DE860944C - Verfahren zur Zerlegung von Fluessigkeitsgemischen durch Destillation und Dekantation - Google Patents

Verfahren zur Zerlegung von Fluessigkeitsgemischen durch Destillation und Dekantation

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DE860944C
DE860944C DEST2181D DEST002181D DE860944C DE 860944 C DE860944 C DE 860944C DE ST2181 D DEST2181 D DE ST2181D DE ST002181 D DEST002181 D DE ST002181D DE 860944 C DE860944 C DE 860944C
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Germany
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mixtures
mixture
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DEST2181D
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Richard Dr Avenarius
Walter Dr Grimme
Ernst Dr Koch
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AVENARIUS GEB
STEINKOHLENBERGW RHEINPREUSSEN
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AVENARIUS GEB
STEINKOHLENBERGW RHEINPREUSSEN
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/34Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/36Azeotropic distillation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Description

  • Verfahren zur Zerlegung von Flüssigkeitsgemischen durch Destillation und Dekantation Es ist bekannt, die Trennung von Flüssigkeiten, die miteinander multiple, in der flüssigen Phase inhomogene Gemische mit ausgezeichnetem Siedepunkt bilden, in der Weise vorzunehmen, daß z. E. aus einem Gemisch zweier derartiger Flüssigkeiten, die mit A und B bezeichnet seien, B dadurch getrennt wird, daß das binäre Gemisch AB in einer Trennsäule abdestilliert, kondensiert und von den sich bildenden zwei Schichten die an B reichere entfernt wird, während die an B ärmere in die Trennsäule zurückgelangt.
  • Auf diese Weise läßt sich z. B. ein Gemisch von n-Butanol und Wasser trennen.
  • -Es ist ferner bekannt, die Trennung von Flüssigkeiten, die miteinander multiple, in der flüssigen Phase homogene Gemische mit ausgezeichnetem Siedepunkt bilden, in der Weise vorzunehmen, daß z. B. einem Gemisch zweier derartiger Flüssigkeiten, die mit A und B bezeichnet seien, zum Zweck der Abtrennung von B eine dritte Flüssigkeit C, die mit A und B ein ternäres, in der flüssigen Phase inhomogenes Gemisch ABC mit ausgezeichnetem Siedepunkt bildet, zugesetzt, in einer Trennsäule das ternäre Gemisch ABC abdestilliert, kondensiert und von den sich bildenden zwei Schichten die an B reichere entfernt wird, während die an B ärmere in die Trennsäule zurückgelangt. Auf diese Weise läßt sich z. B. ein Gemisch von Äthanol und Wasser durch Zusatz eines sogenannten Entwässerungsmittels, z.B. Benzol, Benzin-Benzol, Trichloräthylen, entwässern.
  • Diese bekannten Verfahren zur Trennung von Flüssigkeiten durch azeotrope Destillation sind nur dann anwendbar, wenn die multiplen Flüssigkeitsgemische mit ausgezeichnetem Siedepunkt in der flüssigen Phase inhomogene Gemische ergeben, also die Zusammensetzung dieser Gemische außerhalb der Löslichkeitsgrenze bzw. innerhalb der Mischungslücke liegt, da nur dann eine Schichtentrennung eintritt, die die Abtrennung der an einer Flüssigkeit reicheren Schicht ermöglicht.
  • Das vorliegende Verfahren erweitert die Anwendung dieser physikalischen Gegebenheiten für die Trennung von Flüssigkeiten auch auf solche Flüssigkeitsgemische, die multiple, in der flüssigen Phase homogene Gemische mit ausgezeichnetem Siedepunkt bilden. Nach der Erfindung erfolgt die Zerlegung in der Weise, daß ein oder mehrere derartige Gemische mit einem oder mehreren Gemischen, die multiple, in der flüssigen Phase homogene oder inhomogene Gemische bilden, in solchen Mengenverhältnissen miteinander dampfförmig oder flüssig vermischt werden, daß sich ein multiples, in der flüssigen Phase inhomogenes Gesamtgemisch ergibt, aus dem durch Dekantation die an einer oder mehreren Flüssigkeiten angereicherte Schicht abgetrennt und die andere Schicht in die Destillationsvorrichtung zurückgeführt wird, während das im unteren Teil der Destillationsvorrichtung sich ansammelnde, aus nur zwei Stoffen bestehende Flüssigkeitsgemisch durch einfache Destillation in seine Bestandteile zerlegt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch dem oben beschriebenen bekannten Verfahren der Abtrennung mittels Hilfslösungsmittel überlegen. Bei Anwendung eines Hilfslösungsmittels ist der Wärmebedarf gegenüber dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich höher. Gleichzeitig erfordert die Einführung einer neuen Komponente einen erhöhten Aufwand an Apparaturen bei der technischen Durchführung. Die Abtrennung des Hilfslösungsmittels von den anderen Stoffen ist immer dann schwierig, wenn es sich um die Herstellung von Stoffen handelt, an deren Reinheit erhöhte Anforderungen gestellt werden. So läßt sich z. B. das als Hilfsmittel angewandte Benzol aus Alkohol nur mittels Aktivkohle restlos entfernen. Alle diese Nachteile werden durch das neue Verfahren vermieden, so daß neben der Neuartigkeit auch ein wesentlicher technischer Fortschritt erzielt wird.
  • Das Verfahren sei an Hand zweier Beispiele erläutert: Beispiel I Es ist ein Gemisch von 20 °/0 sek.-Butanol, 40 01o sek.-Pentanol und 40% Wasser in die drei Einzelbestandteile zu zerlegen. Die drei Stoffe bilden zwei binäre azeotrope Gemische: sek.-Butanol-Wasser mit einem Siedepunkt von 87,5° und sek.-Pentanol-Wasser mit einem Siedepunkt von wo,8". Weitere azeotrope Gemische zwischen den drei Komponenten existieren nicht. Destilliert man nun das obige Gemisch in einer Kolonne, so erscheint am Kopf der Kolonne das Gemisch mit dem niedrigsten Siedepunkt Sek.-Butanol-Wasser. Seine Zusammensetzung beträgt 72,7 O/o sek.-Butanol, 27,3 0/1) Wasser und ist homogen. Eine Abtrennung einer Komponente ist also nicht möglich.
  • Nach dem Bekannten würde man zur Lösung der Aufgabe eine vierte Komponente, z. 3. Benzol, zusetzen. Dabei erhält man am Kopf der Kolonne das ternäre azeotrope Gemisch sek.-Butanol, Wasser, Benzol, das in der flüssigen Phase zwei Schichten bildet, deren untere zum größten Teil aus Wasser besteht. Durch Dekantation läßt sich also das Wasser abtrennen. Erfindungsgemäß ist aber der Benzolzusatz überflüssig. Aus dem beigefügten Dreiecksdiagramm sind die Löslichkeitsverhältnisse des Systems sek.-Butanol, sek.-Pentanol, Wasser in bekannter Weise zu entnehmen. Die Kurven H-J und F-G grenzen das heterogene Gebiet von dem homogenen Gebiet ab. Das binäre Gemisch sek.-Butanol-Wasser wird durch den Punkt E dargestellt und liegt demnach im homogenen Gebiet. Das binäre azeotrope Gemisch sek.-Pentanol-Wasser entspricht dem Punkt D und liegt im heterogenen Gebiet. Alle Mischungen der beiden einzelnen binären Alkohol-Wasser- Gemische liegen auf der Linie E-D, die zum weitaus größten Teil im heterogenen Gebiet verläuft (LD). Demnach bilden auch all diese Gemische im kondensierten Zustand zwei Schichten, deren untere 80 bis 95 °/0 Wasser enthält.
  • Am Kopf der Kolonne zieht man das binäre Gemisch sek.-Butanol-Wasser und gleichzeitig aus einer unteren Zone der Kolonne das binäre Gemisch sek.-Pentanol-Wasser ab. Diese beiden Gemische werden z. B. im Verhältnis I: 2 miteinander vermischt. Die Vermischung kann dampfförmig geschehen, mit anschließender gemeinsamer Kondensation. Es ist aber auch möglich, beide binäre Gemische erst zu kondensieren und die Kondensate zu vermischen. Eine dritte Möglichkeit der Vermischung besteht darin, daß man in bestimmter Höhe aus der Kolonne ein entsprechendes Gemisch der beiden Azeotropen abzieht und dieses Gemisch kondensiert. Das in allen diesen Fällen aus zwei Schichten bestehende Kondensat wird dekantiert. Die untere Schicht enthält die Hauptmenge des Wassers. Damit ist eine der drei Komponenten abgetrennt. Die obere Schicht wird in die Kolonne zurückgegeben. Aus dem Unterteil der Kolonne kann das Gemisch der beiden wasserfreien Alkohole abgezogen werden. Deren Trennung bereitet nunmehr keine Schwierigkeit und läßt sich durch einfache Destillation durchführen. Die Aufgabe der Trennung dreier Flüssigkeiten ist somit gelöst.
  • Folgendes Zahlenbeispiel gibt die Verhältnisse deutlich wieder: Einsatz: 20ovo sek.-Butanol 60 °/0 sek.-Pentanol 20 °/0 Wasser binäres Gemisch Butanol-Wasser = 73 0/o: 27 0/ - - Pentanol-Wasser = 63 O/o: 37 Olo Butanol-Wasser: Pentanol-Wasser = 1 : 2.
  • In diesem Gemisch sind enthalten 24,4 °/0 Butanol, 4210010 Pentanol, 33,6 01o Wasser.
  • Dieses Gemisch trennt sich, wie aus dem Diagramm abzulesen, in eine obere Schicht und eine untere Schicht: 77 0in obere Schicht mit 3I,0°/o Butanol, 53,5 °/0 Pentanol, t5,5 °/0 Wasser; 23 °/0 untere Schicht mit 2,8 °/0 Butanol, 4,5 O/o Pentanol, 92,7 0/o Wasser.
  • Beispiel 2 Bei der Veresterung von sek.-Butanol mit Buttersäure erhält man ein Gemisch von sek.-Butylbutyrat, sek.-Butanol und Wasser. Man destilliert dieses Gemisch an einer Kolonne und sieht am Kopf bei 87,in das in der flüssigen Phase homogene ternäre azeotrope Gemisch aus 20/o sek.-Butylbutyrat, 72 jzol, sek.-Butanol und 260/0 Wasser ab. Aus einem tieferen Teil der Kolonne sieht man gleichzeitig das bei 95,2° siedende binäre azeotrope Gemisch aus 6o 01o sek.-Butylbutyrat und 40 °/0 Wasser ab. Die beiden Azeotropen mischt man nach Kondensation im Verhältnis r: 1. Die hierbei entstehende obere Schicht gibt man nach Dekantation in die Kolonne zurück.
  • Die untere Schicht enthält 95,3 Olo Wasser. Dadurch ist das Gemisch soweit an Wasser verarmt, daß sich im unteren Teil der Kolonne überschüssiger Ester und Alkohol in wasserfreier Form anreichern und von dort durch einfache Destillation voneinander getrennt werden können.
  • Anstatt die abzutrennenden azeotrop siedenden Gemische an verschiedenen Stellen einer Trennsäule abzuziehen und diese Gemische erst nach ihrem getrennten Abzuge dampfförmig oder flüssig zu vermischen, kann der Abzug der azeotrop siedenden Flüssigkeitsgemische auch in der Weise erfolgen, daß an der Abzugsstelle dieser dampfförmigen oder flüssigen Gemische, z. B. aus einer Trennsäule, die einem bestimmten Mischungsverhältnis dieser Gemische entsprechende Gemischsiedetemperatur innegehalten wird.
  • Die Vermischung der azeotrop siedenden Flüssigkeitsgemische kann ferner in der Weise erfolgen, daß die abgetrennten, in der flüssigen Phase inhomogenen azeotropen Gemische zunächst einer Schichtentrennung unterzogen und nur eine der Schichten den anderen abgetrennten azeotropen Gemischen zur Bildung eines inhomogenen Gesamtgemisches zugemischt werden.
  • PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Zerlegung von Flüssigkeitsgemischen in ihre Bestandteile durch Destillation und Dekantation, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Flüssigkeitsgemisch zwei oder mehrere azeotrop siedende Gemische in solchen Mengenverhältnissen abgetrennt, gemeinsam oder für sich kondensiert und miteinander vereinigt werden, daß das Kondensat sich in zwei Schichten trennt, von welcher die an einer Flüssigkeitskomponente angereicherte Schicht abgezogen und die andere Schicht in'die Destillationsvorrichtung zurückgeführt wird, während das im unteren Teil derDestillationsvorrichtung sich ansammelnde nicht azeotrope Flüssigkeitsgemisch durch einfache Destillation in seine Bestandteile zerlegt wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzug der azeotrop siedenden Gemische in der Weise erfolgt, daß an der Abzugsstelle dieser dampfförmigen oder flüssigen Gemische, z. B. aus einer Trennsäule, die einem bestimmten Mischungsverhältnis dieser Gemische entsprechende Gemischsiedetemperatur innegehalten wird.
    3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermischung von zwei oder mehreren azeotropen Dampf- oder Flüssigkeitsgemischen in der Weise erfolgt, daß der Abzug dieser Gemische gleichzeitig an zwei oder mehreren Stellen einer Trennsäule vorgenommen wird und diese Gemische erst nach ihrem getrennten Abzug dampfförmig oder flüssig vermischt werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermischung der abgetrennten azeotrop siedenden Gemische in der Weise erfolgt, daß in der flüssigen Phase inhomogene azeotrope Gemische zunächst einer Schichtentrennung unterzogen und nur eine der Schichten den anderen azeotropen Gemischen zur Bildung eines inhomogenen Gesamtgemisches zugemischt werden.
DEST2181D 1942-08-14 1942-08-14 Verfahren zur Zerlegung von Fluessigkeitsgemischen durch Destillation und Dekantation Expired DE860944C (de)

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