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Verfahren zum Entfernen leichtflüchtigerStoffe aus alkoholhaltigen
Flüssigkeiten durch Destillation Bei der Reinigung von Rohalkohol werden immer zuerst
die leichtflüchtigen Stoffe, insbesondre Aldehyde, entfernt, gleichgültig ob die
Reinigung in unterbrochen oder stetig arbeitenden Apparaten erfolgt. Bei den stetig
arbeitenden Apparaten erfolgt die Entfernung leichtflüchtiger Stoffe durch teilweise
Destillation von Spiritus in einer sog. Vorreinigungskolonne, und zwar nach vorheriger
oder gleichzeitiger Verdünnung mit Wasser. Das Produkt der in der Vorreinigungskolonne
durchgeführten Destillation ist der sog. Vorlauf, welcher sämtliche leichtflüchtige
Stoffre, die im Rohalkohol enthalten waren, in sich aufnehmen muß. Derselbe enthält
außer diesen auch Äthylalkohol und etwas Wasser. In dem Vorlauf soll jedoch möglichst
wenig Äthylalkohol und Wasser enthalten sein. Zu diesem Zwecke bestehen die Vorreinigungskolonnen
aus einer Destillationskolonne, in welcher die leichtflüchtigen Stoffe aus dem Rohalkohc!j.
aüsjekocht werden, und aus einer auf d'15t#tnfäfiQnskolonne ruhenden Verstärkungskolonne,
welche in üblicher Weise mit einem Dephlegmator zur Rücklaufbildung und einem Kondensator
für den Vorlauf ausgerüstet ist.
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In der Verstärkungskolonne erfolgt die Ansammlung der leichtflüchtigen
Stoffe und der Wasserzusatz, und zwar desto mehr, je weniger Vorlauf im Kondensator
gewonnen wird. Man ist bestrebt, wenig Vorlauf zu erzeugen, damit möglichst viel
reiner Alkohol gewonnen wird.
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Die Ansammlung der leichtflüchtigen Stoffe in der Verstärkungskolonne
hat eine Grenze, bei deren Überschreiten eine Ansammlung der leichtflüchtigen Stoffe
auch in der Destillationskolonne erfolgt, wo dann das Auskochen dieser Stoffe erschwert
wird. Es sind Verfahren bekannt, durch welche dieser Nachteil beseitigt werden sollte.
Das erfolgreichste dieser Verfahren ist jenes, nach welchem auf einen bestimmten
Boden der Verstärkungskolonne heißes Wasser eingeleitet wird, und zwar zu dem Zwecke,
damit
die Ansammlung der leichtflüchtigen Stoffe auf die.. höheren
Böden der Verstärkungskolonne beschränkt bleibt. Dieses Verfahren hat jedoch den
Nachteil, daß sehr große Wassermengen außer dem zu reinigenden Rohalkohol nicht
nur in der Vorreinigungskolonne, sondern i auch in den weiteren Kolonnen des Reinigungsapparates
verarbeitet werden müssen.
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Die Kolonnen müssen größer als sonst dimensioniert werden, und auch
der Dampfverbrauch des ganzen Apparates ist größer. Zur leichteren Verständlichkeit
seien zwei Beispiele angeführt: Man verdünnt den Rohalkohol auf 5o V olumprozente
Alkoholgehalt, so daß auf ioo 1 Alkohol Zoo 1 verdünnter Rohalkohol zu verarbeiten
sind. Bei den früher bekannten Verfahren verdünnt man durch heißes Wasser den Rohalkohol
bis unterhalb 2o Volumprozente Alkoholgehalt, und es müssen daher auf ioo 1 Alkohol
mindestens 5oo.l verdünnter Rohalkohol, also 2,5mal soviel -als im ersten Falle,
verarbeitet werden: Bei einem anderen Verfahren wird die Verstärkungskolonne ganz
fortgelassen bzw. durch eine Kolonne ersetzt, in welcher keine Verstärkung der Alkoholdämpfe,
sondern ein Waschen der Dämpfe mit heißem Wasser in solchem Maße erfolgt, daß der
Alkohol auf weniger .als 2o Volumprozente Alkoholgehalt verdünnt wird. Bei diesem
Verfahren müssen auf ioo 1 Alkohol ebenfalls mehr als 5oo 1 Alkoholflüssigkeit verarbeitet
werden. Der Hauptzweck des vorliegenden Verfahrens ist die Ausscheidung der Fuselöle
in der Vorreinigungskolonne, während 'nach dem bekannten Verfahren in derselben
Kolonne nur ein Teil der leichtflüchtigen Stoffe ausgeschieden wird, so daß der
Rest im weiteren Verlaufe der Reinigung in einer zweiten bzw. dritten Kolonne entfernt
werden muß.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt den Nachteil der Verstärkungskolonne
dadurch, daß der Rücklauf der Verstärkungskolonne nicht in die Destillations-, _
sondern .n eine Zusatzkolonne geleitet wird, damit sich die Ansammlung der leichtflüchtigen
Stoffe in der Verstärkungskolonne auf die Leistung der -ersten Destillationskolonne
nicht nachteilig auswirken kann. In der Zusatzkolonne wird der Rücklauf der Verstärkungskolonne,
dessen Menge verhältnismäßig klein ist, zuerst mit heißem Wasser verdünnt und sodann
durch Destillation von den leichtflüchtigen Stoffen befreit. Diese Stoffe kehren
in die Verstärkungskolonne zurück, denn sie sind in den Dämpfen enthalten, welche
aus der Zusatzkolonne in diese Kolonne übersteigen. Bei einer Verdünnung des in
der Destillationskolonne verarbeiteten Rohalkohols bis sogar auf 4.o Volumprozente
beträgt die Menge des Rücklaufes der Verstärkungskolonne j e ioo 1 Alkohol höchstens
nur 501. Dieser Rücklauf enthält etwa 6o Volumprozente Alkoholgehalt. Bei seiner
Verdünnung auf 20 Volumprozente vergrößert sich seine Menge auf i 5o 1.
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Die Destillations- und die Zusatzkolonne brauchen also zusammen viel
weniger Alkoholflüssigkeit zu verarbeiten als bei den bekannten Verfahren, so daß
diese Kolonnen kleiner dirizensioniert werden können. Die erste Destillationskolonne,
welche keinen Rücklauf bekommt, .entfernt die leichtflüchtigen Stoffe aus dem Rohalkohol
restlos und bei kleinerem Dampfverbrauch als bei den bekannten Verfahren. Die Ansammlung
der leichtflüchtigen Stoffe in der Verstärkungskolonne kann gegen früher auf das
Mehrfache gesteigert werden, um weniger Vorlauf zur Fortführung dieser Stoffe aus
dem Kondensator absondern zu müssen. Die genannte Ansammlung kann sich auch ohne
Nachteil in die Zusatzkolonne ausbreiten, denn in dieser Kolonne erfolgt ein unwirksames.
Auskochen .der genannten Stoffe durch verhältnismäßig große Verdünnung der kleinen
Rücklaufmenge mit heißem Wasser.
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Bei den Verfahren, die mit weitgehender Verdünnung des gesamten zu
reinigenden Alkohols arbeiten, tritt die Ansammlung der schwerflüchtigen Stoffe,
insbesondere Fuselöle, die als sogenannter Nachlauf abgesondert werden, in der Rektifizierkolonne
ein, was nachteilig ist.
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Es ist bekannt, daß bei den ununterbrochen arbeitenden Alkoholrektifizierapparaten
eine Ansammlung der Fuselöle auf jenen Böden der Hauptkolonne stattfindet, wo der
Alkoholgehalt in der Flüssigkeit etwa 45 Volumprozente beträgt. Die Hauptkolonne
besteht meistens aus einer Lutterkolonne, in welcher die in der Vorreinigungskolonne
vorgereinigte Alkoholflüssigkeit entgeistet wird, und aus einer darüber gestellten
Rektifikationskolonne. Es ist vorteilhafter, die Ansammlung der Fuselöle in der
Lutterkolonne stattfinden zu lassen, weshalb am obersten Boden dieser Kolonne die
Alkoholflüssigkeit mehr als 45 Volumprozente Alkohol enthalten muß. Es empfiehlt
sich daher, den zu reinigenden Spiritus nur so weit zu verdünnen, daß auf dem obersten
Boden der Lutterkolonne ein höherer Alkoholgehalt als 45 Volumprozente erzielt wird.
Auf -diesem Boden ist der Alkoholgehalt der siedenden Flüssikeit immer etwas höher
als jener aus der Vorreinigungskolonne zufließenden alkoholhaltigen Flüssigkeit,
so z. B. 42,6 bei 25, 47,8 biei 30, 52,5 bei 35 und 57,6 Volumprozente
bei 40 Volumprozenten des zufließenden Alkohols. Bei einer Verdünnung unterhalb
30 Volumprozenten sammeln
sich .die Fuselöle bereits in der
Rektifikationskolonne an, was aus folgendem Grunde nachteilig ist: In jeder Destillationskolonne
ist das Verhältnis der Mengen von aufsteigenden Dämpfen und der von Boden zu Boden
fließenden zu destillierenden Flüssigkeit, wie bekannt, kleiner als 1, z. B. in
der Lutterkolonne 0,7. In jeder Rektifikationskolonne ist dieses Verhältnis größer
als i, z. B. 1,2. Weil bei 45 Volumprozenten Alkohol der Anteil der Fuselöle in
den Dämpfen ebenso groß ist wie in der siedenden Flüssigkeit, so ist es aus obigem
Grunde klar, daß in der Rektifikationskolonne vom -Boden mit 45 Volumprozenten die
Fuselöle leichter emporsteigen können als von einem Boden mit 45 Volumprozenten
in einer Lutterkolonne. Man will jedoch die Fuselöle, wie bekannt, zurückbehalten,
damit sie nicht in die Kuppe der Rektifikationskolonne und in den reinen Alkohol
gelangen. Es ist also vorteilhafter, die Fuselöle in der Lutterkolonne als in der
Rektifikationskolonne ansammeln zu lassen, weshalb der zu reinigende Alkohol nicht
unterhalb 30 Volumprozenten verdünnt werden sollte. Daraus folgt die Nachteiligkeit
der Verdünnung des Alkohols auf 2o und weniger Volumprozente Alkoholgehalt.
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Bei vorliegender Erfindung gelangen aus der Vorreinigungs- in die
Lutterkolonne etwas mehr als 700/0 des vorgereinigten Alkohols, und zwar in einer
Flüssigkeit mit mehr als 30 Volumprozenten Alkoholgehalt. Die Ansammlung
der Fuselöle findet daher in der Lutterkolonne statt. Aus der Zusatzkolonne kommen
nur weniger als 30')/" vom vo.rgereinigten Alkohol, jedoch in einer Flüssigkeit
mit weniger als 2o Volumprozenten Alkoholgehalt. Diese Flüssigkeit wird bei dem
neuen Verfahren nicht auf den obersten, sondern auf einen tiefer liegenden Boden
der Lutterkolonne geleitet, wo der Alkoholgehalt der siedenden Flüssigkeit bedeutend
kleiner ist als 45 Volumprozente. Dadurch wirrt erzielt, daß die Ansammlung der
Fuselöle urigestört in der Lutterkolonne erfolgen kann.
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Zum Beweise, daß. in der Destillationskolonne der Vorreinigungskoionne
nach dem neuen Verfahren,die Spiritusflüssigkeit besser gereinigt wird und daß es
genügt, bei fast gleichem Dampfverbrauch weniger Vorlauf abzusondern als bei den
bekannten Verfahren, seien einige Beispiele angeführt.
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Bei den früheren Verfahren, wo der Rücklauf der Verstärkungskolonne
in die Destillationskolonne zurückgeleitet und der Alkohol auch auf 40 Volumprozente
verdünnt wurde, beträgt der Alkoholgehalt am obersten Boden der Destill'ationskolonne
.1 .5 Volumprozente. Bei einem Dampfverbrauch. der Destillationskolonne von 35 kg
je Zoo 1 Alkohol ist das Verhältnis von aufsteigender. Dampfmenge V zu der
von Boden zu Boden fließenden alkoholhaltigen Flüssigkeit
Für den Essigsäureäthylester beträgt bei 45 .Volumpröözent der Anreicherungskoeffizient
K ' nach S o r e l 7,1. Das Produkt
K beträgt 1,42. Für jede Bodenzahl läßt sich berechnen, wie der Anteil des leichtflüchtigen
Stoffes in der alkoholhaltigen Flüssigkeit bis zum Ausfluß aus der Destillationskolonne
wirkt. In obigem Falle und bei z5 Böden sinkt der Anteil von Essigsäureäthylester
auf des ursprünglichen Gehaltes. Beim
neuen Verfahren mit. einem Dampfaufwand von nur 26 kg Dampf ist
0,178, K = 8,6,
K = 1,53, und der Anteil desselbenStoffes sinkt auf
des ursprünglichen Gehaltes. In der Zusatzkolonne beträgt bei einer Verdünnung auf
z. B. 22;3 Volumprozent und einem Dampfverbrauch von 16 kg je Zoo 1 Alkohol
1,033, K des genannten Stoffes 15,5,
und der Anteil des Stoffes in der aus der Zusatzkolonne ausfließenden Alkoholflüssigkeit
sinkt auf 7ö90 des ursprünglichen Gehaltes. Für dieselbe Reinheit dieser Flüssigkeit
wie jener, welche aus der Destillationskolonne ausfließt, kann daher die Ansammlung
des Essigsäureäthylesters auf das 7090:15o5 = 4,7fache der Ansammlung bei dem alten
Verfahren gesteigert werden. Demzufolge genügt es, an Vorlauf nur von jener Menge
abzusondern, als früher
nötig war, also z. B. statt 15 °/o nur 3,2 °/o, gerechnet vom Alkoholgehalt der
gereinigten Flüssigkeit. Dabei ist der Dampfverbrauch (26 -f- 16 = 42 kg) unbedeutend
größer als früher (35 kg), denn der Dampfaufwand des ganzen Apparates samt Lutter-
und Rektifikationskolonne beträgt höchstens 25o kg Dampf je Zoo 1 Alkohol. Die aus
den Destillations- und Zusatzkolonnen austretenden vorgereinigten Flüssigkeiten
sind dabei fast dreimal so rein als früher. Zur Ausführung des neuen Verfahrens
dient die auf der beiliegenden Zeichnung als Beispiel dargestellte Vorrichtung.
Folgende Teile sind dieselben wie bei den bisherigen Verfahren: 1 die Destillationskolonne
und 2 die Verstärkungskolonne der Vorreinigungskolonne, 3 der Dephlegmator, 4 der
Kondensator für Vorlauf,
5 der Abfluß des Vorlaufes, 6 die Lutterkolonne,
7 die Rektifikationskolonne, 8 der Dephlegmator und g der Kondensator zur Kolonne
7. Neu ist die Zusatzkolonne io. Mit der Vorreinigungskolonne i, z wurde bisher
im Prinzip folgendermaßen gearbeitet: Bei ii wurden die durch die Leitungen 12 und
13 zugeführten und durch die Hähne 14 und 15 regulierten Mengender
zu reinigenden Flüssigkeit und des zwecks Verdünnung zuzusetzenden- heißen Wassers
in die Destillationskolonne i eingeleitet. Mittels der Heizschlange 16 wurde die
vom Wasserdampf zugeführte Wärme übertragen, welche Dämpfe entwickelte, die, von
Boden zu Boden in der Destillationskolonne i aufsteigend, der herabfließenden Flüssigkeit
die leichtflüchtigen Stoffe entnahmen, um dieselben zur Verstärkung in die Verstärkungskolonne
2 überzuführen. Die Dämpfe stiegen aus der Kolonne i in die Kolonne :2 und erreichten
durch das Rohr 17 :den Dephlegmator 3. Hier wurde ein Teil der Dämpfe verdichtet
und durch das Rohr 18 auf den obersten Boden der Kolonne 2 zurückgeleitet, um .den
Rücklauf dieser Kolonne zu bilden. Der Rest der Dämpfe ging aus dem Dephlegmator
3 durch Rohr i9 in den Kondensator. So wurde der Vorlauf ge-,vonnen, welcher aus
q. durch Rohr 2o dem Abfluß 5 zugeführt wurde. Weil .der Abfluß 5 mit einem Regulierhahn
versehen ist, kann die Menge des Vorlaufes eingestellt werden, und der Überschuß
geht durch Leitung ai in die Kolonne z, wo er den Rücklauf vermehrt. Dieser Rücklauf
ging von Boden zu Boden und gelangte schließlich in die Kolonne i, wodurch der Rücklauf
in dieser Kolonne vermehrt und dessen Alkoholgehalt erhöht wurde, beides zum Nachteil
,der Auskochung der Vorlaufprodukte. Die in der Kolonne i vorgereinigte alkoholische
Flüssigkeit gelangte durch das Sackrohr 22 auf den obersten Boden der Lutterkolonne
6.
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Die Ausübung des neuen Verfahrens unterscheidet sich vom Vorbeschriebenen
dadurch, daß zwar die Dämpfe aus der Kolonne i ungehindert in die Kolonne 2 übertreten
können, dagegen jedoch der Rücklauf vom untersten Boden der Kolonne 2 nicht auf
den obersten Boden der Kolonne i, sondern durch das Röhr 23 auf den obersten Boden
der neuen Zusatzkolonne iö geleitet wird. Diese Kolonne wird mittels Schlange :24
mit Dampf geheizt, wodurch Dämpfe gebildet werden, die, von Boden zu Boden in Kolonne
io aufsteigend, dem Rücklauf der Kolonne begegnen und ihm die Vorlaufprodukte entziehen.
Sie bringen@.diese Produkte in Dampfform durch Rohr 25 in die Kolonne?. Die
in der Zusatzkolonne io gereinigte Flüssigkeit gelangt durch Rohr 26 etwa in die
Mitte der Lutterkolonne 6. Wegen leichterer Auskochung der Vorlaufprodukte in der
Zusatzkolonne io wird durch die Leitung 27 und Hahn 28 dem Rücklauf, der von der
Verstärkungskolonne 2 kommt, heißes Wasser zugesetzt. Durch Hähne 29 und Rohr 3o
können an Fuselölen reiche Dämpfe oder Flüssigkeiten aus der Lutterkolonne 6 abgezogen
werden. Es muß noch besonders betont werden, daß der unterste Boden der Verstärkungskolonne
2 so ausgebildet ist, daß durch denselben zwar die Dämpfe durchtreten können, der
Rücklauf von diesem Boden jedoch nicht in die Destillationskolonne i, sondern nur
in. die Zusatzkolonne io gelangen kann.
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Das neue Verfahren kann selbstverständlich auch so ausgeübt werden,
daß von dem Rücklauf der Verstärkungskolonne 2 nur ein Teil in die Zusatzkolonne
io und der Rest in die Destillationskolonne i zurückgeleitet wird. Zu diesem Zwecke
wird die Leitung 23 mit einem Regulierhahn 3 i und einer Flasche 32 versehen, aus
welcher der Überschuß des Rücklaufes .durch das Rohr 33 auf den obersten Boden der
Destillationskolonne i gelangt.
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Die in der Zusatzkolonne io vorgereinigte Flüssigkeit braucht nicht
unbedingt auf einen anderen als den obersten Boden der Entwässerungskolonne 6 geleitet
zu werden, sondern sie kann gegebenenfalls auch auf diesen Boden geleitet werden.