способ разделения системы бензол-перфторбензол-третичный амиловый спирт

Формула изобретения

Способ разделения смеси бензол-перфторбензол (ПФБ)-третичный амиловый спирт (ТАС), включающий подачу исходной смеси и диметилсульфоксида (ДМСО) в качестве разделяющего агента, взятого в соотношении 7-7,5:1 к исходной смеси, в колонну экстрактивной ректификации (1) эффективность 50 т.т., причем исходную смесь подают на 30 т.т., разделяющий агент на 10 т.т. колонны (нумерация тарелок с верха колонны), а флегмовое число в колонне составляет 1,5-2, отбор бензола в дистиллате и смеси ПФБ-ТАС-ДМСО из куба колонны (1), подачу смеси ПФБ-ТАС-ДМСО на 25 т.т. колонны регенерации разделяющего агента (2) эффективностью 50 т.т., причем флегмовое число в колонне составляет 1-3, вывод из куба колонны разделяющего агента и подачу его в колонну (1), подачу дистиллата колонны (2), представляющего собой азеотропную смесь ПФБ-ТАС, на разделение в комплекс двух колонн (3) и (4) эффективностью 35 т.т. с отводом из кубов колонн ТАС и ПФБ соответственно, причем азеотропную смесь подают на 18 т.т. колонны (3), а флегмовые числа колонн (3) и (4) равны 0,5-1,5 и 1-2 соответственно, рецикл азетропа ПФБ-ТАС, который выделяется в дистиллате колонны (4) в питание колонны (3), причем соотношение рецикла колонны (4) и питания колонны (3) составляет (1-1,1):0,66, давление в колоннах (1)-(3) составляет 300 мм рт.ст., а давление в колонне (4) - 760 мм рт.ст.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области основного органического синтеза, а конкретно к способу разделения биазеотропной смеси бензол-перфторбензол-третичный амиловый спирт.

Бензол входит в состав бензина, широко применяется в промышленности, является исходным сырьем для производства лекарств, различных пластмасс, синтетической резины, красителей. Перфторбензол применяют в лабораторной практике для синтеза полифторароматических соединений, а также как растворитель.

Известен способ разделения подобного рода смеси, состоящей из карбоновых кислот фракции С₅-С₁₃ и их бутиловых эфиров. [С.М.Локтев. Высшие жирные спирты. М.: Химия, 1970]

В процессе получения высших жирных спиртов С ₇-С₉ методом каталитической гидрогенизации жирных кислот и их сложных эфиров первой стадией является этерификация кислот C₅-C₁₃. Поскольку реакция этерификации обратима, несмотря на непрерывный отвод воды из реакционной смеси, не удается получить эфиры без примеси кислот (бутиловые эфиры содержат от 2 до 5% непрореагировавших кислот). Поэтому сырые эфиры нейтрализуют 25%-растовором щелочи для удаления кислот, не вступивших в реакцию. Из нейтрализатора отбирают три слоя: эфирный, содержащий чистые бутиловые эфиры, щелочной и промежуточный (эмульсионный). Эмульсионный слой, который содержит эфиры и непрореагировавшие карбоновые кислоты, собирают в емкость и вновь направляют в нейтрализатор. Щелочной раствор натриевых солей жирных кислот (мыл) отделяют от эфиров отстаиванием и обрабатывают серной кислотой. При этом регенерируются свободные кислоты, которые после промывки водой отделяют от сульфата натрия и вновь возвращают в производство. Эфиры промывают в нейтрализаторе водой и сушат в вакууме. При промывке образуется большое количество сточных вод, поэтому промывку иногда заменяют дистилляцией.

К недостаткам данного метода можно отнести сложность технологии, образование большого количества сточных вод, загрязняющих окружающую среду, а также необходимость применения коррозионностойких материалов, т.к. процесс идет в присутствии серной кислоты.

Разделяемая смесь, описанная выше, и смесь, приведенная в данном изобретении, содержат в своем составе бинарную биазеотропную составляющую.

Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение технологии, повышение экологичности процесса и качества получаемых продуктов.

Данный технический результат достигается использованием для разделения трехкомпонентной системы с бинарной биазеотропной составляющей метода экстрактивной ректификации.

В качестве исходной выбрана тройная биазеотропная система: бензол (Б)-перфторбензол (ПФБ)-третичный амиловый спирт (ТАС). В качестве разделяющего агента (РА) выбран полярный растворитель диметилсульфоксид (ДМСО), часто используемый в процессах экстракционного разделения.

Прогноз возможных продуктов экстрактивной ректификации осуществлялся на основе анализа изменения относительной летучести в присутствии разного количества РА в соответствующих фазовых диаграммах. С помощью вычислительного эксперимента было исследовано фазовое поведение смеси Б-ПФБ-ТАС в присутствии ДМСО и ее разделение экстрактивной ректификацией.

Был проведен анализ фазового поведения четырехкомпонентной системы в сечениях тетраэдра с постоянной концентрацией ДМСО (0.2, 0.4, 0.6 и 0.8 мольных долей). Для каждого сечения получены массивы данных парожидкостного равновесия (ПЖР) и с использованием относительных долей исходных компонентов в жидкой фазе (X₁, Х₂ , Х₃) построены соответствующие диаграммы хода единичных -линий. По данным ПЖР в тройных составляющих построены единичные -линии на гранях тетраэдра. В итоге была получена общая картина хода -поверхностей в концентрационном симплексе четырехкомпонентной системы, которая позволила оценить возможность разделения смеси Б-ПФБ-ТАС экстрактивной ректификацией.

В данной работе была разработана схема разделения тройной биазетропной смеси, которая состоит из 4 колонн (Технологическая схема процесса экстрактивной ректификации). Первая колонна - ЭР (1), в отгонную часть которой подают исходную смесь Б-ПФБ-ТАС эквимолярного состава в количестве 1 кмоль/час, а ДМСО вводят в верхнее сечение колонны. Варьирование величины первого рецикла (количество ДМСО) обеспечивает необходимую селективность разделяющего агента для реализации экстрактивного эффекта. Отношение количеств РА и исходной смеси в колонне (1) изменялось от 1 до 10. В дистиллате первой колонны отбирают чистый бензол, а в куб идет трехкомпонентная смесь ПФБ-ТАС-ДМСО, которая направляется в следующую колонну регенерации разделяющего агента (2), в кубе которой выходит чистый разделяющий агент и направляется обратно в колонну (1). Дистиллат колонны (2) представляет собой азеотропную смесь ПФБ-ТАС. Она направляется на разделение в комплекс двух колонн (3,4), работающих под разными давлениями. В кубах колонн выходят чистые компоненты (ТАС и ПФБ соответственно), а дистиллатах - азеотроп ПФБ-ТАС. В схеме присутствуют два рецикла: в первом на колонну ЭР возвращается разделяющий агент (ДМСО), во втором рециркулирует азеотроп ПФБ-ТАС, который выделяется в дистиллате колонны (4). Давление в колоннах (1)-(3) - 300 мм рт.ст., в колонне (4) - 760 мм рт.ст. Процесс разделения ориентирован на получение продуктов (бензола, перфторбензола и третичного амилового спирта) с чистотой не менее 99,5 мол.%.

Проведены компьютерные исследования более 50 различных режимов работы колонн схемы разделения. Для выбора оптимального режима варьировались следующие параметры колонн: высота (число теоретических тарелок), величины рециклов, флегмовое число.

Оптимальное соотношение рецикла колонны (4) и питания колонны (3) составляет (1-1,1):0,66, что соответствует требуемому качеству целевых продуктов ТАС и ПФБ.

Требуемое качество продуктов достигнуто при следующих параметрах работы колонн: колонна (1) - эффективность 50 т.т., подача исходной смеси на 30 т.т., разделяющего агента на 10 т.т. (нумерация тарелок с верха колонны), флегмовое число 1,5-2,0; соотношение количеств разделяющего агента и исходной смеси (7-7,5):1; колонна (2) - эффективность 50 т.т., подача питания на 25 т.т., флегмовое число 1,0-3,0; колонны (3), (4) - эффективность 35 т.т., подача питания на 18 т.т., флегмовые числа равны 0,5-1,5 и 1,0-2,0 соответственно.

Таким образом, использованный способ позволяет получить целевые продукты (Б, ПФБ, ТАС) заданного качества - 99,5%, упростить существующую технологию и повысить экологичиость процесса за счет отсутствия сточных вод.

Материальный баланс процесса разделения смеси бензол - перфторбензол - третичный амиловый спирт в присутствии диметилсульфоксида.
Таблица
№ примера	Параметры работы колонн (R - флегмовое число, PA/F 0 - соотношение разделяющего агента и питания)	Исходная смесь				Разделяющий агент		Продуктовые потоки
		Состав, мол.%						Б		ПФБ		ТАС
		Кол-во, кмоль/час	Б	ПФБ	ТАС	Кол-во, кмоль/час	Состав, мол.%	Кол-во, кмоль/час	Состав, мол.%	Кол-во, кмоль/час	Состав, мол.%	Кол-во, кмоль/час	Состав, мол.%
1	R 1=1.5	1	34	33	33	7	100	0,34	99,8	0,33	100	0,33	99,8
	R2=1.0
	R3=0.5
	R4=1.0
	PA/F0=7:1
2	R 1=2	1	34	33	33	7	100	0,34	99,8	0,33	99,8	0,33	99,9
	R2=1.0
	R3=0.5
	R4=1.0
	PA/F0=7:1
3	R 1=2	1	34	33	33	7	100	0,34	99,8	0,33	99,8	0,33	100
	R2=2
	R3=0.5
	R4=1.0
	PA/F0=7:1