DD148764A1 - Verfahren zur acetonabtrennung aus azeotropen gemischen mit kohlenwasserstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Aceton aus azeotropen Gemischen mit vorwiegend aliphatischen C&ind5! bis C&ind8!-Kohlenwasserstoffen. Ihr Ziel ist die Gewinnung weitgehend acetonfreier Kohlenwasserstoffe. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorliegenden Acton/Kohlenwasserstoff-Gemische durch Extraktivdestillation unter Einsatz selektiver Extraktionsmittel z.trennen. Diese Aufgabe wird geloest, indem man als Extraktionsmittel hoehere Kohlenwasserstoffe oder Glykolaether der allgemeinen Formel R&ind1!-O-CH&ind2!-CH&ind2!-O-R&ind2! oder R&ind1!-O-CH&ind2!-CH&ind2!-O-CH&ind2!-CH&ind2!-O-R&ind2!, in der R&ind1! einen Alkylrest und R&ind2! ein Wasserstoffatom, eine Acetylgruppe oder einen Alkylrest bedeuten, verwendet. Dabei erhaelt man ein aus Extraktionsmittel und extrahiertem Stoff bestehendes Sumpfprodukt, welches durch Rektifikation getrennt werden kann. Die nicht extrahierten Stoffe hingegen erscheinen als Kopfprodukt. Bei Einsatz von Glykolaethern sind dies die C&ind5! bis C&ind8!-Kohlenwasserstoffe, bei Einsatz hoeherer Kohlenwasserstoffe das Aceton. Ein moegliches Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Loesungsmittelrueckgewinnung aus dem Biolipidextrakt der Futterhefeherstellung.

Description

-Ί-

Yerfahren zur Acetonabtrennung aus azeotropen Gemischen mit Kohlenwasserstoffen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Aceton aus azeotropen Gemischen mit vorwiegend aliphatischen Cr bis Cg-Kohlenwasserstoffen« Sie befaßt sich insbesondere mit der Trennung kohlenwasserstoffarmer Acetongemische und kann z.B. für die Lösungsmittelrückgewinnung aus dem Biolipidextrakt der Futterhefeherstellung Verwendung finden,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Trennung azeotroper Gemische aus Aceton und Kohlenwasserstoffen erfolgt vorzugsweise durch Extraktion. Im Vordergrund stehen die Verfahren der flüssig/flüssig-Extraktion und der extraktiven Destillation©

Bei einem bekannten und in der DE-PS 1 142 354 beschriebenen Verfahren dieser Art werden Acetonazeotrope, darunter auch solche mit Kohlenwasserstoffen, durch Extraktivdestillation mit Äthylenglykol als Extraktionsmittel getrennt. Die Trennung erfolgt in zwei hintereinander geschalteten Kolonnen, In der ersten wird das Azeotrop der Extraktivdestillation unterworfen, wobei die eine Komponente in reiner Form als Kopfprodukt anfällt. Bei Aceton/Kohlenv/asserstoff-Azeotropen ist dies der Kohlenwasserstoff, Das als Sumpfprodukt ablaufende, äthylenglykolhaltige Gemisch wird anschließend in der zweiten Kolonne durch Rektifikation zerlegt, Plierbei wird ilthylenglykol frei-

gesetzt, welches wieder in die Extraktivdestillation zurückgeht. Nachteilig wirkt sich hierbei das Vorhandensein einer Mischungslücke zwischen Äthylenglykol und Kohlenwasserstoffen aus β Dadurch kommt es in der Obersäule der Extraktivdestillationskolonne zur Phasentrennung, was eine ungenügende Reinheit der abdestillierten Kohlenwasserstoffe zur Folge hat.

Bei einem ebenfalls bekannten und in der DE-AS 1 266 746 beschriebenen Verfahren wird Aceton aus einer Mischung von niederen aliphatischen Alkoholen, Estern und C₇ bis Co-Kohlenwasserstoffen isolierte Man bedient sich hierzu folgender Verfahrensschritte:

a) Vordestillation des Gemisches zwecks Abtrennung höhersiedend'er Komponenten

b) Extraktion des Kopfproduktes mit Wasser zur Abscheidung der Kohlenwasserstoffe

c) Extraktivdestillation des wäßrigen Extraktes zur Abtreibung der Ester

d) Fraktionierung des Sumpfproduktes der Extraktivdestillation zur Gewinnung des Acetons

Der Nachteil des Verfahrens besteht in den vielen Verfahrensschritten und dem hohen apparativen Aufwand· Außerdem läßt der Trenneffekt in der Extraktion zu wünschen übrig» Dies gilt insbesondere für die Kohlenwasserstoffe, die sich nicht acetonfrei isolieren lassen. Man findet innier Restgehalte zwischen 1 und 2fo Aceton, was die Einsatzmöglichkeiten der so gewonnenen Kohlenwasserstoffe beträchtlich einschränkt·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Aceton und C₅ bis Gg-Kohlenwasserstoffe mit geringem Aufwand und in hoher Reinheit aus ihren Gemischen zu isolieren, so daß sie einer erneuten Verwendung zugeführt werden können. In den Kohlenwasserstoffen ist hierfür ein Acetongehalt von weniger als 0,2 Gewichtsprozent anzustreben.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur möglichst vollständigen Abtrennung von Aceton aus Gemischen mit vorwiegend aliphatischen Kohlenwasserstoffen unter Anwendung der Extraktivdestillation zu entwickeln, bei dem das Extraktionsmittel mit den zu trennenden Komponenten weder ein Azeotrop noch eine Mischungslücke bildet und mindestens bei einer Komponente zu einer starken Abweichung vom Raoultschen Gesetz führt·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem man als Extraktionsmittel höhere Kohlenwasserstoffe oder Glykoläther der allgemeinen Formel

E₁-O- CH₂ - CH₂ - 0 - R₂ bzw. R₁-O- CH₂ - CH₂ - 0 - CH₂ - CH₂ - 0 - R₂

in der R₁ einen Alkylrest und R₂ ein Wasserstoffatom, eine Acetylgruppe oder einen Alkylrest bedeuten, verwendet· Sie v/erden der Extraktivdestillationskolonne im oberen Teil aufgegeben, rieseln in ihr herab und treten dabei mit dem in mittlerer Höhe zugeführten Aceton/Kohlenwasserstoff-Gemisch in Wechselwirkung, Dadurch verändern sich die Aktivitätskoeffizienten der einzelnen Gemischkomponenten· Wie sich herausstellte, unterscheiden sich dabei Aceton und Kohlenwasserstoffe beträchtlich voneinander« Bei Überschreitung einer bestimmten Extraktionsmittelkonzentration weichen ihre Aktivitätskoeffizienten schließlich so stark voneinander ab> daß Azeotrope nicht mehr existenzfähig sind· Das Aceton läßt sich dann vollständig aus Gemischen mit niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffen abtrennen« Dies gilt sowohl für einzelne Kohlenwasserstoffe als auch für Cc-Cq- Fraktionen, insbesondere für Siedegrenzenbenzine· Was die Letzteren betrifft, so ist dies insofern überraschend,- da sie aus einer Vielzahl aliphatischer, cycloaliphatischer und aromatischer Kohlenwasserstoffe bestehen, die teils höher, teils niedriger sieden als Aceton» Ihre Zusammensetzung ist etwa die folgende:

0,5	Vol.;	Ъ 2-Methylbutan
3,6	Il	n-Pentan
0,8	M	2,3 - Dimethylbutan
0,8	H	Cyclopentan
13,7	η	2 - Methylpentan
10,3	η	3 - Methylpentan
30,4	π	η - Hexan
8,8	H	2,2 - Dimethylpentan
1,4	H	Benzol
1,5	11	Cyclohexan
0,5	π	2,4 - Dimethylpentan
3,0	η	2 - Methylhexan
1,5	η	2,3 - Dimethylpentan
5,0	N	3 - Methylhexan
9,2	η	η - Heptan
1,8	η	2,4 - Dimethylhexan
0,3	η	2,5 - Dimethylhexan
0,9	и	Toluol
3,5	η	2,3,3 - Trimethylpentan
1,5	N	Dimethylcyclopentan

Die Acetonabtrennung von diesen Kohlenwasserstoffen kann Ъеі Einsatz von Glykoläthern noch durch Hilfsstoffe, wie G-lykol und Y/asser, verbessert werden» Die unterschiedliche Beeinflussung der Aktivitätskoeffizienten führt im Endergebnis dazu, daß bei Einsatz höherer Kohlenwasserstoffe als Extraktionsmittel reines Aceton und bei Einsatz von Glykoläthern reine Kohlenwasserstoffe als Kopfprodukte der Extraktivdestillation erhalten werden» Die jeweils anderen Komponenten gehen mit dem Extraktionsmittel in den Sumpf der Kolonne» Seine Aufarbeitung erfolgt in bekannter Weise durch Rektifikation, Für die Durchführung des Verfahrens wird eine Anlage aus zwei Kolonnen, einer Extraktivdestillationskolonne und einer Rektifikationskolonne, benötigt·

Zu Beginn der Destillation wird das Aceton/Kohlenwasserstoff-Gemisch der aus mindestens 20 Böden bestehenden Extraktivdestillationskolonne zwischen dem 7· und 10. Boden zugeführt. Gleichzeitig treten am oberen Ende, knapp unterhalb des Rück-

laufs, die auf Kopftemperatur erwärmten Extraktionsmittel in die Kolonne ein. Ihre Menge ist so bemessen, daß auf allen Böden eine Mindestkonzentration von 40 HoIf₀ gewährleistet ist. Eingesetzt werden höhere Kohlenwasserstoffe, Glykoläther oder deren Gemische mit Hilfsstoffen, wie Glykol oder V/asser· Die Konzentration dieser Hilfsstoffe ist, da es in der Kolonne nicht zur Entmischung kommen darf, an bestimmte, vom Acetongehalt gesetzte Grenzen gebunden. Sie kann daher nur zwischen 0 und 35 Gewejo schwanken. Zwischen den genannten Extraktionsmitteln und dem Eingangsgemisch kommt es nun zur Wechselwirkung« Die in der Kolonne herabrieselnden Extraktionsmittel waschen dabei aus dem Eingangsgemisch die C₅ - Co - Kohlenwasserstoffe oder das Aceton heraus. Die übrigbleibenden Komponenten erscheinen zwangsläufig im Destillat. Bei Einsatz von Glykoläthern sind dies die C^ - Co - Kohlenwasserstoffe, bei Einsatz höherer Kohlenv/asserstoffe das Aceton, Im Kolonnensumpf dagegen sammelt sich ein Gemisch, bestehend aus dem Extraktionsmittel und den ausgewaschenen Komponenten. Es wird kontinuierlich abgezogen und der Rektifikationskolonne zugeführto Dort erfolgt die Abtreibung der ausgewaschenen Komponenten_e Das Extraktionsmittel fällt dabei als Sumpfprodukt an und gelangt von neuem in die Extraktivdestillationskolonne.

Die erfindungsgemäß verwendeten Extraktionsmittel besitzen den Vorteil der vollständigen Mischbarkeit mit Aceton und den Oc-Co- Kohlenwasserstoffen sov/ie die erwünscht hohe Selektivität für deren Trennung» Hinzu kommt, daß die Selektivität der Glykoläther durch Zusatz von Hilfsstoffen noch gesteigert werden kann. Die benötigten Mengen sind, verglichen mit anderen Extraktionsmitteln, relativ gering. Ein weiterer Vorteil der verwendeten Extraktionsmittel besteht darin, daß sie nicht nur die Acetonabtrennung aus Gemischen mit einzelnen, sondern auch mit mehreren Kohlenwasserstoffen erlauben,

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden, in Beispiel 1 wird die Trennung von Aceton

und Siedegrenzenbenzin mit höheren Kohlenwasserstoffen, in Beispiel 2 mit Butylglykol/Y/asser als Extraktionsmittel beschrieben·

Ausführungsbeispiel 1

Der Extraktivdestillationskolonne werden über Dosierpumpen 0,5 1 Einsatzgemisch und 4» 6 1 Extraktionsmittel pro Stunde zugeführt, Ersteres besteht aus 84 Gew.$ Aceton und 16 Gew·^ Siedegrenzenbenzin 60/85> Letzteres aus höheren Kohlenwasserstoffen mit einem Siedebereich von 220 - 36O°C· Der Zulauf erfolgt oberhalb des ersten bzw· dritten Schusses von unten* Die Extraktivdestillationskolonne selbst besteht aus einer 2 1 - Blase mit Sumpfauslauf, einer aus drei Schüssen zusammengesetzten Füllkörpersäule von 180 cm Länge und 3 cm Durchmesser sowie einem kurzen Destillieraufsatz· Sie arbeitet bei Normaldruck und mit einem Rücklaufverhältnis von 0,7· Die Kopftemperatur beträgt 57 ⁰C, die Blasentemperatur 190 ⁰C. Unter diesen Bedingungen fallen am Kopf Aceton und in der Blase das Siedegrenzenbenzin einschließlich des Extraktions— mittels an· Das Aceton wird kontinuierlich abgezogen, kondensiert und in einer Vorlage aufgefangen. Es besitzt eine Reinheit von 99*6 $· Das sich in der Blase ansammelnde Produkt läuft über den Sumpfauslauf kontinuierlich ab· Fs gelangt in die Rektifikationskolonne, wo das Siedegrenzenbenzin vom Extraktionsmittel getrennt wird· Ersteres zieht man am Kopf, Letzteres am Sumpf der Rektifikationskolonne ab· Das auf diese 7/eise isolierte Siedegrenzenbenzin enthält weniger als 0,2 fo Aceton und steht für eine erneute Verwendung zur Verfügung· Das Extraktionsmittel hingegen wird im Kreislauf gefahren und geht auf die Extraktivdestillationskolonne zurück.

Ausführungsbeispiel 2

Der Extraktivdestillation werden über Dosierpumpen und Vorwärmer 0,5 1 Einsatzgemisch und 2,4 1 Extraktionsmittel pro Stunde zugeführt. Ersteres besteht aus 84 Gew_e$ Aceton und und 16 Gew.5£ Siedegrenzenbenzin 60/85, Letzteres aus Butylglykol mit 20 Gew,$ 7/asser. Die Zuläufe liegen an gleicher

Stelle wie im Ausführungsbeispiel 1 · Auch die Extraktivdestillationskolonne ist die gleiche wie dort» Sie wird Ъеі Normaldruck und mit einem Rücklaufverhältnis von. 4 betrieben. Die Kopftemperatur liegt bei 54 ⁰C, die Sumpftemperatur bei 98 ⁰C* Als Destillat fallen Siedegrenzenbenzin mit etwas Was-

als Blasenprodukt Aceton, Butylglykol und die Hauptmenge des V/assers an_e Das Destillat wird kontinuierlich abgenommen und kondensiert« Nach Abscheidung des Wassers erhält man ein Siedegrenzenbenzin von 99»8 $&iger Reinheit* Der Blaseninhalt fließt kontinuierlich über den Sumpfauslauf ab und gelangt anschließend in eine Rektifikationskolonne_o Dort erfolgt die Trennung des Acetons vom Extraktionsmittel» Ersteres destilliert über Kopf und besitzt eine Reinheit von 99»0^; fo. Das Extraktionsmittel dagegen wird am Kolonnensumpf abgezogen und in die Extraktivdestillation zurückgeführt»

Claims (6)

Erfindungsanspruch

1* Verfahren zur Acetonabtrennung aus azeotropen Gemischen mit Kohlenwasserstoffen durch Extraktivdestillation unter Einsatz selektiver Extraktionsmittel| anschließender Rektifikation und Rückführung des Extraktionsmittels, gekennzeichnet dadurchi daß als Extraktionsmittel höhere, vorzugsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe oder Glykoläther der allgemeinen Formel

R₁ - 0 - CH₂ - CH₂ - 0 - R₂ bzw. R₁-O- CH₂ - CH₂ - 0 - CH₂ - CH₂ - 0 - R₂ ,

in der R₁ einen Alkylrest und R₂ ein Wasserstoffatom, eine Acetylgr'uppe oder einen Alkylrest bedeuten, verwendet werdenо

2· Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man als Glykolüther Monobutylglykol und als höhere Kohlenwasserstoffe solche mit einer Siedetemperatur über 120⁰C einsetzto

3« Verfahren gemäß Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Glykoläther mit Hilfsstoffen verschnitten werden.

4· Verfahren gemäß Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß als Hilfsstoffe Wasser oder Äthylenglykol in Mengen zwischen 0 und 35 Gewo^i vorzugsweise jedoch zwischen 10 und 25 Gew.?o zugesetzt werden₀

5* Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Konzentration des Extraktionsmittels auf allen Böden der Extraktivdestillationskolonne zwischen 40 und 90 Mol °/o₉ vorzugsweise jedoch zwischen 60 und 70 Mol <fo liegt·

6» Verfahren gemäß Punkt 1 und 2$ gekennzeichnet dadurch, daß die Extraktivdestillationskolonne bei Einsatz höherer Kohlenwasserstoffe mit einem Rücklaufverhältnis unter 1,5 arbeitet und als Kopf produkt ein Aceton mit über 99» б fo iger Reinheit liefert«

Verfahren gemäß Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Extraktivdestillationskolonne bei Einsatz von Glykol— äthern als Extraktionsmittel mit einem Rücklaufverhältnis unter 6 betrieben wird, wobei am Kopf die Kohlenwasserstoffe in einer Reinheit von 99»8 fo und darüber anfallen.