DD293269A5 - Anlage zur kontinuierlichen destillativen loesungsmittelrueckgewinnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur kontinuierlichen destillativen Loesungsmittelrueckgewinnung. Die Erfindung ist geeignet, die Loesungsmittel aus einem Stoffgemisch, bestehend aus Aceton, n-Butanol und Wasser, wie sie beispielsweise in mikrobiellen Verfahren der Penicillinherstellung anfallen, zu trennen. Die erfindungsgemaesze Anlage besteht aus zwei Rektifikationsstufen. Diese sind ueber Rohrleitungen und Regelorgane mit einer gemeinsamen Dephlegmations- und Phasentrennstufe gekoppelt. Aus dieser Stufe koennen die wasserreichen Zwischenprodukte in die erste Rektifikationskolonne, butanolreiche Zwischenprodukte in die zweite Rektifikationsstufe sowie verschmutzte Zwischenprodukte in den Vorlagebehaelter gelangen. Figur{Loesungsmittel; Rueckgewinnung; Stoffgemisch; Aceton; n-Butanol; Wasser; mikrobielles Verfahren; Pencillinherstellung; Rektifikation; Dephlegmation}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur kontinuierlichen destillativen Lösungsmittelrückgewinnung aus Stoffgemischen, bestehend aus Aceton, n-Butanol und Wasser, wie sie beispielsweise in mikrobiellen Verfahren der Penicillinherstellung, insbesondere bei der Benzylpenicillinproduktion, anfallen. Dreistoffgemische, bestehend aus Aceton, n-Butanol und Wasser, entstehen dabei in einer Reihe von Prozeßstufen der Roh- und Sterilpenicillinproduktion chargenweise. Die einzelnen Gemische zeichnen sich dadurch aus, daß sie in ihrer Lösungsmittelzusammensetzung sehr unterschiedlich sind und eine ganze Reihe löslicher und unlöslicher sowie destillierbarer und nicht destiliierbarer Verunreinigungen in Form von Penicillinspaltprodukten, Phenylessigsäure, Salzen, Tensiden und Kohlenwasserstoffen enthalten

Derartige Produkte sind bekannt als Waschbutanol, butanolhaltiges Wasser, verunreinigtes Aceton und Spülwasser.

pharmazeutischer Qualität in einer Anlage <:i:rückgewonnen werden, ohne bei Produktwecksel den stabilen Betrieb der Destillationsanlage zu stören.

Die erfindungsgemäße Anlago kann auch auf anderen Gebieten zur Anwendung kommen, zum Beispiel in der Lack- und Textilindustrie und überall dort, wo Aceton und Butanol aus verschiedenen wäßrigen Gemischen zurückgewonnenen werden sollen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der Industrie gibt es eine Reihe von Anlagen und Verfahren, in denen Aceton und n-Butanol allein oder in Mischungen untereinander oder mit Wasser eingesetzt werden. So werden z. B. beim Verfahren zur Benzylpenicillinherstellung beide Lösungsmittel zu Wasch-, Trocknungs-, Reinigung- und anderen Prozessen eingesetzt.

Bei den meisten Verfahren gelingt es, das thermische Trennproblem auf die Aufarbeitung von Zweistoffgemischen Aceton/ Wasser, Aceton/n-Butanol, Wasser/n-Butanol zu reduzieren.

Verfahren zur Aufarbeitung dieser Qemische gehören zum Stand der Destillationstechnik und aus der Industrie sind eine Vielzahl apparativer Lösungen bekannt.

Bekannt ist auch, daß man das Sumpfprodukt einer Rektifizierkolonne dampfförmig abziehen kann, um es in hoher Reinheit wieder einsetzen zu können. Nachteilig und problematisch ist dabei, daß sich im flüssigen Kolonnensumpf die Verunreinigungen der Lösungsmittel stark anreichern. Das zwingt zu einer diskontinuierlichen Betriebsweise, um diese Verunreinigungen in wäßrige Phase überführen zu können oder diese Verunreinigungen z. B. zum Zweck der Verbrennung oder Deponie auszukreisen.

Die Trennung des durch eine ausgeprägte Mischungslücke gekennzeichneten Wasser-/n-Butanolgemisches wird von Billet „Industrielle Destillation" beschrieben. Das Wasser-/n-Butanol-Gemisch wird einer Rektifizierkolonne, die aus Abtriebs- und

Verstärkungssäule besteht, dampfförmig zugeführt. Im Sumpf wird n-Butanol nahezu wasserfrei abgezogen.

Das Destillat, das ein heterogenes Azeotrop darstellt, gelangt nach Totalkondensation und Kühlung in einen Phasentrennbehälter, in dem das übergetriebene n-Butanol-/Wa<:ser-Gemisch gemäß des Flüssig-flüssig-Gleichgewichtes in zwei Phasen zerfällt, eine butanolreiche organische Phase und eine wasserreiche Phase.

Während die organische Phase der Rektifizierkolonne als Rücklauf zugeführt wird, bildet die wasserreiche Phase den Zulauf für eine weitere Rektifizierkolonne, die als Abtriebssäule ausgebildet ist. Während am Kopf dieser Kolonne wieder ein heterogenes ii-Butanol-/Wasser-Gemisch kondensiert wird und in den Phasentrenner gelangt, wird am Sumpf n-butanolfreies Abwasser abgezogen.

Nachteil der bekannten technischen Lösungen ist, daß bei den Verfahren zur destillativen Trennung der beschriebenen Zweistoffgemische bereits geringe Gehalte der dritten Lösungsmittelkomponente zu empfindlichen Betriebsstörungen, z. B.

durch Zweiphasigkeit der Produkte, führen können, bzw. eine kontinuierliche Rektifikation unmöglich wird. Die hohen Anforderungen an die Qualität der regenerierten Lösungsmittel sind dann bei den Verfahren für Zweistoffgemische nicht mehr realierbar, da die dritte, ungewünschte Lösungsmittelkomponente je nach Siedelage sich in Destillat oder Sumpfprodukt anreichert. Bekannt ist auch, daß sich ein ideales Dreistoffgemisch in einer zweistufigen Rektifikation in seine Komponenten trennen läßt. Gemäß dem Stand der Technik läßt sich die Aufarbeitung eines Dreistoffgemisches bestehend aus Aceton, n-Butanol und Wasser, das ein ausgeprägtes nichtideales Verhalten zeigt, ableiten.

In einem Dreikolonnensystem würde zunächst aus einer Destillationsblase mit aufgesetzter Verstärkungssäule diskontinuierlich

Aceton gewonnen. Das in der Destillationsblase verbleibende acetonfreie n-Butanol/Wasser-Gemisch ist zweiphasig und kann

nach der Phasentrennung z. B. gem. Billet „Industrielle Destillation" in n-Butanol und Wasser getrennt werden. Bei dieser Verfahrensweise fällt eine Übergangsfraktion Aceton/Butanol/Wasser an, die zum Chargenende in die Destillationsblase zurückgeführt werden müßte.

Anlagen zur diskontinuierlichen rektivikativen Trennung sind deshalb nachteilig, weil zur Zwischenlagerung der Chargen große Stapelvolumina erforderlich sind, die spezifischen Durchsatzleitungen geringer und die Betriebskosten höher sind als bei kontinuierlichen Verfahren.

Nachteil der beschriebenen technischen Lösung zur Trennung von Dreistoffgemischen aus Aceton, n-Butanol, Wasser ist weiterhin, daß ein dreistufiges thermisches Trennsystem erforderlich ist.

Insbesondere aus der Fett- und Petrolchemie ist bekannt, daß Kolonnen mit zusätzlichen Seitenstromentnahmen arbeiten, wobei es ermöglicht wird, aus einem Vielkomponentensystem mit einer großen Siedepunktdifferenz eine Schnittlage mit begrenztem Siedebereich abzuziehen.

Es ist weiterhin bekannt und nachteilig, daß in technologischen Prozessen, die nacheinander verschiedene Lösungsmittel zu Wasch-, Lösungs- und Trocknungspro7«ssen einsetzen, die verbrauchten Lösungsmittel gemeinsam gesammelt werden, da durch Rückvermischung und unvollständige Entleerungen eine exakte Trennung der Lösungsmittel ohnehin nicht möglich ist.

Die so erhaltenen Lösungsmittelgemische sind dann oft überhaupt nicht mehr oder nur mit erhöhtem apparativen und ökononischen Aufwand trennbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Anlage zur kontinuierlichen destillation LösungsmitU !rückgewinnung zu entwickeln, die unter Vermeidung eines hohen apparativen und ökonomischen Aufwandes geeignet ist, aus Aceton-/n-Butanol-/Wasser-Gemischen verschiedener und sich ändernder Zusammensetzung, wie sie beispielsweise bei der Benzylpenicillinherstellung anfallen, die Lösungsmittel mit pharmazeutischer Qualität kontinuierlich zurückzugewinnen und als Verschmutzung mitgeführte biogene Inhaltsstoffe zu isolieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur kontinuierlichen destillativen Lösungsmittelrückgewinnung zu entwickeln, die es ermöglicht, Lösungsmittelgemische verschiedener Zusammensetzung, bestehend aus den destillierbaren Komponenten Aceton, n-Butanol und Wasser sowie nichtdestillierbaren Verunreinigungen, kontinuierlich und bei Produktionswechsel ohne Störung des Betriebsregimes aufzuarbeiten, Aceton und n-Butanol in pharmazeutischer Qualität mit einer Reinheit von größer 99 Ma.-% zurückzugewinnen sowie alle Verunreinigungen kontinuierlich in das Abwasser zu überführen und mit dem lösungsmittelfreien Abwasser auszuweisen.

Die Aufgabe besteht insbesondere darin, an sich bekannte Ausrüstungen in vorteilhafter Weise zu kombinieren und durch spezielle Regelstrukturen eine flexible, selbsttätig arbeitende Anlage zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer zweistufigen Rektifikationsanlage gelöst, wobei beide Stufen über einen gemeinsamen Dephlegmator, Phasentrenner und Kondensator gekoppelt sind. Über anlageninterne Kreislaufleitungen mit Förderorganen werden acetonreiche Zwischenprodukte zur ersten Rektifikationsstufe, n-butanolreiche Zwischenprodukte zur zweiten Rektifikationsstufe sowie über einen dritten Kreislauf Verschmutzungen in wäßrige Phase und damit in das Abwasser geleitet.

Die erste Stufe der Rektifikationsanlage besteht aus einem Vorlagebehälter mit Förderorgan, einem Vorwärmer, einer Rektifikationskolonne und Kondensatoren, einem Zwischenbehälter und Förderorganen für redestilliertes Aceton. In den Vorlagebehälter münden neben der Zulaufleitung für acetonreiche und butanolarme Produkte eine Kreislaufleitung für redestilliertes Aceton und für verschmutztes Butanol sowie eine Rezirkulationsleitung ein.

Der Vorwärmer ist eine stehender, rohrseitig mit Produkt beaufschlagter Rohrbündelapparat. Die Rektifikationskolonne ist vorzugsweise eine Bodenkolonne, z. B, eine Querstromsiebbodenkolonne mit 6-mm-Bohrungen. Sie besteht aus Ober- und Untersäule. In der Ausführung als Siebbodenkolonne besitzt die Obersäule mindestens 30 und die Untersäule mindestens 20 praktische Böden. Die Rektifikationskolonne wird mit einem herkömmlichen Naturumlaufverdampfar beheizt. Die Rektifikationskolonne besitzt in der Untersäule weiterhin einen Seitenstromabzug für dampfförmiges Produkt und darunter einen zweiten Zulaufboden.

In einer weiteren Ausführungsform kann anstelle des Seitenstromabzuges für dampfförmiges Produkt ein solcher für flüssiges Produkt angeordnet sein. In diesem Fall ist in der Untersäule der Kolonne ein Akkumulator zur Schwerkraftphasentrennung angeordnet und der Überlauf für die wäßrige schwere Phase ist als Zulaufschacht für den unter dem Akkumulator liegenden Boden ausgebildet, während der Überlauf für die organische leichte Phase mit dem Seitenstromabzug für flüssiges Sumpfprodukt identisch ist

Der Kondensator für die Kopfproduktdämpfe ist ein liegender Rohrbündelapparat mit Produktführung im Mantelraum. Der darunter angeordnete Kühler ist ebenfalls ein liegender Rohrbündelapparat mit Produktführung im Mantelraum. An den Zwischenlagerbehälter für redestilliertes Aceton sind zwei Pumpen angeschlossen. Die Druckseite der ersten Pumpe mündet als Rücklaufleitung am Kolonnenkopf ein, die Druckseite der zweiten Pumpe bindet je nach Funktion im Vorlagebehälter ein oder verläßt die Anlage.

Am Kolonnensumpf ist eine Überlaufleitung für Abwasser angebracht.

Über ein perforiertes Einsteckrohr im Kolonnensumpf kann Wasserdampf eingeblasen werden.

Die zweite Stufe der Rektifikationsanlage besteht aus einem Vorlagebehälter mit Förderorgan, einem Vorwärmer und einer Rektifikationskolonne mit Verdampfer und Kondensatoren. In den Vorlagebehälter bindet der Zulauf für butanolreiche Produkte ein. Der Vorwärmer ist wiederum ein stehender Rohrbündelapparat mit Produktführung durch die Rohre. Die Rektifikationskolonne ist vorzugsweise eine Bodenkolonne und kann z.B. ebenfalls eine Querstromsiebbodenkolonne mit 6-mm-Bohrungen sein. Sie besteht nur aus einer Untersäule und hat als Sieabbodenkolonno mindestens 15 praktische Böden. Die Rektifikationskolonne wird mit einem Naturumlaufverdampfer beheizt. Sie besitzt unterhalb des ersten Bodens einen Seitenstromabzug für dampfförmiges Sumpfprodukt und darüber hinaus einen zweiten Sumpfproduktabzug für verschmutztes flüssiges Produkt. Die Druckseite des Förderorgans für dieses Produkt bindet in den Vorlagebehälter der ersten Stufe der Rektifikationanlage ein. Der Kondensator für den dampfförmigen Sumpfproduktabzug ist ein liegender Rohrbündelapparat mit mantelseitiger Produktführung. Unter dem Kondensator ist ebenfalls liegend ein Rohrbündelapparat mit mantelseitiger Produktführung als Kühler angeordnet. Der Sammelbehälter für das kondensierte Sumpfprodukt besitzt eine Pumpe, deren Druckseite die Anlage verläßt.

Beide Rektifikationsstufen sind über Leitungen verbunden mit einer gemeinsamen Dephlegmator- und Phasentrennapparatur. In den Dephlegmator, ein liegender Rohrbündelapparat mit einem mantelseitigen Produktstutzen, binden die Leitungen für die Kopfproduktdämpfe aus der zweiten Stufe und die Produktdämpfe des Seitenstromabzuges der ersten Rektifikationsstufe ein. Eine Leitung verbindet den Dephlegmator mit einem Kondensator, in dem im Mantelraum des stehenden Rohrbündelapparates im Dephlegmator nicht kondensierte Produktdämpfe total kondensiert werden. Die Kondensatleitung dieses Apparates bindet in den Vorlagebehälter der ersten Stufe der Rektifikationsanlage ein. Eine in den Phasentronnbehälter bis zur Trennschichtlage abgetauchte Leitung stellt die Verbindungsleitung für das Kondensat des Dophlegmators dar. Eine Überlaufleitung für leichte Phase aus dem Phasentrenner bindet direkt in den Kolonnenkopf der zweiten Stufe der Rektifikationsanlage ein. Der Überlauf der schweren Phase des Phasentrenners ist apparativ so gestaltet, daß durch seine Höhenverstellung die Lage der Trennschicht variiert werden kann.

DerSammelbehälter für die schwere Phase besitzt eine Pumpe, deren Druckseite in den Stutzen für den zweiten Zulauf der ersten Stufe der Rektifikationsanlage einbindet.

Die erste Stufe der Rektifikationsanlage erfordert ein homogenes Einsatzprodukt. Deshalb darf der Acetongehalt 15Ma.-% nicht unterschreiten, wohingegen die n-Butanol- und Wasserkonzentratiön keinen Begrenzungen unterliegt.

In der Anlage wird die Aufgabe gelöst, indem ein Behälter mit Rezirkulation für Einsalzprodukt und anlageninterne Kreisläufe

eingesetzt werden, indem der Acetongehalt mit redestilliertem Aceton eingestellt wird. Da insbesondere acetonische Produkte aus pharmazeutischen Prozessen überwiegend wesentlich höhere Acetongehalte aufweisen, stellt dieser Aufwand eine wirtschaftlich vertretbare Absicherung dar und bietet zugleich Betriebssicherheit, da das Stoffsystem Aceton/n-Butanol/Wasser aufgrund seiner Mischungslücke zu Schichtungserscheinungen neigt.

Die erste Stufe der Rektifikationsanlage ist erfindungsgemäß eine Bodenkolonne mit Ober- und Untersäule, wobei die Obersäule mit mindestens 20 theoretischen Böden ausgestaltet sein muß, um bei einem für Aceton üblichen Rücklaufverhältnis um 7, ein nahezu wasser- und n-butanolfreies Aceton zu erhalten.

Aus dem Kolonnensumpf soll erfindungsgemäß nur Wasser mit allen Verunreinigungen angezogen werden. Das ist jedoch nur möglich, wenn in der Kolonnenbilanz das Verhältnis n-Butanol/Wasser kleiner 1,4 beträgt. Da das Einsatzprodukt bzgl. des Wassergehaltes nicht begrenzt ist, werden einerseits im Verfahren anfallende wäßrige Phasen in die erste Rektifikationsstufe zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit wieder eingespeist, andererseits ist im Kolonnensumpf ein Einsteckrohr in den Dampfraum eingesetzt, über das Wasserdampf in die Kolonne eingespeist werden kann.

Es wurde gefunden, daß sich der Wasserbedarf über die Dampfeinspeisung einfach und unabhängig von anderen Kolonnenregelungen über den Wasserstand im Kolonnensumpf regeln läßt. Das ergibt sich aus der Tatsache, daß bei Wassermangel im Einsatzprodukt, Wasser für den azeotropen Seitenstromabzug zwangsweise nur aus wäßrigen Zuläufen der Untersäule gedeckt werden kann.

Die Untersäule erfordert mindestens 10 theoretische Böden, von denen 3 bis 5 Böden genutzt werden, um über eine Regelstruktur eine thermische Trennzone zu erzeugen, in der n-Butanol und Wasser in azeotroper Zusammensetzung, aber abnehmendem Acetongehalt vorliegen. Die Regelstruktur ist unabhängig von den anderen Kolonnenregelungen und regelt einen Seitenstromabzug aus dem unteren Drittel dieser Trennzone über einen gewichteten Mittelwert aus Trennzoneneintritts-, -austritts- und Seitenstrorntemperatur. Der gewichtete Mittelwert entspricht der Azeotropsiedetemperatur von n-Butanol/ Wasser bei dem Kolonnendruck am Boden des damfförmigen Seitenstromabzugos.

Diese Anordnung ermöglicht, aus der ersten Rektifikationskolonne sicher ein Azeotrop Butanol/Wasser mit kleiner 1 Ma.-%

Aceton als Seitenstrom abzuziehen. Es ist vorteilhaft, diesen Seitenstrom dampfförmig abzuziehen, da er dann weitestgehend frei von Verunreinigungen ist.

In einer anderen Ausführung kann es auch ausreichend sein, den Seitenstrom flüssig abzuziehen, wobei dann erfindungsgemäß im unteren Drittel der Trennzone für n-Butanol/Wasser-Azeotrop ein Akkumulator angeordnet wird. Dieser Akkumulator weist mindestens eine Verweilzeit von 20 Minuten für die Flüssigkeitsbelastung der Untersäule auf und wird als

Schwerkraftphasentrenner ausgebildet. Während die wäßrige Phase in der Kolonne verbleibt, wird als Seitenstrom

vorteilhafterweise nur die organische leichte Phase abgezogen. Ein Nachteil kann dabei die höhere Verschmutzung gegenüber dem dampfförmigen Abzug sein.

Der dampfförmige Seitenstromabzug gelangt durch den Kolonnedruck am Abzugsboden ohne Förderorgan in einen Dephlegmator. Mit Wasser als Kühlmittel wird der Seitenstrom im Mantelraum auf 85 bis 9O⁰C dephlegmiert. Erfindungsgemäß entsteht dabei ein heterogenes acetonabgereichertes Kondensat, und ein acetonangereicherter Restdampf mit mehr als 15 Ma.-% Aceton entweicht über einen weiteren Dämpfestutzen in einen nachgeschalteten Kondensator. Es wurde nun gefunden, daß dieses acetonangereicherte Kondensat vorteilhaft wieder direkt dem Vorlagebehälter für Einsatzprodukt zugeführt werden kann. Das stets hererogene Kondensat des Dephlegmator läuft in freiem Gefälle über ein bis zur Phasentrennschicht abgetauchtes Rohr in direkt unter dem Dephlegmator angeordneten stehenden Phasentrennbehälter. Durch einen in der Höhe stufenlos verstellbaren Überlauf für die wäßrige schwere Phase kann das Absetzvolumen für beide Phasen optimal eingestellt werden. Die Dephlegmationsbedingungen sind nicht nur energetisch vorteilhaft für die folgende erste bzw. zweite Rektifikationsstufe. Bei den angegebenen Bedingungen entsteht auch die n-bjtanol- und acetonreichste organische leichte Phase bzw. die butanol- und acetonärmste wäßrige schwere Phase. Die wäßrige schwere Phase des Phasentrennbehälters gelangt in freiem Gefälle in einen Zwischenbehälter und wird von dort mit einer Pumpe in die Untersäule der ersten Rektifikationsstufe unterhalb der Trennzone für das azeotrope Gemisch n-Butanol/Wasser, aber mindestens 3 theoretische Böden oberhalb des Kolonnensumpfes als zweiter Zulauf eingebracht.

zweiten Rektifikationsstufe.

Wird der Seitenstrom flüssig aus der ersten Rektifikationsstufe als organische leichte Phase des Akkumulators abgezogen, gelangt er über einen Zwischenbehälter und Pumpe unter Umgehung des Dephlegmators direkt in den Phasentrennbehälter.

Die zweite Rektifikationsstufe ist erfindungsgemäß eine Bodenkolonne, die nur eine Untersäule besitzt. Bei minimal 8 theoretischen Böden liefert die Kolonne im Sumpf nahezu wasserfreies Butanol. Über Kopf wird ein heterogenes n-Butanol/ Wasser-Azeotrop abgetrennt, das sich von der Zusammensetzung des Seitenstromes nur im höheren Acetongehalt unterscheidet.

Es ist nun erfindungsgemäß, beide azeotropen Dampfströme über einen Dephlegmator und einen Phasentrenner zu leiten und anschließend aus dem gemeinsamen heterogenen Kondensat die organische leichte Phase der zweiten Rektifikationskolonne und die wäßrige schwere Phase der ersten Rektifikationskolonne, wie bereits beschrieben, zuzuführen.

Die Flexibilität der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung erlaubt es, neben der anfallenden organischen leichten Phase als zweiten Zulauf zur zweiten Rektifikationskolonne ein weiteres n-Butanol/Wasser-Gemisch mit einem Wassergehalt kleiner 20Ma.-% einzuspeisen. Erfindungsgemäß wird in diesem Produkt auch ein Acetongehalt kleiner 3Ma.-% zugelassen.

Acetonfreies n-Butanol mit einem Wassergehalt kleiner 0,2 Ma.-% wird unter dem ersten Boden der zweiten Rektifikationskolonne als Sumpfprodukt abgezogen, kondensiert und gekühlt. Erfindungsgemäß gelingt es nun, auch die zweite Rektifikationskolonne kontinuierlich zu betreiben, da ein Teilstrom des mit Verunreinigungen angereicherten Sumpfproduktes kontinuierlich flüssig abgezogen werden kann, da es vorteilhaft und möglich ist, diesen Teilstrom über eine Pumpe und Rohrleitung in den Vorlagebehälter für das Einsatzprodukt der ersten Rektifikationsstufe zurückzuführen. Die zweite

Rektifikationskolonne läßt sich trotzdem stabil betreiben, weil als flüssiger Sumpfabzug kontinuierlich nur eine geringe Menge im Vergleich zum dampfförmigen Sumpfabzug unterhalb des ersten Bodens entnommen wird. Der Mengenstrom wird dabei so gewählt, daß in der Sumpfblase der Gehalt an nichtdestillierbaren Verunreinigungen kleiner 5 Ma.-% beträgt. Der Stand im Kolonnensumpf wird über den dampfförmigen n-Butanolabzug geregelt, während die Kolonnentemperatur über die Umlaufverdampferheizung geregelt wird

Vorteil der beschriebenen Anlage ist, daß sich mit geringen Ausrüstungskosten eine kontinuierliche Anlage zur Rückgewinnung

von Aceton und n-Butanol in hoher Reinheit aus einem stark nichtidealen Dreistoffgemisch wirtschaftlich realisieren läßt. Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Anlage wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Figur zeigt das Schema der erfindungsgemäßen Anlage. Mit der Anlage werden folgende zwei Produkte aus mikrobiologischen Anlagen der Benzylpenicillinherstellung kontinuierlich aufgearbeitet.

1. 200kg/h Dreistoffgemisch, einphasig, aus Aceton, n-Butanol und Wasser mit folgender Zusammensetzung: ca. 70 Ma.-% Aceton

15 Ma.-% Wasser 15 Ma.-% n-Butanol und Penicillinspaltprodukte, Tenside, Spuren gelöster Salze.

2. 380kg/h Waschbutanol mit ca. 80Ma.-% n-Butanol, 19Ma.-% Wasser, 1 Ma.-% Aceton, Spuren gelöster Salze, Penicillinspaltprodukte. Das Produkt ist einphasig.

Ziel ist es, Aceton und n-Butanol destillativ zurückzugewinnen sowie sämtliche nichtdestillierbaren Verunreinigungen mit dem

Abwasser aus dem Prozeß zu entfernen und einer Abwasseranlage zuzuführen.

Das vorbeschriebene erste Dreistoffgemisch gelangt über Leitung 1 in einen Vorlagebehälter 2. Mit Pumpe 3 wird das Produkt über dampf beheizten Vorwärmer 4, in dem es auf ca. 55°C erhitzt wird, kontinuierlich über Leitung 5 zur ersten Rektifizierkolonne 6, die 57 praktische Böden besitzt, mengengeregelt gefördert. Die Beheizung der ersten Rektifizierkolonne 6 erfolgt über Naturumlaufverdampfer 6a, Die Einspeisung erfolgt auf Boden 20.

Am Kopf der ersten Rektifizierkolonne 6 wird bei 56°C Aceton, nahezu n-butanolfrei und mit-zulässigem Wassergehalt von 1 Ma.-%, abgezogen, im Kondensator 7 kondensiert und im Kühler 8 auf ca. 30°C gekühlt. Danach gelangt es in den Destillatbehäiter 9. Auf diesem wird mit Pumpe 10 Rücklaufprodukt zum Kopf der ersten Rektifizierkolonne 6 gefördert. Das Rücklaufverhältnis liegt bei 7. Mit Pumpe 11 wird redestilliertes Aceton über Leitung 12 abgeführt. Am Sumpf der ersten Rektifizierkolonne 6 wird lösungsmittelfreies Wasser mit den zugeführten Verunreinigungen flüssig abgezogen, das über Leitung 13 ausgeschleust wird. Infolge der Ausbildung des acetonabgereicherten n-Butanol/Wasser-Gemisches nahezu azeotroper Zusammensetzung im Bereich der Böden 11-15 wird das die Destillation störende Gemisch, das einen Acetongehalt kleiner 1 Ma.-% aufweist, über die Temperaturen des 5. und 23. Bodens geregelt vom 11. Boden mit einer Temperatur von 95°C dampfförmig abgezogen.

Ein Abzug vom Boden 15, bzw. von beiden Böden, ist im veränderten Betriebszustand der ersten Rektifizierkolonne 6 ebenfalls möglich. Über Leitung 14 und Regelventil 15 gelangt das Seitenstromprodukt zum Dephlegmator 16, wird dort teilkondensiert, und das Kondensat fließt danach über Leitung 17 in den Phasentrennbohälter 18. Hier erfolgt bei etwa 90°C die entsprechend der Mischungslücke bedingte Trennung des eingeleiteten heterogenen Produktes in eine wäßrige Phase mit ca. 6 Ma.-% n-Butanol und in eine n-butanolreiche organische Phase mit ca. 20Ma.-% Wasser. Die wäßrige Phase gelangt über Leitung 19 in den Behälter 20. Mit Pumpe 21 wird die wäßrige Phase mengeneingestellt aus diesem über Leitung 22 in die Untersäule der ersten Rektifizierkolonne 6 eingespeist, und zwar am 5. Boden. Eine Einspeisung am 11. Boden ist auch möglich, sofern das Seitenstromprodukt am 15. Boden abgezogen wird. Die butanolreiche organische Phase aus Phasentrennbehälter 18 wird im freien Gefälle über Leitung 23 einer zweiten Rektifizierkolonne 24, die 16 praktische Böden besitzt, am Kopf zugeführt. Diese Kolonne wird ebenfalls mit einem Naturumlaufverdampfer 24 a betrieben.

Ebenso wird auch das vorbeschriebene aufzuarbeitende Waschbutanol über Leitung 25 der zweiten Rektifizierkolonne 24 am Kopf zurückgeführt, nachdem es über Leitung 26 in den Vorlagebehälter 27 gelangte und mittels Pumpe 28 über Regelventil 29 in Leitung 30 durch den dampf beheizten Vorwärmer 31 geschickt wurde. Am Kopf der zweiten Rektifizierkolonne 24 wird ein heterogenes n-Butanol/Wasser-Gemisch mit einem Acetongehalt von 2-5Ma.-% über Leitung 32 abgezogen und ebenfalls zum Dephlegmator 16 geführt.

Aus Reinheitsgründen wird über dem I.Boden der zweiten Rektifizierkolonne 24 in Abhängigkeit vom Sumpfstand acetonfreies n-Butanol mit einem Wassergehalt von kleiner 0,2Ma.-% dampfförmig über Regelventil 33 abgezogen, im Kondensator 34 kondensiert, im Kühler 35 gekühlt und im Behälter 36 aufgefangen. Mit Pumpe 37 gelangt das redestillierte n-Butanol über Leitung 38 aus der Anlage.

Die mit dem Waschbutanol in die zweite Rektifizierkolonne 24 eingetragenen Verunreinigungen werden mit einem Anteil von 5 Ma.-% im n-Butanol kontinuierlich mit Pumpe 39 über Regelventil 40 und Leitung 41 aus dem Sumpf der zweiten Rektifizierkolonne 24 ausgetragen und zum Vorlagebehälter 2 gefördert. Somit werden diese Verunreinigungen nachfolgend über die erste Rektifizierkolonne 6 ausgeschleust. Dem Dephlegmator 16 und Phasentrennbehälter 18 ist über Leitung 42 ein Kondensator 43 nachgeschaltet worden, dessen Kondensatleitung 44 in den Vorlagebehälter 2 einbindet, um die Restdämpfe aus dem Dephlegmator 16, die einen Acetongehalt von 5-10 Ma.-% aufweisen, im Kondensator 43 kondensieren zu lassen und aus dem System des Phasentrennbehälters 18 zu entfernen. Um für die störungsfreie Aufarbeitung zu gewährleisten, daß der Acetongehalt im Vorlagebehälter 2 stets größer als 15Ma.-% ist, besteht über einen Prozeßgaschromatographen die Möglichkeit, bei Bedarf über die von Leitung 12 abzweigende Leitung 45 und über ein Regelventil 46 Aceton nachzudosieren. Ist im Vorlagebehälter 2 das Verhältnis n-8utanol zu Wasser größer 1,4, so ist eine Einspeisung von Stripdampf in den Sumpf der ersten Rektifizierkolonne 6 erforderlich. Diese erfolgt über Leitung 47 und Regelventil 48, wo iei die Regelung über den Sumpfstand der ersten Rektifizierkolonne 6 erfolgt.

Claims (14)

1. Anlage zur kontinuierlichen destillativen Lösungsmittelrückgewinnung bei Normaldruck aus verunreinigten Gemischen der Komponenten Aceton, n-Butanol und Wasser, wie sie beispielsweise in Benzylpenicillinanlagen anfallen, mit einer hohen Reinheit, dadurchgekennzeichnet, daß zwei Rektifikationsstufen (2,3,4,6,6a, 7,8,9,10,11 und 24,24a, 27,28,31, 33,34,35,36,39) über Rohrleitungen (14,32), Regolorgane (15) mit einer gemeinsamen Dephlegmations- und Phasentrennstufe (16,18,20,21,43) gekoppelt sind und daß aus dieser Stufe über Leitungen (22, 23,41,45), Regelorgane (40,46) und Förderorgane (11, 21,39) wasserreiche Zwischenprodukte in die erste Rektifikationskolonne (6), butanolreiche Zwischenprodukte in die zweite Rektifikationsstufe (24) und verschmutzte Zwischenprodukte in den Vorlagebehälter (2) gelangen.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rektifikationskolonne (6) eine Bodenkolonne bestehend aus Ober- und Untersäule ist, wobei die Obersäule mindestens 18 theoretische Böden und die Untersäule mindester s 10 theoretische Böden besitzt, daß in der Untersäule ein dampfförmiger Seitenstromabzug (14) mindestens 6 theoretische Böden oberhalb des Kolonensumpfes angebracht ist und daß die Seitenstrommenge mittels eines Regelventils (15) geregelt wird über eine gewichtete Vergleichstemperatur aus Seitenstromtemperatur und je oiner Kolonentemperatur oberhalb und unterhalb des Seitenstromabzuges (14).

3. Anlagenach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rektifikationskolonne (6) in der Untersäule mindestens 4 theoretische Böden oberhalb des Kolonnesumpfes einen Akkumulator mit Schwerkraftphasentrenneinrichtung besitzt, mit einem Abgang für die organische leichte Phase in flüssiger Form.

4. Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Varweilzeit der

Flüssigkeitsbelastung der Untersäule im Akkumulator mindestens 20 min beträgt.

5. Anlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rektifikationskolonne (6) einen zweiten Zulauf (22) mindestens 4 theoretische Böden oberhalb des Kolonnensumpfes besitzt.

6. Anlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Dämpferraum des Kolonnensumpfes der ersten Rektifikationskolonne (6) ein Verteiler zum Einblasen von Wasserdampf angebracht ist und daß die Regelung der Wasserdampfmenge mittels Regelventil (48) über den Stand im Kolonnensumpf erfolgt.

7. Anlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rektifikationskolonne (6) eine Querstromsiebbodenkolonne mit mindestens 5-mm-Bohrungen ist.

8. Anlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Rektifikationskolonne (24) eine Bodenkolonne bestehend aus einer Untersäule mit mindestens 8 theoretischen Böden ist und daß die Kolonne 2 Zuläufe (23,25) am Kopf und zwei Abgänge am Sumpf verfügt, wobei der erste Abzug dampfförmig geregelt über den Sumpfstand (33) und der zweite Abzug konstant für verschmutztes Produkt vorgesehen ist.

9. Anlage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Rektifikationskolonne (24) eine Querstromsiebbodenkolonne mit mindestens 5-mm-Bohrungen ist.

10. Anlage nach Anspruch 1,2 und 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Seitenstrom der ersten Rektifikationskolonne (6) und das Kopfprodukt der zweiten Rektifikationskolonne (24) über Dämpfeleitungen (14,32) einem gemeinsamen Dephlegmator (16) zugeführt werden.

11. Anlage nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Seitenstrom der ersten Rektifikationskolonne (6) direkt in den Phasentrennbehälter (18) geleitet wird.

12. Anlagenach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die im Dephlegmator (16) nicht kondensierten Dämpfe im Kondensator (43) total kondensiert und dem Vorlagebehälter (2) über Leitung (44) zugeführt werden.

13. Anlage nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die organische leichte Phase aus Phasentrennbehälter (18) der zweiten Rektifikationsstufe (24) als Zulauf (23) zugeführt wird und daß die wäßrige Phase aus Phasentrennbehälter (18) der ersten Rektifikationskolonne (6) als zweiter Zulauf (22) in die Untersäule der ersten Rektifikationskolonne (6) direkt oder über einen Pufferbehälter (20) eingespeist wird.

14. Anlage nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Sumpfprodukt der zweiten Rektifikationsstufe (24) über Leitung (41) dem Vorlagebehälter (2) zugeführt wird.

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