-
Verfahren zur Konzentrierung von Alkoholen, insbesondere Äthylalkohol
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konzentrierung von Alkoholen, .insbesondere
Äthylalkohol, oder anderen organischen Flüssigkeiten, die mit Wasser einen Minimumsiedepunkt
bilden, aus ihren wässerigenLösungen :durch Destillation mit einer Zusatzflüssigkeit,
wobei die Dämpfe der Rektifizierkolonne in eine azeotropisch arbeitende Kolonne
unten eintreten, um hier noch weiter vom Wasser befreit zu werden. Die größte Bedeutung
hat die Erfindung für die Herstellung von hochgradigem Äthylalkohol direkt aus stark
verdünnten, wässerigen. Lösungen (Maische). In zweiter Linie kann das Verfahren
nach,der Erfindung bei solchen Flüssigkeiten angewendet werden, die sich durch einfache
Rektifikation nicht entwässern lassen, weil sie in Wasser leicht löslich sind und
bei derDestillatio@n mit, diesem einen Minimu@msiedepunkt bilden, wie z. B. Isopropyl-
oder Propylalkohol, Glykolchlorhydrin u. a.
-
Bei der großen Bedeutung der Erfindung für die direkte Erzeugung von
hochgradigem Äthylalkohol aus Maische, sei im folgenden das Verfahren in seiner
Anwendung auf die Konzentration äthylalkoholhaltiger, wässeriger Lösungen (z. B.
Maischen) beschrieben. Eine Übertragung auf die anderen obergenannten Flüssigkeiten,
die mit Wasser einen Minimumsiedepunkt bilden, ist bei Beachtung des besonderen
Verhaltens dieser Flüssigkeiten bei ,der .azeotropischen Destillation für den Fachmann
leicht.
-
Die bekannten Verfahren zur Entwässerung vonAlkoholendurch azeotropische
Destillation haben bisher lediglich auf bereits vorkonzentrierten Alkohol (etwa
85 bis 95 Gewichtsprozent) Anwendung gefunden. Bei diesen wird der wasserhaltige
Spiritus in das obere Drittel der Entwässerungskolonne eingeführt und am Fuße der
absolute Alkohol abgezogen. Diese Verfahren wenden aber unwirtschaftlich und sogar
technisch unbrauchbar, sobald die Gradigkeit des zu entwässernden Alkohols unter
eine bestimmte Grenze (etwa 75 Gewichtsprozent) sinkt. Dies erklärt sich daraus,
daß jedes azeotropische Destillat nur eine -ganz bestimmte Menge Wasser aufnehmen
kann und dabei eine gewisse Menge Alkohol mitnimmt. Ist die Gradigkeit des Ausgangsproduktes
gleich der Gradigkeit des im azeotropischen Destillat enthaltenen wässerigen Alkohols,
so geht der gesamte der Entwässerungskolonne zugeführte wässerige Spiritus in das
Destillat über und die Ausbeute an wasserfreiem Alkohol wird gleich Null.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren
zur direkten Entwässerung von solchem eine beträchtliche Menge Wasser enthaltenden
verdünnten Alkohol oder von Maischen unter gleichzeitiger Anwendung der gewöhnlichen
und
derazeotropischenDestillation in ein und derselben Kolonne mit
Hilfe einer gemeinsamen Beheizung, wobei nur der zur Entge;stung der Maischen .erforderliche
Dampf gebraucht und in einem Zuge ein mehr als 95 gewichtsprozentiger Alkohol gewonnen
wird, -der dann in bekannter Weise vollständig entwässert werden kann.
-
Zur Ausführung der Erfindung (Abb. i) verwendet man eine gewöhnliche
Rektifizierkolonne i, die in bekannter Weise eine Entgeistungszone (Zone i) .und
eine Zone zur Konzentration des Alkohols bis auf 85 bis 95 Gewichtsprozent (Zone
2) besitzt. Erfindungsgemäß schließt sich hier ein weiterer Kolonnenbeil (Zone 3)
@d'irekt an, in dem eine Zusatzflüssigkeit, z. B. Benzol, Benzin u. dgl., oder ein
Gemisch von. Zusatzflüssigkeiten arbeitet, so daß in dieser obersten Zone 3 eine
azeotropische Destillation stattfindet. In dieser Zone nimmt die Menge der Zusatzflüssigkeit
auf jedem Boden von oben nach unten ab, während die Gradigkeit des Alkohols auf
einigen Böden zwischen den Zonen 2 und 3 von unten nach oben bis auf 96,o bis 99,o
Gewichtsprozent zunimmt, d. h. über die Konzentration des konstant siedenden Alkohol-Wasser-Gemisches
(95 Gewichtsprozent) hinausgeht.
-
Die dabei erreichte Gradigkeit hängt ab von -dem im unteren Teil der
Kolonne zur Entgeistung der Maischen aufgewendeten Dampf und der Menge an Zusatzflüssigkeit,
die auf den unteren Böden der Zone 3 jeweils arbeitet.
-
Im obersten Teil der Zone 3 bilden sich Dämpfe, deren Zusammensetzung
ungefähr dem äzeotrop-ischen Gemisch Wasser-Alkohol-Zusatzflüssigkeit entspricht.
Diese Dämpfe werden im Kondensator 4 kondensiert und einem Scheidegefäß zugeführt.
Die wasserun:d alkoholreiche Schicht fließt aus diesem kontinuierlich durch die
Leitung 8 in den Teil derHauptkolonne zurück,wo.derAllcoholgehalt der siedenden
Flüssigkeit etwa dem dieser Schicht entspricht.
-
Die an Zusatzflüssigkeit reiche Schicht wird in den oberen Teil der
Hauptkolonne durch -di.e Leitung 7 zurückgeführt. Es wird also aus der Kolonne i
nicht nur am Fuß, sondern auch am Kopf Wasser entfernt, während der sehr hochgradige
Alkohol aus dem unteren Teil der Zone 3 durch die Leitung 9 abgezogen wird. Das
erscheint auf den ersten Blick widersinnig, erklärt sich aber aus der Tatsache,
daß das Wasser von der Zusatzflüssigkeit schneller in den Kopf der Kolonne gefördert
wird, als es von den Alkoholdämpfen aus dem unteren Teil der Kolonne nachgeführt
wird.
-
Um wasserfreien Alkohol zu erhalten, wird der aus der Hauptkolonne
durch die Leitung 9 abgezogene hochgradige Alkohol, der noch etwas Wasser und eine
gewisse Menge Zusatzflüssigkeit enthält, der mit einer Heizschlange 12 versehenen
Hilfskolonne io zugeführt, wo er durch azeotrop.ische Destillation von seinem Gehalt
an Wasser und Entziehungsflüssigkeit befreit wind.
-
Am Fuße der Nebenkolonne io wird der wasserfreie Alkohol durch die
Leitung 14 abgezogen, während die azeotropisdhen Dämpfe dieser Hilfskolonne teils
den Rückfluß bilden, teils als Destillat durch die Leitung 15 der Hauptkolonne zugeführt
werden.
-
Da .im allgemeinen die Entgeistung der Maische in der Zone 1 mehr
Dampf erfordert als die Rektifikation in .der Zone 2 und die azeotropische Destillation
in der Zone 3 der Hauptkolonne i, so kann die Hilfskolonne io mit einem Teil der
wässerigen Alkoholdämpfe aus der Hauptkolonne durch die Leitung 13 und den Heizkörper
ii ganz oder teilweise beheizt werden. Die im Heizkörper i i kondensierten Dämpfe
kehren .durch die Leitung i3a in die Hauptkolonne zurück. Wenn Maische mit sehr
geringem Alkoholgehalt verarbeitet wird, der einen erhöhten Dampfaufwand erfordert,
ist es ratsam, einen Hilfskondensator 3 über der Zone :2 anzuordnen. Dadurch ist
man in der Lage, die Kühlfläche des Hauptkondensators 4 zu verkleinern, der unter
weniger günstigen Bedingungen arbeitet, insofern, als die Verdampfungswärme des
azeotropischen Gemisches gering und die Temperatur am Kopfe der Hauptkolonne niedriger
ist als die Temperatur des Alkohols aus der Zone 2. Dem Zusatzkondensator 3 wenden
die Dämpfe aus der Hauptkolonne i durch die Leitung 2 zugeführt. Das Kondensrat
kann entweder durch die Leitung 5 in .die Zone 2 oder -durch .die Leitung 6 in die
Zone 3 der Hauptkolonne zurückgeführt wer-,den. Enthält :der Alkohol Verunreinigungen,
so können,diese mit den bei der gewöhnlichen Rektifikation üblichen Mitteln entfernt
werdenoderauch nach .dem Verfahren, die in der deutschen Patentschrift 487 514 beschrieben
sind. Zur Gewinnung von sehr reinem Alkohol ist es zweckmäßig, die Hauptmenge der
Verunreinigungen schon aus der verdünnten, alkoholischen Lösung bzw. der Maische
zu entfernen, bevor sie der Hauptkolonne i zugeführt werden. Man gewinnt dann einen
wasserfreien und praktisch reinen und neutralen Alkohol. Das neue Verfahren kann
ganz,oder teilweise bei einem anderen als atmosphärischen Druck ausgeführt werden.
-
Das Verfahren - wurde bisher - so beschrieben,--zvie es bei der Verwendung
einer einzigen Hauptkolonne zur Ausführung kommt.. Ebenso wie man die Entgeistung
und
Rektifikation in einer Kolonne oder auch in zwei Kolonnen ausführen kann, ohne grundsätzlich
an dem Verfahren der Gewinnung von Spiritus aus Maische etwas zu ändern, so kann
man auch bei der vorliegenden Erfindung die Hauptkolonne in zwei oder mehr Kolonnen
unterteilen, derart, d.aß die Gesamth eit der Kolonnen unter denselben Bedingungen
arbeitet wie eine einzige Kolonne. Das soll an Hand der Abb. 2 gezeigt werden, bei
der die Hauptkolonne i in zwei Kolonnen (ja und ib) zerlegt ist. Die Kolonne ja
dient der Entgeistung der Maische (Zone i) und der Konzentration des Alkohols bis
auf etwa 9o bis 95 % (Zone 2). Die von dem obersten Boden .der Kolonne ja
aufsteigenden Spiritusdämpfe werden dem untersten Boden der Kolonne 1b (Zone 3)
durch das Rohr 2o direkt zugeführt. Die sich am Fuß der Kolonne ib ansammelnde Flüssigkeit
kehrt auf den obersten Boden der Kolonne ja durch die Leitung 2i zurück. Auch bei
dieser Unterteilung der Hauptkolonne i in zwei Kolonnen (ja und Ib) arbeitet das
Verfahren also genau in derselben Weise, wie wenn nur eine Kolonne vorhanden wäre.
-
Der Unterschied zwischen dem neuen Verfahrenund demVerfahrennach Patent
287 897
geht aus folgender Gegenüberstellung hervor: i. Nach Patent 287897
werden die Spiritusdämpfe aus der Kolonne i -dem mittleren Teil der Entwässerungskolonne
II bei f zugeführt, wohingegen die Spiritusdämpfe aus der Kolonie ja in den
Fuß der Kolonne Ib eintreten, also gerade da, wo nach dem Patent 287 897 der absolute
Alkohol abgezogen wird.
-
2. Nach Patent 287 897 wird die am Fuße der Kolonne II sich ansammelnde
Flüssigkeit der Kolonne I nicht wieder zugeführt, sondern als absoluter Alkohol
abgezogen, während bei der Erfindung der am Fuße,der Kolonne Ib anfallende wasserhaltige
Spiritus der Kolonne ja direkt zufließt.
-
3. Im Gegensatz zur Kolonne ib ist die Kolonne II mit einem Heizkörper
g ausgerüstet, welcher der Kolonne II die zur'Entwässerung das Spiritus nötige Wärme
zuführt. Diese zusätzliche Heizung erübrigt sich bei der Kolonne Ib.
-
Es handelt sich also bei dem Patent 2878g7 und bei der vorstehend
beschriebenen Erfin.dung um zwei ganz verschiedene Verfahren.