Способ разделения многокомпонентной смеси

 

Изобретение касается алифатических кислородосодержащих веществ, в частности разделения многокомпонентной смеси, образующейся при каталитическом дегидрировании этанола на медь-содержащем катализаторе и содержащей этанол, бутанол, ацетон, ацетальдегид, этилацетат, метилэтилкетон, ацеталь, кротоновый альдегид, этилбутират, бутилацетат, уксусную кислоту и воду,что может быть использовано в различных отраслях химической промышленности. Процесс разделения смеси ведут азетропной ректификацией в присутствии диизопропилового эфира (ДИПЭ) при его массовом соотношении с этанолом 14:1 с получением ацетальдегидной фракции, кубового продукта и фракции ДИПЭ, содержащей воду и этанол. Последнюю фракцию обрабатывают водой с выделением ДИПЭ, который возвращают в рецикл. Из водной фазы двойной ректификацией выделяют этанол. Кубовый продукт ректифицируют с выделением фракции этилацетата, из которой при последующей ректификации получают этилацетат и метилэтилкен, промежуточную фракцию и кубовый продукт. Промежуточную фракцию снова ректифицируют с выделением фракции кротонового альдегида и уксусной кислоты, а также кубового продукта, содержащего бутанол. Последний этерифицируют CH₃C(O)OH и разделяют азетропной и обычной ректификацией на CH₃C(O)OH этилбутират и бутилацетат, фракцию кротонового альдегида подвергают азеотропной ректификации в присутствии воды (одновременно происходит гидролиз) с получением кротонового альдегида и фракции ацетальдегида и этанола, которую возвращают в процесс. Из ацетальдегидной фракции выделяют ацетальдегид и ацетон. Эти условия обеспечивают возможность удаления воды и спирта из многокомпонентной смеси веществ, которые образуют много азеотропных смесей между собой и с водой, позволяют сразу разделить смесь на этанол (получаемый промывкой диизопропилового эфира с последующим регенированием его с частичным увеличением этилацетата, ацетона, ацетальдегида из воды и ректифицированием), на ацетальдегидную фракцию (из нее ректификацией выделяют ацетальдегид и ацетон) и на кубовый продукт, который затем простой и азеотропной ректификацией разделяют на индивидуальные продукты.

Изобретение относится к химической технологии, конкретно, к способам многокомпонентной смеси, образующейся при каталитическом дегидрировании этанола на медьсодержащем катализаторе и содержащей этиловый спирт (ЭС) и бутиловый спирт (БС), ацетон (Ац), ацетальдегид (АЦА), этилацетат (ЭА), метилэтилкетон (МЭК), уксусную кислоту (УкК), кротоновый альдегид (КрА), этилбутират (ЭБ), бутилацетат (БА), ацеталь и воду, и может быть использовано в химической, лакокрасочной, лесохимической и др. отраслях промышленности. Цель изобретения выделение из многокомпонентной смеси, образующейся при каталитическом дегидрировании этанола на медьсодержащем катализаторе, индивидуальных соединений: этилового спирта, этилацетата, уксусной кислоты, ацетона и др. которые используются широко в основном органическом синтезе. П р и м е р. 1050 г/ч исходной смеси, мас. ЭС 24,5; БС 0,5; Ац 2,3; АцА 5,3; ЭА 41,0; МЭК 1,2; ацеталь 0,4; КрА 0,3; ЭБ 1,3; БА 1,4; УкК 7,8 и вода остальное, подают в среднюю часть азеотропной колонны непрерывного действия (стадия I), эффективностью 16 т. т. работающей с флегмовым числом (ф.ч.) 0,1-0,3. В эту же колонну подают 3601 г/ч диизопропилового эфира (ДИПЭ), в т. ч. 3511 г/ч ДИПЭ со II стадии, после обработки водой, 71 г/ч свежего ДИПЭ и 19 г/ч ДИПЭ, содержащегося в 87,4 г/г регенерированной смеси летучих из воды после ректификации с выделением ЭС состава, мас. ЭА 31,7; Ац 8,0; АцА 21,7; ДИПЭ 21,7; вода 16,9, из расчета образования полной азеотропной смеси с ЭС, содержащемся в смеси в соотношении ЭС и ДИПЭ 1:14 [(3511+71+19)/257,2= 3061/257,2=14] Всего подают в колонну 4719,4 г/ч. Отбирают фракции: До 35^оС путем дробной конденсации АцА фракцию массой 85,2 г/ч состава, мас. АцА 65,7; Ац 27,8; ЭС 4,3; вода 2,2; до 61-62^оС фракцию ДИАЭ массой 4070,5 г/ч состава, мас. ДИПЭ 88,0; ЭС 6,2; вода 3,6, с частично увеличенными АцА, ЭА, Ац (2,2%); кубовой продукт массой 563,7 г/ч состава, мас. ЭА 76,4; УкК 13,8; МЭК 2,3; ацеталь 0,7; КрА 0,6; БС 0,3, прошла частичная этерификация; ЭБ 2,4; БА 3,5. АцА фракцию направляют в сборник-накопитель. Фракцию ДИПЭ с водой, ЭС подают в смеситель (II стадия), где обрабатывают водой массой 3100 г/ч (из расчета 0,8-1,1 к ДИПЭ). ДИПЭ отделяют от водного слоя отстаиванием и возвращают 3511 г/ч его в процесс. Водный слой 3588,5 г/ч состава, мас. ЭС 7,06; ЭА 0,78; АцА 0,53; Ац 0,2; ДИПЭ 0,53, вода 90,0, подают в колонну непрерывного действия (III стадия) где из него отгоняют все летучие массой 376 г/ч, и воду из 3229,7 г/ч основную массу 3100 г/ч возвращают в процесс на обработку ДИПЭ со стадии I. Летучие по мере накопления ректифицируют в аппарате периодического действия (ПДА) совместно с 8,9 г кубового остатка (состав, мас. ЭС 79,1; вода 20,9) со стадии ректификации АцА фракции. На ПДА с 25 т.т. получают в качестве дистиллята фракцию 87,4 г (состав, мас. ЭА 31,7; АцА 21,7; Ац 8,0; ДИПЭ 21,7; вода 16,9), возвращаемую на I стадию, и 280 г ЭС (93%). Кубовой продукт 563,7 г/ч со стадии I ректифицируют в одном из двух ПДА с 25 т.т. с ф.ч. 12 (IV стадия) с отбором: до 81^оС 422,7 г фракции ЭА-сырца состава, мас. ЭА 96,4; МЭК 3,1, УкУ 0,5; до 106^оС промежуточной фракции 45 г состава, мас. ЭА 5,4; ацеталь 9,0; КрА 7,0; УкУ 32,6; 96 г кубового остатка, состава, мас. БС 1,7; ЭФ 14,0; БА 20,5; УкУ 63,8. Кубовой остаток (96 г) подают в этерификатор с катализатором КУ-2, где БС превращают в БА в условиях большого избытка УкУ, при молярном соотношении 1: 51. Кубовой остаток со стадии IV имеет температуру около 100-110^оС и без охлаждения при этой же температуре при нормальном давлении его пропускают через этерификатор полый цилиндр, заполненный катализатором КУ-2 и оборудованный обратным холодильником с нагрузкой 3 г смеси (кубовой остаток) на 1 г катализатора в 1 ч. При этом получают 96 г этерификата состава, мас. ЭБ 14,0; БА 22,9; УкУ 62,6; вода 0,5 (V стадия). Этерификат ректифицируют в ПДА и получают (VI стадия) фракцию эфиров 35,8 (при подаче в колонку 10,6 г воды для вывода эфиров в виде азеотропных смесей с водой для отделения от УкК) и УкК (99,7%) в кубовом остатке массой 60,1 г. Смесь эфиров 35,8 г разделяют на ПДА (VII стадия) с ф.ч. 20 при температуре до 121^оС на 13,4 г ЭБ (ЭБ 91%) и до 126^оС на 22,4 г БА (БА 94,7%). Водный слой используют повторно. Промежуточную фракцию 45 г со стадии IV ректифицируют в одном из двух ПДА (стадия VIII) с выводом при ф.ч. 15 фракции ЭА-сырца массой 23,1 г, фракции КрА до 105^оС массой 10,3 г (состав, мас. ацеталь 42,6; КрА 28,7; УкК 28,7) и кубового остатка 11,6 УкК. Фракцию КрА перерабатывают в ПДА, где в присутствии добавленной воды (0,6 г) протекает в кислой среде гидролиз ацеталя с образованием АцА и ЭС, и выводят фракцию АцА и ЭС массой 4,6 г (ЭС 67,4% АцА 32,6%), направляемую на переработку совместно с АцА фракцией от I стадии на ХI стадию, фракцию КрА массой 3,1 г до 84^оС (в виде расслаивающейся азеотропной смеси с добавленной водой), а кубовой остаток УкК соединяют в один продукт со стадий VI, VIII и IX. ЭА-сырец со стадий IV и VIII общей массой 445,8 г состава, мас. ЭА 96,6; МЭК 2,9; УкК 0,5, ректифицируют (стадия Х); на ПДА с ф.ч. 15 с получением 405,3 г АЭ (99,3% ЭА), 17 г МЭК (58,8% МЭК, 41,2% ЭА) и 23,5 г остатка, направляемого на стадию IV. АцА фракцию общей массой 89,8 г (85,2+4,6) ректифицируют на ПДА (XI стадия) с получением до 30^оС 57,5 г АцА (98,8% АцА), до 60-65^оС 23,7 г Ац (97,1% Ац) и 8,6 г кубового остатка, направляемого на стадию III. Использование предлагаемого способа путем обезвоживания и обесспиртовывания многокомпонентной смеси веществ, которые образуют много азеотропных смесей между собой и с водой, позволяет сразу разделить смесь на этанол, получаемый промывкой ДИПЭ с последующей регенерацией его с увлеченными частично ЭА, Ац, АцА из воды и ректификацией, на ацетальдегидную фракцию, из которой ректификацией выделяют АцА и Ац, на кубовой продукт, разделяемый затем приемами простой и азеотропной ректификации на индивидуальные продукты.

Формула изобретения

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ СМЕСИ, образующейся при каталитическом дегидрировании этанола на медьсодержащем катализаторе, и содержащей этиловый и бутиловый спирт, ацетон, ацетальдегид, этилацетат, метилэтилкетон, ацеталь, кротоновый альдегид, этилбутират, бутилацетат, уксусную кислоту и воду, отличающийся тем, что исходную смесь подвергают азеотропной ректификации в присутствии диизопропилового эфира при его массовом соотношении с этиловым спиртом, содержащимся в смеси, 14 1 с получением ацетальдегидной фракции, кубового продукта и фракции диизопропилового эфира, воды и этилового спирта, которую обрабатывают водой с выделением диизопропилового эфира в рецикл, а из водной фазы двойной ректификацией выделяют этиловый спирт, кубовый продукт ректифицируют с выделением фракции этилацетата, из которой при последующей ректификации получают этилацетат и метилэтилкетон, промежуточную фракцию, которую ректифицируют с выделением фракции кротонового альдегида и уксусной кислоты и кубового остатка, содержащего бутанол, который подвергают уксусной кислотой, а затем азеотропной ректификацией и обычной ректификацией разделяют на уксусную кислоту, этилбутират и бутилацетат, фракцию кротонового альдегида подвергают азеотропной ректификации в присутствии воды с одновременным гидролизом ацеталя с получением кротонового альдегида и фракции ацетальдегида и этилового спирта, возвращаемую в процесс, из ацетальдегидной фракции выделяют ацетальдегид и ацетон.