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Verfahren zur Erhöhung der Destillationsleistung und Verminderung
des Wärmeverbrauchs beim Herstellen von absolutem Alkohol mit Hilfe azeotroper Gemische
Die wachsende Erkenntnis der letzten Tahre, daß aus wasserfreiem Alkohol (absolutem
Alkohol) in Vermischung mit Benzin ein vorzüglicher, klopffester Treibstoff hergestellt
werden kann, weckte auch das Bedürfnis, die zur Großherstellung von wasserfreiem
Alkohol geeigneten Verfahren wirtschaftlich zu verbessern.
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Am bekanntesten ist das Verfahren von Young, bei dem die wasserentziehende
Wirkung darauf beruht, daß dem zu entwässernden Alkohol niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe,
wie Benzol oder Benzol und Benzin, zugesetzt werden. Während Young seine Destillationen
noch periodisch vornahm, führt man heute aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die
Destillationen fast ausschließlich kontinuierlich aus. Hierbei sind im wesentlichen
zwei Arten der Ausführung zu unterscheiden: z. die kontinuierliche Destillation
vollzieht sich unter atmosphärischem Druck, a. die kontinuierliche Destillation
vollzieht sich unter Überdruck.
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Die Erfindung, die im nachstehenden beschrieben werden soll, bezieht
sich auf Verbesserungen dieser Verfahren, namentlich in wärmewirtschaftlicher Beziehung.
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Die Abb. z stellt ein unter Überdruck arbeitendes Destilliergerät,
wie es in der Praxis Anwendung findet, schematisch dar. Hier fließt der zu entwässernde
Alkohol, der aus vorgereinigtem Sprit zu technischen Zwecken (wasserhaltigem Alkohol
geringerer Reinheit) oder aus Primasprit (wasserhaltigem Alkohol mehr oder weniger
großer keinhei.t) oder auch aus Rohspiritus (wasserhaltigem ungereinigtem Alkohol)
bestehen kann, durch das Rohr r einem Ansatzbehälter 3 zu, während durch das Rohr
z das Entziehungsmittel, z. B. Benzol und Benzin,- zufließt. Durch das Rohr 8 fließt
eine Mischung aus wasserfreiem Alkohol und dem Entziehungsmittel zu. Das in 3 vereinigte
Gemisch hat eine Zusammensetzung 'von etwa 6o Raumhundertteilen Alkohol und etwa
40 Raumhundertfeilen Entziehungsmittel. Es wird mit einer Druckpumpe q. über den
Vorwärmer 5, der mit heißem Kondensatorwasser gespeist wird, durch das Rohr 6 in
die unter etwa ro Atm. Überdruck stehende Entwässerungskolonne 7 gedrückt. Vorher
durchläuft
es noch eine im Kopf der Druckkolonne @eingebaute Heizschlange
7a, die die Aufgabe hat, das Gemisch@mit dein ternären Dampfgemisch nachzuwärmen,
das sich in@ bekannter Weise im oberen Teil einer solchen Destillierkolonne bildet
und dessen Temperatur bei io Atm. Überdruck etwa i44° C beträgt.
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Die Druckkolonne 7 wird am Fuß indirekt beheizt. Das ternäre Dampfgemisch,
welches das 'gesamte Wasser, das mit dem g4°/oigen Alkohol in oberen Drittel der
Druckkolonne eingeführt wurde, enthält, entweicht in den Druckkondensatbr g. Hier
wird ein großer Teil des ternären Dampfgemisches niedergeschlagen und als Rücklauf
der Druckkolonne durch das Rohr io wieder zugeführt. Im Druckkondensator kann das
zur Verflüssigung des Lernären Dampfgerriisches eingeführte Kühlmittel (Wasser)
entgegen dem Niederdruckverfahren in Heizdampf verwandelt -werden, so daß ein großer
Teil der am Fuß der Druckkolonne-eingeführten Wärmemenge als Heizdampf zurückgewonnen
werden kann. Der Rest der in den Druckkondensator g strömenden ternären Dämpfe wird
in den Kühler i i geleitet, dort niedergeschlagen und gekühlt. Dieses Destillat
besteht aus etwa 6o Raumhundertteilen Entziehungsmittel, der Rest ist wässeriger
Alkohol, dessen Weingeiststärke je nach der gewählten Destillationsgeschwindigkeit
etwa 7o bis 8o Gewichtshundertteile sein kann. Das Destillat wird in einen Abscheider
iz gebracht, wo es sich, gegebenenfalls unter Wasserzusatz, ;sofort in zwei Schichten
trennt. Die obere Schicht, die hauptsächlich das Entziehungsmittel enthält, besteht
aus etwa 85 bis 95 Raumhundertteilen Entziehungsmittel, die untere Schicht
aus etwa 8o bis $5 Raümhundertteilen Alkohol und etwa z5 bis zo Raumhundertteilen
Entziehungsmittel.
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Während die obere Schicht ständig dem Ansatzbehälter 3 durch das Rohr
2 zufließt, muß die untere Schicht auf dem Wege der üblichen Rektifikation wieder
auf eine Weingeiststärke von etwa 9q. Gewichtshundertteilen gebracht -werden. Hierzu
dient die Kolonne 23, die durch das Rohr 24. mit dem in dem Druckkondensator
9 zurückgewonnenen Heizdampf beheizt -wird. Der g¢°/oige Alkohol fließt durch
das Rohr 25 dem Ansatzbehälter 3 zu.
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Der entwässerte Alkohol- sammelt sich in der Druckkolonne 7 am Fuß
an und enthält noch etwa 15 Raumhundertteile Entziehungsmittel, -weshalb man der
Druckkolonne noch eine unter atmosphärischem Druck arbeitende Kolonne 13 angliedert,
deren Aufgabe es ist, aus dem entwässerten Alkohol das Entziehungsmittel zu entfernen.
Der von- Entziehungsmittel befreite absolute Alkohol fließt am Fuße der Kolonne
13 über den Kühler 14 und die Vorlage 15 ab. Am Kopf der Kolonne entweicht ein binäres
Gemisch. Es besteht aus etwa 65 Raumhundertteilen Entziehungsmittel und etwa 35
Raumhundertteilen absolutem Alkohol, das über den Kühler 18 durch das Rohr 8 dem
Ansatzbehälter 3 zufließt. .
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Die Erfindung,. die sich im besonderen mit der Verbesserung des vorbeschriebenen
Druckverfahrens befaßt, beruht auf folgenden Überlegungen.
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Der Kolonne 13, -die nur die Aufgabe hat, den wasserfreien Alkohol,
der sich am Fuße der Druckkolonne 7 ansammelt, von den Entziehungsmittelanteilen,
die bis 2-o Raumhundertteile betragen - können, zu befreien, wird im Oberteil noch
so viel -wasserhaltiger Alkohol zugeführt, als das Entziehungsmittel imstande ist,
wasserfrei zu machen. Hierdurch wird die Leistung ohne erheblichen Mehraufwand an
Wärme vermehrt. Der wasserhaltige Alkohol -wird durch das Rohr 17 (Abb. z) auf einen
Boden im oberen ' Kolonnenteil oder auch auf - den obersten Boden eingeleitet.
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Nach dem jetzigen Verfahren wird der wasserfreie Alkohol, der noch
Entziehungsmittel enthält, durch das Rohr 18 der Kolonne 13 unmittelbar zugeführt.
In der Druckkolonne 7 ist die Temperatur nahezu iSo° C, dagegen. ist sie in der
Kolonne 13, die unter atmosphärischem Druck arbeitet, auf dem Boden, wo das Rohr
18 mündet, nur 72° C. Mit der Überleitung des Gemisches aus wasserfreiem Alkohol
und Entziehungsmittel bestehend, gelangen in den Oberteil der Kolonne 1.3 erhebliche
Wärmemengen, die infolge der Entspannung zum großen Teil dampfförmig austreten.
Diese Wärmemengen können in diesem Kolonnenteil keinen nennenswerten Nutzen bringen,
es sei denn, daß gleichzeitig eine weitere, für das Verfahren gebrauchte Flüssigkeit
zugeführt wird, die von diesen Wärmemengen mitverdampft wird. Wirksamer läßt sich
die Wärme ausnutzen, -wenn sie in die Heizvorrichtung am Fuße der Kolonne 13 geschickt
und zur Ausnutzung der Wärme ein Vorwärmer ig in das Rohr 18 (Abb. 2) eingeschaltet
-wird. In diesem Vonvärmer ig wird das aus der Druckkolonne austretende entspannte
Dampfgemisch kondensiert und teilweise gekühlt, -wobei die Wärme in die Ansatzflüssigkeit
übergeht, die aus dem Behälter 3 in die Druckkolonne 7 gepumpt wird. Bisher -wird
diese Ansatzflüssigkeit im Kopf der Druckkolonne 7 bei 7a nachgewärmt, was eher
einen Wärmeverlust darstellt, wenn man berücksichtigt, daß das Phlegma, -welches
durch
diese Nachwärmung entsteht, vorteilhafter im Druckkondensator
9 gebildet wird, weil doch jede erhöhte Phlegmabildung eine erhöhte Rückgewinnung
an Heizdampf, hervorgerufen durch die Verdampfung des Kühlmittels, nach sich zieht.
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Eine weitere Wärme- und Kühlwasserersparnis läßt sich dadurch erzielen,
daß das Gemisch, das aus der Kolonne 13 über einen Kondensator und Kühler
18 (Abb. i) durch das Rohr 8 dem Ansatzbehälter 3 zugeleitet wird und unmittelbar
vom Rücklauf zur Kolonne 13 unter Ausschaltung des Kühlers 16 im heißen Zustande
entsprechend Abb. 2 durch das Rohr 2o zum Ansatzbehälter 3 gelangt. Verdunstungsverluste
im Ansatzbehälter 3 sind dabei nicht zu befürchten, wenn er an einen Kühler 28 angeschlossen
wird.
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Will man die Abmessungen der Druckkolonne 7 bei gleicher Leistungsfähigkeit
verringern, dann darf das Entziehungsmittel nicht aus dem Ansatzgefäß 3 mit dem
zu entwässernden Alkohol etwa im oberen Drittel der Druckkolonne zusammen eingeführt
werden, sonderen allein auf dem obersten Boden der Druckkolonne 7 durch das Rohr
21 (Abb. 2). Da die Kolonne 7 unter Druck steht, ist es hierzu nötig, für das Entziehungsmittel,
das im Abscheider 12 die obere Schicht bildet, eine Fördervorrichtung, z. B. eine
Druckpumpe, einzuschalten.
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Das Entziehungsmittel wird durch die entspannten Dämpfe des ternären
Dampfgeinisches, die eine Temperatur von I18° C haben, in einem geschlossenen Kondensator
9a vorgewärmt, wobei sich die ternären Dämpfe kondensieren und zum Teil abkühlen;
sie «-erden alsdann im Kühler II nur nachgekühlt, was gegenüber der bisherigen Ausführung
eine Wasserersparnis ergibt.
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Bei der Entwässerung von wässerigem Alkohol, der noch Verunreinigungen
enthält, ist es zur Erhaltung des dauernden Beharrungszustandes der Destillation
not-«-endig, diese Verunreinigungen fortlaufend auszuscheiden. Zu diesem Zweck kann
man in bekannter Weise die Vorlaufverunreinigungen unmittelbar aus dem ternären
Dampflind Flüssigkeitsgemisch, das am Kopf solcher Entwässerungskolonnen entweicht,
herausnehmen oder die Nachlaufverunreinigungen, die teilweise im absoluten Alkohol
verbleiben, aus ihm entfernen. Man kann gemäß der Erfindung die Ausscheidung ferner
auch in den Nebenkolonnen 23, 28 und 31 erreichen, die zur Aufarbeitung der wässerigen
Rückstände dienen, da alle Vorlaufverunreinigungen und auch ein Teil der Nachlaufverunreinigungen
mit dem ternären Dampfgemisch in den Abscheider gelangen, wo sie besonders in der
unteren wässerigen Schicht, die auch noch einen Teil des Entziehungsmittels enthält,
zu finden sind. Es ist nach Abb. 2 und 3 nur notwendig, eine geringe Menge des Phlegmas,
das im Kondensator 27 gebildet wird, entweder .über das Rohr 29 in den Behälter
30 abzuleiten oder zur weiteren Anreicherung in die Schlußkolonne
3 1 zuschicken (Verbindungsrohre zur Schlußkolonne 31 sind nicht gezeichnet).
Das auf diesem Wege gewonnene Gemisch, das neben den Verunreinigungen noch Äthylalkohol
und Entziehungsmittel enthält, kann durch Waschen mit Wasser vom Entziehungsmittel
befreit werden, das man wiederum nach Bedarf dem Behälter 3 bzw. der Kolonne 7 zuführt.
Das Restgemisch wird in bekannter Weise durch Destillation verstärkt.
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Die der Alkoholverstärkungskolonne 23 angeschlossene Schlußkolonne
3 1 kann mit Glokkenböden oder Füllkörpern arbeiten. Die leicht flüssigen
Bestandteile der der Schlußkolonne 31 zugeführten Flüssigkeit entweichen
am Kopf dieser Kolonne in den Kühler 32 und nach seiner Verdichtung und Abkühlung
durch das Rohr 33 in den Sammelbehälter 3d.. Der praktisch vom Vorlauf und Entziehungsmittel
befreite hochgradige Alkohol fließt durch das Rohr 36 dem Ansatzbehälter 3 zu. Die
N achlaufverunreinigungen können aus der Kolonne 23 in bekannter Weise im unteren
Drittel über das Rohr 35 direkt herausgenommen werden, öder man schickt sie vorher
zur weiteren Anreicherung in eine der Kolonne 23 angegliederte Schlußkolonne.