CC BY
101
УДК 66
В. Я. Алешкин, Г. В. Арестов, Ф. Х. Кудашева 1, А. В. Дудин
Комплексная переработка головных фракций этилацетатного производства
ОАО «Ашинский химический завод» 456011, г. Аша, Челябинская обл., ул. Суворова, 2; тел.: (351-59) 3-27-18 1 Башкирский государственный университет 450074, г. Уфа, ул. Фрунзе, 32; тел.: (347) 273-67-21
Показана возможность применения непрерывной ректификации для разделения головных фракций этилацетатного производства на фракции этилацетата и диэтилового эфира. Непрерывная ректификация легкокипящих фракций позволяет получить фракцию, содержащую не менее 90% этилацетата. Предложенный способ позволяет увеличить степень извлечения целевых компонентов и снизить энергетические затраты на проведение процесса.
Ключевые слова: головная фракция, производство этилацетата, уксусный альдегид, диэтило-вый эфир.
Этилацетат является одним из важнейших сложных эфиров уксусной кислоты, находящим широкое применение в производстве лакокрасочных материалов, смесевых растворителей, пластических масс и резинотехнических изделий, медицинских препаратов и парфюмерно-косметических средств 1.
Наиболее распространенным способом получения этилацетата в отечественной промышленности является этерификация уксусной кислоты этиловым спиртом. Блок-схема производства товарного этилацетата приведена на рис. 1.
Этилацетат-сырец, образующийся на стадии этерификации кислоты спиртом, содержит до 2% (по массе) легкокипящих компонентов — уксусного альдегида и диэтилового эфира, являющихся примесями синтетического этанола. Для получения товарного этилацетата эфир-сырец подвергается азеотропной сушке,
обезвоженный этилацетат далее подвергается ректификации на двухколонной установке. Легкокипящие примеси при этом выделяются в составе головных фракций, отбираемых на стадиях сушки и последующей ректификации этилацетата-сырца.
Основными компонентами головных фракций этилацетатного производства являются уксусный альдегид, диэтиловый эфир, этанол, вода и этилацетат — целевой компонент, который необходимо извлекать и возвращать в технологический процесс.
При относительно небольших объемах производства этилацетата головные фракции, в зависимости от состава, могут подвергаться периодической переработке путем промывки водой либо периодической ректификацией.
При годовых объемах производства товарного этилацетата свыше 10000 т применение периодических способов не всегда экономически целесообразно по причине большого объема сточных вод, образующихся при промывке, и значительного расхода энергоресурсов при периодической ректификации головных фракций.
В настоящей работе изучалась возможность переработки головных фракций ректификацией по периодическому и непрерывному способам 2.
На первом этапе были определены кривые разгонки головных фракций при периодической ректификации на промышленной установке.
Рис. 1 Блок-схема производства товарного этилацетата. I — эфир-сырец; II — нейтрализованный эфир-сырец; III — обезвоженный эфир
Дата поступления 28.11.06
Башкирский химический журнал. 2007. Том 14. №№2 105
На рис. 2 приведена типичная кривая разгонки головной фракции в координатах: объем дистиллята — приведенная температура паров верхней части колонны.
о
я о Л й к й
Л
^
н й Л
К
а
90 80 -70 -60 50 40 30 Н 20 10 0
0 20 40 60 80 100
Доля отобранного дистиллята, % по объему
Рис. 2. Кривая разгонки головной фракции этилаце-татного производства
Из кривой разгонки следует, что максимальные объемы дистиллята отбираются в интервале температур 21—40 оС (уксусный альдегид, диэтиловый эфир и низкокипящие сложные эфиры) и 65—77 оС (целевая фракция этилацетата). Изменение температуры от 40 до 65 оС происходит быстро и сопровождается незначительным объемом дистиллята.
Таким образом, разделение головных фракций этилацетатного производства может быть сведено к выделению двух фракций — легкокипящей и целевой.
Непрерывная ректификация головных фракций осуществлялась на насадочной стеклянной колонне высотой 1.5 м, снабженной стеклянным испарителем с краном для отбора кубовой жидкости. Эффективность колонны, определенная при ректификации смеси «этилацетат — метилацетат» составила 20 теоретических тарелок. Подача исходной фракции осуществлялась на 10-ю теоретическую тарелку, считая от нижней части колонны.
Легкокипящая фракция отбиралась из верхней части колоны при температуре паров, не превышающей 40 оС. Отъем целевой фракции (из жидкой фазы) производился из испарителя при температуре не ниже 65 оС.
Исходные и выделенные фракции анализировались методом газо-адсорбционной хроматографии на газовом хроматографе «Крис-талл-2000М». В качестве сорбента использовался Полисорб-1, температура колонки 130 оС. Предварительная градуировка хроматографа проводилась по модельным смесям 3 4.
Результаты анализа исходных, легкоки-пящих и выделенных фракций приведены в табл. 1. Из таблицы видно, что в исходной головной фракции содержание этилацетата колеблется от 27 до 83 % мас., а диэтилового эфира от 10 до 57 % мас. Легкая фракция н.к., 40 оС состоит на 80—84 % мас. из диэтилового эфира, а целевая фракция 65 оС к.к. содержит до 90—92.4 % мас. этилацетата.
Таким образом, при непрерывной ректификации легкокипящих фракций этилацетат-ного производства может быть получена целевая фракция, содержащая более 90% этилацетата, которая по составу соответствует этилацетату-сырцу, и может быть возвращена в технологический процесс. Отбор целевого компонента из испарителя в жидкой фазе, минуя стадии испарения и конденсации, приводит к экономии тепловой энергии и охлаждающей воды.
Так как в легкой фракции с температурой кипения 40 оС увеличивается содержание уксусного альдегида (до 5—20 % мас. по сравнению с исходной головной фракцией 3.7—7.2 % мас.), то легкая фракция подвергалась дальнейшей очистке от уксусного альдегида.
Известно, что альдегиды могут быть удалены из смесей по реакции присоединения гидросульфита натрия с образованием гидросульфитных производных альдегидов 5.
СНзч ?
а
/
С=О + НБОзШ-
Н
СНзч он
- Я
н БОз№
Таблица 1
Состав головных фракций и продуктов их переработки, % мас.
№ Компонент Содержание, % мас.
п/п Исходная головная фракция Легкая фракция н.к. - 40 оС Целевая фракция 65 оС - к.к.
1 Вода 3.5-4.2 1.0-1.5 4.0-5.1
2 Уксусный альдегид 3.7-7.2 5-20 0.09-0.15
3 Этанол 0.8-1.3 0.1-1.5 1.0-1.5
4 Диэтиловый эфир 10-57 80-84 1.0-1.2
5 Этилацетат 27-83 2.0-3.5 90.0-92.4
106
Башкирский химический журнал. 2007. Том 14. №2
Предварительными лабораторными исследованиями было установлено, что практически полное удаление уксусного альдегида из фракции достигается при концентрации гидросульфита натрия 30% и количестве его, в 1.1 — 1.2 раза превышающем теоретически рассчитанное количество.
В табл. 2 приведены результаты анализа фракции диэтилового эфира и фракции, обработанной раствором гидросульфита натрия. Из приведенных результатов следует, что степень очистки фракции диэтилового эфира от уксусного альдегида составляет =95%. Остаточное количество уксусного альдегида после обработки фракции раствором гидросульфита натрия не превышает 0.1% мас.
Таблица 2
Состав исходной фракции диэтилового эфира (I) и фракции, обработанной раствором гидросульфита натрия (II), % мас.
Компонент Концентрация, % мас.
Фракция I Фракция II
Вода 1.0-1.5 1.3-1.6
Уксусный альдегид 11.0-19.4 0.07-0.09
Этанол 0.1-0.3 0.1-0.2
Диэтиловый эфир 82.3-88.4 97.3-98.5
Освобождение фракции диэтилового эфира от уксусного альдегида будет способствовать снижению взрыво- и пожароопасности
этилацетатного производства и снижению газовых выбросов в атмосферу, а следовательно, и улучшению экологической ситуации в районе расположения предприятия.
Фракция диэтилового эфира, подвергающаяся очистке от уксусного альдегида, может быть использована в качестве растворителя.
Таким образом, головные фракции этилацетатного производства могут быть переработаны путем непрерывной ректификации в этилацетатную целевую фракцию и фракцию диэтилового эфира. Внедрение процесса непрерывной ректификации позволит снизить энергетические затраты, расход охлаждающей воды и увеличить производительность аппарата.
Литература
1. Чащин А. М., Глухарева М. И. Производство ацетатных растворителей в лесохимической промышленности.— М.: Лесная промышленность, 1984.- 240 с.
2. Розенгардт М. И. Техника лабораторной перегонки и ректификации.- М.: Госхимиздат, 1951.- 194 с.
3. Алешкин В. Я., Арестов Г. В., Кудашева Ф. Х. // Вестн. Баш. университета.- 2004.- №4.-С. 28.
4. Гольберг К. А., Виндергауз М. С. Курс газовой хроматографии.- М.: Химия, 1990.- 376 с.
5. Юкельсон И. И. Технология основного органического синтеза.- М.: Химия, 1968.- 848 с.
Башкирский химический журнал. 2007. Том 14. №№2
107
