Die Erfindung betrifft eine Anlage zur kontinuier¬ lichen Fettspaltung mit einem bei etwa 5 MPa und etwa 260°C im Gegenstrom zu aufsteigendem Fett fallendem Wasser ausgelegten Kolonnenrohr einer Spaltkolonne, welche am Sumpf einen Fetteinlaß und einen-Glycerinwasserauslaß sowie am Kopf einen Wassereinlaß und einen Fettsäureausläß je¬ weils mit dem Einlaß vorgeschalteter Heizung und Druckpumpe bzw. dem Auslaß nachgeschalteten Ent- spannungs- und Kühlmitteln besitzt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur kontinuierlichen Fettspaltung. Im Sinne der organischen Chemie wer¬ den unter dem Begriff "Fett" auch Öle verstanden.

Für die im vorliegenden Zusammenhang vorgesehene Fettspaltung werden im allgemeinen nur Fette na- tiven Ursprungs eingesetzt. Die Fette werden durch Zugabe von Wasser in Glycerin und Fettsäure ge¬ spalten. Die Spannung kann diskontinuierlich in Rührautoklaver oder kontinuierlich in Spaltkolon¬ nen mit oder ohne Katalysator ausgeführt werden. Die Fettspaltung erfolgt heute vor allem in Spalt¬ kolonnen, welche von den beiden flüssigen Reak- tanten, nämlich Wasser und Fett, im Gegenstrom passiert werden. Die ersten kontinuierlichen 7er-

fahren mit Gegenstrom von Fett und V/asser werden in den US-PS 21 56 863 und 21 59397 sowie in der DE-PS 657 938 beschrieben« Fach den Angaben in der FR-PS 924 906 können am Austritt der Fettsäure einige Böden zur Wär erückgewinnung vorgesehen werden. Spaltkolonnen der beschriebenen Art arbei¬ ten nach den Angaben in "Bailey-s Industrial Oil and Fat Products", John Wiley & Sons, New York, Band 2, 4. Auflage, Seite 108 bis 110, bei 5 MPa und etwa 260°C mit Verweilzeiten von 2 bis 3

Stunden in der Kolonne. Das Wasser-zu-Fett-Ver- hältnis beträgt 40 bis 50 %, Es werden Kolonnen¬ durchmesser von 500 bis 1200 mm und Kolonnenhöhen τon 18 bis 24 vorgesehen. Zum Beheizen wird Direktdampf eingespritzt. In solchen Kolonnen können nach den Angaben in der Zeitschrift "J. Am. Oil Chem. Soc." 29 (1952), 490 bis 495, Spaltgrade von 97 bis 99 % und Glycerinkonzen- trationen von 13 bis 18 % erreicht werden.

Der Erfindung liegt allgemein die Aufgabe zugrun¬ de, die Fettspaltung durch höhere Spaltgrade, ge¬ ringeren WasserÜberschuß und kürzere Verweilzeit zu verbessern. Höhere Spaltgrade bedeuten eine ent¬ sprechend verbesserte Ausbeute des Verfahrens; auch werden die auf die Spaltung folgenden Fettsäure- Verarbeitungsschritte, nämlich die Destillation, Fraktionierung und Veresterung bei geringerem An¬ teil ungespaltenem Materials gunstig beeinflußt. Ein verminderter Wasserüberschuß führt zu höheren Glycerinkonzentrationen und damit geringeren Auf¬ arbeitungskosten für das herzustellende Glycerin. Eine kürzere Verweilzeit erlaubt eine Durchsatz¬ steigerung in vorhandenen Spaltkolonnen bzw. ver-

minderte Abmessungen und damit einen geringeren Herstellungsaufwand zum Bau der Kolonnen.

Für die Anlage eingangs genannter Art mit einer Spaltkolonne besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß in Längsrichtung des Kolonnenrohrs

Packungsabschnitte mit aus Füllkörpern mit einem freien Volumen von mindestens 90 % bestehenden Einbauten und Heizabschnitte zum Aufheizen der im Gegenstrom bewegten Reaktanten im wesentlichen ver- tikal aufeinander folgen. Für das erfindungsgemäße Verfahren besteht die Lösung darin, daß die in der Spaltkolonne sinkenden Wassertröpfchen permanent umgelenkt, zerteilt und wieder zusammengeführt werden und daß das in der Kolonne aufsteigende Fett bei Unterdrückung einer Längsvermischung permanent mit den Wassertröpfchen radial vermischt wird.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß durch die eingangs genannten, vor allem durch die Temperaturführung begründeten Verbesserungen an der Hochdruckspaltung mit Senkung der Verweilzeit auf ^' cirka 2,5 Stunden die Geschwindigkeit des Stofftransportes von Wasser in die Fettphase und von Glycerin in die Wasserphase wichtiger als die eigentliche Reaktionsgeschwindigkeit geworden ist. Während also bei den bisher vorgesehenen Reaktions¬ bedingungen für den Druck und die Temperatur der Stofftransport als langsamer und damit geschwin- digkeitsbestim ender Schritt anzusehen ist, ge- lingt es erfindungsgemäß, den Stofftransport durch dauernde U lenkung, Zerteilung, Wiederzu- sammenführung sowie dauernde Erneuerung der Grenz-

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fläche von Wassertröpfchen einerseits- und Fett¬ teilchen andererseits ausreichend zu intensivieren, ferner einen idealen Gegenstrom von wässriger und organischer Phase einzustellen sowie axiale Rück- Vermischungen in der Kolonne zu vermeiden. Demge¬ mäß sind bei Anwendung der Erfindung zugleich das Wasser/Fett-Verhältnis günstiger einzustellen, die Verweilzeit zu verkürzen und der Spaltgrad zu er¬ höhen.

Vo erheblicher Bedeutung für die Wirkung der er¬ findungsgemäßen Kolonneneinbauten ist die Verwen¬ dung von Füllkörpern und Packungen, deren Lücken¬ volumen nur einen sehr kleinen Teil des Reaktor¬ volumens einnimmt. Die in die Kolonnen eingebauten Packungen können gemäß weiterer Erfindung aus un¬ regelmäßigen Füllkörperschüttungen, aus Siebböden oder aus regelmäßigen Packungen bestehen» Wesent¬ lich ist lediglich die Wirkung auf die beiden Re- aktanten. Die Einbauten müssen ein dauerndes Um- lenken, Zerteilen und Wiederzusammenführen von

Wasser und Fett bewirken und eine Rückvermischung vermeiden, um ein möglichst großes, treibendes Konzentrationsgefälle zwischen wässriger und or¬ ganischer Phase zu erhalten.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht auch darin, daß in der Kolonne auf die Packungs- ab∑-' nitte Heizabschnitte und/oder umgekehrt fol¬ gen. In den Heizabschnitten kann entweder eine Wärmetauschereinrichtung, z _α B. mit indirekter Be- heizung mit Hilfe von Wärmeträgeröl, oder eine Auf- heizung mit Hilfe von unmittelbar einzublasendem Wasserdampf vorgesehen werden. Durch das Ξinblasen

von Wasserdampf wird eine hohe Turbulenz und ein feines Tropfenspektrum und damit eine außerordent¬ lich große Grenzfläche der beiden Phasen erzeugt. Die Verwendung von Wärmetauschern mit Wärmeträger- öl ermöglicht den Bau der Anlage auch an Standorten, an denen Hochdruckdampf nicht zur Verfügung steht und trotzdem die optimal hohe Spalttemperatur ein¬ gestellt und aufrecht erhalten werden soll.

Schließlich ist es zur Lösung der Aufgabe gemäß weiterer Erfindung günstig, den Koloneneinbauten und/oder der einen Flüssigkeit oder beiden im Ge¬ genstrom bewegten Flüssigkeiten Mittel zum pul¬ sierenden Bewegen der Reaktanten zuzuordnen, um die permanente Änderung der Grenzfläche zwischen den Flüssigkeiten noch zu beschleunigen.

O 87/02378

Anhand der schematischen Darstellung in der Zeich¬ nung werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Figo 1 ein Blockschaltbild einer Fettspaltan- läge;

Fig. 2 einen Ausschnitt einer Kolonne mit

Heizabschnitt; Fig. 3 einen Ausschnitt einer Kolonne mit bewegten Siebböden; und _Q Fig. 4 einen Kolonnensumpf mit angekoppel¬ ter Pulsationspumpe _e

In dem Schema der Spaltkolonne nach Fig.1 wird Ξin- satzfett 1 aus einem nicht dargestellten Tank mit Hilfe einer Druckpumpe 2 mit 5,0 bis 5 ,3 M ^a über _j e- einen Wärmetauscher 3 durch Glycerinwasser 4 vor¬ gewärmt und durch einen Spitzenerhitzer 5 auf eine Temperatur von 230 bis 240°C erwärmt in den Sumpf 6 einer insgesamt mit 7 bezeichneten Spaltkolonne eingespeist. Ebenso wird Spaltwasser 8, nämlich _Q voll entsalztes Wasser oder Kondensat, über eine weitere Druckpumpe 9 auf den Kopf 10 der Spalt¬ kolonne 7 gefördert. Zum Vorwärmen des Wassers wird in einen Wärmetauscher 11 die fühlbare Wärme der erzeugten Fettsäure 12 ausgenutzt. Im oberen

2c Teil 13 der Spaltkolonne 7 werden Glockenböden 14 vorgesehen, die einen direkten Wärmeaustausch des zugeführten Wassers mit der erzeugten Fettsäure ermöglichen. Hierbei wird eine Temperatur von 240 bis 250°C erreicht. Alternativ kann das Spaltwasser

•Z _Q 8 auch indirekt in einem zusätzlichen (nicht ge¬ zeichneten) Wärmetauscher aufgeheizt werden.

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Das im oberen Teil 13 der Spaltkolonne 7 aufge¬ heizte Waaser wird von den Glockenböden 14 oder über eine (nicht gezeichnete) Ringbrause in das mit Fett gefüllte Kolonnenrohr 15 in Form von Tröpfchen gegeben. Das Kolonnenrohr 15 enthält nach Fig. 1 und 2 in Längsrichtung aufeinander folgende Packungsabschnitte 16 und ggf. Wärme¬ tauscher aufweisende Heizabschnitte 17. Die Packungsabschnitte 16 werden mit regelmäßigen Packungen oder unregelmäßigen geschütteten Füll¬ körpern mit einem Lückenvolumen von wenigstens 90 % gefüllt.

In den Packungsabschnitten 16 sinken die Wasser¬ tröpfchen aufgrund ihrer größeren Dichte durch die Fettphase nach unten und werden dabei an den Elementen der Packung umgelenkt, zerteilt und wieder zusammenge ührt. Dadurch tritt eine dauern¬ de Erneuerung der Grenzfläche und eine Querver¬ mischung des Tropfenschwar s auf. Im Sumpf 6 wer- d.en die Tröpfchen gesammelt und über eine Trenn¬ schichtregelung 18 abgezogen. Gegebenenfalls nach Durchlaufen des Wärmetauschers 3 wird das Glycerinwasser 4 über ein Reduzierventil 19 in einen Behälter 20 gefördert bzw. auf Normaldruck entspannt. Im Anschluß an den Behälter 20 gelangt das Glycerinwasser über die Leitung 21 in nach¬ geschaltete (nicht gezeichnete) Tanks. Die Brüden aus Behält 20 v/erden im Kondensator 22 konden¬ siert und wieder als Spaltwasser eingesetzt.

Die Fettphase steigt im Gegenstrom zu den Wasser¬ tröpfchen von unten nach oben durch die Spaltko¬ lonne 7» Durch den Einfluß der Packungsabschnitte

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16 werden auch die Fetteilchen radial vermischt und es wird eine Längsvermischung unterdrückt. Am Kopf 10 des Kolonnenrohrs 15 wird die durch Spaltung entstandene Fettsäure 12 über ein Druck- regelventil 23 - ggf. nach Durchlaufen des Wärme¬ tauschers 11 - abgezogen und in einem Behälter 24 entspannte Nach Abkühlung in einem Wärmetau¬ scher 25 gelangt die hergestellte Fettsäure über eine Leitung 27 zu einem Tanko Die Brüden aus Be- hälter 24 werden im Kondensator 26 kondensiert und fließen in eine Scheidegrube.

Die Spaltkolonne nach Fig. 1 arbeitet bei einem Druck von 5,0 bis 5,5 MPa und einer Temperatur von 255 bis 265°C. Da die zugeführten Ströme von Wasser und Fett nur auf maximal 240°C aufgeheizt werden, ist die Spaltkolonne zusätzlich zu behei¬ zen. Hierzu wird im Ausführungsbeispiel vorgesehen, in die Heizabschnitte 17 Hochdruckdampf 28 un¬ mittelbar einzublasen. Je nach Länge der Kolonne soll mindestens in der Mitte, vorzugsweise aber auch angrenzend an den Kopf 10 und an den Sumpf 6 des Kolonnenrohrs 15 ein Heizabschnitt 17 vor¬ gesehen werden. Durch das Einblasen von Hochdruck¬ wasserdampf wird eine hohe Turbulenz und ein fei- nes Tropfenspektrum erzeugt. Alternativ kann in dem Heizabschnitt 17 aber auch eine indirekte Beheizung mit Dampf oder Wärmeträgeröl vorgesehen werden (vergl. Fig. 2), indem in die Heizabschnitte

17 oder an deren Umfang Wärmetauscher 29 eingebaut werden. Die indirekte Beheizung ist besonders an

Standorten vorteilhaft, an denen kein Hochdruck¬ dampf zur Verfügung steht, aber trotzdem die op¬ timal hohe Spalttemperatur erreicht v/erden soll.

Zum Intensivieren des Stofftransports ist es günstig, die Phasεnflache zu vergrößern und die Phasengrenze dauernd zu erneuern. Vorzugsweise werden diese Ziele unterstützt durch mechanisches Pulsieren der Reak- tanten. Hierzu können nach Fig. 3 in der Extrak¬ tionskolonne in Pfeilrichtung 30 zu rüttelnde Siebböden 31 vorgesehen werden. Die mechanische Energie kann aber auch durch Flüssigkeitsleitung auf die Reaktanten ausgeübt werden. Beispielsweise kann nach Fig _c 4 eine Pulsationspu pe 32 mit in Pfeilrichtung 33 in Schwingungen zu versetzendem Kolben 34 über einen Stutzen 35 an den Kolonnen¬ sumpf 6 angekoppelt werden.

Im folgenden werden die Ergebnisse von in Kolonnen mit und ohne eingebaute Packungensabschnitte ausge¬ führten Spaltversuchen angegeben.

Die wesentlichen Einflußgrößen für die Fettspaltung sind die Temperatur, das V/asser/Fett-Verhältnis und die Verweilzeit. In der nachfolgenden Tabelle wird das Wasser/Fett-Verhältnis aus der gesamten Wassermenge einschließlich des eingespritzten Wasserdampfes und aus der Fettmenge gebildet. Unter dem Begriff "Verweilzeit" wird der Quotient aus Reaktionsvolumen zwischen Eintritt der Fettphase und Eintritt der Wasserphase und dem Volumenstrom beider Phasen einschließlich des Direktdampfes ver¬ standen. Der Spaltgrad wird als Quotient von Säure¬ zahl und Verseifungszahl gebildet. Sämtliche Ver¬ suche wurden mit einem 10.ό freie Fettsäuren ent- haltenden Talg gefahren. Der Anfangsspaltg d be¬ trug etwa 10 %.

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Tabelle

_*

Versuch Nr. 1 2 3 4 5 6 7

Einbauten nein nein 3 ^" a nein ja nein D ^" a

Temperatur °G 255 256 259 265 264 256 26

Wasser/Fett % 51 43 46 57 58 54 60

Verweilzeit h 2,4 0,9 1,0 1,3 1,3 1,1 1,

Spal grad % 99,0 94,5 98,8 96,2 99,4 96,2 98,

Glycerin- konzentrat. % 17 19 19 15 15 16 15

Il e Meßergebiiisse zeigen folgendes:

Ohne Einbauten, d.h _c ohne die Packungsabschnitte 16 der Spaltkolonne 7 sind 2,4 h Verweilzeit er¬ forderlich, um einen Spaltgrad von 99 % zu erreichen, während bei Verwendung der Packungsabschnitte 1,3 h ausreichen um einen Spaltgrad von 99,4 % zu erzielen (vergleiche Versuch Nr. 1 bzw„ 4 und 5).

Bei einer Verweilzeit von ca 1 h wird durch die Füllkörpe einbauten ein um 2 bis 4 % höherer Spalt¬ grad erzielt (vergleiche die Versuche Nr. 2 bis 7).

Bei einer Verweilzeit von ca 1 h wirkt sich die ^' .:-nkung des V/asser/Fett-Verhältnisses bei Spalt¬ kolonnen mit eingebauten Füllkörperpackungen deut¬ lich geringer aus als bei Kolonnen mit Packung (vergleiche die Versuche Nr _β 3 und 5 sowie 2 und 4).

Von wesentlicher Bedeutung für den störungsfreien Betrieb der Spaltkolonne, für die Erzielung eines hohen Spaltgrades und geringe Ölverluste im Spaltwasser bei Verwendung von Neutralölen abfallender Qualität für die Spaltung, ist die . Eintrittsstelle in die Spaltkolonne.

Bei den bekannten Verfahren ist die Eintrittsstelle des Neutralöls unterhalb der Trennschicht in der Spalt¬ kolonne (7) angeordnet.

Das in einer Vorlage sich befindliche ca. 80 C heiße Neutralöl wird hierbei durch eine Druckpumpe (2) auf den Betriebsdruck der Spaltkolonne gebracht und in diese eingeleitet. Durch entsprechenden Abstand nach unten des Eintrittsstutzens für das Neutralöl zur Trennschicht, wird ein innerer Wärmeaustausch zwischen dem in der Spaltkolonne aufsteigenden Neutralöl und dem nach unten sinkenden Spaltwasser erzielt. Hierdurch kühlt sich das Spaltwasser von der Betriebstemperatur (ca. 260° C) auf ca. 150° C ab, während sich das Neutralöl entsprechend erwärmt.

Der Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, daß Neutralöle abfallender Qualität beim Hochsteigen durch die Trennschicht die Bildung von Emulsionen be¬ günstigen, wodurch der stationäre Betrieb der Spalt¬ kolonne gestört wird. Spaltgradreduzierung und Mit¬ führung von Neutralöl in Spaltwasser sind die Folge.

Erfindun^sgemäii wird deshalb "die Eintrittsstelle für das Neutralöl oberhalb der Trennschichtregelung angeordnet, um das Hochsteigen des Neutralöls durch die Trennschicht zu vermeiden. Um den Nachteil des hierbei fehlenden inneren Wärmeaustauschs zu ver¬ meiden, welcher zu einer Verdoppelung des Energie¬ verbrauchs führen würde, wurde ein äußerer Wärme¬ austauscher (3) installiert, über den das aus der Spaltkolonne austretende Spaltwasser geleitet wird, welches sich hierbei von ca. 260° C ebenfalls auf

110 - 170° C abkühlt. Das durch den Wärmeaustauscher geleitete Neutralöl wird von ca. 80 C entsprechend erhitzt.

Da sowohl Spaltwasser, wie auch Neutralöl zu Ver- krustungen der Wärmeaustauscherflächen führen, ist der Wärmeaustauscher so auszuführen, ,daß beide Flächen zu reinigen sind. Bei Einsatz eines Röhrenwärmeaus¬ tauschers, der für diese Betriebsbedingungen günstig ist, müssen beispielsweise im Rohraußenrauπ ver¬ schließbare Reinigungsöffnunσen vorhanden sein, die den Einsatz eines Hochdruckwasserreini ungsgerätes gestatten.