DE2759845C2

DE2759845C2 - Verfahren zur Aufarbeitung des Fettsäuredestillates einer Harzsäurekolonne im Zuge einer Tallöldestillation

Info

Publication number: DE2759845C2
Application number: DE2759845A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Chem. Dr. 5000 Köln Stage
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1982-02-04

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufarbeitung des Fettsäuredestillates der Harzsäurekolonne im Zuge einer Tallöldestillation.

Das Destillat einer Harzsäurekolonne enthält in der Regel Reste gewisser Vorlaufbestandteile, eine Palmitinsäurefraktion sowie C 18- und C 20-Fettsäuren sowie einen Harzsäureanteil, der in der Harzsäurekolonne nicht abgetrennt werden konnte.

Die bekannten Verfahren der eingangs genannten Art weisen den Nachteil auf, daß zwar die Palmitinsäurefraktion und der Vorlauf als Kopfprodukt anfallen, daß aber die übrigen Fettsäurefraktionen insbesondere C 18- und C 20-Fettsäuren als Sumpfprodukt abgezogen werden müssen. Dieses Sumpfprodukt weist in der Regel Harzsäureverunreinigungen und nicht abgetrennte Palmitinsäurereste auf, die die Qualität des Endproduktes erheblich beeinträchtigen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren liegt darin, daß keine Trennung der wertvollen Fettsäurebestandteile also der C18- und der C20-Fraktion stattfindet bzw. in besonderen Trennstufen durchgeführt werden muß. Aus verwendungstechnischen Gründen geht es aber insbesondere darum, eine besonders reine C 18-Fraktion der Fettsäuren zu erhalten. Dieser Anforderung werden die bekannten Verfahren jedoch nicht oder nur unzureichend gerecht Es müssen in der Regel weitere Fraktionierungen angeschlossen werden, um das Sumpfprodukt weiter zu verarbeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches mit minimalem apparativen Aufwand, und zwar mit einer einzigen Vorlaufkolonne (Palmitinsäurekolonne) und einer Fettsäurekolonne die Erzielung einer C18-Fettsäurefraktion als Kopfprodukt die vollständige Abscheidung der Harzcäure im Sumpfprodukt der Fettsäurekolonne sowie die Abtrennung der C 20- und höherer Fettsäurefraktionen ermöglicht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Destillat der Harzsäurekolonne einer Rieselkolonne zugeführt wird, in welcher der Verlauf und die Palmitinsäurefraktion als Kopfprodukt abgezogen werden, während eine Harzsäure-Fettsäure-Mischfraktion als Sümpfprodukt abgezogen und einer weiteren Kolonne mit Abtriebs- und Verstärkungsteil zugeführt wird, und daß die Einstellung der Trennstufenzahlen Temperatur- und Druckbedingungen in der weiteren Kolonne so vorgenommen wird, daß eine Fettsäure als Kopfprodukt anfällt während eine Harzsäure-Fettsäure-Mischung als Sumpfprodukt aus der weiteren Kolonne abgezogen wird.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß das Kopfprodukt der Rieselkolonne zu einer nahezu vollständigen Abtrennung des Vorlaufes und der Palmitinsäurefraktion führt, während nur geringe Reste der C 18-Fraktion der Fettsäuren darin enthalten sind.

Als Sumpfprodukt der Rieselkolonne werden alle Fettsäuren mit einer C-Zahl von 18 und mehr erfaßt so daß zusammen mit den Harzsäureresten in der weiteren Kolonne eine Aufspaltung in die primär als Produkt gewünschten C 18-Fettsäuren und in ein Sumpfprodukt erfolgt, in welchem sich die Harzsäuren und die schwerer verdampfbaren C 20- und C 22-Fettsäuren sammeln.

Vorzugsweise sind die Abtriebsteile beider Kolonnen mit Fallfilmverdampfern verbunden, die im Zwangsumlauf betrieben werden und mit einer Zirkulationsleitung und einer zugeordneten Zirkulationspumpe an die jeweiligen Kolonnensümpfe angeschlossen sind. Die weitere Kolonne, also die Fettsäurekolonne wird vorzugsweise mit einem Kopfvakuum von 2,666 mbar betrieben, der Verstärkungsteil arbeitet mit einem Rücklauf verhältnis von vorzugsweise 1,5. Die aus dem Verstärkungsteil aufsteigenden Fettsäuredämpfe werden vorzugsweise flüssig über eine Leitung abgezogen und in Destillat, welches in einem Destillatkühler gekühlt wird, sowie Rücklauf geteilt, der wieder auf den oberen Verteilerboden des Verstärkungsteiles gefördert wird.

Die Rieselkolonne wird vorzugsweise mit einem Kopfdruck von 10,66 mbar und einem Sumpfdruck von weniger als 23,94 mbar betrieben, was einer Sumpftemperatur von weniger als 24O⁰C entspricht Der Verstärkungsteil der Palmitinsäurekolonne wird vorzugsweise mit einem Rücklaufverhältnis von 35 betrieben. Die aus dem Verstärkungsteil aufsteigenden Dämpfe haben eine Temperatur von ca. um 207⁰C,

wenn der Kopfdruck 10,66 mbar beträgt

Die Rieselkolonne kann über eine Leitung und Druckregelventil an ein Vakuumsystem angeschlossen werden, welches mit 2,66 mbar betrieben wird. Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß die C 18-Fettsäurefraktion einen extremen Reinheitsgrad hat. Es lassen sich Reinheitsgrade von 98% und mehr erzielen und die Verunreinigungen in Form von Harzsäureresten und Palmitinsäure auf weniger als 2% reduzieren.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels einer Anlage zur Durchführung einer Tallöldestillation in den nachstehenden Figuren veranschaulicht

F i g. 1 veranschaulicht die Entgasungs-, Entwässerungs- und Vorlauf stufe der Tallöldestillation;

F i g. 2 veranschaulicht die Geradeausdestillationsstufe zur Pechabtrennung sowie die erste Kolonne zur Harzsäureabtrennung als Sumpfdestillat;

F i g. 3 veranschaulicht die erfindungsgemäße Riesel-

Gehalt an leichtflüchtigen UV-Bestandteilen Gesamtgehalt an freier C,₆-Fettsäure

Gesamtgehalt an C₁₈/C₂₀-Fettsäure mit überwiegend C₁₈-Fettsäure

Gesamtgehalt an freien Harzsäuren

Gesamtgehalt an pechbildenden Substanzen, wie hochsiedende Ester und hochsiedende UV-Bestandteile

Stündliche Zulaufmenge mit einer
Zulauftemperatur von 80⁰C

kolonne als zweite Kolonne sowie die weitere Kolonne als dritte Kolonne.

Bevor im einzelnen das Fließbild gemäß der F i g. 1 bis 3 beschrieben wird, erfolgen Darlegungen über das aufzuarbeitende Tallöl

Die mittlere Zusammensetzung des aufzuarbeitenden Tallöls bewegt sich etwa um folgende Werte:

Gesamtfettsäuregehalt

in freier Form

Gesamtgehalt an freier

Harzsäure

Gesamtgehalt an gebundenen

Säuren, Unverseifbarem

Wassergehalt

40-60 Gew.-% 30-55 Gew.-%

10-20 Gew.-% 1- 4Gew.-%

Zur Erläuterung des Verfahrens wurde folgende mittlere Zusammensetzung zugrundegelegt:

350	kg/h	= 3,46	Gew.-%
450	kg/h	= 4,37	Gew.-%
4 800	kg/h	= 46,60	Gew.-%
3 400	kg/h	= 33,01	Gew.-%
1000	kg/h	= 9,71	Gew.-%
10 300	kg/h	= 100,00	Gew.-%

Die Gesamtaniage besteht insgesamt aus fünf Hauptstufen neben den erforderlichen Vakuumeinrichtungen, nämlich:

Entgasungs-, Entwässerungs- und Vorlaufstufe, die bei einem Kopfvakuum zwischen 66,65 und 266,6 mbar betrieben wird — und vorzugsweise bei 133,3 mbar gemäß Fließbild mit Treibdampfkondensationstemperatur von 51°C;

Geradeausdestillationsstufe zur Pechabtrennung, die bei einem Kopfdruck zwischen 1333 und 6,665 mbar mit vorzugsweise 2,666 mbar gemäß Fließbild betrieben wird;

der ersten Kolonne zur Harzsäureabtrenmsng als Sumpfdestillr.t, wobei die Kolonne bei einem Kopfdruck zwischen 1,333 und 6,665 mbar, vorzugsweise 2,666 mbar, gemäß Fließbild betrieben wird;

einer zweiten Kolonne zur Gewinnung der Palmhansäurefraktion als Kopfprodukt, die bei einem Kopfdruck zwischen 5,665 und 13,33 mbar, vorzugsweise 10,664 mbar, betrieben wird;

einer dritten Kolonne zur Gewinnung des Hauptfettsäuredestillates als Kopfprodukt und einer Harzsäure-Fettsäuremischung als Sumpfdestillat, die bei einem Kopfdruck zwischen 1333 und ^b0 5,665 mbar, vorzugsweise 2,666 mbar, gemäß Fließbild betrieben wird.

Das mit 60- 100⁰C und vorzugsweise mit 8O⁰C über Zulaufpumpe 1 und Leitung 2 gemäß Fließbild zulaufende Rohtallöl wird zunächst in dem unteren Teil des Kondensators der Geradeausdestillationsstufe durch die Dämpfe der Geradeausstufe indirekt bis auf

45

so

55 eine Temperatur von etwa 160 — 180° C und vorzugsweise 170⁰C vorgewärmt, wobei die Dämpfe der Geradeausstufe zum Teil kondensieren. Die Restkondensation dieser Dämpfe erfolgt mittels des direkt darüber angeordneten, mit Kühlwasser geeigneter Temperatur betriebenen, als sogenannter Kopfkondensator ausgebildeten Kondensator 4. Das im Kondensator bis auf 160-180⁰C und vorzugsweise 170⁰C vorgewärmte Tallöl wird nun über Leitung 5 dem Wärmetauscher 6 zugeführt, in dem es mittels eines geeigneten Heizmediums bis auf 190-210⁰C und vorzugsweise ca. 200⁰C vorgewärmt und oberhalb des Fallfilmverdampfers 7 der Entgasungs-, Entwässerungs- und Vorlaufstufe zugeführt wird. Die weitere Aufheizung bis auf die Ablauf tempera tür von ca. 230⁰C und die Verdampfung des Vorlaufs erfolgt mittels der dem Fallfilmverdampfer zugeführten Wärme und der unterhalb des Fallfilmverdampfers über Leitung 17 zugeführten Treibdampfmenge. Beide werden so bemessen, daß der über dem Fallfilmverdampfer 7 angeordnete Verstärkungsteil 8, dessen Wirksamkeit etwa 6 — 14 und vorzugsweise 10 praktischen Glockenboden zu entsprechen hat und der als Boden-, Füllkörper- oder Rieselkolonne ausgebildet sein kann, mit einem bezogen auf den oberen organischen Destillationsabzug des Scheider» 13 über Leitung 16 mit einem Rücklaufverhältnis von 3 — 8 und vorzugsweise 5 über die Rücklaufleitung 15 der organischen Phase des Scheiders 13 für den Kondensatanfall der im Kondensator 10 und Nachkondensator U niedergeschlagenen Dämpfemenge, die aus dem Kopf der Verstärkungskolonne 8 über die Dämpfeleitung 9 aufsteigt und aus dem Vorlaufanteil sowie Wasserdampf besteht, betrieben wird. Die Evakuierung bis auf einen Kopf druck von 133,3 mbar mit einer Wasserkondensationstemperatur von ca. 51⁰C erfolgt über die

Vakuumleitung 12. Die Leitung 14 ist ein Wasseranschluß für den Ablauf der wässerigen Phase.

Das von den gelösten Gasen, dem Hauptvorlaufanteil sowie dem gelösten Wasser befreite Tallöl wird zusammen mit dem über Leitung 70 in den Sumpf des Fallfilmverdampfers 7 geführten Kreislaufstrom aus den Sümpfen der ersten und dritten Kolonne mit einer Temperatur von 230° C über Leitung 18 mittels der Pumpe 19 dem Entspannungsraum 21 der Geradeausdestillationsstufe, die bei einem Kopf druck von 2,666 mbar arbeitet, unterhalb des Tropfenabscheiders 22 zugeführt, wobei die Entspannung mittels des Regelventils 20 vorgenommen wird, das direkt vor dem Entspannungsraum 21 in Leitung 18 eingebaut ist. Die Hauptverdampfung — d. h. über 90% — erfolgt bei einer so niedrigen Temperatur von maximal 230° C mittels des mit Zwangsumlauf über Leitung 26 und Zirkuiationspumpe 27 betriebenen Fallfilmverdampfers 25, daß Umwandlungen oder gar thermische Zersetzungen auch bei der durch den Zwangsumlauf bedingten mittleren Aufenthaltszeit von unter 15 Minuten mit Sicherheit nicht eintreten können. Der im Fallfilmverdampfer 25 nicht verdampfte Fettsäure-Harzsäure-Anteil wird zusammen mit dem Pech über Leitung 28 und ebenfalls mittels der Zirkulationspumpe 27 dem Kopf der gleichfalls mit dem Entspannungskörper 21 verbundenen Schlußfallfilmverdampfer 29 für einmaligen Durchlauf zugeführt, wobei Flüssigkeit und Dämpfe sich im Gleichstrom nach unten bewegen. Hier erfolgt die Aufheizung des herablaufenden Filmes von 230° C bis auf 255° C, wobei noch ca. 66,7% des im Kopf aufgegebenen Harz- und Fettsäureanteils, der hier 50% der Aufgabemenge ausmacht, verdampfen.

Die Aufenthaltszeit bewegt sich in diesem Fallfilmverdampfer nur in der Größenordnung weniger Sekunden, so daß trotz der höheren Temperaturen hier keine thermischen Schädigungen auftreten können, zumal zur Vermeidung von Wasserabspaltungen unter Anhydridbiidung in den Kopf dieses Verdampfers über Leitung 30 eine geringe Treibdampfmenge gegeben wird, die sich bezogen auf die hier verdampfte Harz- und Fettsäuremenge in der Größenordnung von 0,2%-036%, vorzugsweise 0,29%, bzw. bezogen auf die abzuziehende Pechmenge um 0,15—0,25%, vorzugsweise 0,2% bewegt

Dabei verringert sich die Flüssigkeitsbelastung von 100% am Kopf auf nur 66,7% am unteren Ende. Der aus dem Pech und einer geringen Harz- sowie Fettsäuremenge bestehende Rückstandsanteil wird über Leitung 31 und RDckstandskflhler 32 abgezogen.

Der in den Entspannungsraum 21 eingebaute Tropfenabscheider 22 sorgt dafür, daß die in den Kondensator 3 and 4 gelangender. Dämpfe keine Pechanteile als Tröpfchen mitgerissen enthalten. Der Vakuumanschhiß oberhalb der beiden Kondensatoren 3 und 4 erfolgt Ober die Vakuumleitung 24.

Die im Kondensatorteil 3 und 4 niedergeschlagenen Dämpfe werden flüssig über Leitung 23 mittels der Pumpe 33 der ersten Kolonne mit Verstärkungsteil 34 und Abtriebsteil 35 zugeführt Wegen des erforderlichen geringen Druckverlustes einerseits und der benötigten Trennwirksamkeit andererseits ist hierfür der Einsatz einer Rieselsäule erforderlich, die fiber die Vakuumleitung 37 mit einem Kopfdrude von vorzugsweise 2£66 mbar betrieben wird. Zur Gewährleistung eines geringen Kondensator-Druckverlustes ist dieser als Kopfkondensator 36 ausgebildet Die im Kondensator der ersten Kolonne niedergeschlagenen Roh-Fettsäure dämpfemengen, die einem Rücklaufverhältnis von R= 1,5 entsprechen, werden über Leitung 38 mittels der Pumpe 47 der nachfolgenden zweiten Kolonne zugeführt, während der Rücklauf über Leitung 71 auf den Kopf des Verstärkungsteils 34 der ersten Kolonne gegeben wird.

Die Dämpfeerzeugung im Sumpf 39 der ersten Kolonne erfolgt über den mit Zwangsumlauf mittels Zirkulationsleitung 41 und Zirkulationspumpe 42 betriebenen Fallfilmverdampfer 40. Zur Verhinderung von Wasserabspaltung in Richtung Anhydridbiidung wird hier ebenso wie in den Kopf des Schlußfallfilmverdampfers 29 der Geradeausdestillation in den Kopf des Fallfilmverdampfers 40 eine geringe Treibdampfmenge in der Größenordnung von 0,1 —03% und vorzugsweise 0,2% bezogen auf den Harzsäuredestillationsabzug gegeben. Mittels der gleichen Pumpe 42 wird gleichzeitig ein geringer Harz^Bureanteil flüssig über Leitung 44 in Leitung 70 gegeben und damit dem Sumpf des Fallfilmverdampfers 7 zugeführt. Die Hauptmenge des Harzsäure-Sumpfanfalls wird dampfförmig über Leitung 45 dem Kondensator 46 zugeführt und hier kondensiert, so daß sie anschließend flüssig abgezogen werden kann.

Die über Leitung 38 mit dem flüssigen Destillat der ersten Kolonne gespeiste zweite Kolonne dient zur Abtrennung der Palmitinsäure-Vorlauffraktion als Destillat Diese Kolonne wird mit einem Kopfdruck von 10,664 mbar und einem Sumpfdruck unter 23,994 mbar bei 55 betrieben, dem eine Sumpftemperatur von <240°C entspricht Auch diese Kolonne wird zweckmäßigerweise als Rieselkolonne ausgebildet da der Druckverlust ebenfalls < 1333 mbar betragen solL Füllkörperfüllungen, die hier vom Druckverlust bei entsprechend niedrigem Kopfdruck von z. B. 2,666 mbar möglich wären, haben eine größere Wirksamkeitsabhängigkeit von der Belastung als Rieselkolonnen und sind aus diesem Grunde unzweckmäßig. Die Kolonne wird mit einem Rücklaufverhältnis von Λ=35 betrieben. Die in den Kondensator 50 aus dem Verstärkungsteil 48 aufsteigenden Dämpfe haben eine Temperatur von ca. 207"C, wenn der Kopfdruck 10,664 mbar beträgt

Ober Leitung 51 und Druckregelventil 52 erfolgt der Anschluß an das vorzugsweise bei 2,666 mbar betriebene Vakuumsystem. Die im Kondensator niedergeschlagenen Dämpfe dienen überwiegend über die Leitung 72 als Rücklauf. Die Destillatentnahme erfolgt über Leitung 53 und Destillatkühler 54. An den Sumpfteil dieser Kolonne ist der Fallfilmverdampfer 56 angeschlossen, der über Leitung 57 wie Zirkulationspumpe 58 mit Zwangsumlauf betrieben wird, um zu gewährleisten, daß die Heizflächen stets vollständig mit diesem Flüssigkeitsfüm abgedeckt sind.

Die vom Palmitinsäurevorlauf einschließlich aller leichter siedenden Anteile befreite Roh-Fettsäure wird mittels der Zirkulationspumpe 58 des Fallfilmverdampfers 56 fiber Leitung 59 der dritten Kolonne zur Gewinnung der Fettsäurefraktion als Kopfdestillat und der Harzsäure-Fettsäure-Mischfraktion als Sumpfdestillat zugeführt Sie besteht aus dem Verstärkungsteil 60, dem Abtriebsteil 61 und Kondensator 62 und wird bei einem Kopfvakuum von vorzugsweise 2,666 mbar betrieben, wobei der Anschluß an das Vakuumsystem fiber Leitung 63 erfolgt Die Kolonne wird fiber die Rücklaufleitung 73 vorzugsweise mit einem Rücklaufverhältnis von /?-= 1,5 betrieben. Die aus dem Verstärkungsteil 60 aufsteigenden Fettsäuredampfe werden flüssig fiber Leitung 64 abgezogen und in Destillat, das

im Destillatkühler 65 gekühlt wird, sowie Rücklauf geteilt, der über Leitung 73 wieder auf den oberen Verteilerboden des Verstärkungsteiles 60 gefördert wird.

An das Abtriebsteil 61 dieser Säule schließt sich noch unten der Kolonnensumpf 66 an, der mit dem Fallfilmverdampfer 67 für Zwangsumlauf mit der Zirkulatiosleitung 68 und der Zirkulationspumpe 69 verbunden ist. Da der Sumpfdruck mit Rücksicht auf die thermische Empfindlichkeit der zu verdampfenden, überwiegend mehrfach ungesättigten Fettsäuren und leichten Harzsäuren unter 19,995 mbar liegen sollte mit

einer Sumpftemperatur von <245°C, kommt für diese Säule ebenso wie für die erste Kolonne überhaupt nur eine Rieselsäule in Betracht. Über Leitung 74 wird aus dem Sumpfteil 66 dampfförmig eine Harzsäure-Fettsäuremischung abgezogen und im Kondensator niedergeschlagen, so daß sie dann flüssig vorliegt. Ein kleinerer Anteil wird aus der Zirkulationsleitung 68 des Fallfilmverdampfers 67 über Leitung 70 abgezogen und zusammen mit dem entsprechenden Abzug aus der Zirkulationsleitung 41 über Leitung 44 der ersten Kolonne dem Sumpf des Fallfilmverdampfers zugeführt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufarbeitung des Fettsäuredestillates einer Harzsäurekolonne im Zuge einer TallöldestUlation, dadurch gekennzeichnet, daß das Destillat der Harzsäurekolonne einer Rieselkolonne zugeführt wird, in welcher der Vorlauf und die Palmitinsäurefraktion als Kopfprodukt abgezogen werden, während eine Harzsäure- Fettsäure-Mischfraktion als Sumpfprodukt abgezogen und einer weiteren Kolonne mit Abtriebs- und Verstärkungsteil zugeführt wird, und daß die Einstellung der Trennstufenzahlen Temperatur- und Druckbedingungen in der weiteren Kolonne so is vorgenommen wird, daß eine Fettsäure als Kopfprodukt anfällt, während eine Harzsäure-Fettsäure-Mischung als Sumpfprodukt aus der weiteren Kolonne abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsteile beider Kolonnen mit Fallfilmverdampfern zusammenarbeiten, die im Zwangsumlauf betrieben werden, wobei die zugeordneten Zirkulationsleitungen an die jeweiligen Kolonnensümpfe angeschlossen werden. 2s

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kolonne mit einem Kopfvakuum von 2,666 mbar betrieben wird, wobei der Verstärkungsteil mit einem Rücklaufverhältnis von 1,5 arbeitet

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Verstärkungsteil der weiteren Kolonne aufsteigenden Fettsäuredämpfe flüssig abgezogen werden und in Destillat und Rücklauf aufgeteilt werden, wobei der Rücklauf auf den oberen Verteilerboden des Verstärkungsteils zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rieselkolonne mit einem Kopfdruck von 10,66 mbar und einem Sumpfdruck von weniger als 23,94 mbar, entsprechend einer Sumpftemperatur von weniger als 24O⁰C, betrieben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rieselkolonne mit einem Rücklaufverhältnis von 35 betrieben wird.