Способ выделения бутанола, бутилацетата и воды из смеси

 

Использование: в химической технологии. Сущность: выделение бутанола, бутилацетата и воды из смеси. Предварительно очищают разделяемую смесь от примесей, например биологических, в роторно-пленочных испарителях с долей отбора в дистиллат 0,90 - 0,92. Дистиллаты роторно-пленочных испарителей расслаивают в сепараторах на водные и органические слои. Водные слои возвращают на орошение роторно-пленочных испарителей, а из органических слоев выделяют смесь бутанола и бутилацетата путем азеотропной ректификации в кубе ректификационной колонны при флегмовом числе 0,3 - 1,0 и доле отбора в дистиллат 0,5 - 0,7. Дистиллат-тройная смесь воды, бутанола и бутилацетата к азеотропу, расслаивают в сепараторе на водный и органический слои. Водный слой возвращают на орошение роторно-пленочного испарителя, а органический слой рециркулируют в ректификационную колонну для выделения смеси бутанола и бутилацетата. Извлечение бутилацетата проводят путем азеотропной ректификации полученной смеси бутанола и бутилацетата при флегмовом числе от 1,0 до 2,0 и доле отбора в дистиллат от 0,6 до 0,7 с получением в дистиллате смеси бутанола и бутилацетата азеотропного состава. Из последнего дистиллата выделяют бутанол путем гетероазеотропной ректификации с водой при флегмовом числе 4,0 - 5,0 и доле отбора в дисталлат 0,75 - 0,8. В дистиллате колонны гетероазеотропной ректификации получают смесь воды, бутанола и бутилацетата. Дистиллат расслаивают в сепараторе на водный слой, который возвращают для выделения бутанола, и органический слой, который смешивают с органическими слоями роторно-пленочных испарителей для выделения смеси бутанола и бутилацетата. 1 ил.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способам разделения трудноразделимых промышленных смесей, содержащих бутанол, бутилацетат и примеси, например, биологические, такие как антибиотик, продукты его инактивации, пигменты, и может быть использовано в химико-фармацевтической, лакокрасочной и других отраслях промышленности.

При производстве калиевой соли бензилпенициллина в качестве растворителей применяются бутанол, бутилацетат и вода. В ходе технологического процесса происходит смешивание растворителей и загрязнение их биологическими примесями. В результате образуются два потока отработанных растворителей, один из которых содержит в основном бутанол и загрязнен бутилацетатом, водой и растворенными примесями. Второй поток преимущественно состоит из бутилацетата с примесями бутанола, воды и биологических веществ. Это приводит к невозможности повторного использования бутанола и бутилацетата без регенерации.

Известен способ регенерации бутанола в производстве пенициллина, основанный на сочетании полунепрерывной дистилляции с непрерывной гетероазеотропной ректификацией. На первой стадии способа регенерируемый раствор для очистки от нелетучих и высококипящих примесей разделяют в дистилляционной установке, представляющей собой куб, снабженный выносным кипятильником. На второй стадии органический слой дистиллята, образующийся в декантаторе в результате расслаивания сконденсировавшихся паров, подвергают обезвоживанию в непрерывнодействующей отгонной ректификационной колонне. Обезвоженный бутанол выводят из колонны в виде кубового продукта [1] Недостатком описанного способа является накапливание в целевом бутаноле бутилацетата, для удаления которого предложено применять периодическое омыление едким натром при кипячении, что, в свою очередь, приводит к образованию большого количества сточных вод и потере для производства дорогостоящего бутилацетата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ ректификации бутанола, бутилацетата и воды, включающий выделение бутанола и бутилацетата в кубах ректификационных колонн путем азеотропной ректификации и расслаивания дистиллатных продуктов ректификации на водные и органические слои в сепараторах. При этом в качестве рецикловых потоков используют огранические слои сепараторов, а также водный бутанол строго определенной концентрации. Для осуществления способа подают исходную смесь, содержащую бутанол, бутилацетат и воду, на первую ректификационную колонну, из куба которой отбирают бутилацетат. Для перевода состава исходной смеси второй колонны в область составов, благоприятную для выделения бутанола из куба второй колонны, к дистиллату первой колонны добавляют дополнительный рецикловый поток воды и бутанола такого состава, чтобы разность концентраций бутанола в дистиллатах первой и второй колонн была положительной. Выделение бутанола проводят при флегмовом числе 16. Выделение воды проводят методом азеотропной ректификации в третьей колонне. Дистиллаты второй и третьей ректификационных колонн, состоящие из воды, бутанола и бутилацетата, подвергают расслаиванию в двух сепараторах, водные слои которых объединяют в один поток и подают на ректификацию в третью колонну, а органические слои возвращают в первую ректификационную колонну. Из куба третьей колонны отводят воду [2] Однако добавление к дистиллату первой ректификационной колонны дополнительного потока водного бутанола строго определенной концентрации не позволяет достигнуть желаемой степени разделения, обеспечивающей возврат бутанола и бутилацетата в производство и защищающей окружающую среду от загрязнения, и повышает трудоемкость управления процессом разделения. Кроме этого, недостатком описанного способа является образование накипи на тарелках ректификационных колонн, приводящее к преждевременному выходу колонн из строя и, следовательно, исключающее применение способа в химико-фармацевтической промышленности, что является результатом отсутствия предректификационной очистки разделяемой смеси от примесей, например биологических.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе выделения бутанола, бутилацетата и воды из смеси, включающем выделение бутанола и бутилацетата в кубах ректификационных колонн путем азеотропной ректификации и расслаивания дистиллатных продуктов ректификации на водные и органические слои в сепараторах, при этом в качестве рециклового потока используют слои сепараторов, предварительно очищают разделяемую смесь от примесей в роторно-пленочных испарителях с долей отбора в дистиллат от 0,90 до 0,92, дистиллаты роторно-пленочных испарителей расслаивают в сепараторах на водные и органические слои, возвращают водные слои на орошение роторно-пленочных испарителей, а из органических слоев выделяют смесь бутанола и бутилацетата путем азеотропной ректификации в кубе ректификационной колонны при флегмовом числе от 0,3 до 1,0 и доле отбора в дистиллат от 0,5 до 0,7, полученный при этом дистиллат расслаивают в сепараторе на водный и органический слои, возвращают водный слой на орошение роторно-пленочного испарителя, а органический слой рециркулируют для выделения смеси бутанола и бутилацетата, извлечение бутилацетата проводят путем азеотропной ректификации полученной смеси бутанола и бутилацетата при флегмовом числе от 1,0 до 2,0 и доле отбора в дистиллат от 0,6 до 0,7 с получением в дистиллате смеси бутанола и бутилацетата азеотропного состава, из которой выделяют бутанол путем гетероазеотропной ректификации с водой при флегмовом числе от 4,0 до 5,0 и доле отбора в дистиллат от 0,75 до 0,8, дистиллат колонны гетероазетропной ректификаци и, состоящий из смеси воды, бутанола и бутилацетата, расслаивают в сепараторе на водный слой, который возвращают для выделения бутанола, и органический слой, который смешивают с органическими слоями роторно-пленочных испарителей для выделения смеси бутанола и бутилацетата.

Техническим результатом является обеспечение возврата бутанола и бутилацетата в производство и уменьшения выбросов в окружающую среду, снижение трудоемкости управления процессом разделения, повышение производительности ректификационных колонн.

Возврат бутанола и бутилацетата в производство и уменьшение выбросов в окружающую среду обеспечивается путем повышения степени разделения бутанола и бутилацетата, а именно выделения бутанола и бутилацетата чистотой 99,0% из смеси.

Снижение трудоемкости управления процессом разделения достигается вследствие использования в качестве рецикловых потоков только слоев сепараторов, что стабилизирует проведение процесса. При этом исключается приготовление и ввод дополнительного потока водного бутанола.

Повышение производительности ректификационных колонн обеспечивается путем устранения образования накипи на тарелках ректификационных колонн, т.е. введением предварительной очистки разделяемой смеси от примесей, например биологических, в роторно-пленочных испарителях.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема выделения бутанола, бутилацетата и воды из смеси.

Способ выделения бутанола, бутилацетата и воды из смеси осуществляют следующим образом. Смеси F₁ и F₂ отработанных бутанола и бутилацетата, содержащие примеси, например биологические, предварительно очищают от этих примесей в роторно-пленочных испарителях 1 и 2. Примеси, содержащиеся в смесях F₁ и F₂ отработанных бутанола и бутилацетата, удаляют с водой W₁, W₂ из кубов роторно-пленочных испарителей 1 и 2. Дистиллатные продукты D₁ и D₂ роторно-пленочных испарителей 1 и 2 расслаивают в сепараторах 3 и 4 на водные и органические слои. Водные слои V₃ и V₄ возвзаращают на орошение роторно-пленочных испарителей 1 и 2, а органические слои О₃ и О₄ направляют на ректификацию в колонну 5. Очищение в роторно-пленочных испарителях проводят при доле отбора в дистиллат δ 0,90-0,92, позволяющей полностью вывести бутанол и бутилацетат в составе дистиллатов D₁ и D₂. При доле отбора в дистиллат, превышающей 0,92, затрудняется отведение кубового продукта за счет увеличения его вязкости. При доле отбора в дистиллат, меньшей 0,90, происходит загрязнение кубового продукта бутанолом и бутилацетатом.

Из органических слоев О₃ и О₄ дистиллата сепараторов 3 и 4 выделяют бинарную фракцию смесь бутанола и бутилацетата W₅ путем азеотропной ректификации в кубе ректификационной колонны 5. Полученный при этом дистиллат D₅ ректификационной колонны 5, представляющий собой тройную смесь воды, бутанола и бутилацетата близкого к азеотропу состава, расслаивают в сепараторе 6 на водный V₆ и органический О₆ слои. Водный слой V₆ подают со смесью отработанных бутанола и бутилацетата F₁ на орошение роторно-пленочного испарителя 1. Органический слой О₆ рециркулируют в ректификационную колонну 5 для выделения смеси бутанола и бутилацетата.

Выделение смеси бутанола и бутилацетата в ректификационной колонне 5 оптимально проводят при флегмовом числе R от 0,3 до 1,0 и доле отбора в дистиллат δ от 0,5 до 0,7. Снижение доли отбора в дистиллат ниже 0,5 и повышение флегмового числа выше 1,0 приводит к загрязнению кубового продукта W₅ водой. Увеличение доли отбора в дистиллат выше 0,7 и понижение флегмового числа ниже 0,3 приводит к нестабильной работе сепаратора 6.

Смесь бутанола и бутилацетата W₅ направляют в ректификационную колонну 7 для выделения бутилацетата W₇ путем азеотропной ректификации. В дистиллате D₇ колонны 7 получают смесь бутанола и бутилацетата азеотропного состава.

Выделение бутилацетата в ректификационной колонне 7 оптимально проводят при флегмовом числе R от 1,0 до 2,0 и доле отбора в дистиллат δ от 0,6 до 0,7. При флегмовых числах меньше 1,0 и доле отбора в дистиллат меньше 0,6 ухудшается качество бутилацетата вследствие его разбавления бутанолом. Увеличение флегмового числа выше 2,0 и доли отбора в дистиллат выше 0,7 приводит к понижению количества отводимого бутилацетата W₇, тем самым неоправданно увеличивая нагрузку ректификационной колонны 8.

Из дистиллата D₇ ректификационной колонны 7, состоящего из смеси бутанола и бутилацетата азеотропного состава, выделяют бутанол W₈ в ректификационной колонне 8 путем гетероазеотропной ректификации с водой.

В дистиллате D₈ колонны 8 получают тройную смесь воды, бутанола и бутилацетата. Этот дистиллат D₈ расслаивают в сепараторе 9 на водный слой V_g и органический слой О₉. Водный слой V₉ возвращают в ректификационную колонну 8 для ее орошения. Органический слой О₉ смешивают с органическими слоями О₃ и О₄ роторно-пленочных испарителей 1 и 2 для выделения смеси бутанола и бутилацетата в ректификационной колонне 5.

Выделение бутанола в ректификационной колонне 8 оптимально проводят при флегмовом числе R от 4,0 до 5,0 и доле отбора в дистиллат δ от 0,75 до 0,8. При флегмовых числах меньше 4,0 и доле отбора в дистиллат меньше 0,75 происходит загрязнение бутанола бутилацетатом. Увеличение флегмового числа выше 5,0 и доли отбора в дистиллат больше 0,8 снижается выход бутанола и увеличивается нагрузка на сепаратор 9, что приводит к неоправданному возрастанию рециклового потока, возвращающего органический слой О₉ дистиллата в ректификационную колонну 5.

Использование изобретения по сравнению с известными обеспечивает выделение бутанола и бутилацетата чистотой 99,0% из смеси отработанных растворителей, что позволит возвратить их в производство и снизить выбросы в окружающую среду. Кроме этого, снижается трудоемкость управления процессом разделения и повышается производительность ректификационных колонн.

П р и м е р 1 (оптимальные значения параметров). Поток отработанного бутилацетата, содержащий 62 мас. бутилацетата, 11 мол. бутанола и 27 мол. воды и поток отработанного бутанола, содержащий 8 мол. бутилацетата, 37 мол. бутанола и 55 мол. воды, очищают в роторно-пленочных испарителях с долей отбора в дистиллат 0,91, дистиллаты роторно-пленочных испарителей расслаивают в сепараторах на водные и органические слои, возвращают водные слои на орошение роторно-пленочных испарителей, а из органических слоев выделяют смесь бутанола и бутилацетата путем азеотропной ректификации в кубе ректификационной колонны эффективностью 15 т.т, работающей при атмосферном давлении и флегмовом числе 0,8 и доле отбора в дистиллат 0,6. Содержание воды в кубовом продукте колонны 0,5 мол. Полученный при этом дистиллат расслаивают в сепараторе на водный и органический слои, возвращают водный слой на орошение роторно-пленочного испарителя, а органический слой рециркулируют для выделения смеси бутанола и бутилацетата. Извлечение бутилацетата проводят путем азеотропной ректификации полученной смеси бутанола и бутилацетата на ректификационной колонне эффективностью 10 т.т, работающей при атмосферном давлении с флегмовым числом 1,5 и доле отбора в дистиллат 0,6 с получением в дистиллате смеси бутанола и бутилацетата азеотропного состава, из которой выделяют бутанол путем гетероазеотропной ректификации с водной в ректификационной колонне эффективностью 9 т.т при флегмовом числе 4,5 и доле отбора в дистиллат 0,76. Дистиллат колонны гетероазеотропной ректификации, близкий по составу к составу тройного азеотропа, расслаивают в сепараторе на водный слой, который возвращают для выделения бутанола и органический слой, который смешивают с органическими слоями роторно-пленочных испарителей для выделения смеси бутанола и бутилацетата. В качестве кубовых продуктов отбирают бутанол с содержанием 99,7 мол. и бутилацетат с содержанием 99,2 мол. отвечающие требованиям ГОСТ.

П р и м е р 2 (верхняя граница параметров разделения). Отработанные растворители состава, приведенного в примере 1, подвергают ректификации по примеру 1, но при флегмовом числе в колонне выделения смеси бутанола и бутилацетата, равным 1, и доле отбора в дистиллат 0,5. При этих параметрах содержание воды в кубовом продукте 0,7 мол. Выделение бутилацетата проводят при флегмовом числе 2,0 и доле отбора в дистиллат 0,6. В качестве кубового продукта отбирают бутилацетат с содержанием 99,2 мол. Выделение бутанола проводят при флегмовом числе 5,0 и доле отбора в дистиллат 0,75. В кубе колонны отбирают бутанол с содержанием 99,8 мол. Бутанол и бутилацетат отвечают требованиям ГОСТ.

П р и м е р 3 (нижняя граница параметров разделения). Отработанные растворители состава, приведенного в примере 1, подвергают ректификации по примеру 1, но при флегмовом числе в колонне выделения смеси бутанола и бутилацетата, равным 0,3, и доле отбора в дистиллат 0,7. При этих параметрах содержание воды в кубовом продукте 0,6 мол. Выделение бутилацетата проводят при флегмовом числе 1,0 и доле отбора в дистиллат 0,7. В качестве кубового продукта отбирают бутилацетат с содержанием 99,2% Выделение бутанола проводят при флегмовом числе 4,0 и доле отбора в дистиллат 0,8. В кубе колонны отбирают бутанол с содержанием 99,8 мол. Бутанол и бутилацетат отвечают требованиям ГОСТ.

П р и м е р 4 (за границами параметров разделения). Отработанные растворители состава, приведенного в примере 1, подвергают ректификации по примеру 1, но при флегмовом числе в колонне выделения смеси бутанола и бутилацетата, равным 0,1, и доле отбора в дистиллат 0,4. При этих параметрах содержание воды в кубовом продукте 1,7 мол. Выделение бутилацетата проводят при флегмовом числе 0,8 и доле отбора в дистиллат 0,6. В качестве кубового продукта отбирают бутилацетат с содержанием 98,7 мас. Выделение бутанола проводят при флегмовом числе 3,5 и доле отбора в дистиллат 0,8. В кубе колонны отбирают бутанол с содержанием 98,9 мол. Бутанол и бутилацетат не отвечают требованиям ГОСТ.

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ БУТАНОЛА, БУТИЛАЦЕТАТА И ВОДЫ ИЗ СМЕСИ, включающий выделение бутанола и бутилацетата в кубах ректификационных колонн путем азеотропной ректификации и расслаивания дистиллатных продуктов ректификации на водные и органические слои в сепараторах, при этом в качестве рециклового потока используют слои сепараторов, отличающийся тем, что предварительно очищают разделяемую смесь от примесей в роторно-пленочных испарителях с долей отбора в дистиллат от 0,90 до 0,92, дистиллаты роторно-пленочных испарителей расслаивают в сепараторах на водные и органические слои, возвращают водные слои на орошение роторно-пленочных испарителей, а из органических слоев выделяют смесь бутанола и бутилацетата путем азеотропной ректификации в кубе ректификационной колонны при флегмовом числе от 0,3 до 1,0 и доле отбора в дистиллат от 0,5 до 0,7, полученный при этом дистиллат расслаивают в сепараторе на водный и органический слой, возвращают водный слой на орошение роторно-пленочного испарителя, а органический слой рециркулируют для выделения смеси бутанола и бутилацетата, извлечение бутилацетата проводят путем азеотропной ректификации полученной смеси бутанола и бутилацетата при флегмовом числе от 1,0 до 2,0 и доле отбора в дистиллат от 0,6 до 0,7 с получением в дисталлате смеси бутанола и бутилацетата азеотропного состава, из которой выделяют бутанол путем гетероазеотропной ректификации с водой при флегмовом числе от 4,0 до 5,0 и доле отбора в дистиллат от 0,75 до 0,8, дистиллат колонны гетероазеотропной ректификации, состоящий из смеси воды, бутанола и бутилацетата, расслаивают в сепараторе на водный слой, который возвращают для выделения бутанола, и органический слой, который смешивают с органическими слоями роторно-пленочных испарителей для выделения смеси бутанола и бутилацетата.

РИСУНКИ

Рисунок 1