Методы разделения азеотропных смесей

Получение. В промышленности метилэтилкетон получают из бутенов, содержащихся в бутан-бутиленовой фракции газов переработки нефти. Первая стадия - гидратация бутенов 70-80%-ной H2SO4 при 30-40 ОС и давлении ~0,1 МПа в 2-бутанол с промежуточным образованием 2-бутилсульфата CH3CH(OSO3H)C2H5. 2-Бутанол выделяют ректификацией и превращают в метилэтилкетон дегидрированием при 400-500 ОС (кат. –ZnO на пемзе, цинк-медный) или окислительным дегидрированием при 500 ОС в присутствии Ag на пемзе. Недостатки процесса: образование большого количества сточных вод на стадии гидратации, высокие энергозатраты, связанные с необходимостью концентрирования H2SO4. Разработаны и внедрены процессы прямой гидратации бутенов с использованием гетерополикислот и сульфокатионитов в качестве катализаторов, не имеющие указанных недостатков. Перспективно получение метилэтилкетона окислением бутенов на гомогенном катализаторе – водном растворе соли Pd и обратимо действующего окислителя (например, фосфорномолибденванадиевой гетерополикислоты).

Применение. Используется как растворитель перхлорвиниловых, нитроцеллюлозных, полиакриловых лакокрасочных материалов и клеев, типографских красок, депарафинизации смазочных масел и обезмасливания парафинов (удаление смеси масла и низкоплавкого парафина); промежуточный продукт в производстве пероксида метилэтилкетона (отвердитель полиэфирных смол), втор-бутиламина, оксима метилэтилкетона (антиоксидант) и др.

Безопасность, токсичность. Температура вспышки -2,2 ОС, КПВ 1,97-10,2%. Раздражает слизистые оболочки глаз, носа, горла; ПДК 200мг/м3.

Этилцеллозольв (2-этоксиэтанол)

C

2

H

5

OCH

2

CH

2

OH

Физические свойства. Молярная масса 90,12; бесцветная горючая жидкость со слабым спиртовым запахом; ТПЛ=-70 ОС; ТКИП=135,6 ОС. Плотность 0,9311 г/см3. Смешивается со спиртами и органическими растворителями во всех соотношениях.

Химические свойства. Этилцеллозольв обладает свойствами, характерными для этиленгликоля и простых эфиров. Металлы и их гидроксиды легко замещают водород гидроксильной группы; при взаимодействии с карбоновыми кислотами образуются сложные эфиры, например с уксусной кислотой – целлозольвацетат

С2Н5ОСН2СН2ОН + СН3СООН = С2Н5ОСН2СН2ОСОСН3

При оксиэтилировании – эфиры этиленгликолей.

Получение. В промышленности этилцеллозольв получают взаимодействием этиленоксида с этанолом при 150-200 ОС и давлении 2-4МПа в присутствии гомогенных (кислоты, щелочи) или гетерогенных (цеолиты, алюмосиликаты, силикагели и др.) катализаторов. Возможно также получение взаимодействием этиленхлоргидрина и алкоголята Na.

Применение. Применяется в качестве растворителя лакокрасочных материалов, производстве растворителей для нитратов, ацетатов целлюлозы, фенолформальдегидных, полиэфирных и эпоксидных смол. Используется как присадка к моторным и реактивным топливам. Входит в состав антиобледенительных жидкостей. Применяется в чистящих средствах, при печатании, в производстве кино- и фотопленки.

Безопасность, токсичность. Легковоспламеняющаяся токсичная жидкость. Температура вспышки 48,9 ОС, температура самовоспламенения 237,8 ОС, КПВ 2,6-15,7%. Пары ядовиты; накапливаясь в организме, может вызвать изменения в печени и почках; при хронических отравлениях поражают, главным образом, центральную нервную систему и слизистые оболочки. Всасываются через кожу, вызывают дерматит, при приеме внутрь - смерть. ПДКРЗ – 10мг/м3.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

.

Целью настоящей работы является определение оптимальных рабочих параметров процесса экстрактивной ректификации смеси толуол–этилцеллозольв азеотропного состава

в сложной колонне с боковой укрепляющей секцией. К таким параметрам относятся температура и расход разделяющего агента, тарелки подачи исходной смеси и экстрактивного агента, уровень отбора в боковую секцию и величина бокового отбора. В качестве критерия оптимизации использовали энергетические затраты в кипятильнике колонны.

Решение поставленной задачи осуществляли путем вычислительного эксперимента с использованием программного комплекса РRО-П.

3. РАСЧЕТНО–ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Критерий оптимизации.

В качестве критерия оценки эффективности применения комплекса с частично связанными тепловыми и материальными потоками мы использовали суммарные энергетические затраты в кубах простых двухсекционных колонн (SQкипПДК) и кубах сложной колонны с боковой исчерпывающей секцией (SQкипСК). При этом SQкипСК рассчитывались исходя из уравнения общего теплового баланса сложной колонны с боковой секцией, которое имеет вид следующий вид: