DE1420094C

DE1420094C - Fraktionierverfahren zur destillativen Abtrennung von 2 Methyl 5 vinylpyridin aus einem im wesentlichen aus 2 Methyl 5 vinyl pyridin und 2 Methyl 5 athylpyridin be stehenden Gemisch

Info

Publication number: DE1420094C
Authority: DE
Inventors: Paolo Guerrien Giorgio Mailand Bortohni (Italien)
Original assignee: Societa Edison, Mailand (Italien)
Publication date: 1971-01-28

Description

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Die Erfindung betrifft ein Fraktionierverfahren zur Gas gelangt nach Vorwärmung auf etwa 200°C im destillativen Abtrennung von 2-Methyl-5-vinyIpyridin Ofen 1 in den Verdampfer 2, wo es seine Wärme abaus einem im wesentlichen aus 2-Methyl-5-vinylpyridin gibt und sich mit 2-Methyl-5-vinyIpyridin sättigt. Am und 2-Methyl-5-äthy!pyridin bestehenden Gemisch. Fuße der Destillationssäule 3 dringt das mit 2-Methyl-

Es ist bekannt, daß das 2-Methyl-5-vinylpyridin, 5 5-vinylpyridin gesättigte Gas bei etwa 100°C ein. Wähwelches insbesondere als Zwischenprodukt bei der Her- rend des Aufstieges in der Säule sättigen sich die stellung von Textilfasern auf Acrylnitrilbasis verwendet Dämpfe des Gasstromes immer mehr mit 2-Methylwird, mittels Dehydrierung von 2-Methyl-5-äthylpyri- 5-äthylpyridin. Im Oberteil der Säule ist das Gas mit din gewonnen wird. Das dehydrierte Rohprodukt ist fast reinem 2-Methyl-5-äthylpyridin gesättigt. Die eine Mischung aus 2-Methyl-5-vinyIpyridin (25 bis 10 Dämpfe gehen dann durch einen oder mehrere Kon-50%) und 2-Methyl-5-äthylpyridin neben anderen Ver- densatoren 4 und 5. Das kondensierte 2-Methyl-5-ätbindungen mit niedrigem Siedepunkt sowie Wasser und hylpyridin kehrt dann teils in die Säule als Rückfluß kleineren Mengen an Verbindungen mit hohem Siede- zurück und wird teils als Destillat abgezogen, welches punkt. bei 12 abgeführt wird. Das nicht kondensierbare Trä-

Während die Abtrennung der Verbindungen mit 15 gergas wird von den übrigen organischen Dämpfen geniedrigem Siedepunkt und des Wassers keine Schwie- reinigt, von dem Rotationskompressor 7 aufgenommen rigkeiten bereitet, ist die Trennung des im wesentlichen und kehrt über den Ofen 1 in den Umlauf zurück. Das aus 2-Methyl-5-vinylpyridin und 2-Methyl-5-äthyl- 2-MethyI-5-vinylpyridin wird bei 13 am Fuße der Säule pyridin bestehenden Gemisches aus folgenden Grün- gesammelt.

den schwierig: 2-Methyl-5-äthylpyridin und 2-Methyl- 20 Beim erfindungsgemäßen Verfahren wurde festge-5-vinylpyridin haben einen relativen Verflüchtigungs- stellt, daß es zweckmäßig ist, wenn der Verdampfer 2 grad von nahezu 1; insbesondere bei atmosphärischem aus einer engen, vertikalen, zylinderförmigen Kammer Druck beträgt der Unterschied der Siedepunkte nur besteht, in welche Zerstäuber das 2-Methyl-5-vinyletwa 1°C. Die Siedetemperaturen sind verhältnismäßig pyridin in das überhitzte Gas einspritzen. Dadurch ersehr hoch, nämlich 178°C für 2-Methyl-5-äthylpyridin 25 hitzen sich die Flüssigkeitstropfen nicht bis oberhalb und 179°C für 2-Methyl-5-vinyIpyridin. 2-Methyl- der Endsättigungstemperatur, selbst wenn das Träger-5-vinyIpyridin ist sehr leicht polymerisierbar, so daß es gas sehr heiß ist. Es werden so gefährliche Überhitzunnotwendig ist, die Temperatur in der Destillations- gen vermieden. Die Menge an flüssigem 2-Methylsäule möglichst niedrig zu halten, die Verweilzeit des 5-vinylpyridin, welche in den Verdampfer eingespritzt 2-Methyl-5-vinylpyridins bei hohen Temperaturen auf 30 wird, soll im Verhältnis zu der für die Sättigung des ein Mindestmaß herabzusetzen und in Anwesenheit von Trägergases notwendigen Menge im Überschuß vorSubstanzen zu arbeiten, welche die Polymerisation des handen sein. Ein solcher Überschuß ist nützlich, sei es 2-Methyl-5-vinylpyridins verhindern. um die Sättigung zu erleichtern, sei es um zu verhindern,

Der Umstand, einerseits bei einer verhältnismäßig daß sich im Verdampfer die restlichen Verbindungen niedrigen Temperatur und andererseits mit einer Säule 35 mit hohem Siedepunkt ansammeln,
sehr hoher Stufenzahl (Bodenzahl) arbeiten zu müssen, Dieser Überschuß an flüssigem, nicht verdampfenzwingt dazu, im Strom eines Fremddampfes oder dem 2-Methyl-5-vinylpyridin benetzt die Seitenwände Fremdgases zu fraktionieren. der zylinderförmigen Kammer. Um eine Überhitzung

Während bei den bekannten Fraktionierverfahren dieser Wände zu verhindern, wird der Verdampfer mit als Fremddampf Wasserdampf verwendet wird, geht 40 einem Kühlmantel und Ölumlauf versehen. Der bedie Erfindung einen anderen Weg, der dadurch gekenn- schriebene Verdampfer ermöglicht es, die Verweilzeit zeichnet ist, daß die Destillation in einem Strom eines des 2-Methyl-5-vinylpyridins in erhitztem Zustand am bei den Betriebsbedingungen der Fraktionierung nicht Fuße der Säule auf ein Mindestmaß herabzusetzen,
kondensierbaren Trägergases durchgeführt wird, wobei Um die Energieaufnahme des Kompressors 7 auf

man das vorzugsweise im Kreislauf geführte Trägergas 45 ein Mindestmaß zu beschränken, ist es zweckmäßig, zunächst vorwärmt, hiernach in einem Verdampfer die Druckverluste im ganzen Umlaufkreis und insbemit dem 2-MethyI-5-vinylpyridin sättigt und anschlie- sondere in der Destillationssäule möglichst gering zu ßend das gesättigte Trägergas einer Destillationssäule halten.

zuführt, in welcher der Anteil an 2-Methyl-5-vinyl- Die Regulierung der Erwärmung am Säulenfuß wird

pyridindampf durch 2-Methyl-5-äthylpyridindampf 50 mittels eines Temperaturreglers 10 bewerkstelligt, welverdrängt wird und vom Kopf der Säule ein mit 2-Me- eher am Säulenfuß die Sättigungstemperatur desFremdthyl-5-äthyIpyridin angereichertes Trägergas und vom gases konstant hält, indem durch den Regler 11 auf Fuß der Säule kondensiertes 2-Methyl-5-vinylpyridin einen Parallelzweig zum Ofen 1 und infolgedessen auch abgezogen wird. auf die Gastemperatur eingewirkt wird, welche am Ein-

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung 55 gang des Verdampfers eine Überhitzung aufweist. Diekann ein Teil des kondensierten 2-Methyl-5-äthylpyri- ser Regler verhindert, daß sich die Säulenwände überdins als Rücklauf dem Kopf der Destillationssäule zu- hitzen, selbst wenn bei einem Schaltfehler oder einem geführt werden. Unfall der 2-Methyl-5-vinylpyridinstrom durch die

In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß Zerstäuber des Verdampfers unterbrochen werden der Verdampfer lediglich durch das vorgewärmte Trä- 60 sollte.

gergas aufgeheizt wird. Außer Ammoniak können bei dem erfindungsge-

AIs nicht kondensierbares Trägergas können erfin- mäßen Verfahren auch andere Gase, wie Methan, Luft dungsgernäß Ammoniak oder Methan Verwendung oder Wasserstoff, verwendet werden, die mit den zu finden, ohne daß dies die einzigen in Betracht kommen- trennenden Verbindungen nicht chemisch reagieren den Trägergase sind. 65 und bei den Betriebsbedingungen der Fraktionieran-

In der Zeichnung ist beispielsweise das Schema einer lage nicht kondensieren.

r'niklionieranlage dargestellt, die zur Ausführung des Um sehr reines 2-Methyl-5-vinylpyridin zu erhalten

erfiiuliingsgcmäßcn Verfahrens verwendet wird. Das (98 bis 99%), muß die Endkoiulcnsutionstempcratiir

des Trägergases am Eingang der Säule sehr niedrig gehalten werden. Falls das sich im Umlaufkreis befindliche Gas NH₃ ist, ist es besonders vorteilhaft, einen kleinen Anteil des NH₃ zu entnehmen (etwa 3 °/₀), diesen Anteil mit dem Kompressor 8 auf etwa 10 atü zu verdichten, in dem Kondensator. 9 zu kondensieren und in das übrige sich im Umlaufkreis befindende NH₃ einzuspritzen, so daß auf diese Weise ohne Wärmeaustauschfläche die erforderliche niedrige Temperatur erhalten wird. Um den erwähnten, bis auf 10 atü zu kornprimierenden Anteil an NH₃ auf ein Mindestmaß herabzusetzen, ist es vorteilhaft, nach dem Wasserkondensator 4 einen Kondensatoraustauscher 5 vorzusehen, welcher im Gegenstrom die Kälte des Gases wiedergewinnt, bevor dasselbe in den Rotationskompressor 7 zurückkehrt. Die Fremdgase konzentrieren sich im Kühlkreis nach Kondensation des NH₃ und werden aus dem Kondensator 9 ausgestoßen.

Nach der Beschreibung des Verfahrens und der entsprechenden Anlage werden nun einige Hauptcharakteristiken einer Fraktionieranlage für ein 2-Methyl-5-vinylpyridin-2-Methyl-5-äthylpyridin-Gemisch, welche nach der Erfindung arbeitet, mit denjenigen einer normalen Anlage, die in Gegenwart eines Wasserdampfstromes arbeitet, verglichen.

Für eine Destillation bei etwa 100⁰C im Dampfstrom werden etwa 13 Mol Wasserdampf für jedes in die Säule mitgerissene Mol an organischen Dampf benötigt. Wenn man bedenkt, daß man in der Destillation eines Gemisches von 2-Methyl-5-äthylpyridin und 2-Methyl-5-vinylpyridin mit sehr hohen Rückfiußverhältnissen arbeiten muß (z. B. R = 8), so ergibt sich, daß für eine Beschickung aus 40°/₀ 2-Methyl-5-vinylpyridin und 60°/₀ 2-Methyl-5-äthylpyridin der Wasserdampfverbrauch etwa 30 kg pro Kilogramm erzeugten 2-Methyl-5-äthylpyridin ist. Der Wärmeverbrauch ist etwa 20 000 Kai pro Kilogramm 2-Methyl-5-äthylpyridin.

Wenn dagegen in nicht kondensierbarem Gasstrom fraktioniert wird, beträgt die zur Erwärmung des Gases und Verdampfung der organischen Mischung benötigte Wärmemenge etwa 1600KaI pro Kilogramm 2-Me- > thyl-5-äthylpyridin, wenn unter den oben beschriebenen Temperatur-, Verdünnungs-, Rückfluß- und Konzentrationsverhältnissen gearbeitet wird. »5

Was oben bezüglich des Wärmebedarfs gesagt wurde gilt entsprechend für den Kühlwasserverbrauch, der etwa lOmal niedriger liegt beim Arbeiten im nicht kondensierbaren Gasstrom als beim kondensierbaren Dampfstrom.

Da Wasser sowohl in 2-Methyl-5-äthylpyridin als auch in 2-Methyl-5-vinyIpyridin zu etwa 20°/₀ löslich ist, müssen sowohl die Ausgangs- als auch die Endverbindungen bei einer Destillation im Dampfstrom wieder destilliert werden, um das in ihnen enthaltene Wasser zu entfernen. Die organischen Verbindungen besitzen dann ihrerseits noch eine bemerkenswerte Löslichkeit in Wasser, so daß es notwendig ist, die genannten Verbindungen aus der oberen wässerigen Schicht wiederzugewinnen.

Diese Schwierigkeiten bestehen nicht im Falle einer Fraktionierung in nicht kondensierbarem Gasstrom, so daß die Anlage insgesamt billiger und raumsparender ist. Außerdem sind die Kosten für Kontrolle und Wartung viel geringer.

Während es beim Arbeiten im Dainpfstrom praktisch unmöglich ist, eine teilweise Kondensation des Wasserdampfes in der Säule zu verhindern, besteht diese Gefahr nicht, wenn bei der Fraktionierung ein nicht kondensierbares Gas verwendet wird. Die Kondensation des Wasserdampfes zwingt dazu, Abscheider zu verwenden, so daß die Inbetriebhaltung viel schwieriger und die Trennwirksamkeit der Stufen vermindert wird.

Wenn im Dampfstrom fraktioniert wird, ist man auch gezwungen, mit einem Molverhältnis Dampf zu organische Verbindung zu arbeiten, welches etwa 13 beträgt, während bei der Fraktionierung in einem nicht kondensierbaren Gasstrom mit einem beliebigen Verdünnungsverhältnis gearbeitet werden kann. Die Möglichkeit, dieses Verhältnis erhöhen zu können, ermöglicht es, die Gase am Eingang des Verdampfers weniger zu überhitzen und in dieser Weise die Gefahr einer Crackung und Polymerisation zu verringern.

Vorstehend wurde bereits erwähnt, daß sich Ammoniak besonders gut für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet. Ammoniak bietet nämlich folgende Vorteile:

Sehr niedrige Dichte: dies erlaubt, bei gleicher Leistung den Durchmesser der Säule, der Leitungen usw. zu reduzieren, sowie die Druckverluste im Umlaufkreis zu verringern, mit großer-Ersparnis in den Anlage- und Betriebskosten.

Erhöhte spezifische Wärme: dies gestattet die Gastemperatur im Innern des Verdampfers relativ niedrig zu halten.

Die Möglichkeit, für die Kühlung und Ausscheidung der Fremdgase die in der Abbildung schematisch veranschaulichte und oben beschriebene Anlage zu verwenden.

Außerdem ist das Gas völlig inert gegenüber den zu trennenden organischen Verbindungen und wärmebeständig; es erhöht auch den relativen Verflüchtigungsgrad der Bestandteile des Gemisches.

Bei Verwendung der Säule, die bei der Durchführung des Verfahrens mit NH₃ verwendet wurde, gelten folgende Daten:

Gewicht der Luftmenge im

Kreisprozeß 1,7 kg

Volumen der Luft im Kreisprozeß .. Im³

Abgangstemperatur 220⁰C

Temperatur am Säulenfuß 100⁰C

Kompressorarbeit des Kreislaufprozesses 1,2 mkg/kg

Claims

Patentansprüche

* 1. Fraktionierverfahren zur destillativen Abtrennung von 2-Methyl-5-vinylpyridin aus einem im wesentlichen aus 2-Methyl-5-vinylpyridin und 2-Methyl-5-äthylpyridin bestehenden Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß die Destillation in einem Strom eines bei den Betriebsbedingungen der Fraktionierung nicht kondensierbaren Trägergases durchgeführt wird, wobei man das vorzugsweise im Kreislauf geführte Tjägergas zunächst vorwärmt, hiernach in einem Verdampfer mit dem 2-Methyl-5-vinylpyridin sättigt und anschließend das gesättigte Trägergas einer Destillationssäule zuführt, in welcher der Anteil an 2-Methyl-5-vinylpyridindampf durch 2-Methyl-5-äthylpyridindampf verdrängt wird und vom Kopf der

Säule ein mit 2-Methyl-5-äthylpyridin angereichertes Trägergas und vom Fuß der Säule kondensiertes 2-MethyI-5-vinylpyridin abgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des kondensierten 2-Methyl-S-äthylpyridins als Rücklauf dem Kopf der Destillationssäule zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer lediglieh durch das vorgewärmte Trägergas aufgeheizt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ammoniak als nicht kondensierbares Trägergas Verwendung findet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Methan als nicht kondensierbares Trägergas verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Luft als nicht kondensierbares Trägergas verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff als nicht kondensierbares Trägergas verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das 2-Methyl-5-vinylpyridin durch Zerstäuberdüsen in den Verdampfer und das diesen durchziehende, vorgewärmte Trägergas eingespritzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das 2-Methyl-5-vinylpyridin im Überschuß in bezug auf die Sättigung des vorgewärmten Trägergases eingespritzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen des Verdampfers auf konstanter, etwa der Sättigungstemperatur des Trägergases entsprechender Temperatur gehalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen