Способ разделения смеси растворителей метанол - тетрагидрофуран - ацетонитрил - вода - пиридин

Способ разделения смеси растворителей метанол - тетрагидрофуран - ацетонитрил - вода - пиридин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области основного органического синтеза, а именно к способу разделения пятикомпонентной азеотропной смеси метанол - тетрагидрофуран - ацетонитрил - вода - пиридин, получающейся в фармацевтической промышленности.

Из уровня техники известно, что смесь метанол - тетрагидрофуран (ТГФ) - ацетонитрил (АЦН) - вода - пиридин может быть разделена периодической экстрактивной ректификацией (ПЭР) [Hegely L. Improvement of batch distillation separation of azeotropic mixtures. PhD thesis at Institut National Politechnique de Toulouse, 2013, 197 pages]. В данной работе процесс называют гетероазеотропно-экстрактивной ректификацией, хотя в данном случае речь идет об автоэкстрактивной ректификации.

Ближайшим аналогом настоящего изобретения, выбранным авторами за прототип, является способ разделения смеси метанол-тетрагидрофуран (ТГФ) - ацетонитрил (АЦН) - вода - пиридин периодической экстрактивной ректификацией (ПЭР) [Lang P. et al. Solvent recovery from a multicomponent mixture by batch extractive distillation and hybrid process / Distillation Absorption, 2010, pages 295-300], согласно которому подачу разделяющего агента (РА) осуществляют в верхнюю часть колонны, а разделяемая смесь предварительно загружается в куб установки. В качестве разделяющих агентов по результатам анализа относительных летучестей компонентов в указанном способе предложено использовать воду или пиридин. Достигаемый результат - выделение ТГФ заданного качества.

К недостатку ПЭР можно отнести отсутствие регенерации других органических растворителей (метанол, АЦН, пиридин). В условиях ужесточения экологических требований процесс разделения не должен ограничиваться только выделением компонентов, находящихся в многокомпонентной смеси в максимальном количестве.

Технический результат заявленного изобретения заключается в снижении энергозатрат и выделении всех компонентов смеси метанол - тетрагидрофуран - ацетонитрил - вода - пиридин в чистом виде.

Технический результат достигается способом разделения указанной пятикомпонентной азеотропной смеси непрерывной экстрактивной ректификацией (ЭР) в схемах, включающих один или два трехколонных комплекса экстрактивной ректификации с использованием в качестве разделяющих агентов сульфолана и диметилсульфоксида, при этом разделяющий агент сульфолан подают в первую колонну схемы разделения и в первую колонну трехколонного комплекса или в первую колонну первого трехколонного комплекса, а разделяющий агент диметилсульфоксид подают либо в первую колонну двухколонного комплекса для обработки смеси метанол-тетрагидрофуран в качестве полученного дистиллята, либо в первую колонну второго трехколонного комплекса для обработки смеси метанол-тетрагидрофуран-вода в качестве полученного дистиллята.

Состав исходной смеси - эквимолярный, количество РА к исходной смеси составляет от 0,2:1 до 2,5:1 в различных схемах, флегма варьируется в диапазоне 0,1-3,5, в дистилляте первой колонны ЭР отбираются различные фракции. Давление во всех колоннах - атмосферное. Предложены схемы разделения с выделением всех органических растворителей в комплексе из шести колонн, от двух до трех из которых - экстрактивные. Посредством варьирования отбора дистиллята в первой колонне ЭР достигается сокращение капитальных и энергетических затрат, повышение качества получаемых продуктов.

Настоящее изобретение иллюстрируется примерами 1 и 2, которые отличаются фракциями, отбираемыми в дистилляте первой колонны ЭР.

Исследование проведено посредством вычислительного эксперимента в программном комплексе Aspen Plus.

Пример 1. На фиг. 1 представлена схема разделения смеси метанол - ТГФ - АЦН - вода - пиридин. Первый этап разделения - колонна ЭР (I) (РА - сульфолан), в дистилляте получена смесь метанол - ТГФ. Кубовый продукт колонны I разделен в колонне II ЭР (РА - сульфолан), в дистиллате выделена вода, в кубе - смесь АЦН - пиридин - сульфолан. Смесь ТГФ - метанол разделена в двухколонном комплексе ЭР с ДМСО (колонны V, VI), смесь АЦН - пиридин - сульфолан разделена обычной ректификацией в колоннах III (дистилляционный продукт АЦН) и IV - дистилляционный продукт - пиридин. Полученные данные приведены в таблице 1.

Пример 2

На фиг. 2 представлена схема разделения смеси метанол - ТГФ - АЦН -вода - пиридин. Разделение смеси проведено в схеме, состоящей из двух трехколонных комплексов ЭР. Первый этап разделения включает колонну ЭР (I) (РА - сульфолан), в дистиллате которой выделена смесь метанол - ТГФ -вода, которая далее разделена в трехколонном комплексе с ДМСО в качестве РА с выделением ТГФ в колонне ЭР (IV), в колоннах V и VI - метанола и воды, соответственно. Из кубового продукта колонны I, содержащего смесь АЦН - пиридин - сульфолан, последовательно выделены обычной ректификацией АЦН (колонна II) и пиридин (колонна III). Полученные данные приведены в таблице 2.

Таким образом, для разделения смеси метанол - ТГФ - АЦН - вода - пиридин предложены две принципиальные схемы разделения, состоящие из шести ректификационных колонн непрерывного действия. В рассмотренных примерах на первой стадии - разделение пятикомпонентной смеси ЭР с сульфоланом, в дистиллате выделяются, соответственно, фракции метанол - ТГФ или метанол - ТГФ - вода.

Наименее энергоемкой является схема разделенная, представленная на фиг. 2 (Пример 2), представляющая комбинацию двух трехколонных комплексов ЭР (РА - сульфолан, ДМСО). Определены статические параметры работы колонн, обеспечивающие выделение всех продуктов качеством не менее 99,7 мол.%.

Способ разделения пятикомпонентной азеотропной смеси метанол - тетрагидрофуран - ацетонитрил - вода - пиридин экстрактивной ректификацией, отличающийся тем, что разделение проводят в схемах, включающих один или два трехколонных комплекса экстрактивной ректификации с использованием в качестве разделяющих агентов сульфолана и диметилсульфоксида, при этом разделяющий агент сульфолан подают в первую колонну схемы разделения и в первую колонну трехколонного комплекса или в первую колонну первого трехколонного комплекса, а разделяющий агент диметилсульфоксид подают либо в первую колонну двухколонного комплекса для обработки смеси метанол - тетрагидрофуран в качестве полученного дистиллята, либо в первую колонну второго трехколонного комплекса для обработки смеси метанол - тетрагидрофуран - вода в качестве полученного дистиллята, при этом состав исходной смеси эквимолярный, количество разделяющего агента к исходной смеси составляет от 0,2:1 до 2,5:1, флегма варьируется в диапазоне 0,1-3,5.