книги / Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза.-1

Кпервой группе методов относятся: осаждение твердых частиц поддействием

инерционных сил, фильтрованиетвердых частиц, очистка газовот пыли промы­ ванием, осаждение частиц в поле электростатических сил и др.

Использование методов второй группы чаще всего определяется фазовым со­

стоянием разделяемых веществ. Классификация методов второй группы была предложена В.С. Хайловым и Б.Б. Брандтом. Основные методы разделения, от­ носящиеся к этой группе, применяемые для смесей разного фазового состоя­ ния, приведены ниже:

сублимация (возгонка), зонная плавка

К третьей группе методов относится хемосорбция и все типы совмещенных

реакционно-массообменных процессов, в которых сначала образуется новое со­ единение с веществами, подлежащими выделению, апотом это соединение раз­ лагается с выделением целевого компонента.

В технологии получения крупнотоннажных органических продуктов наибо­ лее распространены методы разделения, основанные на фазовых переходах. Наиболее часто используются процессы дистилляции, ректификации, экстрак­ ции, абсорбции и парциальной конденсации. Остальные методы чаще исполь­ зуются при разделении различныхсмесей в малотоннажных производствах.

Все методы, основанные на фазовых переходах, можно разделить на два класса. К первому классу относятся методы, с помощью которых можно непо­ средственно обрабатыватьразделяемые смеси. Ко второму классу относятся ме­ тоды, для осуществления которых необходимо вводить в исходную смесь новые вещества, которые или растворимы всмеси, подвергаемой разделению, или об­ разуют новую фазу. Методы, связанные с добавлением в исходную систему раз­ личных веществ, приведены ниже:

За исключением перегонки в токе инертного газа или перегретого пара, в ко­ торой добавляемое в систему вещество понижает парциальное давление отго­ няемого вещества и, следовательно, понижает температуру перегонки, все остальные приведенные методы связаны со специфическими взаимодействия­ ми добавляемого вещества с компонентами разделяемой смеси. В настоящее

время сформировалась целая область знаний, связанная с подбором новых ве­ ществ, участвующих в разделении (теории подбора экстрактивных агентов, азеотропных агентов, экстрагентов, абсорбентов и адсорбентов, различных рас­ творителей в кристаллизации и экстракции и т.д.).

В основе такого подбора лежат исследования специфических взаимодейст­ вий добавляемого вещества и компонентов разделяемой смеси. Характеристи­ ками взаимодействий такого типа являются или коэффициент распределения компонента разделяемой смеси между фазами iw j k ,Js = x ‘s / x Js , или коэффици­ ент относительного распределения разделяемых компонентов между фазами

= x s xi / ( xs xD (где А' — концентрации компонентов).

Задача, таким образом, сводится к подбору вещества со специфическими свойствами, которые бы увеличивали коэффициент распределения одного ком­ понента и уменьшали другого, тем самым увеличивая коэффициент относитель­ ного распределения разделяемых веществ между фазами.

Методы разделения, основанные на фазовых переходах, можно характеризо­ вать разной степенью универсальности. На базе одних методов можно целиком построить схему разделения. Такие схемы называют однородными, а сами методы обладают большой степенью универсальности. К методам такого типа относит­ ся, например, ректификация и ее различные виды. Другие методы обладают меньшей универсальностью, и их использование приводит, как правило, к раз­ нородной схеме разделения, т.е. к необходимости привлечения по крайней мере еще одного метода. Например, абсорбция и адсорбция сопровождаются десорб­ цией, экстракция — ректификацией и т.д. Обычно к этой группе относятся ме­ тоды, в результате использования которых получают новые растворы или смеси, которые подлежат дальнейшему разделению.

Иногда методы разделения, основанные на использовании химических ре­ акций, относят к методам, связанным с добавлением в разделяемую смесь новых веществ. Основанием для такой классификации служит тот факт, что специфи­ ческие взаимодействия добавляемых веществ с компонентами разделяемой сме­ си могут включать межмолекулярные взаимодействия физико-химического ха­ рактера, образование водородных связей, я-комплексов, а также стойких хими­ ческих соединений. Для использования химических методов разделения необ­ ходимо изучить кинетику протекающей химической реакции, а также выбрать способ разложения получаемого химического соединения на последующих ста­ диях с выделением целевого продукта.

Из методов разделения, базирующихся на перераспределении вещества в среде, наиболее широкое распространение в отрасли основного органического и нефтехимического синтеза могут получить следующие: разделение испарени­ ем через полунепроницаемую мембрану, ультрафильтрация и обратный осмос.

В процессе создания схемы разделения инженер-технолог, исходя из поставленных целей, вынужден обращаться к различным методам разделения, учитывая при этом воз­ можности каждого метода. Необходимо также принимать в расчет:

S свойства разделяемой смеси, ее агрегатное состояние, число фаз, степень идеаль­ ности;

S возможность достижения заданного разделения, требуемых чистоты выделяемых веществ и выхода по целевым продуктам и фракциям;

S энергоемкость того или иного метода; S экологическую чистоту метода;

134

щей области ректификации I н IV (но для пониженного давления). Кубовый, продукт колонны 2 может быть разделен в колонне 3, работающей при атмо­ сферном давлении, на уксусную кислоту (кубовый продукт W3) и смесь (D 3), со­ став которой будет находиться в окрестности разделяющей области / и //. Смесь D3 в качестве рецикла возвращается в колонну 1. Оптимальные параметры рабо­ ты ректификационных колонн рассмотренного комплекса разделения фракции оксидата прямогонного бензина представлены в табл. 4.2. При этом оказалось, что рецикл должен составлять 35,5 % от количества исходной смеси.

Т а б л и ц а 4.2. Параметры работы ректификационных колонн при разделении фракции

Таким образом, без применения других методов разделения и добавления новых веществ (а их потребуется несколько) удается раздел ить смесь со сложной структурой диаграммы фазового равновесия на чистые компоненты. Этот прин­ цип может быть использован для разделения и других азеотропных смесей. Од­ нако в настоящее время он не нашел еще практического применения.

Необходимо также отметить, что смещение состава азеотропа может быть осуществлено не только за счет давления, но и за счет других внешних сил (на­ пример, переменных магнитных полей), влияющих на межмолекулярное взаи­ модействие молекул.

Неоднородные комплексы разделения. Принцип перераспределения полей

концентраций между областями ректификации может быть проиллюстрирован на примерах разделительных комплексов, включающих ректификацию, с помо­ щью которой достигается необходимая чистота продукта, и вспомогательного метода разделения, предназначенного для расслаивания, экстракции, кристал­ лизации, разделения с помощью мембран и др.

Наиболее широко для разделения азеотропных смесей применяются двух- и трехколонные комплексы с флорентийскими сосудами. Двухколонный ком­ плекс с флорентийским сосудом применяют также для разделения гетероазеотропных смесей типа //-бутиловый спирт—вода, винилацетат—вода, масляный альдегид—вода и др. (рис. 4.18).

139