DE932794C

DE932794C - Verfahren zur Reinigung von bei der Butanol-Aceton-Gaerung erhaltenem Aceton

Info

Publication number: DE932794C
Application number: DEU1837A
Authority: DE
Inventors: Louis Alheritiere; Maurice Mention
Original assignee: Usines de Melle SA
Current assignee: Usines de Melle SA
Priority date: 1951-10-02
Filing date: 1952-09-17
Publication date: 1955-09-08
Also published as: GB718338A; BE514565A; US2820743A

Description

Das bei der Butanol-Aceton-Gärung erhaltene und gereinigte Aceton enthält noch Spuren von Verunreinigungen in Mengen, die durch die klassischen analytischen Verfahren nicht quantitativ bestimmbar sind, deren relative Menge jedoch, gemessen an der Entfäribungszeit einer o,i°/ffigen wäßriigen Lösung von Kaliumpermanganat, die im Verhältnis von 1 Teil zu 100 Teilen Prüfgut zugesetzt wird, geschätzt werden kann.

Aceton von guter Beschaffenheit soll nicht nur frei von Säurespuren sein, sondern seine EntfärbungSizeit soll außerdem mindestens 20 Minuten betragen.

Diese Bedingungen reichen jedoch nicht immer aus.

Es wurde nämlich festgestellt, daß Aceton, welches diesen Reinheitsbedingungen genügt, für gewisse Anwendungszwecke nicht hinreichend rein ist, besonders wenn es zur Herstellung von Diacetonalkohol durch Kondensation im alkalischen Medium dient. Einerseits reagieren die Spurenverunreinigungen des Acetons während der Kondensation, indem sie entweder die Wirkung des Katalysators verringern und dadurch größere Mengen desselben erforderlich machen, oder indem sie sogar die Wirkung des Katalysators vernichten; andererseits führen diese Verunreinigungen im Verlauf der Rektifikation des Kondensationsproduktes zur Bildung von Mesityloxyd und zur Verfärbung des Diacetonalkohols.

Man hat bereits auf verschiedene Weise diese

Verunreinigungen zu entfernen versucht, z. B.

durch Waschen in einer alkalischen Lösung, dann Behandlung mit einer Lösung von Kaliumpermianganat vor der Rektifikation oder Zuführung der ... genannten -Reagentien in die Rektifiziersäulen.

Diese Verfahren machen im allgemeinen eine Redestillation .des chemisch behandelten Acetons erforderlich. Außerdem kann es vorkommen, daß

ίο sich das erhaltene Produkt schwer kondensiert.

Es wurde nun gefunden, daß man die Verunreinigungen von bei der Butanol-Aceton-Gärung erhaltenem Aceton in einfacher Weise auf physikalischem Wege beseitigen 'kann, wodurch man ein Reinaceton erhält, dessen Permanganatentfäribung in gewissen Fällen den. Wert von 24 Stunden überschreiten kann. Aus diesem Aceton kann man insbesondere Diacetonalkohol von hohem Gütegrad in industriellem Maßstäbe direkt herstellen, dessen Beschaffenheit den allgemein angenommenen klassischen Lieferungsbedingungen entspricht (z. B. British Standards). Gleichzeitig fallen die Verunreinigungen in einer hinreichend hohen Konzentration an, daß sie durch Dekantieren entfernt werden können.

Das Verfahren beruht auf der Beobachtung, daß die Trennung der Acetonverunrei'nigungen bedeutend leichter erfolgt, wenn man die Destillation in Gegenwart einer solchen Menge Wasser ausführt, daß der Acetongehalt 15 Volumprozent nicht übersteigt.

Unter diesen Bedingungen werden alle Verunreinigungen, selbst diejenigen, deren Siedepunkt an sich sehr hoch liegt (bis zu 240°), flüchtiger als Aceton. Die Trennung ist um so wirksamer, je geringer die Acetonkonzentration ist.

Es wurde gefunden, daß diese Trennung sehr einfach in einer Destilliersäule üblicher Bauart ausgeführt werden kann, die eine genügend große Bodenzahl besitzt, wenn man unter folgenden Bedingungen arbeitet:

a) Das zu behandelnde Aceton wird in flüssiger Form, kalt oder warm, in den. mittleren Teil einer Kolonne eingeführt, welcher am Boden die erforderliche Wärmemenge zugeführt wird, um dem Aceton die Verunreinigungen praktisch vollständig zu entziehen. Die erforderliche Wärmemenge hängt im wesentlichen von der Art der Verunreinigungen ab; sie kann zwischen 400 und 1000 Kalorien/kg behandeltes Aceton betragen.

b) Das Wasser, das dazu dient, eine geeignete Acetonverdünnung zu erzielen, wird bei Siedetemperatur oder in deren Nähe am Kopf der Säule in einer solchen Menge eingeführt daß das gereinigte, vom Boden der Säule abfließende Aceton eine bestimmte Konzentration besitzt, die 2 bis 10 Volumprozent beträgt. Wenn das zu behandelnde Rohaceton sehr flüchtige Verunreinigungen enthält, wie Acetaldehyd, kann es sich empfehlen, zwischen Zuführungsstelle des Wassers und oberem Kolonnenende einige zusätzliche Böden für die Konzentrierung dieser Verunreinigungen vorzusehen.

c) Am Kopf werden die Verunreinigungen in hoher Konzentration abgezogen, wobei man sie gegebenenfalls mittels eines geeigneten Dekantierapparates trennt, der entweder im Inneren der Säule auf Höhe der Zuführungsstelle des kochenden Wassers oder im Rücklaufkreislauf angeordnet ist.

d) Die Beheizung des Kolonnenibodens und die Verdünnung .mittels Wasser werden in der Weise miteinander kombiniert, daß einerseits der maxi-' male Acetongehalt auf den mittleren Böden, die unterhalb der Zuführungsstelle des Rohacetons liegen, 15 Volumprozent nicht überschreitet, und daß er andererseits in der Zone der Wässerung, d. h. oberhalb dieser Zuführungsstelle so gering wie .möglich ist (1 bis 10%). Unter diesen Bedingungen steigen die Verunreinigungen am Kopf an, während das Aceton nach dem unteren Teil der Kolonne gefördert wird. Daraus folgt, daß die Temperaturen längs der Kolonne derart abgestuft sind, daß die auf den Böden erreichten Höchsttemperaturen in der Wässerungszone liegen, die tiefsten Temperaturen dagegen im Mittelteil der Kolonne, unmittelbar unterhalb der Zuführungsstelle für Rohaceton. Das Kurvenbild der Fig. 1 gibt die durchschnittlichen Schwankungen des Acetongehaltes (Kurve I) und der Temperaturen (Kurve II) auf. den Böden der Reinigungssäule wieder.

e) Die Menge der über Kopf im Gemisch mit einer gewissen Acetonmenge abgezogenen Verunreinigungen schwankt im allgemeinen zwischen ι und 2,5 Volumprozent, bezogen auf die Acetonbeschickung. Sie kann in gewissen Fällen stärker sein und bis zu etwäTio°/o gehen.

f) Das vom Boden der Säule abströmende gereinigte Aceton wird in eine Rektifiziersäule üblicher Bauart gefördert, die ,zweckentsprechend bemessen und betrieben wird. Vom Kopf dieser Säule wird Reinaceton in einer Konzentration von 99,5 °/o (Rest Wasser) in flüssiger Form von einem Boden abgezogen, während das vom Fuß abgezoigene siedende Wasser in gelenkten Mengen im Rücklauf dem Kopf der ersten Säule wieder zugeführt wird.

Im allgemeinen sind in der Rektifiziersäule einige Böden über derjenigen Stelle angeordnet, an welcher das Aceton abgezogen wird, um etwaige saure Verunreinigungen, die der Reinigung entgehen könnten (For mi ate), und eventuell das Kohlendioxyd abzuscheiden, das in dem Heizdampf enthalten ist, wenn die Heizung mit direktem Frischdampf erfolgt.

In Fig. 2 ist als Beispiel eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage schaubildartig dargestellt.

Danach wird das zu behandelnde Rohaceton in flüssiger Form, kalt oder warm, durch Rohrleitung ι in die Kolonne A eingeführt. Es strömt gereinigt und verdünnt vom Fuß der Kolonne durch Rohrleitung 2 ab und wird in Kolonne B gefördert, in welcher die Trennung des Wasser- 125-Aceton-Gemisches erfolgt.

Das für die Bewässerung 'bestimmte, bei der

Entleerung des wäßrigen Rückstandes der Säule B entnommene Wasser wird im Kreislauf durch Pumpe 3 über Rohrleitung 4 und den Strömungsmengenmesser 4" zum Kopf von A gefördert.

Im Kopfteil von A, vorzugsweise unmittelbar unter der Wasserzufü'hrungsstelle, ist ein Dekantierboden (Boden, der die Dämpfe ohne Kontakt mit der Flüssigkeit durchläßt) angebracht, von dem man die obere, an Verunreinigungen reiche Schicht durch Ro'hr 6 abzieht.

Nach einer anderen Ausführungsform kann jedoch dieser Dekantierapparat in den vom Kondensator abströmenden Rücklauf eingeschaltet werden.

Ein Teil der vom Kondensator der Kolonne zurückgeführten Flüssigkeit wird durch Rohrleitung 7 zur Ausscheidung leichter Verunreinigungen abgezogen.

Das konzentrierte Reinaceton wird in flüssigem Zustand durch Rohr 8 vom oberen Teil der Säule B abgezogen.

Zur Entfernung leichter Verunreinigungen ist eine Flüssigkeitsentnahme durch Rohrleitung 9 aus dem Rückflußkondensat vorgesehen, während ein anderer Teil dieses Kondensats durch Rohrleitung 10 in Kolonne A, vorzugsweise in Höhe der Zuführungsstelle für das Rohgut, geleitet werden kann.

Die Säule A wird vorzugsweise indirekt geheizt, um jede weitere Verdünnung des Acetons am Boden der Kolonne und Störungen des Betriebs zu vermeiden.

Es ist wichtig, daß die Konzentration des Rohacetons so hoch wie 'möglich ist; man kann indessen durch dieses Verfahren ein Rohgut reinigen, welches zuvor bis auf 50% verdünnt ist.

Die Ausbeute des Verfahrens hängt von Menge und Art der in dem Rohaceton enthaltenen Verunreinigungen sowie in gewissem Maße von der Führung der Gärung ab. Sie kann 95 bis 98⁰Zo des behandelten Rohacetons erreichen.

Die Drücke sind keiner Beschränkung unterworfen. Man kann im Rahmen der Erfindung jede Kolonne unter einem verschiedenen Druck betreiben, wenn man die Wärme wiedergewinnen will. Zum Beispiel kann man, wenn man die Säule B unter Druck und die Säule A unter Atmosp'härendruck betreibt, die verfügbare Wärme im Kopf der Säule B daizu benutzen, um die Kolonne A

60 -	70°	C
70 -	8o°	C
80 -	110°	C
HO-	I2O°	C
120 -	150°	C
150 -	240°	C

	Dem	Pro	Aceton-	Extraktion des	Säule B	Sp isung	Permanganatprobe	Kopf	gereinigtes
	Boden	Stunde	gehalt am	unreinen Acetons in	0,5	0" 15'		Säule B	Aceton
.- Art der Beschickung	von A zu geführte	be handeltes	Boden von A	Prozent des behan delten Rohacetons			Kopf	"co	6^h
	Wärme	Aceton	Volum		0,5	0" 11'	Säule A
	cal/kg	Liter	prozent	Säule A	1,0	0" o'o"	O¹¹O' O"	3"	22"
Rektifiziertes Aceton	400	117	5,3	2,5				ο¹'26'	3"
⁰ Weniger gut							0" 0' 15"
rektifiziertes Aceton	600	120	5,6	2,5		O¹O' O"
»Acetonköpfe*	I 000	90	3,2	9-0

zu beheizen, oder man kann umgekehrt die Säule A mit partiellem Unterdruck betreiben, um die am g^ Kopf der unter Atmosphärendruck arbeitenden Säule B verfügbare Wärme wiederzugewinnen.

Die durch Dekantierung am Kopf der Säule A abgetrennten Verunreinigungen enthalten unter anderem, wie eine Untersuchung zeigt: Acetaldehyd, Propionaldehyd, Formiate-, gemischte Oxyde (Äthylisopropyloxyd), Ester (Äthyl- und Butylacetate, Butylbutyrat), höhere Alkohole, schwere, bis zu 240° siedende Fraktionen.

Zum Beispiel ergab die Destillation einer Probe von Verunreinigungen, die am Kopf der Säule A von dem unreinen Aceton albgetrennt wurden, welches industriell mit dem Namen »Acetonköpfe« bezeichnet wird, folgendes Ergebnis:

10% gehen über bei bis 60⁰C 20%
30%

10% - 120 - 150" C

10% - -

Der größere Teil dieser Verunreinigungen wird im ganzen vom Kopf der Säule A abgezogen, während man vom Kopf der Säule B nur Spuren von Formiaten und Kohlendioxyd abzieht.

Die Tatsache, daß es möglich ist, vom Kopf der Säule A Verunreinigungen abzuziehen, deren Siedepunkt bis 240° beträgt, zeigt die große Wirksamkeit des Reinigungsverfahrens gemäß der Erfindung.

Die folgende Tabelle gibt als Beispiel die von drei Partien verschiedener Acetonqualitäten in einer technischen Anlage erhaltenen Ergebnisse wieder, wenn man nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet. Die Anlage ist in der Lage, pro Stunde 90 bis 120 1 Aceton, als ioo°/oiges Produkt gerechnet, zu verarbeiten.

Kolonne A (Reinigungskolonne) hat einen Durchmesser von ι m und vierzig Böden, davon fünfundzwanzig Entziehungsböden unterhalb und fünfzehn Waschböden oberhalb der Rohacetonzuführungsstelle. Kolonne B (Rektifxzierkolonne) 'hat einen Durchmesser von 70 cm und . zweiunddreißig Böden, davon dreizehn Entziehungsböden unterhalb der Beschickungsstelle, siebzehn Konzentrierböden für Aceton zwischen den Rohren 2 und 8 sowie zwei Konzentrierböden für die Kopfprodukte oberhalb Rohr 8.

Das ,rektifizierte Aceton gemäß Tabelle enthält nur unmeßbare Spuren von Verunreinigungen (Propionaldehyd, Acetaldehyd, Formiate, schwere Alkohole), die sidh durch die Permanganatprobe nachweisen lassen und die Kondensation des Acetons im alkalischen Medium .unter Bestbedingungen verhindern. Man behandelt das Produkt in der Weise, daß Kolonne ./ί mit 95 kg/Std, desselben unter Zusatz von 1695 kg/Std. Wasser beschickt wird.

Das weniger gut rektifizierte Aceton enthält Verunreinigungen in geringer Menge (weniger als 0,01% insgesamt), die vornehmlich aus Propionaldehyd, Acetaldehyd, Formiaten, Isopropyloxyd, Butanol, schweren Alkoholen und Methyläthylketon bestehen. Man behandelt dieses Produkt wie die vorgenannte Beschickung.

Die Acetonköpfe enthalten etwa 1% Verunreinigungen. Die Art der Verunreinigungen und ihr Destillationsverhalten sind in der Beschreibung weiter oben angegeben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Reinigung von bei der Butanol-Aceton-Gärung erhaltenem Aceton, 'dadurch gekennzeichnet, daß man einer Destilliersäule im mittleren Teil das Ronaceton und im Kopfteil kochendes bzw. praktisch kochendes Wasser zuführt, während man die gereinigte, wäßrige Acetonlösung vom Boden der Säule zur Rektifikation und eine an Verunreinigungen angereicherte Flüssigkeit vom Kopf derselben abzieht, wobei man die Beheizung der Säule im Bodenteil vorsieht und die am Kopf'erfolgende Wasserzufuhr derart regelt, daß

a) die vom Boden abgezogene wäßrige Lösung praktisch von Verunreinigungen frei ist,

b) diese Lösung 2 bis 10% Aceton enthält,

c) die Acetonkonzentration unmittelbar unterhalb der Zuführungsstelle des Robacetons I5^e/o nicht übersteigt und über dieser Stelle 1 bis 10% beträgt und

d) die Menge der vom Kopf der Säule abgezogenen Flüssigkeit 10 Volumprozent, bezogen auf das der Säule zugeführte Rohaceton, nicht übersteigt und im allgemeinen 1 bis 2,5 Volumprozent beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die vom Kopf der Säule albgezogene, an Verunreinigungen angereicherte Flüssigkeit dekantiert, um nur die obere Schicht zu entfernen, wobei man diese Dekantierung in der Säule selbst oder in einem in der von dem Kondensator in den Kopf der Säule führenden Rücklauf leitung angeordneten Dekantierapparat ausführen kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die vom Boden der Rektifizier säule abströmende kochende wäßrige Flüssigkeit als kochendes Wasser in der Reinigungssäule verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil der durch Kondensation der Dämpfe der Rektifiziersäule erhaltenen Flüssigkeit in die Reinigungssäule zurückführt, während der Rest derselben zum Teil dieser Säule im Rücklauf wieder zugeführt und zum Teil entfernt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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