DE597122C - Verfahren und Vorrichtung zur Destillation - Google Patents

Description

Sollen Stoffe destilliert werden, die bei der Destillationstemperatur flüssig sind oder sich wie Flüssigkeiten verhalten, so muß zweckmäßig für eine innige Durchmischung des zu destillierenden Gutes Sorge getragen werden. Damit wird erreicht, daß die Destillation beschleunigt wird und daß der Inhalt des Destilliergefäßes an allen Stellen möglichst dieselbe Temperatur erhält, daß also stellenweise Überhitzung des zu destillierenden Gutes nach Möglichkeit vermieden wird, die insbesondere bei den hohen Temperaturen, die z. B. bei der Mineralöldestillation oder bei der Abdestillation von Fettsäuren aus ölen oder Fetten o. dgl. angewendet werden müssen, unerwünschte Zersetzungen hervorrufen kann. Die Durchmischung wird z. B-. dadurch bewirkt, daß Wasserdampf oder Gase, wie Wasserstoff, Kohlensäure u. dgl., durch den

Inhalt des Destilliergefäßes geleitet werden. Man hat auch diese Dämpfe und Gase schon dazu benutzt, um den Inhalt des Destilliergefäßes ständig umzuwälzen. Z. B. wird das zu destillierende Gut nach dem Prinzip der Druckgasflüssigkeitshebung mit Wasserdampf in den Dampfraum des Destilliergefäßes gehoben und darin fein verteilt. Durch das Einleiten von Gasen oder Dämpfen wird gleichzeitig der Teildruck der Destillatdämpfe herabgesetzt. Dadurch erniedrigt sich auch die Destillationstemperatur. Das zu destillierende Gilt wird also, insbesondere wenn die ill Vakuum stattfindet, infolge

der niedrigen Arbeitstemperaturen schonender behandelt, und man erhält bessere Destillationsprodukte.

Andererseits verhindert die Einführung von Wasserdampf, Wasserstoff o. dgl., daß die Destillation unter beliebig hohem Vakuum ausgeführt werden kann. Die Destillatdämpfe für sich können zwar z. B. bei der Mineralöloder Fettsäuredestillation ohne weiteres bei Temperaturen kondensiert werden, bei denen sie nur noch einen Dampfdruck von 1 mm Quecksilbersäule und weniger haben. Die Wasserdampfkondensation ist dagegen von der Temperatur des zur Verfügung stehenden Kühlwassers beherrscht, so daß selbst bei guten Kühlwasserverhältnissen und mit guten Kondensatoren das Vakuum in der Destillationsanlage nicht höher als auf 40 bis 30 mm Quecksilbersäule gebracht werden kann. Führt man in den Destillationsprozeß sehr große Dampfmengeni ein, um einen sehr kleinen Teildruck der Destillatdämpfe zu bekommen, so hat dies den Nachteil, daß das Destillat infolge der Anwesenheit des Dampfes schwer kondensiert bzw. bei der Kondensation Wasserdampf mit einschließt, der dann in Form von Wasser in dem Destillat vorhanden ist. Obgleich die Möglichkeit besteht, durch starke Dampfzugabe den Partialdruck des Destillatdampfes auf ein Minimum zu reduzieren, zieht man es aus diesem und aus wirtschaftlichen Gründen vor, mit etwas höherem Druck und entsprechend kleinerer Dampf-

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menge zu arbeiten. Zwar läßt sich das Vakuum in der Destillationsanlage noch dadurch erhöhen, daß der Wasserdampf, der nach der Kondensation der Destillatdämpfe übrigbleibt, komprimiert wird, bevor er in den Wasserdampfkondensator eintritt. Die Kosten für die Beschaffung und den Betrieb der Kompressionseinrichtung setzen aber auch in diesem Fall der Erhöhung des Vakuums sehr ίο bald eine Grenze, bei deren Überschreitung die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens nicht mehr gegeben ist. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Benutzung von Gasen für die Umwälzung und die Teildruckerniedrigung des zu destillierenden Gutes.

Es ist auch schon bekannt, z. B. Mineralöle ohne Benutzung von Wasserdampf u. dgl. zu destillieren. Diese Arbeitsweise ist so, daß das zu destillierende Gut in dünner Schicht ao im Vakuumraum verteilt wird. Durch die Destillatdampf bildung bei der Destillation tritt eine weitere Zerstäubung des Produktes ein, so daß eine sehr große Verdampfungsoberfläche vorhanden ist. Zur Aufrechterhaltung des Vakuums in der Anlage hat dann die Luftpumpe, da kein Wasserdampf o. dgl. in das Destilliergefäß eingeführt wird, nur die in. die Apparatur durch Undichtigkeiten eindringende Luft und etwa sonst vorhandene bzw. entstandene unkondensierbare Gase abzusaugen. Es ergeben sich jedoch bei dieser Betriebsweise in der Praxis dadurch Schwierigkeiten, daß die Verteilung des zu destillierenden Produktes im Vakuumraum die Anwendung von Flüssigkeitsumwälzpumpen bedingt, die infolge der hohen Temperaturen und des damit verbundenen starken Verschleißes der Stopfbüchsen häufige Betriebsstörungen verursachen. Außerdem ist z. B. in den letzten Stufen der fraktionierten Mineralöldestillation der Rückstand dermaßen zähflüssig, daß das Umpumpen desselben auf Schwierigkeiten stößt.

Nach der Erfindung wird die Destillation bei sehr hohem Vakuum ohne Anwendung von Wasserdampf und ohne Anwendung von Umwälzvorrichtungen mit bewegten Teilen durchgeführt. Erfindungsgemäß wird das zu destillierende Gut in der Destillierblase dadurch in Umlauf gehalten, daß in ein im Destilliergefäß vorgesehenes Steigrohr, das unten in der Flüssigkeit endigt, ein Stoff, -z. B. bei der Mineralöldestillation eine der niedrigsiedenden Fraktionen, eingeführt wird, der bei der Temperatur des zur Verfugung ; stehenden Kühlwassers bereits restlos kondensiert, also einen Dampfdruck von etwa unter 10, z. B. 3 mm Quecksilbersäule und weniger hat. Dieser Stoff wird gleichzeitig so gewählt, daß er beim Eintritt in das Steigrohr ziemlich plötzlich verdampfen kann. Seine Dämpfe reißen das zu destillierende Gut im Steigrohr in die Höhe. Beim Austritt aus der oberen Mündung wird das Gut mehr oder weniger fein verteilt. Es erfolgt also die Abdestillation im wesentlichen nur, während das Gut sich im Dampf raum der Destilliereinrichtung befindet. Über der oberen Mündung des Steigrohres kann in an sich bekannter Weise eine Umlenkvorrichtung vorgesehen werden, die die Verteilung und Zerstäubung begünstigt. Außerdem können im Dampfraum des Destilliergefäßes Einbauten angeordnet sein, die, den Fall des destillierenden Gutes durch den Dampfraum verzögernd, gleichfalls, wie an sich bekannt, zur Förderung der Destillation beitragen.

Erfindungsgemäß kann mit der Destillation auch eine chemische Einwirkung auf das Gut verbunden werden. Z. B. können zwecks Bleichung und Reinigung der Erzeugnisse Stoffe, wie Wasserstoffsuperoxyd, Formaldehyd u. dgl., mit der Umwälzflüssigkeit in das Destilliergefäß eingeleitet werden. Entsteht durch chemische Reaktion hierbei Wasser, so ist dessen Menge doch zu gering, als daß sie die Evakuierung der Anlage und die Kondensation der aus dem Destilliergefäß abziehenden Gase beeinträchtigen könnte. Auch die Anwesenheit geringer Mengen Wasserdampf verhindert also nicht, daß durch die Erfindung die Destillation gewissermaßen unter beliebig hohem Vakuum und ohne wesentliche Mehrausgaben für die Erzeugung und Aufrechterhaltung des Vakuums in der Anlage ausgeführt werden kann. Außerdem wird durch die Erfindung die Frage der Umwälzung des zu destillierenden Gutes ohne jede Störung des Destillationsvorganges zum erstenmal in befriedigender Weise gelöst.

Es ist bekannt, hochsiedenden Mineralölen oder hochsiedenden Mineralölfraktionen leichter siedende Mineralölfraktionen vor der Destillation zuzumischen. Dies geschah ausschließlich zu dem Zweck, durch die Mischung den Siedepunkt der höher siedenden Stoffe herabzusetzen. Der Zusatz der leichter siedenden Fraktionen wurde aber nicht dazu benutzt, das Vakuum im Destilliergefäß zu erhöhen. Im Gegenteil wurde es bei diesem Verfahren für vorteilhaft gehalten, noch Wasserdampf durch das Öl im Destilliergefäß zu leiten. Ist aber Wasserdampf in dem Destilliergefäß zugegen, so ist es allein mit Hilfe von wasser- oder luftgekühlten Kondensatoren nicht mehr möglich, in der Destilliereinrichtung ein hohes Vakuum zu erlangen. Im Destilliergefäß stellt sich vielmehr ein absoluter Druck ein, der gleich dem Dampfdruck des aus dem Kondensator abfließenden Kühlwassers ist; denn erst bei diesem Druck kann der Wasserdampf kondensieren, und es

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ist ohne Zuhilfenahme besonderer Kompressionseinrichtungen nicht möglich, im Destilliergefäß ein höheres Vakuum zu schaffen als im Kondensator. Werden aber die aus dem Destilliergefäß abströmenden Dämpfe komprimiert, so ist, selbst wenn die Kompression erst zwischen dem Mineralöldampfkondensator und dem dahintergeschalteten Wasserdampfkondensator erfolgt, der

ίο Treibdampfverbrauch der Kompressionseinrichtung sehr hoch, und es wird ein derartiger Betrieb unwirtschaftlich, wenn unter hohem Vakuum destilliert werden soll.

In der Abb. ι ist eine für das Verfahren nach der Erfindung geeignete Apparatur dargestellt. Es ist ι ein unter Vakuum stehendes Destilliergefäß, dem durch den Stutzen 2 das zu destillierende Gut zugeführt wird. In dem Gefäß ι befindet sich eine Umwälz vo rrich-

ao rung, bestehend aus einem zylindrischen, oben und unten erweiterten Rohr 3, in das unten eine mit einer Düse versehene Rohrleitung 4 mündet. Oberhalb des Rohres 3 befindet sich eine Umlenkvorrichtung 5, unter welcher noch Einbauten angebracht werden können, über die zwecks weiterer Vergrößerung der Flüssigkeitsoberflächen die behandelte Flüssigkeit geleitet wird, beispielsweise Tassen oder Prallbleche. Der Behälter 1 kann mit einer innenliegenden Heizung, bestehend ^z. B. , aus Heizrohren 6, ausgerüstet sein oder auch von außen beheizt werden. Befindet sich beispielsweise im Destilliergefäß auf 300° C erhitztes Mineralöl, aus dem z. B. die leichter siedenden Fraktionen schon abdestilliert sind und aus dem höher siedende Fraktionen bei dieser Temperatur abdestilliert werden sollen, so wird durch die Rohrleitung 4 ein Leichtöl, das bereits bei 200 ° in Dampf form übergeht, zugeführt. Dieses Öl wird durch eine Pumpe 7 und durch die Leitung 8 in den Erhitzer 9 gefördert und dann so weit erhitzt, daß bei der Entspannung in der an die Rohrleitung anschließenden Düse 10 zum mindesten schon ein erheblicher Teil in Dampfform übergeht. Es kann aber auch die Erhitzung und Verdampfung des Leichtöls erst durch die ' Mischung mit dem in der Destillierblase 1 befindlichen Öl erfolgen. Das in Dampf form übergegangene Leichtöl strömt im Rohr 3 .empor und reißt nach dem Prinzip der Druckgasflüssigkeitshebung das Mineralöl aus dem Destilliergefäß mit, so daß also im Destilliergefäß ein Mineralölkreislauf entsteht. Zwischen dem- Schirm 5 und der Flüssigkeitsoberfläche des Behälters 1 trennen sich die durch die - Rohrleitung 4 eingeführte : Flüssigkeit und ein Teil des der Destillation unterworfenen Stoffes in Dampf form aus dem Mineralölkreislauf ab. Schickt man die aus dem Destillier,gefäß durch die Leitung 11 ab-·.

strömenden Dämpfe nacheinander durch mehrere, z. B. drei oder vier Kondensatoren, so wird es möglich, die Destillatdämpfe getrennt von den als Fördermittel verwendeten Leichtöldämpfen niederzuschlagen. Z. B. erhält man in den ersten beiden Kondensatoren zwei verschiedene Fraktionen der aus dem Mineralöl abdestillierten Kohlenwasserstoffe, während erst in dem oder den folgenden Kondensatoren die Dämpfe der Umwälzflüssigkeit verdichtet werden. Natürlich müssen in den einzelnen Kondensatoren die Kondensationstemperaturen durch geeignete Kühlmittelbedingungen entsprechend eingestellt werden. Man kann also die für die Umwälzung verwendete Flüssigkeit restlos wiedergewinnen und sie erneut in die Destillierblase einführen. Die Luftpumpe der Anlage hat somit durch die Ausschaltung.des Wasserdampfes, der bisher iür die Agitierung und Teildruckerniedrigung erforderlich war, nur die Gasmengen abzusaugen, welche durch Undichtigkeit eingedrungen und nicht kondensierbar sind, so daß es möglich ist, in der Blase einen absoluten Druck von wenigen. ■ Millimetern Quecksilbersäule und weniger aufrechtzuerhalten. Zur Unterstützung der Luftpumpe kann dieser ein Strahlapparat vorgeschaltet werden, der aber auch schon vor oder zwischen den Kondensatoren angeordnet sein kann, dann aber natürlich mit anderen, besser kondensierenden Treibmitteln als Wasserdampf beaufschlagt wird, damit das. günstigste Vakuum in der Anlage aufrechterhalten werden kann.

In Abb. 2 ist eine Destillationsapparatur in etwas geänderter Form" dargestellt, die für eine Arbeitsweise geeignet ist, nach der beispielsweise Mineralöl o. dgl. nacheinander in zwei Blasen destilliert wird, z. B. in der Blase 12 bei 200⁰ und in Blase 13 mit 300⁰. Als Destillationsgefäße können bekannte Einrichtungen verwendet werden, die z. B. mittels der Feuerungen i2_c und I3_C beheizt werden. Da es aber bei den bestehenden Destillieranlagen kaum möglich ist, die Destilliergefäße für einen absoluten Druck von 2 bis 3 mm Quecksilbersäule zu dichten, so erhält erfindungsgemäß die Blase 13 einen Aufbau no 14. Die beidenRäume I3_a und I4_a sind von- . einander durch den Boden i4₆ getrennt,, so daß der Ölumlauf durch die Steigleitung 28 und die Falleitung 29 sich vollzieht. Bei dieser Anordnung kann in der Blase 13 derselbe Druck wie in der Blase 12 aufrechterhalten werden, beispielsweise 30 bis 50 mm Quecksilbersäule, und es kann trotzdem die Destillation in den Dampfraum I4_a unter beliebig höherem Vakuum, z. B. 1 mm Quecksilbersäule und weniger, vor sich gehen. Der „ in der Blase 12 gewonnene Destillatdampf

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wird in die Kondensatoren 15, 16 und 17 geleitet, worin die entsprechenden Fraktionen kondensieren. Die aus der Blase 13 abziehenden Dämpfe gelangen in die Kondensatoren 18, 19 und 20. Diese werden so betrieben, daß in den Kondensatoren 18 und 19 in der Hauptsache diejenigen Dämpfe kondensieren, welche aus dem Inhalt der Destillierblase 13 entstanden sind, wogegen in dem Kondensator 20 das für die Umwälzung verwendete Leichtöl o. dgl. wieder gewonnen wird. Es ist jedoch auch möglich, im Kondensator 20 auch einen Teil des aus dem Inhalt der Blase 13 abgetriebenen Destillates zu kondensieren. In diesem Falle wird die Gesamtmenge oder ein Teil des Kondensates aus 20 wieder in die Destillierblase 13 zurückgeleitet. Z.B. wird ein Teil dieses Kondensates durch die Rohrleitung 21 in einen Behälter geleitet und, falls ao erforderlich, aufgearbeitet. Der Rest wird durch die Leitungen 22 und 24, den Überhitzer 25, die Leitung 26 und die Düse 27 mittels einer Pumpe 23 in den Umwälzer 28 der Destillierblase 13 gefördert. Dort erfolgt die Umwälzung des Blaseninhaltes über den Behälter 14, in dem ein geringerer absoluter Druck vorhanden ist als in der Blase 13. Durch die Rohrleitung 29 fließt die in 14 nicht verdampfte Menge wieder in die beheizte Blase 13 zurück. Das Vakuum im Raum I4_a wird zweckmäßig durch einen Dampfstrahlapparat 30 aufrechterhalten, dessen Treibdampf in den Kondensator 31 gelangt. In diesem Kondensator wird der Dampf niedergeschlagen, und gleichzeitig werden darin auch die unkondensierbaren Gase und Dämpfe vollends gekühlt, die der Strahlapparat aus der Destillationsanlage absaugt. Die Rohrleitung 32 führt zu einer Luftpumpe, welche den Kondensator 31 entlüftet. Dem gleichen oder einem zweiten Kondensator können die in 15, 16, 17 nicht kondensierten Gase und Dämpfe zugeführt werden, die aus dem Destillationsvorgang in der Blase 12 anfallen. Dazu gehört natürlich auch der Destillierdampf, wenn die Destillation in der Blase 12 als Wasserdampfdestillation und nicht nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ausgeführt wird. Das zu behandelnde öl wird dem Destilliergefäß 12 durch die Leitung 33 ständig oder zeitweise in bemessenen Mengen zugeführt. Aus dem Destilliergefäß 12 tritt es, nachdem die gewünschten Fraktionen abdestilliert sind, durch die mit Absperr- oder Regelorganen ausgestattete Leitung 34 ständig oder chargenweise in das Gefäß 13 über. Aus diesem wird der Destillationsrückstand in bekannter Weise entfernt.

Natürlich können nach dem Verfahren gemaß der Erfindung auch Anlagen mit mehr als zwei Destilliergefäßen betrieben werden.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Destillation von Stoffen, die bei der Destillationstemperatür flüssig sind oder sich wie Flüssigkeiten verhalten, in Gegenwart von leichter siedenden Stoffen mit oder ohne gleichzeitige Durchführung chemischer Reaktionen, dadurch gekennzeichnet, daß die in den unter hohem Vakuum vor sich gehenden Destillationsvorgang einzuführenden leichter siedenden Stoffe so gewählt werden, daß sie ohne zwischengeschaltete Kompression in wasser- oder luftgekühlten Kondensatoren unter hohem Vakuum, z. B. 3 mm Hg-Säule und weniger, kondensiert werden können, wobei diese Stoffe als Treibmittel in das Steigrohr einer im Destilliergefäß angeordneten, an sich bekannten Druckgasflüssigkeitshebung in der Weise eingeleitet werden, daß sie dabei verdampfen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Umwälzung verwendete Flüssigkeit vor ihrem Eintritt in die Umwälzvorrichtung erhitzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Umwälzung verwendete Stoff durch eine oder mehrere Düsen in den Umwälzer geleitet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung oder teilweise Verdampfung der für die Umwälzung verwendeten Stoffe in der Düse bzw. den Düsen erfolgt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei der Destillation von Mineralölen oder Mineralölrückständen unter Mitverwendung bekannter Destilliereinrichtungen die zu destillierenden Stoffe durch zwei durch den Umwälzer verbundene Räume (i3_a und 14J umgewälzt werden, so daß sie in dem einen Raum (i3_a) erhitzt und in dem anderen Raum (i4_a), der unter höherem Vakuum steht als der erste Raum (i3_a)j der Destillation unterworfen werden. no
6. 6. Verfahren nach Anspruch r bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu destillierenden Stoffe nacheinander in mehreren Destilliergefäßen behandelt werden, von denen nur ein Teil, nämlich die für die Abdestillation der höchstsiedenden Fraktionen bestimmten, nach dem Verfahren gemäß der Erfindung betrieben werden.
7. 7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 5 und 6, gekennzeichnet durch ein beheizbares Gefäß (i3_s), ein Destilliergefäß (i4_a) und eine

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   an ihrem unteren Ende mit einer Düse (27) ausgestattete Steigleitung (28), durch die das zu destillierende Gut aus dem beheizbaren Raum (i3_a) in den Destillierraum (14J gehoben wird.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zu destillierenden Stoffe aus dem Destillierraum (14J in den Erhitzungsraum (i3_a) durch eine Leitung zurückgeführt werden, die genügend weit in die Flüssigkeit im Erhitzungsraum (13J eintaucht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen