РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РАЗДЕЛЕНИЯ СПИРТОВОЙ СМЕСИ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
Аннотация
Статья посвящена разработке технологии регенерации растворителей производства капролактама из смеси, содержащей н-бутанол, амилол, циклогексанон, циклогексанол, а также изоамилол и циклопентанон в примесных количествах. Для исследования фазового равновесия и процесса разделения выбран вычислительный эксперимент с использованием AspenPlus V.10.0. Параметры уравнения Non Random Two Liquid позволяют воспроизводить данные парожидкостного равновесия и азеотропные свойства системы с относительной ошибкой, не превышающей 5%. Разделение смеси обычной ректификацией затруднительно, что вызвано наличием трех бинарных азеотропов, а также трех пар компонентов, характеризующихся близкими летучестями. При уменьшении давления наблюдается усложнение структуры фазовой диаграммы из-за появления новых азеотропов. Предложена технологическая схема регенерации растворителей, основанная на использовании непрерывной ректификации. Схема содержит пять колонн. На первом этапе предполагается предварительное фракционирование смеси (режим промежуточного заданного разделения в первой колонне) с полным выделением в кубе циклогексанона и циклогексанола (для разделения данной пары используется ректификация при пониженном давлении, в дистилляте - смеси бутанола и амилола с примесными компонентами. Для очистки бутанола и амилола от примесей предложена экстрактивная ректификация с этиленгликолем. В присутствии последнего повышается летучесть бутанола по отношению к другим компонентам. Четвертая колонна предназначена для регенерации разделяющего агента. Отделение амилола предусмотрено в кубе пятой колонны. Определены статические параметры работы колонн (число тарелок, тарелка питания, флегмовое число, соотношение количеств исходной смеси и разделяющего агента), отвечающие минимальным энергозатратам и обеспечивающие получение веществ товарного качества.
Для цитирования:
Фролкова А.В., Фролкова А.К. Разработка технологии разделения спиртовой смеси растворителей. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 1. С. 93-98. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6670.
Литература
Kumar R., Shah S., Das P.P., Bhabavanbhai G.G., Al Fatesh A., Chowdhury B. An overview of caprolactam synthesis. Catal. Rev. - Sci. Eng. 2019. V. 61. N 4. P. 516-594. DOI: 10.1080/01614940.2019.1650876.
Sun S., Liu S., Yu F., Zhang J., Xing W., Yu S. High-yield and high-efficiency conversion of cyclohexanone oxime to ε-caprolactam in a green and facile reaction process over deep eutectic solvents. Chem. Eng. Sci. 2022. V. 253. P. 117519. DOI: 10.1016/j.ces.2022.117519.
Thomas J.M., Raja R. Design of a “green” one-step catalytic production of ε-caprolactam (precursor of nylon-6). Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2005. V. 102. N 39. P. 13732-13736. DOI: 10.1073/pnas.0506907102.
Elvira O., Greiner C., Inoguchi Y. Chemical Economics Handbook. Cyclohexanol and cyclohexanone. 2016. P. 39.
Gruszka M., Malinowski T., Rygiel S. CYCLOPOL and CYCLOPOL-bis, technology for cyclohexanone in India. J. Chemik. 2012. V. 66. N 10. P. 1089-1094.
Frolkova, A.K., Maevskii, M.A., Oshanina, I.V., Frolkova, A.V. Cyclohexanone: The main methods of obtaining and extracting target products from a reaction mixture. Theor. Found. Chem. Eng. 2018. V. 52. N 4. P. 653–660. DOI: 10.1134/S0040579518040097.
Katunina E.P., Polyakova L.V., Garber Yu.N. Devel-opment of technology for the regeneration of solvents from the production waste of ɛ-caprolactam. Abstr, of Republ. sci.-tech. seminar Life safety and environmental problems in the regions of Siberia and the Far East. Bla-goveshchensk. 1992. P. 56-57 (in Russian).
Frolkova A.V., Logachev D.S., Ososkova T.E. Separa-tion of diethyl ether + hexane + ethyl acetate + ethanol quaternary system via extractive distillation. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 10. P. 59-63. DOI: 10.6060/ivkkt.20206310.6228.
Katunina E.P., Marchenko I.M., Chervova O.V., Polyakova L.V., Garber Yu.N. The study of vapor-liquid equilibrium and azeotropy in binary constituents of the alcohol fraction of the production of ɛ-capralactam. Zhurn. Prikl. Khim. 1992. V. 65. N 9. P. 2028-2033 (in Russian).
Katunina E.P., Samchuk N.N., Vishnevskaya N.A. The study of phase equilibria in the ternary constituents of the alcohol fraction of the production of ɛ-capralactam. Zhurn. Prikl. Khim. 1992. V. 65. N 11. P. 2485-2489 (in Russian).
Serafimov L.A. State of the art in the thermodynamic and topological analysis of phase diagrams. Theor. Found. Chem. Eng. 2009. V. 43. N 3. P. 268–278. DOI: 10.1134/S0040579509030051.
Serafimov L.A., Frolkova A.V. Determination of vapor-liquid equilibrium diagrams of multicomponent systems. Chem. Pap. 2016. V. 70. P. 1578-1589. DOI: 10.1515/chempap-2016-0091.
Peshekhontseva M.E., Maevskiy M.A., Gaganov I.S., Frolkova A.V. Areas of energy advantage for flowsheets of separation modes for mixtures containing components with similar volatilities. Tonk. Khim. Tekhnol. 2020. V. 15. N 3. P. 7-20 (in Russian). DOI: 10.32362/2410-6593-2020-15-3-7-20.
Frolkova A.V., Shashkova Y.I., Frolkova A.K., Ma-yevskiy M.A. Comparison of alternative methods for methyl acetate+ methanol+ acetic acid+ acetic anhydride mixture separation. Fine Chem. Technol. 2019. V. 14. N 5. P. 51–60. DOI: 10.32362/2410-6593-2019-14-5-51-60.
Ryzhkin D.A., Raeva V.M. Analysis of energy consumption of extractive distillation flowsheets of four-component solvent mixture. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 6. P. 47-55 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216406.6326.
Gerbaud V., Rodriguez-Donis I., Hegely L., Lang P., Denes F., You X.Q. Review of extractive distillation. Process design, operation, optimization and control. Chem. Eng. Res. Des. 2019. V. 141. P. 229. DOI: 10.1016/j.cherd.2018.09.020.
Frolkova A.K. Separation of azeotropic mixtures. Physical and chemical bases and technological techniques. M.: Gumanitar. Izd. tsentr VLADOS. 2010. 192 p. (in Rus-sian).
Benyounes H., Shen W., Gerbaud V. Entropy flow and energy efficiency analysis of extractive distillation with a heavy entrainer. Ind. Eng. Chem. Res. 2014. V. 53. N 12. P. 4778-4791. DOI: 10.1021/ie402872n.
Anokhina E.A. Energy saving in the processes of extractive distillation. Vestn. MITKhT im. M.V. Lomonosov. 2013. V. 8. N 5. P. 3-19 (in Russian).
Polyanskiy A., Blinichev V., Chagin O. Criteria for evaluating the efficiency of distillation columns. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 59. N 1. P. 3-8 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20165901.5234.
Zakharov M.K., Egorov A.V., Podmetenny A.A. Liquid mixtures separation and heat consumption in the process of distillation. Tonk. Khim. Tekhnol. 2021. V. 16. N 1. P. 7-15 (in Russian). DOI: 10.32362/2410-6593-2021-16-1-7-15.
