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Kontinuierliches Verfahren zur Trennung von Isobutylalkohol-Isobutyronitrilgemischen
Die Erfindung betrifft ein Trennverfahren für das bei der katalytischen Umsetzung
von Isobutylisobutyrat mit Ammoniak bei erhöhter Temperatur anfallende, aus Isobutylalkohol
und Isobutyronitril bestehende Reaktionsgemisch.
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Wird Isobutylisobutyrat mit Ammoniak z. B. in Gegenwart von y-Aluminiumoxyd
bei etwa 350 bis 500"C umgesetzt, indem die Dämpfe des Isobutylisobutyrats mit Ammoniak
durch einen auf die gewählte Temperatur erhitzten und mit dem Katalysator in Tablettenform
gefüllten Reaktionsraum geleitet werden, so werden erhebliche Mengen an Isobutylalkohol
und Isobutyronitril gebildet. Das Molverhältnis von Ammoniak zu Isobutylisobutyrat
kann hierbei etwa 0,8 bis etwa 4:1 betragen und liegt vorzugsweise zwischen 0,8
und 2,5:1. Die erforderliche Kontaktzeit beträgt 11/2 bis 12 Sekunden, vorzugsweise
etwa 21/2 bis 3 Sekunden.
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Die aus dem Reaktionsraum austretenden dampfförmigen Reaktionsprodukte
werden in einem nachgeschalteten Wäscher mit Wasser abgeschreckt, d. h. in Form
eines wäßrigen Kondensats niedergeschlagen.
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Es war jedoch bisher recht schwierig, die beiden Umsetzungsprodukte
Isobutylalkohol und Isobutyronitril voneinander zu trennen und vollständig vom Wasser
zu befreien, weil Isobutylalkohol und Isobutyronitril sehr nahe beieinander sieden
(Kp. = 108 bzw. 104°C) und weil sie ferner ein bei 101"C siedendes azeotropes Gemisch
bilden, so daß ihre Trennung durch gewöhnliche Rektifikation praktisch unmöglich
ist. Außerdem bilden beide Produkte auch mit Wasser azeotrope Gemische mit sehr
nahe beieinanderliegenden Siedepunkten, nämlich 88"C für das azeotrope Gemisch Wasser-Isobutyronitril
und 90"C für das azeotrope Gemisch Wasser-Isobutylalkohol, so daß mit Wasser allein
eine destillative Trennung nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein beispielsweise in der
oben beschriebenen Art erhaltenes Gemisch aus Isobutylalkohol und Isobutyronitril,
das außerdem gewisse Mengen Wasser enthält, zu entwickeln und die einzelnen Verbindungen
daraus in reiner, möglichst wasserfreier Form zu gewinnen.
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Das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren zur Trennung von Isobutylalkohol-Isobutyronitrilgemischen,
die außer Wasser noch höhersiedende Anteile enthalten, ist dadurch gekennzeichnet,
daß man dem zu trennenden Gemisch mindestens so viel Benzol zusetzt, daß ein azeotropes
Benzol-Isobutylalkohol-Gemisch gebildet wird, das man abdestilliert und gegebenenfalls
von überschüssigem Benzol durch Rektifikation trennt.
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Die praktische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
im folgenden an Hand der Zeichnung und eines Beispiels im einzelnen erläutert.
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Das zu trennende Gemisch gelangt z. B. in Dampfform in einen Wäscher
5, wo es durch Mischen mit Wasser kondensiert wird, während nicht kondensierte Gase
und Dämpfe am Kopf des Wäschers abgeblasen werden. Die vom Boden des Wäschers ablaufende
Flüssigkeit wird zu einem Trenngefäß 6 geleitet, wo die Trennung in eine wäßrige
und eine organische Schicht erfolgt. Die an Isobutylalkohol und Isobutyronitril
reiche organische Schicht, die auch nicht umgesetztes Isobutylisobutyrat sowie einige
Verunreinigungen enthalten kann, wird von dem Trenngefäß 6 direkt zu einer Entwässerungskolonne
7 für das Rohprodukt geführt, während die wäßrige Schicht aus der Scheidevorrichtung
6 in eine Kolonne 8 übergeführt wird, wo ihre organischen Bestandteile, d. h. hauptsächlich
Isobutylalkohol, mit Wasserdampf abdestilliert werden. Dieses Destillat 8 wird ebenfalls
in die Entwässerungskolonne 7 geleitet, während das Wasser vom Boden der Kolonne
8 in den Wäscher 5 zurückgeführt werden kann.
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Zusammen mit der organischen Schicht aus der Trennvorrichtung 6 und
dem Destillat der Kolonne 8 wird Benzol in der für die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens erforderlichen Menge in die Entwässerungskolonne 7 für das Rohprodukt
eingeführt. In dieser Kolonne wird das Rohgemisch rektifi-
ziert,
wobei praktisch das gesamte vorhandene Wasser in Form seines bei 70 C siedenden
azeotropen Gemisches mit Benzol am Kopf der Kolonne abdestilliert wird. Dieses Destillat
wird in eine weitere Trennvorrichtung 9 übergeführt, wo sich das Benzol vom Wasser
trennt. Die größtenteils aus Benzol bestehende obere Schicht wird aus der Trennvorrichtung
9 auf den Kopf der Entwässerungskolonne 7 zurückgegeben, während die untere (wäßrige)
Schicht entweder in die Kolonne 8 oder den Wäscher 5 zurückgeführt werden kann.
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Das Sumpfprodukt der Entwässerungskolonne 7, das im wesentlichen
die Gesamtmenge an Isobutyronitril und Isobutylalkohol neben gegebenenfalls vorhandenem
überschüssigem Benzol wie auch nicht umgesetztem Isobutylisobutyrat sowie gewissen
Verunreinigungen enthält, wird in eine Kolonne 10 geleitet. aus der Isobutylalkohol
in Form seines bei etwa 80 C siedenden azeotropen Gemisches mit Benzol sowie überschüssiges
Benzol abdestilliert werden.
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Vorzugsweise wird zusammen mit der organischen Schicht aus dem Trenngefäß
6 eine so große Menge Benzol in die Entwässerungskolonne 7 eingeführt, daß wenigstens
ausreichend Benzol mit der Sumpfphase von dieser Kolonne 7 in die Isobutylalkoholkolonne
10 gelangt, damit sämtlicher vorhandener Isobutylalkohol in Form seines Azeotrops
mit Benzol aus dieser Kolonne abdestillieren kann, wobei jedoch zusätzliches Benzol,
falls erforderlich, zusammen mit der Beschickung der Kolonne 10 in diese Kolonne
eingeführt werden kann. Im übrigen stört ein etwaiger Benzolüberschuß in der Kolonne
10 nicht, weil überschüssiges Benzol außer dem Benzol-Isobutylalkohol-Azeotrop aus
der Kolonne abdestilliert und in der Benzolrückgewinnungskolonne 12 wiedergewonnen
werden kann.
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Die Sumpfphase der Kolonne 10, die, abgesehen von geringen Verunreinigungen,
aus Isobutyronitril und gegebenenfalls Isobutylisobutyrat besteht, wird in eine
Kolonne 11 übergeführt, wo diese beiden Produkte durch gewöhnliche Rektifizierung
getrennt werden, indem bei 104"C Isobutyronitril am Kopf der Kolonne abgenommen
wird. Als Sumpfphase fällt hier gegebenenfalls Isobutylisobutyrat an.
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Das Destillat aus der Kolonne 10, das aus Benzol und Isobutylalkohol
besteht, wird in die bereits erwähnte Benzolrückgewinnungskolonne 12 übergeführt,
wo Wasser zugesetzt und das Benzol in Form seines bei 70"C siedenden Azeotrops mit
Wasser am Kopf abdestilliert wird. Das Destillat der Benzolrückgewinnungskolonne
12 wird in eine Trennvorrichtung 13 geleitet, wo sich das Benzol vom Wasser scheidet.
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Während dieses auf den Kopf der Benzolrückgewinnungskolonne 12 zurückfließt,
wird die Sumpfphase der Benzolrückgewinnungskolonne 12, die den Isobutylalkohol
sowie gegebenenfalls mit dem Benzol nicht entferntes restliches Wasser enthält,
in eine Entwässerungskolonne 14 übergeführt, wo das Wasser in Form seines bei 89,8"C
siedenden Azeotrops mit Isobutylalkohol über den Kopf der Kolonne entfernt wird.
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Vom Boden der Kolonne 14 kann im wesentlichen wasserfreier Isobutylalkohol
abgezogen werden, während das Destillat aus dieser Kolonne in eine Trennvorrichtung
15 geleitet wird, wo der Isobutylalkohol von dem Wasser getrennt wird. Während der
abgetrennte, noch wasserhaltige Isobutylalkohol auf den Kopf der Entwässerungskolonne
14 zurückfließt, kann die untere wäßrige Phase aus der Trennvorrichtung 15
entweder
in die Kolonne 8 oder den Wäscher 5 zurückgeführt werden. Der vom Boden der Entwässerungsgeführt
werden. Der vom Boden der Entwässerungskolonne 14 abgezogene Alkohol kann schließlich
in einer Endkolonne 16 weiter raffiniert, insbesondere fein fraktioniert werden,
wobei der reine Isobutylalkohol bei etwa 108"C am Kopf der Kolonne abgeführt wird,
während ein die angefallenen Verunreinigungen enthaltender Schlamm vom Boden der
Kolonne 16 abgezogen wird.
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Unter der Voraussetzung, daß das Trennverfahren gemäß der Erfindung
kontinuierlich durchgeführt wird, reicht das aus der Trennvorrichtung 9 in die Kolonne
7 zurückfließende Benzol aus, um sämtliches Wasser aus dem aufgegebenen Material
zu entfernen, und etwa diesem frisch zugesetztes Benzol gelangt mit der Sumpfphase
vom Boden der Kolonne 7 in die Isobutylalkoholkolonne 10.
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Im übrigen kann auch, wenn notwendig, Benzol dem in die Kolonne 10
eingespeisten Material zugegeben werden. Auf jeden Fall ist es aber erforderlich,
in die Kolonne 10 mindestens so viel Benzol einzuführen, daß dessen Menge ausreicht,
um mit dem vorhandenen Isobutylalkohol ein azeotropes Gemisch zu bilden.
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Immer vorausgesetzt, daß der Prozeß ununterbrochen läuft, reicht das
aus der Trennvorrichtung 13 als Kopfprodukt der Benzolrückgewinnungskolonne 12 anfallende
Benzol, von kleinen Verlusten abgesehen, aus, um den Bedarf des in die Entwässerungskolonne
13 und in die Kolonne 10 eingespeisten Materials an Benzol zu decken.
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Auch reicht bei kontinuierlichem Betrieb der Wasserrückfluß in der
Benzolrückgewinnungskolonne 12 aus, um sämtliches Benzol aus dieser Kolonne azeotrop
abzutreiben. In der Praxis ändert sich die Zusammensetzung des eingespeisten Materials
selbstverständlich während einer gewissen Zeit, und ebenso treten einige Verluste
bei der Trennung insbesondere von Benzol und Wasser ein, so daß es erforderlich
sein wird, hinsichtlich des Benzol- und Wasserzusatzes in den entsprechenden Kolonnen
gewisse Korrekturen vorzunehmen, damit die beabsichtigte Trennung glatt verläuft.
Im übrigen kann speziell der Benzolverlust dadurch auf ein Mindestmaß beschränkt
werden, daß sämtliches in dem System anfallende Wasser und Benzol in den Prozeß
zurückgeführt wird.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in einer Apparatur der üblichen
Bauart durchgeführt und entsprechend den besonderen Erfordernissen, wie oben ausgeführt,
betrieben werden. Selbstverständlich werden noch weitere Einrichtungen, wie sie
gewöhnlich bei derartigen Rektifikationsprozessen gebräuchlich sind, die aber hier
nicht weiter im einzelnen erwähnt sind, z. B. Pumpen, Heizvorrichtungen, Kühler,
Niveauregler, Zwischenbehälter u. dgl., verwendet.
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Einige sind schematisch in der Zeichnung angedeutet.
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So sind etwa Heizvorrichtungen 17 jeweils am Boden sowie Kühler 18
am Kopf jeder Kolonne vorgesehen.
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Die Rektifikationskolonnen können gewöhnliche Füllkörper- oder Bodenkolonnen
sein.
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Das folgende Beispiel zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Beispiel Durch ein Rohr, das mit 0,283 m3 y-Aluminiumoxyd in Form
von Tabletten mit einem Durchmesser von 0,63 cm gefüllt war und auf einer Temperatur
von
3650 C gehalten wurde, wurde ein Ammoniak-Isobutylisobutyrat-Gemisch
im Molverhältnis 2,2:1 geleitet. Die Kontaktzeit betrug 3 Sekunden. Es wurden je
24 Stunden eingespeist: 8165 kg Isobutylisobutyrat und 2109 kg Ammoniak.
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Pro Stunde wurden etwa 428 kg des dampf- bzw. gasförmigen Produkts
aus dem Reaktor in einen Wäscher geleitet, wo es mit Wasser einer Temperatur von
300 C abgeschreckt wurde. Die kondensierten Produkte wurden dann nach dem oben beschriebenen
Verfahren getrennt und gereinigt. Innerhalb 24 Stunden wurden 2722 kg Isobutyronitril
sowie 2172 kg Isobutylalkohol erzeugt. Dies entspricht einem Umsetzungsgrad zu Isobutyronitril
und Isobutylalkohol
von 84°/o bzw. 620/,. Außerdem wurden innerhalb 24 Stunden 1361
kg Isobutylisobutyrat zurückgewonnen.
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Die in den Wäscher 5 innerhalb 24 Stunden eingeführte Wassermenge
betrug 90721. Im gleichen Zeitraum wurden 680,4 kg Destillat aus der Kolonne 8 sowie
22 680 kg Benzol in die Entwässerungskolonne 7 eingespeist. Der überwiegende Teil
des Benzols stammte aus der Benzolrückgewinnungskolonne.
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In der folgenden Tabelle sind die Zusammensetzungen der bei dem beanspruchten
Verfahren anfallenden azeotropen Gemische, deren Siedepunkte sowie die Siedepunkte
der Einzelbestandteile angegeben.
| Gewichtsprozent Azeotrop |
| Komponente A Kp. (OC) Komponente B Kp. (° C) der Komponente
A |
| im azeotropen Gemisch Kp. (° C) |
| Wasser 100 Isobutyronitril 104 23 82,5 |
| Wasser 100 Isobutylalkohol 108 33,0 89,9 |
| Wasser 100 Benzol 80,2 8,83 69,25 |
| Isobutylalkohol 108 Benzol 80,2 9,3 79,84 |
Patentansprüche: 1. Verfahren zur Trennung von Isobutylalkohol-Isobutyronitril-Gemischen,
die außer Wasser noch höhersiedende Anteile enthalten, durch Destillation, dadurch
gekennzeichnet, daß man dem zu trennenden Gemisch mindestens so viel Benzol zusetzt,
daß ein azeotropes Benzol-Isobutylalkohol-Gemisch gebildet wird, das man
ab destilliert
und gegebenenfalls von überschüssigem Benzol durch Rektifikation trennt.