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Verfahren zur Rückgewinnung von in Wasser teilweise löslichen Lösungsmitteln
durch Adsorption und Anreicherungskondensation Es ist bekannt, Lösemitteldämpfe
aus Gasen durch Adsorption an oberflächenaktiven Stoffen, vorzugsweise an Aktivkohle,
zu entfernen und sie durch Ausdämpfen, also Behandlung mit Wasserdampf, aus dem
beladenen Adsorbens wiederzugewinnen, wobei das aus dem Adsorber kommende Dampfgemisch,
das sowohl die Lösemittel als auch den Wasserdampf enthält, durch direkte oder indirekte
Kühlung kondensiert wird. Dieses Verfahren eignet sich vorzugsweise zur Rückgewinnung
von wasserunlöslichen Lösungsmitteln, da in diesem Falle im Abscheider, der dem
Kondensator nachgeschaltet ist, eine einwandfreie Trennung in Lösemittel und in
lösemittelfreies Wasser eintritt.
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Bei der Rückgewinnung von teilweise in Wasser löslichen Lösemitteln
oder Lösemittelgemischen tritt diese weitgehende Trennung des Kondensates nicht
ein, so daß es meist notwendig ist, eine Rektifikation anzuschließen, um das zurückzugewinnende
Lösemittel in der gewünschten Beschaffenheit zu erhalten. Der Nachteil einer solchen
Arbeitsweise liegt darin, daß einmal eine zusätzliche Rektifizieranlage benötigt
wird und daß außerdem zusätzlicher Dampf erforderlich ist, der die Rückgewinnungskosten
erhöht. Nach einem in den deutschen Patentanmeldungen M 16450 IVb/12e und M 22321
IVb/12e beschriebenen Verfahren wird in einer hinter den Adsorber geschalteten Rektifizierkolonne
mit Hilfe des aus der Desorption kommenden Wasserdampf-Lösemittel-Gemisches eine
Aufkonzentrierung erreicht. Dieses Verfahren ist dann nicht mehr anwendbar, wenn,
wie das heute vielfach der Fall ist, Lösemittel oder Lösemittelgemische zurückzugewinnen
sind, die teilweise wasserlöslich sind. Dann bilden sich Systeme mit zwei flüssigen
Phasen, in welchen eine Phase oder beide Phasen Stoffe enthalten, die mit Wasser
azeotrope Gemische bilden.
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Dann ist nämlich die einfache Rektifikation des Kondensates von Desorbat
und Desorptionsdampf nicht mehr möglich, und zu einer vollständigen Abtrennung des
Wassers ist dann eine mehrfache Rektifikation, ein besonderes Trocknungsverfahren
od. dgl. erforderlich.
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Es wurde nun gefunden, daß eine Rückgewinnung von Lösungsmitteln
oder Lösungsmittelgemischen, die mit Wasser teilweise mischbar sind, auf einfachere
Weise und unter Ausnutzung der bei der Kondensation des Gemisches aus Desorbat und
Dampf erfolgenden Phasentrennung erreicht werden kann, wenn man durch Rückführung
der wäßrigen Phase des Kondensates aus dem Abscheider in ein vor der Kondensation
angeordnetes Gefäß die darin enthaltenen Lösungsmittel durch Berührung mit dem aus
der Desorption kommenden Dämpfegemisch wieder zur Verdampfung und zur neuerlichen
Kondensation bei einer folgenden Ausdämpfung bringt und durch mehrfache Wiederholung
dieses Verfahrensschrittes eine Anreicherung an teilweise wasserlöslichem Lösungsmittel
oder Lösungsmittelgemisch in der wäßrigen Phase und
durch Einstellung des Löslichkeitsgleichgewichtes
zwischen der wäßrigen Phase und der Lösemittelphase auch in der letzteren erreicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in folgender Weise ausgeführt:
Der mit Lösungsmitteldämpfen beladene Adsorber wird in bekannter Weise mit Wasser
dampf desorbiert. Die so entstandenen Dämpfe gehen zuerst in einen Behälter, in
welchem sie mit der wäßrigen, noch Lösemittel enthaltenden Phase des Kondensates
einer vorhergehenden Ausdämpfung in innige Berührung gebracht werden und der im
folgenden als Auskochtopf bezeichnet ist. Durch die Berührung von Dampf und Flüssigkeit
wird das Lösungsmittel verdampft und gelangt mit Wasserdampf gemischt in den Kondensator,
während im Auskochtopf Wasser zurückbleibt, das verworfen werden kann. Die Kondensation
der Dämpfe kann sowohl mit direkter als auch mit indirekter Kühlung erfolgen. Danach
gelangt das Kondensat in einen Abscheider, wo eine Trennung in eine Lösemittel-
und in eine wäßrige Phase eintritt. Die letztere wird in den Auskochtopf zurückgeleitet.
Die darin enthaltenen Lösemittel gehen dann bei der nächsten Ausdämpfung wieder
in Dampfform über und gelangen, wie beschrieben, nach der Kondensation in den Abscheider,
so daß in diesem jeweils die Menge an Lösemitteln anfällt, die bei der Ausdämpfung
als Desorbat erhalten wird, vermehrt um die Lösemittelmenge, die in der wäßrigen
Phase des Kondensates einer vorhergehenden Ausdämpfung enthalten war. Dadurch erhöht
sich, da es sich bei diesen Lösemitteln um teilweise wasserlösliche Lösemittel oder
Lösungsmittelgemische handelt, primär die Konzentration derselben in der wäßrigen
Phase.
Als Folge stellt sich ein neues Löslichkeitsgleichgewicht ein, und eswird zwangläufig
auch mehr von den in Wasser ganz oder teilweise löslichen Lösemitteln in die Lösemittelphase
gedrängt. Diese Anreicherung wiederholt sich bei jeder Ausdämpfung, und zwar so
lange, bis sich ein Gleichgewicht einstellt, bei welchem die Menge und Zusammensetzung
der Lösemittelphase derjenigen entsprechen, wie sie bei einer Ausdämpfung als Desorbat
anfallen.
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Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß das in Wasser teilweise lösliche Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch
sich mit jeder Aus dämpfung in der wäßrigen und damit auch in der Lösemittelphase
anreichert bis zur Erreichung des erwähnten Gleichgewichtes, bei dem die Zusammensetzung
der Lösungsmittel in der Lösemittelphase etwa der ursprünglichen Zusammensetzung
entspricht. Diese Anreicherung des Lösungsmittels mit jeder Ausdämpfung und Kondensation
bis zur Einstellung des Gleichgewichtes wird im folgenden als » Anreicherungskondensation
« bezeichnet. Gewöhnlich stellt sich das Gleichgewicht bei den meisten Lösemittelzusammensetzungen
bereits nach drei bis zehn Ausdämpfungen in ausreichender Annäherung ein, obwohl
es theoretisch erst nach unendlich vielen Ausdämpfungen erreicht wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt also eine Rückgewinnung vieler
Lösemittel, vor allem von Lösungsmittelgemischen, die teilweise oder ganz wasserlösliche
Komponenten haben, ohne jede zusätzliche Rektifikation, da nach einigen Ausdämpfungen
die Lösungsmittel in der ursprünglichen Zusammensetzung als Lösemittelphase im Abscheider
anfallen. Das bedeutet nicht nur einen wesentlich geringeren Betriebsmittelaufwand,
da ja kein Dampf für die Rektifikation benötigt wird und für die Anreicherungskondensation
der bei der Desorption benötigte Dampf mitverwendet wird, sondern auch geringere
Anlagekosten, da an Stelle der Rektifizierkolonne mit Kühlern usw. nur ein einfach
gebauter sogenannter Auskochtopf benötigt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
können auch solche Lösemittel, die z. B. durch Bildung azeotroper Gemische erhebliche
Schwierigkeiten bei der Rektifikation bereiten, in sehr wirtschaftlicher Weise zurückgewonnen
werden.
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Bei manchen Lösungsmitteln und Lösungsmittelgemischen wird auch nach
der Anreicherung im Abscheider eine Lösungsmittelphase erhalten, welche mehr Wasser
enthält, als für den späteren Verwendungszweck zulässig ist. Dem läßt sich dadurch
einfach abhelfen, daß zu wasserhaltiges Lösungsmittel einer anschließenden Trocknung
unterzogen wird, die in der Regel wirtschaftlich wesentlich vorteilhafter durchzuführen
ist als eine Rektifikation und die auch weniger Betriebsmittel benötigt. Auf diese
Weise läßt sich auch der Wassergehalt des Lösungsmittels auf jeden gewünschten Wert
einstellen.
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Die Entwässerung selbst kann anschließend an die Anreicherungskondensation
nach jedem der bekannten Verfahren durchgeführt werden, also z. B. unter Verwendung
von Kalziumchlorid, Lithiumchlorid, Natriumsulfat, Kieselgel od. dgl.
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Eine Trocknung der im Abscheider anfallenden Lösungsmittelphase durch
Destillation in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei von der Anreicherungskondensation
in zweifacher Weise Gebrauch gemacht werden kann, stellt eine noch zu erläuternde
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
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Will man die obenerwähnte Trocknung vermeiden, so kann man die Anreicherung
vor Erreichen des Gleichgewichtes abbrechen und die wäßrige Phase nach einer bestimmten
Zahl von Ausdämpfungen nicht mehr in den Auskochtopf zurückgeben, sondern außerhalb
der Vor-
richtung anderweitig aufarbeiten. Diese Unterbrechung der Anreicherungskondensation
vor der Erreichung des Gleichgewichtes wird dann durchgeführt, wenn die Lösungsmittelphase
einen Wassergehalt hat, der gerade noch tragbar erscheint. Würde man die Anreicherung
weitertreiben, so würde in vielen Fällen auch der Wassergehalt der Lösungsmittelphase
unerwünscht hohe Werte annehmen. Auf diese vorgeschlagene Weise kann man viele Lösemittel
auch ohne besondere Trocknung mit dem zulässigen Wassergehalt gewinnen, wobei es
von der Art und Menge der Lösungsmittel abhängt, nach wieviel Ausdämpfungen die
Anreicherungskondensation unterbrochen werden muß.
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Werden nach der erfindungsgemäßen Anreicherungskondensation Lösemittel
zurückgewonnen, die aggressive Stoffe abspalten, wie z. B. Äthylacetat, Butylacetat
usw., so können die gebildeten aggressiven Stoffe, also vor allem die Säuren, aus
den Dämpfen ausgewaschen werden. Vorteilhaft wird hierzu ein Waschturm zwischen
Auskochtopf und Kondensator geschaltet, in dem die entstehenden Dämpfe mit Wasser
bzw. einem Lösemittel-Wasser-Gemisch gewaschen werden, um so wasserlösliche störende
Verbindungen zu entfernen. Die Waschflüssigkeit kann auch Verbindungen in Lösung
enthalten, die mit den zu entfernenden Stoffen reagieren und sie so beseitigen,
wie z. B. Soda und Natronlauge.
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Dieser Waschturm kann auch eine Kolonnenwirkung erhalten. Dann wird
die Wassermenge, die zur Kondensation gelangt, gegenüber der gleichzeitig kondensierten
Lösungsmittelmenge geringer. Im Abscheider verringert sich dadurch die in den Auskochtopf
zurückzuführende wäßrige Phase und gegebenenfalls auch der Wassergehalt der Lösungsmittelphase.
Im Grenzfall wird der Waschturm zu einer Rektifizierkolonne, an deren Kopf ein so
lösungsmittelreiches Dampfgemisch anfällt, daß sich sein Kondensat im Abscheider
nicht mehr in zwei Schichten trennt. Dann ist also keine Rückführung der wäßrigen
Phase in den Auskochtopf, der dann zum Kolonnensumpf wird, mehr möglich.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält jedoch der Waschturm nur
eine solche Kolonnenwirkung, die ausreicht, um im Abscheider eine Trennung des Kondensates
in eine Lösungsmittelphase und eine wäßrige Phase zu ermöglichen. Falls am Kolonnenkopf
ein azeotropes Gemisch aus Wasserdampf und Lösungsmitteldampf anfällt, dann kann
auch bei Anwendung hochwirksamer Kolonnen im Abscheider eine Phasentrennung eintreten
und das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommen.
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Bei der Rückgewinnung mancher Lösungsmittel fällt anfangs am Kopf
des Waschturmes ein wasserarmer Lösungsmitteldampf an. Dieser kann vorteilhaft für
sich kondensiert und getrennt gewonnen werden. Erst das Kondensat des später anfallenden
wasserreichen Dampf gemisches wird im Abscheider in zwei Phasen zerlegt, Die dabei
anfallende wäßrige Schicht wird in den Auskochtopf zurückgeführt. An der erfindungsgemäßen
Anreicherungskondensation nimmt also nur ein Teil des insgesamt aus dem Adsorber
ausgetriebenen Lösungsmittels teil.
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Um das insgesamt ausgetriebene Lösungsmittel in zwei oder mehreren
Fraktionen gewinnen zu können, ist es möglich, mehrere Abscheider vorzusehen, die
nacheinander an den Kondensator angeschaltet werden. Die in diesen anfallenden wäßrigen
Phasen werden in den Auskochtopf zurückgeführt, während die Lösungsmittelphasen,
welche Fraktionen des zurückzugewinnenden Lösungsmittels sind, für sich gegebenenfalls
weiterve3iarbeitet und einzeln oder zusammen wieder verwendet werden können.
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Eine solche partielle Anreicherungskondensation läßt sich auch ohne
Zwischenschaltung eines Waschturmes durchführen, indem man auch hier einen Teil
der Dämpfe nicht in den Abscheider führt, sondern für sich kondensiert. Vorzugsweise
wird diese gesonderte Kondensation an dem ersten Teil der Dämpfe, die die Lösungsmittel
bzw. einen Teil derselben in stark angereicherter Form enthalten, vorgenommen. Dieses
Verfahren ist besonders dann vorteilhaft, wenn es mit einer fraktionierenden Desorption
verbunden werden kann, da z. B. auf Grund der unterschiedlichen Adsorptionswärme
der einzelnen Lösungsmittel diese bei der Desorption schon in gewissen Fraktionen
anfallen.
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Diese partielle Anreicherungskondensation läßt sich vorteilhaft in
der Weise durchführen, daß ein Teil der Dämpfe vor dem Auskochtopf bereits kondensiert
und in einem Flüssigkeitsabscheider abgetrennt wird. Das kann vermittels eines einfachen
Kühlers geschehen. Man kann jedoch hierzu auch die Wärmekapazität des Adsorptionsmittels
und/oder diejenige eines in die Adsorber eingebauten Wärmespeichers, der in der
Regel aus einer besonderen Feststoffschicht besteht, ausnutzen. Diese Feststoffe
kühlen sich während der Beladung eines Adsorbers ab, und bei der Desorption kondensiert
daran der erste Teil des Desorbates und wenig Dampf. Das Kondensat kann, da es nur
wenig Wasser und außerdem die Lösungsmittel meist in fraktionierter Form enthält,
oft direkt weiterverwendet werden.
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Fällt dieses sich schon im Adsorber bildende Kondensat so wasserhaltig
an, daß eine Schichtentrennung erfolgt, dann kann die wäßrige Phase in den Auskochtopf
geleitet werden, während die Lösungsmittelphase direkt oder nach einer zusätzlichen
Behandlung, z. B. einer Trocknung, wieder verwendet werden kann. Es kann besonders
für die fraktionierte Wiedergewinnung von Lösungsmitteln von Vorteil sein, mehrere
Auskochtöpfe mit den zugehörigen Kondensatoren und Abscheidern vorzusehen und in
diesen einzelne Teile des aus dem Adsorber kommenden Desorbat-Dampf-Gemisches der
erfindungsgemäßen Anreicherungskondensation zu unterziehen. Das ist besonders dann
der Fall, wenn das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch für die Verwendung wasserfrei
sein soll, im Abscheider der Anreicherungskondensation jedoch eine noch wasserhaltige
Lösungsmittelphase anfällt. Bei der Rektifikation der Lösungsmittel fällt oft als
Destillat ein Wasser-Lösungsmittel-Gemisch an, während aus dem Kolonnensumpf der
Rektifikation das reine Lösungsmittel entnommen werden kann. Das Destillat wird
in den Auskochtopf zurückgeleitet und kehrt damit in die erfindungsgemäße Anreicherungskondensation
zurück. In einigen Fällen kann man auch so arbeiten, daß man das noch wasserhaltige
Produkt aus der Rektifizierkolonne nicht in den Auskochtopf, sondern in den Abscheider
zurückgibt. Das hat vor allem dann Bedeutung, wenn das zurückgegebene Produkt nur
relativ wenig Wasser enthält. Die erfindungsgemäße Anreicherung an dem zurückgegebenen
Produkt in der Lösemittelphase tritt auch bei dieser Arbeitsweise ein. Im Regelfall
kommt sowohl die Rückgabe der noch Lösemittel enthaltenden wäßrigen Phase in den
Auskochtopf als auch die Rückgabe des bei der Rektifikation anfallenden Lösemittel-Wasser-Gemisches
in den Auskochtopf oder in den Abscheider gemeinsam zur Anwendung.
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Die soeben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens beruhen alle auf dem gleichen Grundgedanken, nämlich auf der Ausnutzung
des bereits zur Desorption benötigten Dampfes zur Behandlung des wäßrigen Anteils
des Kondensates von Desorbat und Desorptionsdampf. Bei der erfindungsgemäß direkten
Einwirkung wird die frei werdende Kondensationswärme
des Wasserdampfes von den wieder
zu gewinnenden Lösungsmitteln als Verdampfungswärme aufgenommen, und durch wiederholte
Anwendung dieses Verfahrensschrittes auf das jeweils im Abscheider anfallende wäßrige
Kondensat wird das Lösungsmittel fortlaufend im Abscheider angereichert.
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Bei den meisten Lösungsmitteln reicht der bei der Desorption zusammen
mit den Lösungsmitteln entweichende Dampf vollkommen, um das in den Auskochtopf
zurückgeführte Lösungsmittel-Wasser-Gemisch lösemittelfrei zu machen. Es gibt nun
aber auch Lösemittel bzw. Lösemittelgemische, die eine Behandlung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren nur dann gestatten, wenn man darauf verzichtet, das aus dem Auskochtopf
nach beendeter Ausdämpfung weglaufende Wasser vollständig lösemittelfrei zu machen.
Das jedoch ist meist wirtschaftlich nicht tragbar und führt außerdem zu Abwasserschwierigkeiten.
In diesen Fällen kann man sich einfach dadurch helfen, daß man in den Auskochtopf
nach und/oder während der Ausdämpfung noch zusätzlichen Frischdampf einbläst. Diese
Art der Durchführung des Verfahrens erfordert immer noch wesentlich weniger Dampf
als die sonst zusätzlich notwendige Rektifikation und hat deshalb viele Vorzüge.
Eine bessere Ausnutzung des zusätzlichen Dampfes kann man auch erreichen, wenn man
das im Auskochtopf vorliegende Wasser mit einem in der Regel geringen Lösemittelgehalt
über eine kleine Stripper-Kolonne abführt und so lösemittelfrei macht.
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Die dabei anfallenden Dämpfe werden in einem Kondensator niedergeschlagen,
wozu man den für die normale Behandlung sowieso erforderlichen Kondensator verwenden
kann. Das auf dieses Weise kondensierte Produkt kann dann entweder in den Auskochtopf
oder in den Abscheider geführt werden.
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In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens beispielsweise und schematisch dargestellt.
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Abb. 1 zeigt den Aufbau der einfachsten zur Ausführung der Erfindung
geeigneten Anlage; Abb. 2 zeigt eine Anordnung, in welcher der bei der Desorption
bereits im Desorber kondensierende Anteil getrennt behandelt wird; Abb. 3 zeigt
den Aufbau einer Anlage zur Wiedergewinnung des wasserfreien Lösungsmittels.
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In Abb. 1 ist 1 der in der Regeneration stehende Adsorber. 5 ist
der als Auskochtopf bezeichnete Behälter, in welchem die Desorptionsdämpfe mit dem
wäßrigen Anteil des Kondensates in Berührung gebracht werden.
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7 ist ein Kondensator, 8 ein Abscheider, in welchem sich das Kondensat
in eine wäßrige und eine lösungsmittelreiche Schicht trennt. 12 und 15 sind Vorratsbehälter
für Flüssigkeiten.
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Der Betrieb der Anlage gestaltet sich wie folgt: In den beladenen
Adsorber 1, welcher die Adsorbensschicht 2 enthält, wird durch die Leitung 3 als
Desorptionsmittel Dampf eingeführt.
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Das durch die Leitung 4 entweichende dampfförmige Gemisch von Desorptionsmittel
und Desorbat gelangt in den Ausdampftopf 5 und wird durch Düsen, Brausen od. dgl.
Vorrichtungen mit dem wäßrigen Anteil des im Abscheider 8 anfallenden Kondensates
in innige Berührung gebracht. In dem durch die Leitung 6 aus dem Auskochtopf abströmenden
Dämpfegemisch ist das dampfförmige Desorbat angereichert, während im Auskochtopf
Wasser zurückbleibt. Aus der Leitung 6 gelangen die Dämpfe in den Kondensator 7
und daraus als Kondensat in den Abscheider 8. l ! Mit der hier erfolgenden Trennung
in eine wäßrige und eine Lösungsmittelphase erfolgt eine weitere Anreicherung des
Lösungsmittels, das z. B. aus der oberen Schicht 9 zur weiteren Verwendung oder
Nachbehandlung
durch die Leitung 18 in den Vorratsbehälter 15 abgeleitet
wird. Die wäßrige Phase, welche zumeist die untere Schicht 10 bildet, wird durch
den Überlauf 11, gegebenenfalls über den Zwischentank 12, in den Auskochtopf 5 zurückgeleitet
und dort mit den in einer weiteren Verfahrensstufe anfallenden Desorptionsdämpfen
in Wechselwirkung gebracht.
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Das im Auskochtopf 5 sich ansammelnde Wasser wird zeitweise durch
das Ventil 13 abgelassen. Das Ventil wird von Hand oder durch eine Temperatursteuerung
mit Meßfühler 19 in der Flüssigkeit im Auskochtopf betätigt.
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Falls der durch die Leitung 4 zuströmende Desorptionsdampf für die
Austreibung des Lösungsmittels im Auskochtopf nicht ausreicht, kann zusätzlicher
Dampf z.B. durch eine mit dem Ventil 17 versehene Leitung in die Leitung 4 oder
auch in den Auskochtopf 5 eingeleitet werden.
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In der Anlage gemäß Abb. 2 wird von der Möglichkeit, einen Teil des
Gemisches von Desorbat und Desorptionsmittel bereits im Adsorber während des Desorptionsvorganges
zu kondensieren, Gebrauch gemacht, um das wiederzugewinnende Lösungsmittelgemisch
in zwei Fraktionen zu erhalten. Im Adsorber 21 ruht das Adsorptionsmittel als Schicht
22 auf einer Unterbettung 23, die aus stückigem, wärmespeicherndem, z. B. keramischem
Material besteht.
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Zur Desorption wird durch die Leitung 20 Dampf in den Desorber eingeleitet.
An der wärmespeichernden Schicht kondensieren Desorbat und Desorptionsmittel so
lange, bis sich die Temperatur der Schicht an die des Dampfgemisches angeglichen
hat. In einem ersten Abschnitt der Desorption fallen also Desorbat und Desorptionsmittel
flüssig an und gehen mit fortschreitender Erwärmung zunehmend in Dampfform über,
um schließlich nur noch als Dampf aus dem Adsorber durch die Leitung 24 auszutreten.
Desorbat und Desorptionsmittel verlassen den Adsorber durch die Leitung 24. Soweit
sie flüssig sind, gelangen sie über die durch ein Ventil drosselbare oder sperrbare
Leitung 25, welche gegebenenfalls durch einen Kühler 26 führt, in einen Abscheider
27, in welchem gegebenenfalls eine Schichtentrennung erfolgt.
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Als obere Schicht bildet sich gewöhnlich eine Lösungsmittelphase aus,
die zur direkten Verwendung oder einer allfälligen Nachbehandlung durch die Leitung
28 entnommen werden kann.
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Eine sich ausbildende wäßrige Phase wird durch einen beispielsweise
siphonartig gestalteten Ablauf 29 in einen Sammeltank 30 abgeleitet und von dort
beispielsweise durch eine Pumpe in den Auskochtopf 31 gefördert. Der den Adsorber
durch die Leitung 24 dampfförmig verlassende Anteil von Desorbat und Desorptionsmittel
gelangt durch die Leitung 32 ebenfalls in den Auskochtopf.
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Die diesem verfahrensmäßig folgenden Anlageteile, der Kondensator
33, der Abscheider 34, die Sammeltanks 35 und 36 sind in der an Hand der Abb. 1
beschriebenen Weise angeordnet.
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Bei dieser Arbeitsweise werden die bei der Desorption zuerst ausgetriebenen,
leicht desorbierbaren Anteile, die gewöhnlich von nur geringen Dampfmengen begleitet
sind, getrennt gewonnen. Das dabei anfallende wäßrige Kondensat wird zusammen mit
den den Adsorber dampfförmig verlassenden Stoffen im Auskochtopf in der bereits
an Hand der Abb. 1 beschriebenen Weise behandelt. Der schwerer desorbierbare Anteil
der wiederzugewinnenden Lösungsmittel wird aus dem Sammelbehälter 36 zur Nachbehandlung
oder direkten Verwendung entnommen.
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In der Anlage gemäß Abb. 3 ist die an Hand der Abb. 1 beschriebene
Anordnung durch eine Rektifiziereinrichtung ergänzt, um das im Abscheider anfallende
noch wasserhaltige Lösungsmittel wasserfrei gewinnen zu können.
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Der Adsorber40, der Auskochtopf 41, der Kondensator 42, der Abscheider
43 und der Zwischentank44 sind in der bereits beschriebenen Weise angeordnet und
miteinander verbunden. Das im Abscheider 43 anfallende Lösungsmittel wird in eine
Rektifiziereinrichtung 45 geleitet. Am Kopf der Kolonne fällt ein Gemisch von Lösungsmitteldampf
und Wasserdampf an, das im Kondensator 47 niedergeschlagen wird und diesen durch
die Leitung 49 verläßt.
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Ein Teil dieses Kondensates wird zweckmäßig als Rücklauf durch die
Leitung 50 in den Kolonnenkopf zurückgeleitet. Der Rest wird jedoch durch die Leitung
51 in den Auskochtopf übergeführt und kehrt damit in die Anreicherungskondensation
zurück. Je nach den Eigenschaften des am Kolonnenkopf 46 anfallenden Kondensates
kann es jedoch auch vorteilhafter sein, dieses in den Abscheider 43 zurückzuleiten.
In diesem Falle mündet dann die Leitung 51 in der Verbindungsleitung zwischen dem
Kondensator 42 und Abscheider 43 oder direkt in dem letzteren. Das wasserfreie Lösungsmittel
wird aus dem Bodenkörper 48 der Destillation entnommen.
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In der Rückführungsleitung 51 ist eine Abzweigung 52 vorgesehen,
durch die nach Umschalten der Ventile 53 und 54 das aus der Kolonne anfallende Destillat
abgenommen werden kann. Diese Schaltung ermöglicht, nach dem Abdestillieren des
wäßrigen azeotropen Gemisches noch eine wasserfreie Fraktion eines wiederzugewinnenden
Lösungsmittels abzutrennen.
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Beispiel 1 Aus Luft ist ein Gemisch von Benzol und Alkohol zurückzugewinnen,
wobei das Verhältnis Benzol zu Alkohol wie 3:1 ist. Dazu wird die Luft über Aktivkohle
geleitet, die sowohl das Benzol wie den Alkohol aufnimmt.
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Nach der Beladung wird die Aktivkohle ausgedämpft, wobei aus einem
Adsorber 300 kg Benzol, 100 kg Alkohol und 1200 kg Wasser anfallen. Nach der Kondensation
bilden sich zwei Schichten, wobei sich der Alkohol sowohl im Benzol als auch im
Wasser löst.
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Die obere Schicht enthält 300kg Benzol und 20 kg Alkohol. Die untere
Schicht enthält 1200 kg Wasser und 80 kg Alkohol.
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Nach der üblichen Arbeitsweise muß die wäßrige Phase in eine Rektifizierkolonne
übergeführt und der Alkohol abgetrennt werden. Erfindungsgemäß wird dagegen die
wäßrige Phase in einen Auskochtopf geführt und mit dem bei der nächsten Ausdämpfung
anfallenden Dämpfegemisch behandelt. Auf diese Weise reichert sich der Alkohol von
Ausdämpfung zu Ausdämpfung in der wäßrigen und in der Lösemittelphase an, wie die
folgende Tabelle 1 zeigt. Darin sind die Mengen an Alkohol, die bei der entsprechenden
Ausdämpfung nach der Kondensation in jeder Phase gefunden werden, angegeben: Tabelle
1
| Ausdämpfung Alkohol Alkohol im Wasser |
| husdämpfung kg |
| 1 20 80 |
| 2 36 144 |
| 3 48,7 195,3 |
| 4 59,3 236 |
| 6 73,5 295,5 |
| 8 83,2 332,6 |
| 10 89,2 356,9 |
| 12 93,3 372,6 |
| 15 96,4 385,7 |
| 100 400 |
Der einfacheren Darstellung halber ist hier vernachlässigt, daß
sich zusammen mit dem Alkohol auch etwas Wasser in der oberen Schicht und etwas
Benzol in der unteren Schicht löst.
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Man erkennt, daß sich der Alkohol in der Lösemittelphase so stark
anreichert, daß schließlich 100 kg Alkohol und 300 kg Benzol in der Lösemittelphase
sind, also genau so viel, wie zurückgewonnen werden soll.
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Beispiel 2 Zur Rückgewinnung von Benzol und Alkohol unter gleichen
Verhältnissen wie im Beispiel 1 wird zwischen Auskochtopf und Kondensator ein Waschturm
angeordnet. Dadurch verringert sich der in die Kondensation gelangende Anteil auf
300 kg. Die Alkoholverteilung auf die Lösungsmittelphase und die wäßrige Phase in
Abhängigkeit von der Zahl der Ausdämpfungen ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle
2: Tabelle 2
| Ausdämpfung im Alkohol Alkohol im Wasser |
| Nr. i, Lösemittel kg |
| kg |
| 1 50 50 |
| 2 75 75 |
| 3 82,5 82,5 |
| 4 91,2 91,2 |
| 5 95,5 95,5 |
| 6 97,8 97,8 |
| 7 98,9 98,9 |
| 8 99,4 99,4 |
| 9 99,7 99,7 |
| 100 100 |
Auch hier ist zur Vereinfachung der Darstellung vernachlässigt, daß die Lösungsmittelphase
etwas Wasser und die wäßrige Phase etwas Benzol enthält. Wie die Tabelle erkennen
läßt, ist unter den gegebenen Verhältnissen das Verteilungsverhältnis des Alkohols
im System Benzol-Wasser praktisch 1.
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Ein Vergleich der Tabellen 1 und 2 ergibt, daß sich durch Verringerung
der in die Kondensation gelangenden Wassermenge der Gleichgewichtszustand wesentlich
schneller einstellt. Außerdem ist die Alkoholmenge in der wäßrigen Phase wesentlich
geringer, was bedeutet, daß im Auskochtopf bedeutend kleinere Mengen des zurückgeführten
Lösungsmittelanteiles zur Verdampfung gelangen.
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Beispiel 3 Es ist zurückzugewinnen ein Gemisch, bestehend aus 36
Volumprozent Butylacetat, 36 Volumprozent Äthylacetat, 15 Volumprozent Äthylalkohol,
13 Volumprozent Butylalkohol.
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Bei der Behandlung nach den bekannten Verfahren muß hier eine komplizierte
Rektifikation durchgeführt werden wegen der zahlreichen azeotropen Gemische, die
sich bei Anwesenheit von Wasser einstellen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird dagegen einfach die wäßrige Phase in den Auskochtopf zurückgeführt. Die aus
diesem entweichenden Dämpfe werden in einer Kolonne behandelt, um einmal die gebildete
Essigsäure auszuwaschen und zum anderen die Wassermenge so weit zu reduzieren, daß
Lösungsmittel und Wasser nach der Kondensation nur noch im Verhältnis 1 : 1 anfallen.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anreicherungskondensation, die sich hier
vor allem bezüglich des Äthylacetats und Äthylalkohols auswirkt, ergibt sich aus
der
folgenden Tabelle 3, die die anfallende Menge in Liter bei jeder Ausdämpfung
angibt: Tabelle 3
| Ausdämpfung Nr. 1 2 3 |
| Schichtenverteilung |
| wäßrige Phase ........ 120 122 124 |
| Lösemittelphase ...... 80 97 105 |
| Alkohol |
| wäßrige Phase .......... 15,0 25,25 25,9 |
| Lösemittelphase . . . . . . . 13,5 18,8 27,2 |
| Äthylacetat |
| wäßrige Phase ............... 5,9 8,3 10,3 |
| Lösemittelphase . . . . . . .......... 23,5 27,2 27,5 |
| Wasser |
| wäßrige Phase . 98,0 88,4 87,7 |
| Lösemittelphase . . . . . . . 5,0 12,0 12,9 |
Man erkennt aus den Werten, daß bereits nach drei Ausdämpfungen in diesem Fall praktisch
so viel Äthylacetat und Äthylalkohol sich in der Lösemittelphase angereichert haben,
wie bei der Ausdämpfung eines Adsorbers anfällt, und daß somit das Gleichgewicht
praktisch schon nach der dritten Ausdämpfung sich eingestellt hat.
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Da in diesem Fall der Wassergehalt im abgezogenen Lösungsmittel noch
zu hoch ist, muß hier eine Trocknung durchgeführt werden, die unter Verwendung von
z. B.
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Lithiumchlorid zu einem Produkt führt, das weniger als 50/o Wasser
enthält. Falls eine höhere Wasserkonzentration von z. B. 9°/0 zugelassen ist, so
kann man hier auch nach jeder zweiten Ausdämpfung die Anreicherungskondensation
unterbrechen und die bei der dritten Ausdämpfung anfallende wäßrige Phase gesondert,
z. B. destillativ, aufbereiten, wofür der Dampfverbrauch immer noch geringer ist
als bei der Destillation ohne Anreicherungskondensation.
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Beispiel 4 Es soll nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Äthylacetat
zurückgewonnen werden, wobei aus betrieblichen Gründen dieses Lösungsmittel praktisch
wasserfrei benötigt wird. Man arbeitet dann auch hier so, daß die wäßrige Phase
in den Auskochtopf zurückgeführt wird und bei der nächsten Ausdämpfung wiedergewonnen
wird.
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Auf diese Weise läßt sich schließlich in der Lösemittelphase bei jeder
Ausdämpfung so viel Äthylacetat erhalten, wie aus dem Adsorber auch wirklich anfällt.
Dieses Äthylacetat enthält jedoch noch etwa 3,3 0/, Wasser. Man kann dieses Wasser
einmal mit den im Beispiel 3 erwähnten Trocknungsmethoden entfernen, doch ist es
auch möglich, die Lösungsmittelphase in eine Rektifizierkolonne zu überführen. Am
Kopf der Kolonne geht dann so lange ein azeotropes Gemisch mit etwa 8,6 % Wasser
über, bis das ganze Wasser aus dem Äthylacetat entfernt ist. Das so abgetrennte
wasserreiche Gemisch kann nun erfindungsgemäß entweder in den Auskochtopf oder in
den Abscheider zurückgegeben werden, so daß sich eine gesonderte Aufbereitung desselben
erübrigt und außerdem @ kein Äthylacetat verlorengeht.