch die Leitung 106 herzustellen. In ähnlicher Weise dient die Steueröffnung 2 im Gehäuse zum Anschluss eines Durchganges im Schieberkörper an die Leitung 107, die mit dem Fallrohr 103 zwischen den Kontaktzonen 201 und 202 der Kolonne 101 verbunden ist.
Da jedoch in der Stellung, in welcher der Schieberkörper in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt ist, kein innerer Durchgang im Körper B zur Zone 102 offen ist, sondern statt dessen der massive Teil des Körpers B die Öffnung 2 flüssigkeitsdicht blockiert, fliesst kein Fliessmittel durch die Öffnung 2 in die Leitung 107. In derselben Weise sind Öffnungen 3 bis 12 im Gehäuse mit den ihnen entsprechenden Kontaktzonen 203 bis 212 durch eine Anschlussleitung verbunden.
Zwecks Erläuterung einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung sei nun die Benutzungsweise der Anlage nach der Zeichnung in Be ziehung zur Zerlegung einer Beschickungsmischung beschrieben, die ein Gemisch von Normal- und Isoparaffinen, zum Beispiel einer Mischung von Nor man und Isohexanen, d. h. eine Mischung enthält, die besonders schwierig durch einfache fraktionierte Destillation zu trennen ist. Es ist jedoch hervorzuheben, dass das Verfahren nach der Erfindung mit ebenso grosser oder sogar grösserer Leichtigkeit auf jede Mischung organischer oder anorganischer Bestandteile innerhalb des hier angegebenen Rahmens anwendbar ist.
Für die angegebene Zerlegung von gemischten normalen und verzweigten Hexanisomeren besteht das feste Sorbens in jeder der Sorptionszonen 201 bis 212 in der Säule 101 aus einem Molekularsieb von der Sorte, die aus einzelnen im allgemeinen granulierten Teilchen oder Teilchen von genauer geometrischer Gestalt aus einem Metallaluminiumsilikat, wie weiter oben beschrieben, besteht. Das feste Sorbens ist in die Sorptionsbecken in regelloser Verteilung eingesetzt. Bei einer solchen Verteilung finden sich darin Hohlräume zwischen den Teilchen durchgehend durch eine festliegende Masse und ebenso zwischen den Teilchen durchgehend durch jedes der festliegenden Betten.
Beim Einschalten des Betriebes wird die angegebene Beschickungsmischung aus Normal- und Isohexanen zwecks Fraktionierung in den Schieber durch die Leitung 108 in durch das Ventil 109 gesteuerter Menge eingespeist. Die Beschickung fliesst durch Leitung 108 in eine Achse 110 des Körpers B, die durch einen Unterteilungseinsatz 111 in vier Abteilungen geteilt ist; die Leitung 108 gibt die Beschikkungsmischung durch Öffnung 112 in der hohlen Achse an den inneren Kanal 113 ab, der an die Auslassöffnung 1 im Gehäuse A angeschlossen ist.
Der Strom fliesst durch Öffnung 1, tritt in Leitung 106 ein, die wiederum mit Leitung 134 verbunden ist, welche umlaufendes Fliessmittel von Zone 212 im Boden der Kontaktsäule zum oberen Ende oder Einlass von Zone 201 befördert. Die Beschickungsmischung wird mit ausreichendem Druck im Verhältnis zum Druck des Fliessmittels in Leitung 134 zugeleitet, um das Fliessmittel mit der Beschickungsmischung zu vermischen und den entstehenden Mischstrom in Zone 201 in Richtung auf Zone 202 fliessen zu lassen.
Während der Berührung der Beschickung mit dem Molekularsiebsorbens in Zone 201 schliesst das Sorbens selektiv den normal paraffinischen Bestandteil der Beschickung in seine Poren ein und deren isoparaffinische Bestandteile selektiv aus; der normale oder geradkettige Bestandteil (n-Hexan im vorliegenden Beispiel) wird im festen Sorbens zurückgehalten, während der verzweigte Bestandteil (in diesem Beispiel das Isohexan) durch das Sorbensbett hindurchgehen kann. Diese verzweigte Verbindung ist der Hauptbestandteil zusammen mit dem Trägerfliessmittel des aus Zone 201 durch das Fallrohr 103 abgezogenen Stromes, wie nachstehend erläutert.
Der ganze in dem die Zone 201 verlassenden Strom zurückbleibende n-Hexan-Bestandteil (insbesondere, wenn das Sorbens in Zone 201 mit sorbiertem Bestandteil allmählich verbraucht wird) setzt seinen Fluss durch Zone 201 zu der darunterliegenden Kontaktzone 202 fort. Das Bett 202 aus festem Sorbens entfernt eine zusätzliche Menge restlichen Normal-Paraffines, soweit es im Auslauf aus der vorhergehenden oder darüberliegenden Zone vorhanden ist. Im allgemeinen ist eine Reihe genügend zahlreicher miteinander verbundener festliegender Betten, von denen jedes festes Sorbens enthält, oder ein zusammenhängendes Bett genügender Länge vorgesehen, um eine ausreichende Sorbenskapazität zur Verfügung zu stellen, damit der ganze Normal-Bestandteil der Beschikkungsmischung entfernt und nur Iso- oder verzweigter Bestandteil im Auslaufstrom zurückgelassen wird.
Durch Vorversuche lässt sich leicht ermitteln, ob für die erste Behandlungszone nur ein Bett oder eine Anzahl von Betten in Reihe, ein flaches Bett oder ein Bett beträchtlicher Tiefe für diesen Zweck erforderlich sein wird.
In der vorliegenden Betriebserläuterung unter Benutzung eines Gemisches aus Normalparaffin und verzweigtem Paraffin als Beschickung für das Verfahren besteht das Fliessmittel zweckmässig aus einem Überschuss an in den Verfahrensfluss eingebrachtem Desorbens, und es besteht völlig oder mindestens vorherrschend aus einem Normalparaffin von niedrigerem Siedepunkt und niedrigerem Molekulargewicht als der Normal-Paraffin-Bestandteil der Beschikkungsmasse. Vorzugsweise hat das Desorbens einen Siedepunkt, der mindestens 100 C niedriger ist als der Anfangssiedepunkt der Beschickungsmischung.
Besonders wenn n-Hexan der geradkettige Bestandteil ist, der aus der Beschickungsmischung durch Sorption an dem festen Molekularsiebsorbens abgetrennt werden soll, ist das benutzte Desorbens zweckmässig ein Normal-Paraffin, wie n-Butan, das nach seiner Einführung in das umlaufende Fliessmittel das n-Hexan-Sorbat aus dem Molekularsieb verdrängt und selbst in den Poren des Sorbens dank seines molaren Überschusses gegenüber dem im verbrauchten Sorbens vorhandenen Sorbat (d. h. Sorbens, dessen Poren mit Sorbat gefüllt sind) sorbiert wird.
Wenn n-Butan als Fliessmittel durch Leitung 134 geht und in Zone 201 mit der Beschickung eintritt, nimmt es solche Poren des Sorbens ein, die vorzugsweise nicht durch den in der Beschickung vorher denen n-Hexan-Bestandteil besetzt sind. Etwa vorhandener Sorbens-Überschuss in Zone 201 und solchen folgenden Zonen (in der vorliegenden Erläuterung Zonen 202 und 203), die zusammen mit Zone 201 den Sorptionsabschnitt des Verfahrens in diesem Betriebszustande darstellen, sorbiert das n-Butan Fliessmittel und lässt Isohexan frei, um die leeren Zwischenräume zwischen den Sorbensteilchen einzunehmen und durch diese Hohlräume gegen den Auslass des Sorptionsabschnittes zufliessen.
Wenn mehr Beschickungsmischung weiter in Zone 201 fliesst, bevor auf die Beschickungsstelle in Zone 202 geschaltet wird, verdrängt das ankommende n-Hexan n-Butan-Fliessmittel aus den Poren des Molekular siebsorbens in Bettanteilen, die progressiv näher zum Auslass des Sorptionsabschnittes liegen, während Isohexan fortlaufend zusammen mit Trägerfliessmittel aus dieser Behandlungszone abgeführt wird.
Bei der Anordnung der Fig. 1 ist das Bett in Zone 203 das letzte in der Bettenreihe, aus dem der Sorptionsabschnitt besteht, und der Auslaufstrom aus Zone 203 ist praktisch reines Isohexan im Gemisch mit überschüssigem Fliessmittel (n-Butan, aus welchem Hexane durch Destillation leicht abgetrennt werden). Wenn der Auslaufstrom aus Zone 203 durch das Fallrohr 114 tritt und während Fliessmittel am Verlassen des Sorptionsabschnittes durch irgendeine dazwischenliegende Auslassleitung, wie Leitung 107, verhindert wird, weil die Auslassöffnungen 2 und 3 durch den festen Teil des Körpers B im Schieber 105 geschlossen sind, fliesst mindestens ein Teil dieses Fliessmittelstromes in die Leitung 115, die mit Durchlass 4 verbunden ist. Dies ist die erste Auslassöffnung, die für diesen Fliessmittelstrom im Schieber 105 zugänglich ist.
Der so aus der ersten Behandlungszone, d. h. dem Sorptionsabschnitt des Verfahrens durch Leitung 115 entfernte Strom wird zum Schieber 105 durch Öffnung 4 befördert, die mit dem inneren Auslassdurchgang 116 im Körper B des Schiebers 105 verbunden ist und verlässt dann die Säule durch die Öffnung 117 in der Schieber achse 110 und die Raffinatauslassleitung 118 in durch das Ventil 119 geregelter Menge. Der so ausgetragene Strom kann dann fraktioniert destilliert werden, um gewünschtenfalls seine einzelnen Bestandteile zu gewinnen.
Die so aus der Kontaktsäule 101 durch den Raffinatauslass entfernte Auslaufmenge wird durch das Ventil 119 sorgfältig gesteuert, um dafür zu sor gen, dass ein Mischungsrest von Trägerfliessmittel und
Isohexanen hinter der Auslassleitung 115 in das darunterliegende Bett 204 fliesst. Die Menge nicht ab gezogenen Anteiles an Fliessmittelstrom, der so seinen -Fluss durch die Säule 101 nach Massgabe des Abzugsverhältnisses von Isohexan-Raffinat durch Ventil 119 fortsetzt, kann irgendein erwünschter festliegender Anteil des gesamten Fliessmittelstromes sein, der Desorbensstrom tritt in das Fallrohr 120 durch Leitung 121 unter einem grösseren Druck als der Druck des Fliessmittelstromes in der Kontaktsäule ein.
Desorbens, das in der Kapazität von Fliessmittel wie vorerwähnt wirkt, wird der Säule durch Leitung 122 in durch das Ventil 123 geregelter Menge zugespeist.
Das Desorbens fliesst von Leitung 122 in den inneren Durchlass 125 durch Öffnung 124 in der hohlen Achse des Körpers B des Schiebers 105. Das Desorbens fliesst durch Einlassöffnung 7 im Gehäuse A des Schiebers 105 und darauf in die Leitung 121, die den Desorbensstrom in das umlaufende Fliessmittel lenkt. Die so in die Säule eingelassene Desorbensmenge reicht aus, um die vorher in einem vorangehenden Betriebskreislauf aus der Beschickungsmischung sorbierte n-Hexan-Komponente aus den Poren des molekularen Siebsorbens zu verdrängen, und um eine solche Verdrängung zu bewirken, muss das n-Butan-Desorbens die verbrauchten Sorbensteilchen umschliessen und in ausreichender Menge vorliegen, um einen Übergang von sorbiertem n-Hexan aus den Poren des verbrauchten Sorbens in das umgebende n-Butan zu bewirken.
Die für die Erzielung dieses Ergebnisses erforderliche n-Butanmenge beträgt im allgemeinen etwa 2 bis etwa 30 Mol Desorbens je Mol Sorbat, vorzugsweise im Falle des vorliegenden Beispieles etwa 5 bis etwa 10 Mol n-Butan je Mol sorbiertes n-Hexan. Im Falle anderer Beschickungsmischungen und anderer Trennsysteme unter Benutzung anderer Sorbensien und Verdrängungsmittel wird das Mol-Verhältnis der Verbindung, welche die Verdrängung der zu verdrängenden Verbindung hervorruft, in der obigen Grössenordnung liegen.
Die Mischung von Desorbens (n-Butan) und verdrängtem Sorbat (n-Hexan), die als Ergebnis der Verdrängung von n-Hexan aus den verbrauchten Sorbens durch n-Butan und Besetzung des Sorbens durch das n-Butan gebildet wird, fliesst von Zone 207 in die Zonen 208 und 209 nacheinander infolge des positiven Druckgefälles zwischen jeder gegebenen Zone und einer im Lauf des umlaufenden Fliessmittels vorhergehenden Zone und dann in das Fallrohr 126 mit der Auslassleitung 127. Der durch die Leitung 127 gebildete Auslass ist der erste Auslass, durch den vermischtes n-Butan-Desorbens und freigesetztes n-Hexan-Sorbat aus dem umlaufenden Fliessmittel und der Bettenreihe gelangen kann, welche die dritte Behandlungszone (d. h. den Desorptionsabschnitt des Verfahrens) bilden.
Alle anderen Auslässe dieser dritten Behandlungszone durch den Schieber sind in dieser Betriebsstufe durch die festen Teile des Körpers B des Schiebers 105 blockiert. Der das Bett 209 der Kontaktsäule 102 verlassende Fliessmittelstrom geht durch Auslassöffnung 10 im Gehäuse A des Schiebers 105 infolge des Druckgefälles zwischen dem Fliessmittel in der Säule 101 und in der Auslassöffnung 10.
Infolgedessen strömt das Fliessmittel durch die Öffnung 10 in den inneren Durchgang 128 des Körpers B, dann durch die Öffnung 129 in der hohlen Achse 110 des Schiebers 105 und schliesslich durch Leitung 130 und das Ventil 131 in eine zusätzliche Behandlungsanlage, die nicht dargestellt ist, zwecks weiterer Reinigung oder Benutzung der anfallenden Mischung. Eine solche zusätzliche Anlage kann Destillationseinrichtungen aufweisen, um zum Beispiel einen n-Butanstrom (der zur weiteren Benutzung als Desorbens zurückgeleitet werden kann) aus einer getrennten Fraktion von n-Hexan-Sorbat abzuscheiden.
In einigen Fällen besteht das gewünschte Endprodukt des vorliegenden Trennverfahrens in dem Sorbatbestandteil der Beschickungsmischung, während in anderen Fällen Zweck der Abtrennung die Beseitigung des Sorbatbestandteiles aus der Beschickungsmischung und Gewinnung des Raffinatbestandteiles das erwünschte Endprodukt ist.
Um den kontinuierlichen Kreislauf von Fliessmittel im System aufrechtzuerhalten, wird nur ein Anteil des gesamten Stromes der an dem Auslauffallrohr 126 der Zone 209 ankommt, zwecks Austrages aus der Säule durch Leitung 127 und Leitungen 128 und 130 abgezogen. Der so im Kreislauf verbleibende Anteil wird durch Ventil 131 geregelt. Dieser Anteil von vermischtem n-Butan und n-Hexan setzt seinen Fluss vom Fallrohr 126 in Zone 210 und dann in Zonen 211 und 212 fort. In diesem Betriebszustand bilden die Sorbensbettenreihen in den Zonen 210, 211, 212 die vierte Behandlungszone im Wege des kreisenden Fliessmittels und werden hier auch als Sekundärrektifikationsabschnitt des Verfahrens bezeichnet.
Wenn der Desorbensstrom (n-Butan, das hier auch als Fliessmittel benutzt wird) und Sorbat (n-Hexan) durch Zone 210, dann durch Zone 211 zur Zone 212 weiterwandert, kommt er mit einem Sorbensanteil in Berührung, der im Sorptionsabschnitt des vorhergehenden Betriebszyklus benutzt wurde, und während dieses Kontaktes schiebt er die Mischung von Desorbens und Sorbat-Raffinat (Iso Hexan) aus den Hohlräumen zwischen Teilchen des Sorbens in diesem Sekundärrektifikations abschnitt fort. Infolgedessen besteht der aus Bett 212 in das Fallrohr 132 austretende Fliessmittelstrom im vorliegenden Beispiel aus n-Butan, n-Hexan und Iso Hexan.
Wenn als Verfahrensprodukt praktisch reines Sorbat verlangt wird, werden die Einführungs- und Abzugs stellen für das umlaufende Fliessmittel periodisch um ein Stück, das lediglich von Raffinat (nicht sorbierter Bestandteil) freies Sorbens umfasst, auf die dritte Behandlungszone weitergeschaltet. Sinngemäss schreitet die Abzugsstelle für Sorbat und Desorbens aus dem kreisenden Fliessmittel, im vorliegenden Beispiel von dem Auslass der Zone 209 zum Auslass der Zone 210 fort, nachdem die Zone 210 von Iso Hexan freigespült worden ist. Um den ständigen Fliessmittelkreislauf aufrechtzuerhalten, muss dem Fliessmittelstrom ein teilweiser Druckanstieg erteilt werden, wenn er aus dem Fallrohr 132 der Zone 212 austritt.
Zu diesem Zweck wird der aus dem Fallrohr 132 austretende Fliessmittelstrom auf ein höheres Druckniveau mittels einer Pumpe oder eines Kompressors 133 gepumpt und bei diesem höheren Druck in die Leitung 134 mit Ventil 135 abgegeben, das den Fluss des ständig umlaufenden Fliessmittelstromes zur Spitze der Zone 201 steuert.
Jeder Betriebszustand von Sorption, Primärrektifikation, Desorption und Sekundärrektifikation, wie sie oben beschrieben wurden, tritt im wesentlichen gleichzeitig ein, da der Körper B des Schiebers 105 kontinuierlich in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn umläuft, und in jedem gegebenen Zeitpunkt wird darauf jedes Bett fortschreitend zu einem weiter im Aufstrom liegenden Bett im Verhältnis zur allgemeinen Fliessrichtung des Fliessmittels durch die Betten (die Ausdrücke Aufstrom und Abstrom sind hier in ihrer gewöhnlichen und üblichen Bedeutung in der chemischen Verfahrenstechnik zu verstehen, d. h. der Ausdruck Abstrom bedeutet eine vorausliegende Stelle in Fliessrichtung relativ zu einer Bezugsstelle, während Aufstrom eine umgekehrte Stelle in Richtung des Fliessmittelstromes bedeutet).
Wenn also in einem gegebenen Augenblick das Sorbensbett in einer Zone die Stelle ist, welche zuerst mit in die Säule eingeführter frischer Beschickungsmischung in Berührung tritt, wird zu einem darauffolgenden gegebenen Zeitpunkt nach einem ausreichenden Zeitintervall, um den Körper im Schieber 105 ein Zwölftel seiner Umdrehung vollenden zu lassen, das Sorbensbett in Zone 202 zu der Stelle der ersten Berührung mit der Beschickungsmischung und Zone 201 wird zu dem letzten Bett in der Bettenreihe, welche den Sekundärrektifikationsabschnitt umfasst.
Darauf werden nacheinander die Zonen 203 bis 212 das erste Kontaktbett. Es ist zu beachten, dass bei Umschaltung des Beschickungseinlasses in Fliessrichtung des umlaufenden Fliessmittels der Raffinatauslass, Desorbenseinlass und Sorbatauslass auch um denselben Aliquotenteil des Gesamtzyklus und in derselben Richtung geschaltet werden. Wenn diese Stellen wechseln, ändert sich auch die Zusammensetzung des Fliessmittelstromes an den verschiedenen Stellen und die Zusammensetzung der Sorbensbetten. Der Iso-Hexan-Bestandteil (Raffinat) nimmt die Hohlräume zwischen den Sorbensteilchen nur in solchen Betten ein, die auf jeder Seite des Raffinatauslasses liegen, im allgemeinen nur ein, zwei oder drei Betten jenseits des Raffinatauslasses.
In ähnlicher Weise ist n-Hexan (Sorbat) in den Poren des festen Sorbens vorhanden, das die Betten in der Behandlungszone im Aufstrom vom Raffinatauslass einnehmen, so dass der Fliessmittelstrom, welcher die Stelle in der ortsfesten Sorbensmasse erreicht, die den Raffinatauslass an der periodisch geschalteten Stelle des Raffinatabzuges darstellt, praktisch reiner Raffinatbestandteil (Iso-Hexan) in Mischung mit n-Butan-Desorbens ist, und der Fliessmittelstrom, der die Stelle in der Sorbensmasse erreicht, welche der Sorbatauslass ist (d. h. die zweite der beiden periodischen schaltenden Abzugstellen), besteht aus praktisch reinem Sorbat (n-Hexan in Mischung mit n-Butan-Desorbens.
Diese Ströme werden nur zu einem sehr kleinen Masse verunreinigt, das sich aus dem restlichen Fliessmittelstrom ergibt, der in den von der Kontaktsäule zu der Schieberöffnung führt und darin aus einem vorhergehenden Betriebszyklus vorhanden ist.
Das Fliessmittelströmungsverhältnis in Kolonne 101 wird so eingestellt, dass die grösstmögliche Beschickungsgeschwindigkeit übereinstimmend mit der Aufrechterhaltung von Bedingungen des festliegenden Bettes erreicht wird, was davon abhängig ist, ob eine Berührung in Gasphase oder in Flüssigkeitsphase benutzt wird und auch von der Teilchengrösse des Sorbens und dem Füllungsgrade des Sorbens in den Umschliessungen des Sorbensbettes. Die Teilchengrösse des Sorbens kann von fein verteilten Pulvern (Teilchen bis hera'b zu 0,15 mm, vorzugsweise nicht kleiner als etwa 0,4 mm Grösse) bis verhältnismässig grossen körnigen Teilchen, vorzugsweise nicht grösser als etwa 8 mm Abmessung schwanken.
Wenn man gasförmige Beschickungsmischungen und Ver drängungsmfttel benutzt, liegt die Beschickungsgeschwindigkeit unterhalb derjenigen, bei welcher Wirbelschichtbildung der Sorbensteilchen auftritt (zum Beispiel, wenn die Kontaktzonen nicht völlig mit festem Sorbens gefüllt sind), und zwar vorzugsweise geht die Geschwindigkeit nicht über etwa drei Raumteile gasförmige oder dampfförmige Beschickungsmischung je Raumteil festes Sorbens in der Minute hinaus. Zweckmässiger liegt die Geschwindigkeit im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 1,5 Raumteilen Beschikkung je Raumteil festes Sorbens in der Minute.
Wenn man mit Berührung in flüssiger Phase arbeitet, ist die Einführungsgeschwindigkeit der Beschickungsmischung zweckmässig nicht grösser als etwa 1,5 Raumteile flüssige Beschickung je Raumteil festes Sorbens in der Minute, wenn man verhältnismässig grosse körnige Sorbensteilchen benutzt, und noch zweckmässiger beträgt die Geschwindigkeit etwa 0,01 bis etwa 1,0 Raumteil flüssige Beschickung je Raumteil festes Sorbens in der Minute. Diese Verhältnisse hängen natürlich von der Grösse der Sorbensteilchen, der Tiefe und Breite der Sorbensbetten und anderen Faktoren ab, die sich nach dem Aufbau der Anlage und den Verfahrensbedingungen richten.
Wenn das Sorbens die Betten vollständig ausfüllt, ist die Grenze der Fliessmittelgeschwindigkeit durch jedes Bett von dem freien oder leeren Raum zwischen den Sorbensteilchen festgelegt, indem der so vorgesehene Raum einen maximalen Akkomodationsfluss für jedes gegebene Druckgefälle einstellt, der aber erhöht werden kann, wenn eine grössere Druckdifferenz zulässig ist.
Je feiner die Sorbensteilchen sind, desto grösser ist das Druckgefälle durch jedes Bett. Dabei ist die letztlich zulässige Fliessgeschwindigkeit festgelegt als diejenige Geschwindigkeit, welche nicht zu einem grösseren Anstieg eines Druckgefälles durch alle Betten führt als der von der Pumpe für das umlaufende Fliessmittel gelieferte Förderdruck.
Wenn das Desorbens aus dem Desorbens-Raffinat-Mischstrom oder dem Desorbens-Sorbatstrom bzw. aus jedem dieser Ströme nach Abzug aus dem Verfahren wiedergewonnen werden soll, ist es im allgemeinen zweckmässig, dass der Siedepunkt des Desorbens hinreichend von den Bestandteilen der Beschickungsmischung abweicht, so dass das Desorbens sich leicht von den betreffenden Bestandteilen durch geeignete Fraktioniermittel, wie eine einfache Destillation, trennen lässt.
Das Verfahren nach der Erfindung wird unter Bedingungen für Temperatur, Druck usw., betrieben, die von der jeweils in Betracht kommenden Beschikkungsmischung und dem betreffenden in der Kontaktzone benutzten Sorbens und der verlangten Produktreinheit abhängen. Im allgemeinen richten sich der Druck und der Phasenzustand, den man bei Durchführung von Betriebsweisen gemäss dem Verfahren nach der Erfindung anwendet, nach dem Molekulargewicht der Bestandteile der Beschickungsmischung.
Bei einem Verfahren zur Trennung fliessfähiger Verbindungen, die in den Poren eines Sorbens vom Molekularsiebtyp sorbierbar sind, von Verbindungen, die nicht durch ein solches Sorbens sorbiert werden, kann das Verfahren zweckmässiger in gasförmiger Phase vorgenommen werden, wenn die Bestandteile der Beschickungsmischung weniger als etwa 5 Kohlenstoffatome je Molekül enthalten, während vorzugsweise ein Betrieb in flüssiger Phase für Verbindungen mit 5 oder mehr Kohlenstoffatomen je Molekül angewandt wird. Andernfalls kann der Druck übermässig werden, der zur Aufrechterhaltung des Fliessmittels in flüssiger Phase erforderlich ist.
Für einen Betrieb in der Gasphase kann eine geeignete Verfahrenstemperatur zwischen etwa 60 bis etwa 3000 C schwanken, und die Drücke können innerhalb des Bereiches von im wesentlichen Luftdruck bis 10 Atm. oder mehr liegen. Typische Bedingungen für Betrieb in flüssiger Phase sind zum Beispiel Temperaturen von 0 bis 2000 C und Drücke von Luftdruck bis 30 Atm. oder höher, je nach der Beschikkungsmischung. Beim Verfahren zur Deionisierung von Wasser unter Benutzung eines zeolitartigen Sorbens wird der Betrieb im allgemeinen in flüssiger Phase bei Temperaturen vorgenommen, die wesentlich unterhalb des Siedepunktes des Wassers liegen.
In einem anderen bezeichnenden Fall, zum Beispiel bei der Trennung von aromatischen Kohlenwasserstoffen von aliphatischen Paraffinen mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen je Molekül unter Benutzung eines Kieselsäuregeladsorbens, kann der Betrieb entweder unter Bedingungen der Gasphase oder der flüssigen Phase bei Temperaturen von etwa 30 bis 2500 C unter Drücken von im wesentlichen Luftdruck bis zu 10 Atm. oder mehr vorgenommen werden.
Im folgenden Beispiel wird die Erfindung bezüglich mehrerer ihrer besonderen Ausführungsformen hinsichtlich der Verfahrensbedingungen des festen Sorbens der Beschickungsmasse und des Desorbens näher erläutert.
Beispiel
Das Verfahren nach der Erfindung wird durch die folgende Betriebsweise besonders erläutert, bei welcher eine Mischung von Normal- und Cyclohexan in einen Strom relativ reinen n-Hexans und einen Strom eines zweiten Produktes von praktisch reinem Cyclohexan fraktioniert wird. Bei diesem Betrieb wurde eine Säule benutzt, die eine Reihe von zwölf in senkrechtem Abstand liegenden miteinander verbundenen Rohrabschnitten bestand, deren jeder einen Durchmesser von 52,5 mm und eine Länge von ungefähr 1,2 m hatte. Jeder Abschnitt enthielt ein festliegendes Bett aus Molekularsiebsorbens von 1,1 m Länge. Der Einlass an der Spitze und der Auslass am Boden jedes Bettes war ein Nippel von 1,59 mm Durchmesser, der in eine Kappe eintauchte, die an jedem Ende jedes Abschnittes vorgesehen war.
Das Sorbensbett wurde in jedem Abschnitt oberhalb des Auslasses mittels eines Innensiebes quer zu dem Abschnitt aufgehängt. Der Boden jedes Bettes war durch ein Rohr von 1,59 mm an die Oberseite des darunterliegenden Bettes angeschlossen, und die Verbindungsleitung vom Boden des zwölften Bettes (niedrigstes Bett) zur Oberseite des Bettes Nummer eins (höchstes Bett) enthielt eine Flüssigkeitspumpe, die Flüssigkeit zur Oberseite des Bettes Nummer eins unter einer Druckdifferenz zwischen dem zwölften und dem ersten Bett von etwa 3,33 Atm. förderte.
Das Molekularsiebsorbens bestand aus Calciumaluminiumsilikat (Linde Air Products Co., 5 A-Siebe) von unregelmässigen Grössen innerhalb eines Grö ssenbereiches, in welchem 95 Prozent durch ein Sieb mit Löchern von 4,7 mm gehen und mindestens 9S Gewichtsprozent auf einem Sieb mit Löchern von 0,3 mm zurückgehalten werden. Nachdem das Molekularsiebsorbens in jeden Abschnitt eingefüllt war, nahm es einen Raum von 0,762 Liter je Abschnitt ein.
Vier Rohrleitungen von 25,4 mm Durchmesser (eine Zuführungsleitung für die Beschickung, eine Abzugsleitung für Raffinat, eine Zuführungsleitung für Desorbens und eine Abzugsleitung für Sorbat) wurden für das Verfahren vorgesehen. Die vier Leitungen von 25,4 mm dienten als Verteiler zur Verteilung der Einlass- und Auslassströme von und zu jedem festliegenden Sorbensbett. Jede Leitung, die zwei aufeinanderfolgende Sorbensbetten verband, war mit vier Leitungen von 1,59 mm Durchmesser, die getrennte Ventile besassen, parallel geschaltet und jede der vier letzteren Leitungen war an einem der vier Verteiler angeschlossen, so dass es möglich war, jedes Bett mit einem getrennten Strom Beschickungsmischung oder Desorbens zu beliefern und aus jedem Bett einen getrennten Strom von Raffinat oder Sorbat abzuziehen.
Die Ventile in jeder der vier Leitungen, die jedes Bett mit jedem Verteiler verbanden, wurden durch einen Motor mittels Schaltern betätigt, die von einer Programmzeiteinrichtung bedient wurden, welche zur gleichen Zeit erstens das Ventil zur Verbindung des Verteilers für die Beschickungszuführung mit dem Einlass für nur ein Bett öffnete, zweitens, gleichzeitig das Ventil in der Leitung zur Verbindung des Raffinatabzugsverteilers mit dem Auslass von dem dritten Bett im Abstrom von dem geöffnet werdenden Beschickungseinlass öffnete, drittens, ebenfalls gleichzeitig das Ventil in der Verbindungsleitung des Desorbenszuführungsverteilers mit dem Einlass zum dritten Bett im Abstrom von der geöffnet werdenden Raffinatabzugsleitung öffnete, viertens,
ebenfalls gleichzeitig das Ventil in der Verbindungsleitung des Sorbatabzugsverteilers mit dem Auslass von dem dritten Bett im Abstrom von der geöffnet werdenden Desorbenseinlassleitung öffnete und fünftens ebenfalls gleichzeitig alle anderen Ventile in den Leitungen zwischen den Betten und den vier Verteilern schloss oder in geschlossener Stellung hielt.
Der Betrieb wurde durchgeführt, indem man eine Mischung von 40 Gewichtsprozent n-Hexan und 60 Gewichtsprozent Cyclohexan in flüssigem Zustande bei einer Temperatur von 400 C mit einer Fliessgeschwindigkeit von 3,785 Liter je Stunde in eines der Sorbensbetten einspeiste, gleichzeitig flüssiges n-Butan als Desorbens bei einer Temperatur von 400 C mit einer Fliessgeschwindigkeit von 3,785 Liter je Stunde dem Einlass des siebenten Sor bensbettes im Abstrom von der Einführungsstelle der Beschickungsmischung zuleitete, gleichzeitig einen Raffinatstrom vom Auslass des dritten Bettes im Abstrom vom Einlass der Beschickungsmischung entfernte, gleichzeitig einen Sorbatstrom vom Auslass des neunten Bettes im Abstrom des Einlasses der Beschickungsmischung entfernte,
einen ständigen Flüssigkeitskreislauf im Zyklus durch die ganze Bettenreihe aufrechterhielt und gleichzeitig je zwei Stellen für die Einführung von Beschickungsmischung und Desorbens und je zwei Stellen für den Abzug von Raffinat und Sorbat in Zeitabständen von einer halben Stunde auf das nächste Bett in Fliessrichtung der umlaufenden Flüssigkeit weiterschaltete. Diesem Betrieb ging eine Einschaltbehandlung voraus, die eine richtige Funktion des Systems sicherstellte.
Bei dem Einschaltvorgang wurde das ganze System, einschliesslich des festen Sorbens, in allen zwölf Betten völlig mit dampfförmigem Normal-Butan ausgespült und das dampfförmige Butan wurde dann durch flüssiges Normal-Butan ersetzt, das sowohl als Fliessmittel als auch als Desorbens in diesem Betrieb diente. Nachdem alle Abschnitte der rohrförmigen Säule und die Verbindungsleitungen zwischen je zwei dieser Abschnitte völlig mit flüssigem Butan bei 400 C unter ausreichendem Überdruck gefüllt waren, um den Zustand der flüssigen Phase aufrechtzuerhalten, wurde die Pumpe in der Verbindungsleitung des Auslasses vom Bett Nummer zwölf zum Einlass des Bettes Nummer eins eingeschaltet und ein kontinuierlicher Kreislauf von Flüssigkeit wurde durch die ganze Kontaktsäule eingestellt.
Darauf wurde die Beschickungsmischung bei der vorgenannten Temperatur und der genannten Fliessgeschwindigkeit unter einem Druck von 7,5 Atm. in das Bett Nummer eins eingeleitet und gleichzeitig hiermit wurden das Ventil für Raffinatabzug aus der Verbindung zwischen den Betten Nummer drei und vier, das Ventil zur Einführung von n-Butan als Desorbens in die Verbindung zwischen den Betten Nummer sechs und sieben und das Ventil für Sorbatabzug aus der Verbindung zwischen den Betten Nummer neun und zehn geöffnet. In diesem Augenblick wurde das flüssige n-Butan-Desorbens unter einem Druck von etwa 6,8 Atm. bei der vorerwähnten Temperatur und Fliessgeschwindigkeit dem Einlass zum Bett Nummer sieben zugespeist. Alle anderen Ventile zwischen den Betten und den vier Verteilern wurden geschlossen gehalten, während der Kreislauf durch das System aufrechterhalten wurde.
Nachdem dieser Kreislauf und die Einführung von Beschickungsmischungen und Desorbens und der Abzug von Raffinat und Sorbat an den eben genannten Stellen über einen Gesamtzeitraum von einer Stunde aufrechterhalten waren, zeigte eine Analyse der beiden Abzugsströme, dass die gewünschten Betriebszustände hergestellt worden waren und so die Anfangs- und Einschaltperiode des Betriebes vollendet war.
In dem so eingestellten Betrieb am Ende der Anlassperiode wurde Raffinatstrom vom Bett Nummer drei mit einer Geschwindigkeit von 3,785 Liter je Stunde entfernt. Er bestand aus 60 Gewichtsprozent Cyclohexan und 40 Gewichtsprozent n-Butan. Der Sorbatstrom wurde vom Bett Nummer neun mit einer Geschwindigkeit von 3,785 Liter je Stunde abgezogen, und er bestand aus 40 Gewichtsprozent n-Hexan und 60 Gewichtsprozent n-Butan. Zu dieser Zeit wurde auch der flüssige Auslauf vom Boden des Bettes Nummer zwölf im Kreis zur Oberseite des Bettes Nummer eins mit einer Geschwindigkeit von 3,785 Liter je Stunde geleitet.
Nach Einstellung des Betriebes schloss der Ventilsteuerungsmechanismus (der sich auf ein Programm einer Reihe von Betriebszyklen von einer halben Stunde oder kürzerer oder längerer Dauer einstellen liess und auf Betriebszyklen von einer halben Stunde eingestellt war) das Steuerventil für die Verbindungsleitung des Verteilers der Beschickungsmischung zuführen mit dem Einlass zum Bett Nummer eins, gleichzeitig wurde das Ventil in der Leitung zwischen dem Verteiler der Beschik kungsmischungszuleitung und dem Fallrohr vom Bett Nummer eins (Einlass zum Bett Nummer zwei) geöffnet, gleichzeitig wurde das Ventil in der Verbindungsleitung des Fallrohres vom Bett Nummer drei zum Verteiler für Raffinatabzug geschlossen,
während gleichzeitig das Ventil in der Verbindungsleitung des Fallrohres vom Bett Nummer vier mit dem Verteiler für Raffinatäbzug geöffnet wurde. Ferner wurde gleichzeitig das Ventil in der Verbindungsleitung des Fallrohres vom Bett Nummer sechs (Einlass zum Bett Nummer sieben) zum Verteiler für Desorbenszuführung geschlossen, während gleichzeitig das Ventil in der Verbindungsleitung des Fallrohres vom Bett Nummer sieben (Einlass zum Bett Nummer acht) mit dem Verteiler für Desorbenszuleitung geöffnet wurde, und gleichzeitig wurde das Ventil in der Verbindungsleitung des Fallrohres vom Bett Nummer neun zum Verteiler für den Sorbatabzug geschlossen, während das Ventil in der Verbindungsleitung des Fallrohres vom Bett Nummer zehn zum Verteiler für Sorbatabzug geöffnet wurde. Darauf wurden die obigen Betten eine halbe Stunde im Strom gehalten.
Es folgte dann eine gleichzeitige Umschaltung der Einlass- und Auslassströme auf die im Abstrom nächsten Betten und dieser Betrieb wurde darauf in gleicher Weise bei derselben Temperatur praktisch gleichförmig durch das ganze System und mit denselben schrittweisen Weiterschaltungen der Einlass- und Auslassströme in Intervallen von einer halben Stunde fortgesetzt.
Während dieses ganzen regulären Betriebes waren die Steuerventile fiir den Einlassstrom von Beschickungsmischungen und den Einlassstrom von Desorbens und auch die Steuerventile für die Abzugsströme von Raffinat und Sorbat so eingestellt, dass sie bei gleichen volumetrischen Fliessgeschwindigkeiten arbeiteten, und sie wurden auf volumetrischer Basis eingeregelt, um Unterschiede im Druck an den verschiedenen Einlass- und Auslassstellen durch die ganze Säule einzuregeln.
Die Sorbat- und Raffinatauslassströme wurden alle einzeln fraktioniert, um im wesentlichen reines n-Hexan und Cyclohexan als Produktströme abzutrennen, während das aus den Auslassströmen in diesen Fraktionierungen abdestilltierte n-Butan kondensiert und dann in das Verfahren zurückgeleitet wurde.
Die obige Trennung wurde auf kontinuierlicher Grundlage 35 Tage betrieben, ohne dass sich eine Beeinträchtigung in der Aktivität des Molekularsiebsorbens feststellen liess.