DE972036C - Verfahren zur Abtrennung von p-Xylol aus seinen technischen Gemischen - Google Patents

Verfahren zur Abtrennung von p-Xylol aus seinen technischen Gemischen

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DE972036C
DE972036C DEM15732A DEM0015732A DE972036C DE 972036 C DE972036 C DE 972036C DE M15732 A DEM15732 A DE M15732A DE M0015732 A DEM0015732 A DE M0015732A DE 972036 C DE972036 C DE 972036C
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Karl Dr Bratzler
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D9/00Crystallisation
    • B01D9/0004Crystallisation cooling by heat exchange
    • B01D9/0009Crystallisation cooling by heat exchange by direct heat exchange with added cooling fluid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D9/00Crystallisation
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D9/00Crystallisation
    • B01D9/0059General arrangements of crystallisation plant, e.g. flow sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
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Description

  • Verfahren zur Abtrennung von p-Xylol aus seinen technischen Gemischen Aus technischen Gemischen von p-Xylol, m-Xylol und o-Xylol. die z. B. auch noch Toluol und Äthyl-I)enzol enthalten können, kann bekanntlich das gesamte p-Xylol zusammen mit einem nur geringen Anteil Xylol in einem Arbeitsgang dadurch gewonnen werden, daß man das Gemisch auf Temperaturen von etwa - 55 bis - 700 C, vorzugsweise -65 bis 680 C, abkii91lt.
  • Hierbei fällt ein Gemisch von p-Xylol und o-Xylol mit hohem p-Xylolgehalt aus. das durch Filtrieren, Dekantieren und ähnlichen Operationen von den flüssig verbleihenden übrigen Bestandteilen des Gemisches (Mutterlauge) abgetrennt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auskristallisieren und Abtrennen des p-Xylols aus Gemischen mit seinen Isomeren besteht darin, daß das Gemisch in einer ersten Stufe indirekt auf Temperaturells bei denen noch keine Feststoffe ausgeschieden werden, gekühlt wird, daß während der Kühlung in das Gemisch ein darin lösliches Gas unter normalem oder erhöhtem Druck eingeleitet und gelöst wird un.d daß in einer zweiten Stufe nach Abstellen der indirekten Kühlung das Gemisch durch adiabatisches Verdampfen des gelösten Gases direkt weitergekühlt wird.
  • Nach der Erfindung wird das Gemisch von p-Xylol. m-Xylol und o-Xylol oder p-Xylol und m-Xylol zunächst durch indirekteKälteübertragung, z. B. bis auf Temperaturen von - 10 bis 450 C, durch Ztihilfenahme von Kältemaschinen, die solche Temperaturen leicht erreichen lassen, abgekühlt und anschließend die weitere Abkühlung auf direktem Wege, insbesondere in der Weise bewirkt, daß in das Isomerengemisch unter weiterem mittelbarem Wärmeentzug Äthan, Propan, Äthylen, Schwefeldioxyd oder andere Gase mit ähnlichen kalorischen Eigenschaften, beispielsweise andere niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe der Paraffin- und/oder Olefinreihe, die bis 4 C-Atome enthalten können, bei Normaldrufck oder erhöhtem Druck eingeleitet werden. Zweckmäßig werden Gase verwendet, deren Verflüssigungstemperatur bei Atmosphärendruck zwischen 20 und - 1000 C liegt. Diese Gas!e werden nach Abstellen der mittelbaren Kühlung durch Druckverminderung (Entspannen bzw. Abpumpenj adiabatisch verdampft. Hierbei lassen sich Temperaturen von etwa - 55 bis - 770 C leiaht erreichen, und es wird aus dem Isomerengemisch das p-Xylol in grobkristalliner, durch Filtrieren, Dekantieren und ähnliche Operationen leicht abtrennbarer Form ausgeschieden. Durch Anwendung noch tieferer Temperaturen lassen sich auch die beiden Xylole, die in der von den Kristallen befreiten Mutterlauge zurüdgeblieben sind, voneinander und bzw. oder mi.t dem gegebenenfalls im Ausgangsgemisch enthaltenen Äthylbenzol trennen. das bei der ersten Kristallisation in die 3,Iutt,erlauge geht. Das erfindungsgemäß gewonnene Gemisch von p-Xylol mit wenig o-Xylol läßt sich z. B. durch glegebenlenfalls wiederholte Umkristallisation, die in den gleichen Weise wie die Abtrennung durchgeführt werden kann, auf technisch reines p-Xylol aufarbeiten.
  • Ein von Mutterlauge freies Produkt erhält man, wenn diese mittels einer Saugvorrichtung abgesaugt wird, die an ihrem Ende mit einem Filter passender Porenweite ausgestattet ist. Diese Arbeitsweise ist ohne Verluste an Kälte und ausgeschiedenem p-Xylol durchführbar, das hierbei keine Temperaturzunahme erfahren und deshalb nicht wieder teilweise in Lösung gehen kann.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß man zunächst das o-Xylol durch Rektifikation abtrennt und aus dem verbleibenden Gemisch von p- und m-Xylol das p-Xylol durch Abkühlung des Gemisches auf Temperaturen von etwa - 25 bis - 300 C fraktioniert auskristallisiert.
  • Auch hierbei wird erfin.dungsgemäß durch indirekte Abkühlung des Gemisches, beispielsweise mit Hilfe einer einstufigen Ammoniakkältemaschine oder mit einer Kältemaschine anderen Typs zunächst auf Temperaturen abgekühlt, bei denen noch gerade keine Kristallisation eintritt, um. zu verhindern, daß sich Kristalle an den Wänden des Kühlers oder der Kühler abscheiden, von denen sie sich nur schwierig entfernen lassen würden. Zur eigentlichen Kristallabscheidung wird darauf ein Gas geeigneter kalorischer Eigenschaften, beispielsweise Äthan, Äthylen, Propan, Butan oder die diesen entsprechenden Olefine oder Gemische dieser Gase oder .Schwefeld.io:cyd in das zu verarbeitende Gemisch bei normalem odler erhöhtem Druck und bei weiterer indirekter Kühlung eingeleitet. Bei dem nachfolgenden adiabatischen Abpumpen oder Entspannen der eingeleiteten Gase, bei dem nicht mehr weiter in dir-ekt gekühlt wird, tritt-die Kristallbildung nicht an den Kühlerwänden, sondern in der Lösung ein. so daß Abtreminug des Kristallbreies von der M:utterlauge in der oben beschriebenen Weise leicht möglich ist.
  • In der Zeichnung ist eine fiir das neue Verfahren geeignete Apparatur beispielsweise und schematisch dargestellt, Aus dem Vorratsbehälter I kann das technische Xylolgemsisclh durch die Leitungen 2 bzw. 2' ab wechselnd in die Behälter 3 bzw. 3' eingeleitet werden. Diese Behälter sind Kühlbehälter, in denen das Xylol durch die Kühlschlangen 4 bzw. 4' auf eine Temperatur von z. B. etwa 400 C, z. B. mittels Ammoniak-Kältemaschine oder anderer geeigneter Kältemaschinen, gekühlt werden kann. Zur Kühlung dient vorteilhaft die Niederdruckstufe 6 der Ammoniak-Kältemaschine, die außerdem eine Hochdruckstufe 7 besitzt. Das Ammoniak gelangt au.s der Nied,erdrucl;stufe 6 über den Zwischenbehälter 8 in d.ie Kühlschlangen 4 bzw. ' und wird in diesen wieder verdampft. Die Ammoniakdämpfe strömen durch die Leitungen g bzw. g' ab.
  • Beispiels.w,eise wird der Behälter 3 mit Xylol gemisch gefüllt, und es wird dieses Gemisch in der beschriebenen Weise gekühlt, bis es eine Temperatur von - 400 C erreicht hat. Dann wird unter weiterer Kühlung Propan durch die Leitungen 20 und 10 eingeleitet, das mittels des Kompressors 11 z. B. aus dem Vorratsgasometer 22 angesaugt und in dem Wärmeaustauscher I3 vorgekühlt worden ist. Ist die für die folgende direkte Abkühlung des Beleäfterinhaltes notwendige Propaninenge in den Behälter 3 eingeführt worden, so wird die indirekte Kühlung abgestellt und der Behälter 3 auf Propandesorption geschaltet, während der Behälter 3', der inzwischen mit Xylolgem.isch beschickt worden ist, in der gleichen Weise wie vorher der Behälter 3 mittelbar gekühlt wird.
  • Mit Hilfe des Kompressors 11 wird aus dem Behälter 3 durch die Leitungen I2 und 2I das Propan über den Wärmeanstauscher I3 abgepumpt und in den Gasmueter 22 gedrückt. Hierdurch kühlt sich das im Kühlbehälter befindliche Xylol auf etwa 700 C ab, wobei sich ein Gemisch von p-Xylol und o-Xylol mit hohem p-Xylolgehalt in Kristallform ausscheidet. Nach Abpumpen des Propans werden die im Behälter 3 flüssig gebliebenen Xylolisoineren (m- und o-Xylol) durch die Leitungen 14 und I9, an deren Ende sich ein Filter befindet (nicht gezeichnet), abgesaugt und aus dem Verfahren ausgeschieden.
  • Der zurückgebliebene Kristallbrei von p-Xylol und o-Xylol kann nunmehr aufgetaut werden, beispielsweise dadurch, daß warmes, dampfförmihges Ammoniak aus der Hochdruckstufe 7 der zweistufigen Kältemaschine durch die Leitungen 15 und I6 in die Kühlschlange 4 gedrückt wird, wo der Ammoniakdampf kondensiert. Aus der Kühlschlange gelangt das Ammoniak durch die Leitung I7 in den Ammoniakkübler iS, von wo es in das Nllischgefäß 8 der Kältemaschine zurückfließt. Das verflüssigte Gemisch von p-Xylol und wenig o-Xylol kann dann aus dem Behälter 3 entnommen und dieser Behälter fiir einen neuen Arbeitsgang mit dem Ausgangsxylol gefüllt werden.
  • Dasselbe Arbeitsspiel wird im Behalter 3' ausgeführt, der mit den hierfür erforderlichen Leitungen 10', I2', 14', 17', 20' und 21 ausgestattet bzw. verbunden ist. Beide I(ühlbehälter 3 und 3' werden also wechselweise auf Abkühlen, Ausfrieren und Auftauen geschaltet, wobei in dem einen .Behälter abgekühlt wird, während im anderen das Ausfrieren und Auftauen stattfindet. Die Vorrichtung ist mit den erforderlichen Regel- und Absperrorganen, Meßeinrichtungen u. dgl. in bekannter Weise aus gestattet.
  • Nachdem man durch Ausfrieren und Absaugen ein Gemisch von p-Xylol und o-Xylol mit hohem p-Xylolgehalt gewonnen und dieses wieder verflüssigt hat, kann dile vollständige Trennung dieser beiden isomeren Xylole dadurch erzielt werden, daß der Kristallisationsvorgang in der gleichen Weise wiederholt und die Mutterlauge, die nun vorwiegend nur noch aus o-Xylol besteht, abgesaugt wird, wobei ein p-Xylol von hoher Reinheit zurücl;-bleibt. Man kann durch partielles Verflüssigen des Kristallisates der ersten Kristallisation und Absaugen der verflüssigten Anteile zum gleichen Ergebnis gelangen. Schließlich hat sich eine Arbeitsweise als erfolgreich erwiesen, bei der da.s durch einmaliges Abkühlen des technischen Gemisches der Xylolisomeren erhaltene Kristallisat, das vorwiegend aus p-Xylol mit Anteilen von o-Xylol besteht, verflüssigt wird und aus dem flüssigen Gemisch das um 60 C höher als p-Xylol siedende o-Xylol abdestilliert wird.
  • Beispiel I Ein Gemisch von technischem Xylol, enthaltend 19 Gewichtsprozent p-Xylol, 47 °/o m-Xylol und 2I °/o o-Xylol (Rest sonstige Benzolhomologe), wurde auf 4o0 C auf indirektem Wege abgekühlt.
  • Sodann wurde unter weiterer Kühlung Propan eingeleitet. wobei sich das Propan in dem Xylol verflüssigte. Das Propaneinleiten wurde so lange fortgesetzt, bis das Xylolvolumen etwa um ein Drittel zugenommen hatte. Darauf wurde unter Schutz des Xylolbehälters gegen Kälteverluste das Propan mittels einer Vakuumpumpe rasch abgepumpt.
  • Hierbei fiel die Temperatur der zurückbleiben,d,en Flüssigkeit auf -70° C, und es schieden sich grobe Kristalle aus, von denen die überstehende Flüssig l;eit,durc,h eine Saugrüsselnutsche abgesaugt wurde.
  • Das zurückbleibende Kristallisat bestand zu über 65 0/0 aus p-Xylol und 35 % o-Xylol. Durch,Wiederholung des gleichen Prozesses mit dem verflüssigten Kristallisat wurde ein zu 96% aus p-Xylol bestehendes Kristallisat gewonnen.
  • Beispiel 2 Aus einem Gemisch von technischem Xylol. enthaltend 19 Gewichtsprozent p-Xylol, 470/0 m-Xylol und 2I °/o o-Xylol (Rest sonstige Benzolhomologe), wurde das o-Xylol durch Abdestillieren des m- und p-Xylols abgetremit. Sodann wurde das erhaltene Gemisch von p- und m-Xylol einer indirekten Kühlung auf -23° C unt.erworfen und bei dieser Temperatur so viel Butan eingeleitet, bis das Flüssgkeitsvolumen um etwa 250/0 zugenommen hatte.
  • Die indirekte Kühlung wurde dann durch Abschalten der Kältemaschine unterbrochen und hierauf das gelöste Butan mittels einer Vakuumpumpe rasch abgepumpt. Hierbei fiel die Temperatur auf 4o0 C, und es schmieden sich grobe Kristalle ab, von denen die überstehende Flüssigkeit durch. eine Saugrüsselnutsche abgesaugt wurde. Das erhaltene Kristallisat bestand zu 75 O/o aus p-Xylol und 25 0/( m-Xylol. Durch Verflüssigen des Kristallisates und nochmaliges Wiederholen des Vorganges gelang es, ein 970/oiges p-Xylol mit einer Ausbeute von über 8o0/o zu erhalten. Der flüssig verbleibende Anteil wurde dem in der Kristallisation der ersten Stufe erhaltenen Kristallisat zugefügt.
  • PATENTANSPROCIIE: I. Verfahren zur Abtrerrnung von p-Xylol aus Gemischen mit seinen Isomeren durch Auskristallisieren und Abschei'den der I(ristalle, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in einer ersten Stufe indirekt auf Temperaturen, bei denen noch keine Feststoffe ausgeschieden werden, gekühlt wird, daß während der Kühlung in das Gemisch ein darin lösliches Gas bei normalem oder erhöhtem Druck eingeleitet und gelöst wird und daß in einer zweiten Stufe nach Abstellen der indirekten Kühlung das Gemisch durch a,diabatisches Verdampfen des gelösten Gases direkt weitergekühlt wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verarbeitung von p-Xylol-, m-Xylol- und o-Xylolgemischen auf Temperaturen, von mindestens -550 C, vorzugsweise von -62 bis 680 C, abgekühlt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verarbeitung von Gemischen, die kein o-Xylol enthalten, auf Temperaturen unter 280 C, zweckmäßig auf -350 C, gekühlt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die direkte Kälteerzeugung solche Gase verwendet werden, deren Verfiüssigungstemperaturen bei Atmosphärendruck zwischen +20 und - 1000 C liegen.
    5. Verfahren nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die direkte Kälteerzeugung paraffinis:che oder olefinische Kohlenwasserstoffe mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen im Molekül verwendet werden.
    6. Verfahren nach Anspruch I blis 5, dadurch gekennzeichnet, d.aß die indirekte Kühlung mittels einer zwei- oder mehrstufigen Ammoniak-Kältemaschine erfolgt, aus deren Hochdruckkreislauf warmes Ammoniak für das Auftauen des kristallisierten und von den flüssigen Ge- mischbes.tandteilen getrennten p-Xylols abgezweigt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtrennung des p-Xylols vom m-Xylol das Gemisch aus m-Xylol und p-Xylol verflüssigt und erneut kristallisiert wird.
    8. Verfahren nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtrennung des p-Xylols vom m-Xylol das Gemisch aus m-Xylol und p-Xylol gegebenenfalls wiederholt teilweise verflüssigt und die Flüssigkeit von den Kristallen getrennt wird.
    9. Verfahren nach Anspruch I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus Gemischen von p-Xylol, m-Xylol und o-Xylol das o-Xylol zunächst durch Rektifikation entfernt wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 831 545; britische Patentschrift Nr. 585 076; USA.-Patentschriften Nr. 2 398 526, 2 435 792, 2511711, 2533232, 2 541 682; U 11 mann, »Enzyklopädie der technischen Chemie«, 3. Auflage, Bd. I (1951), S. 247 und 256.
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