Ректификационная установка для очистки третичных аминов

 

Изобретение предназначено для органической химии, тепломассообменной техники и может быть использовано при получении гидрофобизаторов для нефтедобычи, моющих, антисептических и дезинфицирующих средств. Ректификационная установка состоит из ректификационной колонны 1, вакуумного пленочного испарителя 4, емкости 7 для исходной смеси, сборника-накопителя 5 конечного продукта, нагревателя 6, приспособлений для подачи исходной смеси и флегмы в колонну 1. В кубе 2 ректификационной колонны 1 установлена металлическая трубка 3 так, что ее нижний конец соединен со средством для подачи исходной смеси, верхний расположен над уровнем кубовой жидкости. Верхняя камера пленочного испарителя 4 сообщена с емкостью 7 для исходной смеси и с вакуумной системой, а нижняя - со средством для подачи исходной смеси в колонну 1. В пленочном испарителе 4 происходит отделение легкокипящих примесей - воды, диметиламина и др. от исходной смеси. Смесь подается в куб 2 колонны 1 по металлической трубке 3. По мере прохождения по трубке смесь подогревается кубовой жидкостью и начинает вскипать. Попадая на поверхность кубовой жидкости, смесь быстро вскипает, из нее удаляются легкокипящие компоненты, в состав которых входит целевая узкая фракция третичных аминов, например С₁₂-С₁₄. Тяжелые примеси, в том числе и тяжелые фракции третичных аминов, остаются в кубе 2. Легкокипящие компоненты поступают на окончательную очистку в ректификационную колонну 1. Изобретение позволяет получить готовый продукт с чистотой по целевой узкой фракции не менее 90 мас.%, регулировать в нем соотношение компонентов, увеличить производительность, повысить надежность и экономичность. Установка проста и компактна. 1 ил.

Изобретение относится к органической химии, а также к тепломассобменной технике и может быть использовано для перегонки и очистки различных смесей, в которых присутствуют третичные амины фракций С₈-С₂₅, некоторое количество легколетучих компонентов и тяжелых примесей.

Третичные амины широко используются для получения различных продуктов органического синтеза: гидрофобизаторов для нефтедобычи, моющих, антисептических и дезинфицирующих средств, четвертичноаммониевых соединений и т.д. В частности, для производства препаратов медико-санитарного назначения, обладающих моющими и дезинфицирующими свойствами, требуется сырье высокого качества - очищенные третичные амины, преимущественно фракции C₁₂-C₁₄, с содержанием основного вещества не менее 90%. При этом часто необходимо регулировать содержание этих фракций в целевом продукте.

Смесь технических третичных аминов является многокомпонентной В ее составе такие примеси, как тяжелые фракции алкиламинов, хлоралканы и т.д.

Известен способ выделения димера циклопентадиена и димера метилциклопентадиена и установка для его осуществления [1], в которой зона питания ректификационной колонны соединена с верхом роторно-пленочного испарителя. В нем происходит отделение мономеров циклопентадиена и метилциклопентадиена от высококипящцх углеводородов, представляющих собой тяжелую фракцию, которая может быть использована как теплоноситель и компонент моторного топлива. В ректификационной колонне, в свою очередь, происходит отделение циклопентадиена от метилциклопентадиена. С верха колонны отбирают циклопентадиен, с низа - метилциклопентадиен. В данном техническом решении роторно-пленочный испаритель использован для отделения легкой фракции - смеси мономеров циклопентадиена и метилциклопентадиена - от тяжелой фракции и для направления легкой фракции в зону питания ректификационной колонны. Такое техническое решение не позволяет производить очистку смеси технических гретичных аминов от примесей воды, легких фракций, а также выделять из нее узкую фракцию, например С₁₂-С₁₄, поскольку эта смесь состоит более чем из десяти различных компонентов. Задача разделения такой смеси усложняется еще и тем, что в ряде случаев ее компоненты образуют между собой трудно разделяемые азеотропы.

Известна ректификационная установка [2], снабженная узлом отпарки, содержащим кипятильник, циркуляционную линию и линию вывода кубового остатка, к которой присоединен противоточный пленочный испаритель, верхняя камера которого соединена с вводом паров в ректификационную колонну. Пленочный испаритель с принудительной циркуляцией в нем кубового остатка в данном техническом решении используется для снижения содержания низкокипящего компонента в кубовом остатке, что позволяет снизить диффузионное торможение переносу легкокипящего компонента кубовой смеси и тем самым максимально снизить концентрацию легкокипящих компонентов, концентрация которых близка к равновесным значениям. Это позволяет увеличить выход полезного продукта. Однако подобное техническое решение не может быть использовано для очистки смеси третичных аминов, поскольку оно позволяет только отделить вместе легкие фракции и целевой продукт от тяжелых фракций, которые остаются в кубовом остатке.

Учитывая то, что при очистке третичных аминов целевой является фракция C₁₂-C₁₄, необходимо сначала отделить примеси воды и легкокипящие фракции, в частности диметиламин, затем отогнать целевую фракцию, в то время как в кубовом остатке будет содержаться широкая гамма тяжелых фракций и продуктов высокотемпературного осмоления. Для отделения целевого продукта от легких фракций, воды и диметиламина необходимо использовать еще одну ректификационную колонну, т. к. известно, что одна ректификационная колонна позволяет разделить двухкомпонентную смесь, для разделения трехкомпонентной смеси необходима еще одна колонна и т.д. [3]. Очевидно, что для разделения технической смеси третичных аминов необходимо использовать установку, состоящую, как минимум, из десяти ректификационных колонн. Такая установка будет громоздкой, сложной и энергоемкой.

Наиболее близкой к заявленной является ректификационная установка [4], содержащая ректификационную колонну, приспособленную для подачи в нее исходной смеси, содержащей третичные амины, и для подачи части флегмы на орошение. Эта установка также включает емкость для исходной смеси и сборник-накопитель очищенных аминов. Недостатками этой установки являются ее сложность и громоздкость, невозможность разделения с ее помощью смесей, содержащих третичные амины с числом атомов углерода в алкильном радикале более 10.

Общим недостатком всех вышеперечисленных установок является то, что они не позволяют выделить из смеси третичных аминов узкую фракцию, содержащую, например, С₁₂-С₁₄.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение конструкции, повышение производительности установки, обеспечение стабильности процесса ректификации третичных аминов, повышение качества очистки, заключающееся в обеспечении высокой чистоты конечного продукта, выделении узкой фракции из смеси и возможности регулирования состава целевого продукта.

Это достигается тем, что ректификационная установка, включающая ректификационную колонну, приспособления для подачи в нее разделяемой смеси и для подачи части флегмы на орошение колонны, емкость для исходной смеси и сборник-накопитель конечного продукта, а также систему подогрева куба колонны, дополнительно снабжена вакуумным пленочным испарителем, верхняя камера которого соединена с выходным патрубком емкости для исходной смеси и сообщена с вакуумной системой, а нижняя его камера соединена с приспособлением для подачи исходной смеси в колонну, при этом куб колонны снабжен трубкой, нижняя часть которой соединена с приспособлением для подачи исходной смеси, а верхняя часть этой трубки расположена над поверхностью кубовой жидкости.

Такая конструкция позволяет перед подачей исходной смеси третичных аминов под действием вакуума в ректификационную колонну пропустить ее через пленочный испаритель, а затем посредством металлической трубки подать ее на поверхность кубовой жидкости. В пленочном испарителе из исходной смеси удаляются примеси воды и легколетучие компоненты еще до того, как она попадет в ректификационную колонну. Такие примеси выводятся из верхней камеры пленочного испарителя. В его нижнюю камеру поступает смесь, содержащая целевой продукт и тяжелые примеси. Это снижает вероятность захлебывания колонны, что особенно важно при высокой производительности.

По мере прохождения по металлической трубке смесь подвергается предварительному равномерному подогреву кубовой жидкостью, имеющей высокую температуру. Подача исходной смеси, очищенной от легколетучие компонентов, через слой тяжелых кубовых остатков, имеющих более высокую температуру кипения по сравнению с температурой кипения поступающей смеси, позволяет повысить скорость ее испарения и уменьшить энергетические затраты на ее нагрев до температуры кипения. Расположение трубки над поверхностью кубовой жидкости позволяет распределить разделяемую смесь по поверхности кубовой жидкости равномерным тонким слоем, из которого очень быстро испаряются легкокипящие продукты, в состав которых входит целевая фракция. Смесь, подаваемая в ректификационную колонну, уже достаточно хорошо очищена от легких и тяжелых примесей и обогащена целевой фракцией. В ректификационной колонне производится ее окончательная очистка.

В случае необходимости регулирования состава целевого продукта и обеспечения заданного соотношения компонентов получаемой узкой фракции третичных аминов полученный после ректификации продукт подвергают повторной ректификации до достижения заданного соотношения компонентов. Благодаря этому увеличивается производительность установки, обеспечивается стабильность ее работы. Конструкция достаточно проста и компактна.

На чертеже изображена схема установки.

Установка состоит из ректификационной колонны 1 с кубом 2, снабженным металлической трубкой 3, пленочного испарителя 4, сборника-накопителя 5 для конечного продукта - очищенных третичных аминов, нагревателя 6 с ТЭНами, заполненного высокотемпературным теплоносителем Т1, емкости 7 для исходной смеси технических третичных аминов, сборника 8 кубовых осадков. Пленочный испаритель 4, ректификационная колонна 1 и сборник-накопитель 5 для конечного продукта сообщены с вакуумной системой.

Установка работает следующим образом.

Исходное сырье - смесь технических третичных аминов - под действием вакуума поступает из емкости 7 для исходной смеси в пленочный испаритель 4, в котором поддерживают температуру 40-70^oС. В пленочном испарителе 4 в связи с резким падением давления уже при 40^oС вскипают вода, диметиламин и другие легкокипящие компоненты исходной смеси. Пары этих веществ, минуя рабочий объем колонны 1, выводятся из верхней камеры пленочного испарителя 4. Смесь, освобожденная от легких компонентов, содержащая целевую фракцию третичных аминов, стекает в нижнюю камеру пленочного испарителя 4. Далее эта смесь поступает по металлической трубке 3, установленной в кубе 2, на поверхность кубовой жидкости. Металлическая трубка 3 установлена так, что ее нижний конец соединен с приспособлением для подачи смеси в колонну 1, а верхний ее конец расположен над уровнем кубовой жидкости. По мере того как смесь поднимается по трубке, она прогревается кубовой жидкостью, которая, в свою очередь, может обогреваться теплоносителем, проходящим по змеевику или рубашке куба 2. В тот момент, когда смесь попадает на поверхность кубовой жидкости, она уже достаточно подогрета. Вскипание смеси начинается уже внутри трубки, а на поверхности кубовой жидкости происходит быстрое испарение легкокипящих компонентов, в состав которых входит узкая целевая фракция третичных аминов, например С₁₂-С₁₄. Таким образом, в ректификационную колонну 1 поступает смесь, максимально очищенная от легких примесей, удаленных в пленочном испарителе 4, а также от тяжелых примесей, остающихся в кубе 3, содержащая преимущественно целевой продукт - узкую фракцию третичных аминов. Окончательная очистка смеси происходит в ректификационной колонне 1. Готовый продукт - очищенные третичные амины узкой фракции с содержанием основного вещества не менее 90 мас.% - собираются на верхней тарелке колонны 1. Далее часть направляется в сборник-накопитель 5 для готового продукта. Другая часть готового продукта направляется на орошение колонны 1. Желаемое соотношение третичных аминов в готовом продукте обеспечивается регулированием количества флегмы, подаваемой на орошение колонны 1, и количества отбираемого конечного продукта, а также количеством циклов ректификации. Это позволяет получить высококачественный продукт.

Кроме того, использование пленочного испарителя, работающего при температуре, значительно меньшей, чем температура кипения целевой фракции, позволяет разделить потоки легкокипящих примесей и целевой фракции, тем самым снизить нагрузку внутри колонны по парогазовой фазе. Это, в свою очередь, приводит к увеличению производительности колонны по целевым фракциям третичных аминов, снижению вероятности уноса и захлебывания колонны. Установка проста и надежна в эксплуатации, компактна, экономична.

Источники информации 1. Заявка RU 94023772, кл. С 07 С 13/15, 1996.

2. Патент RU 2182030, кл. В 01 D 3/00. 10.05.2002.

3. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Москва, 1961, с. 566.

4. Патент RU 2145596, кл. С 07 С 209/84, 2000.

Формула изобретения

Ректификационная установка для очистки третичных аминов, содержащая ректификационную колонну, приспособления для подачи в нее разделяемой смеси и для подачи части флегмы на орошение колонны, емкость для исходной смеси, сборник-накопитель конечного продукта, а также систему подогрева куба, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена вакуумным пленочным испарителем, верхняя камера которого сообщена с емкостью для исходной смеси и с вакуумной системой, а его нижняя камера соединена с приспособлением для подачи исходной смеси в колонну, при этом в кубе колонны установлена металлическая трубка таким образом, что ее нижняя часть соединена с приспособлением для подачи исходной смеси, а верхняя ее часть расположена над поверхностью кубовой жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1