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Rektifizierverfahren Es ist bekannt, flüssige Gemische aus leicht-
und schwersiedenden Bestandteilen, namentlich schwertrennbare, . besonders Alkohol-Wasser-Gemische,
in mehreren hintereinandergeschalteten Kolonnen zu rektifizieren, wobei man die
Kondensationswärme und einen Teil der fühlbaren Wärme der an einem Kolonnenkopf
abziehenden Dämpfe der leichter flüchtigen Anteile des zu rektifizierenden Gemisches
mittels Wärmeaustauscher zum indirekten Beheizen des Sumpfes der jeweils nachfolgenden
Kolonne ausnutzen kann.
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Solche Anlagen arbeiten nach dem Schema gemäß B i 1 d I mit z. B.
den Kolonnen 1, 1', 1" mit den Wärmeaustauschern 2, 2', 2". Der Wärmeaustauscher
2 der Kolonne 1 wird z. B. durch Frischdampf, der bei 3 eintritt und dessen Kondensat
bei 4 abläuft, beheizt. Durch die Leitung 5 wird die Kolonne 1 mit dem zu rektifizierenden
Gemisch beaufschlagt. Bei 6 werden die schwerer flüchtigen Anteile des bereits teilweise
rektifizierten Ausgangsgemisches als Sumpf abgezogen und in die Kolonne 1' wieder
aufgegeben, während die bei 7 aus dem Kopf der Kolonne 1 abziehenden Dämpfe zur
Beheizung des Wärmeaustauschers 2' der Kolonne 1' dienen und deren Kondensat bei
8 abläuft. Der Sumpf der Kolonne 1' wird über die Leitung 6' der folgenden Kolonne
1" aufgegeben, während die am Kopf der Kolonne 1' bei 7' abziehenden Dämpfe zur
Beheizung des Wärmeaustauschers 2" der Kolonne 1" dienen usw. Bei der letzten Kolonne
fallen bei 9 das endgültige Sumpfprodukt und bei 10 die letzten Dämpfe an, die,
im Kühler 11 kondensiert, mit den Kondensaten 8 und 8' der Wärmeaustauscher 2' und
2" bei 12 vereint abgeleitet werden können.
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Es wurde nun gefunden, daß man die Kondensationswärme und einen Teil
der fühlbaren Wärme der beim Rektifizieren von Flüssigkeitsgemischen auftretenden
Dämpfe der leichter flüchtigen Anteile auch ausnutzen kann, wenn man die Rektifizierkolonnen
nur hinsichtlich des Flüssigkeitsein- und -auslaufs zueinander parallel schaltet,
hinsichtlich ihrer Beheizung jedoch hintereinanderschaltet und den absoluten Druck
in bezug auf die Beheizung von Kolonne zur nächstfolgenden Kolonne fallend mittels
Drosseln beim Ein- und Auslauf einstellt.
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Ein solches Verfahren arbeitet gemäß B i 1 d I1. Die Anlage besteht
beispielsweise wiederum aus drei Kolonnen I, I' und I" mit denWärmeaustauschem 1I,
II', II", wobei der Wärmeaustauscher II wiederum, z. B. durch Frischdampf, bei III
beschickt wird, dessen Kondensat bei IV abläuft. Die drei Kolonnen I, I' und I"
werden nun aber aus der gemeinsamen Leitung V über die Ventile VI, VI' und VI" am
Kopf der Kolonnen oder an einer beliebigen anderen Stelle von dem zu rektifizierenden
Gemisch in einem jeweils festzulegenden Verhältnis beaufschlagt, während die Kondensate
VII, VII' und VII" als Sumpfprodukt über die Ventile VIII, VIII' und VIII" durch
die gemeinsame Ablaßleitung IX entnommen werden. Die Dämpfe der Kolonne I werden
bei X am Kopf abgezogen und dienen zum Beheizen des Wärmeaustauschers 1I' der Kolonne
I', entsprechend die Dämpfe der Kolonne I' über X' zum Beheizen des Wärmeaustauschers
II" der Kolonne I". Die Dämpfe der Kolonne I" entweichen bei X", werden im Kondensator
XI kondensiert und mit den Kondensaten XII und XII' der Wärmeaustauscher 1I' und
II" in der gemeinsamen Leitung XIII vereint und abgeleitet.
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Dabei werden durch eine entsprechend geregelte Entspannung der Dampfkondensate
und eine Drosselung der Ventile VI, VI' und VI" einerseits und VIII, VIII' und VIII"
andererseits die absoluten Drücke in den Kolonnen, I, I', I" derart eingestellt,
daß der Druck in Kolonne I um so viel höher ist als der Druck in der Kolonne I'
und dieser wiederum so viel höher als der in der Kolonne I", daß das diesen Drücken
entsprechende Temperaturgefälle der abziehenden Dämpfe X und X' aus den Kolonnen
1 und I' zu der Sumpftemperatur in den Kolonnen I' und I" jeweils ausreicht, um
das in diesen Kolonnen beaufschlagte Ausgangsgemisch zu rektifizieren. Dabei kann
gegebenenfalls die Temperatur der bei X und X' und gegebenenfalls auch X" abziehenden
Dämpfe vor dem Eintritt in den Verdampfer II' bzw. II" bzw. den Verdampfer I1 jeweils
durch eine an sich bekannte Brüdenkompression erhöht werden. Außerdem kann. das
bei XIII gesammelte Kondensat zur Verstärkung der am Kopf der Abtriebsäulen I, I'
und I" entnommenen leichter flüchtiger Anteile als Rücklauf am Kopf der Kolonnen
I, I' und I" wieder aufgegeben werden.
Die gegebenenfalls noch fehlende
Wärme zum Betreiben der Kolonne I' und I" und/oder 1 kann gegebenenfalls durch eine
geregelte Zufuhr entsprechender Mengen Frischdampf direkt in den Kolonnen - sofern
der Ablauf verworfen wird - oder in getrennten Wärmeaustauschern ergänzt werden.
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Eine weitere Wärmeausnutzung kann gegebenenfalls noch dadurch erfolgen,
daß man die Kondensationswärme der beim Entspannen der Sumpfabläufe bei den Ventilen
VIII, VIII', und VIII" frei werdenden Dämpfe oder/und einen Teil der fühlbaren Wärme
dieser Sumpfabläufe in an sich bekannter Weise zum Vorwärmen des Zulaufs der Kolonne
oder'und des Sumpfes der gleichen oder/und einer anderen Kolonne verwendet. Schließlich
kann man auch die im Kondensator XI frei werdende Kondensationswärme und einen Teil
der fühlbaren Wärme der am Kopf der letzten Kolonne I" entnommenen Dämpfe der leicht
flüchtigen Anteile X" in gleicher Weise noch ausnutzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Rektifizieren namentlich
solcher Gemische, bei denen die Sumpf- und Kopftemperaturen der Kolonnen nicht zu
weit auseinanderliegen und bei denen bei der höchsten auftretenden Temperatur, d.
h. im Sumpf der ersten Kolonne, noch keine Zersetzungen eintreten. Von den zahlreichen
binären, ternären und gegebenenfalls noch höheren Gemischen, bei denen dies der
Fall ist, seien beispielsweise genannt: Äthanol-Wasser-Gemische, Butanol-Wasser-Gemische,
Acetaldehyd-Wasser-Gemische, Crotonaldehyd-Wasser-Gemische, Anilin-Wasser-Gemische,
Butanolrückstandsgemische, Erdölfraktionen usw.
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Am Beispiel eines Anilin-Wasser-Gemisches sei im folgenden die Durchführung
des Verfahrens genauer beschrieben.
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Insgesamt 8824 Gewichtsteile eines etwa 3,5 bis 3,6 Gewichtsprozent
Anilin enthaltenden Anilin-Wasser-Gemisches werden auf drei Rektifizierkolonnen
gleichmäßig verteilt. Jede Kolonne wird somit mit 2941 Gewichtsteilen dieses Gemisches
am Kopf beaufschlagt. Der Druck in der ersten Kolonne beträgt 2,7 ata, in der zweiten
Kolonne 1,7 ata und in der dritten Kolonne 1,0 ata. Die diesen Drücken entsprechenden
Temperaturen sind in der ersten Kolonne etwa 132° C im Sumpf und etwa 129° C am
Kopf, in der zweiten Kolonne etwa 117° C im Sumpf und etwa l14° C am Kopf und bei
der dritten Kolonne etwa 102° C im Sumpf und etwa 99 bis 100° C am Kopf. Die Dämpfe,
die bei allen drei Kolonnen am Kopf abziehen, enthalten etwa 11 % Anilin. Am Kopf
jeder Kolonne ziehen etwa 954 Gewichtsteile Dämpfe ab, zusammen etwa 2864 Gewichtsteile.
Dabei werden die Dämpfe der ersten Kolonne (Temperatur 129° C) dem Wärmeaustauscher
der zweiten Kolonne zugeführt und darin kondensiert, wobei sie den Sumpf der zweiten
Kolonne auf, wie erwähnt, 117° C bringen. Die Dämpfe der zweiten Kolonne (etwa 114°
C) dienen zum Beheizen des Wärmeaustauschers in der dritten Kolonne (Sumpftemperatur
etwa l.02° C). Die Dämpfe der dritten Kolonne (etwa 99 bis l00° C) werden mit Wasser
kondensiert, während der Wärmeaustauscher der ersten Kolonne mit Dampf beheizt wird.
Das vom Sumpf der Kolonnen abgezogene Wasser, je etwa 1986 Gewichtsteile,
insgesamt etwa 5959 Gewichtsteile, enthält nur noch etwa 0,1% Anilin.
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Die kondensierten Kopfprodukte aller drei Kolonnen werden gekühlt
und in einem Trenngefäß in eine Unterschicht, die aus etwa 220,4 Gewichtsteilen
Anilin und 11 Gewichtsteilen Wasser besteht, und in eine Oberschicht, die aus etwa
93,6 Gewichtsteilen Anilin und etwa 2539 Gewichtsteilen Wasser besteht, getrennt.
Die Oberschicht von insgesamt etwa 2633 Gewichtsteilen, die praktisch die gleiche
Zusammensetzung wie das Ausgangsgemisch hat, wird mit 6191 Gewichtsteilen Ausgangsgemisch
zu insgesamt etwa 8824 Gewichtsteilen vereinigt und, wie oben beschrieben, der Anlage
zugeführt.
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Die fühlbare Wärme der Sumpfabläufe der drei Kolonnen und der kondensierten
Kopfprodukte der ersten zwei Kolonnen werden zum Vorerhitzen des Kolonnenzulaufs
von 20 auf etwa 99° C verwendet.
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Bei diesem Verfahren verringert sich der Dampf-und Wasserverbrauch
gegenüber einer einstufigen Rektifikation von 2550 kg/h auf 1228 kg/h Dampf
und von 65 m3/h auf 22,5 m:j/h Wasser.
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Eine weitere Ersparnis kann man noch erzielen, wenn man entweder weitere
Rektifikationsstufen nachschaltet oderlund die dampfförmigen Anteile der letzten
Kolonne in bekannter Weise durch Brüdenkompression auf ein solches Druck- und Temperaturniveau
bringt, daß man deren Kondensationswärme im Wärmeaustauscher der ersten Kolonne
zum Verdampfen des Sumpfes benutzen kann, oder man verteilt das zu rektifizierende
Gemisch so auf die Kolonnen, daß z. B. in der letzten, mit dem niedrigsten Druck
betriebenen Kolonne die größte Menge rektifiziert und dadurch die höhere Verdampfungswärme
des zusätzlichen Heizdampfes bei geringerem Druck zur Verringerung des Heizdampfverbrauchs
ausgenutzt wird.