Способ разделения азеотропной смеси

 

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ АЗЕОТРОПНОЙ СМЕСИ, состоящей из компонентов, обладающих различными коэффициентами молекулярной диффузии, путем ее контактирования с разделяющим агентом , отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты продуктов , в качестве разделяетцего агента используют поток газа,даертного по отношению к компонентам разделяемой смеси. 00 4; а:

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК (19) (11) 315)) В 01 Р 3/36; С 07 С 29 82

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ОСУДАРСТ ЕКК1 )Й КОМ ЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3434101/23-04 (22) 20.05.82 (46) 23.04.84 Бюл,)) 15 (72) В.A.Ëîòõoí, И.В.Ланда, В.A.Èàлюсов, Н.И.Соколов и A.À.Ëàðèîíîâà (71) Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений и Институт общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова .(53) 547.268(088.8,) (56) 1.Светославский В.В.,Азеотропия и полиазеотропия. N., "Химия", 1968, с.204.

2. Коган В.Б. Аэеотропная и экстрактивная ректификация. Л., "Химия", 1971, с.35 (прототип).

3. Патент Англии )) 1576787, кл. В 1 В, 1978.

4. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М., "Наука", 1972, с.632.

5. Рид P. и Шервуд T. Свойства гаэов и жидкостей. Л., ".Химия", 1971, с.561.

6. Перри Дж. Справочник инженерахимика ° Л., "Химия", 1969, с ° 406;. (54)(57) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ АЗЕОТРОПНОР СМЕСИ, состоя@ей иэ компонентов, обладающих различными коэффициентами молекулярной диффуэии, путем ее контактирования с разделяющим агентом, о т л и ч а ю щ и и с..я тем, что, с целью повышения чистоты продуктов, в качестве разделяющего агента используют поток газа, )нертного по отношению к компонентам разделяемой смеси.

1087146

Изобретение относится к способу разделения азеотропных смесей и может быть использовано в химической, нефтехимической и смежных с ними областях промышленности.

В практике часто приходится сталкиваться с задачами разделения сложных смесей, компоненты которых образуют азеотропы.

Известен способ разделения азеотропных смесей под разными давлениями, в котором бинарную смесь, компоненты которой образуют азеотроп,разделяют на индивидуальные компоненты на двух ректификационных колоннах, работающих при различных давлениях. 15

Этот способ основан на известном свойстве изменения состава азеотропа при изменении давления (1j .

Однако использование этого способа ограничено; В частности, его нельзя применить для разделения смесей, в которых состав азеотропа практически не меняется при изменении давления, либо в тех случаях, когда существенное изменение состава аэеотропа наблюдается в технологически неприемлимом диапазоне давления. Например, когда одна из колонн должна работать при глубоком вакууме, при котором конденсация верхнего продукта требует применения специальных хладагентов, что приводит к усложнению и удорожанию способа, либо когда одна из колонн должна работать при повышенном давлении, а компоненты разделяемой смеси являются термо- 35 лабильными в этих условиях.

Наиболее близким по технической сущности. к предложенному является способ разделения, основанный на применении разделяющих агентов, вводимых1О в разделяемую смесь — метод азеотропной ректификациы. Действие разделяющих агентов заключается в изменении соотношений компонентов между паровой и жидкой фазами (2) .

Однако этот способ характеризуется следующими недостатками. загрязнение компонентов разделяемой смеси азеотропным агентом, который может оказаться сильнейшим ядом для последующих каталитических процессов или резко ухудшить качество продукта, усложнение технологического процесса за счет необходимости регенерации разделяющего агента как из кубовой жидкости, так и из дистиллята, сложность подбора разделяющегб агента, способного изменить относительную летучесть компонентов разделяемой смеси.

На фиг.1 и 2 приведена технологическая схема (на которой в соответ65 ствии с данным способом осуществляют

Известны способы разделения смесей спиртов .(этилового, пропилового, бутилового) с водой. Для смеси этанол-вода в качестве азеотропного агента рекомендуются гексан, циклогексан, гептан или нонан, а для смеси пропанол-вода применяют четыреххлористый углерод, тетрахлорэтилен, бензол, толуол или гексан 13) .

Пелью изобретения является lloBhlшение чистоты конечных продуктов за счет исключения загрязнения их азеотропным агентом и обеспечение уни— версальности способа разделения азеотропных смесей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу разделения азеотропной смеси, состоящему из компонентов, обладающих различными коэффициентами молекулярной диффузии, путем ее контактирования с разделяющим агентом, в качестве разделяющего агента используют поток газа, инертного по отношению к компонентам разделяемой смеси.

Следует отметить, что в представленном процессе движущей силой является разность в коэффициентах молекулярной диффузии компонентов разделяемой смеси. В результате этого происходит предпочтительный переход в газовую фазу того компонента, у которого более BbIcoKrfA коэффициент молеку- лярной диффузии. Жидкая фаза обогащается компонентом с более низким коэффициентом диффузии. Таким образом, происходит изменение состава азеотропной смеси. Степень извлечения компонентов слабо зависит от скорости газа, если последний изменяется в пределах от 1 до 3 м/с, т.е, в пределах, когда поток газа не оказывает существенного воздействия на поток жидкости и их течения можно рассматривать раздельными. При скоростях газа ниже 1 м/с может наблю-, ! .даться равновесное испарение смеси и селективность процесса может измениться. Следует отметить, что в поток инертного газа частично переходит и компонент с меньшим коэффициентом молекулярной диффузии.

Из инертного газа, насыщенного преимущественно компонентом с большим коэффициентом молекулярной диффузии, жидкие компоненть1 регененируются любым из известных способов (абсорбция, конденсация, адсорбция и др.). Иэ полученной при этом жидкой смеси, также как и из жидкой фазы пленочной колонны на двух ректификационных колоннах выделяют индивидуальные компоненты в виде товарных продуктов.

Таким образом, разделение бинарной азеотропной смеси осуществляют в гетерогенном комплексе, включающем пленочную колонну, две ректификационные колонны и аппарат для извлечения компонентов иэ потока инертного газа.

1087146 разделение бинарной смеси AB с положительным азеотропом), на Фиг.3 схема экспериментальной установки по разделению азеотропной смеси.

В ректификационнуи колонну 1 подают смесь АВ, состав которой обеднен (обогащен) компонентом А по сравнению со смесью азеотропного состава. Для осуществления способа компонент В должен обладать большим (меньшим) коэффициентом молекулярной диффузии, 1р чем компонент А..В виде кубового продукта получают компонент В(А,в виде верхнего продукта — смесь АВ аэеотропного состава, которую направляют в пленочную колонну 2. В нижнюю часть этой колонны подают инертный газ. Из жидкой Фазы пленочной колонны 2 на колонне 3 выделяют в чистом виде компонент A (В). Инертный гаэ, насыщенный преимущественно комцо- 2р нентом В(А), подают в аппарат 4, в котором происходит выделение жидких продуктов, возвращаемых в колонну 1.

Разделение бинарной смеси AB c отрицательным азеотропом осуществляют в соответствии с данным методом по схеме, приведенной на фиг.2. Из исходной смеси, обогащенной (обедненной) компонентом В по сравнению с азеотропным составом, на колонне 1 выделяют в виде верхнего товарного продукта компонент В(А) . Кубовый продукт, представляющий собой смесь азеотропного состава, направляют в пленочную колонну 2. Для осуществления данного способа коэффициент мо- 35 лекулярной диффузии компонента В должен быть больше (меньше) коэффициента молекулярной дйффузии компонента А. Из жидкой фазы пленочной колонны 2 на ректификационной колон- 4р не 3 выделяют в чистом виде компонент А(В). Инертный газ, насыщенный компонентом B(A), направляют в аппарат 4, откуда жидкая смесь компонентов AB рециркулирует в колоннУ 1. 45

Эффективность и четкость разделения по данному способу зависит от соотношения коэффициентов молекуляр- ной диффузии компонентов разделяемой смеси и относительной летучести.

Чем больше это соотношение отличается от единицы, тем выше эффективнооть процесса. Применение способа является целесообразным при соотношении коэффициентов диффузии больше 1,4 (нижний предел). Верхнее предельное значение этого соотношения является несущественным.

Воэможности данного способа проиллюстрированы на шести примерах разделения различных азеотропных смесей в интервале изменения отношений коэффициентов молекулярной диффузии от 1,43 до 2,97. Полученные результаты представлены в таблице.

II р и м е р 1. Разделяемую смесь иэопропиловий спирт (А) - вода (В) загружают в сосуд 1 в количестве

И = 210 см . Из сосуда 1 шестиренчатым насосом разделяемую смесь подают через ротаметр 2 в ороситель 3 пленочной колонны 4, из которого она поступает в колонну в виде тонкой пленки со скоростью L = 5,76 л/ч.

Газ,в качестве которого используют азот(С), подают из баллона но линии 5 через ротаметр 6 со скоростью

0 = 345,6 л/ч. Через определенные промежутки времени замеряют количество жидкости и концентрацию компонента A разделяемой смеси в сосуде 1. !

Коэффициент молекулярной диффузии изопропилового спирта в азоте

РА = 0,088 см /с, коэффициент моле кулярной диффузии воды в азоте Dgy = — 0,22 см /с. Значения коэффициентов молекулярной диффузии можно определить по справочным данным или рассчитать по уравнениям P4) - (6). Концентрация изопропилового спирта в разделяемой смеси Хд -- 0,626 мод.доли.

Изменение концентрации изопропанола

Х> в смеси, заливаемой в емкость, от ее относительного количества н /М показано в таблице.

1087146

Условия проведения эксперимента, т.е. расходы газа и жидкости в примера> 2-6 те же, что и в примере 1.

Пример 2. Разделяют смесь вторичный бутиловый спирт (А) вода (В). Концентрация вторичного бутилового спирта в разделяемой смеси Х = 0,82 мол.доли. Коэффициент молекулярной диффузии вторичного бутилового спирта в азоте 0 д =

= 0,076 см /с, коэффициент молеку2 лярной диффузии воды в азоте 0

0,22 см /с.

Tl р и м е р 3. Разделяют смесь этилацетат (A) — вода (В). Концентрация этилацетата в смеси ХА»

= 0,69 мол.доли. Коэффициент молекулярной диффузии этилацетата в азоте

Dgg = 0,074 cM /с, коэффициент молекулярной диффузии воды в азоте D

0,22 см /c..

Пример 4. Разделяют смесь этилацетат (А) — этанол (Г) с концентрацией этилацетата Х

0,54 мол.доли. Коэффициент молекулярной дифФузии этилацетата в азоте Dg = 0,074 см /c, коэффициент диффузии этанола в азоте DSc

0,105 см /c.

Р р и м е р 5. Разделяют смесь четыреххлористый углерод (A) - метанол (В). Концейтрация метанола в смеси Х = 0,45 мол.доли. Коэффициент молекулярной диффузии метанола в азоте D c = 0.,147 см /с, коэффициент молекулярной диффузии четыреххлористого углерода в азоте D>

0,0819 см /c.

Пример 6. Разделяют смесь четыреххлористый углерод (А)- этанол(В). Концентрация четь.реххлористого углерода в смеси Х о равна

0,615 мол.доли. Коэффициент молекулярной диффузии четыреххлористого углерода в азоте D> = 0,0819 см /с, коэффициент молекулярной диффузии этанола в азоте D 0,117 см /с.

В таблице показано изменение концентрации компонента А в азеотропной смеси, заливаемой в емкость 1, от ее первоначального количества

N /N, отношения коэффициентов молекулярной диффузии, а также степень извлечения. Степень извлечения опре10 делялась как отношение количества фактически поглощенного компонента к количеству, поглощаемому при полном извлечении.

Данные опытов, содержащиеся в

15 таблице, показывают, что смеси азеотропного состава могут бить разделены в процессе контакта с инертным газом. Этот способ позволяет получать смесь, которую затем легко разделить обычной ректификацией.

Использование предлагаемого способа разделения азеотропных смесей обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:позволяет разделять аэеотропные смеси, для которых другие способы могут оказаться неприемлимыми, возможность получения веществ без загрязнения азеотропным агентом и примесями, содержащимися в нем, т.е. повышается качество продукта, исключает необходимость поиска азеотропного агента, замена обычной азеотропной ректификации, использующей

35 такие азеотропные агенты, как гексан, бенэол, толуол и др., на разделение азеотропных смесей с использованием инертного газа (азота, углекислого газа, воздуха и др.) способствует улучшению условий труда,снижает пожаро- и взрывоопасность производства.

1087146

Составитель Т.Кушнер

Редактор Г. Волкова Техред Л. Иикеш Корректор Г. Решетннк

Заказ 2523/3 Тираж 682 -ПОдпи сное

ВЧИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4