Способ разделения биазеотропной смеси бутилбутират - масляная кислота

Способ разделения биазеотропной смеси бутилбутират - масляная кислота

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области основного органического синтеза, а именно к способу разделения биазеотропной смеси бутилбутират (ББ) - масляная кислота (МК).

Известен способ разделения данной смеси реэкстрактивной ректификацией (РЭР) при давлении 142,5 мм рт.ст. [Т. Chelyuskina, I. Mityushkina, A. Frolkova. The research of possibility of butyl butyrate - butyric acid industrial biazeotropic mixture separation by reextractive rectification // Proceedings 36th International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering. Tatranske Matliare. Slovakia, May 25-29, 2009. P. 200; Челюскина T.B., Митюшкина И.А., Фролкова A.K. Исследование изолиний относительной летучести в трехкомпонентных системах с биазеотропной бинарной составляющей // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии: тез. докл., Волгоград, 25-30 сентября 2011. Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. Т. 1. С. 424; Челюскина Т.В., Митюшкина И.А., Фролкова А.К., Чернышева М.А. Разделение биазеотропных смесей с использованием легколетучих дополнительных веществ //Химическая технология. - 2011. - №12. - С. 730-736].

К недостаткам данного метода можно отнести сложность технологии, которая заключается в использовании трехколонного комплекса РЭР и необходимости организации двойной реэкстрактивной ректификации, то есть наличие двух колонн РЭР, которое связано с необходимостью компенсации фактического снижения селективности легколетучего разделяющего агента (РА) за счет его преимущественного перехода в паровую фазу.

Наиболее близким аналогом к настоящему изобретению (прототипом) является процесс экстрактивной ректификации (ЭР) смеси бутилбутират - масляная кислота [Челюскина Т.В. Теоретические основы ректификационного разделения биазеотропных смесей: дис. докт. техн. наук. – М., МИТХТ, 2011. - 196 с.]. В качестве разделяющего агента использовался ацетофенон (АФ). В указанном источнике лучшие результаты разделения получены при следующих условиях. Эффективность колонны ЭР составляет 50 теоретических тарелок (т.т.), исходную смесь бутилбутират - масляная кислота подают на 30 т.т. (считая сверху), разделяющий агент ацетофенон на 10 т.т. Соотношение исходной смеси (F₀) к разделяющему агенту (РА) составляет 1:1. Флегмовое число равно 7. Верхний продукт представляет собой смесь бутилбутирата (95,83%), масляной кислоты (3,66%) и ацетофенона (0,51%); кубовый продукт колонны ЭР (1) - смесь ацетофенона (66,50%), масляной кислоты (32,11%) и бутилбутирата (1,39%).

Недостатком прототипа является отсутствие схемы полного разделения биазеотропной смеси бутилбутират - масляная кислота (рассмотрена только колонна экстрактивной ректификации). Низкая селективность ацетофенона не позволила выделить целевой продукт заданного качества в колонне ЭР и сделало невозможным разделение исходной смеси на чистые компоненты.

Технический результат данного изобретения заключается в упрощении технологии и сокращении капитальных затрат, а также повышении качества получаемых продуктов.

Технический результат достигается способом разделения биазеотропной смеси бутилбутират - масляная кислота, включающим экстрактивную ректификацию с применением в качестве разделяющего агента сульфолана (СФ), взятого в соотношении 1:2-3 к исходной смеси в колонне ЭР эффективностью 35-50 т.т., причем флегмовое число в колонне составляет 1-2, производится отбор бутилбутирата в дистилляте и смеси масляная кислота - сульфолан в кубе колонны (1); затем смесь МК-СФ подается в колонну регенерации разделяющего агента (2) эффективностью 10 т.т., значение флегмового числа составляет 1-3, из куба колонны (2) выводится разделяющий агент и подается в колонну (1). Давление в колоннах (1)-(2) составляет 140 мм рт. ст.

Прогноз возможных продуктов экстрактивной ректификации осуществлялся на основе анализа изменений относительной летучести (α) разделяемых компонентов в присутствии разного количества РА. С помощью вычислительного эксперимента было рассчитано парожидкостное равновесие в системе ББ-МК-СФ в сечениях концентрационного треугольника с концентрацией сульфолана 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 0,95 мольных долей; построен ход α-линий в концентрационном симплексе трехкомпонентной системы, который показал, что в присутствии сульфолана увеличивается летучесть бутилбутирата, и сульфолан обладает селективностью, достаточной для разделения смеси ББ-МК экстрактивной ректификацией.

Технологическая схема процесса экстрактивной ректификации разделения бинарной биазеотропной смеси состоит из двух колонн (фиг. 1). В отгонную часть первой колонны ЭР (1) подают исходную смесь ББ-МК эквимолярного состава в количестве 100 кмоль/час, а СФ вводят в верхнее сечение колонны. Отношение количества РА и исходной смеси в колонне (1) изменяется от 1 до 3. В дистилляте первой колонны отбирают практически чистый бутилбутират, а кубовый продукт (бинарная смесь МК-СФ) направляют в следующую колонну регенерации разделяющего агента (2), в кубе которой выходит чистый разделяющий агент и возвращается обратно в колонну (1). Дистиллят колонны (2) представляет собой практически чистую масляную кислоту. В колоннах (1) и (2) поддерживается давление 140 мм рт. ст. Процесс разделения ориентирован на получение продуктов (бутилбутирата и масляной кислоты) с чистотой не менее 99,5% мол.

Проведены компьютерные исследования более 100 различных режимов работы колонн схемы разделения. Для выбора оптимального режима варьировались следующие параметры колонн: эффективность (число теоретических тарелок), соотношение количеств питания и разделяющего агента, флегмовое число и уровни подачи исходной смеси и РА.

Примеры режимов работы схемы разделения биазеотропной смеси ББ-МК, в которых достигнуто требуемое качество продуктов, приведены в таблице 1.

Таким образом, предлагаемый способ включает принципиальную технологическую схему полного разделения биазеотропной смеси бутилбутират - масляная кислота с использованием тяжелокипящего разделяющего агента - сульфолана. Предлагаемый способ позволяет получить целевые продукты (ББ, МК) заданного качества - 99,5% мол.

Способ разделения биазеотропной смеси бутилбутират (ББ) - масляная кислота (МК), включающий экстрактивную ректификацию, отличающийся тем, что в качестве разделяющего агента используют сульфолан (СФ), взятый в соотношении 1:2-3 к исходной смеси в колонне (1) экстрактивной ректификации эффективностью 35-50 теоретических тарелок (т.т.) со значением флегмового числа в колонне, равным 1-2, причем отбор бутилбутирата производят в дистилляте и смеси масляная кислота - сульфолан в кубе колонны (1), затем смесь кислота - сульфолан подают в колонну регенерации разделяющего агента (2) эффективностью 10 т.т. со значением флегмового числа, равным 1-3, из куба колонны (2) выводят разделяющий агент и подают в колонну (1), при этом давление в колоннах (1)-(2) составляет 140 мм рт. ст.