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Verfahren zurn kontinuierlichen Gewinnen von hochgrädigen Alkoholen,
insbesondere Äthylalkohol Es ist bekannt, daß wäßriger Alkohol mit 96 Gewichtsprozent
Alkoholgehalt unter gewöhnlichen Umständen bei der Destillation Dämpfe ergibt, die
die gleiche Zusammensetzung haben wie die Flüssigkeit. Man weiß ferner, daß der
Zusatz leicht flüchtiger Substanzen, die sich mit Alkohol mischen, mit Wasser dagegen
nicht, bei der Verdampfung insofern Änderungen herbeiführt, als die sich ergebenden
Dämpfe reicher an Wasser sind als die zurückbleibende Flüssigkeit. Daher hat man
schon vorgeschlagen, von dieser Tatsache in einem kontinuierlichen Verfahren dadurch
Gebrauch zu machen, daß man dem wäßrigen Alkohol Benzol zusetzt und die Destillation
derart führt, daß iooprozentiger Alkohol in der Destillationskolonne zurückbleibt,
während ein Dampfgemisch aus Wasser, Alkohol und Benzol. aus der Kolonne entweicht.
Dieses Dampfgemisch sollte dann kondensiert und von dem zwei Schichten bildenden
Kondensat die obere, im wesentlichen aus Benzol bestehende Schicht der Kolonne zugeführt
werden, während die im wesentlichen aus wäßrigem Alkohol bestehende untere Schicht
für sich destilliert, einer anderen Kolonne zugeführt und dort auf eine größere
Alkoholkonzentration gebracht werden sollte.
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Dieses Verfahren arbeitet aber insofern nicht ganz exakt, als hierbei
eine scharfe Scheidung der innerhalb des Apparates zirkulierenden drei Bestandteile
(Wasser, Alkohol und Zusatzflüssigkeit, z. B. Benzol) nicht möglich ist.
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Es genügt nämlich nicht, aus dem Scheidegefäß, in dem sich das Kondensat
aus dem ternären Dampfgemisch in zwei Schichten scheidet ' diese Schichten
ohne weiteres wieder in die beiden Kolonnen zurückzuführen, da sowohl die Schicht,
die das Zusatzmittel, also z. B. Benzol, enthalt, Alkohol und Wasser führt, wie
umgekehrt die Alkoholschicht Benzol enthält, so daß dadurch unkontrollierbare und
nicht regulierbare Mengen des Zusatzmittels in die eine wie in die ändere Kolonne
eingeführt werden. Es gelingt infolgedessen auch nicht, mit diesem Verfahren im
kontinuierlichen, fast automatischen Betriebe wirklich reinen Alkohol zu erhalten.
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Das vorliegende Verfahren arbeitet demgegenüber derart, daß eine Hauptkolonne
und zwei Hilf skolonnen vorgesehen sind, die so betrieben werden, daß in der Hauptkolonne
der reine Alkohol, in der einen Hilfskolonne das Wasser und in einer zweiten Hilfskolonne
das reine Zusatzmittel abgeschieden wird, während aus allen drei Kolonnen ein gleichmäßig
zusammengesetztes ternäres Dampfgemisch abgezogen wird. Die Kondensate dieses Dampfgemisches
werden vereinigt, durch Zusatz von Wasser in eine alkoholische und eine Zusatzmittelschicht
geschieden und diese Schichten für sich rektifiziert, so daß einmal
das
Waspgv und. d,#s, andere Mal das Zusatzmittel übrigbleibt, während immer wieder
das te,rnire Dampfgemisch entweicht.
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Das im folgenden an Hand einer Ausführungsform zu erläuternde Verfahren
wird kontinuierlich durchgeführt, und zwar gehen die Destillationsvorgänge, die
Kondensationen und die Zerlegungen der im System zirkulierenden Flüssigkeit gleichzeitig
vor sich.
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Abb. i stellt eine schematische Darstellung des Apparatesystems dar
Abb.:2 einen' Senkrechten Schnitt durch eines der Meßgefäße, Abb. 3 einen
Schnitt durch einen Teil der Destillationskolonne.
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Als Aufgabe für das Verfahren möge die Gewinnung von absolutem Alkohol
aus wäßrigem, beispielsweise 95prozentigem Alkohol angenommen werden. Der 95prozentige
Alkohol wird kontinuierlich aus dem Behälter i eingeführt. Mit der Einführung des
Alkohols wird begonnen, sobald eine gewisse Menge der Zusatzfliissigkeit, in diesem
Falle z. B. Ätl-iylacetat, im Apparat zirkuliert, nachdem diese zu Beginn des Verfahrens
dem Gefäße ja zugeführt worden ist. Die Menge Äthylacetat ist so bemessen, daß während
des '\Terfahrensganges sich in dem ganzen Apparatsystem etwa die gleichen Mengen
95Prozentigen Alkohols und Äthylacetat befinden. Während des ganzen Verfahrens fließt
ständig ein konstant siedendes Gemisch von etwa 83 04 Äthylacetat,
9 '/, Äthylalkohol und 8 %
Wasser aus den drei Einlaßleitungen in das
Gefäß ja ein und geht von dort durch das Meßgefäß 2 zu einer Mischschlange 4, in
der das konstant siedende Gemisch einen Wasserzusatz aus dem Wassergefäß
5 über das Meßgefäß 6 und die Leitung 7 erhält. Die beiden
Meßgefäße 2 und 6 bestehen in ihren wirkenden Teilen aus einem zentral angebrachten
Zuleitungsrohr 8, das an seinem oberen Ende mit einem Behälter
9 versehen ist. Aus dem Behälter 9 führen seitlich heraus zwei Entleerungstüllen
ii, die die Flüssigkeit aus dem Behälter 9 in den Behälter 6 entleeren,
von wo die Flüssigkeit in den Entleerungszylinder i?" der das zentrale Einlaßrohr
8 umgibt, überfließt. Dieser Entleerungszylinder 12, hat nahe an seinem oberen
Rande einen Schlitz 13, der als Überlauf für die aus dem Meßgefäß kommende Flüssigkeit
dient und mit einer Skala versehen ist, so daß dauernd die Höhe der Flüssigkeit
von dem unteren Rand des Schlitzes bis zur Oberfläche der Flüssigkeit abgemessen
und damit eine genaue Kontrolle des Flüssigkeitsdurchflusses bewirkt werden kann.
Die Flüssigkeitszufuhr wird durch Hähne so reguliert, daß in der Zeiteinbeit etwa
gleiche Flüssigkeitsmengen durch die Meßzefäße hindurchfließen. Von der Mischschlange
gelangen die gemischten Flüssigkeiten zu einem Absetzgefäß 15, wo die Flüssigkeit
sich in zwei Schichten scheidet, deren obere Schicht 16 etwa 95'/" Äthylacetat,
511, '/, Wasser und 1 0/" Äthylalkohol enthält, während die untere
Schicht 17 etwa 8'/" Äthylacetat, 86 '/" Wasser und 6 11/# Äthylalkohol
aufweist. Diese Zusammensetzung kann natürliche in gewissen Grenzen schwanken. Die
obere Schicht 16 wird dann durch ein Rohr 18 seitlich in die Kolonne ig eingeführt.
Die Kolonne ig besteht, wie üblich, aus einer größeren Anzahl von übereinander angeordneten
Flüssigkeitstellern 2o, die mit Flüssigkeit bedeckt sind und mit Überläufen 21 versehen
sind. Die Dämpfe steigen in dem mittleren zylindrischen Stutzen -23 auf, welche
durch in die Flüssigkeit eintauchende Kappen 2,2 abgedeckt sind. Die Kolonne ig
wird indirekt mit Dampf beheizt, und zwar mittels einer Heizeinrichtung :24 am Boden
der Kolonne. Die in der Zeichnung dargestellte Heizeinrichtung besteht aus zwei
Böden 2,5,
26, in die Siederohre:27 eingebaut sind. Diese werden durch
den bei :28 eintretenden und bei :29 entweichenden Dampf beheizt. Am unteren
Ende ist ein Ablaßhahn 30 für das hier austretende iooprozentige Äthylacetat
vorgesehen. 31 ist ein Schauglas, das durch eine wieder in die Kolonne zurückführende
Leitung 32 belüftet wird. 33 ist der Ablaßhahn für die Entnahme des
Äthylacetats. Bei der Beheizung wird das untere Ende der Kolonne ig auf eine Temperatur
von etwa 770 C gebracht, während das obere Ende derselben Kolonne auf einer
Temperatur von annähernd 7C C gehalten wird. Aus dem oberen Ende der Kolonne
tritt ein Dampfgemisch von Äthvlacetat, Wasser und Alkohol durch das Rohr 34 in
den Dephlegmator 35 aus. Letzterer hat Wasserkühlung durch die Rohre
36, 37. Die im Dephlegmator kondensierte Flüssigkeit geht durch das Rohr
38 in die Kolonne ig zurück. Die im Dephlegniator 35 nicht kondensierten
Dämpfe von Äthylacetat, Alkohol und Wasser gelangen durch das Rohr 39 zu
einem Kühler 40, der vermittels der Rohre 41, 42, Wasserkühlung hat. Die im Kühler
kondensierte Flüssigkeit passiert ein durch das Rohr 44 belüftetes Schauglas 43.
An das Schauglas 43 schließt sich das Ablaufrohr 45 an. Durch dieses Rohr 45 fließt
dauernd eine Flüssigkeit aus etwa 83 '/, Äthylacetat, 8 'J" Wasser
und 9 % Alkohol dem Gefäß ja zu.
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Die untere Schicht 17 im Gefäß 15 wird durch das Rohr 46 der Kolonne
47 zugeführt, die ebenso konstruiert ist wie die Kolonne ig, nur daß sie vermittels
eines mit Perforation versehenen Dampfeinlaßrohres 48 mit direktem Dampf beheizt
wird. Durch diese Beheizung wird das untere Ende der Kolonne
47
auf eine Temperatur von annähernd iool gebracht, während das obere Ende der Kolonne
auf ungefähr 710 gehalten wird. Aus dem Boden der Kolonne tritt durch das Auslaßrohr
49 das Wasser aus, während aus dem oberen Ende der Kolonne, die mit einem Dephleginator
5o und einem Kühler 51 verbunden ist, die ebenso wie die analogen Hilfsapparate
der Kolonne ig konstruiert sind, durch das Rohr 52 wiederum dieselbe konstant
siedende Mischung aus 83 Ofo ÄthYlacetat, 8 '/" Wasser und
9 '/" Alkohol in das Gefäß ja eintritt. In der Nähe des oberen Abschlusses
der Kolonne 47, und zwar dort, wo die Kolonnentemperatur etwa 78' C beträgt,
ist ein weiteres Auslaßrohr 53 angeordnet, das dazu dient, den überschüssigen
Äthylalkohol, der im wesentlichen 95prozentig ist, seitlich zu einer dritten Kolonne
54 abzuführen. Diese Kolonne ist, abgesehen von einem weiteren Verbindungsrohr 54a,
im übrigen ebenso konstruiert wie die Kolonne ig. Dieses Verbindungsrohr 5,V, das
seitlich in die Kolonne 54 einmündet, führt auf der anderen Seite zu dem Rohr
33, also unmittelbar zu dem unteren Ende der Kolonne ig, so daß von der letzteren
iooprozentiges Äthylacetat seitlich in die Kolonne 54 eingeleitet werden kann. Mit
dem Rohr 53 ist weiter dann noch ein Zuführungsrohr 53a verbunden, das von
dem Alkoholgefäß i den 95prozentigen Alkohol 1,ontinüierlich dem Apparat zuführt.
Das untere Ende der Kolonne 54 wird auf einer Temperatur von im wesentlichen
78' C gehalten, das obere Ende derselben f
etwa 71'. Am unteren
Ende wird der konzentrierte, z. B. absolute Alkohol durch das Rohr 55 abgezogen.
Das obere Ende der Kolonne 54 ist mit dem Dephlegmator 56 und dem Kühler
57 verbunden. Der Kühler 57 ergibt wieder das konstant siedende Gemisch
aus 83 '/" Äthylacetat, 8 0/, Wasser und g'/,Äthylalkohol, las durch
das Rohr 58 wiederum dein Gefäß ja zugeführt wird. Das Verfahren geht also
derart vor sich, daß einerseits dauernd der wasserhaltige Alkohol zugeführt, andererseits
dauernd absoluter Alkohol, Wasser und iooprozentiges Äthylacetat erhalten werden,
welch letzteres-dauernd im Betriebe zirkuliert.
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Die Mengen Äthylacetat, die durch das Rohr 54a seitlich der Kolonne
54 zugeführt werden, werden so eingestellt, daß die Mengen abso-Ititer Alkohol und
Wasser, die aus dem Apparat entnommen werden, im wesentlichen den Mengen wasserhaltigen
Alkohols entsprechen, die aus den Gefäßen i und 5 dem Apparat zugeführt werden.
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Selbstverständlich kann der Apparat auch für die Konzentration anderer
Alkohole, wie z. B. Propylalkohol, dienen; auch können statt Äthylacetat andere
in Wasser unlösliche, in dem Alkohol aber lösliche Körper verwendet werden, z. B.
Benzol. Bei der Konzentration von Propylalkohol wird zweckmäßig Propylacetat im
Verfahren benutzt.
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Das Verfahren kann auch so durchgeführt werden, daß die in der ersten
Hilfskolonne wiedergewonnene Zusatzflüssigkeit sowie die alkoholreiche Fraktion
aus der zweiten Hilfskolonne direkt der ersten Kolonne wieder zugeführt werden.
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Gegenüber dem erwähnten bekannten Verfahren ergibt sich bei dem vorliegenden
Verfahren der Vorteil, daß die erhaltenen Produkte nicht nur annähernd rein, sondern
völlig rein sind, und daß der Prozeß mit absoluter Sicherheft und Genauigkeit verlänft,
weil man einerseits die Temperatur in den Kolonnen, anderseits die Reinheit der
Produkte dauernd unter Kontrolle hat.