кандидат технических наук, доцент кафедры химии и технологии основного органического синтеза
119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86
Ph.D. (Engineering), Associate Professor of the Chair of Chemistry and Technology of Basic Organic Synthesis
86, Vernadskogo pr., Moscow 119571, Russia
студент кафедры химии и технологии основного органического синтеза
119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86
Student of the Chair of Chemistry and Technology of Basic Organic Synthesis
86, Vernadskogo pr., Moscow 119571, Russia
The article reports the development of a technological scheme for isoamyl acetate preparation on the basis of kinetic data, vapor-liquid and liquid-liquid equilibrium data. A review of isoamyl acetate production methods was made. At present most of the methods are based on esterification reaction, which takes place in the presence of homogenous and heterogeneous catalysts. Heterogeneous catalysis is preferred because of absence the catalyst separation problem. In the first part of the work vapor-liquid and liquid-liquid equilibrium simulation was made. NRTL and UNIQUAC models were used to calculate phase equilibrium of a quaternary reaction mixture. It was proved by comparison of deviations of the calculated temperature and vapor mole fractions from the experimental values that NRTL is the best model for the considered mixture phase equilibrium calculations. This model was used in further calculations of distillation and liquid-liquid splitting. The choice of the technological scheme is based on the use of the principle of both distillation and liquid phase separation and the recycling of substances in the system. The difficulty in isolating pure isoamyl acetate as a product is due to the presence of four binary azeotropes and two triple ones in the system. When developing and selecting a technological scheme, the possibility of obtaining maximum conversions of the reactants was taken into account. Besides, when designing and calculating the scheme, an assumption was made about infinite separating ability of separation distillation columns. To check operating efficiency of the scheme in real conditions, a verification calculation was made to determine the minimum and working reactor volume. The minimum and working reactor volume calculation was based on the Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson model for the kinetics of the esterification reaction. The selection of constructive and operating parameters of the scheme, at which high quality of isoamyl acetate is achieved, was made.
В настоящей статье на основе комплексного анализа кинетических данных и данных о фазовом равновесии жидкость-пар и жидкость-жидкость разработана технологическая схема получения изоамилацетата. Проведен анализ литературных данных по способам получения изоамилацетата. Изоамилацетат получают реакцией этерификации изоамилового спирта уксусной кислотой. Реакция протекает как в жидкой, так и в газовой фазе с использованием гомогенных и гетерогенных катализаторов. Предпочтение отдается гетерогенному катализу, так как в этом случае не существует проблемы отделения катализатора от реакционной массы. На первом этапе работы проведено моделирование равновесия жидкость-пар и жидкость-жидкость четырехкомпонентной реакционной смеси с использованием уравнений NRTL и UNIQUAC. Анализ полученных отклонений расчетных значений температуры и состава пара показал, что для описания фазового равновесия реакционной смеси наиболее подходящей является уравнение NRTL. Данное уравнение использовалось в дальнейшем при расчете ректификации и сепарации. На основе информации о фазовом равновесии реакционной смеси синтезирована технологическая схема, которая базируется на сочетании ректификации и расслаивания, а также на рециркуляции веществ в системе. Трудность выделения чистого изоамилацетата в качестве целевого продукта связана с присутствием в системе четырех бинарных азеотропов и двух тройных. При разработке и выборе подходящей технологической схемы учитывалась возможность получения максимальных значений конверсии реагентов. Также при синтезе схемы принято допущение о бесконечной разделительной способности ректификационных колонн. Для проверки работоспособности схемы в реальных условиях проведен поверочный расчет с целью определения минимального и рабочего объема реактора, который основывался на использовании модели Ленгмюра-Хиншельвуда-Хоугена-Уотсона для описания кинетики реакции этерификации. На заключительном этапе работы проведен подбор конструктивных и режимных параметров схемы, при которых достигается высокое качество изоамилацетата.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.