автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Разработка технологии регенерации растворителей из спиртовой фракции производства ε-капролактама с использованием экстрактивной периодической ректификации

| КАТУНМНА ЕЛЕНА ПЕТРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РЕГЕНЕРАЦИИ РАСТВОРИТЕЛЕЙ ИЗ СПИРТОВОИ ФРАКЦИИ ПРОИЗВОДСТВА е-КАПРСШАКТАМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКСТРАКТИВНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ РЕКТИФИКАЦИИ (05.17.03. - Процессы и аппараты химической технологии)

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

АНГАРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

на правах рукописи

КАТУНИНА ЕЛЕНА ПЕТРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РЕГЕНЕРАЦИИ РАСТВОРИТЕЛЕЙ ИЗ СПИРТОВОЙ ФРАКЦИИ ПРОИЗВОДСТВА е-КАПРОЛАКТАМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКСТРАКТИВНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ РЕКТИФИКАЦИИ (05.17.08. - Процессы и аппараты химической технологии)

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических, наук

Работа выполнена' в проблемной научно-исследовательской лаборатории технологии рекуперации Алтайского государственного технического университета юл. И.И.Ползунова

Научные руководители: заслуженный деятель науки и техники

РСФСР, доктор технических наук, профессор, '.член-корреспондент

Инженерной Академии РФ Ю.Н.Гарбер

кандидат технических наук, профессор Л.Ф.Комарова

Научный консультант: кандидат технических наук, старший научный сотрудник Христенко М.С.

Официальные оппоненты: Академик РИА, профессор,

доктор технических наук Серафимов Л.А.

доктор химических наук, профессор Корчевин H.A.

Ведущее предприятие: АО "Кемеровский институт азотной

промышленности"(г.Кемерово)

Защита состоится Л? июмЯ 1995 г. в часов на заседании Специализированного Совета К.064.51.01 по защите кандидатских диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Ангарском технологическом институте

665830, г.Ангарск, ул. Чайковского, 60

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ангарского технологического института

Автореферат разослан 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат технических наук ХАсламов A.A.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ жтуальность работы.

В настоящее время перед отраслями химического профиля ■тоит задача разработки и развития таких материале- и -нергосберегающих производственных процессов, которые также пзволяют свести к минимуму количество вредных промышленных абросов и их воздействие на окружающую среду.

При каталитическом синтезе е-капролактама в качестве отхода роизводства образуется многокомпонентная спиртовая фракция, :оторая содврзкит такие растворители, как бутанол (БС), дклопентанон (Щ10Н), изоамилол (ИАС), амилол (АС), а также ;елевые компоненты основного производства: циклогексанон (ЦОН) и иклогексанол (ЦОЛ). Разделение указанной фракции на ндивидуальные компоненты представляет собой сложную технологичес-ую- задачу. Разработка технологии регенерации указанных астворителей позволит одновременно решить задачу ресурсосбереже-ия и улучшить экологические показатели производства.

Работа выполнена в рамках Российской научно-технической рограммы "Наукоемкие технологии". Научный Совет "Теоретические сновы синтеза технологических схем органических производств". ель работы. Разработка малоотходной технологии регенерации астворителей из спиртовой фракции производства е-капорлактама.

аучная новизна.

- Получены новые экспериментальные данные по равновесию идкость-пар в 17 бинарных и 8 тройных системах.

- Изучена азеотропия в бинарных, п-компонентных составляющих, первые выявлены азеотропные параметры в 5 бинарных системах.

- Получено математическое описание с использованием уравнения ильсона аарожидкостного равновесия (ШОР) в 15 бинарных, 6 тройных оставляющих и одной шестикомпонентной смеси, а также в 10 инарных системах, образованных компонентами базовой смеси АС-ЦОН) с предполагаемыми РА.

- Исследовано влияние разделяющих агентов на фазовое авновесие трудноразделимой составляющей АС-ЦОН.

- Впервые изучены закономерности экстрактивной ректификации ЭР) в периодическом оформлении, рассмотрена динамика процесса и гсределено влияние параметров режима на конечные составы продуктов азделения для системы класса 0 без единичной а-линии.

Практическая значимость работы.

- Экспериментальные данные по азеотропии и парожидкостному равновесию и результаты их математического описания могут быть использованы при разработке технологических процессов, использующих аналогичные компоненты.

- Разработанные методики анализа могут быть использованы в практике НИИ и 1Ш.

Разработаны способы ректификации трудноразделимой составлящей АС-ЦОН. Определены параметры процессов в комплексах с вариацией давления (ВД) и ЭР.

Даны практические рекомендации по технологической организации питания колонны агентом при периодической ЭР, что может быть использовано в промышленной практике малотоннажной ректификации.

- Разработана технология разделения многокомпонентной смеси методом периодической ректификации , определены оптимальные параметры режима. Результаты работы переданы ПО "Азот" г.Кемерово для использования при проектировании установки регенерации растворителей.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Всесоюзной конференции "Концепция создания экологически чистых регионов" (Волгоград,1991 г.), на Республиканском научно-техническом семинаре "Безопасность жизнедеятельности и экологические проблемы в регионах Сибири и Дальнего Востока" (Благовещенск,1992 г.), на 11-ой Всероссийской научно-практической конференции "Экологическое образование студентов" (Москва-Барнаул,1992 г.), на 2-ой Всероссийской конференции "Эколого-экономические основы безопасной жизнедеятельности" (Новосибирск,1993г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 195 страницах машинописного текста и включает 40 рисунков, 54 таблицы, список литературы из 132 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность к.т.н., с.н.с., зав.лабораторией ФХПРС НИФХИ им. Карпова - Киве В.Н. и к.т.н., с.н.с., зав.лабораторией ПНШГ ТР АлтГТУ Поляковой Л.В., а также

зотрудникам этих'лабораторий за помощь,' оказанную при выполнении данной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведена краткая характеристика промышленного синтеза, капролактама и очистка целевых компонентов каталитического окисления циклогексана от побочных продуктов, в результата которой выделяется спиртовая фракция.

Проведен обзор существующих методов разделения компонентов спиртовой фракции и отмечено, что на сегодняшний день еще не создана эффективная технология регенерации ценных компонентов (БС.АС) из этой фракции при одновременном извлечении целевых (ЦОН.ЦОЛ).

Анализ показал предпочтительность применения периодической ректификации для разделения многокомпонентной смеси. В связи с этим, в рамках современной теории ректификации рассмотрен периодический процесс и отмечены его особенности.

Охарактеризован специальный метод разделения азеотропных и близкокипящих смесей - экстрактивная ректификация; рассмотрена взаимосвязь параметров этого процеса и их влияние на конечные составы продуктов разделения.

Изложенное позволило определить задачи, необходимые для выполнения поставленной цели.

Во второй главе приведено описание методик лабораторных и вычислительных экспериментов, предназначенных для решения прикладных и исследовательских задач.

Третья глава посвящена анализу фазовых пространств исследуемой смеси. Изучены фазовое равновесие- жидкость-пар (ПЖР) и азеотропия, на основании этих данных осуществлен термодинамико-топологический анализ структур фазовых диаграмм исходной шестикомпонентной смеси и ее составляющих меньшей размерности.

Экспериментально получены сведения- о ПЖР в девяти бинарных системах. Математическая - обработка экспериментальных и литературных данных по фазовому равновесию- жидкость-пар осуществлялась с использованием уравнения Вильсона. Результаты математического описания признаны удовлетворительными (см.табл.1).

Надежность полученных значений бинарных параметров оценивалась

сравнениеи независимых экспериментальных данных в шести тройных системах с результатами моделирования ПЗКР. Средние абсолютные погрешности по температуре составили 0.10-1.18 °С.

Таблица I.

Параметры уравнения Вильсона

Наименование системы Нг % Л Тср,°С дТмах,°С

БС(1)-ЦП0Н(2) 0.92303 0.76780 0.19 0.43

БСЦ)-ЦОЛ(б) 0.70138 1.29120 0.43 0.99

ЦП0Н(2)-ИАС(3) 1.42259 0.48288 0.06 0.13

ИАС(3)-Ц0Н(5) 0.52210 0.85890 0.57 0.86

ИАС(3)-Ц0Л(6) 0.07236 2.55832 0.54 1.50

ЦП0Н(2)-АС(4) 0.46155 1.34153 0.36 0.55

АС(4)-Ц0Л(6) 0.32395 1.98730 0.14 0.38

ВД0Н(2)-Ц0Н(5) 1.34583 0.57850 0.37 0.85

Ш0Н(2)-Ц0Л(6) 2.12760 0.14960 0.52 0.82

БС(1)-Ц0Н(5) 0.34610 1.56270 0.28 0.61

АС(4)-Ц0Н(5) 1.15699 0.57570 0.46 0.76

БС(1)-АС(4) 0.52470 1.9165 0.32 0.39

БС(1)~ИАС(3) 0.44805 1.71998 0.21 0.49

ИАС(3)-АС(4) 1.53980 0.66019 0.20 0.31

Ц0Н(5)-Ц0Л(6) 0.50379 1.59625 0.29 0.37

Рассмотренные тройные составляющие представляют все возможные типы тройных систем, входящих в многокомпонентную систему, и их адекватное воспроизведение моделью позволяет сделать вывод о возможности использования полученных параметров бинарного взаимодействия для моделирования фазовых пространств подсистем любой размерности и исследуемой шестикомпонентной системы в целом.

Установлено, что явление азеотропии наблюдается в пяти бинарных составляющих: БС-ЦПОН, ВДОН-АС, ИАС-ЦПОН, ИАС-ЦОН, АС-ЦОН. Определены азеотропные параметры указанных систем при различных давлениях.

Результаты исследований азеотропии и ЛЖР позволили провести анализ тройных составляющих. При этом выявлено, что только в двух тройных системах термодинамически возможно существование тройного азеотропа. При экспериментальном исследовании определено, что

данные системы зеотропны, следовательно, в многокомпонентной системе отсутствуют азеотропы более высокой размерности.

На основании выявленных термодинамических ограничений в ходе качественного термодинамико-топологического анализа рассмотрены все возможные варианты первого заданного разделения, характеризующие возможную последовательность выделения фракций (см.рис.1).

Рис.1.Дерево вариантов разделения смеси БС (I) -ЦПОН (2) -НАС (3) -АС (4) -ЦОН (5) -ЦОЛ (6)

В четвертой главе в ходе параметрической оптимизации каждой стадии многофракционной периодической ректификации определены оптимальныэ режимы разделения шестикомпонентной смеси. В процессе параметрической оптимизации исследовалось влияние эффективности (к е [Ю;30]), флегмовых чисел (й), времени ректификации (т) на результаты разделения.

На первом этапе производили выделение головной фракции, обогащенной БС. При закрепленной эффективности осуществляли оптимизацию и в интервале от 29 до 88 и г е [7;20], ориентируясь на максимально-возможный выход БС от загрузки с качеством не менее 97.5 % масс.

Далее осуществлялся поиск оптимальных значений параметров

выделения переходной фракции с целью полного удаления из кубового продукта остатка БС, примесных компонентов - ЦПОН и ИАС при минимальных, потерях АС.

После удаления нежелательных примесей в сборник переходной фракции осуществляли отбор фракции, обогащенной АС. При этом исследовано влияние флегмового числа Ш е [6;87] и т <= [10;20]) на качественный состав амиловой фракции. Следует отметить, что во всем интервале варьируемых параметров получение в дистиллате АС без примесей ЦОНа невозможно. Это объясняется тем, что в области высоких концентраций амидола существует тангенциальная зеотропия с указанным компонентом.

В кубе колонны остаются - ЦОН и Ц01, которые возвращаются в основной производственный цикл.

Распределения компонентов по продуктовым фракциям при последовательном фракционировании представлены на рис.2.

Установлено, что выбранные оптимальные параметры и разработанная схема разделения работоспособны при изменении состава смеси, поступающей на ректификацию. Результаты экспериментальных исследований показали удовлетворительную воспроизводимость вычислительного эксперимента лабораторными опытами по ректификации.

Разделение амиловой фракции, в основном состоящей из АС и ЦОН, предложено осуществлять специальными методами, в качестве которых рассмотрено применение экстрактивной периодической ректификации и повышенное давление.

В пятой главе проведен качественый прогноз и расчетно-экспериментальное исследование особеностей процесса ЭР в периодическом оформлении для системы класса 0 без единичной а-линии.

Для разделения смеси АС-ЦОН проведен выбор эффективного разделяющего агента. С этой целью было изучено ПЖР в 10 бинарных системах, образованных компонентами базовой смеси с предполагаемыми РА. Математическая обработка и проверка на адекватность осуществлялись по ранее изложенной методике.

Выбор и сравнительная оценка предложенных РА осуществлись по ходу изо-а-линий базовой смеси АС(1)~ Ц0Н(2) в присутствии РА (см.рис.3). По результатам анализа наиболее эффективным агентом является этиленгликоль.

На следующем этапе исследованы особенности периодической ЭР в

(0 20 30 40 50 60 40 80 '0 <00 Аол$ отбора грращий от вагруыси

Рис.2. Распределение компонентов по фракциям -о-- - температура отбора фракций .

----БС; —X--ИАС; -------- ЦОН;

—II— - ЩОН; ------АС; —а— - цол.

Рис.3. 1 Структуры диаграмм изо-а-линий систем:

а - АС(1)-Ц0Н(2)-МЦ(3); б - АС(1)-Ц0Н(2)-БЦ(3);

в - АС(I)-Ц0Н(2)-АН(3); г - АС(1)-Ц0Н(2)-АЦ(3);

д - АС(1)-Ц0Н(2)-ЭГ(3). А23 - бинарный азеотроп

сопоставлении с непрерывным процессом в рамках общей для них фазовой диаграммы. Это позволило распространить полученные ранее для непрерывного процесса результаты на периодический и выявить его особенности. Исследование и анализ отмеченных проблем на примере прикладной задачи позволило в ходе исследования выявить оптимальные технологические параметры разделения.

Пользуясь методологией качественного анализа, предложенного В.Н.Кивой, определена структура множества возможных составов продуктов разделения (ВСПР) в системе базовая смесь АС-ЦОН и разделяющий агент - ЭГ (рис.4). *

Рис.4. Гранту множеств ВСПР Рис.5. Ход профилей концентраций для данного типа диаграммы^ ' ' экстрактивной ректификации.

-т*— - ОУР;----- з-эр.

Это позволило сократить пространство поиска оптимального зешма разделения и выбрать технологическую организацию комплекса ЭР. С технологической точки зрения нам необходимо разделение 1/23, которое реализуется в трехсекционной колонне (З-ЭР)с Ешегмированием и при одноуровневой ректификации в присутст- вии агента (ОУР). Ход концентрационных профилей непрерывной ЭР федставлен на рис.5. Проведена оптимизация параметров разделения шпрерывной ректификации: соотношения эффективности секций [т/1/п); минимальной кратности агента (г*= А*/?), позволявдих юлучить заданную кондицию продуктов разделения и флегмового числа ;и). Доля отбора определяется^) материальным балансом. Состав

Оазовой смеси АС-ЦОН расположен в области тангенциальных отклонений кривой фазового равновесия, то есть в области низкой относительной летучести : АС = 89 % масс, ДОН = II % масс.

Критерием оптимизации режимов разделения является достижение заданного качества продуктов (ХАС^В^>99.85 и 2.50 % масс.)

при минимуме энергозатрат.

В ходе параметрической оптимизации найден оптимальный набор параметров, обеспечивающих заданную кондицию продуктов разделения: N = 20 т.т.; И, = 5; = 15; г„ = 1.5; И = 3; 5 = 0.88.

<я Л. с1

Лабораторные эксперименты по непрерывной ректификации смеси АС-ЦОН-ЭГ подтвердили правильность расчетных рекомендаций по выбору параметров процессов ЭР.

Взаимосвязь параметров режима периодической ЭР является более сложной из-за динамического характера протекания процесса.

Особым предметом исследования является принцип технологической организации питания периодической колонны агентом, что не освещено в литературе. Очевидно, что изучение этого вопроса на примере частной прикладной задачи имеет теоретическое и практическое значение.

Разделение 1/23 в периодическом оформлении может быть реализовано: ОУР - при загрузке всего РА в куб колонны вместе с исходной смесью; З-ЗР - при орошении колонны агентом из отдельного резервуара и отсутствии его в кубе. Возможна также комбинация орошения колонны агентом с его загрузкой в куб.

Критерием оптимизации при расчете периодической ректификации является минимум энергозатрат на выделение в дистиллат максимального количества АС с содержанием основного вещества не менее 99.85 % масс. Вычислительный эксперимент осуществлялся по программе, разработанной в НИФХИ им.Карпова.

С целью выявления оптимальной организации питания колонны агентом проведен следующий эксперимент (см.рис.6): 1.все количество РА, необходимое для разделения базовой смеси в режиме

непрерывной ЭР, загружается в куб вместе с исходной смесью (I * *

организация - А|/Р = уаг; = 0); 2.весь агент подается на боковое питание (II организация - А1/Р = о; А,/у = уаг)после выхода колонны на резким, начиная с %тч = 3 ч; 3. использовано сочетание орошения колонны агентом с его загрузкой в куб (III

Рис.6. Зависимость качества дистиллата от кратности при различной организации питания колонны агентом.

><— I организация (Aj/P - var;Ag/V = 0) ■4— II организация (AT/F = о; Ap/v - var)

ишь

— III организация (А1 /Р - var ;A?/v = 0.5 кмоль)

кмольт

•— III организация (Aj/F = 0.6 ^^'Ag/v - var) *— Ii' организация (Aj/p = О; a2/v - var) область кондиции

лс

\В0

Рис.7. Начальные профили концентраций в условиях безотборного режима в течении ^^ КОЩ8Нтраций

• - составы дастяллатного и кубового продуктов

а), начальная загрузка РА в куб колонны Аг/Г е [0;1.44]

0). орошение колонны РА с йа = 5 Я 1 = О А,У с [0.125:0.53

I

и-1

ю

цон

организация). Проведены серии расчетов при A2/v = const и Aj/F -var, а также при Aj/P = const и Ag/v = var . В последнем случае также подачу агента осуществляли после работы колонны в условиях безотборного режима (R = <») в течении 3 часов.

Установлено, что сочетание орошения с загрузкой в куб (III организация) имеет очевидное преимущество перед I и II организацией питания колонны РА. Следовательно, оптимальная технологическая организация питания подразумевает сочетание оптимальной кратности орошения (Ag/V) в ходе всего процесса и оптимального распределения компонентов по высоте колонны в начальный момент времени (Aj/F).

Исследовано влияние технологической организации питания периодической колонны агентом на формирование первоначального профиля концентраций по высоте колонны в условиях безотборного режима (R = со): I.загрузка агента в куб (Ag/v = 0);2. подача агента на тарелку питания, начиная с t=0 (II* организация - Aj/F =о).Для сопоставления с предыдущими результатами агент подавали с х = 0, а отбор верхнего продукта осуществляли после 3 ч.

На рис.7 представлены начальные концентрационные профили в условиях безотборного режима при орошении колонны агентом с х = О для различных Ag/v, а также начальные профили Кнач = 3 ч.) при варьировании загрузки агента в куб - Aj/F.

Формирование начального профиля путем орошения с х = О обеспечивает нахождение концентрационного профиля укрепляющей секции при R = ш в области высоких значений «^(РА)* благоприятной для разделения.

Это позволяет в условиях II' организации процесса, когда Aj/F = 0, a A2/v - var, достичь кондиции продуктов разделения при меньшем значении , чем в условиях III организации, кратности (г = 1.5). (см.рис.6).

Такш образом, формирование начального профиля при орошении с х = 0 положительно влияет на конечный состав продуктов разделения

периодической ЭР, так как в течении всего процесса х е [o^kohJ *

Примечание: V - паровой поток в колонне, кмоль/ч; F - исходная загрузка, кмоль; Aj - количество РА в кубе колонны, кмоль; -

поток орошения колонны РА, кмоль/ч.

профиль концентраций принадлежит области более высоких значений а12(РА)'

Процесс экстрактивной ректификации изучен в динамике. Графически представлены для различных соотношений А1/Р и а2/у профили концентраций по высоте колонны в фиксированные моменты времени (т е [хнач; ткон]). Изменение состава дистиллата (кубового продукта) во времени от чнач до ткон - это есть траектория верхнего продукта (кубового продукта), аналогично для каждой тарелки по высоте колонны.

Исходя из рассмотренной динамики процесса (см.рис.8), представленной на примере одного значения кратности в условиях различной организации, следует, что при загрузке РА в куб ход концентрационных профилей аналогичен непрерывной ОУР в присутствии агента. При разновысотной подаче агента наблюдается тенденция пересечения в экстрактивной секции концентрационными профилями пучка дистилдяционных линий, что соответствует ходу профилей концентраций в непрерывной 3-ЭР. При этом составы дистиллатного и кубового продуктов находятся в пределах области ВСПР непрерывной ЭР

Во всех экспериментах в момент ткон _ деформации концентрационных профилей не наблюдается и они идут симбатно дистиллявдонным линиям, аналогично , ОУР. При этом состав дистиллатного продукта находится на стороне 12 вне области ВСПР непрерывной 3-ЭР и перемещается при увеличении агента в направлении обогащения ЦОН для различных значений к^/7 и А2А. В этот момент наблюдается резкое ухудшение качества дистиллата, так как происходит исчерпывание из куба дистиллатного продукта, о чем свидетельствует приближение траектории кубовых продуктов к стороне 23. Процесс экстрактивной ректификации закончен.

Изучено влияние флегмирования и соотношения эффективности секций периодической экстрактивной колонны. Установлено, что флегмирование положительно сказывается на результатах выделения инварианта состава, соответствующего неустойчивому узлу фазовой диаграммы как в непрерывной, так и в периодической ЭР.

• Для выделения неустойчивого узла дистилляционных линий в периодическом процессе ЭР, также как и в непрерывном, требуется наличие укрепляющей секции при развитой экстрактивной части ректификационной колонны.

При этом оптимальные для непрерывной . ректификации параметры

гв « щ а> цоц

«Л6 л

го м>

60 аз цон

*> со

аз ЦОН

Рис.8. Динамика процесса периодической ЭР при га^= 1.7 кг/кг

и различной организации питания колонны агентом (т,ч).

- - концентрационный профиль по высоте колонны

• - состав дистиллатного и кубового продукта

I организация

¡смоль

а). А]-/Р = 1.7 кмоль.; А2/у = О

II организация б). А1/Р = О

а2/У = 0.6 -м

III организация

~ \ • I л с КММЬ

в). А|/Р = 0.6 кмоль-

А/у = 05

а2/у и*° кмоль;

II' организация г)• А^/Р = 0 ™ А2А = 0.5 М.

(уровень ввода разделяющего агента, величина флегмового числа и значение минимальной кратности агента) являются также оптимальными и для периодического процесса: Na= 5; R = 3; г = 1.5.

Таким образом, характер зависимости возможных составов продуктов разделения от параметров процесса для данного типа фазовой диаграммы одинаков для периодической и непрерывной ЭР.

В шестой главе рассчитаны материальные балансы и определены условия разделения технологического комплекса периодической ЭР с учетом регенерации агента и рецикловых потоков, а также комплекса с вариацией давления для разделения смеси АС-ДОН. Исследовано влияние повышенного давления на качество продуктов разделения при его варьировании в диапазоне от 5 до 12 атм. Оптимизация флегмового числа при установленном давлении Р = 12 атм. осуществлялась в интервале R е [6;29].

Разработанные нами общая операционная и принципиальные технологические схемы периодической ректификации многокомпонентной смеси с учетом двух альтернативных вариантов разделения бинарной составляющей АС-ЦОН представлены на рис.9-1I. Найденные оптимальные параметры приведены в табл.2.

Альтернативные схемы сопоставлены по энергетическим затратам на разделение. Исходя из этого, оптимальным является комплекс периодической ЭР. Однако, эта схема более сложна в управлении. Поэтому для промышленного проектирования может быть принята любая из схем в зависимости от возможностей Кемеровского ПО "АЗОТ".

Выход извлекаемых компонентов по обеим схемам сопоставим и составляет 84 % масс., суммарные потери на всех стадиях - 16 % масс. При объеме спиртовой фракции 600 т/год, количество регенерируемого БС составляет 31.88 т/год; целевые компоненты основного производства - ДОН и ЦОЛ - в объеме 171 т/год возвращаются в основной производственный цикл. В зависимости от использованного метода, выход АС составляет: 180 т/год с использованием повышенного давления и 1Ь0 т/год - при экстрактивной ректификации.

Рис. Э. Операционная схема разделения компонентов спиртовой фракции производства е-капролактама.

Рис.10. Принципиальная схема периодической ректификации шести-компонентной смеси с учетом разделения фракции АС-ЦОН под повышенным давлением (Р=12 атм): I- накопитель исходной смеси, 2- исходная смесь, 3- куб, 4- ректифицирующая часть, 5- пар, 6- флегма 7- днстиллат, 3-11- сборники фракций, 12- накопитель амиловой фракции, 13 -насос, 14-амиловая фракция, 15- кубовая жидкость.

Рис.11. Принципиальная схема периодической ; ректификации шести-компонентной смеси с учетом разделения фракции АС-ЦОН экстрактивной ректификацией: I- накопитель исходной ■ смеси, 2- исходная смесь, 3- куб, 4- ректифицирующая часть, 5- пар, ,6-; -флегма, ' 7-дистиллат, 8-13 - сборники фракций, 14- накопитель амиловой фракции, 15- амиловая фракция, 16- насос, 17- накопитель РА, 18-поток РА на орошение, 19- кубовая жидкость.

Таблица 2.

Оптимальные параметры режима периодической ректификации смеси БС(1)-Щ0Н(2)-МАС(3)-АС(4)-Ц0Н(5)-Ц0Л(6)

состав, % масс.

выход про дуктовой фракции, ъ масс.

выход целевого компонента, % масс.

Наименование фракции

и,

кмоль ч

т,

ч

(I)

(2)

(3)

(4)

(5)

1.1 Отгон бутанольной фракции

1.2 Отгон переходной фракции

1.3 Отгон амиловой фракции

I.Ректификация шестикомпонентной смеси

0.2 43 20.0 97.50 2.16

7.00 (1)-68.4

0.4

1.3

19.0 20.27 1.80 7.68 68.95 1.31 15.10

17.0

(I)-30.73 (4)-20.34

89.00 11.00 45.50 (4)-79.26

ш

I

2.1.Экстрактивная ректификация (га =1.7кг/кг, 2.0

2.2.Повышенное давление 0.3 Р=12 атм.

2.Специальные методы разделения амиловой фракции

3 12.5

17 45.0

99.85

99.85

83.72

84.03

(4)-95.0 (4)-95.4

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Получены новые экспериментальные данные по фазовому равновесию жидкость-пар в 17 бинарных и 8 тройных составляющих.

2. Выявлены ранее неизвестные в литературе азетропы в 5 бинарных системах: БС-ЦПОН, ЦПОН-АС, ЦПОН-МАС, ИАС-ЦОН, АС-ЦОН и определены их азеотропные параметры.

3. Понижение давления как фактор разделения может быть рекомендозано для ректификации систем: ШОК-АС, ЦПОН-ВС. Для разделения системы АС-ЦОН методом ректификации может использоваться повышенное давление.

4. Получена математическая модель ПЖР шестнкомпонентной смеси, составившая основу разработки технологии разделения спиртовой фракции производства £-капролактама, так как уравнение Вильсона обеспечивает адекватное математическое описание экспериментальных данных по фазовому равновесию в бинарных и п-составляющих разделяемой и производных систем.

5. Осуществлен выбор и оценка разделяющих агентов для трудноразделимой смеси АС-ЦОН по параметру селективности и структуре изо-а-линий. В качестве РА для разделения методом экстрактивной ректификации бинарной составляющей АС-ЦОН рекомендованы ацетофенсн и этиленгликоль.

6. На основе анализа возможных способов технологической организации питания колонны разделяющим агентом и динамики процесса экстрактивной ректификации в периодическом оформлении установлено, что:

а) характер зависимости возможных составов продуктов разделения от параметров процесса одинаков для периодической и непрерывной ЭР;

б).разновЫсотная подача агента имеет преимущество перед ОУР (не имеет альтернатив) при выделении инварианта состава, соответствующего неустойчивому узлу (седлу) фазовой диаграммы;

в).формирование оптимального начального профиля концентраций по высоте колонны в условиях безотборного режима (й = ю ) является необходимым условием периодической ЭР. Это возможно при загрузке некоторого количества агента в куб вместе с исходной смесью и также при подаче РА на тарелку питания с т = 0;

г).при формировании начального распределения компонентов по

высоте колонны с % = 0, аналогично рабочему режиму, разновысотная

подача агента имеет преимущество (не имеет альтернатив) перед ОУР (загрузка его в куб) при выделении инварианта состава, соответствующего неустойчивому узлу (седлу) дистилляционных линий.

7. Разработаны и исследованы экспериментально способы разделения смеси АС-ЦОН, определены оптимальные параметры. Рассчитаны материальные балансы с учетом рециклов и проведена сравнительная оценка альтернативных схем разделения АС-ЦОН по энергетическим затратам.

8. Разработана малоотходная технология регенерации растворителей из спиртовой фракции производства е-капролактама.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1.Катунина Е.П., Марченко И.М,, Червова О.В., Полякова Л.В.,Гарбер Ю.Н. Исследование парожидкостного равновесия и азеотропии в бинарных составляющих спиртовой фракции производства е-капролактама./УЖПХ.- IS92.- т.65. - № 9. - С.2028-2033.

2.Катунина Е.П., Марченко И.М., Полякова Л.В.,Гарбер D.H., Рыбальченко Т.А., Самчук H.H., Вишневская H.A.

Исследование фазовых равновесий в тройных составляющих спиртовой фракции производства е-капролактама.//ЖПХ,- 1992.- т.65. - N°II. -С. 2485-2489.

3.Катунина Е.П., Полякова Л.В., Гарбер Ю.Н. ГазохроматографическиЯ контроль процесса очистки циклогексанона в производстве е-капролактама.//В сб.: Концепция создания экологически чистых регионов. Тез. докл. Всесоюз. конф., Волгоград.-1991.-С.112.

4.Катуяина Е.П., Полякова Л.В., Гарбер Ю.Н. Разработка технология регенерации растворителей из отходов производства е-капролактама. //В сб.: Безопасность жизнедеятельности и экологические проблемы в регионах Сибири и Дальнего Востока. Тез. докл. Республ.науч.-технич. семинара, Благовещенск.-1592.-С.56-57.

б.Катунша Е.П., Марченко И.М., Гарбер Ю.Н. и др. Экспериментальное исследование равновесия жидкость-пар в тройных составляющих спиртовой фракции производства е-капролактама. -Барнаул 1992.-12 с.-Деп. в НИИТЭХИМ г. Черкассы, 1992.-№П9-ХП92. б.Катунина Е.П., Самчук H.H., Вишневская H.A., Андреева Н.Г. Исследования по разработке ресурсосберегающей технологии

разделения спиртовой фракции капролактама.//В кн.: Материалы II Всероссийской науч.-практич. конференции по проблеме экологического обучения студентов. Тез. докл. II Всероссийской конф., Барнаул-Москва.-1992.- С.207-208.

7. Катунина Е.П., Полякова Л.В. Проблемы снижения выбросов в окружающую среду в производстве капролактама. //В кн.: Эколого-зкономические основы безопасной жизнедеятельности. Тез.докл. 2-ой Всероссийской конф., Новосибирск.-1993.-С.53.