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Vertiefung: Darstellung von Methylacetat mittels Anwendung der Reaktiven Rektifikation

Methylacetat wird unter saurer Katalyse aus Methanol und Essigsäure dargestellt:

Abb.1

Da es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, ist mit einem Reaktionsansatz kein 100%iger Umsatz zu erreichen. Das Gleichgewicht kann aber in Richtung der Produkte verschoben werden, wenn die Produkte abgezogen und damit dem Gleichgewicht entzogen werden.

Eine konventionelle Anlage zur Herstellung von Methylacetat besteht aus einem Reaktor, in dem die Edukte mit Schwefelsäure als Katalysator umgesetzt werden. Zur Abtrennung der Produkte, Nebenprodukte sowie des Katalysators werden acht Rektifikationskolonnen und eine Extraktionskolonne benötigt. Diese große Anzahl an Kolonnen ergibt sich unter anderem aufgrund mehrerer auftretender Azeotrope (z.B. Methylacetat-Methanol, Methylacetat-Wasser).

Abb.2
Eine konventionelle Anlage zur Darstellung von Methylacetat

Wenn dagegen die Reaktive Rektifikation zur Darstellung von Methylacetat angewendet wird, wird nur eine Kolonne benötigt. In dieser Kolonne, einer Packungskolonne, wird Methanol mit Essigsäure umgesetzt, wobei hier ein Ionenaustauscher als Katalysator zum Einsatz kommt. Dieser Ionenaustauscher befindet sich eingenäht in Taschen auf den Packungselementen der Reaktionszone. Daneben gibt es Zonen, in denen nur eine Rektifikation stattfindet und eine Zone, in der eine extraktive Rektifikation abläuft.

Abb.3
Eine Anlage zur Darstellung von Methylacetat mittels Reaktiver Rektifikation

In der oberen Rektifikationszone wird das Gemisch Methylacetat-Essigsäure getrennt. Hierbei treten keine Trennprobleme auf. In der extraktiven Rektifikationszone wird das Azeotrop Methylacetat-Wasser durch Essigsäure als selektives Lösungsmittel aufgetrennt. In der Reaktionszone, hier als zwei Packungselemente dargestellt, findet die eigentliche Reaktion zwischen der Essigsäure und dem Methanol statt. Das Tiefsieder-Azeotrop zwischen Methanol und Methylacetat verlässt diesen Bereich nicht, da Essigsäure, die von oben in diesen Bereich fließt, mit dem aufsteigenden Methanol zu Methylacetat reagiert und damit das Azeotrop aufbricht. In der letzten Rektifikationszone wird das Gemisch Methanol-Wasser getrennt. Auch hier treten keine Trennprobleme auf.

Damit wird deutlich, dass das gewählte Verfahren zur Darstellung von Methylacetat unter Anwendung der reaktiven Rektifikation apparativ wesentlich weniger aufwändig ist als ein konventionelles Verfahren. Gleichzeitig ist der Aufwand zur Steuerung und effektiven Fahrweise einer solchen Anlage aber wesentlich aufwändiger als bei der konventionellen Anlage.