DE2529387A1 - Trocknung organischer fluessigkeiten durch ausfrieren von wasser - Google Patents
Trocknung organischer fluessigkeiten durch ausfrieren von wasserInfo
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Description
Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen
i 1. JULi 107?
Trocknung organischer Flüssigkeiten durch Ausfrieren von Wasser
Die Erfindung betrifft die Trocknung wasserhaltiger organischer
Flüssigkeiten durch Kühlung auf Temperaturen unter O0C, Erzeugung
von Eis und Entfernen desselben mit dem Effekt, dass die organische Flüssigkeit bis zu der Konzentration von Wasser
befreit ist, die der Löslichkeit von Wasser in der organischen Flüssigkeit bei der eingestellten Temperatur entspricht.
In der Technik werden bisher organische Flüssigkeiten meist durch Dekantieren oder Zentrifugieren von Wasser befreit. Man
erreicht aber bei Durchführung dieser Verfahren nur nahezu die Wasserkonzentration, die der Sättigung bei der entsprechenden
Temperatur entspricht. Wird eine weitergehende Trocknung gewünscht, so sind entweder wasseranziehende Adsorptionsmittel
wie z.B. Calciumchlorid, Kieselgel oder Molekularsiebe erforderlich oder aber man greift auf Trennverfahren, wie Azeotropdestillation,
zurück. (Lit.: F.A. Henglein, Grundriss der Chemischen Technik, 11. Aufl, Verlag Chemie Weinheim 1963, S.
117 oder Lueger, Lexikon der Technik, Bd. 16, Lexikon der Verfahrenstechnik,
herausgegeben von Kurt Schiefer, Deutsche Verlagsanstalt Stuttgart 1970, S. 508 ff.)
Weiterhin ist die Entfernung von Wasser aus wässrigen Lösungen durch Ausfrieren von Wasser bekannt und unter dem Stichwort
"Gefriertrocknung" geläufig. (Lit.:Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, 3. Aufl., 1. Bd., Verlag Urban & Schwarzenberg,
München-Berlin 1951, S. 556 ff.)
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Bei Trocknung oder Unterkühlung organischer Flüssigkeiten nach bekannten Verfahren wurde bisher immer darauf geachtet,
daß kein Eis entstand. Man fürchtete Verstopfungen von Leitungen, Pumpen, Filtern usw. Es lag daher nicht nahe, durch
Abkühlung bewußt Eis zu erzeugen und aus der organischen Flüssigkeit abzutrennen.
Bei der Dekantierung oder Zentrifugierung kann man nur bis zu Temperaturen abkühlen, bei denen beide Phasen noch flüssig
sind, da eine Eisbildung die Phasentrennung stört und zur Verstopfung der nachgeschalteten Apparate führt. Auch der Kühler
selbst ist durch Bildung einer Eisschicht auf der Wärmeaustauschfläche
in der Wirksamkeit gefährdet.
Weiterhin ist bei einer Reihe von organischen Flüssigkeiten die Trocknung mit Hilfe der oben erwähnten Adsorbentien
nicht möglich, da deren meist sehr große spezifische Oberfläche katalytisch wirkt und Veränderungen des organischen
Produkts hervorrufen kann. So bilden z. B. polymerisationsfreudige Substanzen leicht Polymerisate. Die Azeotropdestillation
hat den Nachteil, daß die notwendige Wärmezufuhr das Produkt durch Polymerisation oder Zersetzung verändern
kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Trocknungsverfahren
für organische Flüssigkeiten, insbesondere für solche, die wie oben ausgeführt, unbeständig sind, bereitzustellen,
das die aufgeführten Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe konnte dadurch gelöst werden, daß organische Flüssigkeiten auf Temperaturen unter 0°C abgekühlt werden und
das entstehende Eis durch Filtration abgetrennt wird. In einer weiteren Ausgestaltung kann das Eis in geeigneter
Weise in einer getrennten Apparatur aufgeschmolzen und flüssig abgezogen werden.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Trocknung von wasserhaltigen Flüssigkeiten durch Kühlung auf Temperaturen
unter O0C und Entfernung des entstandenen Eises, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß organische Flüssigkeiten eingesetzt werden.
Als bevorzugter Temperaturbereich sei der Bereich von -5 bis -3o°C angesehen.
Als organische Flüssigkeiten seien vorzugsweise Verbindungen eingesetzt, die sich bei Anwendung von Adsorbentien chemisch
verändern oder bei Erwärmung zu einer Reaktion neigen. Besonders seien polymerisierbare ungesättigte Kohlenwasserstoffe
mit isolierten oder konjugierten Doppel- und/oder Dreifachbindungen angeführt, die gegebenenfalls eine oder
mehrere funktioneile Gruppen tragen. Als funktionelle Gruppen seien Chlor, Brom, Fluor, Jod, Äther, Aldehyd, Acetal, Keto,
Hydroxyl, Nitril, Isonitril, Carboxyl, Amino, SuIfon, Phosphat,
Nitro, oder Carbonsäureester angeführt.
In obiger Aufzählung seien folgende Verbindungen näher definiert, wobei der ungesättigte Kohlenwasserstoff mit
KW gekennzeichnet ist:
a) Äther
KW-O-KW und KW-O-R
R bedeutet einen gesättigten organischen Rest mit 1 bis C-Atomen.
b) Acetale
0-R
KW
KW
N0-R
R bedeutet einen gesättigten organischen Rest mit 1 bis 10 C-Atomen.
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c) Ketone
KW-C-KW und KW-C-R
If N
0 0
R bedeutet einen gesättigten organischen Rest mit 1 bis 20 C-Atomen.
d) Ester
KW-C-O-KW und KW-C-O-R
i! Il
0
R bedeutet einen gesättigten organischen Rest mit 1 bis 20 C-Atomen.
e) Amine
KW-NRR'
KW-NRR'
R und R' bedeuten gleich oder verschieden KW, Wasserstoff
oder einen organischen Rest mit 1 bis 5 C-Atomen.
f) Phosphate
RO—-P=O R'-O
R und R1 bedeuten gleich oder verschieden KW oder einen
organischen Rest mit 1 bis 10 C-Atomen.
Als polymerisierbare, ungesättigte Kohlenwasserstoffe (KW) mit
isolierten oder konjugierten Doppel- und/oder Dreifachbindungen können Verbindungen mit 2 bis 30 C-Atomen eingesetzt
werden.
Im einzelnen seien beispielsweise aufgeführt: Vinylidenchlorid, Vinylchlorid, Nitroäthylen, Vinylbromid,
Propylen, Isobutylen, Butadien-(1,3), 2-Chlorbutadien-(1,3),
Isopren, 2,3-Dimethylbutadien-(1,3), Vinylacetylen, Divinylacetylen,
Isobutylvinyläther, Ketendiäthylacetat, Acrolein, Methylvinylketon, Dimethylketen, Methylisopropenylketon,
Vinylacetat, Essigsäurealkinylester, Acrylnitril, Methacrylnitril,
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ot -Cyansorbinsäure-n-butylester, Vinylsulfonsäure, Vinylessigsäure,
Vinylessigsäurenitril, NfN-Dimethylvinylarain,
Cyclopentadien, Styrol, oi-Methylstyrol, C*/-Chlorstyrol,
3-Chlorstyrol, Cumaron, 4-Vinylpyridin, 2-Vinylpyridin,
Divinylsulfon, Diallylphthalat, Allylmethacrylat, Athylenglykoldimethacrylat,
Vinylcrotonat, Triallylphosphat, Triäthylenglykol-divinyläther, (Meth)acrylsäure-methyl-,
-äthyl-, -η-butyl-, -iso-butyl-, -2-äthylhexyl-, -octyl-,
-decyl-, -dodecylester, 1-Chlorbutadien, Vinylidencyanid,
Vinylidencarbonat, ex: -Chloracrylsäure-methyl-, -äthyl-, -propylester,
Methylenmalonsäuremethylester, 2,3-Dichlorbutadien, 2-Chlor-3-methylbutadien-(1,3), 2-Cyanbutadien-(1,3), 2-Brombutadien,
2-Fluorbutadien-(1,3), 2-Jodbutadien-(1,3), Allylvinyläther,
Butandioldimethacrylat, Adipinsäuredivinylester, Diallylfumarat.
Eine Apparatur, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt
werden kann, wird durch Bild 1 näher erläutert.
Behälter (1) dient als Vorratsgefäß für das Ausgangsprodukt.
Im Vorkühler (2) erfolgt die Vorkühlung auf Temperaturen
kurz oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser. Der Kühler (3) dient als Kristallisator. Das gebildete Eis wird in dem
Filter (4) zurückgehalten und entfernt. Das zurückgehaltene Eis kann aufgetaut und rückgespült werden. In der hier gezeigten
Anordnung ist der Kühler so dimensioniert, dass er gleichzeitig als Kristallwachstumsbehälter dient, d.h. die kleinen
unterkritischen Kristalle schmelzen ab. Dadurch können die grösseren Kristalle anwachsen, so daß in dem Kristallisator
eine homogene Suspension aus der organischen Flüssigkeit und großen Eiskristallen gebildet wird. Der gleiche Effekt läßt
sich erreichen, indem man Unterkühlung und Kristallwachstum in getrennten Apparaten vornimmt.
Ebenso kann die Entfernung der gebildeten Eiskristalle aus der organischen Flüssigkeit anstelle der hier gezeigten dis-
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kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung auch kontinuierlich erfolgen. Eine kontinuierlich arbeitende Vorrichtung könnte
z. B. eine Waschsäule sein, wie sie aus der Krifctallisationstechnik
bekannt ist.
Das bis zur Lösungsgrenze von Wasser getrocknete Lösungsmittel gelangt in die Vorlage (5) und kann hier abgezogen werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen zunächst
in der schonenden Behandlung des zu trocknenden Produktes. Dieses wird weder mit oberflächenreichen Substanzen
(Adsorbentien) in Kontakt gebracht noch durch Wärmezufuhr thermisch geschädigt. Des weiteren ist eine Entwässerung bei
Temperaturen unter O0C möglich, wodurch die Trocknung gegenüber
der flüssig-flüssig-Dekantierung wirkungsvoller wird.
Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert:
1 1 Chloropren wurde bei 2o°C durch Verrühren mit Wasser gesättigt
und durch ein trockenes Papierfilter filtriert. Anschließend wurde der Wassergehalt durch Karl-Fischer-Titration
bestimmt. Danach wurde mit soledurchflossener Kühlschlange auf -1o°C und danach auf -2o°C abgekühlt. Dabei wurde Eis
abgeschieden. Bei beiden Temperaturen wurde nach Filtration wie oben der Wassergehalt bestimmt. Es wurden folgende
Wasserwerte gemessen:
2o°C: o,o7o % H2O
-1o°C: o,o18 % H2O
-2o°C: o,o11 % H2O
Durchführung wie Beispiel 1, Jedoch mit Vinylacetat. Ergebnisse: 2o°C: o,93 % H£0
-1o°C: o,42 % H2O
-2o°C: o,32 % H2O
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Durchführung wie Beispiel 1, jedoch mit Dichlorbutadien.
Ergebnisse: 2o°C: O,16 % Η£0
-1o°C: o,oo72 % HpO
-2o°C: o,oo58
Durchführung wie Beispiel 1, Jedoch mit Acrylnitril. Ergebnisse: 2o°C: 3,4 % H2O
-1o°C: 1,2 % H2O
-2o°C: o,9 # H2O
Durchführung wie Beispiel 1, jedoch mit Methacrylnitril.
1,7 o,7
Ergebnisse: 2o°C: 1,7 %
-2o°C: o,5
Durchführung wie Beispiel 1, jedoch mit Acrylsauremethylester,
Ergebnisse: 2o°C: 2,2 % H2O
-1o°C: 1,2 % H2O
-2o°C: o,9 % H2O
Durchführung wie Beispiel 1, jedoch mit Acrylsäureäthylester. Ergebnisse: 2o°C: 1,4 ^H2O
-1o°C: o,77 % H2O
-2o°C: o,56 % H2O
Durchführung wie Beispiel 1, jedoch mit Styrol.
o,o42 % H2O
o,o14 % H2O o,oo6 % H2O
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Ergebnisse: 2o°C: o,o42 %
-2o°C: o,oo6
Durchführung wie Beispiel 1, Jedoch mit Isopren.
o,o34 o,o24
Ergebnisse: O0C: o,o34 %
-2o°C: o,o125
-3o°C: o,oo58
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Claims (7)
- PatentansprücheVerfahren zur Entfernung von Wasser aus Flüssigkeiten durch Abkühlen auf Temperaturen unter O0C und Abfiltrieren des ausgeschiedenen Eises, dadurch gekennzeichnet, daß organische Flüssigkeiten eingesetzt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß organische Flüssigkeiten eingesetzt werden, welche sich an Adsorbentien chemisch verändern oder bei Erwärmung zur Veränderung neigen.
- 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Flüssigkeiten polymerisierbare, ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit isolierten oder konjugierten Doppel- und/oder Dreifachbindungen eingesetzt werden.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese polymerisierbaren, ungesättigten Kohlenwasserstoffe eine oder mehrere funktioneile Gruppen tragen.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die funktioneilen Gruppen Chlor, Broa, Fluor., Jod, Äther, Aldehyd, Acetal, Keto, Hydroxyl, Nitrll, Isonitril, Carboxyl, Amino, SuIfon, Phosphat, Nitro, oder Carbonsäureester bedeuten.Le A 16 519 - 9 -609884/0456
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die AbkU] erfolgt.die Abkühlung auf Temperaturen von -5°C bis -3o°C
- 7. Organische Flüssigkeiten, getrocknet nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bisLe A 16 519 - 10 -609884/0456
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