автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Разработка технологии разделения водных смесей спиртов С1-С4 и их алкилацетатов на примере смеси вода-бутанол-бутилацетат

' ¡2 7 0 7, 9'5?

АНГАРСКИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ!! ИНСТИТУТ

на правах рукопиои

БЕЩЩЕВА ЛЮБОВЬ НИКОЛАЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РАЗДЕШШЯ ВОДШХ СМЕСЕЙ , СПИРТОВ С1-С4 И ИХ АЛКИЛАЦЕТАТОВ НА.ПРИМЕРЕ СМЕСИ ВОДА-БУТАНОЛ-БУТИЛАШГАТ

(06.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии)

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

АНГАРСК - 1992

Работа выполнена в проблемной научно-исследовательской лабо-раторззз технологии рекуперации Алтайского политехнического института т. И.И.П&язунова.

Научный руководитель:

Научный консультант:

васлунакный дэятоль науки и техники ' РОЕСР, доктор технических наук, профессор Ю.Н.Гарбер

кандидат технических наук,

ведущий научный сотрудник И.М.Марченко

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.С.Москвин

кандидат технических наук, доцент Щелкунов Б.И.

Ведущее предприятие: Институт водных и экологических проблем СО РАН (г.Барнаул}

Защита состоится 22сентября 1992г. в // часов на заседании Специализированного Совета K.064.5I.0I по защите кандидатских диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Ангарском технологическом институте

665830, г.Ангврск,ул.Чайковского,60

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ангарского технологичского института

Автореферат разослан "Ji " uMfC-t. 1992г.

Учений секретарь Специализированного Совета, „ ,

кандидат ч*ских наук (|(|Д Асланов A.A.

..............ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

'г л | Актуальность работы.'

——! разделение водных смесей, содержащих спирты и их алкал-ацетаты, является весьма актуальной задачей для лесотехнической промышленности, производящей основную массу указанных веществ, а также для многих предприятий хгагако- фотографической, хемико-фарыацевтической, лакокрасочной и других отраслей промышленности,' использующих их в качестве растворителей. Поскольку в технологических процессах используется композиция растворителей определенного состава, которой в процессе производства может меняться как количественно, так и качественно, повторное использование растворителе лей невоаиогко без предварительного разделения.

Так, в производстве калиевой соли бензнлпвнишииына на Саранском ПО "Биохимик" в качестве растворителей применяются бутенол (БС) и бутилацетат (БА). В ходе технологического процесса бутенол загрязняется бутилацетатом, а бутилацетат - бутаволом. Наряду с основными компонентами отработанные растворители содержат воду (В) и биологические примеси (антибиотик, продукты его инактивации, пигменты).

Водные смеси, содержание спирты С|-С4 и их алкилацетаты, имеют качественно однотипные структуры топологических диаграмм, поэтому перспективной представляется.задача распространения закономерностей, полученных при изучении системы В-БС-БА, на такие смеси.

Разработка технологии регенерации растворителей позволит решить две взаимосвязанные задачи - сократить выбросы в окружающую среду за счет более полного извлечения органических растворителей из их водных растворов и улучшить экономические показатели основного производства путем сокращения расходных ко&Мицдонтов растворителей.

а

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка технологии регенерации бутанола и бутилацэтата в производстве калиевой соли бензил-пенициллина, а также анализ возможности использования и перспектив реорганизации разработчик* схем для разделения смесей вода (В) -метанол (МО) - метилацетат (МА), вода - этанол (ЗС) - этилацетат (ЭА) и вода - пропанол (ПС) - пропилацетат (ПА).

Научная новизна работы.

- исследовано влияние параметров режима и разновысотной подачи потоков, формирующих Орутто-питание ректификационных колонн, на результаты разделения, устойчивость работы и энергозатрата в технологических схемах с рециклами;

- проведен сравнительный анализ работоспособности комплексов авто-азеотропной (AAP) и автоэкстрактивной (АЭР) ректификации, сформулированы практические рекомендации по обеспечению их конкурентоспособности по отношению к технологическим комплексам азеотропной и экстрактивной ректификации;

- изучены особенности процессов разделения гомогенного бинарного азеотропа БС-БА экстрактивной ректификацией с ЦОН и реэкстрактив-ной ректификацией в присутствии Ел;

- исследовано влияние легко- и труднолетучих агентов на фазовое равновесие азеотропной составляющей БС-БА:

- получены экспериментальные данные о равновеии жидкость-пар в 4 бинарных и 4 тройных системах;

- выполнено математическое описание парокидкостного равновесия (ПЖР) для 12 бинарных и Б тройных систем;

Практическая значимость работа.

Разработаны перспективные технологические схемы регенерации растворителей в производство калиевой соли ^бензилпенищшпша.

определены статические параметру -колонн.' Данные переданы Саранскиму П/О "Биохимик" для использования т в технологии регенерации растворителей.

Предлагаете технологические схемы могут быть рекомендованы для разделения водных смесей, . содержащих; спирты С^-Сд ■ и их алкилвцетаты, образующиеся в различных производствах, а такта для выделения индивидуальных весзств пз рэакцзовной, мэосы в процессах органического синтезв.

Экспериментальные . данные по парогндкостному равновесию и результаты их математического описания являются базой данных для разработки других технологических процессов. ®

Разработанные кстотлексц специальной ректификации могут быть использованы при реорганизации рассмотренных схем для разделения смесей В-ЭС-ЭА и ВЧ5С-НА.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на Всесоюзной- научно-практической конференции "основные направления экономического и социального развития Алтайского крвя в 13 пятилетке и на период до 2005 года"(Барнаул, 1989г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Интенсивные и безотходные технология и оборудование" (Волгоград, 1991г.), на Всесоюзной конференции "Концепция создания отологически чистых регионов" (Волгоград, 1991 г.) и на VI Всесоюзной конференции по теории и практика ректификации (Северодонецк, 1991 г.).

рубдгаэцкд. . ,, По те).:э днссертещга сцубласовано 6 работ. :.. ....■•

Объен роботы. .

Диссертация соотонт из введения, девяти глав, еаьодой,.сдаскз

литературы и приложения. Работа изложена на 166 страницах машинописного текста и включает 21 рисунок, 57 таблиц, список литературы из 116 наименований и приложение в количестве 32 страниц машинописного текста.

Автор выражает иЬкреннюю благодарность ведущему научному сотруднику Проблемной научно-исследовательской лаборатории Алтайского политехнического института им. И.И.Ползунова Христенко М.С. за ценные советы и неизменную помощь при выполнении настоящей работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен обзор технологических, решений при разделении водных смесей, содержащих спирты С1-С4 и их алкилацета-ты. в различных отраслях промышленности, как производящих-, так и использующих такие вещества в качестве растворителей. Рассмотрены основные этаяш синтеза схем ректификации многокомпонентных поли-азеотропных смесей.

Сформулированы цель и задачи работы. „ Во второй главе приведено краткое описание оборудования и методик лабораторных и вычислительных экспериментов, использованных для решения поставленных в работе задач. :

В главе 3 на основе термодинамико-топологического анализа (ТТА) структур фазовых диаграмм водных смесей, содержащих спирты С1-С4 и их ал|шлацвтаты, проведен синтез принципиальных технологических схем разделения без изменения размерности концентрационного пространства. Синтез проьоден на примере смеси В-БС-БА, что определялось характером прикладной задачи - регенерацией бутанола и бутилацэтата, используемых в качестве растворителей в производстве калиевой соли бвнзилленшшшша.,

В процессе прЛ.;г>водс™ва образуются 2 маточных раствора, один из которых состоит в осногном из бутилацэтата и загрязнен бутано-

лом и водой. Второй маточник - промывной бутанол - содержит БА и воду. Наряду с этим отработанные растворители содержат растворенные примеси (антибиотик, продукты его инрктивации, пигменты).

Результатом синтеза являются 3 перспективные технологические схемы разделения (TCP) (рис.1,2,3)

Во всех предложенных схемах предусмотрена предректифккацион-ная очистка потоков отработанных растворителей в роторно-пленочных испарителях (РПИ), успешно применяемых для аналогичных целей на предприятиях отрасли. С целью получения кубового продукта в виде биоорганических примесей с водой, а не с БО й БА, составы маточников переводятся в область ректификации, в которой возможно выделение воды в кубз колонны.

Гетерогенные дистиллаты РПИ расслаиваются в. сепараторах. Водные слои возвращаются в испарители, а органические подаются на дальнейшее разделение по схемам.

В-БС-БА (вариант I)

. В схеме I органические слои сепараторов РПИ объединяются в один поток и поступают в комплекс (колонна 3-сепаратор 3') для обезвоживания ВС и БА. Выделение чистого бутилацетата производится в кубе колонны 4. Дистиллатным продуктом является смесь БС-БА азеотропного состава, выделение целевого бутанола из которой производится в присутствии воды (колонна Б - сепаратор 6').

В схеме 2 органические слои сепараторов роторно-пленочных испарителей 1 и 2 маточников не объединяются в один поток. Бутано-льный маточник после роторно-пленочного испарителя 1 поступает в колонну з. в которой в качестве кубового продукта выделяется водный бутанол. Осушка бутанола производится в комплексе колонна 4-сепаратор4'.

Органический слой сепаратора РПИ I маточнике» содержащий в основном БА и органический слой сепаратора 3' подается в комплеко колонна 5-сепаратор Б' для выделения чистого БА.

Т-х : "зТ_

Рис.2. Принципиальная технологическая схема разделения смеси В-БС-БА (вариант 2)

Наибольшую трудность для разделения представляет азвотропная

смесь БС-ЕА. Принципиально возможными способами решения задачу являются ректификация о вариацией давления (БД) или с введением в систему разделяющего агента (РА).

Схема 3, приведенная на рис.3, как и охема 2, содержат комплекс обезвоживания смеси БС-БА, но дальнейшее ее .разделение производится в комплексе с БД.

Рис.3. Принципиальная технологическая схема разделения смеси В-БС-БА (вариант 3)

Структур» TCP, Еклвчавсза технологические комплексы специальной ректификации с агентами, могут быть определены только после выбора РА и локализации возможных составов продуктов разделения для наиболее перспективных из них.

Глава 4 посвящена выбору РА экспрессными катодами. Трудность шгбсрз РА для разделения бутанола а бутилацетата обусловлена близостью их $азико-пдических свойств. В качестве РА допытывались вгрохо пргмзяяешэ в прошшгекяой практика растворителя, относяця-

вся к различим классам органических соединений.

Температуры кипения бутанола и бутилацетата таковы, что для их разделения могут быть применены как легко- так и труднолетучие добавки.

Для выбора труд^олетучих агентов был использован экспрессный хрсметографический метод. При выборе легкокипящих РА предварительная оценка селективиооти проводилась по параметру Т/М (где Т -температура кипения предполагаемого РА, М - его молекулярная масса). К дальнейшему исследованию из легколетучих агентов приняты бензол (Бл) я дихлорэтан (ДХЭ), из труднолетучих - димегилацетамид (ДНА) и циклогексанон ЩОН).

В главе Б приведены результат экспериментального исследования' и математического моделирования ПЖР в базовой трехкомпонентной смеси В-БС-БА и производных системах с агентами. Для описания зависимости коэффициентов активности от состава смеси в бинарных составляющих системы В-БС-БА использовалось уравнение nrtl.

Расчеты производились по САПР МИТХТ им.М.В.Ломоносова. Критерием оценки набора параметров бинарного взаимодействия являлось воспроизведение областей сосуществования двух жидких фаз. С использованием* полученных параметров бинарного взаимодействия рассчитаны температуры кигоция и расслаивание в тройной системе.

При атмосферном давлений экспериментально получены отсутствующие в литературе данные ю фазовым равновесиям в четырех бинарных и четырех тройных системах, образованных БС и БА о оредполагаемыми разделяющими агентами. Математическое моделирование в 9 бинарных и 4 тройных производных системах проведено по уравнению Вильсона. По параметрам бинарного взаимодействия ; систематически смоделировано ПЖР, что позвол_.э ¡зучить изменение'относительной летучести' ЬС и БА в присутс1-.»1 РА. По результатам анализа, структур изо-линий ¿'.качестве логколетучего веотропного. (реэкстракти-

•вного) агента рекомендованы Ел н ДХЭ, труднолетучего экстрактивного - ЦОН.

В глава 6 приведены результаты вычислительного и натурного эксперимента по оптимизации • параметров режимов ректификационных, колош альтернативных схем I и 2.

Детальная параметрическая оптимизация проводилась в вычислительном эксперименте. Наличие рецикловых потоков в схемах обусловило необходимость поэтапной оптимизации режима работы испарителей- о расчетом материальных балансов и уточнением состава брутто-питания колонн. Серии проверочных расчетов организовывались по принципу последовательной оптимизации статических параметров работы колонн по заданному качеству продуктов разделения. ТакЪй подход позволил определить оптимальные! значений параметров режима и установить характер влияния различных факторов на процесс разделения. Оптимальными считались параметры, позволяющие достичь заданной кондиции продуктов при минимальных затратах энергии. Диапазон изменения параметров существенно ограничивался технологическими характеристиками имеющегося на предприятии оборудования.

В ходе вычислительного эксперимента установлено, что схема 2 позволяет регенерировать БС и БА до чистоты, удовлетворяющей внутреннему стандарту Л/0 "Биохимик", о использованием только имеющегося на предприятии оборудования. При оптимизации режимов входящих в рхему разделительных элементов, определены результаты разделения при -наличии и отсутствии брутто-флегмы в зависимости от технологической организации процесса;

1. подача всех потоков, формирующих брутто-отгаие колонны (исходная смесь, внешний в внутренний рецикловв» araraка) т один уровень. При нулевой флегме потоки подаются ез вере когтей« яри конечной флегме - на оптимальную тарелку. '

2. внутренний рецикловый поток шохттая те верх тюнт.

0.60 0l65 O-fO aps

аго <>•«> 0S3 0.70 агв

а)

У MUA/juom

Рпо. к. Завлсишстп содоряанпл цолових компонентов в кубовой продукте (X) от доли отбора в дпстпллат, (с?) при различите значениях <1легмового числа (R) п опгштэацппх процесса в колонне 3 (а), в колоипе 5 (б)

--подача потоков на один уровоиь (I организация) ;

-— - разновнсотиоо питание (П организация) ; - - г разновнсотиоо питание (III организация) ;

- область кощшцпл кубових продуктов, зодшшая услоппом Х*8Э % мол.

внешний рецикловый поток и исходная смэсь - на оптимальную для них тарелку питания.

3. подача внутреннего и внешнего рецикловых потоков на верх колонны, исходной смеси - на оптимальную тарелку.

Зависимости качества кубового продукта от доли отбора при различных значениях флатового числа и организациях брутто-питания колонн 3 и 5 схемы 2 представлены на рио 4 а) и б) соответственно. Сравнение различной организации процеоса при отсутствии' брутто-флэгмирования позволяет сделать вывод, что первая и вторая организации процесса ректификации сопоставимы, а третья из указанных выше обладает очевидным преимуществом, ч.о. позволяет получить кубовый продукт, отвечающий заданной кондиции,' при меньшей додд отбора в дистиллат. Поэтому влияние брутто-флегмировашя изучалось для первой и третьей организации процесса.

Как видно из рисунка 4, для двух организаций .процесса заданная кондиция кубового продукта достигается при любых значениях флегмового числа (И), при этом, увеличение й позволяет уменьшить

ч

долю отбора в дистиллат. Однако, чем больше &догжшое -анйщ, тем мэньшкм преимудеством перед одноуровневым обладоэт -.рааистшшшЯ ввод. Следовательно, соотношение шкду брутто-флескиров81дош и объемом ре циклового потока долино быть предметом опткмизашя.

Таким образом, наряду о брутто-флепяфованием в шопокояошшх технологических схемах в качества потока флегмы могут бить .использованы нэ только внутренние ¡решкловне потоки технологических комплексов колонн о сепаратора«^ ко я низшие по отношению к ним рециклоша потоки, -а такие один ;из лотоков ггатакия.

Определение предельно допустимых и оптимальных рабочих скоростей паровых потоков в колонная схемы показало, что все колошш шдерягааот .нагрузку по перовому потоку а имеют запас по этому параметру, что вагаю при выходе производства на прс^ктнув щ/жмо-

дитолыгасть.

Выполненные по специально разработанной нами программе расчеты материальных балансов, подтвердили работоспособность схемы 2 на действующем оборудовании и ее устойчивость к возможным колебаниям

I

состава исходной смеси, поступавшей на разделение, что позволяет рекомендовать разработанную технологию регенерации растворителей к внедрению на Саранском П/0 "Биохимик".

Вычислительный експеримент по ректификации для схемы I проводился по той же методике, что и для схемы 2. Анализ результатов расчетов показал, что схема I требует установки оборудования большей эффективности и более энергоемка. Вместе с тем, сочетание комплекса осушки ВС и БА с другими комплексами специальной ректификации, является достаточно универсальным методом разделешя смеси В-БС-БА не только в производстве антибиотиков, но и в других производствах, где. возникает необходимость покомпонентного разделения.

Результаты расчетов процесса ректификации в основных аппаратурных комплексах при оптимальных технологический режимах воспроизведет в лабораторном эксперименте. Полученные результаты показали хорошую сходимость вычислительного эксперимента с лабораторными опытами, что позволило сделать вывод об адекватности используемой математической модели процесса.

В главе 7 приведены результаты исследования процессов разде-*

лония азеотропной смеси БС-БА в технологических комплексах с ВД, ркстроктавной ректификации с ЦОН и реэкстрйктивной ректификации о Ел и ДХЭ в качестве разделяющих агентов. Проведена сравнительная оп-чтп комплексов по энергозатратам. ■

■ Такое исследование выходит за рамки конкретной прикладной задачи, ток как найденные решения могут быть использованы в любой . отгллпи промшлоности, где применяются или производятся аналогич-

гаю растворители, в том числе и. для комплексной переработки реак-циогогой массы в процессах синтеза алкилацетатов С1-С4.

Каждый из специальных методов ректификации реализуется в типовом технологическом комплексе. В случав с ВД и реэкстрактивной ректификации (РЭР) (рис.5) такой комплекс содержит 2 ректификаот-онные колонны. Комгогакс экстрактивной ректификации (ЭРУ гадал содержать как 2, так и 3 колония', в? зависимости от варианта оргагегг-защш процесса ЭР в основной колойне. Выбор оптимальной структуры комплекса ЭР и дальнейший выбор предпочтительного способа разделения смеси БС-БА осуществлен ка основе детальной параметрической оптимизации ректификационных колонн, выполненной в вычислительном эксперименте. Критерием сравнения комплексов являлся минимум энергозатрат на разделение, поэтому суммарная эффективность установок разделения, определяющая в основном капитальные заураты, для различных комплексов бала принята постоянной. •

БС-БА

г

1

БС-БА Р=760 БА

Р=100 БС

БС-БА

БС-БА

баТ

РА

БСГ

а) б)

Ряс.б. Принципиальные технологические комлекса ВД (а) в РЭР (63

Заданные требования к продукта» разделения рвгламднтироаадал «держанием основного веществе1 и отсутствии* РА в- целевых продувах. Кондиционными считались продукте ре«гшмо0? квалификации. В присутствии легкокипящего геотрсптюго (реэкстрэктишого)

агенте формируется отруктура фазовой диаграммы класса 1.0-2 (рис.б.а),характеризуемая наличием криволинейной разделяющей областей дистилляции. Структура множества ВСПР для заданного состава питания изображена на рио. 6,(6).

Вычислительный эксперимент по разделению азаотропной смеси БС-БА в в присутствии Бл и ДХЭ показал, что желаемое разделение в колонне РЭР (колонна I рио.Б,(б)) может быть достигнуто при применении обоих агентов на колоннах одинаковой эффективности при сопоставимых флегаовых числе«. Однако разделение а присутствии Бл достигается при меньшей кратности агента, что позволит получить целе-¡вые продукты о меньшими энергозатратами,

' а)' ' . <5)

;Рис.6. Структура фазовой диаграммы Ш л конфигурация продуктовых множеств (0) для систем, ¡полученных при добавлении к смеси БС-БА легколетунего веотропного агента

фазовая диаграмма производной смеси Б0(1)-БА(2)-Ц0Н(3) относится « клаосу 1Л-0Ю (рис,.?). Границы продуктовых множеств для смесей такого клафа ;цри лдюведании процесса вкстрактивной ректи-фпшцин в даухсекциоияс® ;<3-ар.) я трвксекциошшй (3-ЭР) колонне прШ(вде«и на рис.8.

Оптимальная крамосН агента. била опрбдчзшна для организации

а) . ' д)>

Рис.7. Структура фазовой диаграммы и балансовый: симшшс (61 разделения смеси БС-БА-ЦОН:

--.инсталляционные и балансовые линии'

-----разделяющая линия областей' даияшиции

-*- - единичная аБс-БА~лшшя

Рис. 8. Гранит* прсвдктошг йяогеств. для смеси класса ЕЛИКО' при' 2-ЭР - а) » 2-ЭР - б)

2-ЭР, Для выборе оптимальной организации процесса разделения при данной кратности проведены серии проверочных расчетов процесса ЭР для трехсекционных колонн с эффективностью укрепляющей секции 3 и 5 теоретических тарелок. Анализ еффектившх разделений позволил оделать вывод о преимуществе организации 3-ЭР. с точки зрения достижения кондиции разделения 3-ЭР о 3 и 6 т. т. в укрепляющей секции сопоставимы, однако при Б т.т. содержание агента в дистшште меньше. Оптимизирован режим регенерации РА из верхнего и нижнего продукта. Комплеко ЭР представлен на рис.9.

БС-ЦОН

1

БО-БА

ЦОН

I

ЦОН [

1

БС

ЦОН

Рис.9. Комплеко экстрактивной ректификации

Таким образом, разделение азетропной смеси БС-БА осуществимо во всех иоследованных комплексах. Так как энергозатраты на разделение прямопропорционвльны объемам паровых потоков в колоннах, вкономичность применения каждого из предлагаемых комплексов оценивалась по сушам даровых потоков. Минимальный паровой поток, а следовательно, минимальные затраты на разделение азеотропной смеси БС-БА потребуются • при использовании комплекса о ВД, и он может азгаь рекомендован для реализации в промышленности, как наиболее рациональный.

Глава 8 посвящена фпшмр теш ЛТРС, включающей комплекс с

вариацией давления и сравнение ее со схемой 2. Схема 3 .(рис.3) отличается от схема I наличием колонны, работающей при пониженном давлении. Параметрическая оптимизация вакуумной колонны проводилась в вычислительном эксперименте. Общая эффективности вакуумной колонны была выбрана, исходя из возможности ее монтажа па Саранском П/0 "Биохимик" . ■ В результате оптимизации получены значена оптимальных параметров ректификационных колонн о учетом материального баланса схемы. Для оценки целесообразности дополнительных капитальных вложений на внедрение схемы 3, сопоставлены энергозатраты на разделение водных смесей бутвноло в бутилада-тата по схемам 2 и 3 (табл.1).

Таблица.I.

Сопоставление альтернативных схем по еяергозатрзтач на разделение*

N колонны И V ГйровоЯ поток' СуигилаД! паровоЯ шток

Схема 2

I 2,6 23,06 80,71 '

2 1,8 15,50 43,40 139,24

3 О 15,13 15,13

Схема 3

I 0,3 16,23 21,10

2 6,0 Ю.ЗЭ • 62,34 128,32

3 7,0 6,61 44,88 .

Гак как на разделение в схемы поступают одинаковые потоки, испарители несут одинаковую нагрузку и по этой причине могут "быть исключены из сравнения. Как видно из результатов таблицы I, организация процесса разделения по.схеме 3 позволяет получить, растворители реактивной квали$икецил с меньоихл; энергозатратам!. Кроив того, эта схема более . устойчива в работе и, проста >в, "управлении, ввиду меньшего сбъекя рецпклоЕкк потоков, поэтому после вззрийного

или планового останова технологического процесса она легко может быть выведена на стационарный режим.

Следовательно, обе технологические схемы могут бить рекомендованы для внедрения, в зависимости от возможностей Саранского ПО "Биохимик".

В главе 9 проведен анализ возможностей . использования разработашшх схем и направлений их реорганизации для разделения водных смесей, содержащих спирты С1-С4 и их алкилацетаты.

Показано, что, в зависимости от конкретной постановки технологической задачи, разделение смеси В-БС-БА, любого состава исходной смеси моют быть проведено как минимум по одной из рассмотренных схем. Приведены баланоовые симплекы разделения.

Сиотема В-ПС-ПА (рис.ХО.в)отличается от системы В-БС-БА (рио.Ю.г) меньшей областью расслаивания, ограниченной бинодалью закрытого типа. Поэтому охема 2, основанная на выделении в первой колоше водного спирта, не может быть использована. Схема I работоспособна в олучае обогащения смеси ПА,. схема 3 универсальна по отношении к составу питания. <

Область расслаивания в сиотеме В-ЗС-ЭА (рис.Ю.б), так же как в в системе В-ПС-ПА ограничена бинодалью закрытого типа, но состав тройного азеотропа при температуре кипения располагается вне области гетерогенности. Это определяет смену рабочей температуры сепараторов (~20°С) в схеме I для обеспечения ее работоспособности. Разделение по схеме 3 хотя и принципиально возможно, но комплекс о вариацией давления может оказаться не самым рациональным методом разделения азеотропной смеси ЭС-ЭА. Наиболее перспективной в данном случае является ЭР о труднолетучим агентом, и полученный в работе экспериментальный материал, связанный с атим процессом, служит' базой данных для разработки комплекса ЭР смеси В-ЭС-ЭА.

Единственной оистемой, требующей особого 'подхода к синтезу

Inc. Структуры фазовых диаграмм водных смасей спиртов С1-С4 и их алкилацетатоа.

о - составы бинарных и тройных азеогропов

-•--дистилляциошше линии и разделяющие областей

дистилляши

---- разделяющие областей непрерывной ректификации

синодальные кривые при комнатной температуре -х- - Синодальные кривые при температуре кипения

технологической схемы разделения, - является система В-МС-ЫА (рис.10.а)', вследствие такой особенности ее фазовой диаграммы, как отсутствие тройного азеотропа. Несмотря на вто, схема 3 может быть использована, если рассматривать ее в общем виде, как совокупность комплекса обезвоживания смеси спирта и ацетата и комплекса специальной ректификации. Для дальнейшего разделения азеотропной смеси ЫС-МА может быть использован метод ЭР либо с водой, либо с уже найденными в работе экстрактивными разделяющими агентами.

Альтернативой применению схемы 3 в таком виде является метод АЭР с водой в качестве РА: без' предварительной осушки. При этом необходимо учитывать, что присутствующий в исходной смеси компонент, одноименный с РА, хотя и не вызывает общего увеличения расхода агента, но не обладает разделяющим действием и дополнительно разбавляет кубовый продукт. Следовательно, .конкурентоспособность методов ЭР и АЭР должна быть оценена на основе технико- экономического сравнения.

Таким образом, две перспективные "схемы, разработанные для регенерации бутанола и бутилацетата в производстве антибиотиков, могут быть адаптированы для разделения вфщых смесей спиртов С<2-С4, образующихся в других производствах и подлежащих регенерации, а также для выделения индивидуальных веществ из реакционной массы в процессах органического синтеза. Кроме того, разработанные комплексы специальной ректификации могут быть использованы при реорганизации рассмотренных схем для разделения смесей В-ЭС-ЭА и В-МС-ЫА.

Основные результаты и выводы.

В соответствии о поставленной целью, в работе получены следующие результаты:

I. Получено математическое описание парожидкостного равновесия

в системе В-БС-БА уравнением nrtl и в системах, образованных трудноразделимой составляющей БС-БА с разделяющими агентами,-' уравнением Вильсона.

2. Исследована возможность разделения азеотропяой смеси БС-БА в технологических, комплексах о вариацией давления, экстрактивной ректификации с ЦОН и реэкстрактивной ректификации с Бл. Определены оптимальные параметры входящих в них ректификационных колонн, что позволило сравнить их по анергозатратам на разделение. Наиболее экономичным методом разделения смеси БС-БА данного состава является комплекс о вариацией давления.

3. Исследовано влияние параметров режима в разновысотвой подачи потоков, формирующих брутто-питание колонн на результаты разделения, устойчивость работы и энергозатраты в многоколонных технологических схемах с рециклами. Показано,что:

а) использование рецикловых потоков в качестве флегмы не исключает использования наряду с этим брутто-флегмирования;'

б) брутто-флегмирование в комплексах колонн о сепараторами не приводит к росту энергозатрат, если позволяет сократить " объем ре цикловых потоков;

в) рост потока брутто-флегмы нивелирует эффект разнсвысотного ввода потоков, формирующих брутто-питание колонн.

4. Изучена работоспособность комплексов автоазеотропной (AAP) и автоэкстрактивной (АЭР) ректификации и их конкурентоспособность в сравнении о комплексами АР и ЗР. Показано, что:'

а) работоспособность технологических комплексов AAP ограничена нестационарностью рецикле, снятие чтого ограничения возможно только при налички в схеме внешнего по отношению к комплексу контура.

б) комплекс AAP конкурентоспособен по сравнению с комплексом АР в том случае, когда кондиция кубового продукте допускает при-

месь данного РА в количестве, равном его содержании в исходное смеси;

в) комплекс АЭР работоспособен наравне о комплексом ЭР, а его конкурентоспособность оценивается сравнением энергозатрат;

Б. Выявлены Z перспективные технологические схемы разделения полиазеотропной смеси В-БС-БА, из которых одна позволяет регенерировать растворители до чистоты, удовлетворяющей внутреннему стандарту Саранского П/0 "Биохимик" с использованием только имеющегося в П/0 оборудования. Другая схема, включающая комплекс с вариацией давления, требует замены одной из имеющихся колонн на колонну в вакуумном исполнении. Однако, связанные с этим дополнительные капитальные вложения оправданы получением продуктов более высокого качества н меньшими энергозатратами. Результаты расчетов подтверждены лабораторными экспериментами по рекпфшации.

6. Предлагаемые технологические схемы могут быть адаптированы для разделения водных смесей, содержащих спирты С2-С4 и их алкила-цетаты, образующиеся в различных производствах, а так же для выделения индивидуальных веществ из реакционной массы в процессах органического синтеза.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Бельдеева Л.Н., Сартакова O.D. Разработка малоотходной'Технологии в производстве антибиотика.- В кн.: Основные направления экономического и социального развития Алтайского края в 13 пятилетке я на период до 2005 года/Тез. докл. всесоюзной научно-практической конференции.- Барнаул, 1989г., С.77-78.

2. Бельдеева Л.Н., Гарбер D.H. Регенерация органических соединений о использованием-специальных видов ректификации.-В кн.: Интенсивные и безотходные технологии и оборудование./Тез. докладов всесоюзной научно-технической коифэрокшш.-Волгоград, 1991 г. С.76.

3. Христенко И.С.,Бельдеева Л.Н..Полякова Л.В. Реконструкция стде-

ления регонерации растворителей в произвводстве K-соли бензюшзднг циллина. - в кн.Концепция создания экологически чистых регионов./ Тез.докладов Всесоюзной конференции.- Волгоград, 1991г., С.1Б6.

4. Христенко М.С.,Бельдеева Л.Н. .Полякова Л.В. Регенерация бутано-ла и бутилацетата в производстве медбиопрепаратов.-В кн.„ vi Всесоюзная конференция по теория и практике рекифиа ция./Тёз.докла-лов, Северодонецк, 1991 г., С.311.

5. Бельдеева Л.Н., Пилюченко С.Л., Иордан B.Ö., Гарбер D.H., Отделение спиртов от их алкилацетатов экстрактивной ректификацией на примере смеси бутанол-бутилацетат.//ИП, I99I.II 2, Т.64, С.2668-2672.

6. Христенко М.С., Марченко И.М., Бельдеева Л.Н., Полякова Л.В., Гарбер Ю.Н. Анализ работоспособности комплексов автоазеотроппсй и автоэкстрактивной ректификации.//лПХ, I99I.N 2', Т.64, С.35Б-359.