DD274362A1

DD274362A1 - Trennmittel fuer ethylalkohol-wasser-mischungen

Info

Publication number: DD274362A1
Application number: DD31834588A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Bergk; Wilhelm Schwieger; Astrid Brandt; Kurt Pilchowski; Astrid Schaefer
Original assignee: Univ Halle Wittenberg
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1989-12-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Abtrennung von Ethylalkohol aus Ethylalkohol-Wasser-Mischungen mit Ethylalkoholgehalten unter 10 Vol.-%. Die Erfindung kann in allen Industriezweigen zur Wiedergewinnung von Ethylalkohol aus dampffoermigen oder fluessigen Ethylalkohol-Wasser-Mischungen verwendet werden. Als Trennmittel wird ein Metallsilikathydrat mit Schichtstruktur der Zusammensetzung M2O18 bis 22 SiO28,5 bis 9,5 H2O verwendet, das mit der Alkohol-Wasser-Mischung 10 bis 40 Minuten in Kontakt gebracht wird.

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In chemisch-technischen und lebensmittelchemischen Prozessen fallen Ethylalkohol-Wasser-Gemische dampfförmig oder flüssig an. Die Aufarbeitung von Gemischen mitunter 10Vol.-% Ethylalkohol zur Wiedergewinnung des Alkoholes kann durch folgende Technologien erreicht werden:

- Destillation (1),

- Dampfdestillation (2),

- Kondensation und Destillation (3),

- Membrantrennprozesse (4),

- Extraktion (5),

- Aussalzeffekt (6),

- Adsorption (7).

Die Technologien (1) bis (3) sind seit langem Stand der Technik. Nachteile dieser Verfahren sind die hohen Energiekosten und der große verfahrenstechnische Aufwand. Weiterhin ist der effektive Betrieb einer Destillationsanlage an den kontinuierlichen Anfall größerer Mengen Alkohol/Wasser gebunden. Die Membrantrennprozesse erfordern spezielle Membranen und für eine wirtschaftliche Auftrennung ist neben einer großen Membranoberfläche eine Vorkonzentrierung der Alkohol-Wasser-Mischung durch Destillation notwendig. Die Ausgangskonzentration des eingespeisten Alkohols liegt normalerweise bei über 50 VoL-%. Verfahren der Alkohol-Extraktion haben sich nicht bewährt, da die eingesetzten Extraktionsmittel zu geringe Anreicherungen ergaben. Die Extraktion kann zwar durch Zusatz von Neutralsalzen (z.B. NaCI) durch den Aussalzeffekt verbessert werden, das führt aber zu einer unerwünschten Salzbelastung der wäßrigen Phase.

Für eine adsorptive Trennung sind spezielle Adsorbenzien erforderlich. Auf Grund der relativ geringen Unterschiede in den Wechselwirkungen von Ethylalkohol und Wasser mit einer Adsorbensoberfläche ist eine Verwendung von sogenannten hydrophoben Adsorbenzien nicht sinnvoll. Die als hydrophob bezeichneten ZSM-Zeolithe besitzen eine ungenügende Affinität zu Ethylalkohol in Gegenwart von Wasser, so daß die Aufnahme von Ethylalkohol gering ist.

Die bekannten Möglichkeiten zur Abtrennung von Wasser aus AJkohol, z. B. durch Verwendung wasserbindender Produkte, sind für die Abtrennung von Wasser zur Anreicherung von Ethylalkohol nur bei hohen Konzentrationen des Alkohols sinnvoll.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Mittel zur Abtrennung von Alkohol aus Wasser, das technisch leicht handhabbar ist und hohe Standzeiten besitzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Abtrennung von Alkohol aus Wasser ein geeignetes wasserunlösliches Silikat zu finden.

Erfindungsgemäß wird ein Metallsilikathydrat mit Schichtstruktur der Zusammensetzung M₂O x 18 bis 22 SiO₂ x 8,5 bis 9,5 H₂O, worin M Kalium und/oder Wasserstoff ist, mit der Alkohol/Wasser-Mischung 10 bis 40 Minuten bei Raumtemperatur in Kontakt gebracht.

Die verwendeten Metallsilikathydrate werden hydrothermal synthetisiert (DD 220584) bzw. durch Ionenaustausch aus der synthetisierten Form hergestellt. Das Kalium-Metallsilikathydrat ist durch folgende Rontgendiffraktionslinien gekennzeichnet (Cu-Kaipha-Strahlung, Ni-Filter, Gomiometergeschwindigkeit 2 Theta = 17min):

din(nm)	Intensität in (%)
1,92	66
0,97	21
0,48	16
0,41	11
0,37	17
0,34	100
0,32	31

Aus dieser Kalium-Form wird durch einen Ionenaustausch mit H⁺ eine gemischte Kalium/Protonen-Form hergestellt, die durch folgende Röntgendiffraktionslinien gekennzeichnet ist:

din(nm)	Intensität in (%)
1,82	100
0,89	42
0,74	19
0,60	12
0,41	19
0,34	99
0,32	31

Der Kalium-Gehalt dieser Form beträgt kleiner 0,1 Ma.-%. Je nach lonenaustauschbedingungen sind gemischtionige Kalium/ Protonen-Formen unterschiedlicher Zusammensetzung möglich. Für die Abtrennung von Ethylalkohol aus wäßriger Lösung oder dampfförmiger Mischung ist keine Aktivierung der Metallsilikathydrate notwendig. Die Metallsilikathydrate werden in pulvriger Form oder zu Formkörpern verformt (DD 228180) mit der wäßrigen Ethylalkohollösung in Kontakt gebracht. Das Verhältnis Flüssigkeit zu Feststoff soll dabei 101/kg bis 200l/kg betragen. Das Kontaktieren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich in bekannter Weise durchgeführt werden. Die Kontaktzeit soll 10 bis 40 Minuten betragen. Die Durchführung soll bei Raumtemperatur erfolgen. Dampfförmige Mischungen von Ethylalkohol/Wasser werden durch eine Schicht von verformtem Metallsilikathydrat in dafür technisch üblichen Apparaturen (Adsorptionssäulen) geleitet. Zur Rückgewinnung des EthylaJkoholes wird das abgetrennte und mit Ethylalkohol beladene Metallsilikathydrat auf eine Temperatur von 80 bis 100⁰C erwärmt. Auch eine Vakuumbehandlung führt zur Abgabe des Ethylalkoholes. Danach steht das Metallsilikathydrat wieder zur Aufnahme des Ethylalkoholes zur Verfügung.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1:

Es wird ein Metallsilikathydrat der Zusammensetzung K₂O x 18SiO₂ χ 8,5 H₂O verwendet. 1g dieser Substanz wird mit 100ml einer 1-Vol.-%igen Ethanol-Wasser-Mischung 40 Minuten bei Raumtemperatur geschüttelt. Danach enthielt das Metallsilikathydrat 0,220 ml Ethanol/g.

Beispiel 2:

Es wird ein Metallsilikathydrat der Zusammensetzung K₂O x 21 SiO₂ χ 9H₂O verwendet. 1g dieser Substanz wird mit 100ml einer 2-Vol.-%igen Ethanol-Wasser-Mischung 20 Minuten bei Raumtemperatur geschüttelt. Danach enthielt das Metallsilikathydrat 0,332 ml Ethanol/g.

Beispiel 3:

0,50g Metallsilikathydrat der Zusammensetzung K₂O χ 22 SiO₂ χ 9,5 H₂O werden mit 100 ml einer 2-Vol.-%igen Ethanol-Wasser-Mischung 30 Minuten bei Raumtemperatur geschüttelt. Danach betrug die Ethanol-Aufnahme 0,281 ml Ethanol/g.

Beispiel 4:

5 kg verformtes Metallsilikathydrat der Zusammensetzung H⁺/K₂O x 22 SiO₂ x 9,5 H₂O mit 0,05 Ma.-% Kalium wird in einer Adsorptionssäule mit Luft, beladen mit 1 Vol.-% Ethylalkohol und 5Vol.-% Wasser, bei 20⁰C durchströmt. Die Verweilzeit betrug 40 Minuten. Das Metallsilikathydrat nahm bis zum Durchbruch 600g Ethylalkohol auf.

Claims

Trennmittel für Ethylalkohol-Wasser-Mischungen, gekennzeichnet durch ein Metallsilikathydrat mit Schichtstruktur der Zusammensetzung M₂O x 18 bis 22 SiO₂ x 8,5 bis 9,5 H₂O, worin M Kalium und/ oder Wasserstoff ist, das mit der Alkohol-Wasser-Mischung 10 bis 40 Minuten bei Raumtemperatur in Kontakt gebracht wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Abtrennung von Ethylalkohol aus Ethylalkohol-Wasser-Mischungen mit einem Ethylalkoholgehalt unter 10VoI.-%. Die Erfindung kann in allen Industriezweigen zur Wiedergewinnung von Ethylalkohol aus dampfförmigen oder flüssigen Ethylalkohol-Wasser-Mischungen verwendet werden.