Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ЗЕОТРОПНОЙ СМЕСИ БУТИЛБУТИРАТ - МАСЛЯНАЯ КИСЛОТА

Изобретение относится к области основного органического синтеза, а именно к способу разделения зеотропной смеси бутилбутират (ББ) - масляная кислота (МК), компоненты которой обладают относительной летучестью, близкой к единице.

Известен способ разделения данной смеси реэкстрактивной ректификацией (РЭР) при давлении 142,5 мм рт.ст. [T. Chelyuskina, I. Mityushkina, A. Frolkova. The research of possibility of butyl butyrate - butyric acid industrial biazeotropic mixture separation by reextractive rectification // Proceedings 36th International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering. Tatranske Matliare. Slovakia, May 25-29, 2009. P. 200; Челюскина T.B., Митюшкина И.А., Фролкова A.K. Исследование изолиний относительной летучести в трехкомпонентных системах с биазеотропной бинарной составляющей // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии: тез. докл., Волгоград, 25-30 сентября 2011. Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. Т. 1. С.424; Челюскина Т.В., Митюшкина И.А., Фролкова A.K., Чернышова М.А. Разделение биазеотропных смесей с использованием легколетучих дополнительных веществ // Химическая технология. - 2011. - №12. - С. 730-736].

К недостаткам данного метода можно отнести сложность технологии, которая заключается в использовании трехколонного комплекса РЭР и необходимости организации двойной реэкстрактивной ректификации, то есть наличие двух колонн РЭР, которое связано с необходимостью компенсации фактического снижения селективности легколетучего разделяющего агента (РА) за счет его преимущественного перехода в паровую фазу.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению и достигаемому техническому результату является процесс экстрактивной ректификации (ЭР) смеси бутилбутират - масляная кислота с ацетофеноном (АФ) при 142,5 мм рт.ст. [Челюскина Т.В., Митюшкина И.А., Фролкова А.К. Исследование изолиний относительной летучести в трехкомпонентных системах с биазеотропной бинарной составляющей // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии: тез. докл., Волгоград, 25-30 сентября 2011. Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ. - 2011. - Т. 1. - С. 424; Митюшкина И.А. Разделение бинарных биазеотропных смесей с использованием дополнительных веществ различной летучести: дис.… канд. техн. наук. - М.: МИТХТ, 2011. 217 с.; Челюскина Т.В. Теоретические основы ректификационного разделения биазеотропных смесей: дис.… докт. техн. наук. - М.: МИТХТ, 2011. 196 с.].

Лучшие результаты разделения получены при следующих условиях. Эффективность колонны ЭР составляет 50 теоретических тарелок (т.т.), исходную смесь бутилбутират - масляная кислота подают на 30 т.т., (считая сверху), разделяющий агент ацетофенон на 10 т.т. Соотношение исходной смеси (F₀) к разделяющему агенту (РА) составляет 1:1. Флегмовое число равно 7. Верхний продукт представляет собой смесь бутилбутирата (95,83%), масляной кислоты (3,66%) и ацетофенона (0,51%); кубовый продукт колонны ЭР (1) - смесь ацетофенона (66,50%), масляной кислоты (32,11%), и бутилбутирата (1,39%).

Недостатком прототипа является отсутствие схемы полного разделения биазеотропной смеси бутилбутират - масляная кислота (рассмотрена только колонна экстрактивной ректификации). Низкая селективность ацетофенона не позволила выделить целевой продукт заданного качества в колонне ЭР и сделало невозможным разделение исходной смеси на чистые компоненты.

Технический результат данного изобретения заключается в упрощении технологии и сокращении капитальных затрат, а также повышении качества получаемых продуктов.

Технический результат достигается способом разделения зеотропной смеси бутилбутират - масляная кислота, компоненты которой обладают относительной летучестью, близкой к единице, включающим разделение данной смеси методом экстрактивной ректификации с использованием в качестве разделяющего агента сульфолана (СФ), взятого в соотношении 1:3-4 к исходной смеси в колонне экстрактивной ректификации (ЭР) эффективностью 35-50 т.т., причем флегмовое число в колонне составляет 1-3, далее производят отбор бутилбутирата в дистилляте и смеси масляная кислота - сульфолан в кубе колонны (1); затем смесь МК - СФ подается в колонну регенерации разделяющего агента (2) эффективностью 10 т.т., значение флегмового числа составляет 1-2, из куба колонны (2) выводится разделяющий агент и подается в колонну (1). Давление в колонне (1) составляет 760 мм рт.ст., а давление в колонне (2) составляет 100 мм рт.ст., в связи с возможным разложением сульфолана при температуре более 230°C. При 100 мм рт.ст. температура кубового продукта составляет от 205.80-207.10°C.

Прогноз возможных продуктов экстрактивной ректификации осуществляется на основе анализа изменений относительной летучести разделяемых компонентов в присутствии разного количества разделяющего агента (РА). С помощью вычислительного эксперимента было рассчитано парожидкостное равновесие в системе бутилбутират - масляная кислота - сульфолан в сечениях концентрационного треугольника с концентрацией СФ 0.01, 0.02, 0.03, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 мольных долей; построен ход α-линий в концентрационном симплексе трехкомпонентной системы, который показал, что в присутствии СФ увеличивается летучесть ББ и сульфолан обладает селективностью, достаточной для разделения смеси ББ-МК экстрактивной ректификацией.

Технологическая схема процесса экстрактивной ректификации разделения бинарной зеотропной смеси состоит из двух колонн (фиг1.). В отгонную часть первой колонны ЭР (1) подают исходную смесь ББ-МК эквимолярного состава в количестве 100 кмоль/час, а СФ вводят в верхнее сечение колонны. Отношение количества РА и исходной смеси в колонне (1) изменяется от 1 до 4. В дистилляте первой колонны отбирают практически чистый бутилбутират, а кубовый продукт (бинарная смесь МК-СФ) направляют в следующую колонну регенерации разделяющего агента (2), в кубе которой выходит чистый разделяющий агент и возвращается обратно в колонну (1). Дистиллят колонны (2) представляет собой практически чистую масляную кислоту. В колоннах (1) и (2) поддерживается различное давление, в частности в колонне (1) 760 мм рт.ст. и в колонне (2) 100 мм рт.ст. соответственно. Процесс разделения ориентирован на получение продуктов (бутилбутирата и масляной кислоты) с чистотой не менее 99.5% мол.

Проведены компьютерные исследования около 80 различных режимов работы колонн схемы разделения. Для выбора оптимального режима варьировались следующие параметры колонн: эффективность (число теоретических тарелок), соотношение количеств питания и разделяющего агента, флегмовое число и уровни подачи исходной смеси и РА.

Примеры режимов работы схемы разделения зеотропной смеси бутилбутират - масляная кислота, в которых достигнуто требуемое качество продуктов, приведены в таблице.

Таким образом, нами предлагается принципиальная технологическая схема полного разделения зеотропной смеси бутилбутират - масляная кислота, компоненты которой обладают относительной летучестью, близкой к единице, с использованием тяжелокипящего разделяющего агента - сульфолана. Предлагаемый способ позволяет получить целевые продукты (ББ, МК) заданного качества - 99.5% мол.