Способ разделения смеси изомеров дихлорбензола

 

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ИЗОМЕРОВ ДИХЛОРНЕНЗОЛА с вьщелением из нее п-дихлорбензола методом фракционйой кристаллизации и о-дихлорбензола методом многоступенчатой ректификации , отличающийсятем , что, с целью увеличения выхода п-дихлорбензола и о-дихлорбензола. снижения отходов производства, охраны окружающей среды, а .также получения фракции, обогащенной м-дихлорбензолом, исходную смесь изомеров дихлорбензола охлаждают на первой стадии кристаллизации до (-18) - (-24)С с получением при этом в кристаллической фазе чистого п-дихлорбензола, маточник первой стадии кристаллизации направляют на первую стадию ректификации, полученный при этом кубовый остаток после его дополнительной перегонки отбирают как чистый о-дихлорбензол, а дистиллят ректификации направляют на вторую стадию кристаллизации, где его охлаждают до (-20) - (-30)°С, кристалли«9 ческую фазу второй стадии кристалли (Л зации возвращают на первую стадию с: кристаллизации, а маточник второй стадии кристаллизации направляют на вторую стадию ректификации, кубовый остаток которой смешивакзт с маточником первой стадии кристаллизации, а дистиллят отбирают в качестве фракции, со обогащенной м-дихлорбензолом. сд

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

3 (51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) .3413742/23-04 (22) 30.03.80 (46) 15.06.84. Бюл. М 22 (72) H.И. Гельперин, Г.А. Носов, Г.H. Саргсян, В.F.. Бабенко, А.М. Пеклер, Г.A. Ещенко, Г.P. Могилев, Ю.И. Фенин, A.È. Степаненко, А.Н. Феденко, Ю.H. Скорняков и В.Г. 1(ельнер (53) 547.539.2.07(088.8) (56) 1. Промышленные хлорорганические продукты. Справочник под ред. Оши на Л.А. M., "Химия", 1978, с. 374.

2. Регламент производства хлорбензола и и-дихлорбензола. Днепродзержинское ПО "Азот", 1979 (прототип). (54)(57) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ

ИЗОМЕРОВ ДИХЛОРБЕНЗОЛА с выделением из нее п-дихлорбензола методом фракционной кристаллизации и о-дихлорбензола методом многоступенчатой ректификации, отличающийся. тем, что, с целью увеличения выхода п-дихлорбензола и о-дихлорбензола, снижения отходов производства, охраны окружающей среды, а .также получения фракции, обогащенной м-дихлорбензолом, исходную смесь изомеров дихлорбензола охлаждают на первой стадии кристаллизации до (-18) — (-24) С с получением при этом в кристаллической фазе чистого п-дихлорбензола, маточник первой стадии кристаллизации направляют на первую стадию ректификации, полученный при этом кубовый остаток после его дополнительной перегонки отбирают как чистый о-дихлорбензол, а дистиллят ректификации направляют на вторую стадию кристаллизации, где его охлаждают до (-20) — (-30) С, кристаллическую фазу второй стадии кристаллизации возвращают на первую стадию кристаллизации, а маточник второй стадии кристаллизации направляют на вторую стадию ректификации, кубовый oc-.àòîê которой смешивают с маточником первой стадии кристаллизации, а дистиллят отбирают в качестве фракции, обогащенной м-дихлорбензолом.

10975

Изобретение относится к, способам разделения смеси изомеров дихлорбензола, получаемой в качестве отходов в производстве хлорбензола.

Эта смесь обычно имеет следующий состав, 7.:

40-55

35-45 и-Дихлорбензол о-Дихлорбензол м-Дихлорбензол

2-4

Прочие смеси О, 5-2

Полное разделение смеси изомеров дихлорбензола с помощью одного какого-нибудь массообменного процесса 15 практически невозможно из-за близости физико-химических свойств ее компонентов, а также наличия на диаграммах фазового равновесия особых точек.

Так, ректификация данной смеси затруд.20 иена из-за близких температур кипения входящих в нее компонентов. Полное же разделение данной смеси методами фракционной кристаллизации невозможно из-за наличия на диаграмме фазо 25 вого равновесия "кристаллическая фаза — расплав" двойных и тройных эвтектик. Поэтому разделение рассматриваемой смеси возможно лишь при сочетании нескольких массообменных процес-30 сов. Другой характерной особенностью смеси изомеров дихлорбензолов является то, что при ее нагревании вьпие а 130-14О С происходит частичное термическое разложение компонентов, входя- З5 щих в ее состав с образованием смолистых примесей.

Известен способ разделения смеси изомеров -дихлорбензола путем сочетания процессов кристаллизации и ректи- 40 фикации. При осуществлении данного способа исходная смесь первоначально поступает на стадию кристаллизации, где ее охлаждают до 0-5 С. После разделения суспензии получают кристал- 45 лический продукт, который содержит около 987 а-дихлорбензола (ПДХБ), и маточник, содержащий 52-57Х о-дихлорбензола (ОДХБ). Дальнейшее выделение

ОДХБ из данного маточника осуществля-.50 ют путем трехстадийной ректификации.

При этом получают продукт, содержащий 90-95Х ОДХБ (1).

Однако получаемый ОДХБ обладает низким качеством и не удовлетворяет современным требованиям к товарному

ОДХБ. Дпя получения ОДХБ более высокой чистоты необходимо полученный технический ОДХБ дополнительно под91 3 вергать длительной периодической ректификации под вакуумом. Кроме того, при осуществлении данного способа отсутствует стадия выделения из смеси м-дихлорбензола (МДХБ), что ведет к его постепенному накоплению в рециркулирующих потоках. Последнее приводит к снижению эффективности разделения и увеличению объемов рециркулирующих потоков, а также к снижению удельной производительности оборудования и повышению энергетических затрат. Накопление МДХБ в системе вынуждает периодически производить слив смеси из всех аппаратов и ее сжигание.

Низкий выход очищенных ПДХБ и ОДХБ (40-50Х от их содержания в исходной смеси) связано с тем, что при много стадийной ректификации происходит осмоление значительной части целевых продуктов.

Недостатком способа является также большое количество отходов производства, подвергаемых сжиганию.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ разделения смеси изомеров дихлорбензола, принципиальная схема которого представлена на фиг. 1. Исходную смесь F первоначально направляют на первую стадию кристаллизации К, где она за счет смешения с холодной водой охлажо дается до 5-10 С. В результате кристаллизации получают кристаллическую фазу К1, представляющую собой 987.-ный

ПДХБ, и маточник И „ содержащий 40-457

ПДХБ и 50-557. ОДХБ.

Иаточник М1 после отделения воды декантацией Р направляют на азеотропную сушку АС для выделения оставшей" ся воды. После этого маточник И направляют на стадию исчерпывающей перегонки (осветления) О„, где производят отделение смолистых и высококипящих примесей. Осветленный маточник V подают на вторую стадию кристаллизации К> где смесь V охлаждают до о

-5 С. При этом получают кристаллическую фазу К>, содержащую 50-60% ПДХБ, и маточник N, содержащий 60-657 ОДХБ.

Кристаллическую фазу после ее расплавления возвращают на стадию К, а маточник М направляют на первую, стадию ректификации Р1 В результате получают дистиллят П „, содержащий

45-557. ПЛХБ и 40-457. ОДХБ, и кубовый остаток У „, содержащий 907 ОДХБ. Дис10975 тиллят П, .возвращают на стадию К, а кубовый остаток W,,передают на вторую стадию ректификации Р, где, в свою очередь, получают дистиллят П

2 содержащий 45-50 ПДХБ, и кубовый остаток Wp2, содержащий 95-96 ОДХБ.

Дистиллят П возвращают на стадию К, а кубовый остаток Wp< направляют на третью стадию ректификации Р . В результате последней получают дистиллят 10

П, содержащий около 90 ОДХБ, и кубоBbIA ocTBToK Wp) . gHcTHJIJIJIT П передают на стадию Р2, а кубовый остаток направляют на стадию осветления О, после чего получают продукт, содержа- 15 щий 98, ОДХБ (2 j.

Описанный способ разделения смеси изомеров дихлорбензола по сравнению с известным позволяет получать более чистые ОДХБ, однако он также имеет 20 ряд существенных недостатков: низкий выход целевых продуктов — ОДХБ и ПДХБ (40-50 ); отсутствие стадии выделения МДХБ; большое количество отходов, требующих утилизации. Кроме этого, в 25 данном способе разделения на первой стадии кристаллизации производится смешение с холодной водой, поэтому для получения качественнь|х продуктов требуются дополнительные стадии 30 декантации, азеотропной сушки и перегонки 01.

Целью изобретения является разработка способа разделения изомеров дихлорбензола, обеспечивающего увели- З чение выхода целевых продуктов, снижение отходов производства, охрану окружающей среды, а также получение фракции, обогащенной ИДХБ.

Поставленная цель достигается

40 тем, что согласно способу разделения смеси изомеров дихлорбензола с выделением из нее п-дихлорбензола методом фракционной кристаллизации и о-дихлорбензола методом ректификации, исход- 45 ную смесь изомеров дихлорбензола F (фиг. 2) охлаждают на первой стадии кристаллизации К1 до (-18) — (-24) С, полученную при этом кристаллическую фазу К„ отбирают в качестве чистого п-дихлорбензола, содержащего не более

1-1,5% примесей; маточник первой стадии кристаллизации М„ направляют на первую стадию ректификации Р,, полученный при этом кубовый остаток W

55 после его дополнительной перегонки отбирают как очищенный 98 .-ный о-дихлорбензол, а дистиллят П,1 направляют на вторую стадию кристаллизации

91

К, где его охлаждают до (-20) о (-30) С, кристаллическую фазу второй стадии кристаллизации К2 возвращают на первую стадию кристаллизации, а маточник М> второй стадии кристаллизации направляют на вторую стадию ректификации 1, кубовый остаток W

О2 смешивают с маточником первой стадии кристаллизации, а дистиллят П отбирают в качестве фракции, обогащенной м-дихлорбензолом (содержание 70-80 ).

Температуры охлаждения на стадиях кристаллизации К„ и К определяются компонентным составом охлаждаемых смесей. Охлаждение ниже этих температур недопустимо, так как может начаться кристаллизация двойной эвтектики. Повышение же этих температур выше укаэанных значений возможно, но не рационально. При повышении температуры на стадии К1, с одной стороны, снижается выход очищенного ПДХБ, а с другой стороны, уменьшается обогащение маточника М ОДХБ, что приводит к существенному увеличению нагрузки на ректификационную колонну

Р„ и соответствующему повышению энергетических затрат на осуществление процесса разделения ° При значительном повышении данной температуры может потребоваться не одна, а несколько ректификационных колонн. Повышение же температуры на второй стадии кристаллизации К2 снижает степень обо гащения маточника М МДХБ и приводит к существенному повышению нагрузки на ректификационную колонну, а также увеличивает потери ПДХБ с фракцией П2.

Пример 1. Смесь изомеров дихлорбензолов в количестве F =

200 кг/ч, содержащую, %: ПДХБ 52;

ОДХБ 44; МДХБ 3 и примесей 1, смешивают с фракцией К2 и направляют на стадию кристаллизации К где произ1 э водят охлаждение до температуры а „=-20 С. В результате кристаллизаций К „ получают кристаллический продукт в количестве К =88,4 кг/ч, пред" ставляющий собой 99 .-ный ПДХБ, и Фа" точник М в количестве 115 кг/ч состава %: ПДХБ 15,3; ОДХБ 78;МДХБ 5,2; примесей 1,5. Маточник M смешивают

I с кубовым остатком WII2 и направляют на стадию ректификации Р (темпераО1 тура в кубе колонны 132 С, в верхней части колонны 128 С, давление

200 мм рт.ст.). После перегонки (осветления) кубового остатка получают продукт Ч„ в количестве 74 кг/ч, пред1097591 давление 180 мм рт.ст.). Кубовый остаток W0>, содержащий 15,8%. ПЛХБ, 72% ОДХБ, 10% МДХБ и 2,2% примесей, возвращают на ректификаиию Р„, а дистиллят П2 в количестве 5,9 кг/ч содержащий 10% ПДХБ, 77,6% МДХБ, 10% ОДХБ и 2,4% примесей, отбирают в качестве фракции, обогащенной МДХБ.

Выход получаемых продуктов разделения по сравнению с теоретически возможным (коэффициенты извлечения) приведены в таблице.

Пример

Содержание

МДХБ в фрак- . ции, %.

П2

Выход продуктов разделения, кг/ч

Температура охлаждения на стадиях кристаллизации, С

П2

ОЛХБ

МЛХБ

ПЛХБ к-2

88,4 73,0 5,9 77,6 84,2 81,3

92,3 76,8 5,9 79,0 88,0 85,5

76,5

-24

78,5

-30

83,7 65 3 11,2 41,0 79,8 72,8

75,2

-20

-18

68,1 49,4 45,1 10

75,0

65,0 55,0

-10

Прототип

50

52,5 40,5

10 -5

Таким образом, рассматриваемый способ разделения смеси иэомеров дихлорбензола позволяет исключить из схемы ряд стадий: декантации D, азеотропной сушки АС, осветления 02, а также одну стадию ректификации. Это, с ОднОЙ стороны, упрощает аппаратурное оформление процесса, а с другой стороны, приводит к снижению термического разложения продуктов разделения. Способ позволяет также исключить периодический слив всей смеси из оборудования и коммуникаций, так как в данном случае не происходит накопление РЩХБ в системе. Все это позволяет значительно повысить выход очищенных ЛДХБ и ОДХБ (до 80-90% от их содержания в исходной смеси) и соответственно снизить количество отходов.

Предлагаемый способ позволяет получить

3 ставляющий собой 98% ОДХБ. Дистиллят

П, содержащий 50 ПДХБ, 26,2% ОДХБ, 22% МДХБ и 1,2% примесей, направляют на стадию кристаллизации К2, где его охлаждают до температуры „ =-24 С. 5

Кристаллическую фазу К, содержащую

94% ПДХБ, расплавляют и возвращают на стадию К, а маточник М2, содержащий 14% ПДХБ, 47% ОДХБ, 37% МДХБ и 2% примесей, направляют на ректифи- 10 кацию Р2 (температура в кубе 130,5 С, температура в верху колонны 127 С, Пример ы 2-4 ° Производят раз40 деление той же смеси, что и в примере 1, только процесс разделения производится при других температурах охлаждения смесей на стадиях К1 и К2 .

Результаты разделения приведены в

45 таблице. Там же приведены данные, полученные при использовании способапрототипа.

Иэ приведенных данных видно, что с повьппением температуры охлаждения 50 на стадиях К, и К2 снижается выход очищенных ПДХБ и ОДХБ, а также снижается содержание МДХБ в продукте П2.

Кроме этого, с повьппением этих темпе ратур существенно увеличивается нагрузка на ректификационные колонны и повышаются энергетические затраты на осуществление процесса.

Коэффициенты извлечения изомеров дихлорбензола из исходной смеси, % (выход) 7 1097591 ! также фракцию, значительно обогащенную МДКВ. Кроме этого, использование данного способа разделения смеси изомеров дихлорбензола существенно снижает загрязнение окружающей среды, так 5 как при его использовании исключает-, ся сброс воды, загрязненной дихлорбенэоломи, а также значительно уменьшается количество сжигаемых отходов прОизводства.ФР2. 2

Заказ 4138/19 Тираж 410 Подписное

ВНИИПИ 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!

Составитель М. Ниязымбетов

Редактор Т. Колб Техред Ж.Кастелевич Корректор И. Эрдейи