EP0837725A1 - Verfahren zur gewinnung reiner substanzen aus gemischen hochsiedender luft- und/oder temperaturempfindlicher substanzen, die eine hohe trennleistung erfordern, durch rektifikation im feinvakuum sowie für dieses verfahren geeignete kolonnen - Google Patents

Verfahren zur gewinnung reiner substanzen aus gemischen hochsiedender luft- und/oder temperaturempfindlicher substanzen, die eine hohe trennleistung erfordern, durch rektifikation im feinvakuum sowie für dieses verfahren geeignete kolonnen

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EP0837725A1
EP0837725A1 EP96924820A EP96924820A EP0837725A1 EP 0837725 A1 EP0837725 A1 EP 0837725A1 EP 96924820 A EP96924820 A EP 96924820A EP 96924820 A EP96924820 A EP 96924820A EP 0837725 A1 EP0837725 A1 EP 0837725A1
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EP
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rectification
column
distributors
air
columns
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Horst Hartmann
Wolfram Burst
Wulf Kaiser
Harald Laas
Paul Grafen
Bernhard Bockstiegel
Kai-Uwe Baldenius
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Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for obtaining pure substances from mixtures of high-boiling air and / or temperature-sensitive substances which require high separation efficiency by rectification in a fine vacuum, in particular a method for rectifying raw vitamin E acetate for cleaning of low-boiling and higher-boiling impurities, and columns suitable for this process.
  • rectification columns are generally used which, in regular geometry, have systematically structured packings with defined passage areas for the countercurrent phases, since structured packings in relation to packing elements regularly emerge Characterize higher resilience and a better separating effect, a lower specific pressure loss and a lower required packing volume and therefore also have a smaller necessary material and heat exchanging height. They are therefore used for all vacuum rectifications in which it is of the mixture to be separated is particularly important to limit the loss of column pressure.
  • Particularly suitable column packs are metal fabric packs of the type BX and CY from Sulzer (see company publication "Separating columns for distillation and absorption" from Sulzer) and similarly effective metal fabric packs from other companies, such as Montz GmbH.
  • the highest product temperature occurs in the bottom of a column. In addition to the head pressure, it is largely determined by the pressure drop in the column internals which is necessary for the required separation performance. In rectification columns, lowering the top pressure to below 0.5 mbar has no significant influence on the bottom temperature.
  • the thermal stability is so low that, despite the use of the metal mesh packings described with an ordered structure and top pressures in the column of only 0.5 to 1 mbar, the pressure drop at the fabric packs required for the required separation performance in the sump results in temperatures would occur, which lies above the decomposition range of the compounds to be separated.
  • distillative separation of such mixtures has generally been carried out in a high vacuum range (approx. IO -1 to IO " 5 mbar), ie short path distillations or molecular distillations are used. In mixtures with low relative volatilities, these distillations are high However, purities can only be achieved with low distillation yields.
  • VEA synthetic vitamin E acetate
  • acetic anhydride acetic anhydride
  • VEA synthetic vitamin E acetate
  • the rectification which is generally very advantageous for the purification of products on an industrial scale, prepares at VEA due to its high boiling point. Big problems associated with its fragility at higher temperatures. For this reason, distillations in high vacuum or even molecular distillation have hitherto been carried out essentially in order to be able to distil VEA at the lowest possible temperatures.
  • the object of the invention was to provide a process for to develop distillative separation of high-boiling air- and / or temperature-sensitive substances that require a high separation performance, in which no high vacuum distillation or even molecular distillation are necessary, ie a process in which a head vacuum of 0.1 to 2 mbar is sufficient and as a result much less complex vacuum generation processes are necessary and a high distillation yield is achieved.
  • the invention now relates to a process for obtaining pure substances from mixtures of high-boiling air- and / or temperature-sensitive substances which require a high separation performance, by rectification in a fine vacuum in columns containing metal tissue packs with an ordered structure is characterized in that the rectification is carried out in a mass exchange column in which
  • the column is designed in such a way that it is practically possible to work in the absence of air.
  • the method according to the invention is particularly advantageous when working with fabric packs in which the angle of inclination of the teeth of the individual fabric layers of the pack against the column axis is as small as possible in order to minimize the specific pressure loss of the pack.
  • the angle of inclination of the teeth in the usual BX sulfon packs is generally 30 °
  • tissue packs are preferred in the process according to the invention, the angle of inclination of the teeth of the fabric layers against the column axis being 0 to 25 °, preferably 3 to 10 °.
  • the angle of inclination of the toothing of the fabric layers against the column axis is illustrated in FIG. 1.
  • 1 means the angle of inclination of the toothing of the fabric layers against the column axis and the second fabric layer.
  • the process according to the invention is of particular importance for the fine purification of VEA, ie for the case where a VEA contaminated with colored low-boiling and higher-boiling substances is rectified as a mixture of high-boiling air and / or temperature-sensitive substances.
  • a VEA contaminated with colored low-boiling and higher-boiling substances is rectified as a mixture of high-boiling air and / or temperature-sensitive substances.
  • VEA has a boiling temperature of approx. 240 ° C at a pressure of 1 mbar. Due to the limited thermal stability of VEA, the temperature in the column bottom is limited to approx. 260 to 270 ° C. A rectification column may therefore only be operated with a maximum sump pressure of only 4 mbar. This means that only a pressure loss of about 3 to 3.5 mbar between the top and bottom of the column can be tolerated. This is very difficult to achieve since a separation performance of about 10 to 30 separation stages is required for the fine cleaning of VEA and a pressure loss of 0.3 to 0.5 mbar per separation stage must normally be expected. In the work areas according to the invention, there were no measurements regarding the pressure losses.
  • a liquid distribution with channel distributors with the same or more than 500 draining points is claimed. Similar, but also called “capillary distributors” but round distributors are sold by the Sulzer and Montz companies and are described, for example, in EP 512 277. Known channel distributors generally have only 50 to 60 drip points per 2 .
  • channel distributors brings about a reduction in the so-called pressure loss in two different ways. On the one hand, they require rapid, extremely fine distribution and thus ultimately better use of the packing to distribute the mixture to be separated and, on the other hand, a very low sprinkling density.
  • liquid loads from approx. 0.2 m 3 / m 2 -h are specified as the lower load limit.
  • a layer of a tissue pack generally consists of a large number of usually individual, 170 mm high layers of tissue.
  • Each packing sheet is installed by 90 ° with respect to the previous one.
  • the arrangement of the distributors is also rotated by 90 ° with respect to the packing element located directly below the distributors, or the packing position located there.
  • the liquid now spreads on one of these layers of fabric at a certain angle. After an inlet length which is dependent on the spreading angle and the distance between two drip dividers, a uniform film has formed over a fabric layer.
  • 2 or more packing elements with a height of only 20 to 100 mm, preferably 25 to 50 mm, in particular 35 to 45 mm, the fabric layers of which are each rotated through 90 ° to one another, are therefore used below the liquid distributor.
  • the inlet length is approx. 340 mm, which means that with a packing height of 2 meters, approx. 17% of the packing is not fully used for the actual separating operation.
  • the rectification should be carried out practically in the absence of air.
  • VEA fine purification of VEA according to the invention
  • head pressures of 0.2 to 1 mbar, preferably 0.5 to 1 mbar and with bottom pressures of 1 to 4 mbar, preferably 1.5 to 3.5 mbar , in particular 2 to 3 mbar, works.
  • the packing columns are loaded with a liquid load between 0.03 and 0.3 m 3 / m 2 -h in the rectifying section of the column and with a liquid load between 0.03 and 1.0 m 3 / m 2 -h operated in the stripping section of the columns.
  • a separating plate column is generally understood to be a combination of two separate column packs within an outer column jacket, on which there are inlet and side draws.
  • FIG. 2c Such a dividing plate column is shown schematically in FIG. 2c.
  • 1, 2, 3 and 5 have the same meaning as in FIGS. 2a and 2b and 9 means dividing plate column.
  • the invention also relates to the packed columns equipped for the process according to the invention and to their use for the fine purification of contaminated V ⁇ A by rectification in the pressure range between 0.1 and 2 mbar.
  • packing columns with stripping section and reinforcing section containing metal fabric packs with an ordered structure which are each rotated through 90 ° to one another for rectifying mixtures of high-boiling air and / or temperature-sensitive substances which require a high separation performance at head pressures of 0.1 to 2 mbar, which are characterized by
  • the channels of the liquid distributors are arranged at an angle of approximately 90 ° to the fabric layers of the packing elements located directly below the distributor,
  • a packing column which can be used according to the invention for the rectification of VEA is shown schematically in FIG. 3.
  • Degassed, synthetically produced raw vitamin E acetate with a content of about 96% VEA is at a temperature between 200 and 250 degrees Celsius through inlet 10 into the middle of the first rectification column with a packing height of 3 to 5 m of the Sulzer type BX or Montz A3 entered.
  • the liquid is distributed uniformly over the column cross-section at the top and at the inlet of the column using the newly developed high-performance channel distributors 6.
  • the packing elements 7 with a height of only 20 to 100 mm are located below the newly developed channel distributors.
  • the fabric layers of the packing elements arranged directly under the channel distributors 6 are to the channels of the Liquid distributor twisted at an angle of 90 °.
  • the column is equipped with a protective heater 9 and is operated adiabatically. Flanges and sockets are provided with welding lip seals or high-quality metal seals.
  • the top pressure of the column is 0.5 to 1 mbar.
  • the reflux ratio is 2 to 4.
  • the liquid returning in the column has a temperature between 170 and 220 degrees Celsius. 5 to 20% of the feed stream is taken off at the bottom of the column.
  • the product removed at the top of the first column was conveyed at a temperature of 200 to 250 ° C. into the middle of the second rectification column with a packing height of 3 to 5 m of the Sulzer BX or Montz A3 type.
  • the liquid is distributed over the column cross-section at the top and at the inlet using the newly developed high-performance channel distributors.
  • This column is also equipped with protective heating and is operated adiabatically. Flanges and sockets are provided with welding lip seals or high-quality metal seals.
  • the top pressure of the column is approximately 0.5 mbar.
  • the reflux ratio is 5 to 15.
  • the liquid returning to the column has a temperature between 170 and 220 ° C. 5 to 20% of the feed stream are taken off at the top and bottom of the column.
  • the vitamin E acetate removed in the side draw immediately above the evaporator of the second column is almost colorless (color number less than 2) and has pharmaceutical quality with a purity of more than 99%.
  • the yield of such a pure product is about 50% of theory.
  • the residue is separated off from the bottom draw of the first rectification column at a pressure of between 1 and 5 mbar.
  • the distillate obtained in this way can be sold as vitamin E acetate for cattle feed purposes (feed quality). These products generally contain 90 to 99% VEA.
  • the total distillation yield of feed and pharmaceutical VEA is between 95 and 98%.

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Abstract

Verfahren zur Gewinnung reiner Substanzen aus Gemischen hochsiedender luft- und/oder temperaturempfindlicher Substanzen, die eine hohe Trennleistung erfordern, durch Rektifikation im Feinvakuum in Kolonnen enthaltend Metallgewebepackungen mit geordneter Struktur unter Verwendung von Kanalflüssigkeitsverteilern mit gleich oder mehr als 500 Abtropfstellen/m2, die im Winkel von 90° zu den Gewebelagen der direkt unter den Verteilern befindlichen Packungselemente (7, 8) angeordnet sind, in denen 2 oder mehrere der Packungselemente (7, 8) unterhalb der Flüssigkeitsverteiler (6) nur eine geringe Höhe aufweisen, die praktisch einen Luftausschluss gewährleisten und so gestaltet sind, dass während der Rektifikation kein Wärmeaustausch durch die Kolonnenwand stattfinden kann. Gegenstand des Patents sind auch die für dieses Verfahren verwendbaren Packungskolonnen sowie die Anwendung dieses Verfahrens und dieser Kolonnen zur destillativen Feinreinigung von Vitamin-E-acetat.

Description

Verfahren zur Gewinnung reiner Substanzen aus Gemischen hoch- siedener luft- und/ oder temperaturempfindlicher Substanzen, die eine hohe Trennleistung erfordern, durch Rektifikation im Fein- vakuum sowie für dieses Verfahren geeignete Kolonnen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung reiner Sub- stanzen aus Gemischen hochsiedener luft- und/oder temperatur- empfindlicher Substanzen, die eine hohe Trennleistung erfordern, durch Rektifikation im Feinvakuum, insbesondere ein Verfahren zur Rektifikation von Roh-Vitamin-E-acetat zwecks Reinigung von leichter siedenden und höher siedenden Verunreinigungen, sowie für dieses Verfahren geeignete Kolonnen.
Bei der destillativen Aufarbeitung von Produktgemischen erzielt man im allgemeinen die besten Ergebnisse bei der sogenannten Ge- genstromdestillation (auch Rektifikation genannt), d.h. einem speziellen Destillationsverfahren mit Gegenstromführung von in Rektifizierkolonnen abströmendem Rücklauf und aufströmendem Dampf. Üblicherweise arbeitet man dabei mit Rektifizierkolonnen, bei denen das zu trennende Gemisch im mittleren Teil der Kolonne eingebracht wird, der Dampf sich auf seinem Weg durch die Kolonne von unten nach oben an leichterflüchtigen Komponenten anreichert, während sich der Rücklauf von oben nach unten an schwerer flüch¬ tigen Komponenten anreichert. Der Stoff- und Wärmetransport wird durch in die Kolonne eingebaute Elemente, wie Kolonnenböden, Füllkörper oder Packungen, die für eine ausreichende Berührungs- zeit der Phasen und eine hinreichende große Phasengrenzfläche sorgen, intensiviert. Durch diese Kolonneneinbauten, verbunden mit dem abströmenden Rücklauf ergibt sich jedoch in der Kolonne ein Widerstand, der sogenannte Druckverlust. Der Druckverlust einer Kolonne hängt neben Art und Menge der zu rektifizierenden Verbindungen sehr stark von der Art der Kolonneneinbauten ab.
Für die Auftrennung von hochsiedenden Substanzgemischen, die eine hohe Trennleistung erfordern, verwendet man im allgemeinen Rekti¬ fizierkolonnen, die in regelmäßiger Geometrie systematisch aufge- baute Packungen mit definierten Durchtrittsbereichen für die Ge- genstromphasen aufweisen, da sich regelmäßig strukturierte Pak- kungen gegenüber Füllkörpern durch höhere Belastbarkeit und eine bessere Trennwirkung auszeichnen, einen geringeren spezifischen Druckverlust sowie ein geringeres erforderliches Packungsvolumen und daher auch eine kleinere notwendige Stoff- und wärmeaustau¬ schende Höhe aufweisen. Sie werden daher bei allen Vakuumrekti¬ fikationen eingesetzt, bei denen es wegen der Temperaturempfind- lichkeit des zu trennenden Gemisches besonders auf eine Begren¬ zung des Kolonnendruckverlustes ankommt. Besonders geeignete Ko¬ lonnenpackungen sind Metallgewebepackungen vom Typ BX und CY der Firma Sulzer (vgl. Firmenschrift "Trennkolonnen für Destillation und Absorption" der Firma Sulzer) und ähnlich wirksame Metallge¬ webepackungen anderer Firmen, wie der Montz GmbH.
Eine schematische Darstellung solcher Kolonnen findet man beispielsweise auf Seite 103 des Lehrbuches "Thermische Trennver- fahren" von Klaus Sattler, VCH Verlagsges.mbH, Weinheim (BRD), 1988. Bezüglich näherer Einzelheiten über die Rektifikation von Substanzgemischen verweisen wir auf dieses Lehrbuch von Klaus Sattler, Seiten 101-225, insbesondere 120-160 und 199-214.
Die höchste Produkttemperatur tritt im Sumpf einer Kolonne auf. Sie wird außer vom Kopfdruck maßgeblich von dem für die erforder¬ liche Trennleistung bedingten Druckverlust der Kolonneneinbauten bestimmt. Bei Rektifikationskolonnen hat die Absenkung des Kopf- druckes auf unter 0,5 mbar keinen wesentlichen Einfluß auf die Sumpftemperatur.
Für zahlreiche hocnsiedende Gemische ist die thermische Belast¬ barkeit so gering, daß sich trotz Verwendung der beschriebenen Metallgewebepackungen mit geordneter Struktur und Kopfdrucken in der Kolonne von nur 0,5 bis 1 mbar durch den Druckverlust an den für die erforderliche Trennleistung benötigten Gewebepackungen im Sumpf Temperaturen auftreten würden, die oberhalb des Zerset¬ zungsbereichs der zu trennenden Verbindungen liegt. Für die destillative Auftrennung solcher Gemische arbeitet man daher bis- her im allgemeinen im Hochvakuumbereich (ca. IO-1 bis IO"5 mbar), d.h. man wendet Kurzwegdestillationen oder Molekulardestillatio¬ nen an. Bei Gemischen mit geringen relativen Flüchtigkeiten sind mit diesen Destillationen hohe Reinheiten jedoch nur mit niedri¬ gen Destillationsausbeuten erzielbar.
Ein Beispiel für ein Gemisch hochsiedender und stark luft- und/ oder temperaturempfindlicher Substanzen, die eine hohe Trennlei¬ stung erfordern, ist synthetisches Vitamin-E-acetat (VEA) , wel¬ ches technisch durch Umsetzen von Trimethylhydrochinon mit Phytol oder Isophytol und anschließende Veresterung mit Acetanhydrid hergestellt wird und noch geringe Mengen an gefärbten leichter siedenden und höher siedenden Verunreinigungen enthält. Da VEA in zunehmendem Maße für die menschliche Ernährung bzw. Gesundheit¬ sprophylaxe verwendet wird, werden immer höhere Anforderungen an die Reinheit dieses Produktes gestellt. Die für die Reinigung von Produkten im industriellen Maßstab im allgemeinen sehr vorteil¬ hafte Rektifikation bereitet bei VEA durch dessen hohen Siede- punkt verbunden mit seiner Zersetzlichkeit bei höheren Temperatu¬ ren große Probleme. Deshalb werden bisher im wesentlichen De¬ stillationen im Hochvakuum oder gar Molekulardestillationen durchgeführt um VEA bei möglichst niedrigen Temperaturen destil- lieren zu können.
Trotz Anwendung von Hochvakuum (10"1 bis IO"5 mbar) werden nach dem Stand der Technik im allgemeinen nur Reinheiten von 97,3 %
(vgl. DE 2 743 920), 98 % (vgl. DE 42 08 477 und JP-3-58 011 869), 98,5 % (vgl. US 3 459 773) oder 98,5 bis 99 %
(vgl. DE 2 160 103) erzielt. Reinheiten über 99 % wurden nur durch Molekulardestillation erzielt, nämlich Reinheiten von 99,3 % gemäß JP-A 51/14671 und 99,5 % gemäß JP-A-62/226976, wobei anzumerken ist, daß vermutlich die so erhaltenen Produkte bei Un- tersuchung mit den heute angewendeten genaueren Analysenmethoden und reineren Vergleichssubstanzen niedrigere Reinheitswerte erge¬ ben würden. Zudem sind die so erzielbaren Destillationsausbeuten jeweils recht gering.
Da jedoch Destillationen unter Hochvakuum insbesondere aber Mole¬ kulardestillationen, bei hohen Reinheiten neben dem Nachteil der geringen Destillationsausbeuten sowohl bezüglich der Investi¬ tionskosten als auch hinsichtlich der laufenden Betriebskosten außerordentlich aufwendig und daher sehr teuer sind, war es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur destillativen Trennung von hochsiedenden luft- und/oder temperaturempfindlichen Substan¬ zen, die eine hohe Trennleistung erfordern, zu entwickeln, bei dem keine Hochvakuumdestillation oder gar Molekulardestillation notwendig sind, d.h. ein Verfahren bei dem ein Kopfvakuum von 0,1 bis 2 mbar ausreicht und dadurch wesentlich weniger aufwendige Vakuumerzeugungsverfahren notwendig sind und eine hohe Destilla¬ tionsausbeute erzielt wird.
Insbesondere war es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur destillativen Feinreinigung von VEA zu finden, mit dessen Hilfe man farbloses VEA mit einer Reinheit von 99 % oder mehr und guten Destillationsausbeuten auch durch Rektifikation im Feinvakuum in Kolonnen enthaltend Metallgewebepackungen mit geordneter Struktur erhalten kann.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Gewinnung rei¬ ner Substanzen aus Gemischen hochsiedender luft- und/oder temperaturempfindlicher Substanzen, die eine hohe Trennleistung erfordern, durch Rektifikation im Feinvakuum in Kolonnen enthal- tend Metallgewebepackungen mit geordneter Struktur, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Rektifikation in einer Stoffau¬ stauschkolonne durchführt, in der
a) die Flüssigkeitsverteilung mit Kanalverteilern mit gleich oder mehr als 500 Abtropfstellen/m2, vorzugsweise 900 bis
1200 Abtropfstellen/m2, vorgenommen wird,
b) in der die Kanäle der Verteiler im Winkel von etwa 90° zu den Gewebelagen der direkt unter dem Verteiler befindlichen Pak- kungselemente angeordnet sind,
c) in der sich direkt unterhalb der Flüssigkeitsverteiler je¬ weils 2 oder mehrere Packungselemente mit einer Höhe von nur 20 bis 100 mm Höhe befinden, deren Gewebelagen jeweils um 90° zueinander gedreht sind,
d) daß die Kolonne so gestaltet ist, daß während der Rektifikation praktisch kein Wärmeaustausch durch die Kolon¬ nenwand stattfinden kann und
e) daß bei luftempfindlichen Substanzen die Kolonne so gestaltet ist, daß praktisch unter Luftausschluß gearbeitet werden kann.
Mit besonderem Vorteil gelingt das erfindungsgemäße Verfahren wenn man mit Gewebepackungen arbeitet, bei denen der Neigungswin¬ kel der Zahnung der einzelnen Gewebelagen der Packung gegen die Kolonnenachse möglichst gering ist, um den spezifischen Druckver¬ lust der Packung zu minimieren.
Während der Neigungswinkel der Zahnung bei den üblichen BX-Sul- zerpackungen im allgemeinen 30° beträgt, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Gewebepackungen bevorzugt, deren Nei¬ gungswinkel der Zahnung der Gewebelagen gegen die Kolonnenachse 0 bis 25°, vorzugsweise 3 bis 10° beträgt. Der Neigungswinkel der Zahnung der Gewebelagen gegen die Kolonnenachse wird in Figur 1 veranschaulicht. In dieser Figur bedeutet 1 den Neigungswinkel der Zahnung der Gewebelagen gegen die Kolonnenachse und 2. Gewebe- lagen.
Besondere Bedeutung hat das erfindungsgemäße Verfahren für die Feinreinigung von VEA, d.h. für den Fall, daß man als Gemisch hochsiedender luft- und/oder temperaturempfindlicher Substanzen, ein mit gefärbten leichter siedenden und höher siedenden Substan- zen verunreinigtes VEA rektifiziert. Am Beispiel der Reinigung von VEA soll im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren mit seinen apparativen und verfahrens¬ technischen Entwicklungen näher erläutert werden.
Bei Betriebskolonnen sind Kopfdrucke von 0,5 bis 1 mbar noch mit vertretbarem technischem Aufwand realisierbar. VEA weist bei einem Druck von 1 mbar eine Siedetemperatur von ca. 240°C auf. Durch die begrenzte thermische Stabilität von VEA ist die Temperatur im Kolonnensumpf auf ca. 260 bis 270°C begrenzt. Eine Rektifikationskolonne darf daher maximal mit einem Sumpfdruck von nur 4 mbar betrieben werden. Dies bedeutet, daß nur ein Druckver¬ lust von ca. 3 bis 3,5 mbar zwischen Kopf und Sumpf der Kolonne toleriert werden kann. Dies ist sehr schwierig zu erreichen, da zur Feinreinigung von VEA eine Trennleistung von etwa 10 bis 30 Trennstufen erforderlich ist und man normalerweise mit einem Druckverlust von 0,3 bis 0,5 mbar pro Trennstufe rechnen muß. In den erfindungsgemäßen Arbeitsbereichen lagen bezüglich der Druck¬ verluste keine Messungen vor.
Gemäß Merkmal a) des Hauptanspruch wird eine Flüssigkeitsvertei¬ lung mit Kanalverteilern mit gleich oder mehr als 500 Abtropf- stellen beansprucht. Ähnliche auch "Kapillarverteiler" genannte aber runde Verteiler werden von den Firmen Sulzer und Montz ver¬ trieben und werden beispielsweise in EP 512 277 beschrieben. Be- kannte Kanalverteiler weisen im allgemeinen nur 50 bis 60 Ab¬ tropfstellen pro rn2 auf.
Die erfindungsgemäße Verwendung der Kanalverteiler bewirkt auf 2 verschiedene Weisen eine Verminderung des sogenannten Druckverlu- stes. Zum einen bedingen sie eine schnelle äußerst feine Ver¬ teilung und damit letztlich eine bessere Nutzung der Packung zum Verteilen des zu trennenden Gemisches und zum anderen eine sehr geringe Berieselungsdichte. Für Sulzer-Packungen vom BX-Typ wer¬ den Flüssigkeitsbelastungen ab ca. 0,2 m3/m2-h als untere Bela- stungsgrenze angegeben. Durch die erfindungsgemäße Anwendung der Kanalverteiler mit gleich oder mehr als 500, vorzugsweise 900 bis 1200 Abtropfstellen werden beim VEA Flüssigkeitsbelastungen beim erfindungsgemäßen Verfahren von nur 0,03 bis 0,3 m3/m2-h am Kopf und 0,03 bis 1,0 m3/m2-h im Abtriebsteil der Kolonne erreicht. Überraschenderweise wurde gefunden, daß auch bei so niedrigen Flüssigkeitsbelastungen, die für eine optimale Trennleistung er¬ forderliche vollständige Benetzung der Metallpackungen sicherge¬ stellt ist. Durch diese geringe Berieselungsdichte wird die Gas¬ belastung in der Kolonne und damit der Druckverlust außerordent- lieh gering. o
Zur Erreichung einer optimalen Trennleistung ist jedoch nicht nur eine hohe Abtropfstellenzahl sondern auch die Anordnung der Ver¬ teiler im Bezug auf die Packungselemente wichtig.
Eine Lage einer Gewebepackung besteht im allgemeinen aus einer Vielzahl üblicherweise einzelner, 170 mm hoher Gewebelagen. Jede Packungsiage wird beim Einbau um jeweils 90° im Bezug auf die vor¬ hergehende eingebaut. Die Anordnung der Verteiler erfolgt eben¬ falls um 90° gedreht in Bezug auf das direkt unter den Verteilern befindliche Packuπgselerr.er.t, bzw. die dort befindliche Packungs¬ lage.
Die Flüssigkeit breitet sich nun auf einer dieser Gewebelagen in einem bestimmten Winkel aus. Nach einer von dem Ausbreitungswin- kei und dem Abstand zweier Abtropfsteiler, abhängigen Einläuflänge hat sich ein gleichmäßiger Film über einer Gewebelage ausgebil¬ det.
Eine optimale Ausnutzung der Packung, d.h. eines schellstmögliche Verteilung der Flüssigkeit auf allen Gewebelagen erzielt man, wenn man an dieser Stelle die Packung um 90° dreht.
Erfindungsgemäß werden daher unterhalb der Flüssigkeitsverteiler 2 oder mehrere Packungselemente mit einer Höhe von nur 20 bis 100 mm, vorzugsweise 25 bis 50 mm, insbesondere 35 bis 45 mm ein¬ gesetzt, deren Gewebelagen jeweils um 90° zueinander gedreht sind. Durch das Trennen der Packung in Elemente mit geringerer Höhe kann eine schnellstmögliche Verteilung und damit eine optimale Ausnutzung der Packung zum Trennen erzielt werden. Bei der her- kömmlichen Packungsanordnung dagegen beträgt die Einlauflänge ca. 340 mm, was bedeutet, daß bei einer Packungshöhe von 2 Metern ca. 17 % der Packung nicht voll für die eigentliche Trennoperation genutzt werden.
Gemäß Merkmal e) soll die Rektifikation praktisch unter Luftaus¬ schluß durchgeführt werden.
Laborversuche haben gezeigt, daß es z.B bei VEA bei den für die Rektifikation benötigten hohen Temperaturen schon bei geringsten Leckagen in der Destillationseinrichtung zu einer Dunkelfärbung des Produktes kommt, die Aufgrund der hohen Qualitats¬ anforderungen nicht toleriert werden kann. Die Verwendung von neu entwickelten besonders hochwertigen Dichtungsmaterialien, wie Helicoflex- der Firma Cefilac, zur Abdichtung von Flanschen und/ oder Öffnungen für Geräte zur Prozeßüberwachung ist daher unbe¬ dingt notwendig. Zur Abdichtung von Flanschen verwendet man mit besonderem Vorteil sogenannte Schweißlippendichtungen, wie sie beispielsweise in den deutschen Patentschriften DE 27 10 859,
DE 39 12 478 oder DD 44 07 728 beschrieben sind.
Wie bereits dargestellt, zirkulieren in den erfindungsgemäßen Feinvakuumrektifikationskolonnen nur geringe Stoffströme. Daher führt jeder Wärmeverlust sofort zu wilder, d.h. unkontrollierter Kondensation an der Kolonnenwand, welche die Trennleistung der Kolonne reduziert. Die Verhinderung eines Wärmeaustausches durch die Kolonnenwand kann am besten durch eine Kombination aus Isola- tion und Schutzbeheizung der Kolonne gewährleistet werden.
Die technische Ausführung einer solchen Schutzbeheizung wird mit Vorteil praktisch auf folgende Weise realisiert: Auf einer ersten Isolierschicht auf dem Kolonnenmantel wird ein Blechmantel ange- bracht. Dieser Blechmantel wird erneut isoliert. Auf diese Iso¬ lierschicht wird dann ein weiterer Blechmantei und die Heizung aufgebracht und diese schließlich nach außen isoliert. Die Rege¬ lung der Heizung erfolgt dann derart, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Kolonnenmantel und dem ersten Blechmantel Null be- trägt.
Für die erfindungsgemäße Feinreinigung von VEA ist es notwendig, daß man bei der Rektifikation mit Kopfdrucken von 0,2 bis 1 mbar, vorzugsweise 0,5 bis 1 mbar und mit Sumpfdrucken von 1 bis 4 mbar, vorzugsweise 1,5 bis 3,5 mbar, insbesondere 2 bis 3 mbar, arbeitet.
Bei der erfindungsgemäßen Rektifikation von VEA werden die Pak- kungskolonnen mit einer Flüssigkeitsbelastung zwischen 0,03 und 0,3 m3/m2-h im Verstärkungsteil der Kolonne und mit einer Flüssig¬ keitsbelastung zwischen 0,03 und 1,0 m3/m2-h im Abtriebsteil der Kolonnen betrieben.
Zur Abtrennung von färbenden leichter siedenden Verunreinigungen und höher siedenden Verunreinigungen sind im allgemeinen und auch beim VEA 2 Kolonnen notwendig. Die Figuren 2a und 2b stellen schematisch 2 mögliche Destillationskonzepte für die Rektifikation von VEA in 2 Packungskolonnen dar. Hierin bedeuten
1 Zulauf für Roh-Vitamin-E-acetat
2 Ablauf für Feed-Qualität
3 Ablauf für Feed-Qualität + Rückstand
4 Ablauf für Destillat
5 Ablauf für Food bzw. Pharma-Qualität, d.h. Reinheit > 99 % 6 Sumpf-Strom
7 Rektifikation zur Abtrennung der Schwersieder 8 Rektifikation zur Abtrennung der Leichtsieder.
Man kann aber auch äquivalente Destillationseinrichtungen, wie eine sogenannte Trennblechkolonne verwenden. Unter einer Trenn- blechkolonne versteht man allgemein eine Kombination von 2 ge¬ trennten Kolonnenpackungen innerhalb von einem äußeren Kolonnen- mantel, an dem sich Zulauf und Seitenabzug befinden.
Eine solche Trennblechkolonne ist schematisch in Figur 2c darge- stellt. Hierin haben 1, 2, 3 und 5 die gleiche Bedeutung wie in den Figuren 2a und 2b und 9 bedeutet Trennblechkolonne.
Gegenstand der Erfindung sind auch die für das erfindungsgemäße Verfahren ausgerüsteten Packungskolonnen sowie deren Verwendung für die Feinreinigung von verunreinigtem VΞA durch Rektifikation im Druckbereich zwischen 0,1 und 2 mbar.
Es handelt sich dabei um Packungskolonnen mit Abtriebsteil und Verstärkungsteil enthaltend Metallgewebepackungen mit geordneter Struktur, die jeweils um 90° zueinander gedreht sind zum Rektifi¬ zieren von Gemischen hochsiedender luft- und/oder temperatur¬ empfindlicher Substanzen, die eine hohe Trennleistung erfordern, bei Kopfdrücken von 0,1 bis 2 mbar, die dadurch gekennzeichnet sind,
a) daß sie als Flüssigkeitsverteiler sogenannte Kanalverteiler- mit gleich oder mehr als 500 Abtropfstellen/m2, vorzugsweise 900 bis 1200 Abtropfstellen/m2 pro m2 enthalten,
b) die Kanäle der Flüssigkeitsverteiler im Winkel von etwa 90° zu den Gewebelagen der direkt unter dem Verteiler befindli¬ chen Packungselemente angeordnet sind,
c) daß sie unterhalb der Flüssigkeitsverteilung 2 oder mehrere Packungselemente mit einer Höhe von nur 20 bis 100 mm Höhe enthalten, deren Gewebelagen jeweils um 90° zueinander ge¬ dreht sind,
d) daß sie eine Kombination aus Isolierung und Schutzbeheizung enthalten, durch die gewährleistet ist, daß während der
Rektifikation praktisch kein Wärmeverlust durch die Kolonnen¬ wand stattfinden kann und
e) daß Dichtungen und Flansche so ausgestaltet sind, daß prak- tisch ein Luftausschluß gewährleistet ist. Eine erfindungsgemäß für die Rektifikation von VEA einsetzbare Packungskolonne ist in Figur 3 schematisch dargestellt.
Hierin bedeuten:
1 Zulauf für Kühlmedium
2 Kondensator
3 Ablauf für Kühlmedium
4 Destillat 5 Rücklauf
6 Kanal-Flüssigkeitsverteiler mit gleich oder mehr als 500 Ab¬ tropfstellen/m2
7 Packungselemente mit einer Höhe von 20 bis 100 mm
8 Packungselemente mit einer Höhe von ca. 170 mm 9 Schutzheizung
10 Zulauf für Roh-VEA
11 Flüssigkeitssammler
12 Seitenabzug
13 Dichtungselement 14 Ablauf für Heizmedium (Ausgang)
15 Rieselfilmverdampfer
16 Zulauf für Heizmedium (Eingang)
17 Sumpfabzug.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Packungskolonnen und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich Gemische hoch¬ siedender luft- und/oder temperaturempfindlicher Substanzen, die eine hohe Trennleistung erfordern, wie Roh-VEA oder Gemische von Tocopherolen mit Verunreinigungen, auch im Feinvakuum, d.h. bei Drucken von 0,2 bis 2 mbar, vorzugsweise 0,5 bis 1 mbar in Kolon¬ nen mit druckverlustarmen Gewebepackungen mit sehr guten De¬ stillationsausbeuten zu rektifizieren.
Beispielhafte Beschreibung des Verfahrens zur Reinigung von Roh- Vitamin-E-acetat nach dem Destillationskonzept gemäß Figur 2a.
Entgastes, synthetisch hergestelltes Roh-Vitamin-E-acetat mit einem Gehalt von etwa 96 % VEA wird bei einer Temperatur zwischen 200 und 250 Grad Celsius durch den Zulauf 10 in die Mitte der ersten Rektifikationskolonne mit einer Packungshöhe von 3 bis 5 m vom Typ Sulzer BX oder Montz A3 eingetragen. Die Flüssigkeit wird am Kopf und am Zulauf der Kolonne mit den neu entwickelten Hoch- leistungs-Kanalverteilern 6 gleichmäßig über den Kolonnenquer¬ schnitt verteilt. Unterhalb der neu entwickelten Kanalverteiler befinden sich die Packungseiemente 7 mit einer Höhe von nur 20 bis 100 mm Höhe. Die Gewebelagen der direkt unter den Kanalver¬ teilern 6 angeordneten Packungselemente sind zu den Kanälen der Flüssigkeitsverteiler im Winkel von 90° verdreht. Die Kolonne ist mit einer Schutzheizung 9 ausgestattet und wird adiabatisch be¬ trieben. Flansche und Stutzen sind mit Schweißlippendichtungen bzw. hochwertigen Metalldichtungen versehen.
Der Kopfdruck der Kolonne beträgt 0,5 bis 1 mbar. Das Rücklauf¬ verhältnis beträgt 2 bis 4. Die in der Kolonne zurücklaufende Flüssigkeit hat eine Temperatur zwischen 170 und 220 Grad Cel¬ sius. Am Sumpf der Kolonne wird 5 bis 20 % des ZulaufStromes ent- nommen.
Das am Kopf der ersten Kolonne entnommene Produkt mit einer Temperatur von 200 bis 250°C in die Mitte der zweiten Rektifikati¬ onskolonne mit 3 bis 5 m Packungshöhe vom Typ Sulzer BX oder Montz A3 gefördert. Die Flüssigkeit wird am Kopf und am Zulauf mit den neu entwickelten Hochleistungs-Kanalverteilern über den Kolonnenquerschnitt verteilt. Auch diese Kolonne ist mit einer Schutzheizung ausgerüstet und wird adiabatisch betrieben. Flan¬ sche und Stutzen sind mit Schweißlippendichtungen bzw. hochwerti- gen Metalldichtungen versehen.
Der Kopfdruck der Kolonne beträgt ca. 0,5 mbar. Das Rücklauf - Verhältnis beträgt 5 bis 15. Die in die Kolonne zurücklaufende Flüssigkeit hat eine Temperatur zwischen 170 bis 220°C. Am Kopf und im Sumpf der Kolonne werden 5 bis 20 % des ZulaufStromes ent¬ nommen. Das im Seitenabzug unmittelbar oberhalb des Verdampfers der zweiten Kolonne entnommene, Vitamin-E-acetat ist nahezu farb¬ los (Farbzahl kleiner als 2) und weist Pharma-Qualität auf mit einer Reinheit von mehr als 99 %. Die Ausbeute an so reinem Produkt beträgt etwa 50 % der Theorie.
In einem Dünnschichtverdampfer wird bei einem Druck zwischen 1 bis 5 mbar der Rückstand von der Sumpfentnähme der ersten Rekti¬ fikationskolonne abgetrennt. Das so gewonnene Destillat kann wie das Kopf- und Sumpfprodukt der zweiten Kolonne als Vitamin-E-ace¬ tat für Viehfutterzwecke (feed-Qualität) verkauft werden. Diese Produkte enthalten im allgemeinen 90 bis 99 % VEA. Die gesamte Destillationsausbeute an feed- und Pharma-VEA beträgt zwischen 95 und 98 %.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung reiner Substanzen aus Gemischen hoch- siedender luft- und/oder temperaturempfindlicher Substanzen, die eine hohe Trennleistung erfordern, durch Rektifikation im Feinvakuum in Kolonnen enthaltend Metallgewebepackungen mit geordneter Struktur dadurch gekennzeichnet, daß man die Rektifikation in einer Stoffaustauschkolonne durchführt, in der
a) die Flύssigkeitsverteilung mit Kanalverteilern mit gleich oder mehr als 500 Abtropfstellen pro m2 vorgenommen wird,
b) in der die Kanäle der Flüssigkeitsverteiler im Winkel von etwa 90° zu den Gewebelagen der direkt unter diesen Ver¬ teilern befindlichen Packungselemente angeordnet sind,
c) in der sich unterhalb der Flüssigkeitsverteiler 2 oder mehrere Pakkungselernente mit einer Höhe von nur 20 bis
100 mm Hohe befinden, deren Gewebelagen jeweils um 90° zueinander gedreht sind,
d) daß die Kolonne so gestaltet ist, daß während der Rektifikation praktisch kein Wärmeaustausch durch die Ko¬ lonnenwand stattfinden kann und
e) daß bei luftempfindlichen Substanzen die Kolonne so ge¬ staltet ist, daß praktisch unter Luftausschluß gearbeitet werden kann.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsverteilung gemäß a) mit Kanalverteilern mit 900 bis 1200 Abtropfstellen pro m2 vorgenommen wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftausschluß gemäß e) durch Verwendung besonders hochwerti¬ ger Dichtungsmaterialien oder durch den Einsatz von sogenann¬ ten Schweißlippendichtungen gewährleistet wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichneti daß man in e) durch eine Kombination aus Isolation und Schutzbeheizung der Kolonne gewährleistet, daß praktisch kein Wärmeverlust durch die Kolonnenwand auftreten kann.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als hochsiedende temperatur- und luftempfindliche Substanz, die eine hohe Trennleistung erfordert, verunreinigtes Vita¬ min-E-acetat rektifiziert.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Rektifikation von Vitamin-E-acetat mit Kopfdrücken von 0,5 bis 1 mbar und mit Sumpfdrücken von 1 bis 4 mbar ar¬ beitet.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Rektifikation von Vitamin-E-acetat die Kolonnen mit einer Flüssigkeitsbelastung zwischen 0,03 und 0,3 m3/m2.h am Kopf und einer Flüssigkeitsbelastung zwischen 0,03 und 1,0 m3/m2-h im Abtriebsteil betrieben werden.
8. Kolonnen mit Abtriebsteil und Verstärkungsteil enthaltend Me¬ tallgewebepackungen mit geordneter Struktur, die jeweils um 90° zueinander gedreht sind zum Rektifizieren von Gemischen hochsiedender luft- und/oder temperaturempfindlicher Substan¬ zen, die eine hohe Trennleistung erfordern, bei Kopfdrücken von 0,1 bis 2 mbar, dadurch gekennzeichnet,
a) daß sie als Flüssigkeitsverteiler sogenannte Kanalvertei- 1er mit gleich oder mehr als 500 Abtropfstellen/m2 ent¬ halten (vgl. 6 von Figur 3),
b) daß die Kanäle der Flüssigkeitsverteiler im Winkel von etwa 90° zu den Gewebelagen der direkt unter diesen Ver- teilern befindlichen Packungselemente angeordnet sind,
c) daß sie unterhalb der Flüssigkeitsverteilung 2 oder meh¬ rere Packungselemente mit einer Höhe von nur 20 bis
100 mm Höhe enthalten, deren Gewebelagen jeweils um 90° zueinander gedreht sind (vgl. 7 von Figur 3),
e) daß sie eine Kombination aus Isolierung und Schutzbehei¬ zung enthalten durch die gewährleistet ist, daß während der Rektifikation praktisch kein Wärmeverlust durch die Kolonnenwand stattfinden kann und
d) daß Dichtungen und Flansche so ausgestaltet sind, daß in den Kolonnen praktisch ein Luftausschluß gewährleistet ist.
9. Verwendung der Packungskolonnen gemäß Anspruch 8 oder 9 für die Feinreinigung von verunreinigtem Vitamin-E-acetat durch Rektifikation im Feinvakuum.
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