DE2613812C3

DE2613812C3 - Verfahren zur destillativen Trennung eines Mehrstoffgemisches

Info

Publication number: DE2613812C3
Application number: DE2613812A
Authority: DE
Inventors: Mircea Dipl.-Ing. 6308 Butzbach Nicoloiu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-31
Filing date: 1976-03-31
Publication date: 1981-01-29
Also published as: DE2613812A1; DE2613812B2; NL7703446A

Description

Ergänzungsblatt zur Patentschrift 26 13 812

int. C].": C 07 C 69/14 Ausgabetag: 29. Januar 1981

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur destillativen Trennung eines Mehrstoffgemisches, bestehend aus 1,6 bis 4 Gewichtstcilen Wasser und einem Gewichtsteil organischer Phase, die eine Zusammensetzung von 55 bis 90Gcw."n Äthylacetat, 9 bis 34 Gew.n.'o Äthanol und jeweils 0 bis 6 Gew." ο Aceton und Toluol aufweist, und ist durch den vorstehenden Patentanspruch gekennzeichnet.

Die destillative Trennung komplexer Mchrstoffgemische, deren Komponenten-Siedepunkte sehr dicht nebeneinander liegen, bereitet an sich schon sehr erhebliche Schwierigkeiten. Wenn darüber hinaus noch während der Destillation Azeotropgemische mit sehr dicht nebeneinander liegenden Siedepunkten entstehen, so ist die Trennung derartiger Mehrstoffgemische mit herkömmlichen Desiillaiionsverfahrcn und -anlagen nicht durchführbar. Bei dem eingangs bezeichneten Gemisch entsteht während der Destillation ein ternäres Azeotropgcmisch v2,6 uew.°O Äthylacetat — 8,4 Gew."« Äthanol — 9 Gew.» Ό Wasser, welches bei 70,23 C siedet, und ein binäres Azeotropgemisch 91.53 Gew.°/o Äthylacetat — 8,4 Gew.» ο Wasser, dessen Siedepunkt bei 70,38° C liegt. Die Trennschwicrigkeiten eines MchrstolTgcmisches, bei dessen Destillation zwei Azeotropgemische mit derart eng beieinander liegenden Siedepunkten entstehen, liegen auf der Hand.

Die bei der Trennung des eingangs bezeichneten Gemisches in seine einzelnen Komponenten auftretenden Schwierigkeiten trugen wesentlich dazu bei, daß diese z. B. in Verpackungsdruckereien anfallenden organischen Stoffe bisher nicht rückgewonnen wurden. Im Hinblick auf die verschärften Maßnahmen des Umweltschutzes und die steigenden Preise der Rohprodukte ist aber eine Rückgewinnung dieser organischen Stoffe sehr wünschenswert.

Die t'cstillative Trennung eines aus Äthylacetat. Alkohol und Wasser bestehenden Gemisches ist bereits bekannt (DE-PS 8 24 341). Nach diesem Herstellungsverfahren für Äthylacetat wird bei der Rcindcstillation über den Kolonnenkopf ein ternäres Azeotrop von 83,2 Gew."/« Äthylacetat - 7,8 Gew.« ο Wasser--9 Gew."/» Äthanol erhalten. Verfahrcnsgcmäß wird dieses Azeotrop mit Wasser vom Alkohol freigewaschen, der feuchte Ester in einer weiteren Destillation vom Wasser befreit und das alkoholhaltige Waschwasser der Verestcrungskolonne wieder zugeführt. Dieses bekannte Verfahren setzt eine gleichbleibende Konzentration der einzelnen Komponenten voraus. Außerdem ist hierbei die erschwerende Bedingung von Aceton- und Toluolanteilcn im Gemisch nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage bereitzustellen, das bzw. die eine Trennung des aus den eingangs bezeichneten Komponenten bestehenden Gemisches auch bei veränderlicher Konzentration der Komponenten hei hoher Reinheit der zurückgewonnenen Komponenten gestattet.

Erfindiingsgemäß wird so verfahren, daß man das Ausgangsgemisch in einem Abscheider in eine organische und eine wäßrige Phase zerlegt, beide Phasen in zwei Kolonnen getrennt rektifiziert, als Kopfprodukt beider Kolonnen die Azeotropgemische Äthylacetat-Äthanol-Wasser und Äthylacetat-Wasser dcstilliert. bei der Destillation der organischen Pha^s das Äthnnol und Wasser vollständig in den Azeotropgemischen übergehen läßt und einen Teil des Äthylacetats und das Toluol im Sumpf zurückbehält, bei der Destillation der wäßrigen Phase das Äthylacetat ^ao in den Azeotropgemischen übergehen läßt und den überwiegenden Anteil an Äthanol und Wasser im Sumpf zurückbehält, daß man die Destillate beider Kolonnen über einen Mischer in den Abscheider zurückführt, und daß man die Temperatur im Ab· ^a5 scheider zwischen 20 und 45^c C !"alt.

Bei der Rückführung in den Abscheider geht, bedingt durch das Löslichkeitsverhäftnis, das Äthylacetat zum größeren Anteil in die organische Phase und das Äthanol in die wäßrige Phase über, wodurch im Verfolg des Erfindungsgedankens die Trennung im weiteren Verlauf des Destillationsverfahrens begünstigt wird, weil die Anreicherung der bezeichneten Komponenten in den beiden Phasen die destiliativc Trennung erleichtert.

Die Anwendbarkeit des crfindungsgemäßen Verfahrens ist über einen erheblichen Zusammensetzungsspielraum des Ausgangsgemischcs gegeben. Eine erfindungsgemäße Trennung ist möglich, wenn das zu trennende Ausgangsgemisch aus 1,6 bis 4 Gewichlsteilcn Wasser zu 1 Teil organischer Phase besteht, die eine Zusammensetzung von 55 bis ^l)0 Gew.⁰·« Äthylacetat, 9 bis 34 Gew."'« Äthanol und jeweils 0 bis 6 Gew."» Aceton und Toluol aufweist.

In Fortführung des Erfindungsgedankens ist vorccschcn. daß man das in beiden Phasen enthaltene Aceton in beiden Kolonnen zusammen mit den Azeotropgcmischcn übergehen läßt, in den Rücklaufkondcnsatoren beider Kolonnen nicht.kondensiert, sondem zusammen mit einem Teil der Azeotropgemische im Dampfzustand einer weiteren Destillationskolonne zuführt und darin als reines Kopfproduki destilliert, während man die im Sumpf dieser Kolonne anfallenden Azeotropgemische über den Mischer in den Abscheider zurückführt. Auch diese zurückgeführten Anteile der Azeotropgemische teilen sich nach Maßgabe des Löslichkeiisvcrhältnisses auf die organische und die wäßrige Phase auf.

Die in den Sümpfen beider Rektifikationskolonnen anfallenden Gemische lassen sich ohne Schwierigkeiten in zwei weitere Kolonnen in die einzelnen Komponenten Äthylacetat/Toluol und Äthanol/Wasser trennen.

Für die gute Durchmischungdes in den Abscheider eintretenden Stoffstromes ist es von Vorteil, wenn das Atisgangsgcmisch gemeinsam mit den zurückgeführten Azeotropgemischen durch den Mischer hindurch dem Abscheider zugeführt wird.

Das Verfahren der Erfindung wird nachfolgend anhand eines I ließbildes und zweier Verfahrensbeispiele näher erläutert. Das Fließbild stellt eine kontinuierlich arbeitende Gegenstromdeslillationsanl.ige dar. in welcher mich dein erfindungsgemäßen Verfahren Gcmische aus AtIn I.icetut. Äthanol. Aceton, Toluol und Wasser getrennt werden.

Das Ausgangsgemiseh gelang! über die leitung I und den Mischer 2 in den l'hasenabscheider 3. llk-t bildet sich eine obere leichtere organische J'Ikim 4. bestehend aus \thylacetat. Äthanol. Aceton, lniiiol und ca. (i Gew." n Wasser, und eine untere wäßrige Phase 5. welche neben Wasser. Äthanol und Aceton auch Anteile an Allylacetat und Toluol aufweist.

Die organische Phase wird durch die Pumpe 6 und den Vorwärmer 7 in die Rektifikationskolonne 8 gefordert. Am Kopf der Kolonne 8 treten ein tertiäres Azeotrop^-misch A thvlacetat-Athanol-Wasser, cn

Aceton aus. wrhei das Äthanol und das Wasser vollständig in den A/eolropgemischen enthalten sind, während ein großer Teil des Athylacetats und das gesamte Toluol im Sumpf zurückbleiben.

Durch die Leitung 9 gelangt der Dampfstroin in ilen Rücklaulkondensator 10. wo er auf 70 C abge- 2j kühlt wird und die beiden Azeotropgemische /um gi.-Hten 'Feil kondensieren. Das aus dem Kückl.iufkondensator 10 austretende aus einem Gemisch der beiden Azeotropic mische bestehende Destillat wird im Rücklaufteiler Il in den Rücklauf und den Pro- ju duktstroni aufgeteilt. Der Rücklauf wird durch die Leitung 12 in die Kolonne zurückgeführt, während der Produktstrom durch die Leitung 13 nach Abkühlung im Wärmetauscher 22 dem Mischer 2 aufgeiicKn und nach intensiver Mischung wieder in den Abscheider 3 zurückgeführt wird. Im Abscheider geht infolge der Löslichkeitsvcrhältnisse ein größerer Anteil des Äthylacetats in die organisch" Phase 4 und da* Äthanol in die wäßrige Phase 5 über.

Das Aceton und der Anteil der im Rücklaulkondensator 10 nicht kondensierten Azeotropgemische werden im Dampfzustand durch die Leitung 14 in die Kolonne 15 geleitet. Am rsopt dieser Kolonne tritt reines Aceton aus. welches durch die Leitung 16, den RücklaufkondcnsaUT 17 und den Rücklaufteiler 18 zum Teil als Rücklauf in die Kolonne 15 zurückgeführt wird und zum anderen Teil im Destillatkühlcr 19 abgekühlt und im Behälter 20 gesammelt wird. Das aus den A/eotropgemischcn bestehende Sumpfprodukl der Kolonne 15 wird durch die Leitung 21 nach Abkühlung im Wärmetauscher 22 wieder dem Mischer 2 zugeführt.

Im Sumpf der Kolonne 8 wird ein aus Äthylacetat und Toluol bestehendes Cicmisch erhalten. Dieses wird von der Pumpe 23 in die Kolonne 24 gefördert. Hier fällt als leichtsiedendes Kopfprodukt das Äthylacetat an. das nach der Kondensiening >m Rücklaufkondensator 25 durch den Rücklaufteiler 26 zum Teil als Rücklauf in die Kolonne 24 zurückgeleitet und zum Teil als Reinprodukt nach Temperaturhcrabsetz.ung im Destillatkühler 27 im Behälter 28 gesammelt wird. Als Sumpfprodukt der Kolonne 24 fällt das Toluo! .,·.;. welches nach Abkühlung im Wärmetauscher 29 im Behälter 30 gesammelt wird.

Die wäünge Phase 5 wird aus dem unteren Teil des Phasenabscaeiders 3 durch die Pumpe 3! abgepumpt, im Vorwärmer 32 auf Siedetemperatur erhitzt und in den mittleren Teil der Rektifikationskolonne 33 einge.prühl. über den Kopf der Kolonne entweicht das Allylacetat vollständig als Komponente der Azeotropgemische. während im Sumpf Äthanol Wasser und Spuren von Toluol zurückbleiben. Das über Kopf entweichende Aceton kondensiert nicht in dein Rücklatifkondensaioi 34. welcher über dem Siedepunkt des Acetons ,irbeitet. und wird als Danipl durch die Leitung 35 in die Kolonne 15 geleitet, wr es wie beschrieben als Reinprodukt über Kopf abgeführt wird.

Die im Rückliiufkondcnsatnr 34 kondensierter Azeotmpgeniische werden durch den Rücklaufteilei 36 teilweise als Rucklauf in die Kolonne 33 zurück-'-■efiihrt und teilweise durch die Leitung 37 und der I>es;illatkiihler 38 wieder dem Mischer 2 zugeführt Als Sunipfprodukt der Kolonne 33 fällt ein Gemisch .ms Wasser und Äthanol mit Spuren von 'loluol an welches durch die Pumpe 39 in die Rcklilikations-ί.!!..nii,. jn ge'ivder! v.irt!. !.>■>»■. Kopfpriv.!»!·.! de! Kolonne 40 besteht aus Äthanol und Spuren von Toluol. Der Dampfslroni der Kolonne 40 wird irr Rücklaufkondensator 41 kondensiert und teilweise zurückgeführt, während der Rest im Desiillatkiihlei 42 abgekühlt und im Sammelbehälter 43 ,lufgelanger wird. Im Sumpf der Kolonne 40 lallt das Wasser an welches im Wärmetauscher 44 abgekühlt und duicl die I ellung 45 abgeführt wird.

Beispiel 1

F.in aus einer Adsorptionsanlage einer Verpakkungsdruckerci anfallendes Gemisch bestand au« SOO kg h organische Phase und 2tK)O kg:Ii kondensierten Wasserdampf. Die organische Phase diese« Ausgangsgemisches hatte die nach folgende Zusammensetzung (alle nachfolgenden Prozent-Angaben ir Gew." 1.):

Äthylacetat 488 kg h - 61 "Ό

Äthanol 240 kg.'h 30"«
Aceton 3d kg-'h — 4.5" «

Toluol 36kgh-- 4.5"..

Das Ausgangsgemisch von 2800 kg h winde zusammen mit etwa 400 kg/h Kopiprodukt tier Kolonne 8. bestehend aus dem terniiren Azeotropgemisch Äthylacctat-Äthanol-Wasser und dem binären Azcotropgemisch Äthylacetat-Wasser, und mit etwa 217 kg.'h Kopfprodukt der Kolonne 33. bestehend aus einem Gemisch derselben AzeotropgemiscK·. intensiv im Mischer 2 gemisch! und dem Phascnabschcider 3 zugeleitet.

Das Gemisch teilte sich im Phasenabscheider * in die organische Phase 4 und die wäßrige Phase a, welche bei 40 C etwa die nachfolgenden Zusammensetzungen aufwiesen.

Organische Phase:
Äthylacetat
Äthanol
Aceton
Toluol
Wasser

WLßrige Phase:
Äthylacetat
Äthanol
Aceton
Toluol
Wasser

86.52» 0

3.75" ο
1.41",,.
2 M": β
4.41 »ο

6.78 «-ο
10.1 8» ο

0,203 »β
81,83·/.

944 k.: Ii der organischen Phase 4 wurden in die Kolonne 8 geleitel AK Kopfprodukt dieser Kolonne fielen .>ei etwa 70.5 C 400 kg h der Azeotropgeniisehe und 26 kg h Aceton an Das Aceton wurde wie vor·¹, lieiul beschrieben getrennt und im Behälter 20 gesamsnelt. Das in liner Menge von etwa 51 H kg Ii anfallende Sumpfprodukt dir Kolonne 8 wurde in die Kolonne 24 geleitet und dort hei 77.4 C in ein Kopfprodukt bestellend aus 487,3 kg h Allylacetat mit einem Reinheitsgrad \on größer als ¹W, I' η und ein Sumpfprodukt bestehend aus 3 kg Ii Toluol mit einem Reinheitsgrad von ⁽>'».2" » getrennt.

EiIWii 2467 kg Ii der wiißrigen Phase 5 wurden der Kolonne 33 zugeführt. Am Kopf dieser Kolonne wurden bei 70.5 C etwa 217 kg Ii der Azeotropgemisehe und lOkc h Aceton erhalten. Das Aivtim wurde ebenfalls wie vorstehend beschrieben getrennt und im Bell.ilter 20 gesammelt. Der Reinheitsgrad ties Acetous betrug y. I" 0, dei Rest bestand aus etwa O,6^rl,i W.isscr und 0,3" r, organische Stolfe. Das in einer Menge von etwa 2240 kg h anfallende Sumpfprodukt der Kolonne 33 wurde der Kolonne 40 zugeführt Am Kopf der Kolonne 40 fielen bei 7S.4 C" etwa 244.fi kg h Äthanol in einem Reinheitsgrad von ¹^.5" 11 .m (5.7" η Wasser, der Rest organische Slotle). is. Das aus dem Sumpf der Kolonne 40 in einer Menge von I¹Wi kg h austretende Wasser besaß einen Reinheitsgrad von über '■>'>.(■>" n.

Beispiel 2

Fin wiederum aus einer Adsorptionsanlage einer Vcrpaekungsdruekerei in einer Menge von 2800 kg h anfallendes Gemisch ujt Zusammensetzung 800 kg,h organische Phase und 2000 kg h kondensierter Wasserdampf besaß bezüglich der organischen Phase die nachfolgende Zusammensetzung:

Allylacetat 6HR kg h 86" ,,

Äthanol SO '„gh 10" „

Aceton 16 kg Ii 2" »

Toluol 16 kg h = 2" »

Dieses Ausgangsgcmisch wurde zusammen mit etwa 5O8kg.h Kopfprodukt der Kolonne 8 und 165 kg h Kopfprodukl der Kolonne 33. bestehend jeweils aus einem Gemisch der im Beispiel I angegebenen Azcotropgcmische. im Mischer 2 intensiv gemischt und dem Phascnahschtider 3 zugeleitet.

I 'im) kg h der im Phascnahseheidcr 3 gebildeten orgarüschc;; Phase würden ίπ uic Kolonne S geleitet. Mit Ausnahme des Acetous wurde das Kopfprodukt der Kolonne 8 zum Mischer 2 zurückgeführt. Das in einer Menge von etwa 702 kg h aus der Kolonne 8 anfallende Sumpfprodukt wurde der Kolonne 24 zugeführt. Am Kopf der Kolonne 24 fielen etwa 6¹K) kg h Athylacstat mit einem Reinheitsgrad von 'W.4" <i an. Als Sumpfprodukt wurden etwa lOkgh Toluol mit einem Reinheitsgrad von ''^,2⁰H erhalten.

2240 kg h der wäßrigen Phase wurden in der Kolonne 33 destilliert, wobei über Kopf etwa 165 kg h der Azcotropgemischc und 10 kg'h Aceton entwichen. Das Sumpfprodukt der Kolonne 33 gelangte in einer Menge von 2080 kg h in die Kolonne 40, aus der als Kopfprodukt Äthanol mit etwa 6.5" « Wasser und 1,5'¹O Toluol einfielen. Das Wasser aus dem Sumpf der Kolonne 40 hatte den im Beispiel I aufgeführten Reinheitsgrad.

Claims

i
Patentanspruch:

Verfahren zur destillativen Trennung eines Mehrstoffgemisches, bestehend aus 1,6 bis 4 Gewichtsteilen Wasser und einem Gewichtsteil organischer Phase, die eine Zusammensetzung von 55 bis 90 Gew.% Äthylacetat, 9 bis 34 Gew.% Äthanol und jeweils 0 bis 6 Gew.% Aceton und Toluol aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ausgangsgemisch in einem Abscheider in eine organische und eine wässrige Phase zerlegt, beide Phasen in zwei Kolonnen getrennt rektifiziert, als Kopfprodukt beider Kolonnen die Azeotropgemische Äthylacetat-Äthanol-Wasser und Äthylacetat-Wasser destilliert, bei der Destillation der organischen Phase das Äthanol und Wasser vollständig in den Azeotropgemischen übergehen läßt und einen Teil des Äthylacetats und das Toluol im Sumpf zurückbehält, bei der Destillation der wässrigen Phase das Äthylacetat in den Azeotropgemischen übergehen läßt und den überwiegenden Anteil an Äthanol und Wasser im Sumpf zurückbehält, daß die in den Sümpfen beider Rektifikationskolonnen anfallenden Gemische in zwei weiteren Kolonnen in die einzelnen Komponenten Äthylacetat/Toluol und Äthanol/Wasser getrennt werden, daß man die Destillate beider Kolonnen zurückführt und gemeinsam mit dem Ausgangsgemisch über einen Mischer dem Abscheider zuführt, und daQ man die Temperatur im Abscheider zwischen 20 und 45°C hai;, wobei man gegebenenfalls das in beiden Phasen enthaltenen Aceton in beiden Kolonnen zusammen mit den Azeotropgemischen übergehen läßt, in den Rücklaufkondensatoren nicht kondensiert, sondern zusammen mit einem Teil der Azeotropgemische im Dampfzustand einer weiteren Destillationskolonne zuführt und darin als reines Kopfprodukt destilliert, während man die im Sumpf dieser Kolonne anfallende Azoetropgemische über den Mischer in den Abscheider zurückführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen