Способ разделения смеси фенола и крезолов Советский патент 1984 года по МПК C07C37/68 C07C37/80 

1 Изобретение относится к способу разделения смесей фенола и крезолов :широко используемых в химической, п лимерной и нефтехимической промышга ленности. Известен способ разделения смеc t, содержащей фенол, о ,/ц- и п-крез лы ректификацией 1 JОднако разность температур кипе.ния фенола и о-крезола при давлении 760 мм рт. ст. составляет , а при 100 мм рт. ст. всего лишь , что осложняет разделение. В связи с низкой относительной летучестью фенола по отношению к .о-крезолу требу ется большое флегмовое число и, соответственно, большие энергетические затраты Для снижения энергозатрат в процессах разделения близкокипящих веществ часто применяют зкстративную или азеотропную ректификацию. Наиболее близким к изобретению / техническим решением является способ . разделения смеси фенола и S,,/wи Л-крезолов путем азёотропной рект фикации в двух колоннах, работающих под атмосферном давлении или по вакуумом, с вводом в верхнюю укреп:ляющего часть первой колонны основного разделякяцего агента, образующую азеотроп с фенолом с IИHимaльной температурой кипения, имеющего . дипольный момент 0-0,5 дебая и выки пающего под атмосферным давлением в пределах 120-220°С или с дипольным моментом 0,5-2,5 дебая с т. кип. 150-190°С.Крезолы отводят из куба первой колонны, а аз отропную смесь, содержащую фенол Ъ. разде ЛЯЮ1ЩЙ агент, выводят с верха первой колонны и направляют во вторую ректификахщонную колонну, куда такж вводят дополнительный азеотропообразующий агент, например воду. Из ; куба второй колонны отводят фенол, а из верхней части колонны выводят смесь основного и дополнительного азеотропных агентов, которые после разделения могут быть вновь использованы в процессе разделения исходной смеси 2 . Однако, использование в известном способе двух разных азеотррпообразу кицих агентов существенно усложняет .процесс разделения. Кроме того, изв естныйГ. способ, экономически опра дан лишь при разделе1щи смсксей с не 822 большим содержанием фенола - менее 2 мас.%. При разделении же смесей с большим содержанием фенола потребуется вводить значительные количества разделяющих агентов, что неизбежно приведет к существенному увеличению энергозатрат на реали-; зацио процесса. Целью изобретения является снижение энерготехнических затрат на ректификационное разделение смеси фенола и крезолов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу разделения смеси фенола и крезолов ректификацией в двух колоннах, работающих под вакуумом, с экстрактивным разделяющим агентом, вводимым в верхнюю укрепляющую часть первой колоннЬ и имеющим дипольный момент от О до 0,4 дебая, в качестве экстрактивного раразделяющего агента используют парафиновый углеводород или их смесь С температурами кипения от 260-27.0°С до 290-320 0 при атмосферном давлeнии или диметилнафталин и их смесь с температурами кипения от 250-2б6°С до 270 280°С при атмосферном давлении, причем экстрактивный разделяющий агент вводят в весовом соотношении (2-3):1 по отношению к разделяемой смеси, выводят с дистиллятом первой колонны, а кубовый остаток направляют на рактификацию во вторую колонну вьщеления крезолов. Использование экстрактивного разделяющего агента позволяет увеличить относительную летучесть фенола по отношению к крезолам, за счет чего флегмовое число, расход паров в колонне, а следовательно, и энерге- тические затраты существенно снижаются . Разделение фенола с крезолами проволя т по следуюп,ей схеме. Фенольную фракхцао, содержащую смесь- фенола с 6-крезолом и более высококипящими крезолами и ксиленолами, вводят в с среднюю часть экстрактивной колонны; (К-1), в верхнюю часть, которой вводят разделяющий агент в весовом соотношении к сырью 2-3:1. Ректификацию проводят под вакуумом 50-400 мм рт. ст. В дистиллят первой колонны. при флегмовом числе 2-5 отбирают фенол при 105-165 С, а из куба выводят смесь экстрактивного агента с к крезолами и высококипящими фенолами

31

при 160-230°С. Смесь вводят в средт;. нюю часть второй ректификационной колонны (К-2), работакидей под вакуумом 50-400 мм рт. ст. В дистиллят при флегмовом числе 3-6 отбирается смесь креЭОЛОВ и вынококипяпцсс фенолов при 115-180 С. Из куба второй колонны К-2 отбирают разделякнций агент который подают в верхнюю часть первой КОЛОННЬ К-1.

Пример 1,В ректификационную колонну К-1 непрерьшного действия с 80 колпачковыми тарелками (40 теоретических тарелок) подают 1000 кг/ч фенольной фракции производства синтетического о-крезола состава. Mad.%: анизол 3,24; фенол 55,32; 0-крезол 30,84;- 2,6-ксш1енол 6,6; М-, п-крезолы 1,58.; высококипящие фенол 2,43..

На 5-ю тарелку от верха колонны К-1 (3-ю теоретическую тарелку) вводят фракцию жидких парафинов с интервалом т. кип. 2бЬ-320 С в количестве 2000 кг/ч. При температуре верха колонны 118-122 С (100мм рт. ст.) и флегмовом числе 3,0 отгоняют 611,66 кг/ч фенола состава, мас.%: анизол 5,29; фенол 90,19; о-крезол 4,11; 2,6-ксиленол 0,41. : Из куба колонны К-1 отбирают ; 2388,34 кг/ч смеси, которую подают в,о вторую колонну К-2 с 30 колпачковыми тарелками, где при 135-138 0 (100 мм рт. ст.) и флегмовом числе 5 отбирают фракцию высококипящих фенолов в количестве 383,34 кг/ч состава, мае. %: фенолО,07; о-крезол 72,94; 2,6-ксш1енол 17,34; , П-крезолов 3,36; высококипящие фенолы 6,29.

Количество паров в колонне К-1 в указанном режиме равно ,(.R+1) 2446,64,

где V - весовой расход паров в колонне, -кг /ч;

Р - количество получаемого дистиллята, кг/ч; R - флегмозое число.

, -,- - , Аналогично во второй колонне К-2 .(R-f1)2330,04 кг/ч.

В сумме при разделении смеси фено ла с крезолами количество паров составляет 4776,68 кг/ч. При получении 1000 кг/ч фенола количество паров в сумме (в колоннах К-1 и К-2) составляет 7809,37 кг/т.

824 - .

Пример 2.В среднюю часть экстрактивной колонны К-1 (эффёктив цость как в примере 1) подают обезвоженное фенольное сырье (коксохимического производства) в количестве 1000 кг/ч состава, мас.%: фенол 39,33; о-крезол 9,91; 2,6-ксиленол 0,87; м-, п-крезолы 31,86; высококипящие фенолы 18,03. На 8-ю тарелку

от вереса колонны К-1 (4-ю теоретическую) вводят диметиднафталиновую фракцию с интервалом т. кип. 260280°С в количестве 2500 кг/ч. При температуре верха колонны 160-165 С

(400 мм рт. ст.) и флегмовом числе 2 отгоняют 399 кг/ч фенола состава, мас.%: фенол 98; о-крезол 2. В кополонне К-2 при флегмовом числе 6 и 170-175 С (400 мм рт. ст.) вьделяют смесь крезолов и высококипящих фенолов в количестве 601 кг/ч состава, мае. %: фенол 0,079 о-крезол 15,47; 2,6-ксиленол 1,45; смесь -,

о-крёзолов 53,01; высококипящие фенолы 30. Из куба колонны К-2 отбирают , диметилнафталиновую фракцию в количестве 2500 кг/ч и подают на 8-ю тарелку верхе, колонны К-1.

Количество паров при разделении

составляет в первой колонне 1197 кг/ч, во второй колонне 4201 кг/ч, в сумме при разделении 5398 кг/ч. При выделении 100 кг фенола количество паров составляет 13520,82 кг/т.

Пример 3. В колонну К-1

.(эффективность как в примере 1) подают 1000 кг/ч смеси состава, мас.%: фенол 44,2, О-крезол 55,8. На 10-ю тарелку сверху колонны К-1 ;

(5-ю теоретическую) подают 3000 кг/ч фракции жидких парафинов с интерва-: лом т. кип. 270-290 С. При 105-108 6 (50 мм рт. ст,) и флегадовом числе 4 в дистиллят отбирают 441,5 кг/ч

фенола состава, мас.%: фенол 99,8; О-крезол 0,2. В колонне К-2 при 110-112 0 (50 MM.pTi. ст..) и флегмовом числе 5 в дистиллят отбирают 558,5 кг/ч о-крезола состава, мас.%1

фенол 0,25; о-крезод 99,75. Из куба колонны К-2 отбирают фракцию жид ких парафинов в количестве 3000 кг/ и подают на 10-ю тарелку сверху ко- лонны К-1. ./

Количество шаров в колонне К-1 составляет 220t,5 кг/ч, в колонне К-2 3351,0 кг/ч, в Сумме 5558,5. При вццелении 1000 кг фенола коли чество паров составляет 12575,79 кг/т фенола. Пример 4. (сравнительный), Приводят разделение сырья по примеру 3 с помощью разделяющего агента орто-хлортолуола по примеру 1 способа 2, с сохранением отношения количества агента и фенола (на 1 г фенола требуется 45,69 г орто-хлор.толуола). В куб лабораторной насадочной колонны периодического действия загружают 1000 г смеси, содержащей 44,2% фенола и 55,8% о-крезола, и добавляют 20196 г орто-хлортолуола. При 119-122 0 (300 мм рт. ст.) и переменном флегмовом числе от 1 до 10 (в среднем 5) в дистиллят отбирают 20637,5 г смеси, в состав которой входит 2,13%-фенола, 97,86% орто-хлортолуола и 0,01% орто-крезола. Кубовый продукт получают в количестве 558,5 г состава, мас.%: . -крезол 99,75; фенол 0,25. Разделение дистиллята на фенол и орто-хлортолуол проводят на этой же колонке с добавлением разделяющего агента-вода по примеру 8, с сохранением их количественного соотнотеная (на 1 г орто-хлортолуола подают 1,5 г воды). В куб колонны загружают 20638 г дистиллята и добавляют 30294 г воды. При (760 tBt рт. СТ-.) при флегмовом числе 5 вьщелено 50491 г смеси ортохлортолуола И воды. Эту смесь разделяют на водный и орто-хлортолуоль- ный слои в делительной воронке. В ка честве кубового продукта получек ,фенол в количестве 441,5 г состава, 1мас.%: фенол 99,8; о-крезол 0,2. Количество паров в колонне выделения -о-крезола при среднем флег мовом числе 5 при пересчете на i 1000 кг фенола 966645,49 кг/т. Таким образом, при разделении фе нола с крезолами по предлагаемому способу количество паров в колонне в 70-75 раз больше, чем при разделении этой же смеси по известному. Пример 5. В среднюю часть насадочной колонны непрерывного дей ствия с 40 тео1)етическими тарелками подают 1000 Е/ч смеси состава, мас. .фенол 34; о-крезол 35; п-крезол , 17,5,м-крезол 13,5. В верхнюю част колонны на высоте.около 10% от высо га всей колонны, что соответсвует3 3-й теоретической тарелке, подают , 2000 кг/ч гексадекана с т.кип. 28бС (760 мм рт. ст.). При температуре верха колонны 121°С (100 мм рт. ст.) и флегмовом числе 2 отобрано в дис- тиллят 340 г фенола, не содержащего примесей. Кубовый продукт в количестве 2660 г/ч подают в среднюю часть насадочной непрерывной колонки с 15-ю теоретическими тарелками. При 127,5с(100 мм рт. ст.) и флегмовом числе 3 в качестве дистиллята отоб- рана смесь крезолов в количестве 660 г/ч состава, мас.%: о-крезол 53,03;п-крезол 26,52; ж-крезол .. 20,45. Количество паров при вьщелении фенола и о-крезола в пересчете этих количеств на килограмм составляет по первой колонне 1020 кг/ч, по второй колонне 2640 кг/ч, в сумме 3660 кг/ч; при получении 1000 кг фенола - 10764,71 кг/т феноПример 6. Сырье для разделения, агент и экстрактивная колонна по эффективности аналогичны примеру:. 5. Разделяющий агент подают в верхнкйо часть колонны на высоту, составляющую 57, от общей высоты колонны т.е. на 2-ю теоретическую тарелку, При сохранении флегмового числа 2 и отбора дистшшата 340 г/ч, отбирают дистиллят при 122, (100 мм состава, .%: фенол 97; о-крезол 1,0; п -крезол 0,3; м-крегзол 0,2; агент 1,5, и кубовый продукт в количестве 2660 г/ч состава, мае. %: фенол 0,58; о-крезол 13,02; п-крезол 6,14; м-крезола 5,06; агент 75,20. Как видно из примера, при подаче разделяющего агента на 2-ю тарелку качество дистиллята и кубового прояукта ухудшилось. В дистилляте «роме примесей крезолов попадает даже экстрактивный разделяющий агент. Количество паров в колонне такое же,как в примере 5. Пример 7. Применяют ректификационные колонны по примеру 5. В среднюю часть экстрактивной колонны подают сьфье состава,мас.%: фенол 60; о-крезол 40, в количестве 1000 г/ч. В верхнкяо часть,колонны на высоте 14% от общейвысоты колонны, т.е. на 5-ю теоретическую тарелку подают 2,6-диметилнафталин с т.кип- ; 7 i (270 MM pT. CT.) в количестве 3000 г/ч. При 137,5С (200 мм рт. ст.) и флегмовом числе 4 отобран в дистиллят 100%-ный фенол в количестве 600 F/4. Во второй колонне вьщелен 100%-ный о-креозол при 142С (200мм.рт. ст.) i и флегмовом числе 6. Количество паров при вьщелении фенола и Огкрезола состав1мет по 1-ой колонне 3000 кг/ч, по 2-й : колонне 2800 кг/ч, в сумме 5800 кг/ при вьщелемии 1000 кг фенола : 9666 кг/т. П р и м е р 8. Сырье для раздел ния, агент и экстрактивная колонна по эффективности аналогичны примеру 7. Разделяющий а;гент подают на 25% от верха высоты колонны, на 12-ю те оретическую тарелку. В дистиллят отобран 99,0% фенол в количестве 600 г/ч при флегмовом числе 13 и температуре 137, (200 мм рт.ст.) Режим по второй колонне такой же, как в примере 7. Содержание фенола в о крезоле 1,5%. Количество паров при вьщелении фенола и 0-крезола в пересчете в ки лограммы составляет по 1-ой колонне 8400 кг/ч, по 2-й колонне 2800 кг/ч в сумме 11200 кг/ч, при вьщелении 1000 кг фенола 18666,66 кг/т. Таким образом, при подаче разделяющего агента в середину верхней части колонны требуются большие флегмовые числа, как и при разделении обычной ректификацией. При этом увеличиваются и энергозатраты. Пример 9. В колонну, как и в примере 5, подают сырье, по составу соответствующее сырью из примера 2, в количестве 1000 г/ч. В верхнюю часть колонны на высоте 12% от общей высоты колонны (на 4-ю теоретическую тарелку) вводят фрак-г дню жидких парафинов с интервалом т. кип. Г90-324°С в количестве 2500 г/ч. При температуре .верха колонны 150-155°С (400 мм рт. ст.) и флегмовом числе 5 отбирают в дистиллят фракцию в количестве 399 г/ч составаi мас.%: фенол 95,24; о-кре зол 0,75; 2,6-ксиленол 0,06; м-, Ь-крезол 1,3; высококипящие фенолы 0,5; агент 2,16, и 3101 г/ч кубового продукта состава, мас.%: фенол 0,43; о-крезол 3,10; 2,6-ксиленол. 82 0,27; М-, Т1-крезол 10,11; высококипящие фенолы 5,75; агент 80,34. При использовании в качестве разде делякщего агента фракции жидких парафинов с более .широким интервалом г т. кип. 190-324°С не обеспечивается получение кондиционных продуктов, как фенола, так и о-крезола, так как парафины с этим интервалом температур кипения образуют с крезолами минимальные азеотропы. Количество паров по 1-й колонне 2394 г по второй 21701 г, в сумме 24101,° на 1000 г фенола 60403,5, Пример 10. Сырье, агент и колонны используют по примеру 5 Гексадекана подают 1000 г; По качеству и количеству Дистиллят первой колонны JB этом случае получается, как в примере 5, только прифлегмовом числе 8,5, Количество паров по 1-й колонне 3230 г, в сумме 5870 г, при получении 1000 г фенола 17264,7 г. Таким образом, при уменьшении расхода экстрактивного разделяющего агента увеличивается флегмовое число и возрастает на 60% количество паров. Пример 11. .1000 г смеси (50% фенола и 50% о-крезола) подают в среднкяо часть ректификационной, насадочной колонки непрерывного действия с 40 теоретическими тарелками. В верхнкио часть колонки на высоте 12% от верха (на 4-ю теоретическую тарелку) подают 4000 г диметилнафталиновой фракции (ДМФН) с интервалом т. кип. 250-270 С. .Колонка работает при остаточном давлении 100 мм рт. ст. При температуре верха 123 С и флегмовом числе 4 отбирают 510 г дистшшата состава, мас.%: фенол 97,45; о-крезол 0,99, даНФ 1,56; и кубового продукта в количестве 4490 г состава, мае. %: .фенол 0,Q7%; о-крезол 11,02; ДМНФ 88,91. Из кубового продукта на рек-i тификацконный насадочной колонне периодического действия с 15 теоретическими тарелками при температуре верха 127-128 0 (100 мм рт. ст.) и флегмовом числе 5 выделяют О-крезол в количестве 498 Т состава, мас.Х: фенол 0,6; о-крезол 99,5. Количество паров по 1-й колонке 2500 г, по 2-й колонке. 2988 г, в сумме 5488, на 1000 г фенола - 10976 г. -91 Таким образом,увеличение колип чества раэделяюцего агента при разделении фенола с крезолами приводит к уменьшению степени чистоты фенола (как вццно из примера 11 в дистиллят попадает о-крезол и агент). Разде1ление смеси с крезолами по предлагаемому способу огбеспечивает получение чистьош как. фенола, так и : -Kpe3ohai При вьщелении разделяют щего агента J 11римьшфмого в sKcrpaicтивной ректифй} № 1, используется обычная 1Уёкт1 ик ц я, при азе- ропной же ректи 1к Ё| ет применяется пибо ге2тероазетропная ректификация, либо экстракция, при которых для получения кондициднных продуктов требуется их дополнительная очистка. Схема разделения азетроцной ректификации значительно сложнее, чем по изобретению. Кроме того, при разделении смеси фенола с крезолами по изобретению, как видно из сопоставления примеров 3 и 4, требуется в 50-70 раз меньше энергии, .чем при разделении азеотропной ректификацией.

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ФЕНОЛА И КРЕЗОЛОВ ректификацией в двух колоннах, работйюпщх под ваку умом, с экстрактивным разделяющим агентом, имеющим дипольный момент ТЕНИЯ от О до 0,4 дебая и вводимым в верхнюю укреплянщую часть первой ректификационной колонны, отличающийся тем, что, с целью снихе ния энергозатрат, в качестве экстрактивного разделяющего агента используют парафиновый углеводород или их смесь с температурами кипения от 2бО-270 С до 290-32t)®C при атмосферном давлении или диметилнафталин или их смесь с температурами кипения от 250-260С до 270-280 С при атMOCi epHOM давлении, причем экстрактивный разделяюар1й агент вводят в весовом соотношении