книги / Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза

192 Ча с т ь 1. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

выходящем из второй колонны и поступающем в первую. Поскольку изменение состава азеотропа, приходящееся на один градус темпе­ ратуры, согласно закону Вревского, зависит от разности молярных теплот испарения компонентов, то рассматриваемый метод разделе­ ния будет тем эффективнее, чем больше будут отличаться теплоты испарения разделяемых веществ. Этот принцип может использоваться также при разделении многокомпонентных азеотропных смесей.

Структура диаграммы фазового равновесия жидкость—пар для системы вода—муравьиная кислота—уксусная кислота представле­ на на рис. 4.16. В этой системе имеется один бинарный отрицатель­ ный азеотроп и один тройной седловой азеотроп, все концентра­ ционное пространство делится на четыре области ректификации.

Для разделения составов смесей, расположенных в области ректификации I, может быть использован трехколонный ректи­ фикационный комплекс, представленный на рис. 4.17.

Исходная смесь F, состав которой расположен в области ректи­ фикации /, подается на первую колонну, работающую при атмосфер­ ном давлении. В качестве верхнего продукта можно выделить воду (Z), соответствует неустойчивому узлу в данной фазовой диаграмме). Точка состава кубового продукта (И^) будет находиться в окрестнос­ ти, разделяющей области ректификации / и IV. Этот кубовый про­ дукт подается в колонну 2, работающую при давлении 6,6—26,6 кПа. При этом давлении тройной седловой азеотроп, бинарный азеотроп и разделяющие линии сместятся (новое положение разделяющих ли­ ний представлено пунктирными линиями). Следовательно, состав ку­ бового продукта ( колонны 1 окажется в области ректификации ГУ. Тогда из него можно выделить в виде верхнего продукта (D2) му­ равьиную кислоту, состав которой соответствует неустойчивому узлу в этой области ректификации, а в качестве кубового продукта полу-

196 Часть 7. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

изопропиловый спирт и воду (рис. 4.19,6). В колонну 1 подается ис­ ходная смесь изопропилового спирта и воды азеотропного состава. Бензол может быть подан при пуске установки (и в дальнейшем про­ водится только подпитка для компенсации его потерь) в колонну 1 или флорентийский сосуд 3. Паровой поток колонны 1 после конденсации поступает во флорентийский сосуд 3. Верхний слой флорентийского сосуда 3, содержащий основную часть бензола, воз­ вращают в колонну 1для орошения и образования азеотропов, а ниж­ ний слой, содержащий большую часть воды и спирта, направляют в колонну 2 В ней отделяют спирт и бензол в виде азеотропов с во­ дой от избытка воды, которая выводится в виде кубового продукта. Параметры работы колонн комплекса представлены в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Параметры работы двухколонного комплекса

гетероазеотропной рект иф икации

Таким образом, наличие четырех азеотропов и трех областей ректификации в данном случае не является препятствием к выде­ лению спирта и воды в чистом виде благодаря тому, что гетероген­ ная по жидкости область охватывает часть областей ректификации, что и позволяет осуществить принцип перераспределения.

Подобный же двухколонный комплекс может быть использован для отделения азеотропообразующего агента для систем, имеющих гомологичные структуры диаграмм. В частности, для расслаиваю­ щихся систем гомологичными будут структуры, в которых один компонент образует гетероазеотропы со всеми остальными компо­ нентами, число которых может изменяться от 1 до я—1, а два бинодальных многообразия, отделяющие гомогенные области от гетеро­

Рис. 4.21. Диаграмма состояния трехкомпонентной трехфазной смеси (а) и трехколонный комплекс для ее разделения (б)

ты используют для разделения смеси, получаемой при производ­ стве изопрена.

Для ряда диаграмм при организации ректификации удается ис­ пользовать геометрические особенности хода линии, разделяющей диаграмму на две области ректификации. Для этого достаточно, что­ бы разделяющая линия была криволинейной. В качестве примера рассмотрим тройную смесь, диаграмма которой представлена на рис. 4.22. В этом случае на первую колонну подают исходную смесь и рецикл, поступающий с третьей колонны. Дистиллят этой колон­ ны поступает во вторую колонну, а в кубовом продукте выделяется компонент С. Во второй колонне в дистилляте выделяется компо­

близкий по составу к азеотропу, поступает в первую колонну.

К омплексы азеотропной, экстрактивной

И АВТОЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ

Широкое распространение в практике разделения продуктов основного органического и нефтехимического синтеза получили комплексы, базирующиеся на азеотропной, экстрактивной и автоэкстрактивной ректификации.

В первых двух случаях для разделения азеотропных смесей или смесей, имеющих относительную летучесть, близкую к единице,

Рис. 4.22. Диаграммасостояния трехкомпонентной системы скриволиней­ ной разделяющей (а), балансовая сеть трехколонного комплекса (б) и ком­ плекс, основанный на использовании кривизны разделяющей линии (в)

предусматривается введение новых разделяющих агентов. Причем в случае азеотропной ректификации добавляются вещества, обра­ зующие новые азеотропы с компонентами первоначальной сме­ си. При экстрактивной ректификации новые вещества меняют от­ носительную летучесть компонентов исходной смеси. В случае автоэкстрактивной ректификации роль экстрактивного агента вы­ полняет один или несколько компонентов, содержащихся в пер­ воначальной исходной смеси, но подающиеся в верхнюю часть колонны и в другом соотношении.

Под азеотропной ректификацией чаще понимают гетероазеотропную ректификацию, предусматривающую сочетание азеотроп­ ной ректификации с расслаиванием. В этом случае достаточно про­ сто осуществляется регенерация азеотропного агента. При наличии гомогенных азеотропов это сделать трудно или невозможно. Это

200 Часть 1. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

обусловлено тем, что при получении нового гомогенного азеотро­ па возникает задача его разделения с целью регенерации азеотроп­ ного агента. А это, в свою очередь, потребует применения специ­ ального метода разделения азеотропной смеси. И только тогда, когда новая азеотропная смесь (азеотропообразующего компонен­ та с одним из компонентов исходной смеси) может быть далее ис­ пользована без разделения, то гомоазеотропная ректификация мо­ жет быть целесообразной. Примером такого разделения служит обезвоживание этилового спирта с помощью этилендиамина. Этилендиамин образует с водой гомогенный азеотроп с максимумом температуры кипения и в отсутствие воды неустойчив. Поэтому с его помощью проводится обезвоживание этилового спирта. Но это частный и редкий случай.

Что же касается в целом азеотропной ректификации, то она

вбольшинстве случаев энергетически невыгодна, так как азеотро­ пообразующий агент испаряется многократно пропорционально (/?+1), где R —флегмовое число.

Экстрактивная и автоэкстрактивная ректификация энерге­ тически более выгодны по сравнению с азеотропной ректифи­ кацией, так как экстрактивный агент практически не испаряется.

Необходимо обратить внимание на еще одно отличие азео­ тропной и экстрактивной ректификации. Если при азеотропной рек­ тификации разделяющий агент может подаваться как в исходную смесь, так и в верхнюю часть колонны, то при экстрактивной и автоэкстрактивной ректификации экстрактивный агент обязательно должен подаваться выше уровня подачи исходной смеси в случае тяжелолетучего экстрактивного агента или ниже уровня последней —

вслучае легколетучего. Схемы комплекса экстрактивной и автоэкстрактивной ректификации представлены на рис. 4.23.

Необходимо отметить, что во всех учебных пособиях и мо­ нографиях экстрактивная ректификация рассматривается только по варианту (б), т. е. когда в колонну наряду с экстрактивным агентом подается флегма. При этом флегму направляют на самый верх ко­ лонны, а экстрактивный агент —несколько ниже. В этом случае ко­ лонну можно разделить на три части: исчерпывающую, в которой удаляется легколетучий компонент из кубового продукта (она ниже тарелки питания), укрепляющую, в которой повышается концент­ рация легколетучего компонента (между вводом исходной смеси и разделяющего агента), и регенерационную, в которой дистиллят от­ деляется от примесей разделяющего агента (между вводом разде-