DE851634C - Verfahren zum extraktiven Destillieren - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung l>ezieht sich auf Verbesserungen l>ei Zerlegungsverfahren und¹ behandelt im besonderen Verl>esserunigen bei der extraktiven Destillation. Das extraktive Destillationsverfahren ist zur Erzielung von Trennungen zwischen verschiedenen Bestandteilen von Gemischen, welche so ähnliche Dampfdrucke haben, daß diese ihre Fraktionierung durch gewöhnliche Destillation, schwierig, wenn nicht unmöglich machen¹, oder für die Trennung von Bestandteilen¹, welche Azeotrope bilden, vorteilhaft. Dies Verfahren wird entweder kontinuierlich oder chargenweise durchgeführt, wobei ein verhältnismäßig hoch siedendes Lösungsmittel, welches für einen der Bestandteile des Ausgangsgemisches selektiv wirkt, eine Destillationskolonne herabfließt, während die Destillation vor sich geht. In dieser Weise destilliert die verhältnisimäßig wenig lösliche Komponente über, während- das selektive Lösungsmittel den löslichen Bestandteil aus dem Dampf auswäscht.

Das mit den gelösten Bestandteilen angereicherte Lösungsmittel wird vom Boden der Kolonne abgezogen, und die gelösten Bestandteile und das Lösungsmittel können in einer Hilfsvorrichtung getrennt werden. Das zurückgewonnene Lösungsmittel kann in die Hauptkolonne zur Verwendung in einem weiteren Kreislauf zurückgeführt werden. Es iist üblich, in Extraktionskolonnen das Lösungsmittel der Kolonne an einem Punkt unterhalb des ΚοΊοη-nenkopfes zuzuführen, damit die Böden oberhalb der

Lösungsmittelzufuhr dahin wirken, einen Lösungs^ mittelverlust über den Kopf der Kolonne zu verhindern,

In der folgenden Beschreibung wird, dieser Teil des extraktiven Destillationssystems als Rektifikationszone bezeichnet, im Gegensatz zu dem Teil des Systems unterhalb der Lösungstnittelzufuhrstelle, welcher extraktive Destillationszone genannt wird. Es ist selbstverständdiich, dlaß die Rektifikationszone ίο eine gesonderte bauliche Einrichtung darstellen kanu.

In der Vergangenheit war es üblich, das Lösungsmittel der extraktiven Destillationskolonne bei einer Temperatur gleich der normalen Gleichgewichtstemperatur der Kolonne an der Zuführungsetelle zuzuführen. Es wurde jedoch gefunden, daß es verschiedene Vorteile bietet, wenigstens einen Teil des Lösungsmittels der Kolonne mit einer höherem Temperatur als dar normalen Gleichgewichtstemperatur

ao an jener Stelle zuzuführen.

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die extraktive Destillation zu schaffen. Es ist ein weiterer Zweck, ein Verfahren zu schaffen, das einen erhöhten Durchsatz durch die extraktiven Destillationskolonnen ermöglicht. Ein weiterer Zweck ist, ein Verfahren zu schaffen, bei dem das Lösungsmittelverhältnis in einer gegebenen Kolonne bei entsprechender Einsparung an Wärme verringert werden kann. Weitere Ziele werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.

Für ein gegebenes extraktives· Destillationssystem sind grundsätzlich zwei Trennungen zu berücksichtigen, das sind erstens die Trennung der Bestandteile in dem Ausgangsmateriail und zweitens die Trennung des Lösungsmittels von. dem Bestandteil, der nicht selektiv gelöst wird, d. h. vom Destillat. Die Schwierigkeit der letztgenannten Trennung, welche in der Rektifikationszone stattfindet, ist eine Funktion der relativen Flüchtigkeit des Destillates gegenüber dem Lösungsmittel. In, Abhängigkeit von der relativen Flüchtigkeit ist es manchmal notwen-dig, eine übermäßig große Anzahl von Böden in der Rektifikationszone anzuwenden, oder in Abänderung davon das Rücklaufverhältnis' in dieser Zone der Kolonne zu erhöhen:, um Verluste des wertvollen Lösungsmittels im Destillat zu verhindern. In der Tat ist in einigen Fällen der Rücklauf in der Extraktionszone unterhalb des Mindestrücklaufs in der Rektifikatiomszone, und es ist somit in der Rektifikationszone ein höherer Rücklauf als, in der Extraktioraszone erforderlich, unabhängig von der Zahl der Böden in der Rektifikafcianiszone·. Eine Erhöhung des Rücklaufs in der Rektifikationszone kann naturgemäß durch Erhöhung dies Rücklaufs in der gesamten Kolonne erreitht werden, jedoch wird hierbei die Dampf- und Flüssigkeitsbelastung in der Extraktionszone ansteigen,. Ein Ansteigen· der Flüssigkeitsbelastung in der Extraktioniszone muß begleitet werden von einer Erhöhung der Lösungsmittelzufuhr, um eine bestimmte Konzentration, des Lösungsmittels auf den Böden aufrechtzuerhalten, die zur Aufrec'hterhaltung eines gegebenen Trennungsgradeis der Bestandteile im Ausgangsmaterial erforderlich ist. Das neue Verfahren ermöglicht es, eine befriedigende Trennung zwischen DestiMat und Lösungsmittel durch Anwendung eines höheren Rücklauf Verhältnisses in der Rektifikatiionszone der Kolonne anzuwenden, ohne das· Rücklaufverhältnis in dem Teil der Kolonne unterhalb der Stelle der Lösungsmittelzuführung zu stören, in welchem im wesentlichen die Trennung der Bestandteile des Ausgangsmaterials erfolgt.

Die Anwendung des Verfahrens auf eine gegebene Extraktion mag durch den Fall erläutert werden, bei dem es wünschenswert ist, Toluol von großer Reinheit aus einem Konzentrat zu gewinnen, das Toluol und andere Nicht-Toluol-Kohlenwasserstoffe enthält, wie sie aus Erdöl in einem System, wie voraufgehend beschrieben wurde, erhalten wurden. Es sei angenommen, daß Phenol als selektives Lösungsmittel für Toluol verwendet werde, das· am Boden der Kolonne abgezogen werden soll, während die Nicht^Toluol-KohlenWasserstoffe überdestillieren.

Das Verhältnis des Kohlenwaseerstoffrücklaufs. in dem Teil unterhalb der Stelle der Lösungsmittelzufuhr zum Kohlenwasserstoffdestillat beträgt 2:1. Es ist klar, daß der Teil· dter Kolonne oberhalb der Stelle der Lösungsmittelzufuhr lediglich die Entfernung von Lösungsmitteln aus dem Nicht-Toluoldestillat bewirkt, welches gegenüber dem Toluol eine sich in diesem Teil der Kolonne nicht verändernde Zusammensetzung hat. Es sei angenommen, daß die Kolonne für einen Betrieb mit 40¹Vo Phenol als Lösungsmittel in der Kolonne entwickelt sei und daß das niichttoluolhahige Destillat nicht mehr als ι °/o Toluol enthalten darf. Aber unter diesen Bedingungen tritt, wie gefunden wurde, ein übermäßiger Phenolverlust an das Destillat auf. Zuerst wird: die normale Gleichgewichtstemperatur der Kolonne an der Stelle der Lösungsmitteleinführung bestimmt. Dies geschieht durch Bestimmung des Siedepunktes eines Gemisches aus 40 °/o Phenol und 60 °/o lösungsmittelfreiem Destillat, welches qo⁰/o Nicht-Toluol-Kohleniwasserstoffe und 1 °/o Toluol enthält. Dieser Siedepunkt wird auf den Druck in der Kolonne korrigiert. Diese Temperatur ist dann die der Stelle dler Lösungsmittelzufuhr. Die Temperatur des Lösungsmittels wird nun auf eine Temperatur etwas oberhalb derjenigen der Lösungsmittelzufuhrstelle erhöht und zu gleicher Zeit wird der Rücklauf in dem oberen Teil der Kolonne in einem Ausmaß erhöht, das der zusätzlich mit dem Lösungsmittel eingeführten Wärme entspricht. Dieses· erhöhte Rücklaufverhältnis ermöglicht, den Phenolverlust im Destillat auf das gewünschte Maß herabzumindern.

In einem Fall war es möglich, bei Anwendung des obigen Verfahrens die Phenolverluste im Destillat bis auf 0,1 °/o bei einem Rücklaufverhältnis von 2,5 und bis auf 0,015 °/o bei einem Rücklaufverhältnis von 3,3 im oberen Teil der Kolonne zu verringern.

In der Beschreibung und in den. Ansprüchen· wird der Begriff normale Gleichgewichtstemperatur verwendet, um die Temperatur für ein System zu bezeichnen, welche in der erläuterten Art und Weise für ein System gefunden werden kann bei gegebener Destillatzusammensetzung, gegebenen Rücklatifver-

hältiiisisen und gegebener Menge des angewendeten Lösungsmittels.

Um weiter die Erfindung zu erläutern, wird Bezug auf die Zeichnung genommen, die ein schematiisches Diagramm ist, welches die Grundlagen dlieser Erfindung erläutert und eine Ausführung davon darstellt, wobei ei ti/ Ausgangsmatertal, enthaltend zwei Bestandteile A und B, zerlegt wird, von denen das erstgenannte in einem verhältnismäßig hoch siedenden Lösungsmittel bevorzugt löslich ist.

Das Ausgangsmaterial, das auf eine geeignete Temperatur erhitzt ist, wird über die Leitung ι und Ventil 2 (Ventil 3 ist geschlossen) in einen mittleren Teil der mit einem Wiedererhitzer 5 ausgerüsteten Kolonne 4 aufgegeben. Ein verhältnismäßig hoch siedendes Lösungsmittel für A gelangt vom Vorratsl >ehälter 6 über Erhitzer 7 und Ventil 8 in die Leitung 9 und die Leitung 10 zur Kolonne 4 (Ventile 18 und 17 sind geschlossen). Die Temperatur des Lösungsmittels beim Verlassen des Erhitzers 7 und l>eim Eintritt in die Kolonine 4 liegt oberhalb der normalen Gleichgewichtstemperatur der Kolonne 4 an dem Punkt, an, dem das Lösungsmittel eingeführt wird (Leitung 10), wie späterhin! erklärt wird¹. Die mit dem heißen. Lösungsmittel zugeführte Wärme gestattet, daß in dem Teil der Kolonne 4 oberhalb der Leitung 10 ein höheres Rücklaufverhältmis aufrechterhalten werden kann, ohne den unteren Teil der Kolonne 4, wie oben erläutert, zu überlasten.

Dies ermöglicht einen höheren Trenmungsgrad und hilft somit, Verluste am Lösungsmittel zu verhin»- dem, das dazu neigt, mit B durch die Leitung 11 überzudestillieren. Das Destillat wird im Kühler 12 kondensiert und ein Teil davon als Rücklauf zur Kolonne 4 durch die Leitung 13 zurückgeleitet, während B als Produkt durch Leitung 14 abgezogen wird. Das Lösungsmittel fließt durch die Kolonne 4 herab, während die Destillation vor sich geht, wobei es selektiv den löslicheren, Bestandteil A herauslöst und zur gleichen Zeit dessen relativen Dampfdruck erniedrigt. Die Kolonne 4 wird so gesteuert, daß sie in einer Weise wirkt, daß das Lösungsmittel, welches im wesentlichen nur A enthält, am Boden der Kolonne durch das Ventil 15 abgezogen wird (Ventil 16 ist geschlossen).

Die obige Beschreibung erläutert die Grundlagen der Arbeitsweise nach vorliegender Erfindung, obgleich sie im praktischen Betrieb wahrscheinlich unter Kreislaufführung des zurückgewonnenen Lösungsmittels, wie folgt, betrieben* wird (Ventile 3, 8, 15 und 17 sind geschlossen und! Ventile 2 und 13 sind offen): In diesem Fall wird das heiße, angereicherte Lösungsmittel vom Boden der Kolonne 4 abgezogen und strömt durch Leitung 19 zur LösungSimittelrückgewinnungskolonne 20, die mit einem Erhitzer 21 der Destillatleitung 22 und dem Kühler 23 ausgerüstet ist. Der gelöste Bestandteil A wird, in der Kolonne 20 vom Lösungsmittel abgetrennt und destilliert über, um kondensiert zu werden, und ein

Teil wird als Rücklauf durch die Leitung 24 zurück- ! geführt, während der Rest als Produkt durch Lei- ' tung 25 abgezogen wird. Heißes, an gelösten Bestandteilen armes Lösungsmittel wird vom Boden der Kolonne 20 abgezogen und im Kreislauf zur Kolonne 4 über Leitung 26, Leitung 27, Ventil 18 und Leitung 10 zurüokgeleitet.

Manchmal ist es wünschenswert, nur einen Teil der in dem heißen Lösungsmittel aus der Kolonne 20 verfügbaren Wärme in dem Verfahren zu verwenden. Unter Umständen kann der Rest der Wärme für irgendeinen wünschenswerten Zweck, z. B. zum Vorheizen des Ausgangsmaterials für die Kolonne 4, verwendet werden. Wenn es wünschenswert ist, in dieser Weise zu arbeiten', werden, die Ventile 17 und 18 so eingestellt, daß alles oder ein Teil des heißen Lösungsmittels veranlaßt wird, im Kreislauf zur Kolonne 4 über den Wärmeaustauscher 28 und Leitung 10 zurückzufließen. Die Ventile 2 und 3 werden so eingestellt, daß sie das gesamte oder einen Teil des Frischgutes veranlassen, durch den-Wärmeaustauscher 28 zu fließen, bevor sie in die Kolonne 4 eintreten. Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine einzige Hauptfraktionierkolonne erläutert wurde, liegt es im Rahmen der Erfindung, zwei getrennte Kolonnen, eine entsprechend¹ dem unteren Teil der Kolonne4, d.h. der extraktiven Destillatiionszone, und die andere entsprechend dem Teil der Kolonne 4 oberhalb der Lösungsmitteleinführung 10, d. h. der Rektifikationszone, anzuwenden. Unter diesen Umständen wird das heiße Lösungsmittel z. B. von der Rückgewinnungskolonne am Boden der Kolonne eingeführt, die dem oberen Teil der Kolonne 4 entspricht, um diie Wärme für den Rücklauf zuzuführen.

Aus Gründen der Vereinfachung sind Pumpen, Umwegleitunge» und andere Hilfseinrichtungen, deren geeignete Anordnung sich für den Sachkundigenohne weiteres ergibt, fortgelassen' worden'.

Die Erfindung ist für extraktive Destillationen anwendbar, bei denen es wünschenswert ist, die Rektifikationszone des System« mit einem höheren Rücklaufverhältiniis als denextraktivenDestillationsteil zu betreiben. Sie ist besonders vorteilhaft in den Fällen, in denen es undurchführbar ist, weitere Böden für die Rektifikatiomszone zuzufügen, oder es unmöglich ist, das Ergebnis durch Zufügung einer Anzahl von Böden zu erreichen. Obgleich das Lösungsmittel durch eine beliebige äußere Quelle erhitzt werden kann, ist es gewöhnlich vorzuziehen, die Wärme des Lösungsmittels, das den Boden der Lö'SungBmittelrückgewiinnunigskolonne verläßt, auszunutzen. Die gesamte oder ein Teil dieser Wärme kann· verwendet werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Verfahren zum extraktiven Destillieren eines Destillationsgutes, enthaltend Bestandteile A und B in Gegenwart eines höhersiedenden flüssigen stabilen Lösungsmittels in einem extraktiven Destillationssystem mit einer Rektifikationszone und einer extraktiven Destillationszone, wobei A in dem Lösungsmittel verhältnismäßig löslich und B hierin verhältnismäßig unlöslich ist, wobei das Lösungsmittel in das genannte System an einer Stelle zwischen der Rektifikationszone und der extraktiven Destüla-

   tionszone eingeführt wird und in der letztgenannten Zone Dämpfe des Gemisches in Berührung mit dem. herabfließenden Lösungsmittel und dem Rücklauf stehen, der am Kopf der Rektifikationszone gebildet "wird, und Bildung eines angereicherten Lösungsmittels, reich an A, und Restdämpfen, reich an B, welch letztgenannte in die Rektinkations'zone gelangen«, während das angereicherte Lösungsmittel vom unteren Teil der Extraktionszone abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel mit einer Temperatur oberhalb der normalen Gleichgewichtstemperatur an der Einführungsstelle eingeführt und der Überschuß des Wärmeinhaltes des Lösungsmittels zum Aufrechterhalten eines höheren Rücklaufverhältnieses in der Rektifikationi9zone als in der extraktiven Destillationiszone ausgenutzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rektifikationszonen und extraktiven Destillationszonen sich in einer Kolonne befinden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das angereicherte Lösungsmittel vom unteren Teil der extraktiven Destillationiszone abgezogen und zu einer Lösungsmittelrückgewinnungskolonne geführt wird, in der das Lösungsmittel von A abgetrennt und zur Rektifikationszone zurückgeleitet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Wärme dies armen Lösungsmittels ausgenutzt wird, um eine Erhöhung des Rücklaufverhältnisses zu ermöglichen.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Destillatiomsausgangs^ material Toluol und'Nicht-Toluol-Kohlenwasserstoffe enthält, wobei das Toluol dem Bestandteil A und die Nicht-Toluol-Kohlenwaisserstoffe dem Bestandteil B entsprechen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen