Способ разделения смеси метанол - этилацетат - толуол - вода - нелетучие примеси Советский патент 1992 года по МПК C07C27/26 C07C27/28 C07C27/34 

Изобретение относится к химической технологии, а именно к разделению многокомпонентной смеси метанол-этилацетат- толуол-нелетучие примеси, полученной в

производстве цефалотина, с использованием сочетания многоступенчатой ректификации и экстракции, и может быть использовано в медицинской промышленности.

Известен способ разделения смесей, содержащих близкокипящие спирты и сложные эфиры, методом экстрактивной ректификации, при котором получают в дистилляте спирт, а в кубе - смесь агента и сложного эфира. Разделение таких смесей осложняется существованием азеотропов между компонентами. Недостатком указанного способа являются высокие энергетиче- ские затраты. Они обусловлены использованием вспомогательного дорогостоящего экстрагенга (N.N-диметилформа- мида, целлозольва, этиленгликоля).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ разделения смеси метанол-этилацетат-то- луол-вода-нелетучие примеси, включающий экстракцию в присутствии воды с получением водного .слоя, обогащенного метанолом, и органического слоя, обогащенного этилацетатом и толуолом, выделение на одной из ступеней многосту1 пенчатой ректификации в дистилляте азеотропа метанол-этилацетат. толуол, воду и нелетучие примеси, подачу выделенного азеотропа метанол-зтилаце- тат на экстракцию, ректификацию водного слоя экстракции с выделением в дистилляте фракции, содержащей метанол, этилаце- гат и воду, выделение из полученного дистиллята ректификацией метанола, ректификацию фракции, содержащей этилаце- тат, толуол, воду и нелетучие примеси с выделением в дистилляте водного этилаце- тата, последующую ректификацию полученного кубового продукта с выделением в дистилляте регенерированного этилацетата и в кубовом продукте фракции, содержащей толуол и нелетучие примеси, последующую ректификацию указанной фракции для отделения толуола от нелетучих примесей. Согласно этому способу на первой стадии проводится экстракция метанола из исходной смеси технологической водой с образованием верхнего органического слоя и нижнего водного слоя При переработке органического слоя последовательно отгоняется азеотроп 1 метанол-этилацетат, возвращаемый на экстракцию, азеотроп П этилацетат-вода, который расслаивается на регенерированный влажный этилацетат и водный слой, объединенный с нижним водным слоем, полученным на первой стадии, регенерированный обезвоженный этилацетат; регенерируемый толуол: кубовый остаток, включающий толуол и нелетучие примеси, направляется на сжигание. При переработке водного слоя проводится отгонка водной фракции метанола и этилацетата от кубового остатка, содержащего воду и нелетучие примеси. Кубовый остаток после трехкратного разбавления сливают в канализацию. Отгон подается на дальнейшую ректификацию, где последовательно отгоняется азеотроп метанол-этилацетат, возвращаемый на экстракцию, и метанол регенерат, оставшаяся вода сливается в канализацию.

0Известный способ позволяет выделить

из смеси метанол, этилацетат и толуол требуемого качества при высоком коэффициенте извлечения метанола и этилацетата. Недостатком известного способа являются

5 большой расход технологической воды на экстракцию, большое количество образующихся сточных вод, низкий коэффициент извлечения толуола.

Причина первых двух недостатков втом,

0 что при подаче на экстракцию всей исходной смеси необходимо большое количество экстрагента (воды), причем в водном слое после экстракции будут содержаться гидрофильные нелетучие примеси, вследствие че5 го вода после отгонки метанола и этилацетата из водного слоя не может быть возвращена в рецикл на экстракцию и должна быть выведена из системы в стоки, а на экстракцию должна подаваться свежая тех0 нологическая вода.

Причина низкого коэффициента извлечения толуола в том, что для нормальной работы кипятильника и слива кубового остатка при отгонке толуола приходится ос5 тавлять в кубе вместе с нелетучими примесями часть толуола для создания жидкой фазы.

Целью изобретения является снижение расхода воды, уменьшение количества сточ0 ных вод и увеличение степени извлечения толуола.

Поставленная цель достигается описываемым способом.

Исходная смесь подвергается предва5 рительному разделению в резктификацион- ной колонне на дистиллят: азеотроп метанол-этилацетат и кубовый продукт. Дистиллят подвергается экстракции в присутствии циркулирующих воды и толуола при

0 соотношении воды - толуол (0,9-1,4): 1 по массе, органический слой после экстракции возвращается на стадию предварительной ректификации.

Кубовый продукт со стадии предвари5 тельной ректификации направляется на дальнейшую ректификацию, где последовательно отгоняются фракция азеотропа этилацетат-вода, которая делится расслаиванием на влажный этилацетат, возвращаемый на орошение колонны и водный

слой, перерабатываемый вместе с водным слоем после экстракции, регенерированный безводный этилацетат, выводимый из системы; толуол регенерат, часть которого подается в рецикл на экстракцию, а другая часть выводится из системы. Отгонка толуола от нелетучих примесей проводится при добавлении воды в соотношении вода и толуол (0,2-0,3): 1 по массе.

При переработке водного слоя сначала проводится отгонка безводной фракции этилацетата и метанола от воды, возвращаемой в рецикл на экстракцию, отгон поступает на дальнейшую ректификацию, где фракция азеотропа метанол-этилацетат, возвращаемая на экстракцию, отгоняется от метанола регенерата, выводимого из системы.

Такое выполнение способа позволяет подать на экстракцию только часть исходной смеси без избытка этилацетата по отношению к азеотропному составу, причем на содержащую нелетучие примеси, что дает возможность проводить экстракцию циркулирующей, а не свежей водой, сократить расход технологической воды и уменьшить количество сточных вод.

Однако, экстракция метанола из смеси азеотропного состава была бы неэффективной из-за гомогенизирующего воздействия метанола при высоких содержаниях его в поступающей на экстракцию смеси, что предотвращается проведением экстракции в присутствии циркулирующего толуола при соотношении вода:толуол (0,9-1,4):1 по массе. Подача технологической воды на стадии отгонки толуола в соотношении вода и толуол (0,2-0,3):1 позволяет создать в кубе колонны при отгонке толуола жидкую фазу и полностью отогнать толуол от воды с нелетучими примесями, Расход технологической воды и количество сточных вод при этом намного меньше чем при экстракции исходной смеси свежей водой.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявленного решения; на фиг, 2 - прототипа.

Пример 1. Процесс регенерации смеси метанол-этилацетат-толуол-вода- нелетучие примеси состоит из семи стадий. Первая стадия - предварительная ректификация 1 - выделение метанола из исходной смеси в виде фракции азеотропа метанол-этилацетат, В куб ректификационной колонны предварительной ректификации, работающей при атмосферном давлении,оборудованной головным резервуаром (3), эффективность 10 теоретических тарелок подается исходная смесь в количестве 100 кг состава, мас.%: метанол

7,5; этилацетат 84,4; вода 2,0; толуол 4,2; нелетучие примеси 1,9, и туда же подается органический слой экстрактора в количестве 31,65 кг состава, мас.%: метанол 4,72;

этилацетат 35,39; вода 0,63; толуола - 59,06. После достижения стационарного состояния при кратности циркуляции первой стадии 1,0 и температуре верха колонн 62,5°С, при полном орошении отбирают дистиллят

0 в количестве20,4 кгсостава, мас.%: метанол 44,12; этилацетат 54,90; вода 0,98, и направляют на вторую стадию экстракцию. Туда же в экстрактор поступает циркулирующая вода в количестве 17,3 кг и циркулирующий

5 толуол в количестве 18,75 кг при соотношении и толуол равном 17,3:18,,9:1 (по массе). Кубовый продукт первой стадии - смесь в количестве 111,25 кг состава, мас.%: этилацетат 75,87; вода 1,80; толуол 20,63;

0 нелетучие примеси 1,70.

На третьей стадии процесса - ректификации П обезвоживается на ректификационной колонне кубовый продукт стадии предварительной ректификации 1. После

5 достижения стационарного состояния при кратности циркуляции 1,5 и температуре верха 70,5°С и полном орошении отбирается фракция гетероазеотропа вода-этилацетат, которая делится расслаиванием на

0 влажный этилацетат, возвращаемый на орошение колонны, и водный слой в количестве 2,0 кг, перерабатываемый на стадии шесть - ректификация V, Кубовый продукт стадии ректификация П - смесь в количе5 стве 109,25 кг состава, мас.%: этилацетат 77,25; толуол 21,01; нелетучие примеси 1,74.

На четвертой стадии процесса - ректификация Ш - подвергается разделению ку0 бовый продукт стадии ректификация П на колонне, работающей при атмосферном давлении,оборудованной головным резервуаром и эффективностью 10 теоретических тарелок. После достижения

5 стационарного состояния при кратности циркуляции 1,5 и при температуре верха 72°С отбирается зтилацетат в количестве 84,4 кг. Кубовый продукт - смесь в количестве 24,85 кг, мас.%: толуол 92,35; нелетучие

0 примеси - 7,65.

На пятой стадии процесса - ректификация IV - подвергается разделению кубовый продукт стадии ректификация Ш, проводится отделение толуола от нелетучих

5 примесей при добавлении воды в количестве 2,59 кг и в соотношении вода и толуол 4,59:22,,2:1 (по массе), поступающей со стадии Ректификация V, на ректификационной колонне, рабочающей при полном орошении водным слоем. После достижения стационарного состояния при кратности циркуляции 10 и температуре верха колонны 93°С собирается фракция гетероазе- отроп вода-толуол, который делится расслаиванием на водный слой в количестве 4,59 кг, возвращаемый на орошение и толуол в количестве 22,95 кг. Часть толуола в количестве 18,75 кг подается в рецикл на стадию экстракция. Кубовый остаток стадии ректификация IV в количестве 6,49 кг состава, мас,%: вода 70,72; нелетучие примеси 29,28, поступает на сжигание.

На шестой стадии процесса - ректификация V - обезвоживаются два потока: первый поток - водный слой экстрактора в количестве 26,10 кг состава, мас.%: метанол 31,42; этилацетат 3,07; вода 65,52, и второй поток - водный слой дистиллята после стадии ректификация П в количестве 2,0 кг и состава, мас.%: вода 100,00, на ректификационной колонне, работающей при атмосферном давлении, оборудованной головным резервуаром, эффективностью 20 теоретических тарелок. После достижения стационарного состояния при кратности циркуляции 1,5 и температуре верха 64°С и полном орошении отбирают дистиллят в количестве 9,1 кг состава, мас.%: метанол 90,11, этилацетат 8,79; вода 1,10. Кубовый продукт шестой стадии - вода в количестве 17,0 кг. Часть воды в количестве 4,59 кг поступает на стадию ректификация IV, другая часть воды в количестве 14,41 кг рецикловая.

На седьмой стадии процесса - ректификация IV - подвергается разделению ди- стиллятный продукт стадии ректификация V на ректификационной колонне. После достижения стационарного состояния при кратности циркуляции 3,0 и температуре верха 62,5°С и полном орошении отбирается фракция азеотропа метанол-этилацетат- вода в количестве 1,6 кг состава, мас.%: метанол 43,75; этилацетат 50,00; вода 6,25, которая подается в рецикл на стадию экстракция, а при температуре куба 64,5°С отбирается метанол в количестве 7,5 кг.

В табл. 1 представлены исходный состав смеси метанол-этилацетат-толуол-во- да-нелетучие примеси.

Данные по материальному балансу стадий процесса разделения 1-7 представлены в табл. 2-8.

Пример 2. Аппаратурное оформление и условия, как в примере 1, за исключением того, что экстракция азеотропа метанол- этилацетат проводится циркулирующей водой в присутствии циркулирующего агента при соотношении вода и толуол 1,4:1 (по массе) и отгон толуола от нелетучих примесей проводится при добавлении воды в количестве 3,01 кг и в соотношении вода и толуол 0,3:1 (по массе). Данные по материальному балансу стадий процесса разделения 1-6 представлены в табл. 9-14. Данные по материальному балансу стадии экстракция приведены в табл. 15. Выполнение способа разделения смеси метанол-этила- цетат-толуол-вода-нелетучие примеси со0 гласно описываемому изобретению позволяет снизить расход технологической воды, уменьшить количество образующихся сточных вод и увеличить коэффициент извлечения толуола.

5 Эффективность предлагаемого способа разделения многокомпонентных смесей по сравнению с разделением аналогичной смеси при производстве цефалотина известным способом приводится в табл. 16.

0

Формула изобретения

Способ разделения смеси метанол-эти- лацетат-толуол-вода-нелетучие примеси, (J. включающий экстракцию в присутствии во5 ды с получением водного слоя, обогащенного метанолом, и органического слоя, обогащенного этилацетатом и толуолом, выделение на одной из ступеней многоступенчатой ректификации в дистилляте азеотропа

0 метанол-этилацетат и в кубовом продукте фракции, содержащей этилацетат. толуол, воду и нелетучие примеси, подачу выделенного азеотропа метанол-этилацетат на экстракцию, ректификацию водного слоя

5 экстракции с выделением в дистилляте фракции, содержащей метанол, этилацетат и воду, выделение из полученного дистиллята ректификацией метанола, ректификацию фракции, содержащей этилацетат, толуол,

0 воду и нелетучие примеси, с выделением в дистилляте водного этилацетата, последующую ректификацию полученного кубового продукта с выделением в дистилляте регенерированного этилацетата и в кубовом

5 продукте фракции, содержащей толуол и нелетучие примеси, последующую ректификацию указанной фракции для отделения толуола от нелетучих примесей, отличающийся тем, что, с целью снижения расхо0 да воды, уменьшения количества сточных вод и увеличении степени извлечения толуола, азеотроп метанол-этилацетат выделяют путем предварительной ректификации исходной смеси, при этом в кубовом продук5 те отделяют фракцию, содержащую этилацетат , толуол, воду и нелетучие примеси, экстракцию ведут при добавлении к воде толуола из расчета массового соотношения вода:толуол (0,9-1,4):1, выделенный при экстракции органический слой подают на стадню предварительной ректификации, ректификацию фракции, содержащей толуол и нелетучие примеси, ведут в присутствии воды при массовом соотношении вода:толуол (0,2-0,3):1 с выделением в дистилляте гете- роазеотропа толуол-вода, который подвергают расслаиванию с последующей

ректификацией толуольного слоя и подачей части выделенного при этом толуола на стадию экстракции, причем на стадиях экстракции и ректификации фракции, содержащей толуол и нелетучие примеси, используют воду, выделенную при ректификации водного слоя.

Изобретение касается производства цефалотина, в частности разделения многокомпонентной смеси метанол-этилацетат- толуол-нелетучие примеси, полученной в указанном производстве. Цель - снижение расхода воды, уменьшение количества сточных вод и увеличение степени извлечения толуола. Разделение ведут с использованием многоступенчатой ректификации и экстракции в присутствии воды. Для этого из исходной смеси ректификацией выделяют азеотроп метанола сэтилацетатом и кубового продукта - этилацетата, толуола воды и нелетучих примесей. Дистиллат экстрагируют в присутствии циркулирующих толуола и воды при массовом соотношении 1:(0,9-1.4) с возвратом органического слоя в начало процесса (ректификацию). Кубовый продукт ректифицируют с выделением азеотропа этилацетата и воды и дальнейшим разделением на влажный этилацетат, возвращаемый на орошение колонны, и водную фазу, перерабатываемую вместе с водным слоем после экстракции. Регенерированный оез- водный этилацетат выводят из системы. Кубовый продукт, содержащий толуол и нелетучие примеси ректифицируют в присутствии воды при массовом соотношении ее к толуолу (0.2-0.3):1 с выделением гетеро- азетрона толуол-вода, который разделяют и ректифицируют толуольный слой с направлением части выделенного толуола на экстракцию и другой части для вывода из системы. Водный слой после экстракции также ректифицируют с выделением воды и безводной фракции этилацетата и метанола. Воду возвращают в рецикл на экстракцию, а безводную фракцию снова ректифицируют с выделением азеотропа метанола-этилацетата и метанола-регенератора, выводимого из системы. Способ позволяет сократить расход технологической воды на 100 кг исходной смеси в 43-48 раз, количество сточных вод в 18,8 раз и практически полностью извлечь толуол. 2 ил., 16 табл. ро С XI со со со 4

Таблица 1

Исходный состав смеси мётанол-этилацетат-толуол-вода-нелетучие примеси

Материальный баланс стадии I - предварительная ректификация 1 Температура верха 62,5°С, температура куба 82,5°С Число теоретических тарелок 10 Флегмовое число бесконечность Кратность циркуляции 1,0

Материальный баланс стадии 3 - ректификация Температура верха 70,5°С, температура куба 110°С Число теоретических тарелок 10 Флегмовое число бесконечность Кратность циркуляции 1,5

10

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Материальный баланс стадии 4 - ректификация III

ТехнологическиеТемпература верха колонны 72°С, температура куба 112°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 10

Флегмовое число бесконечность

Кратность циркуляции 1,5

Загрузка в куб колонны

Таблица 5

Материальный баланс стадии 4 - ректификация IV

ТехнологическиеТемпература верха колонны 93°С, температура куба 100°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 10

Кратность циркуляции 1, Полное орошение водным слоем

Загрузка в куб колонны

Примечание Кубовая вода стадии 6 это 2,0 кг воды из исходной смеси и 2,59 кг подпитка.

Таблица 6

Материальный баланс стадии 6 - ректификация V

Технические Температура верха колонны 64°С, температура куба 100°С параметрыЧисло теоретических тарелок 20

Флегмовое число бесконечность Кратность циркуляции 1,5 Загрузка в куб колонны

Материальный баланс стадии 7 - ректификация VI

ТехническиеТемпература верха колонны 62,5°С, температура куба 64,5°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 20

Флегмовое число бесконечность

Кратность циркуляции 1,5

Загрузка в куб колонны

Материальный баланс стадии экстракция

Таблица 7

Таблица

Пример2Таблица

Материальный баланс стадии 1 - предварительная ректификация I ТехнологическиеТемпература верха колонны 62,5°С, температура куба 82,5°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 10

Флегмовое число бесконечность Кратность циркуляции 1,0 Загрузка в куб колонны

Материальный баланс стадии 3- ректификация II

Технологические параметры

Температура верха колонны 70,5 С, температура куба 110 С Число теоретических тарелок 10 Флегмовое число бесконечность Кратность циркуляции 1,5 Загрузка в куб колонны

Материальный баланс стадии 4- ректификация III

Технологические параметры

Температура верха колонны 72 С, температура куба 112 С Число теоретических тарелок 10 Флегмовое число бесконечность Кратность циркуляции 1,5 Загрузка в куб колонны

Таблица 10

Таблица 11

Таблица 12

Материальный баланс стадии 5 - ректификация IV

ТехнологическиеТемпература верха колонны 93°С, температура куба 100°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 10

Кратность циркуляции 1, полное орошение водным слоем Загрузка в куб колонны

Примечание. Кубовая вода стадии б это 2 кг воды из исходной смеси и 3,01 кг вода - подпитка.

Таблица 13

Материальный баланс стадии 6 - ректификация V

ТехнологическиеТемпература верха колонны 62,5°С, температура куба 100°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 20

Флегмовое число бесконечность

Кратность циркуляции 1,5

Загрузка в куб колонны

Таблица 14

Материальный баланс стадии 7- ректификация VI

ТехнологическиеТемпература верха колонны 62,5°С, температура куба 100°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 20

Флегмовое число бесконечность Кратность циркуляции 1,5 Загрузка в куб колонны

%

Материальный балланс стадии экстракции

21

1733434

Сравниваемые параметры

Расход технологической воды на 100 кг исходной смеси Количество поступающего толуола на 100 кг

исходной смеси, кг Количество извлеченного толуола, кг Количество сточных вод на 100 кг исходной смеси, кг

Исходная смесь ГГ

Предварительная ректификация I

Экстракция

JL

Ректификация Ж

t

-3LС

Рек/лирикация У

Вода

Ж

22 Таблица 16

Заявленный объект

2,59/3,01

4,2 4,2

Рек/лификация Ж

Вода

Реге ер этилаце/ло/п

Рехтисрикация И

Метанал

Вода

Исходная смесь

Азеатрол метанал-этилацетот

I

Экстракция

Орг. слой

1

I

Видн слой

JЈ

Ректификация У

I

Ректификация И

V

Ректификация Ш

Ректификация 1

влажный этилаце/па/л

Ректификация I

L3

, вода, трехкрат

toe разбавление

Ректификация Ж

Регеке-рир

э/лмоце/ла/п

Ректификация Ж

Регемерур

/17O/jy0S

ХубоЗый ос/ла/тюк Вода, tteje/nt/w/e /rpuwect/

Метанол

tfyfiofe/u ac/rfff/rro/f