Способ разделения смесей близкокипящих гомогенно- растворимых жидкостей
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 15Х.1969 (№ 1330140/23-4) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 14.Х.1970. Бюллетень № 32
Дата опубликования описания 23.XII.1970
Кл, 12о, 5/03
Комитет оо делаю изобретений и открытиИ при Совете Министров
СССР
МПК С 07с 27,/26
УДК 66.063 725(088 8) Авторы изобретения
Л. А. Морозов, А. И. Прудников и А. Н. Башкиров
Заявитель
Московский институт тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ БЛИЗКОКИПЯЩИХ
ГОМОГЕННО-РАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Изобретение относится к способам разделения смесей гомогенно-растворимых жидкостей, кипящих в одном интервале температур и различающихся по удельным весам. Такие вещества обычно совместно образуются в синтезе, например спирты и гликоли; монокарбоновые и дикарбоновые кислоты; монокарбоновые и оксикислоты; углеводороды и кислородсодержащие соединения; галоидные производные углеводородов и кислородсодержащие соединения; гидроперекиси в смеси с органическими соединениями и другие системы. Каждый из названных, классов имеет свое индивидуальное применение и,поэтому требует выделения в чистом виде.
Известен способ разделения смеси алифатических спиртов и гликолей экстракцией двумя несмешивающимися растворителями:
60%-ным водным раствором метилового спирта и петролейным эфиром. Гликоли переходят в водный раствор метанола, а спирты — в петролейный эфир.
Этот способ имеет ряд недостатков: сложность технологической схемы, большие потери целевого, продукта.
Смеси спиртов имеют существенное различие в удельных весах. Это различие может быть положено в основу способа их разделения. В частности, общеизвестно использование центробежных сил (центрифуги, сепараторы) для разделения суспензий, взвесей и эмульсий, Однако совершенно отсутствуют какиелибо данные о разделении с помощью центробежных сил гомогенно-растворимых жидко5 стей, различающихся по удельным весам. Это связано с трудностью преодоления межмолекулярного взаимодействия в жидкостях и значительной вязкостью смеси. Принципиально смесь гомогенно-растворимых жидкостей, на1р пример, компонентов А и Б, имеющих различие в плотностях Лр может быть разделена в поле центробежных спл, если центробежная сила 1 превысит силу межмолекулярного взаимодействия Га, b, т. е. F)Fa, b. Так как
15 центробежная сила F=mwr- .прямо пропорциональна квадрату угловой скорости, то для достижения необходимой силы потребуется значительная скорость вращения центрифуги.
Центрифуги с числом оборотов 50 — 100 тыс/мин
2р способны развить центробежные силы, в сотни раз превосходящие силы земного притяжения. Однако, на практике использование таких аппаратов связано с целым рядом технических трудностей, таких как прочность ка25 мер, наличие воздушных подшипников и др.
Для устранения указанных недостатков предложен способ, заключающийся в том, что смеси спиртов или смеси карбоновых кислот подвергают воздействию центробежной силы
3р в присутствии растворителя.
283985
Разделение смесей гомогенно-растворимых жидкостей, различающихся,по плотности путем центрифугирования с использованием факторов, приводящих .к снижению сил межмолекулярного взаимодействия в разделяемой жидкой среде, позволяет достигнуть эффективного разделения при использовании технически доступных центробежных аппаратов. растворителя в течение 30 мин и вращении
5000 об)мин. После вращения взяты, пробы по высоте гильзы в верхней, средней и нижней части. Данные газо-жидкостных хроматографий представлены в табл. 1.
Таблица 1
Изменение соотношения между спиртом и гликолем по высоте гильзы в их совместной смеси (вес. %) Состав
Место отбора проб по высоте гильзы спирт гликоль о
Верхняя часть
Средняя часть
Нижняя часть
Исходная смесь
47
32
53
68
15
Смесь, кг
Спирт, кг
Гликоль кг
Баланс
1,000, 0,986
0,014
О, 590
0,585
0,005
Взято
Получено
Потери
0,410
0,401
0,009
Для осуществления предлагаемого способа такими факторами являются, например, воздействие магнитного или электрического полей, при действии которых происходит нарушение статистического распределения компонентов в системе, т. е. облегчается расслоение или введение третьего компонента,,понижающего межмолекулярное взаимодействие в системе, а также вязкость среды. Практически третий компонент должен обладать некоторой избирательностью растворения в отношении одного из разделяемых компонентов. Различие растворимости разделяемых компонентов смеси в третьем компоненте обеспечивает границу раздела при разделении в поле центробежных сил. Добавляемый разбавитель (третий компонент) должен быть инертным или обеспечивать преимущественное взаимодействие с молекулами только одного из разделяемых компонентов. Например, для разделения смеси алифатических гликолей и спиртов в качестве разбавителя использовали гексан или другие легкие углеводороды. Эффективное разделение достигнуто при вращении центрифуги 5000 об)иин. за время 20 — 30 мин.
Использование предлагаемого способа позволяет достичь высокой степени разделения близкокипящих гомогенно-растворимых жид,костей, различающихся по удельным весам, что особенно важно для таких промышленных продуктов, как гликоли, спирты, оксикислоты и др.
Предлагаемый способ обеспечивает следующие преимущества (например, для конкретной задачи разделения гликолей и спиртов):
a) упрощается технология и аппаратурное оформление процесса; процесс .многоступенчатой экстракции заменяется получасовой операцией вращения с последующим разделением образовавшихся слоев; б) упрощается операция по отгонке растворителя; в) в 3 — 4 раза уменьшается объем применяемого растворителя на одно и то же количество разделяемой смеси; г) потери гликоля, уносимого спиртовым слоем в первой, второй и третьей ступенях экстракции снижаются во много раз.
Пример 1. Разделение смеси центр ифугированием (без снижения сил межмолекулярного взаимодействия).
Искусственная смесь нонилового спирта и бутандиола-1, 4 при соотношении 49 и
51 вес. % подвергнута центрифугированию без
П р,и м е р 2. Для усиления эффекта действия центробежных сил смесь спирта и гликоля разбавляют гексаном. Искусственную смесь октилового спирта и бутиленгликоля в молярном отношении 1: 1 подвергают разделению предлагаемым способом. Взятый объем смеси разбавляют 1 объемом гексана, после чего смесь перемешивают и помещают в гильзы конической формы из нержавеющей стали.
Вращение продолжают 30 мин при
5000 об/мин. После центрифугирования получают два слоя: верхний — спиртово-углеводородный и нижний — гликолевый. Слои разделяют, гексан отгоняют от спирта на водяной бане. В гликолевом слое после центрифугирования гексан практически отсутствует (табл. 2).
Таблица 2
Материальный баланс на кг исходной смеси при молярном соотношении 1: !
По полученным данным, содержание гликоля в спиртово-углеводородном слое составляет 1,54% (при увеличении времени центрифугирования до 2 час гликоль в верхнем слое находится в виде следов). Содержание спирта в гликолевом слое составляет 1,24 . Потери гликоля в спиртово-углеводородном слое в расчете на исходный гликоль составляют
2,19%. В то же время на 1 кг исходной смеси по известному способу содержание гликоля в спирто-углеводородном слое составляет
8,75% (при увеличении времени экстракции и объемов экстрагента содержание гликоля в верхнем слое увеличивается) . Содержание спирта в гликолевом слое составляет 5%, Потери гликоля в спиртово-углеводородном слое в расчете на исходный гликоль составляет
12,2% (табл. 3).
283985
Спирт, кг
Гликоль, кг
Смесь кг
Баланс
0,410
0,360
0,590
0,572
0,018
1,000
0,932
0,068
3ЯТО олучено отери
Таблица 5
Оксикислоты, кг
Монокислоты, кг
Смесь, кг
Баланс
0,268
0,262
0,006
Взято
Получено
Потери
1,000
0,982
0,018
0,732
0,720
0,012
Таблица 4
Спирт, кг
Смесь, кг
Гликоль, кг
Баланс
0,576
0,560
0,016
1,000
0,980
0,020
0,424
0,420
0,004 ято злучено зтери
Составитель Н. Лихтерова
Корректор Т. А. Уманец
Редактор Т. Рыбалова
Заказ 3651/16 Тираж 480 Подписное
Ц11ИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
Таблица 3
Материальный баланс на 1 кг исходной смеси, разделенной по известному способу
По данным газо-жидкостной хроматографии густота спирта по предлагаемому способу со..авляет 99,30%, чистота гликоля 98,25%. 15
В то же время чистота спирта .по известноу способу составляет 91,5, чистота тликоля
3 40% °
Прим ер 3. Смесь спиртов и гликолей, поученных гидрированием смеси моно- и дикар новых кислот с числом углеродных атомов
4 — Ств подвергают разделению по предлагаиому способу (см. условия примера 2). По.ри гликолей в спиртово-углеводородном гое составили 2,78% в расчете на исходные пьколи.
Материальный баланс на 1 кг технической смеси спиртов и гликолей
6
Чистота гликолей и спиртов, полученных по предлагаемому способу, согласно данным хроматографического анализа, аналогична приведенным в примере 2, Пример 4, Предлагаемым методом могут быть разделены смеси моно- и дикарбоновых кислот и моно- и оксикарбоновых кислот.
Смесь моно- и оксикарбоновых кислот, полученных окислением эфиров алифатических спиртов с интервалом кипения 180 — 320 С, была подвергнута разделению указанным способом. Результаты см. в табл. 5.
По полученным данным, содержание монокарбоновых кислот в слое оксикарбоновых составляет 0,82 /о. Потери оксикарбоновых кислот в углеводородном слое составляют 1,64%.
Предмет изобретения
Способ разделения смесей близкокипящих гомогенно-растворимых жидкостей, например спиртов, кар боновых кислот, селективными растворителями, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности разделения смесей, снижения потерь целевого продукта и упрощения процесса, смесь исходного сырья с растворителем подвергают воздействию центробежной силы.
