DE1089744B - Verfahren zur Trennung von azeotropen Gemischen aus Aceton, 1 bis 5 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkoholen und Estern mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Trennung von azeotropen Gemischen aus Aceton, 1 bis 5 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkoholen und Estern mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen Aceton, 1 bis 5 Kohlenstoffatome enthaltende Alkohole und Ester bilden vielfach azeotrope Gemische, die sich durch normale Rektifikation nicht trennen lassen. So bildet beispielsweise das System Aceton-Methylacetat-Methanol, das unter anderem bei der Herstellung des Acetessigsäuremethylesters eine Rolle spielt, drei binäre Azeotrope. Das Aceton-Methylacetat-Azeotrop, das 50 Gewichtsprozent Aceton enthält, siedet bei Normaldruck bei 55° C, das Aceton-Methanol-Azeotrop mit 88 Gewichtsprozent Aceton bei 55,5° C und das Methylacetat-Methanol-Azeotrop mit 80,5 Gewichtsprozent Methylacetat bei 54° C. Durch normale Rektifikation lassen sich also diese binären Gemische wie auch das ternäre System nicht trennen.
• Es wurde nun gefunden, daß Gemische aus Aceton-Alkohol-Ester, wobei der Alkohol 1 bis 5 Kohlenstoffatome und der Ester 3 bis 7 Kohlenstoffatome enthält, in ihre Bestandteile zerlegt werden können, wenn man sie in Gegenwart eines hydrophilen Zusatzstoffes rektifiziert, der höher als die zu trennenden Stoffe siedet und weder mit Aceton noch mit dem Alkohol ein Azeotrop bildet.
• Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Trennung solcher Gemische, in denen der Ester mit dem Alkohol ein Azeotrop bildet. Geeignete Zusatzstoffe sind Verbindungen, die mindestens zwei hydrophile Gruppen, wie Hydroxyl- und bzw. oder Aminogruppen, enthalten, beispielsweise Äthylenglykol, Propylenglykole, Aminoäthanol, Glycerin oder Äthylendiamin. Diese Zusatzstoffe können je einzeln oder als Gemische zur Anwendung gelangen. Die Trennung der Gemischbestandteile erfolgt bei kontinuierlicher Durchführung des Verfahrens in mehreren Stufen. Bildet der Ester ein Azeotrop, so wird in der ersten Stufe ein selektiv arbeitende, in der Zeichnung schematisch dargestellte Rektifikationskolonne verwendet, die mit dem Ausgangsgemisch sowie mit dem Zusatzstoff beschickt wird. Als Kopfprodukt wird bei 1 ein äceton- und alkoholfreier Ester abgezogen, während das Sumpfprodukt in 2 aus Aceton, Alkohol und dem Zusatzstoff besteht. Für die zweite Stufe dient eine normale Rektifikationskolonne, in welcher das Sumpfprodukt der ersten Trennsäule in Aceton und Alkohol, die über Kopf abgehen einerseits und in den Zusatzstoff andererseits, der als Sumpf anfällt, getrennt wird. In der dritten Stufe wird in einer normalen oder, wenn das Aceton mit dem Alkohol ein Azeotrop bildet, in einer selektiv arbeitenden Rektifikationskolonne das Kopfprodukt der zweiten Stufe getrennt. Im Falle einer selektiven Rektifikation wird der gleiche Zusatzstoff wie in der ersten Stufe oder ein anderer aus derselben Klasse verwendet. Dabei geht Aceton über Kopf ab, während der Alkohol bzw. das Alkoholgemisch zusammen mit dem Zusatzstoff den Sumpf bildet. Arbeitet man in der dritten Stufe mit einer selektiven Kolonne, kann man gegebenenfalls die zweite und dritte Stufe zusammenziehen. In der vierten Stufe wird schließlich auf dem Wege einer normalen Rektifikation das Sumpfprodukt der dritten Stufe; also das Alkohol-Zusatzstoff-Gemisch, in seine Bestandteile getrennt, wobei reiner Alkohol bzw. ein Alkoholgemisch über Kopf abgezogen wird. Das Sumpfprodukt der zweiten sowie der vierten Stufe, das also lediglich den Zusatzstoff enthält, kann der ersten bzw. dritten Stufe wieder zugeführt werden. Wenn der Gehalt an Alkohol im Sumpf der dritten Stufe und bzw. oder im Ausgangsgemisch gering ist, kann man auch das Alkohol-Zusatzstoff-Gemisch direkt in die erste oder dritte Stufe zurückführen und so den Alkohol anreichern, ehe man ihn endgültig abtrennt.
• Die zwei selektiv arbeitenden Rektifikationskolonnen bestehen jeweils aus einer Abreicherungszone und einer selektiven sowie einer normalen Anreicherungszone. Die Abreicherungszone 3 umfaßt den Abschnitt zwischen Verdampfer 2 und Einschleusstelle 7 des im Vorratsgefäß 8 befindlichen Ausgangsgemisches. Die selektive Anreicherungszone 4 schließt sich an die Abreicherungszone 3 an und reicht bis zur Einschleusstelle des Zusatzstoffes 6, der aus dem Vorratsgefäß 9 zugeführt wird. Auf diesen Kolonnenabschnitt folgt die normale Anreicherungszone 3, die sich bis zur Rücklaufzuführung 10 erstreckt. Das Rücklaufprodukt wird im Kühler 11 kondensiert. Die beiden normalen Rektifikationskolonnen zur Abtrennung des Zusatzstoffes bestehen aus Abtriebs-und Verstärkungsteil.
• Beispiel l Ein Gemisch aus 50 Gewichtsprozent Methylacetat und je 25 Gewichtsprozent Methanol und Aceton wurde einer selektiven Rektifikation mit Äthylenglykol als Zusatzstoff bei 720-Torr unterworfen. Die kontinuierlich arbeitende Rektifikationskolonne bestand aus einer Abreicherungszone mit etwa zwanzig Böden, einer selektiven Anreicherungszone mit etwa fünfzig Böden und einer normalen Anreicherungszone mit etwa fünfzehn Böden.
• Bei einer Einschleusmenge von 138 g Ausgangsgemisch je Stunde, einer Menge an Zusatzstoff von 88,9 Gewichtsprozent und einem Rücklaufverhältnis von etwa 1 fiel als Kopfprodukt ein 99 g gewichtsprozentiges Methylacetat an. Die Ausbeute an Methylacetat betrug 99,5 Gewichtsprozent. Aus dem Sumpfprodukt wurde durch normale Rektifikation Aceton und 1VIethanol abgetrennt und anschließend das Aceton-Methanol-Gemisch ebenfalls mit Äthylenglykol bei demselben Druck rektifiziert. Die dazu verwendete Trennsäule war ebenso beschaffen wie die vorausgehend beschriebene, selektiv arbeitende Rektifikationskolonne. Bei einer Einschleusmenge von 95,7 g Aceton-Methanol-Gemisch je Stunde, einer Menge an Zusatzstoff von 601 je Stunde und einem Rücklaufverhältnis von etwa 1 ging über Kopf Aceton mit einem Reinheitsgrad von 99 Gewichtsprozent und einer Ausbeute von 99 %, bezogen auf das eingesetzte Aceton, über. Aus dem Sumpf wurde anschließend durch normale Rektifikation das gesamte Methanol abgetrennt. Beispiel 2 Ein Gemisch, bestehend aus 60 Gewichtsprozent Äthylacetat, 30 Gewichtsprozent Äthanol und 10 Gewichtsprozent Aceton, wurde einer selektiv arbeitenden Rektifikation mit Äthanolamin als Zusatzstoff unterworfen. Die Konzentration des Schleppmittels, bezogen auf die Gesamtmischung, betrug 910/,. Das Rücklaufverhältnis war etwa 1. Der anfallende Ester wurde in einer Reinheit von etwa 990/, erhalten. Das mit dem Zusatzstoff als Sumpfprodukt erhaltene Aceton-Äthanol-Gemisch wurde in einer weiteren Kolonne vom Schleppmittel getrennt und in einer dritten Kolonne in Aceton und Äthanol zerlegt.
• Beispiel 3 Ein Gemisch aus 60 Gewichtsprozent Äthylacetat, 30 Gewichtsprozent Äthanol und 10 Gewichtsprozent Aceton wurde mit 1,3-Propylenglykol als Schleppmittel selektiv rektifiziert. Bei einer Schleppmittelkonzentration von 94,501, und einem Rücklaufverhältnis von etwa 1 wurden als Kopfprodukt 99 % des Äthylacetats erhalten. Das Sumpfprodukt wurde, wie im Beispiel 2 angegeben, in seine Bestandteile getrennt.
• Beispiel 4 Ein Gemisch, bestehend aus 15 Gewichtsprozent Aceton, 30 Gewichtsprozent Methanol und 55 Gewichtsprozent Isopropylacetat, wurde bei 720 Torr unter Zusatz von Äthylenglykol selektiv rektifiziert. Die kontinuierlich arbeitende Trennsäule gliederte sich in eine Abreicherungszone mit zehn Böden, in eine selektive Anreicherungszone mit dreißig Böden und in eine normale Anreicherungszone mit acht Böden. Die Konzentration des Zusatzstoffes, bezogen auf die Gesamtmischung, betrug 90 Gewichtsprozent; das Rücklaufverhältnis war etwa 1. Das Kopfprodukt war gemäß Verseifungszahl als rein anzusprechen. Der Sumpf wurde, wie im Beispiel 1 angegeben, in seine Komponenten getrennt. Beispiel 5 Ein Gemisch aus 15 Gewichtsprozent Aceton, 25 Gewichtsprozent Äthanol und 60 Gewichtsprozent Methyln-butyrat wurde in einer gleichen Anordnung und unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 4 rektifiziert. Das über Kopf abgezogene Methyl-n-butyrat enthielt nur noch geringfügige Verunreinigungen. Der Sumpf wurde wie im Beispiel 2 in seine Komponenten zerlegt.
• Beispiel 6 Ein Gemisch aus 10 Gewichtsprozent Aceton, 30 Gewichtsprozent Äthanol und 60 Gewichtsprozent Methylisobutyrat wurde in einer Trennanlage, wie im Beispiel 4 angegeben, unter Zusatz von 1,3-Propylenglykol selektiv rektifiziert. Bei einer Konzentration des Zusatzstoffes von 95 Gewichtsprozent und einem Rücklaufverhältnis von etwa 1 wurde als Kopfprodukt nahezu reines Methylisobutyrat gewonnen. Die Trennung des Sumpfes erfolgte wie im Beispiel 2.
• Beispiel 7 Ein Gemisch, bestehend aus 10 Gewichtsprozent Aceton, 30 Gewichtsprozent n-Propanol und 60 Gewichtsprozent Äthylpropionat, wurde bei 720 Torr in einer Anlage, wie im Beispiel 4 angegeben, unter Zusatz von 92 Gewichtsprozent Äthylenglykol rektifiziert; das Rücklaufverhältnis war etwa 1. Das Kopfprodukt war gemäß Verseifungszahl nahezu reines Äthylpropionat. Die Aufarbeitung des Sumpfes geschah in gleicher Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben.
• Beispiel 8 Ein Gemisch, das aus 20 Gewichtsprozent Aceton, 20 Gewichtsprozent n-Propanol und 60 Gewichtsprozent Methyl-n-butyrat bestand, wurde bei 720 Torr in einer Anlage gemäß Beispiel 4 unter Verwendung von Äthylenglykol als Zusatzkomponente rektifiziert. Der Zusatzstoff hatte eine Konzentration von 91 Gewichtsprozent; das Rücklaufverhältnis war etwa 1. Das als Kopfprodukt gewonnene Methyl-n-butyrat enthielt gemäß Verseifungszahl nur noch geringe Verunreinigungen. Die Trennung des Sumpfes geschah, wie im Beispiel 2 angegeben.
• Beispiel 9 Ein Gemisch aus 10 Gewichtsprozent Aceton, 30 Gewichtsprozent n-Propanol und 60 Gewichtsprozent Methylisobutyrat wurde wie im Beispiel 6 rektifiziert. Das über Kopf abgezogene Methylisobutyrat war nahezu rein. Der Sumpf wurde, wie im Beispiel 2 angegeben, in seine Komponenten getrennt.
• Beispiel 10 Ein Gemisch aus 15 Gewichtsprozent Aceton, 25 Gewichtsprozent Isopropanol und 60 Gewichtsprozent Methylisobutyrat wurde wie im Beispiel 8 rektifiziert. Das als Kopfprodukt gewonnene Methylisobutyrat war praktisch rein. Der Sumpf wurde wie im Beispie12 aufgearbeitet.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Trennung von azeotropen Gemischen aus Aceton, 1 bis 5 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkoholen und Estern mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gemische in Gegenwart von hydrophilen Zusatzstoffen, die mindestens zwei hydrophile Gruppen enthalten, höher als die von einander zu trennenden Stoffe sieden und weder mit Aceton noch mit dem Alkohol ein Azeotrop bilden, rektifiziert, den hierbei als Kopfprodukt erhaltenen aceton- und alkoholfreien Ester abzieht, während man das aus Aceton, Alkohol und dem Zusatzstoff bestehende Sumpfprodukt in an sich bekannter Weise durch eine normale Rektifikation in Aceton und Alkohol einerseits und den Zusatzstoff andererseits zerlegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial Gemische verwendet, in denen der Ester mit dem Alkohol ein Azeotrop bildet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem als Kopfprodukt der Destillation des Sumpfproduktes erhaltenen Aceton-Alkohol-Gemisch, gegebenenfalls in Gegenwart eines Zusatzstoffes, durch Rektifikation reines Aceton über Kopf abzieht und das hierbei erhaltene, aus Alkohol und dem Zusatzstoff bestehende Sumpfprodukt direkt oder nach Anreicherung des Alkohols durch eine normale Rektifikation in seine Bestandteile trennt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als hydrophilen Zusatzstoff mit mindestens zwei hydrophilen Gruppen Äthylenglykol, Propylenglykole, Aminoäthanol, Glycerin und bzw. oder Äthylendiamin verwendet. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 563 164.