DE817592C - Kontinuierliches Destillationsverfahren - Google Patents

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 18. OKTOBER 1951

p 1848 IV a j 12a B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Destillationsverfahren.

Bei der kontinuierlichen Trennung einer Mischung in zwei Fraktionen von bestimmter Zusammensetzung durch Destillation der Mischung wird diese gewöhnlich einer Fraktioniersäule an einem Punkt zugeführt, der bestimmt wird durch die Zusammensetzung der Mischung, und die am niedrigsten siedende Fraktion wird am Kopf der Säule mit einer solchen Geschwindigkeit abgezogen, daß die Zusammensetzung der Kopffraktion und des Bodenkörpers innerhalb bestimmter Grenzen bleibt. Wenn eine rasche zuverlässige Arbeitsweise für die Analyse verfügbar ist und wenn die Einrichtung empfindliche zuverlässige Apparaturen für die Steuerung des Flüssigkeitszuflusses enthält, kann das Verfahren so geleitet werden, daß reine Produkte entstehen. Dies ist dann der Fall, wenn durch die Temperaturunterschiede eine genügende Reinheit der Produkte gewährleistet wird. Wenn jedoch reine Produkte hergestellt werden sollen, ao ist die übliche Analysenmethode nicht genau genug, und wenn empfindlichere Methoden zu viel Zeit erfordern, ist das Verfahren wenig wirksam und man muß dann ein kontinuierliches Verfahren mit zwei Destillierblasen oder ein absetzend arbeitendes Ver- »5 fahren anwenden. Zweck der Erfindung ist nunmehr, ein einfaches kontinuierliches Destillationsverfahren vorzuschlagen, bei dem auch unter diesen Bedingun-

gen zwei Produkte der gewünschten Reinheit erhalten werden können.

Gemäß der Erfindung wird ein kontinuierliches Destillationsverfahren vorgeschlagen, bei dem mit einer Blase und einer Säule gearbeitet wird und wobei die Beschickung an einem mittleren Punkt der Säule zugeführt und ein Teil der Nebenstromflüssigkeit aus der Säule an einem Punkt abgezogen wird, der etwa in der gleichen Ebene wie der Zulaufpunkt liegt. ίο Diese Flüssigkeit wird in einen geräumigen Kessel abgeleitet. Mit der gleichen Geschwindigkeit wird aus diesem Kessel eine gleiche Menge seines Inhaltes abgezogen und diese in den Zulaufstrom zurückgeführt oder in die Säule an einem Punkt eingeleitet, der etwa in der gleichen Ebene wie der Zulaufpunkt liegt. Vorzugsweise befindet sich dieser Ablaufpunkt in der Säule in der gleichen Ebene wieder Zulaufpunkt, und zweckmäßig liegt er diesem genau gegenüber.

Das genaue Verhältnis des abgezweigten Teilstromes zu der Beschickung wird genau bestimmt durch die angenommene mögliche Variation der Arbeitsbedingungen, d. h. von der Durchsatzmenge, von der Kopffraktion und dem abgezweigten Teilstrom und ferner von der Zusammensetzung der Be-Schickung. Dieses Verhältnis liegt meistens in der Größenordnung von 10 bis 50% der Beschickungsmenge. In außergewöhnlichen Fällen jedoch, d. h. dann, wenn große Veränderungen in der Zusammensetzung des Zulaufs vorliegen, kann es zweckmäßig sein, einen wesentlich größeren Teilstrom abzuzweigen. Die Säule kann von jeder bekannten Art sein, beispielsweise eine Plattensäule, welche mit Blasenkappen versehen ist, oder eine mit Füllkörpern versehene Säule, beispielsweise eine solche, die Porzellanfüllkörper oder Ringe enthält. Im letzteren Falle ist zweckmäßig im Innern der Säule am Ablaufpunkt ein kleiner Behälter oder Sammler angeordnet, und der Teilstrom wird hieraus durch eine Leitung abgezogen, welche von dem Boden des Sammlers abgeht und die außerhalb der Säule mit einem Flüssigkeitsverschluß versehen ist.

Das Verfahren ist anwendbar für die Destillation bei atmosphärischem, unteratmosphärischem oder überatmosphärischem Druck.

Der Zweck des Behälters ist der, Schwankungen in der Zusammensetzung der Ablaufflüssigkeit auszugleichen und der Beschickung eine Flüssigkeit zuzuführen, welche von möglichst gleichmäßiger Zusammensetzung ist. Zweckmäßig ist dieser Behälter, mit einer Rührvorrichtung versehen.

Die Menge der aufzuwendenden Energie für die Rückführung des Teilstromes zur Beschickung wird durch die Ungleichmäßigkeit der Durchsatzmengen in jedem Zeitpunkt bestimmt. Wenn die Verhältnisse genau eingehalten werden, findet keine Fraktionierung des Teilstromes statt, und es ist nur die Energie aufzuwenden, welche zur Erwärmung der Zusatzbeschickung dient, welche den Teilstrom ersetzt. Wenn andererseits die Verhältnisse nicht richtig eingehalten werden, so wird Energie verbraucht, um den Teilstrom zu fraktionieren. Diese Energiemenge ist aber nur äquivalent derjenigen, welche erforderlich wäre zur Reinigung des verunreinigten Produktes,.

welches erhalten wird, wenn ohne Teilstrom gearbeitet wird.

Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ist von besonderer Bedeutung, wenn die folgenden Bedingungen vorliegen:

a) wenn es erwünscht ist, solche Stoff gemische kontinuierlich in zwei konstant siedende Fraktionen zu trennen, bei denen keine rasche Reinheitsbestimmung möglich ist, und bei denen es bisher notwendig war, in einem diskontinuierlichen Verfahren zu arbeiten. Bei derartigen Stoffen besaß das absetzend arbeitende Verfahren den Vorteil, daß, da der Reinheitsgrad des Kopfproduktes abgeleitet werden kann aus dem Verlauf der Kurve, welche das Verhältnis zwischen dem Volumen des Kopfproduktes oder der Zeit einerseits, und einer physikalischen Eigenschaft, beispielsweise dem Siedepunkt anderseits, anzeigt, die Destillation aus diesem Grunde in entsprechender Weise geleitet werden konnte, um Produkte von dem gewünschten Reinheitsgrad zu erzielen ;

b) in dem Fall, wo in einem kontinuierlichen Arbeitsverfahren mit einer einzigen Säule gearbeitet wird, die Produkte von Zeit zu Zeit verunreinigt werden durch plötzliche und/oder heftige Schwankungen in der Zusammensetzung der Beschickung;

c) in dem Fall, wo es erwünscht ist, kontinuierlich zwei konstant siedende Fraktionen aus einer Mischung von Stoffen abzutrennen, für die nur ungenaue Bestimmungsmöglichkeiten für die Reinheit verfügbar sind;

d) in dem Fall, wo es erwünscht ist, eine Mischung von Stoffen in zwei getrennte Fraktionen zu scheiden, von denen jede im wesentlichen keinen Bestandteil der anderen enthält. Durch das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren kann dies in einer einzigen Blase ohne Verlust erfolgen, und zwar ohne genaue Analyse.

Der Grad der Stabilisierung, der durch den Teilstrom ermöglicht wird, kann erläutert werden durch Betrachtung zweier Säulen, welche beide den gleichen Durchmesser und Höhe besitzen und welche beispielsweise dazu verwendet werden, eine niedrig siedende Flüssigkeit A und eine hochsiedende Flüssigkeit B zu trennen, welche im Verhältnis 50: 50 vorliegen. Hierbei wird angenommen, daß die gewünschte Reinheit in der Kopffraktion und Bodenkörper 98% beträgt und daß die Länge der Säulen ausreicht, um eine o,o.⁰/₀ige Trennung durchzuführen, und daß beide Säulen dazu geeignet sind, 100 1 der Mischung pro Stunde in 50 1 pro Stunde Kopffraktion und 50 1 pro Stunde Bodenkörper zu trennen. Diese Verhältnisse werden im folgenden als die richtigen Verhältnisse bezeichnet. Die erste Säule arbeitet in der üblichen Weise, während in der zweiten Säule ein Teilstrom von 50 1 pro Stunde an der Einlaufplatte abgezogen wird und ersetzt wird durch eine Sonderbeschickung von 50 1 pro Stunde, so daß zusammengenommen ein Durchsatz von 150 1 pro Stunde herauskommt. Der ständige Fehler in dem Kopfverhältnis, der notwendig ist, um die Reinheit des Kopfproduktes von 99 auf 98% zu verhindern, wird in beiden Fällen berechnet.

Wenn der Abzug des Kopfproduktes in beiden

Säulen von 50 1 pro Stunde auf χ Liter pro Stunde erhöht wird und die Reinheit absinkt auf 98%, ergibt sich folgende Trennwirkung der beiden Säulen:

1. Säule

Menge von A im Zulauf (pro Stunde) .. = 50 1

- - Kopfstrom pro Stunde = 0,98 χ 1

- - Kocherstrom pro Std.. = Spuren
Daraus folgt ein Materialausgleich χ ... = 5i 1 pro

Stunde.

Wenn also das Produkt der gewünschten Reinheit

kontinuierlich erhalten werden soll, darf der Kopfablauf 511 pro Stunde nicht überschreiten, d.h. er darf nicht mehr als 2 °/₀ oberhalb des richtigen Verhältnisses liegen.

2. Säule.

Die Zusammensetzung des Teilstromes kann errechnet werden aus der bekannten Leistung des Teiles der Säule, welcher zwischen dem Kopf und der Teilstromabzweigung liegt. Es wird durch Berechnung gefunden, daß, wenn die Säule 50% A an der Zulaufplatte ergibt und 99% A im Kopf vorhanden sind, wenn die Kopfzusammensetzung auf 98% A sinkt, der Nebenstrom auf etwa 32°/₀ A absinkt. Es ergibt sich also:
Menge von A im Zulauf pro Stunde.... = 75 1

- - - Kopfstrom pro Stunde = 0,98 χ 1

- - Teilstrom pro Stunde . = 16 1

- - - Kocherstrom pro Std. = Spuren
Daraus folgt ein Materialausgleich x... = 60 1 pro

Stunde.

Es kann also das Produkt der gewünschten Reinheit kontinuierlich erhalten werden, selbst wenn der Kopfablauf zwischen 50 und 60 1 pro Stunde variiert, d. h. Unterschiedswerte von 20% aufweist. Das Verfahren, bei dem mit einem Teilstrom gearbeitet wird, gestattet also den iofachen Spielraum hinsichtlich des Verhältnisses, der bei den üblichen bekannten Verfahren zulässig ist.

Diese Berechnung, welche die Art und Weise erläutert, in der die Verwendung eines Teilstromes bei einer der Kontrollen, welche in einem kontinuierlichen Destillationsverfahren erforderlich sind, weniger kritisch macht, dient auch dazu, zu zeigen, daß das wesentliche Merkmal des Verfahrens darin besteht, ein Mittel zu liefern, wodurch, wenn ein Fehler vorliegt hinsichtlich der Verhältnisse oder der Zusammensetzung des Zulaufes, das wesentlich verunreinigte Material im hohen Maße aus dem System durch den Teilstrom abgezogen wird, anstatt daß es an einem Ende der Säule erscheint.

Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren besitzt eine weite Anwendungsmöglichkeit, da es auf den physikalischen Eigenschaften des Mischungskomponenten beruht und nicht auf ihren chemischen Eigenschaften.

Es wird erfolgreich angewandt zur Trennung von Nitroparaffinen, d. h. beispielsweise von Nitropropanen, bei denen kein rasch arbeitendes Verfahren zur Feststellung ihrer Reinheit besteht.

Die Erfindung ist in dem folgenden Beispiel erläutert, worauf sie jedoch nicht beschränkt ist.

Beispiel

Eine Mischung von Methanol und Wasser, welche 50 Volumenprozent Methanol enthält, wird einer kontinuierlich arbeitenden Laboratoriums-Destillationssäule mit einer Geschwindigkeit von 100 ecm pro Stunde zugeleitet, und die Kopfablaufgeschwindigkeit · wird so eingestellt, daß, während der Bodenkörper aus im wesentlichen reinem Wasser besteht, der Kopfstrom nur 93% Methanol enthielt.

Ohne daß andere Änderungen in dem System vorgenommen wurden, wird die Zulaufgeschwindigkeit auf 120 ecm pro Stunde gesteigert, und gleichzeitig werden 20 ecm Rück! auf flüssigkeit pro Stunde von der Zuführungsplatte abgezogen. Die Reinheit des Kopfproduktes stieg rasch auf 99% Methanol und bleibt bei diesem Wert, während die Reinheit des Bodenkörpers unverändert bleibt.

In der Praxis wird man das Fassungsvermögen des Gefäßes, dem der Teilstrom zugeleitet wird, je nach der Zeit, die notwendig ist, um den gewünschten Reinheitsgrad des Produktes oder der Produkte zu ermitteln, variieren, und das Gefäß ist um so größer, wenn diese Zeit lang ist. Dieses Volumen kann sich also in weiten Grenzen ändern, jedoch üblicherweise go wird es etwa das 5- bis 8fache des Volumens der Flüssigkeit ausmachen, welche, ausgenommen den zurückgeleiteten Teilstrom, der Säule pro Stunde zugeleitet wird.

Eine Apparaturanordnung, die für die Durchführung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens geeignet ist, ist beispielsweise folgende:

Eine Fraktioniersäule nach dem Plattentyp und ein Kocher, die mit einer Einführungsleitung versehen sind, welche eine Strömungsmeßvorrichtung und ein Steuerventil aufweist, sind mit einem Ablauf für den Teilstrom an einem Punkt gegenüber dem Zulauf ausgerüstet. Die Ablaufleitung von der Säule für den Teilstrom ist zweckmäßig mit einem Flüssigkeitsverschluß versehen, und ein Steuerventil befindet sich zwischen dem Flüssigkeitsverschluß und der Säule. Diese Leitung führt durch einen Strömungsmesser zum Vorratsbehälter, der mit einer Rührvorrichtung versehen ist. Eine Rückleitung führt von dem Behälter zu der Zuführleitung für die Säule, und diese ist ebenfalls mit einem Ventil und mit einer Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit versehen oder mit selbsttätig arbeitenden Strömungssteuervorrichtungen. Wenn eine mit Füllkörpern ausgestattete Säule angewandt wird, ist es notwendig, einen Sammler innerhalb der Säule vorzusehen und vorzugsweise einen äußeren Flüssigkeitsverschluß zu verwenden.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Kontinuierliches Destillationsverfahren unter Verwendung eines Kochers und einer Säule, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung an einem Zwischenpunkt der Säule zugeführt und ein Teil der Nebenstromflüssigkeit von der Säule an einem Punkt, zweckmäßig in der gleichen Ebene

   des Zulaufpunktes, abgezogen wird, wobei diese Flüssigkeit in ein Vorratsgefäß geleitet, mit gleicher Geschwindigkeit aus diesem Vorratsgefäß eine gleiche Menge abgezogen und diese der Beschickung zugeleitet bzw. der Säule an einem Punkt etwa in der gleichen Ebene des Zulaufpunktes zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Teilstromes io bis 50 Volumenprozent der Beschickung ausmacht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgezogene Nebenstrom in ein Volumen einer Flüssigkeit ähnlicher Zusammensetzung eingeleitet wird, welches dem 5- bis 8fachen der der Säule pro Stunde zugeführten Flüssigkeitsmenge, ausschließlich des Nebenstromes, ausmacht und die Flüssigkeit von dieser Stelle wieder der Säule mit der gleichen Volumengeschwindigkeit wie der Nebenstrom zugeleitet wird.

   θ 1925 10.51