Способ выделения среднекипящей фракции из смеси циклогексанона и циклогексанола со средне- и высококипящими продуктами Советский патент 1993 года по МПК B01D3/14 C07C35/20 

Изобретение относится к способу отгонки незначительных количеств среднекипящей фракции от смеси жидкостей с помощью перегонной (главной) колонны, включающей концентрационную и отгонную зоны, причем смесь жидкостей содержит значительные количества низко- и высококипящих компонентов, концентрационная зона соединена с верхом второй перегонной (боковой) колонны, а отгонная зона - с ее низом, а из средней зоны боковой колонны выводится среднекипящая фракция в парообразном или жидком состоянии.

Согласно основному правилу перегонной техники процесс разделения подаваемой перегоняемой смеси, включающей п компонентов, на отдельные фракции требует п-1 перегонных колонн (в случае, если подаваемые смеси состоят из многочисленных отдельных фракций). Это обусловливает сложное аппаратурное оформление, поскольку даже удаление загрязнений, имеющихся в подаваемой смеси в весьма незначительных концентрациях (например, несколько частей на миллион), которое, однако, необходимо для обеспечения требуемого качества ценной фракции, является

00

ю чэ ю

Јь

00

OJ

очень трудоемким процессом. Для осуществления подобных операций требуется наличие полного комплекта отдельной колонны. Размеры такой перегонной установки и, следовательно, капиталовложения и затраты энергии соответствуют таковым в колон- не для удаления больших количеств продукта.

В случае удаления незначительных количеств среднекипящих загрязнений в целях уменьшения аппаратурного оформления обычно довольствуются простым боковым отбором продукта, что позволяет сэкономить одну колонну. Недостаток этого приема состоит в том, что достижение высоких концентраций среднекипящих фракций при простом их боковом отборе возможно только в случае подвода большого количества теплоты нагрева, что отрица- тельно сказывается на экономичности процесса. Поэтому обычно мирятся с низкими концентрациями среднекипящих фракций и потерями низко- и высококипящих фракций.

В случае высоких концентраций средне- кипящего компонента в подаваемой смеси по вышеназванным причинам нельзя воспользоваться приемом бокового отбора. Поэтому в таких случаях отчасти используют боковые колонны, благодаря чему можно сэкономить по крайней мере один теплообменник и, в зависимости от типа колонны, один испаритель или конденсатор, Однако потребность в энергии этим мероприятием почти не уменьшается.

Значительную экономию энергии и капиталовложений в объеме около 30% дает только применение разделительной колонны или эквивалентной с термодинамической точки зрения системы главной колонны с присоединенной боковой колонной, верх и низ которой непосредственно соединены с главной колонной. Подобная система колонн обеспечивает разделение подаваемой смеси на три чистых компонента, с применением всего лишь одного испарителя и одного конденсатора. В случае использования разделительной колонны или термодинамически эквивалентной системы главной и боковой колонн вторичный пар обычно распределяют по зонам подачи и отбора разделительной колонны или по частичным колоннам, выполненным в виде отдельных звеньев, предпочтительно в соотношении 1:1. В случае разделительной колонны это по конструктивным причинам является предпочтительным решением, поскольку оно обеспечивает простоту геометрии насадок колонн. Теоретические исследования занимаются исключительно доказательством пригодности подобного рода равномерного распределения вторичного пара по обеим зонам колонны или частичным колоннам.

То же самое можно сказать и о варианте выполнения аппаратуры - конструкции в виде двух отдельных колонн. Для нее тоже предпочтительно равномерное распределение вторичного пара, причем указывается

лишь на то, что ненамеренное отклонение от считающегося оптимальным соотношения 1:1 вызывает только незначительное повышение затраты энергии. Итак преимуществом этой системы колонн считается приемлемость колебаний в распреде лении вторичного пара по зонам подачи ь отбора в максимальных пределах 1:3-3:1, но наиболее выгодным решением все-таки считается распределение в соотношении 1:1.

Однако, таким образом, не используется важное преимущество названной системы колонн и она получается такой же негибкой, как традиционная система колонн. Это значит, что каждую стадию перегонки следует заранее подробно исследовать. Возможность отделения перегонкой незначительных количеств загрязнений приходится выяснять заранее с помощью подробных исследований, проводимых в опытных установках. Только после этого осуществляют соответствующую операцию отделения методом традиционной перегонки или же проектируют и выпол- няют ее с помощью вышеописанных

современных колонн.

Однако, как показывает практика, это нередко связано с большими трудностями В случае новых способов часто очень трудно

моделировать опытным путем отделение загрязнений, присутствующих только в малы количествах, и определить объем и компоновку необходимой аппаратуры до создания производственной установки. Этс

обусловливает, например, необходимость предусматривать в опытных установках множество циклов рециркуляции перегоняемого продукта, в результате чего увеличивается длительность опыта, повышаются

требования к аналитической аппаратуре и, следовательно, возрастают издержки производства. К этому еще прибавляется то, что нельзя предвидеть все протекающие, возможно, процессы. Так, уже в течение самого

производственного процесса могут образовываться новые побочные продукты, например, вследствие применения нового, экономически более выгодного типа катализатора, использования исходных продуктов другого происхождения или изменения

других параметров технологического процесса.

Мероприятия по усовершенствованию технологических параметров иг следовательно, повышению рентабельности способа часто не могут сказываться, поскольку дополнительная операция удаления компонента, даже если он имеется только в очень небольших количествах, требует включения в производственный процесс дополнительной операции отгонки, что, помимо прямых дополнительных капиталовложений в оборудование, вызывает еще несравненно более высокие расходы из-за простоя установки во время ее переоборудования.

Поэтому цель предложенного технического решения заключается в отделении незначительных количеств среднекипящей фракции от смеси жидкостей с устранением вышеуказанных недостатков. В качестве смеси жидкостей используют смесь цикло- гексанона и циклогексанола со среднекипя- щими и высококипящими продуктами.

Эту задачу удалось решить выбором концентрации среднекипящей фракции в смеси жидкостей меньшей 2%, предпочтительно меньше 0,1%, и количества вторичного пара, подаваемого из главной колонны в низ боковой колонны, считая на количество вторичного пара в соответствующем месте главной колонны, 1-20%, предпочтительно 3-10%.

Вопреки мнению, которого придерживались до сих пор, оказалось, что в этом случае отделения незначительных количеств продуктов можно использовать соотношение распределения вторичного пара, сильно отклоняющееся от считавшегося идеальным соотношения 1:1, подавая в дополнительную боковую колонну, служащую для отбора среднекипящего побочного продукта, весьма незначительное количество вторичного пара (около 3-10%, считая на количество вторичного пара в главной колонне). Преимущество этого приема состоит в том, что боковая колонна требует только низких капиталовложений и расходов на энергию.

На отделение низкокипящей фракции от высококипящей в главной колонне включение боковой колонны не оказывает отри- цательного влияния. Ввиду того, что концентрация среднекипящей фракции в главной колонне уменьшается за счет действия присоединенной боковой колонны, операция отделения получается даже более эффективной.

Особое преимущество предлагаемого способа состоит в том, что при удалении незначительных количеств среднекипящей

фракции через боковую колонну, имеющую по сравнению с главной колонной очень маленький диаметр, вместе со среднекипящей фракцией уходят и, следовательно, теряются только незначительные количества низко- и высококипящей фракции, если сравнить с этим решением традиционный способ простого бокового отбора.

К числу отделительных тарелок в боко0 вой колонне особые требования не предъявляются, т.е. колонна может содержать одинаковое, более высокое или более низкое, число теоретических тарелок, если сравнить ее с соответствующей зоной глав5 ной колонны. Даже тип отделенных насадок может быть иной, чем у главной колонны. Ввиду того, что боковая колонна имеет только небольшую площадь сечения, благодаря чему расходы на нее низкие, для нее, как

0 правило, предусматривают число теоретических тарелок, превышающее число тарелок главной колонны примерно на 20-50%. Размещение патрубков концентрационной и отгонной зон главной колонны для

5 присоединения боковой колонны в конкретном случае определяется специфическими требованиями относительно точности разделения смеси. В том случае, когда известна характеристика кипения загрязняющего

0 среднекипящего компонента, размещение патрубков можно установить математическим моделированием. Однако соответствующие свойства веществ часто не известны. В подобных случаях в условиях жестких тре5 бований относительно степени чистоты патрубки, соединяющие главную колонну с боковой, следует разместить ближе к месту ввода смеси в главную колонну. Во многих случаях выгодно разместить патрубки в се0 редине зон концентрации и отгонки главной колонны.

Место для бокового отбора фракции из боковой колонны следует предусмотреть в зависимости от расположения относитель5 но присоединительных патрубков места ввода смеси в главную колонну. В случае размещения места ввода в середине главной колонны рекомендуется разместить место бокового отбора боковой колонны также

0 в середине последней. Однако, когда место ввода расположено ближе к верхнему патрубку, то место отбора должно быть ближе к нижнему патрубку, и наоборот.

П р и м е р. На уровне десятой теорети5 ческой тарелки перегонной (главной) колонны, включающей всего 48 теоретических тарелок, при температуре 110°С подают жидкую смесь, состоящую из 16263 кг/ч циклогексанона, 20676, 5 кг/ч циклогексанола, 6,4 кг/ч метилциклогексанона и 1741.6

кг/ч высококипящих побочных продуктов. Рабочее давление в верху колонны составляет 40 мбар, а внизу - 64 мбар. На уровне верха колонны при температуре 62,3°С и флегмовом числе 2,9 отбирается циклогек- санон в количестве 15117 кг/ч. Головной продукт содержит 30 частей на миллион ме- тилциклогексанона. В низу при 88,7°С отбирают 1128,7 кг/ч циклогексанона, 20671,3 кг/ч циклогексанола, 4,25 кг/ч метилцикло- гексанона и 1741,6 кг/ч высококипящих продуктов.

Между самой нижней и 29-й тарелкой к главной колонне присоединена отборная колонна с 35 теоретическими тарелками. На верх этой колонны при 66,8°С подается жидкость из главной колонны в количестве 4300 кг/ч, а в низ - вторичный пар из главной колонны в количестве около 4300 кг/ч. На высоте 10-й теоретической тарелки этой ко- лонны при 74°С отбирается жидкая средне- кипящая фракция в количестве 25 кг/ч, содержащая 72,2% циклогексанона, 21% циклогексанола и 6,8% метилциклогексано- на.

Формула изобретения Способ выделения среднекипящей фракции из смеси циклогексанона и циклогексанола со средне- и высококипящими продуктами путем подачи сырья в одну точку в первую колонну, оборудованную исчерпывающей и отгонной зонами, с отбором чистых от среднекипящей фракции дистиллята и кубового остатка и выводом средне- кипящей-фракции в виде жидкого бокового потока из второй колонны при подаче в последнюю двух боковых потоков из первой колонны с выводом первого бокового пото0

5 0

5

0

5

0

ка из исчерпывающей, а второго - из отгонной части первой колонны и подачей первого потока на верх второй колонны в точку, расположенную выше вывода среднекипящей фракции, а второго потока в виде вторичного пара - в низ второй колонны, с возвратом в первую колонну фракции, отбираемой с верха второй колонны, в точку вывода из первой колонны первого потока, а фракции, поступающей из куба второй колонны, - в точку вывода второго потока из первой колонны и при отборе среднекипящей фракции между точками подачи питания во вторую колонну и точками отбора верхней фракции и вывода кубового продукта из второй колонны, отличающийся тем, что, с целью повышения четкости разделения смеси, в качестве питания первой колонны используют смесь, мас.%: цикло- гексанон 40-45, метилциклогексанон 0,01- 0,02, циклогексанол 50-55и высококипящие смеси - остальное, чистый дистиллят с содержанием метилциклогексанона 0,0003 мас.% отбирают с верха первой колонны, конденсируют и конденсат частично используют в качестве орошения этой же колонны при флегмовом числе 2,9, давлении в колонне 0,06 кг/см2 и числе теоретических тарелок 48, в качестве чистого кубового остатка получают продукт с низа первой колонны, содержащий 0,02 мас.% метилциклогексанона, из отгонной части первой колонны в низ второй колонны направляютЗ-10 мас.% вторичного пара от количества вторичного пара в точке отбора пара в первой колонне, а в качестве среднекипящей фракции отбирают фракцию, содержащую7 мас.% метилциклогексанона в смеси циклогексанона и циклогексанола.

Использование: химическая технология, разделение органических продуктов ректификацией. Сущность изобретения: смесь, мас.%: 40-45 циклогексанона, 0,01-0,2 ме- тилциклогексанона, 50-55 циклогексанола и высококипящие примеси - остальное, подают в одну точку в первую колонну, с верха которой отбирают дистиллят с содержанием 0,0003 мас.% метилциклогексанона при флегмовом числе 2,9, давлении 0,06 кг/см2 и числе теоретических тарелок 48. С низа первой колонны отводят остаток перегонки, содержащий 0,02 мас.% метилциклогексанона. Питанием второй колонны служат два боковых потока из исчерпывающей и отгонной частей первой колонны, один из которых подают в точку выше вывода среднекипящей фракции из второй колонны, а другой поток в виде вторичного пара в количестве 3-10 мас.% от паров в главной колонне в точке их отбора вводят в низ этой же колонны. Получаемая среднекипящая фракция содержит смесь циклогексанона, циклогексанола и 7 мас.% метилциклогексанона в расчете на фракцию. сл С