DE2063774A1

DE2063774A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Reinigung und Trocknung wasserhaltiger Nitroaromaten

Info

Publication number: DE2063774A1
Application number: DE19702063774
Authority: DE
Inventors: Karl Engelbert Ludwig Dr.; Langecker Gerhard Dipl.-Chem.; Mayer Hans Rolf Jakob Dipl.-Chem.; 5000 Köln; Gebauer Hans-Jürgen 5210 Troisdorf Toischer
Original assignee: Josef Meissner GmbH and Co KG
Current assignee: Josef Meissner GmbH and Co KG
Priority date: 1970-12-24
Filing date: 1970-12-24
Publication date: 1972-06-29
Also published as: BE775548A; FR2119711A5

Description

Jofes Meissner, 5 Kb'ln-Bayenthal, Dayentha!gürtel 16 - 20

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Reinigung und Trocknung wasserhaltiger Nitro-

arotnaten

Durch Nitrierung mit Salpetersüure/Schwefelsüure-Gemischen erhaltene Nitroaromaten werden nach der Abtrennung der Endeäuren durch Waschen mit Wasser und Alkalien von gelösten Säuren und Nitrophenolen befreit. Der bei dieser Verfahrensweise erhaltene Nitroaromat enthält jedoch noch Anteile von nicht nitrierten Ausgangsaromaten sowie die mit diesem eingebrachte nicht nitrierbare Anteile, wie z.b. Aliphaten oder Cyclohexane und je nach Temperatur wechselnde Mengen gelösten Wassers.

Dio vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein, Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Reinigung und Trocknung derartiger Nitroaroiuaten,

Dio bisher hierfür benutzten Verfahren mußten berücksichtigen, da:, in dein Nitroaromaten atets nicht zu vernachlässigende Mengen ^nitroverbindungen enthalten Hind. Uni diese abzutrennen, ist eine Destillation der gesamten J'roduk tmongo erforderlich, in deren Vorlauf auch Wasser und nicht nitrierto Antoilo als Vorlauf abgetrennt worden können. Kontinuierliche

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oder diskontinuierliche Destillation unter Atmosphärendruck oder auch im Vakuum können nicht verhindern, daß durch thermische Belastung im Kolonnensumpf brennbare oder auch explosible Ablagerungen entstehen.

Eine erhebliche Verbesserung der Betriebssicherheit wird durch Destillation des Nitroaromaten mit Wasserdampf erreicht, wobei es ebenfalls möglich ist, die nicht nitrierten Anteile als Vorlauf abzutrennen. Um den Gehalt an Dinitroköpern wirksam zu senken, ist auch in diesem Fall eine Destillation der gesamten Produktmenge erforderlich, der sich eine Trocknung im Vakuum oder durch Einblasen von Luft anschließt.

Bei beiden Verfahrensweisen ist der Betriebsmittelbedarf nicht unerheblich, und darüberhinaus müssen weitere Maßnahmen getroffen werden, um Verluste und die Verunreinigung von Abwasser und Abluft Ln erträglichem Rahmen zu halten.

Die oben geschilderten Nachteile können dadurch vermieden werden, daß aus den nach unserem Nitrierverfahren erhaltenen, wasserhaltigen Nitroaromaten, z.B. Nitrobenzol mit weniger als 0,05 % Dinitrobenzol, nur die nicht nitrierten und nicht nitrierbaren Anteile mit Wasserdampf am Kopf einer Destillierkolonne abgetrennt werden, wogegen der gereinigte Nitroaromat am Sumpf der Kolonne entnommen, nach der Entnahme durch Zugabe von Wasser abgekühlt wird, danach Wasser und Nitroaromat voneinander getrennt und der nur noch geringe Mengen gelöstes Wasser enthaltende Nitroaromat - vorzugsweise) mit Luft - getrocknet wird«.

Für das Verfahren nach der Erfindung werden neben einer Trockenvorrichtung nur eine als Strip-Kolonne betriebene Destillationseinrichtung und ein Scheider benötigt. Eine Beheizung der Stripkolonne ist nicht erforderlich, weil der

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als Sclileppmittel dienende Wasserdampf die nötige Wärmeenergie liefert, wobei vorzugsweise nur gerade sotoiel Wasserdampf in die Stripkolonne eingebracht wird, und zwar vorzugsweise in den Dampfraum des Sumpfes, vie zur Abtrennung der nicht nitrierten und der nicht nitrierbaren Anteile erforderlich ist.

Der Vordruck des als Schleppmittel und zur Beheizung dienenden Wasserdampfes kann bis zu vorzugsweise k atU abgesenkt werden, so daß die Abtrennung der nicht nitrierten und nicht nitrierbaren Anteile der Kolonne in jedem Abschnitt bei Temperaturen unterhalb von 150° C in Gegenwart von Wasser bzw. Wasserdampf erfolgen kann, wodurch mit Sicherheit die Abscheidung pyrophorer oder explosibler Abscheidungen vermieden wird.

Der den Sumpf der Stripkolonne verlassende heiße Nitroaromat enthält neben emulgiertem Dampfkondensat eine beträchtliche Menge gelösten Wassers, die durch Scheidung und Trocknung entfernt werden muß. Grundsätzlich ist eine Emulsionstrennung durch die Benutzung eines statischen Scheiders möglich, doch ist das Verhältnis der Mengen des Nitroaromaten zum Wasser sehr ungünstig und die Stapelung weiterer Mengen Brennbarer Stoffe in voluminösen Behältern im Gebäude aus Sicherheitsgründen unerwünscht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Sumpfprodukt zunächst im Gegenstrom zur Aufgabe der Stripkolonne vorgekülilt und dann durch Zusatz von Prozeßwasser so weit abgekühlt, daß die Löslichkeit des Wassers im Nitroaromaten drastisch herabgesetzt wird, hierbei wird zusätzlich ein solches Verhältnis von Nitroaromat zu Wasser erreicht, daß eine Tronnung der Emulsion mit Hilfe leistungsstarker, ein Minimum an Platz

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beanspruchender und einfach zu handhabender Zentrifugalseparatoren möglich wird, deren Einsatz erst ab einem bestimmten Verhältnis der Phasen sinnvoll ist» Das im Zentrifugalseparator abgetrennte Wasser wird zur Vermeidung von Verlusten in der Wasser/Alkaliwäsche des sauren Nitroaromaten wieder eingesetzt und geetattet dort die Einsparung der gleichen Menge an Prozeßwasser, Darüberhinaus wird zusätzlicher Anfall von verschmutztem Abwasser vermiede/n.

Das Verfahren nach der Erfindung kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in einer Vorrichtung durchgeführt wer-

als/

den, die besteht aus einer^Stripkolonne ausgebildeten Destillierkolonne mit Einlauf für das zu reinigende Produkt und Auslauf für die nicht nitrierten bzw. nic&t nitrierbaren Anteile am Kopf, einem Zulauf für Wasserdampf im Bereich des Sumpfes und einem Ablauf für das gereinigte Produkt am Fuß| einem der Kolonne nachgescli3|ateten Separator, einem Einlauf für Kühlwasser zwischen Kolonne und Separator und -daran anschließend- einer Trockeneinrichtung«

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es vorteilheft, wenn die Destilliereinrichtung und der Trockner baulich vereinigt sind, d.h. übereinanderliegend zu einer Doppelkolonne zusammengefaßt sind, wobei es sinnvoll ist, den Trockner unterhalb der Kolonne anzuordnen,

Die Erfindung kann bei der Herstellung von Nitroaromaten allgemein angewandt werden, beispielsweise bei der HersteL-lung von Mononitrotoluol, Nitroäthylbenzol u.a. Im folgenden werden Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung am Beispiel der Herstellung von Nitrobenzol beschrieben, weil sie, sich dabei besonders bewährt haben« Die bereits genannten und

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-erMerkmale gehen aus dem folgenden durch die Zeichnung erläuterten Beispiel hervor»

Die Ausblasekolonne 1 ist in an sich bekannter Weise als Strip-Kolonne ausgebildet. Sie besitzt am Kolonnenkopf den Zulauf 10 für das mit Wasser und Alkali gewaschene, im Vorwärmer 6 vorgewärmte Nitrobenzol, den Dampfeinlaß 11, den üntnahmestutzen 12 für die verdampften nicht nitrierten Anteile und Wasserdampf und den Ablauf 13 für das gereinigte, feuchte Nitrobenzol, Die Beheizung der Kolonne erfolgt durch den bei 11 eingeleiteten Dampf, der vor Eintritt in die Kolonne 1 unter einem Druck von 3-5 atü, vorzugsweise unter 4 atü, steht·

Die bei 12 aus der Kolonne 1 dampfförmig zusammen mit Wasserdampf entnommenen nicht nitrierten Anteile werden bei 20 in den Kondensator 2 eingeleitet und das bei 21 anfallende kondensierte Wasser zur Weiterverwendung entnommen, während die bei 22 entnommenen kondensierten nicht nitrierbaren Anteile verworfen werden«

Die Ausblaaekolonne 1 wird so gefahren, daß die Sumpftempera_ tür vorzugsweise 15 - 25° C über dem !Siedepunkt des Heteroazeotropen Nitroaromat/Wasser Siegt, im Falle des Nitrobenzols bei etwa 115 - 125° C, Temperatur und Dampfmenge richten sich nach der Menge der zu entfernenden nicht nitrierten Anteile und sind der Fahrwoise der Nitrieranlage und der gewünschten Spozifikation des Nitrobenzols anzupassen.

Das den Sumpf dor Ausblasekolonne 1 boi 13 verlassende, omuliiiertos Dnmpfkondonsat und gelöstes Wasser enthaltende Nitro— bonzol wird im Wärme tauscher 6 iiraa Liiich abgekühlt und nach dessen Verlassen bei 33 mit soviel. Prozeßwasser versetzt, daß

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die Temperatur der erhaltenen Emulsion auf vorzugsweise 30 - 50° C oder auch noch tiefer herabgesetzt wird. Die Trennung der Phasen erfolgt im Zentrifugalseparator 3» der gleichzeitig an 31 das Wasser zur hier nicht gezeigten Wasser/Alkaliwäsche des sauren Nitrobenzdls,an 32 das nur noch wenig gelöstes Wasser enthaltende Nitrobenzol zur Trockenkolonne 4 fördert«

Die Trocknung erfolgt vorzugsweise durch Einblasen von Luft durch den Stutzen 41 in die Kolonne 4, die durch einen nicht gezeichneten Vorwärmer auf die erforderliche Temperatur von 100 - 120° C gebracht wird. Reicht die mit der Luft zugeführte ttamaHrmegge zur Trocknung nicht aus, kann durch Vorwärmung im Wärmetauscher 7 auch das am Kolonnenkopf durch den Stutzen 4o aufgegebene Nitrobenzol als Wärmeträger benutzt werden«

Um Verluste an Nitrobenzol und sine unzulässige Luftverunreinigung zu vermeiden, wird die am Stutzen 42 die Trockenkolonne verlassende warme Abluft bei 51 in einen Mischkondensator 5 eingeleitet und dort im Gegenstrom mit bei 50 zulaufendem Prozeßwasser abgekühlt und gewaschen« Die bei 52 entweichende Abluft kann nunmehr durch einen Kamin oder eine ähnliche Vorrichtung über Dach in di© Atmosphäre entweichen. Das den Mischkondensator 5 bei 53 verlassende nitrobenzolhaltige Wasser wird ebenfalls der Wasser/Alkaliw^che des sauren Nitrobenzols zugeführt und gestattet dort die Einsparung einer gleichen tfasaerraenge,

Das an der Trockeiikoloiine 4 bei k'} entnommene gereinigte und getrocknete Nitrobenzol wird im Gegenstrom im Wärmetauscher 7 abgekühlt und zum Lager gefördert.

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Wie aus don angeführten Beispielen ersichtlich, zeichnet sich eine erfindungsgemäße Anlage zur Reinigung und Trocknung von Nitroaromaten durch einfache Apparaturen von geringen Abmessungen und geringem Energiebedarf aus«

Die Ausblasekolonne kann dadurch, daß im wesentlichen nur die nicht nitrierten Anteile entfernt werden müssen, erheblich verkleinert werden. Auch der Betriebsmittelbedarf wird stark reduziert. Eine besondere Vorrichtung zur Beheizung der Abtreibekolonne ist nicht erforderlich. Da der Separator ein stark vorgetrocknetes Produkt liefert, können auch die Trockenkolonne und das Gebläse für die zur Trocknung benötigte Luft wesentlich kleiner ausgelegt werden. wmim^fmiiaimmmm^mMmmammffmt

Eine Zusammenfassung von Ausblase- und Trockenkolonne zu einer Baueinheit als Doppelkolonne reduziert den Platzbedarf zusätzlich. Im Verhältnis zu den übrigen Anlageteilen sind die beiden Kondensatoren zwar von untergeordneter Bedeutung, doch können auch diese wesentlich kleiner und einfacher als bei den bisher bekannten Verfahren ausgelegt werden.

Von besonderer Bedeutung ist es jedoch, daß es dieses Verfahren ermöglicht, die anfallenden Abwässer im Nitrierprozeß wieder zu verwenden, wodurch nicht nur eine erhebliche Einsparung bei der Aufbereitung des Prozeßwassers erzielt wird, sondern zusätzlicher Anfall verschmutzter Abwässer vermiedenwird.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur kontinuierlichen Reinigung und Trocknung eines wasserhaltigen Nitroaromaten, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem wasserhaltigen Nitroaromaten die nicht nitrierten bzw. nicht nitrierbaren Anteile mit Wasserdampf aus dem Kopf einer Destillierkolonne abgetrennt, der Nitroaromat dem Sumpf entnommen, gekühlt, in einer Scheidevorrichtung vom Wasser abgetrennt und anschließend getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gewaschene Nitroaromat am Kopf der Kolonne zugegeben und der Dampf im Bereich des Sumpfes in die Kolonne eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung der Kolonne durch den Wasserdampf erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf mit einer Temperatur in die Kolonne eingeleitet wird, welche den Siedepunkt des Heteroaceotropen Nitroaromat/Wasser um mindestens etwa 20° C übersteigt.

5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß dem gereinigten Nitroaromaten zwischen Destillierkolonne und Scheider Wasser als Kühlmittel zugegeben wird und Wasser und Nitroaromat anschließend in einem Scheider (Zentrifugalseparator) voneinander geschieden werden.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -5» dadurch gekennzeichnet, daß Wasser und Nitroaromat in einem statischen Scheider voneinander getrennt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der noch feuchte reine Nitroaromat mittels Luft getrocknet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft mit Wasser gekühlt und der darin enthaltene Nitroaromat ausgewaschen wird, wobei das anfallende Abwasser in der Wasser/Alkaliwäsche des Nitroaromaten wiederverwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlung und Gaswäsche in einem Mischkondensator durchgeführt werden.

10. Vorrichtung zum Reinigen und Trocknen wasserhaltiger Nitroaromaten nach den Ansprüchen 1 -9» gekennzeichnet durch eine als Stripkoloiine ausgebildete Destillierkolonne mit Einlauf für das zu reinigende Produkt und Auslauf für die nicht nitrierten bzw₀ nicht nitriorbaren Anto LIe am Kopf, einem Zulauf für Wasserdampf im Dampfraum des Sumpfes und einem Ablauf für das gereinigte Produkt am Fuß; einen der Kolonne nachgeschalteten Separator, oinerv Zulauf für Kühlwasser zwischen Kolonne und Separator und -daran anschließend- eine Trockeneinrichtung,

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Kühl- und Waschvorrichtung für dio Abgase.

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12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Deatillationskolonne zur Abtrennung der nicht nitrierten bzw. nicht nitrierbaren Anteile des Aromaten, und die Trockenkolonne übereinander angeordnet und zu einer Doppelkolonne zusammengefaßt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekonnzeichnet, daß beide Kolonnen eine bauliche Einheit bilden.

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