СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ЭТИЛХЛОРСИЛАНОВ Российский патент 2019 года по МПК B01D3/14 C07F7/20 C01B33/107 

Изобретение относится к химической технологии элементоорганического синтеза, в частности, к способу непрерывного разделения смеси этилхлорсиланов (ЭХС), получающейся в процессе синтеза этилхлорсиланов после предварительной очистки от хлористого этила (ХЭ).

Этилхлорсиланы в промышленности получают взаимодействием измельченного металлического кремния с хлористым этилом. Реакция протекает при повышенных температурах (250-350°С) и давлении (от 0,1 до 0,3 МПа изб.), в присутствии катализатора: меди или ее соединений. Пылегазовая смесь, состоящая из ЭХС и ХЭ, выходящая из реактора синтеза, подвергается очистке от пыли непрореагировавшего кремния и далее поступает на конденсацию и разделение на сырец этилхлорсиланов и непрореагировавший хлористый этил. Непрореагировавший хлористый этил возвращается на синтез этилхлорсиланов. Смесь этилхлорсиланов поступает на стадию ректификационного разделения для получения индивидуальных товарных продуктов.

Общеизвестным способом разделения смеси ЭХС на индивидуальные этилхлорсиланы является способ их последовательного выделения на ректификационных колоннах, каждая из которых имеет одну точку ввода питания колонны, одну точку отбора дистиллята и одну точку отбора кубовой жидкости (Ю.К. Молоканов и др., Разделение смесей кремнийорганических соединений. - 2-е изд., перераб. и доп .- Л.: Химия, 1986. - 336 с).

В соответствии с общеизвестным способом используют простые ректификационные колонны (фиг. 1), каждая из которых оборудована собственным дефлегматором и кипятильником. Смесь этилхлорсиланов (1) подают на ректификационную колонну (I) - колонну выделения высококипящих продуктов. На ректификационной колонне (I) в качестве кубовой жидкости (2) выделяют высококипящие продукты с температурой кипения выше, чем у диэтилдихлорсилана (ДЭДХС), а все остальные продукты исходной смеси получают как дистиллят (3) колонны (I). Далее дистиллят (3) колонны (I) поступает как питание в колонну (II) - колонну выделения легкокипящих продуктов, где в качестве кубовой жидкости (4) получают смесь целевых этилхлорсиланов, а в качестве дистиллята (5) получают легкокипящие продукты с температурой кипения ниже, чем у этилдихлорсилана (ЭДХС). На колонне (III) из смеси трех целевых этилхлорсиланов (4) выделяют этилдихлорсилан (ЭДХС) как дистиллят (6). Кубовая жидкость (7) колонны (III), представляющая собой смесь этилтрихлорсилана (ЭТХС) и ДЭДХС поступает на колонну (IV), где в качестве дистиллята (8) получают ЭТХС, а в качестве кубовой жидкости (9) ДЭДХС.

Смесь целевых ЭХС, поступающая на колонну (II), кроме ЭДХС, ЭТХС и ДЭДХС содержит ряд среднекипящих примесей, количество которых не является постоянным и зависит от условий проведения синтеза этилхлорсиланов и качества используемого сырья. При необходимости, очистка конечных целевых продуктов от этих примесей осуществляется на дополнительных ректификационных колоннах непрерывного или периодического действия. Дополнительная очистка может осуществляться или после предварительного разделения исходной смеси на конечные продукты, или отдельные стадии дополнительной очистки могут встраиваться в общий порядок разделения смеси как промежуточные стадии.

Недостатком данной схемы является большое количество используемых единиц оборудования, большие объемы хранения промежуточных фракций, большие технологические площади, требуемые для размещения всего этого оборудования, и высокие удельные энергозатраты, необходимые для разделения исходной смеси этилхлорсиланов. Таким образом, существует потребность в способе разделения этилхлорсиланов, в котором устранены недостатки известного технического решения, основанного на разделении смеси продуктов на индивидуальные компоненты посредством их последовательного выделения на простых ректификационных колоннах.

В технологии ректификационного разделения смесей органических веществ известно использование сложных колонн с внутренней разделяющей стенкой (US №2471134, опуб. 24.05.1949, B01D 3/14). В настоящее время колонны такого типа находят все более широкое применение (Dividing wall columns in chemical process industry: A review on current activities / Omer Yildirim, Anton A. Kiss, Eugeny Y. Kenig // Separation and Purification Technology, v. 80 (2011), No. 3, pp. 403-417). Колонны с внутренней разделяющей стенкой внутри одного внешнего корпуса имеют вертикальные элементы (одна или несколько разделяющих стенок), разделяющие внутреннее пространство колонны на несколько термодинамически связанных секций. За счет этого становится возможным на одном колонном аппарате получать три и более продукта. Чистота конечных продуктов при этом значительно выше, чем в случае использования аналогично расположенных по высоте колонны боковых отборов в простой ректификационной колонне.

Использование сложных колонн с внутренней разделяющей стенкой для ректификационного разделения кремнийорганических смесей известно для производства полупроводникового кремния (CN №102826553, опуб. 26.11.2014, С01В 33/107). Согласно данному способу, смесь дихлорсилана (ДХС), трихлорсилана (ТХС) и четыреххлористого кремния (ЧХК) поступает в сложную ректификационную колонну с внутренней разделяющей стенкой, не касающейся верха и низа колонны. Внутреннее пространство колонны делится разделяющей стенкой на четыре секции: общую верхнюю, общую нижнюю, секцию предварительного разделения и секцию основного разделения. Смесь хлорсиланов поступает в секцию предварительного разделения, из которой пары трихлорсилана без примеси ЧХК уходят в верхнюю секцию, а жидкий трихлорсилан без примеси ДХС поступает в нижнюю секцию. В верхней секции происходит выделение ДХС как дистиллята, а жидкость, обогащенная ТХС, делится между секциями предварительного и основного разделения. В нижней секции происходит выделение ЧХК как кубовой жидкости, а пары, обогащенные ТХС, делятся между секциями предварительного и окончательного разделения. В секции окончательного разделения чистый ТХС выводится из колонны как боковой отбор, а смеси, обогащенные ДХС и ЧХК возвращаются, соответственно, в виде паров в верхнюю секцию и в виде жидкости в нижнюю секцию.

Описанное использование одной ректификационной колонны с внутренней разделяющей стенкой позволяет, по сравнению с применением двух простых колонн, получить три целевых продукта высокой чистоты с меньшими на 30% энергозатратами.

Однако, в научно-технической и патентной литературе отсутствуют сведения об использовании таких колонн для разделения смесей алкилхлорсиланов, в частности, смеси этилхлорсиланов.

Техническая задача представленного изобретения заключается в создании усовершенственного, менее энергоемкого способа разделения смеси этилхлорсиланов.

Технический результат заявленного изобретения заключается в снижении общих энергетических затраты на разделение смеси не менее чем на 25% за счет усовершенствования пространства колонн, осуществляемого с помощью внутренних разделяющих стенок, и организации внутренних термодинамически связанных потоков.

Заявленный технический результат достигается тем, что предложен способ непрерывного разделения смеси этилхлорсиланов в двух последовательно расположенных ректификационных колоннах, представляющих собой:

а) первую колонну первичного разделения смеси этилхлорсиланов, в продольном направлении которой установлена разделительная стенка, не достигающая верха и низа колонны, формирующая секции предварительного разделения, окончательного разделения, общую вышележащую секцию и общую нижележащую секцию; причем питание колонны поступает в секцию предварительного разделения; головной поток колонны, уходящий из общей вышележащей секции и содержащий легкокипящие компоненты, конденсируется в дефлегматоре колонны, часть конденсата возвращается в колонну в виде флегмы и часть конденсата удаляется как дистиллят; уходящая из общей нижележащей секции жидкость, содержащая высококипящие продукты, частично испаряется в кипятильнике колонны и возвращается в нижнюю часть колонны, а не испарившаяся часть выводится в виде кубовой жидкости; фракция товарных продуктов, состоящая из этилдихлорсилана, этилтрихлорсилана и диэтилдихлорсилана, удаляется как боковой поток из секции окончательного разделения и поступает для дальнейшего разделения на вторую колонну;

б) вторую колонну выделения целевых этилхлорсиланов, в продольном направлении которой установлена разделительная стенка, достигающая верха колонны, формирующая секции предварительного разделения, окончательного разделения и общую нижележащую секцию; причем смесь этилдихлорсилана, этилтрихлорсилана и диэтилдихлорсилана в виде питания колонны поступает в секцию предварительного разделения; этилдихлорсилан, покидающий колонну из верхней части секции предварительного разделения, конденсируется в собственном дефлегматоре, часть конденсата возвращается в колонну в секцию предварительного разделения в виде флегмы и часть конденсата удаляется как дистиллят; этилтрихлорсилан, покидающий колонну из верхней части секции окончательного разделения, конденсируется в собственном дефлегматоре, часть конденсата возвращается в колонну в секцию окончательного разделения в виде флегмы и часть конденсата удаляется как дистиллят; диэтилдихлорсилан уходящий из общей нижележащей секции в виде жидкости, частично испаряется в кипятильнике колонны и возвращается в нижнюю часть колонны, а не испарившаяся часть выводится в виде кубовой жидкости.

Предпочтительно первая колонна первичного разделения смеси этилхлорсиланов имеет 40-80 теоретических тарелок в секции предварительного разделения, 40-80 теоретических тарелок в секции окончательного разделения, 35-45 теоретических тарелок в общей вышележащей секции и 10-15 теоретических тарелок в общей нижележащей секции.

В варианте выполнения первая колонна первичного разделения смеси этилхлорсиланов работает при флегмовом числе от 15 до 30, при доле жидкости, поступающей из общей вышележащей секции на орошение секции предварительного разделения 5-25% мас, и при доле пара, поступающего из общей нижележащей секции в секцию предварительного разделения 30-60% мас.

Предпочтительно тарелка питания первой колонны первичного разделения смеси этилхлорсиланов расположена на высоте 45-65% от высоты секции предварительного разделения, считая сверху, и боковой отбор осуществляется из секции окончательного разделения на высоте 40-60% от высоты секции окончательного разделения, считая сверху.

Предпочтительно первая колонна первичного разделения смеси этилхлорсиланов работает при давлении в интервале от 0,7 до 2,0 атм(абс) в кубовой части колонны.

Предпочтительно вторая колонна выделения целевых этилхлорсиланов имеет 40-60 теоретических тарелок в секции предварительного разделения, 20-50 теоретических тарелок в секции окончательного разделения и 10-20 теоретических тарелок в общей нижележащей секции.

Предпочтительно вторая колонна выделения целевых этилхлорсиланов работает при флегмовом числе от 1,5 до 5,0 для секции предварительного разделения, при флегмовом числе от 1,0 до 3,0 для секции окончательного разделения и при доле пара, поступающего из общей нижележащей секции в секцию предварительного разделения 50-70% мас.

Предпочтительно тарелка питания второй колонны выделения целевых этилхлорсиланов расположена на высоте 45-55% от высоты секции предварительного разделения, работает при давлении в интервале от 0,7 до 4,0 атм (абс) в кубовой части колонны.

Согласно предлагаемому способу для разделения смеси этилхлорсиланов используют две последовательные ректификационные колонны, каждая из которых снабжена внутренней разделительной стенкой (фиг. 2). В первой колонне (I) разделительная стенка не доходит ни до верха, ни до низа колонны, разделяя тем самым внутреннее пространство колонны (I) на четыре секции. Со стороны ввода питания, по одну сторону разделительной стенки, находится секция предварительного разделения (I-1). По другую сторону разделительной стенки находится секция окончательного разделения (I-2), снабженная боковым отбором. Выше разделительной стенки находится общая вышележащая секция (I-3), снабженная дефлегматором для конденсации уходящих с колонны паров и возврата флегмы обратно в колонну (I). Ниже разделительной стенки находится общая нижележащая секция (I-4), оборудованная кипятильником для частичного испарения стекающей с нижней тарелки жидкости и ее возврата в колонну (I) в виде пара.

Во второй колонне (II) разделительная стенка прилегает к верху колонны и делит внутреннее пространство колонны на три секции. Со стороны ввода питания, по одну сторону разделительной стенки, находится секция предварительного разделения (II-1), снабженная собственным дефлегматором для конденсации уходящих с колонны паров и возврата флегмы обратно в колонну в секцию предварительного разделения (II-1). По другую сторону разделительной стенки находится секция окончательного разделения (II-2), снабженная собственным дефлегматором для конденсации уходящих с колонны паров и возврата флегмы обратно в колонну в секцию окончательного разделения (II-2). Ниже разделительной стенки находится общая нижележащая секция (II-3), оборудованная кипятильником для частичного испарения стекающей с нижней тарелки жидкости и ее возврата в колонну (II) в виде пара.

Исходная смесь этилхлорсиланов (1), подогретая, при необходимости, до температуры кипения или выше, поступает в колонну (I) в секцию предварительного разделения (I-1), имеющую 40-80 теоретических тарелок, на высоте 45-65% от высоты секции (I-1), считая сверху. В этой секции колонны происходит предварительное разделение исходной смеси таким образом, чтобы верх секции (I-1) покидала смесь без высококипящих компонентов и далее поступала в общую вышележащую секцию (I-3), а снизу секции (I-1) стекала жидкость без легкокипящих компонентов и далее поступала в общую нижележащую секцию (I-4). В общей вышележащей секции (I-3), имеющей 35-45 теоретических тарелок, происходит очистка паров, поступающих из секций (I-1) и (I-2), от этилхлорсиланов таким образом, что уходящие с верха секции (I-3) пары содержали не более 1,0% ЭДХС. После конденсации этих паров и частичного возврата конденсата в виде флегмы (флегмовое число от 15 до 30) в колонну (I) в секцию (I-3), оставшаяся часть легкокипящих продуктов выводится как дистиллят (5). Жидкий поток, поступающий в секцию (I-3) в виде флегмы, по мере протекания через секцию (I-3) обогащается этилхлорсиланами и 5-25% мас стекающей из нижней части секции (I-3) жидкости поступает как орошение в секцию предварительного разделения (I-1), а оставшаяся часть поступает как орошение в секцию окончательного разделения (I-2). Орошение общей нижележащей секции (I-4), имеющей 10-15 теоретических тарелок, осуществляется совместно потоками жидкости, уходящими с нижней части секций (I-1) и (I-2). В секции (I-4) происходит выделение этилхлорсиланов из стекающей жидкости таким образом, что колонну (I) в виде кубовой жидкости (2) покидают высококипящие продукты, содержащие не более 10% диэтилдихлорсилана. Пары, образовавшиеся в кипятильнике колонны (I) и поступившие в нижнюю часть секции (I-4), поднимаясь вверх колонны обогащаются легкокипящими компонентами, после чего 30-60% мас покидающих секцию (I-4) паров поступает в нижнюю часть секции (I-1), а оставшаяся часть паров поступает в нижнюю часть секции (I-2). В секции окончательного разделения (I-2), имеющей 40-80 теоретических тарелок, происходит ректификационная очистка смеси этилхлорсиланов таким образом, что максимальная концентрация легкокипящих и высококипящих компонентов достигается в области 40-60% от высоты секции, считая сверху. В данной области секции (I-2) расположен боковой отбор колонны (I), через который выводится смесь целевых этилхлорсиланов (4).

Смесь (4) этилхлорсиланов (этилдихлорсилан, этилтрихлорсилан и диэтилдихлорсилан), выделенная на колонне (I) и подогретая, при необходимости, до температуры кипения или выше, поступает как питание на колонну (II) в секцию предварительного разделения (II-1). Высота секции составляет 40-60 теоретических тарелок, тарелка питания расположена на 45-55% от высоты секции, считая сверху. Высоты данной секции достаточно для того, чтобы в жидкости, стекающей из секции (II-1) в общую нижележащую секцию (II-3), практически отсутствовал этилдихлорсилан. Весь этилдихлорсилан (6), содержащий не более 0,15% легкокипящих компонентов и не более 0,02% этилтрихлорсилана, как целевой продукт ректификационного разделения исходной смеси (1) покидает колонну (II) через верх секции (II-1). Секция (II-1) оборудована собственным дефлегматором, обеспечивающим необходимое орошение секции (II-1) с флегмовым числом 1,5-5,0. Общая нижележащая секция (II-3) орошается жидкостью, стекающей из секций (II-1) и (II-2). По мере прохождения общего потока жидкости через секцию (II-3), имеющую высоту 10-20 теоретических тарелок, происходит обогащение жидкости диэтилдихлорсиланом таком образом, что колонну (II) в виде кубовой жидкости покидает диэтилдихлорсилан (9), содержащий не более 0,05% высококипящих компонентов и не более 0,15% этилтрихлорсилана. Пары, образовавшиеся в кипятильнике колонны (II) и поступившие в нижнюю часть секции (II-3), поднимаясь вверх колонны обогащаются легкокипящими компонентами, после чего 50-70% мас покидающих секцию (II-3) паров поступает в нижнюю часть секции предварительного разделения (II-1), а оставшаяся часть паров поступает в нижнюю часть секции окончательного разделения (II-2). В секции (II-2), имеющей 20-50 теоретических тарелок, происходит ректификационное разделение паров этилтрихлорсилана и диэтилдихлорсилана таким образом, что в парах, покидающих секцию (II-2) практически отсутствует диэтилдихлорсилан. Пары, покидающие секцию (II-2), конденсируются в собственном дефлегматоре, обеспечивающем орошение секции (II-2) с флегмовым числом от 1,0 до 3,0. Оставшаяся часть конденсата, представляющая собой этилтрихлорсилан (8), содержащий не более 0,02% этилдихлорсилана и не более 0,05% диэтилдихлорсилана, покидает колонну (II).

Использование предлагаемого способа разделения смеси этилхлорсиланов обеспечивает высокую степень чистоты индивидуальных целевых продуктов, при этом позволяет снизить общие энергетические затраты на разделение смеси не менее, чем на 25%. Уменьшение вдвое числа ректификационных колонн позволяет в два раза сократить число единиц оборудования, обслуживающих колонны (подогрев питания, дефлегматоры, кипятильники, флегмовые емкости, флегмовые насосы) и в три раза сократить объем емкостного парка, необходимый для хранения промежуточных продуктов разделения.

Количество теоретических тарелок в секциях колонны зависит, в частности, от состава исходной смеси этилхлорсиланов, поступающей на разделение, и от технических требований, предъявляемых к чистоте целевых этилхлорсиланов. От этих же условий зависит окончательный выбор тарелки питания для колонны (I) и для колонны (II). Предпочтительная конфигурация колонн (I) и (II) описана в примере 2.

Для достижения требуемой эффективности разделения этилхлорсиланов в секциях колонны могут быть использованы различные виды насадок, такие как кольца Рашига, кольца Палля, седла Берля, седла Инталокс и аналогичные им. Предпочтительно использование структурированных насадок, таких, как ВХ-насадка, CY-насадка, насадки Mellapak, Kerapak, Montz и аналогичные им. При необходимости могут быть использованы тарельчатые массообменные элементы любой конструкции, при которой исключается образование застойных зон на тарелке, а именно, провальные тарелки и тарелки с фиксированным клапаном.

Сложные колонны с внутренней разделяющей стенкой, предлагаемые в настоящем изобретении, могут работать при любых давлениях в интервале от 0,7 до 2,0 атм(абс) в кубе колонны (I) и в интервале от 0,7 до 4,0 атм(абс) в кубе колонны (II). С целью повышения эффективности колонн, более оптимально осуществлять разделение смеси этилхлорсиланов при давлении в интервале от 0,7 до 1,0 атм(абс) в кубе колонны (I) и в интервале от 1,0 до 1,3 атм(абс) в кубе колонны (II).

Пример 1 (сравнительный)

Известный способ разделения смеси этилхлорсиланов представлен на рисунке 1. Высоты колонн и положение тарелок питания были оптимизированы по энергетическому критерию (Перерва О.В., Гартман Т.Н. Компьютерное моделирование статических и динамических режимов работы ректификационных установок: практическое руководство для технологов и проектировщиков / М.: ДеЛи плюс, 2016. - 206 с.)

В ректификационную колонну (I), имеющую 30 теоретических тарелок, на тарелку питания 22 (считая сверху) подают исходную смесь этилхлорсиланов (1), имеющую состав, указанный в таблице 1. При давлении в кубе колонны 0,75 атм(абс) и флегмовом числе 0,89 в качестве кубовой жидкости выделяют высококипящие компоненты смеси (с температурой кипения выше, чем у диэтилдихлорсилана), а остальные этилхлорсиланы получают в виде дистиллята (3) колонны (I).

В ректификационную колонну (II), имеющую 84 теоретических тарелки, на тарелку питания 64 (считая сверху) подают дистиллят (3) колонны (I). При давлении в кубе колонны 2,26 атм(абс) и флегмовом числе 15,84 в качестве дистиллята (5) выделяют легкокипящие компоненты смеси (с температурой кипения ниже, чем у этилдихлорсилана), а остальные этилхлорсиланы получают в виде кубовой жидкости (4) колонны (II).

В ректификационную колонну (III), имеющую 51 теоретическую тарелку, на тарелку питания 26 (считая сверху) подают кубовую жидкость (4) колонны (II). При давлении в кубе колонны 1,17 атм(абс) и флегмовом числе 2,85 в качестве дистиллята (5) выделяют этилдихлорсилан чистотой более 99%, а смесь этилтрихлорсилана и диэтилдихлорсилана получают в виде кубовой жидкости (7) колонны (III).

В ректификационную колонну (IV), имеющую 38 теоретических тарелок, на тарелку питания 23 (считая сверху) подают кубовую жидкость (7) колонны (III). При давлении в кубе колонны 0,74 атм(абс) и флегмовом числе 1,07 в качестве дистиллята (8) выделяют этилтрихлорсилан чистотой более 99%, а диэтилдихлорсилан чистотой более 97% получают в виде кубовой жидкости (9) колонны (IV).

Всего для разделения смеси требуется использовать четыре ректификационные колонны общей высотой 203 теоретические тарелки и с общими энергозатратами 1839 кДж на один килограмм исходной смеси (1).

Среднекипящие примеси выделяются совместно с целевыми этилхлорсиланами. Большая часть метилвинилдихлорсилана (99,5% от общего количества) выделяется как примесь в этилтрихлорсилане. Большая часть этилвинилдихлорсилана (92,6% от общего количества) выделяется как примесь в диэтилдихлорсилане. При необходимости дополнительной очистки этилтрихдлорсилана и диэтилдихлорсилана, она может быть выполнена на отдельных колоннах непрерывного или периодического действия.

Пример 2 (заявляемый)

Заявляемый способ разделения смеси этилхлорсиланов представлен на рисунке 2. Высоты колонн и положение тарелок питания были оптимизированы по энергетическому критерию (Перерва О.В., Гартман Т.Н. Компьютерное моделирование статических и динамических режимов работы ректификационных установок: практическое руководство для технологов и проектировщиков / М.: ДеЛи плюс, 2016. - 206 с.)

Исходную смесь этилхлорсиланов (1), имеющую состав, указанный в таблице 2, подают в колонну (I) с внутренней разделяющей стенкой в секцию предварительного разделения (I-1). Колонна (I) имеет общую высоту 114 теоретических тарелок, из них общая вышележащая секция (I-3) имеет высоту 40 теоретических тарелок, общая нижележащая секция (I-4) имеет высоту 12 теоретических тарелок, секции предварительного разделения (I-1) и окончательного разделения (I-2) имеют по 62 теоретических тарелки каждая. Тарелка питания соответствует 39-й теоретической тарелке секции предварительного разделения (I-1), считая сверху. Боковой отбор производится с 30-й теоретической тарелки секции окончательного разделения (I-2), считая сверху. Давление в кубе колонны равно 1,00 атм(абс). Флегмовое число составляет 25,12. На орошение секции предварительного разделения (I-1) поступает 5% масс. жидкости, стекающей с нижней теоретической тарелки общей вышележащей секции (I-3). В нижнюю часть секции предварительного разделения (I-1) поступает 45% мас паров, уходящих с верхней теоретической тарелки общей нижележащей секции (I-4). В качестве кубовой жидкости (2) колонны (I) получают высококипящие компоненты смеси (с температурой кипения выше, чем у диэтилдихлорсилана), в качестве дистиллята (5) получают легкокипящие компоненты смеси (с температурой кипения ниже, чем у этилдихлорсилана), а остальные этилхлорсиланы получают как боковой отбор (4) из секции окончательного разделения (I-2) колонны (I).

Смесь этилдихлорсилана, этилтрихлорсилана и диэтилдихлорсилана (4), уходящую из колонны (I) как боковой отбор, подают в колонну (II) с внутренней разделяющей стенкой в секцию предварительного разделения (II-1). Колонна (II) имеет общую высоту 66 теоретических тарелок, из них секция предварительного разделения (II-1) разделения имеет высоту 51 теоретическую тарелку, общая нижележащая секция (II-4) имеет высоту 15 теоретических тарелок, секция окончательного разделения (II-2) имеет высоту 23 теоретических тарелки. Тарелка питания соответствует 26-й теоретической тарелке секции предварительного разделения (II-1), считая сверху. Давление в кубе колонны равно 1,00 атм(абс). Флегмовое число в секции предварительного разделения II-1) равно 2,94. Флегмовое число в секции окончательного разделения (II-2) равно 1,23. В нижнюю часть секции предварительного разделения (II-1) поступает 60% мас паров, уходящих с верхней теоретической тарелки общей нижележащей секции (II-3). В качестве кубовой жидкости (9) колонны (II) получают диэтилдихлорсилан чистотой 98%, в качестве дистиллята (6) секции предварительного разделения (II-1) получают этилдихлорсилан чистотой более 99%, в качестве дистиллята (8) секции окончательного разделения (II-2) получают этилтрихлорсилан чистотой более 99%.

Всего для разделения смеси требуется использовать две ректификационных колонны с внутренними разделяющими стенками. Общая высота колонн составляет 180 теоретических тарелок, что на 11% меньше, чем по известному способу разделения смеси этилхлорсиланов (сравнительный пример 1). Общие энергозатраты на разделение смеси по заявляемому способу составляют 1307 кДж на один килограмм исходной смеси (1), что на 29% меньше, чем по известному способу разделения смеси этилхлорсиланов (сравнительный пример 1). Чистота получаемых целевых продуктов (этилдихлорсилан, этилтрихлорсилан и диэтилдихлорсилан) не уступает чистоте этих продуктов, получаемых по известному способу разделения смеси этилхлорсиланов.

Изобретение относится к химической технологии элементоорганического синтеза. Предложен способ непрерывного разделения смеси этилхлорсиланов, получаемой в процессе синтеза этилхлорсиланов из кремния и хлористого этила, заключающийся в том, что разделение смеси этилхлорсиланов после предварительной очистки от хлористого этила осуществляют на двух последовательно установленных сложных ректификационных колоннах с внутренней разделяющей стенкой, имеющих собственные дефлегматоры и кипятильники. По сравнению с известным способом разделения смеси этилхлорсиланов путем последовательного выделения компонентов на простых ректификационных колоннах использование сложных ректификационных колонн с внутренней разделяющей стенкой позволяет в два раза сократить число единиц оборудования, обслуживающих колонны (подогрев питания, дефлегматоры, кипятильники, флегмовые емкости, флегмовые насосы), в три раза сократить объем емкостного парка, необходимый для хранения промежуточных продуктов разделения, и не менее чем на 25% снизить общие энергозатраты на разделение исходной смеси. 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ непрерывного разделения смеси этилхлорсиланов, характеризующийся тем, что разделение осуществляют в двух последовательно расположенных ректификационных колоннах, представляющих собой:

- первую колонну первичного разделения смеси этилхлорсиланов, в продольном направлении которой установлена разделительная стенка, не достигающая верха и низа колонны, формирующая секции предварительного разделения, окончательного разделения, общую вышележащую секцию и общую нижележащую секцию; причем питание колонны поступает в секцию предварительного разделения; причем головной поток колонны, уходящий из общей вышележащей секции и содержащий легкокипящие компоненты, конденсируется в дефлегматоре колонны, часть конденсата возвращается в колонну в виде флегмы и часть конденсата удаляется как дистиллят; причем уходящая из общей нижележащей секции жидкость, содержащая высококипящие продукты, частично испаряется в кипятильнике колонны и возвращается в нижнюю часть колонны, а не испарившаяся часть выводится в виде кубовой жидкости; фракция товарных продуктов, состоящая из этилдихлорсилана, этилтрихлорсилана и диэтилдихлорсилана, удаляется как боковой поток из секции окончательного разделения и поступает для дальнейшего разделения на вторую колонну;

- вторую колонну выделения целевых этилхлорсиланов, в продольном направлении которой установлена разделительная стенка, достигающая верха колонны, формирующая секции предварительного разделения, окончательного разделения и общую нижележащую секцию, причем смесь этилдихлорсилана, этилтрихлорсилана и диэтилдихлорсилана в виде питания колонны поступает в секцию предварительного разделения; этилдихлорсилан, покидающий колонну из верхней части секции предварительного разделения, конденсируется в собственном дефлегматоре, часть конденсата возвращается в колонну в секцию предварительного разделения в виде флегмы и часть конденсата удаляется как дистиллят, причем этилтрихлорсилан, покидающий колонну из верхней части секции окончательного разделения, конденсируется в собственном дефлегматоре, часть конденсата возвращается в колонну в секцию окончательного разделения в виде флегмы и часть конденсата удаляется как дистиллят, причем диэтилдихлорсилан, уходящий из общей нижележащей секции в виде жидкости, частично испаряется в кипятильнике колонны и возвращается в нижнюю часть колонны, а неиспарившаяся часть выводится в виде кубовой жидкости.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первая колонна первичного разделения смеси этилхлорсиланов имеет 40-80 теоретических тарелок в секции предварительного разделения, 40-80 теоретических тарелок в секции окончательного разделения, 35-45 теоретических тарелок в общей вышележащей секции и 10-15 теоретических тарелок в общей нижележащей секции.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первая колонна первичного разделения смеси этилхлорсиланов работает при флегмовом числе от 15 до 30, при доле жидкости, поступающей из общей вышележащей секции на орошение секции предварительного разделения, 5-25% мас. и при доле пара, поступающего из общей нижележащей секции в секцию предварительного разделения, 30-60% мас.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тарелка питания первой колонны первичного разделения смеси этилхлорсиланов расположена на высоте 45-65% от высоты секции предварительного разделения, считая сверху, и боковой отбор осуществляется из секции окончательного разделения на высоте 40-60% от высоты секции окончательного разделения, считая сверху.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первая колонна первичного разделения смеси этилхлорсиланов работает при давлении в интервале от 0,7 до 2,0 атм (абс) в кубовой части колонны.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вторая колонна выделения целевых этилхлорсиланов имеет 40-60 теоретических тарелок в секции предварительного разделения, 20-50 теоретических тарелок в секции окончательного разделения и 10-20 теоретических тарелок в общей нижележащей секции.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вторая колонна выделения целевых этилхлорсиланов работает при флегмовом числе от 1,5 до 5,0 для секции предварительного разделения, при флегмовом числе от 1,0 до 3,0 для секции окончательного разделения и при доле пара, поступающего из общей нижележащей секции в секцию предварительного разделения, 50-70% мас.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тарелка питания второй колонны выделения целевых этилхлорсиланов расположена на высоте 45-55% от высоты секции предварительного разделения.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вторая колонна выделения целевых этилхлорсиланов работает при давлении в интервале от 0,7 до 4,0 атм (абс) в кубовой части колонны.