-
Verfahren zur kontinuierlichen Reinigung von Aceton Es ist bekannt,
Rohaceton, wie es bei verschiedenen Herstellungsverfahren anfällt, in der Weise
zu reinigen, daß man es zunächst einer chemischen Behandlung unterwirft und danach
destilliert. Die chemische Behandlung erfolgt vor allem durch Alkalilauge. Dabei
geht man im allgemeinen so vor, daß man die Waschlauge mittels mechanischer Hilfsmittel,
wie Rührer, mit dem Rohaceton längere Zeit hindurch vermischt, wonach die wäßrige
Phase von der organischen Phase abgetrennt wird und das Aceton zur Destillation
gegeben wird.
-
Die Alkalibehandlung erfolgt meistens mit einer Natronlauge 20- bis
50o/oiger Konzentration bei Raumtemperatur, also Temperaturen im Bereich von 15
bis 33'C. Es ist allerdings auch möglich, so zu verfahren, daß man zunächst Aktivkohle,
Graphit oder ein anderes geeignetes Material mit Alkalihydroxyd imprägniert, wonach
das Aceton über ein aus diesem Material bestehendes Bett geleitet wird Für dieses
Verfahren hat man schon vorgeschlagen, die Temperatur bis zum Siedepunkt des Acetons
(56°C) zu erhöhen. Das hat jedoch zur Folge, daß die Reinigungswirkung der Aktivkohle
schon nach kurzer Zeit stark herabgesetzt wird. Es ist deshalb auch in diesem Fall
vorzugsweise bei Raumtemperatur gearbeitet worden.
-
Die bekannten Verfahren haben - abgesehen davon, daß eine völlige
Beseitigung der störenden Verunreinigungen aus dem Aceton nur unzureichend erzielt
wird - den weiteren Nachteil, daß es bei der Alkalibehandlung durch Kondensation
der im Rohaceton enthaltenen Aldehyde zur Bildung von Produkten kommt, die sich
bei der folgenden Destillation infolge ihrer thermischen Instabilität außerordentlich
störend auswirken. Die hierbei gebildeten Zersetzungsprodukte sind in dem bei der
Destillation gewonnenen Reinaceton noch teilweise enthalten und mindern somit die
Qualität des Produkts. Gegebenenfalls müssen noch besondere Aufarbeitungsmaßnahmen
vorgesehen werden.
-
Gegenstand der Erfindung ist nun ein kontinuierliches Verfahren zur
Reinigung von Aceton, das die beschriebenen Nachteile vermeidet und es ermöglicht,
in verfahrensmäßig sehr einfacher und wirtschaftlicher Form die im Rohaceton enthaltenen
Verunreinigungen zu beseitigen und ein Aceton zu gewinnen, das den Anforderungen
des DAB 6 bzw. den in der Industrie üblichen Gütevorschriften entspricht. Derartige
im Aceton enthaltene Verunreinigungen sind beispielsweise Aldehyde, wie Formaldehyd,
Acetaldehyd, ferner Ester der Ameisen- und Essigsäure sowie freie Säuren, weiter
noch Mesityloxyd. Das Rohaceton selbst kann nach den verschiedenen bekannten Verfahren
gewonnen werden, so z. B. durch Säurespaltung von Cumolhydroperoxyd.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Reinigung von
Aceton, das durch Säurespaltung von Cumolhydroperoxyd erhalten worden ist, durch
Alkalibehandlung bei höheren Temperaturen und nach folgende Destillation ist dadurch
gekennzeichnet, daß man das Rohaceton in feiner Verteilung im Gegenstrom mit wäßrigem
Alkalihydroxyd mit einer Konzentration von etwa 15 bis 30'/, bei etwa 40 bis 90°C,
vorzugsweise zwischen 60 und 75°C, gegebenenfalls unter Druck, behandelt, das zusammen
mit dem Aceton abgezogene Wasser ersetzt und schließlich das Aceton von der Lauge
abtrennt und destilliert.
-
Zweckmäßig stellt man Druck und Temperatur so ein, daß das Aceton
im oberen Teil des Wäschers oder der Kolonne schwach siedet. Die hierbei entstehenden
Dämpfe werden kondensiert, und ein Teilstrom des Rücklaufs wird auf den Wäscher
gegeben.
-
Die zur Anwendung kommende Waschlauge darf nicht in zu verdünnter
Form angewendet werden, um zu vermeiden, daß es zur Bildung einer homogenen Phase
kommt. Im Verfahren der Erfindung wird vielmehr mit zwei Phasen gearbeitet, um nach
der Alkalibehandlung eine gute und rasche Abtrennung des Acetons vom Alkali zu erreichen.
Andererseits darf die Konzentration des Alkalis nicht zu hoch sein, damit das Auskristallisieren
fester Produkte, die das
Verfahren stören würden, vermieden wird.
Die Einhaltung des genannten Konzentrationsbereichs ist daher zweckmäßig.
-
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß man unter den beschriebenen
Verfahrensbedingungen die Bildung von Kondensationsprodukten erreicht, die thermisch
wesentlich stabiler sind als die Kondensationsprodukte, die bei den bisher bekannten
Reinigungsverfahren entstanden: Die Natur der beim erfindungsgemäßen Verfahren entstehenden
Verbindungen konnte noch nicht näher geklärt werden. Durch die wesentlich höhere
Stabilität der Produkte ist es nunmehr möglich gemacht, bei der nachfolgenden Destillation
mit stark erhöhten Sumpftemperaturen, beispielsweise bei 75°C, zu arbeiten und damit
die durchgesetzten Mengen wesentlich zu erhöhen. Man hat noch den besonderen Vorteil,
daß unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens das im Rohaceton enthaltene
Mesityloxyd größtenteils in Aceton zurückgeführt wird, ohne daß besondere Verfahrensmaßnahmen
hierzu erforderlich wären.
-
Die besonders feine Verteilung des Acetons wird vorzugsweise dadurch
erzielt, daß man die Reinigung in einem Waschturm vornimmt, der mit geeigneten Füllkörpern,
vorzugsweise Raschigringen, gefüllt ist. Das Aceton wird im unteren Teil des Turmes
eingespeist und wird, während es im Gegenstrom zur Alkalilauge im Turm aufsteigt,
durch die Füllkörper dauernd in sehr feiner Verteilung gehalten. An Stelle von Raschigringen
kann man zur Erreichung desselben Effekts auch Siebböden oder ähnliche geeignete
Einbauten verwenden. Zweckmäßig läßt man das Aceton in den Wäscher in etwa senkrechtem
Winkel zur Strömungsrichtung der Lauge eintreten, wobei es beispielsweise mittels
entsprechender Düsensysteme in mehrereTeilströme unterteilt werden kann. Dadurch
wird zusätzlich eine turbulente Strömung erzeugt, bei der das Aceton besonders gut
mit der Lauge vermischt wurde so daß ein vollständiger Ablauf der Reaktion gewährleistet
ist.
-
Die Durchführung des Verfahrens erfolgt in der nachstehend beschriebenen
Weise: Das anfallende Rohaceton wird in einen mit Raschigringen gefüllten, in seinem
unteren Teil beheizten Waschturm eingeführt. Der Wäscher ist mit Natronlauge gefüllt.
Im unteren Teil des Turmes tritt das Aceton, gegebenenfalls in mehreren Teilströmen,
senkrecht zur Strömungsrichtung der Lauge in den Turm ein und wird während des Durchströmens
auf die gleiche Temperatur aufgeheizt, wie sie die Lauge aufweist. Im oberen Teil
des Wäschers trennt sich das Aceton von der Lauge und kann zur Reindestillation
abgezogen werden. Die Temperatur und der Druck werden zweckmäßig gerade so hoch
gehalten, daß im oberen Teil des Wäschers das Produkt schwach siedet. Auf diese
Weise werden etwa vorhandene Anteile an Leichtsiedern aus dem Aceton entfernt. Die
anfallenden Dämpfe können dann kondensiert und zum Teil als Rücklauf verwendet werden,
wobei man ein Rücklaufverhältnis von zweckmäßig etwa 1 :2 bis 5 einhält. Je nach
Rücklaufverhältnis kann es erforderlich sein, im oberen Teil des Turmes eine Zusatzheizung
vorzusehen. Ein Anteil des Kondensats wird wieder in den unteren Teil des Wäschers
mit dem Rohaceton zurückgeführt.
-
Auf den Rücklauf kann in solchen Fällen verzichtet werden, wenn das
gewaschene Rohaceton schon ohne diesen eine Reinacetonqualität ergibt, die den Vorschriften
bzw. den Ansprüchen genügt. Die Waschwirkung ist bei entsprechender Dimensionierung
des Waschturmes unter den angegebenen Bedingungen im allgemeinen so gut, daß die
Verunreinigungen praktisch vollständig vernichtet werden und das gewaschene Rohaceton
bei nachfolgender Destillation von ausreichender Reinheit ist. Bei Anwendung des
Rücklaufes wird die Reinheit in jedemFall verbessert.
-
Die heiße Lauge wird ständig im Kreislauf geführt. Dies geschieht
in der Weise, daß sie im unteren Teil des Wäschers abgezogen wird und auf dem oberen
Teil des Wäschers wieder eingeführt wird. Die dabei verbrauchte Lauge kann durch
entsprechenden kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgenden Zusatz von Frischlauge
laufend ergänzt werden.
-
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, kann das Verfahren
sowohl bei Normaldruck als auch bei erhöhtem bzw. vermindertem Druck durchgeführt
werden. In dem bevorzugten Temperaturbereich zwischen 60 und 75°C kann jedoch nicht
bei vermindertem Druck gearbeitet werden. Im allgemeinen wird die Temperatur bei
vermindertem Druck je nach Wahl des Unterdrucks zwischen 40 und 60"C liegen. Der
Reinigungseffekt ist auch in diesen Fällen gewährleistet, da durch stärkeres Umpumpen
der Lauge und bzw. oder geringeren Durchfluß an Rohaceton eine größere Verweilzeit
im Waschturm erzielt wird. Vorteilhaft ist die Anwendung eines leicht erhöhten Druckes
im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 2 atm, da hierdurch die Siedetemperatur des Acetons
erhöht wird und somit die Einhaltung hoher Waschtemperaturen erzielt wird. Man erhält
dann ein besonders reines Produkt, dessen Verunreinigungen noch unter den Anforderungen
der Gütevorschriften liegen.
-
An Hand der Zeichnung kann eine beispielsweise Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens noch näher erläutert werden. In dieser Zeichnung bedeutet
1 einen mit Heizung 2 und Füllkörpern 3 versehenen Waschturm, an dessen unterem
Teil bei 4 das Aceton senkrecht zur Strömungsrichtung der Lauge eingespeist wird.
Zur Aufrechterhaltung der Laugekonzentration wird bei 8 oder auch bei 7 ständig
so viel Wasser zugegeben, daß es der im abgehenden Aceton enthaltenen Wassermenge
entspricht. Bei 5 wird ständig Lauge abgezogen und bei 6 wieder auf den Turm aufgegeben.
Entsprechend der umgepumpten Laugemenge ist die Konzentration über den ganzen Turm
sehr gleichmäßig. Gleichzeitig wird durch die umgepumpte Laugemenge die Temperatur
im Waschturm auf einer gleichen Höhe gehalten. Das gewaschene Aceton verläßt bei
9 den Wäscher, um in einer Destillationsanlage destilliert zu werden. Je nach Einstellung
der Temperatur im Waschturm kann über dem Kopf des Wäschers bei
10 Aceton
mit eventuellen Leichtsiedern verdampfen und über einen Kondensator 11 kondensiert
werden. Das anfallende Kondensat sammelt sich in einer Vorlage 12, von der aus bei
13 ein Rücklauf auf den Waschturm gegeben werden kann. Bei 14 kann ein beliebig
festzulegender Teilstrom abgezogen und erneut dem Wäscher zugeführt werden. Beispiel
Ein Rohaceton, wie es bei dem Cumol-Phenol-Prozeß anfällt, mit einem Gehalt von
0,15 °/o Form-und Acetaldehyd und weiteren Verunreinigungen, wie Mesityloxyd, Methyl-isobutylketon
sowie freien organischen
Säuren und mit einem Wassergehalt von
1 bis 2°/o zeigt folgende physikalischen bzw. chemischen Werte
| 1. Verseifungszahl ... 0,5 bis 2 mg KOH/g |
| 2. Säurezahl . . . . . . . . . 0,015 bis 0,05 °/o, als |
| C02 berechnet |
| 3. K Mn 04-Wert ..... 0 bis 3 Minuten |
| 4. D.24 .............. 0,790 |
| 5. Siedeintervall nach |
| ASTM 86-52 ..... 0,6°C |
Das Rohaceton obiger Qualität ergab, nachdem es auf die beschriebene Weise bei 65°C
und schwachem Überdruck in einem mit Raschigringen gefüllten Turm mit einer etwa
20 °/oigen Lauge behandelt und bei einem Rücklaufverhältnis von 1:5 bei 500 Torr
destilliert wurde, ein Reinaceton mit einem Wassergehalt von unter 0,25
% und nachfolgenden chemischen bzw. physikalischen Daten: °
| 1. Verseifungszahl ...... 0,02 mg KOH/g |
| 2. Säurezahl............ 0,0006 |
| 3. K Mn 04-Wert . . . . . . . . über 60 Minuten |
| 4. D.?,° ................ 0,790 |
| 5. Siedeintervall nach |
| ASTM D 86-52 ..... 0,3°C |
Die Qualität des nach dem beschriebenen Reinigungsverfahren erhaltenen Reinacetons
geht über die Erfordernisse des DAB 6 hinaus. Wie erkennbar, sind die charakteristischen
Zahlen, wie Verseifungszahl, Säurezahl, Permanganatzahl und Siedeintervall, um ein
Vielfaches gegenüber dem Rohaceton verbessert worden.
-
Um zu zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den Verfahren
der britischen Patentschrift 742 496 und der USA.-Patentschrift 2 624 699 technisch
fortschrittlich ist, wurden die folgenden Vergleichsversuche durchgeführt: Versuch
1 20 °/oige NaOH bei etwa 33'C (britische Patentschrift 742 496) Rohaceton, wie
es bei dem Cumol-Phenol-Prozeß anfällt (s. Beispiel), wurde mit 20 °/°iger NaOH
im Gewichtsverhältnis 1:1 bei 30°C 3 Stunden intensiv gerührt. Es wurde dann absitzen
gelassen und die Acetonschicht abgetrennt. Das gewaschene Aceton wurde in einer
1,2 m langen Kolonne bei etwa sechsfachem Rücklauf unter normalem Druck derart destilliert,
daß der Wassergehalt in dem erhaltenen Reinaceton 0,35
% nicht überstieg.
Die Analyse des Destillats ergab folgende Werte:
| Verseif ungszahl ....... 0,23 ml |
| 0,1 n-KOH/100 g |
| Säurezahl . . . . . . . . . . . . 0,0006 % C O2/100
g |
| K Mn O4 . . . . . . . . . . . . . 6 Minuten |
| D.240 ................. 0,792 |
| Siedeintervall nach |
| ASTM 86-52 ....... 0,3°C |
| Wasser . . . . . . . . . . . . . . 0,35010 |
Versuch 2 2°/oige NaOH bei etwa 70°C (USA.-Patentschrift 2 624 699) Rohaceton, wie
unter Versuch 1, aus dem Cumol-Phenol-Prozeß wurde mit 2 °/oiger NaOH im Gewichtsverhältnis
1:1 3 Stunden lang gerührt. Da bei Normaldruck gearbeitet wurde, konnte die geforderte
Temperatur von 70°C nicht erreicht werden. Die Arbeitstemperatur betrug 62°C. Das
gewaschene Aceton wurde in einer 1,2 m langen Kolonne unter den gleichen Bedingungen
wie der vorherige Versuch destilliert. Die Analyse ergab folgende Werte:
| Verseifungszahl ....... 0,18 ml |
| 0,1 n-K O H/100 g |
| Säurezahl . . . . . . . . . . . . 0,0006 % C 02/ 100
g |
| K Mn 04-Wert . . . . . . . . 9 Minuten |
| D. 2g0 ................. 0,791 |
| Siedeintervall nach |
| ASTM 86-52 ....... 0,3-C |
| Wasser . . . . . . . . . . . . . . 0,330/, |
Versuch 3 20 °/oige NaOH bei
70'C (Arbeitsweise nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren) Rohaceton wie unter Versuch 1 und 2 wurde mit 20 °/oiger NaOH im Gegenstrom
bei 70°C und leichtem Überdruck gewaschen. Das aus dem Waschturm ablaufende Aceton
wurde in einer 1,2 m langen Kolonne bei etwa sechsfachem Rücklauf destilliert. Die
Analyse des Destillats ergab nachfolgende Werte:
| Verseif ungszahl ....... 0,02 ml |
| 0,1 n-K O H/ 100 g |
| Säurezahl . . . . . . . . . . . . 0,0006 % CO,/
100 g |
| K Mn 04-Wert . . . . . . . . 230 Minuten |
| D.4° ................. 0,791 |
| Siedeintervall nach |
| ASTM 86-52 ......... 0,3°C |
| Wasser . . . . . . . . . . . . . . 0,3104 |
Wie die angeführten Versuche zeigen, kann bei einem einfachen Rührvorgang mit 20
°/oiger NaOH bei einer Temperatur von 30°C nicht die Wirkungsweise erzielt werden
wie im Verfahren gemäß der Erfindung. Diese unzureichende Wirkungsweise drückt sich
besonders in der sehr hohen Verseifungszahl und in dem geringen K Mn 04 Wert aus.
In gleicher Weise war auch die Wirkung stark verdünnter Natronlauge nicht befriedigend.
Auch hier war die Qualität infolge der hohen Verseifungszahl und der geringen KMn04-Werte
nicht ausreichend.