DD293271A5 - Verfahren zur kontinuierlichen loesungsmittelrueckgewinnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Loesungsmittelrueckgewinnung aus Stoffgemischen, bestehend aus Aceton, n-Butanol, Butylacetat und Wasser, wie sie beispielsweise in mikrobiellen Verfahren der Penicillinherstellung, anfallen. Dabei werden zunaechst alle prozeszbedingt anfallenden acetonreichen und butanol- bzw. butylacetatarmen Vierstoffgemische Aceton/n-Butanol/Wasser in einem Vorlagebehaelter gestapelt. Ein derartiges Einsatzprodukt mit beliebig schwankendem Wasser-, n-Butanol-, Butylacetatgehalt, aber einem Acetongehalt groeszer 15 * wird erfindungsgemaesz kontinuierlich und mit nur zwei Rektifikationsstufen aufgearbeitet. Dabei wird in der ersten Stufe Aceton mit kleiner 1 * Wasser und Spuren n-Butanol und Butylacetat als Kopfprodukt sowie Wasser mit allen Verunreinigungen als Sumpfprodukt und in der zweiten Stufe n-Butanol mit kleiner 0,2 * Wasser und aceton- butylacetatfrei abgetrennt. Figur{Loesungsmittel; Rueckgewinnung; Vierstoffgemisch; Aceton; n-Butanol; Butylacetat; Wasser; mikrobielles Verfahren; Penicillin; Rektifikation}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Lösungsmittelrückgewinnung aus Stoffgemischen, bestehend aus Aceton, n-Butanol, Butylacetat und Wasser, wie sie beispielsweise in mikrowellen Verfahren der Penicillinherstellung, insbesondere bei der Benzylpenicillin- und 6-Aminopenicillinsäureproduktion, anfallen. Vierstoffgemische, bestehend aus

Aceton, n-Butanot, Butylacetat und Wasser, entstehen, bei einer Reihe von Prozeßstufen der Penicillinproduktion bzw. bei der

Vermischung von Dreistoffgemischen Aceton, n-Butanol, Wasser und Aceton, Butylacetat, Wasser zum Zweck der gemeinsamen Aufarbeitung.

Die einzelnen Gemische zeichnen sich dadurch aus, daß sie in ihrer Lösungsmittelzus&mmensetzung sehr unterschiedlich sind und eine ganze Reihe löslicher und unlöslicher sowie destillierbarer und nichtdestillierbarer Verunreinigungen in Form von Penicillinspaltprodukten, Phenylessigsäure, Salzen, Tensiden und Kohlenwasserstoffen enthalten.

Derartige Produkte sind bekannt als Waschbutanol, verunreinigtes Aceton, Spülwasser und Aceton-Mutterlauge.

Durch wirtschaftliche Betriebsweise und durch Vermeidung eines hohen apparativen Aufwandes sollen die Lösungsmittel Aceton und Butanol in pharmazeutischer Qualität in nur einem Verfahren zurückgewonnen werden, wobei Butylacetat zu Butanol umgesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf anderen Gebieten zur Anwendung kommen, insbesondere dort, wo die genannten Lösungen aus wäßrigen Lösungen zurückgewonnen 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-, Reinigungs- und anderen Prozessen eingesetzt.

Beim Verfahren der 6-Aminopenicillinsäureherstellung wird anstelle von Butanol Butylacetat allein oder in Mischung mit Aceton und/oder Wasser verwendet.

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

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

Bekannt ist auch, daß man das Sumpfprodukt einer Rektifikationskolonne 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 oder Deponie auszukreisen.

Die Trennung des durch eine ausgeprägte Mischungslücke gekennzeichneten Wasser/n-Butanc-l-Gemisches wird von Billet „Industrielle Destillation" beschrieben. Das Wasser-/n-Dutanol-Gomisch wird einer Rektifizierkolonne, die aus Abtriebs- und Verstärkungssäule besteht, dampfförmig zugeführt. Im Sumpf wird n-Butanol nahezu wasserfrei abgezogen. Das De: illat, das ein heterogenes Azeotrop darstellt, gelangt nach Totalkondensation und Kühlung in einen Phasentrennbehälter, in dem das übergetriebene n-ButanoU/Wasser-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 n-Butanol-yWasser-Gemisch kondensiert wird und in den Phasentrenner gelangt, wird am Sumpf n-butanolfreies Abwasser abgezogen.

Die Möglichkeit zur Trennung des ebenfalls eine ausgeprägte Mischungslücke aufweisenden Wasser-/Butylacetatgemisches ist

in dem WP 274737 beschrieben.

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 realisierbar, 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 zu nächst 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 diöser Verfahrensweise fällt eine Übergangsfraktion Aceton/Butanol/Wasser an, die zum Chargenende in die Destillationsblase zurückgeführt werden müßte.

Analog kann die diskontinuierliche Aufarbeitung des nichtidealen Dreistoffgemisches Aceton/Bu'ylacetat/Wasser abgeleitet werden. In einer dreistufigen thermischen Trennanlage würde zunächst aus einer Blase mit aufgesetzter Verstärkungssäule diskontinuierlich Aceton gewonnen. Das in der Destillationsblase verbleibende acetonfreie Wasser/Butylacetat-Gomisch ist zweiphasig und kann nach der Phasentrennung z. B. gem. WP 274737 getrennt werden. Bei dieser Verfahrensweise fällt eine Übergangsfraktion Aceton/Butylacetat/Wasser an, die zum Chargenende in die Destillationsblase zurückgeführt werden müßte.

Verfahren zur diskontinuierlichen rektifikativen 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 und Aceton, Butylacetat, Wasser ist weiterhin, daß ein dreistufiges thermisches Trennsystem erforderlich ist.

Nach WP 142708 ist ein Verfahren zur n-Butanolrückgewinnung bekannt, bei dem die Destillation einer Waschflüssigkeit, bestehend aus n-Butanol und Butylacetat, in alkalischem Milieu nach Zugabe von Natronlauge und Wasser erfolgt, wobei hydrolytisch Butylacetat zu Butanol umgesetzt wird und das gesamte n-Butanol als leichte Phase des heterogenen Kopfproduktes abgetrieben wird. Nach Destillationsende dieses diskontinuierlichen Prozesses werden aus der Sumpfblase, in der die Verseifung erfolgte, ein alkalisches Abwasser mit biogenen Inhaltsstoffen und dem gebildeten Natriumacetat ausgeschleust.

Nachteil dieser Technologie ist, daß zur vollständigen Verseifung NaOH im Überschuß dosiert werden muß das entstehende alkalische Abwasser neutralisiert werden muli. Ein weiterer Nachteil sind der hohe Wasserbedarf und der Energiebedarf für die Azeotropverdampfung.

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 einer Schnittlage mit begrenztem Siedebereich abzuziehen.

Es ist weiterhin bekannt und nachteilig, daß in technologischen Prozessen, die nacheinander verschiedene Lösungsmittel zu Wasch-, Lösungs- und Trocknungsprozessen einsetzen, die verbrauchten Lösungsmittel gemeinsam gesammelt werden, da durch Rückvermischung und unvollständige Entleerung 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 ökonomischen Aufwand trennbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur kontinuierlichen Lösungsmittelrückgewinnung zu entwickeln, das unter Vermeidung eines hohen apparativen und ökonomischen Aufwandes geeignet ist, aus Aceton-/n-Butanol-/Butylacetat-/Wasser-Gemischen verschiedener und sich ändernder Zusammensetzung, wie sie beispielsweise bei der Benzylpenicillin- und 6-Aminopenicillinherstellung anfallen, die Lösungsmittel Aceton und n-Butanol mit hoher Reinheit kontinuierlich zurückzugewinnen, Butylacetat in Butanol zu überführen und als Verschmutzungen enthaltene Inhaltsstoffe zu isolieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur kontinuierlichen destillativen Rückgewinnung zu entwickeln, daß es ermöglicht, Lösungsmittelgemische verschiedener Zusammensetzungen bestehend aus den destillierbaren Komponenten Aceton, n-Butanol, Butylacetat und Wasser sowie nichtdestillierbaren Verunreinigungen kontinuierlich und bei Produktwechsel

ohne Störungen des Betriebsregimes aufzuarbeiten, Aceton und Butanol in hoher Reinheit von größer 99Ma.-% zurückzugewinnen sowie alle Verunreinigungen kontinuierlich in das Abwasser zu überführen und mit dem lösungsmittelfreien Abwasser auszuweisen

Die Aufgabe wird gelöst, indem zunächst alle prozeßbedingt anfallenden acetonreichen und butanol- bzw. butylacetatarmen

Vierstoffgemische Aceton/n-Butnnol/Wasser in einem Vorlagebehälter gestapelt werden, wodurch ein Konzentrationsausgleich

erreicht wird. Dabei muß darauf geachtet werden, daß der Acetongehalt stets größer 15 Ma.-% beträgt, um eine Phasentrennung des Produktes zu vermeiden. Ein derartiges Einsatzprodukt mit beliebig schwankendem Wasser-, n-Butanol-, Butylacetatgehalt, aber einem Acetongehalt größer 15Ma.-%, läßt sich erfindungsgemäß kontinuierlich und mit nur zwei Rektifikationsstufen aufarbeiten, wobei in der ersten Stufe Aceton mit kleiner 1 Ma.-% Wasser und Spuren n-Butanol und Butylacetat als Kopfprodukt sowie Wasser mit allen Verunreinigungen als Sumpfprodukt und in der zweiten Stufe n-Butanol mit kleiner 0,2Ma.-% Wasser und aceton- und butylacetatfrei getrennt werden.

Genutzt wird dazu das heterogene Azeotrop n-Butanol/Wasser mit einer Zusammensetzung von ca. 60 Ma.-% Butanol und 40 Ma.-% Wasser bei einer Siedetemperatur von 92,4⁰C und die hydrolytische Umsetzung von Butylacetat zu Butanol im alkalischen Milieu.

Beträgt das Verhältnis n-Butanol/Wasser bzw. Butylacetat/Wasser im Einsatzprodukt kleiner 1,4, so erreicht man ausreichende Bodenzahl und ausreichenden Rücklauf, vorausgesetzt, bei der kontinuierlichen Rektifikation mit Vorstärkungs- und Abtriebssäule am Kopf Aceton- und am Sumpf Wasserqualität, wenn aus der Abtriebskolonne ein Aceton/n-Butanol/ Butylacetat/Wasser-Gemisch als Seitenstrom abgezogen wird. Ziel ist dabei, den Acetongehalt soweit wie möglich abzusenken, um die folgende thermische Trennung des n-Butanol/Wasser-Gemisches bei gleichzeitiger hydrolytischer Umsetzung von Butylacetat zu n-Butanol nicht zu stören. Es zeigt sich nun, daß der Acetongehalt im Seitenstrom nicht vermeidbar ist. Ein Minimum wird erreicht, wenn man in der Abtriebssäule über eine Regelungsstruktur eine thermische Trennzone über mehrere theoretische Böden aufbaut, in der n-Butanol und Wasser bzw. Butylacetat und Wasser im azeotropen Verhältnis vorliegen.

Zieht man aus dieser Zone den Seitenstrom im unteren Drittel ab, ist der Acetongehalt kleiner 1 Ma.-%. Der Abzug des Seitenstromes kann sowohl flüssig als auch dampfförmig erfolgen. Die zweite Rektifikationsstufe ist als Abtriebskolonne ausgebildet und dient zur Aufarbeitung der organischen leichten Phase der heterogenen Azctropes n-Butanol/Wasser. Dabei fällt bekannterweise im Sumpf n-Butanol und am Kopf wiederum das heterogene Azeotrop n-Butanol/Wasser an.

Erfindungsgemäß ist nun, daß das Kopfprodukt nicht total kondensiert, sondern dephlegmiert wird, und daß dem gleichen

Dephlegmator der dampfförmige Seitenstromabzug der ersten Rektifikationsstufe zugegeben wird. Führt man die

Dephlegmation vorzugsweise bei 85-9O⁰C durch, verläßt die Dephlegmationsstufe ein heterogenes acetonabgemischtes Kondensat n-Butanol/Wasser bzw. Butylacetat/Wasser und ein dampfförmiges, acetonangereichertes Produkt größer 15Ma.-% Aceton. Die dephlegmierten acetonabgereichten heterogenen Azeotrope trennen sich in zwei Phasen, wobei sich das verbleibende Aceton auf Grund der Löslichkeitsverhältnisse bei der Dephlegmationstemperatur vorteilhaft in der organischen leichten Phase anreichert. Die organische leichte Phase mit einem Butanolgehalt von größer 80 Ma.-% und dem nahezu quantitativ gelösten Anteil an Butylacetat sowie Wasser v/ird erfindungsgemäß mit Natronlauge in einer Rührmaschine teilverseift, wobei ein Restbutylacetatgehalt von maximal 2% zugelassen wird. Das verseifte Produkt aus der Rührmaschine gelangt als Zulauf zur zweiten Rektifikationsstufe. Bei dieser Verfahrensweise stellt sich im Kopfkreislauf der zweiten Rektifikationsstufe ein konstanter Gehalt an Aceton von 5 Ma.-% und an Butylacetat von 2 Ma.-% ein, der die thermische Trennung in dieser Stufe nicht stört, und die Qualität des n-Butanols nicht beeinflußt.

Die wäßrige schwere Phase mit einem n-Butanolgehalt von kleiner 12 Ma.-% enthält bei den gewählten

Dephlegmationsbedingungen nur noch 2 Ma.-% Aceton und ist nahezu butylacetatfrei.

Die einfache und wirtschaftliche Lösung ist nun, die wäßrige Phase der zweiten Rektifikationsstufe als zweiten Zulauf unterhalb der Trennzone mit azeotroper Zusammensetzung n-Butanol/Wasser bzw. Butylacetat/Wasser, aber mindestens drei theoretische Böden oberhalb des Kolonnensumpfes zuzugeben. Weder die Aceton- noch die Wasserqualität der ersten Rektifikationsstufe werden davon beeinflußt.

Erfolgt der Seitenstromabzug flüssig, entfällt die Dephlegmation und es ist ein Nachteil, daß dieser Seitenstromabzug verschmutzt sein kann.

Der n-Butanol-Abzug im Sumpf der zweiten Rektifikationsstufe muß dampfförmig erfolgen, um die hohe Qualitätsanforderungen für den Einsatz in der pharmazeutischen Industrie zu erreichen. Bei einer derartigen Betriebsweise sammeln sich im Kolonnensumpf Verschmutzungen an, die auf die Qualität des dampfförmigen n-Butanol-Abzuges nachteilige Auswirkungen haben können. In der Folge wären diskontinuierlicher Betrieb mit zyklischer Ausweisung und/oder verwerfen des flüssigen Sumpfproduktes oft vermeidbar.

Es gelingt nun, auch die zweite Rektifikationsstufe und damit das ganze Verfahren kontinuierlich zu gestalten, in dem ein konstanter Teilstrom des flüssigen Sumpfproduktes mit maximal 5 Ma.-% Verunreinigung kontinuierlich zum Einsatzprodukt der ersten Rektifikationsstufe zurückgefahren wird. Durch die Rückführung geht Butanol nicht verloren und die Verunreinigungen können in das Abwasser gelangen.

Die Flexibilität des Verfahrens erlaubt es, neben der verfahrensbedingt anfallenden organischen leichten Phase als zweiten

Zulauf zur zweiten Rektifikationsstufe ein weiteres n-Butanol/Wasser-Gemisch mit einem Wassergehalt kleiner 20 Ma.-% einzuspeisen. Erfindungsgemäß wird in diesem Produkt ein Gehalt an Aceton kleiner 3 Ma.-% und an Butylacetat kleiner 4 Ma.-% zugelassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt in der Bilanz der ersten Rektifikationsstufe ein Verhältnis n-Butanol/Wasser bzw.

Butylacetat/Wasser von kleiner 1,4 Ma.-% voraus. Eine Übertragung dieser Forderung auf das Einsatzprodukt würde den Geltungsbereich des Verfahrens einengen und vor allem die Flexibilität des Verfahrens einschränken.

Bezüglich des Verhältnisses n-Butanol/Wasser bzw. Butylacetat/Wasser werden im Verfahren keinerlei Beschränkungen erhoben, wenn erfindungsgemäß im Sumpf der ersten Rektifikationsstufe Wasserdampf eingeblasen wird, wobei der Dampfbedarf über das geregelte Temperaturprofil der Abtriebssäule für den Seitenstromabzug selbsständig eingeregelt wird.

Verfahrensgemäß ist es dabei besonders wirtschaftlich, daß Wasserdampf nicht im Überschuß zugegeben werden muß, da es möglich ist, über eine einfache Sumpfstandsregelung genau die Wassermenge zuzuspeison. Die bei Butanol bzw. ButanolacetatUberschuß im Zulauf zum Ausgleich der n-Butanol/Wasser- bzw. Butylacetat/Wasserbilanz um die Kolonne notwendig ist.

Das Verfahren zeichnet sich aus durch hohe Flexibilität bezüglich der Zusammensetzung des Einsatzproduktes, wobei sich das Verfahren an Konzentrationsgradienten von Aceton, n-Butanol, Butylacetat und Wasser selbständig anpaßt, durch wirtschaftlichen Betriebsmittelverbrauch, sowie geringe Apparatekosten durch das kontinuierliche Zweikolonnenregime. Die Flexibilität des Verfahrens zeigt sich auch dann, daß im Grenzfall verfahrensgemäß in der ersten Rektifikationsstufe die Zweistoffgemische Aceton/Wasser und Aceton/n-Butanol und in der zweiten Rektifikationsstufe das Zweistoffgemisch n-Butanol/Wasser aufgearbeitet werden können.

Ein erfindungsgemäßer Vorteil des Verfahrens ist zusätzlich, daß durch die Art der Einsatzproduktführung im Verfahren es nicht zu Anreicherungserscheinungen im gesamten Lösungsmittelkreislauf kommen kann.

Ausf Ohrungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Figur 1 zeigt das Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit dem Verfahren werden folgende zwei Produkte aus mikrobiologischen Anlagen der Benzylpenicillinherstellung kontinuierlich aufgearbeitet.

1. 200kg/h Vierstoffgemisch, einphasig, aus Aceton, n-Butanol, Butylacetat und Wasser mit folgender Zusammensetzung:

ca. 70Ma.-% Aceton 10Ma.-% n-Butanol 5 Ma.-% Butylacetat 15Ma.-% Wasser

und Penicillinspaltprodukte, Tenside, Sporen gelöster Salze

2. 380kg/h Waschbutanol mit

ca. 80Ma.-% n-Butanol 18Ma.-% Wasser 1 Ma.-% Aceton 1 Ma.% Butylacetat

Ziel ist es, Aceton und n-Butanol destillativ zurückzugewinnen sowie sämtliche nichtdestillierbare Verunreinigungen mit dem Abwasser aus dem Prozeß zu entfernen und einer Abwasseranlage zuzuführen.

Das vorbeschriebene erste Vierstoffgemisch gelangt über Leitung 1 in einen Vorlagebehälter 2. Mit Pumpe 3 wird das Produkt über einem dampfbeheizten Vorwärmer 4, indem es auf ca. 55⁰C erhitzt wird, kontinuierlich zur Rektifizierkolonne 5, die 57 praktische Böden besitzt, mengengeregelt gefördert. Die Beheizung der ersten Rektifizierkolonne 5 erfolgt über einen Naturumlaufverdampfer. Die Einspeisung erfolgt auf Boden 20.

Am Kopf der ersten Rektifizierkolonnt 5 wird bei 56°C Aceton, nahezu n-butanol- und butylacetatfrei sowie mit einem Wassergehalt von kleiner 1 Ma.-% abgezogen, im Kondensator 6 kondensiert und im Kühler 7 auf 30°C gekühlt. Danach gelangt es in den Destillationsbehälter 8. Aus diesem wird mit Pumpe 9 Rücklaufprodukt zum Kopf der ersten Rektifizierkolonne 5 gefördert. Das Rücklaufverhältnis liegt bei 7. Mit Pumpe 10 wird redestilliertes Aceton über Leitung 11 abgeführt. Am Sumpf der ersten Rektifizierkolonne 5 wird lösungsmittelfreies Wasser mit zugeführten Verunreinigungen flüssig abgezogen, das über Leitung 12 abgezogen wird. Infolge der Ausbildung der acetonabgereicherten n-Butanol/Wasser bzw. Butylacetat/Wasser-Gemische in nahezu azeotroperZusammensetzung im Bereich der Böden 13-20 wird das die Destillation störende Gemisch, das einen Acetongehalt kleiner 1 Ma.-% aufweist, über die Temperaturen des 11 bis 23 Boden geregelt vom 16 Boden mit einer Temperatur von 95°C dampfförmig abgezogen. Über Leitung 13 und ein Regelventil gelangt das Seitenstromprodukt zum Dephlegmator 14, wird dort teilkondensiert, und das Kondensat fließt in den Phasentrennbehälter 15. Hier erfolgt bei etwa 90°C die entsprechend der Mischungslücke bedingte Trennung des eingeleiteten heterogenen Produktes in eine wäßrige Phase mit ca. 6Ma.-% n-Butanol und butylacetatfrei und eine n-butanolreiche organische Phase mit ca. 20Ma.-% Wasser und dem nahezu quantitativ gelösten Butylacetat. Die wäßrige Phase gelangt über eine Leitung in den Behälter 16.

Mit Pumpe 17 wird die wäßrige Phase mengeneingestellt aus dem Behälter 16 über Leitung 18 in die Untersäule der ersten Rektifikationskolonne 5 eingespeist, und zwar am 11 Boden.

Die organische Phase aus Phasentrennbehälter 15 fließt über Pufferbehälter 40 in den Rührbehälter 41 und das enthaltene Butylacetat wird mit Natronlauge bis auf einen Restbutylacetatgehalt von 2 Ma.-% teilverseift. Aus Rührmaschine 41 wird die organische Phase über Leitung 30 einer zweiten Rektifizierkolonne 23, dio 16 praktische Böden besitzt, am Kopf zugeführt. Diese Kolonne wird ebenfalls mit einem Naturumla'ifverdampfer betrieben.

Ebenso wird auch das vorbeschriebene aufzuarbeitende Waschbutanol über eine Leitung der zweiten Rektifizierkolonne 23 am Kopf zugeführt, nachdem es in den Vorlagebehälter 20 gelangt und mittels Pumpe 21 durch den dampfbeheizten Vorwärmer geschickt wurde. Am Kopf der zweiten Rektifizierkolonne 23 wird ein heterogenes n-Butanol/Wasser-Gemisch mit einem Acetongehalt von 2 bis 5 Ma.-% über Leitung 13 abgezogen und ebenfalls zum Dephlegmator 14 geführt.

Aus Roinheitsgründen wird über dem ersten Boden der zweiten Rektifizierkolonne 23 in Abhängigkeit vom Sumpfstand acetonfreies n-Butanol mit einem Wassergehalt kleiner 0,2 Ma.-% dampfförmig abgezogenem Kondensator 31 kondensiert, im Kühler 32 gekühlt und im Behälter 33 aufgefangen. Mit Pumpe 34 gelangt das redestillierte Butanol über Leitung 35 aus der Anlage.

Die mit dem Waschbutanol in die zweite Rektifizierkolonne 23 eingetragenen Verunreinigungen werden mit einem Anteil von 5 Ma.-% in n-Butanol kontinuierlich in Behälter 26 abgeführt und mit Pumpe 27 über Leitung 28 zum Vorlagebehälter 2 gefördert.

Somit werden diese Verunreinigungen nachfolgend über die erste Rektifizierkolonne 5 ausgeschleust.

Dem Dephlegmator 14 und dem Phasentrennbehälter 15 ist über Leitung 36 ein Kondensator 37 nachgeschaltet worden, dessen Kondensatleitung in den Vorlagebehälter 2 einbindet, um die Restdämpfe aus dem Dephlegmator 14, die einen Acetongehalt von 5 bis 10Ma.-% aufweisen, im Kondensator 37 kondensieren zu lassen und aus dem System des Phasentrennbehälters 15 zu entfernen.

Um für die störungsfreie Aufarbeitung zu gewährleisten, daß der Acetongehalt im Vorlagebehälter 2 stets größer als 15 Ma.-%

ist, besteht über einen Prozeßgaschromatographen die Möglichkeit, bei Bedarf über die von Leitung 11 abzweigende Leitung Aceton nachzudosieren.

Ist im Vorlagebehälter 2 das Verhältnis n-Butanol/Wasser bzw. Butyacetat/Wasser größer 1,4, so ist eine Einspeisung von Stripdampf in den Sumpf der ersten Rektifizierkolonne 5 über Leitung 38 möglich.

Claims (16)

1. Verfahren zur kontinuierlichen destillation Lösungsmittelrückgewinnung bei Normaldruck aus verunreinigten Gemischen der Komponenten Aceton, n-Butanol, Butylacetat und Wasser, wie sie beispielsweise bei den Verfahrensstufen des Benzylpenicillinverfahrens und des 6-AminopenicillanverfahrGns anfallen, mit einer hohen Reinheit, dadurch gekennzeichnet, daß beliebige Zwei- und Dreistoffgemische aus Aceton, n-Butanol und Wasser in zwei Vorlagebehältern (27), (2) lediglich getrennt in butanolarme und butanolreiche Gemische, in nur zwei Rektifikationsstufen (5), (23), einer ersten Rektifikationsstufe (5) bestehend aus Abtriebs- und Verstärkungssäule und einer zweiten Rektifikationsstufe (23) bestehend aus lediglich einer Antriebssäule, derart getrennt werden, daß das redestillierte Aceton am Kopf der ersten Rektifikationsstufe (5) und das redestillierte n-Butanol dampfförmig am Sumpf der zweiten Rektifikationsstufe (23) gewonnen und das Abwasser mit allen Verunreinigungen am Sumpf der ersten Rektifikationsstufe (5) abgeführt wird, wobei das Kopfprodukt der zweiten Rektifikationsstufe (23), vorwiegend bestehend aus einem acetonhaltigen azeotropen n-Butanol/ Wasser-Gemisch, und ein dampfförmiger Seitenstrom aus der Abtriebssäule der ersten Rektifikationsstufe (5), bestehend ai:s dem azeotropen n-Butanol-/Wasser- und Butylacetat-/ Wasser-Gemischen mit kleiner 1 Ma.-% Aceton, in einer gemeinsamen Dephlegmations- (14), Phasentrenn-(15) und Kondensationsstufe (37) derart getrennt werden, daß im Dephlegmator (14) nichtkondensierte, acetonangereicherte Dämpfe im Kondensator (37) völlig kondensieren und nach Vorlagebehälter (2) geleitet werden, und daß das acetonabgereicherte Kondensat aus Dephlegmator (14) im Phasentrenner(15) in eine organische leichte Phase und eine wäßrige schwere Phase getrennt wird, wobei die organische leichte Phase nach einer Teilverseifung ständig der zweiten Rektifikationsstufe (23) am Kopf und die wäßrige schwere Phase kontinuierlich oder bei Bede rf der ersten Rektifikationsstufe (5) unterhalb des Seitenstromabzuges als zweiter Zulauf zugesetzt wird und wobei einer flüssiger Teilstrom aus dem Sumpf der zweiten Rektifikationsstufe (23) als verschmutztes n-Butanol kontinuierlich nach Vorlagebehälter (2) ausgekreist wird, während der dampfförmige Sumpfabzug der zweiten Rektifikationsstufe (23) geregelt entnommen wird und wobei in den Sumpf der ersten Rektifikationsstufe (5) Wasserdampf eingeleitet wird, wenn der Sumpfstand infolge Butanolüberschuß im Zulauf sinkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß verunreinigte Lösungsmittelgemische mit einem Acetongehalt kleiner 3 Ma.-% und einem Butanolgehalt größer gleich 80 Ma.-% direkt in Vorlagebehälter (27) geleitet werden, und daß alle übrigen verunreinigten Lösungsmittelgemische in Vorlagebehälter (2) gelangen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorlagebehälter (2) der Acetongehalt größer 15 Ma.-% betragen muß und daß dieser Acetongehalt bei Bedarf mit redestilliertem Aceton eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Rektifikationsstufe (5) die Qualität des Kopfproduktes und die Lösungsmittelfreiheit des Sumpfproduktes erreicht wird, wenn die Verstärkungssäule mindestens 20 theoretische Böden und die Abtriebssäule mindestens 10 theoretische Böden besitzt und wenn ein Rücklaufverhältnis von größer gleich 7 gefahren wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abtriebssäule der ersten Rektifikationsstufe (5) durch eine geeignete Regelstruktur über 3 bis 5 theoretische Böden eine Trennzone aufgebaut wird, in der n-Butanol und Wasser im azeotropen Verhältnis vorliegen, in der aber der Acetongehalt zum Kolonnensumpf hin stark abnimmt und daß aus dem unteren Drittel dieser Trennzone der dampfförmige Seitenstromabzug erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Seitenstromabzug in flüssiger Form erfolgt und daß dabei durch geeignete konstruktive Maßnahmen in der ersten Rektifikationsstufe (5) nur die organische leichte Phase mit einem Acetongehalt kleiner 3 Ma.-% abgezogen und direkt in den Phasentrenner (15) eingeleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sumpf der ersten Rektifikationsstufe (5) Wasserdampf eingeblasen wird, wenn das Verhältnis n-Butanol/Wasser im Kolonnenzulauf kleiner 1,4 beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Rektifikationsstufe (23) die Qualität des dampfförmigen Sumpfproduktes erreicht wird, wenn die Abtriebssäule mindestens 8 theoretische Böden besitzt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Acetongehalt im Kopfprodukt der zweiten Rektifikationsstufe (23) kleiner gleich 5 Ma.-% beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Verunreinigungen im flüssigen Sumpf produkt der zweiten Rektifikationsstufe (23) 5 Ma.-% nicht übersteigt.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dephlegmation im Dephlegmator (14) bei 85 bis 90⁰C erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Acetongehalt in dem im

Dephlegmator (14) nicht kondensierten Dämpfen größer 15Ma.-% beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Kondensat aus Dephlegmator (14) im Phasentrenner (15) ho. v,':>j, Verweilzeit von kleiner 3 Stunden durch Einwirkung der Schwerkraft trennt urd daß dabei die organische leichte Phase einen Butanolgehalt größer 80 Ma.-% sowie einen Acetongehalt kleiner 3 Ma.-% und die wäßrige schwere Phase einen Butanolgehalt kleiner 12 Ma.-% sowie einen Mceton^uhalt kleiner 1 Ma.-% erreicht.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kondensat aus Dephlegmator (14) enthaltene Butylacetat sich nahezu quantitativ in der organischen leichten Phase des Phasentrenners (15) ansammelt und Restbutylacetatgehalte in der wäßrigen schweren Phase den Prozeß nicht stören.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die organische leichte Phase aus Phasentrenner (15) mit Natronlauge in Rührmaschine (41) nur teilverseift wird, indem ein Restbutylacetatgehalt von maximal 2 Ma.-% zugelassen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das verseifte Produkt aus Rührmaschine (41) wahlweise zum Kopf der zweiten Rektifikationsstufe (23) oder zum Vorlagebehälter (20) geleitet wird.