ВЫБОР ЭКСТРАКТИВНЫХ АГЕНТОВ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ХЛОРОФОРМ - МЕТАНОЛ -ТЕТРАГИДРОФУРАН

Рассмотрены варианты экстрактивной ректификации эквимолярной смеси хлороформ - метанол - тетрагидрофуран с промышленными разделяющими агентами. Базовая система проявляет разноименные отклонения от идеального поведения, так как содержит бинарные азеотропы с минимальной и максимальной температурой кипения (система 3.3.1-4 по классификации Л.А. Серафимова). Выбор селективных веществ для экстрактивной ректификации трехкомпонентной смеси проведен с учетом концентрационных зависимостей избыточной молярной энергии Гиббса бинарных составляющих производной системы хлороформ - метанол - тетрагидрофуран - тестируемый промышленный агент: этиленгликоль (ЭГ), диметилсульфоксид (ДМСО), N-метилпирролидон (N-МП) при 101.32 кПа. По результатам оценки термодинамического критерия рекомендованы ДМСО и N-МП, которые проявляют селективное действие при разделении двух бинарных составляющих. ЭГ селективен только в отношении смеси хлороформ - тетрагидрофуран. Поскольку тестируемые агенты проявляют различное селективное действие, выбор агента определяет качественный состав продуктовых потоков колонны экстрактивной ректификации трехкомпонентной смеси (первая колонна схем разделения) и, соответственно, структуру схем в целом. Схемы состоят их двухколонных комплексов экстрактивной ректификации: базовой трехкомпонентной смеси и бинарной азеотропной смеси. Максимальный вклад в суммарные энергозатраты на разделение (нагрузка кипятильника ректификационной колонны) во всех вариантах вносит колонна экстрактивной ректификации трехкомпонентной смеси, который составляет: 65 % (ЭГ), 53 % (N-МП) и 24 % (ДМСО). Применение наиболее селективного агента обеспечивает снижение энергозатрат этой колонны: нагрузка на кипятильник максимальна в случае ЭГ, в сравнении с которым при использовании N-МП нагрузка ниже на 47 % , для ДМСО - на 76 % .

экстрактивная ректификация, трехкомпонентная смесь, азеотроп, избыточная молярная энергия Гиббса, селективный агент, метанол, хлороформ, тетрагидрофуран, этиленгликоль, диметилсульфоксид, энергозатраты на разделение

1. Momoh S.O. Assessing the accuracy of selectivity as a basis for solvent screening in extractive distillation processes // Sep. Sci. & Technol. 1991. V. 26. № 5. Р. 729-742.

2. Zhigang Lei, Chengyue Li, Biaohua Chen. Extractive distillation: a review // Sep. & Purif. Rev. 2003. V. 32. № 2. Р. 121-213.

3. Фролкова А.К. Разделение азеотропных смесей. Физико-химические основы и технологические приемы. М.: Гуманит. издат. центр ВЛАДОС, 2010. 192 с.

4. Анохина Е.А. Энергосбережение в процессах экстрактивной ректификации // Вестник МИТХТ. 2013. Т. 8. № 5. С. 3-19.

5. Berg L., Yeh An-I. The separation of isopropyl ether from methyl ethyl ketone by extractive distillation // Chem. Eng. Comm. 1984. V. 29. № 1-6. P. 283-289.

6. Berg L., Vosburgh M.G., Christensen R.W., Shanahan M.J. The separation of lower boiling alcohols by extractive distillation // Chem. Eng. Comm. 1988. V. 61. № 1. P. 1-21.

7. Yeh An-I., Berg L., Warren K.J. The separation of acetone - methanol mixture by extractive distillation // Chem. Eng. Comm. 1988. V. 68. № 1. Р. 69-79.

8. Мюльхи Е.П., Христенко М.С., Андрюхова М.В. Выбор экстрактивного разделяющего агента для бинарной смеси 1-пентанол - циклогексанон // Журн. прикл. химии. 2006. Т. 79. № 7. С. 1086-1092.

9. Xu S., Wang H. A new entrainer for separation of tetrahydrofuran - water azeotropic mixture by extractive distillation // Chem. Eng. & Proces. 2006. V. 45. № 11. Р. 954-958.

10. Jyun-Yang Yao, Sheng-Yu Lin, I-Lung Chien. Operation and control of batch extractive distillation for the separation of mixtures with minimum-boiling azeotrope // J. Chin. Instit. Chem. Eng. 2007. V. 38. P. 371-383.

11. Gómez P., Gil I. Simulation of the tetrahydrofuran dehydration process by extractive distillation in Aspen Plus // Latin Amer. Appl. Res. 2009. V. 39. № 4. Р. 275-284.

12. Lek-Utaiwan P., Suphanit B., Douglas P.L., Mongkolsiri N. Design of extractive distillation for the separation of close-boiling mixtures: Solvent selection and column optimization // Comp. & Chem. Eng. 2011. V. 35. № 6. Р. 1088-1100.

13. Zhang Z., Huang D., Lv M., Jia P., Sun D., Li W. Entrainer selection for separating tetrahydrofuran/water azeotropic mixture by extractive distillation // Sep. & Purif. Technol. 2014. V. 122. P. 73-77.

14. Раева В.М., Капранова А.С. Сравнение эффективности экстрактивных агентов при разделении смеси ацетон - метанол // Хим. промышленность сегодня. 2015. № 3. С. 33-46.

15. Sazonova A.Yu., Raeva V.M. Recovery of acetonitrile from aqueous solutions by extractive distillation - Effect of entrainer // Int. J. Chem., Nucl., Metallurg. & Mat. Eng. 2015. V. 9. № 2. Р. 195-198.

16. Громова О.В., Гутенков В.С., Раева В.М. Экстрактивная ректификация бинарных смесей с максимально кипящими азеотропами // Вестник науки и образования. 2016. Т. 5. № 9 (17). С. 8-14.

17. Berg L., An-I Yeh, Ratanapupech P. The recovery of ethyl acetate by extractive distillation // Chem. Eng. Comm. 1985. V. 39. № 1-6. Р. 193-199.

18. Berg L., Vosburgh M.G. Separation of isopropanol from isopropyl acetate and water by extractive distillation: pat. 786,629 USA. № 4,666,560; filled 11.10.1985; publ. 19.05.1987.

19. Berg L., Vosburgh M. G. Separation of isopropanol from isopropyl acetate by extractive distillation: pat. 19,423 USA. № 4,718,989; filled 26.02.1987; publ. 12.01.1988.

20. Berg L., An-I Yeh. Separation of isopropyl acetate from isopropanol by extractive distillation: pat. 869,733 USA. № 4,826,576; filled 2.06.1986; publ. 2.05.1989.

21. Berg L. Separation of ethanol, isopropanol and water mixtures by extractive distillation: pat. 845,107 USA. № 5,800,681; filled 21.04.1997; publ. 1.09.1998.

22. Berg L., An-I Yeh. Separation of n-butyl acetate from n-butanol by extractive distillation: pat. 608,071 USA. № 4,507,176; filled 7.05.1984; publ. 26.03.1985.

23. Berg L., An-I Yeh. Separation of n-butyl acetate from n-butanol by extractive distillation: pat. 608,040 USA. № 4,525,245; filled. 7.05.1984; publ. 25.06.1985.

24. Berg L., An-I Yeh. Separation of isobutyl acetate from isobutanol by extractive distillation: pat. 709,415 USA. № 4,642,167; filled 7.03.1985; publ. 10.02.1987.

25. Berg L., An-I Yeh. Separation of isobutyl acetate from isobutanol by extractive distillation: pat. 878,787 USA. № 4,724,049; filled 26.06.1986; publ. 9.02.1988.

26. Berg L., An-I Yeh. Separation of isopropyl ether from isopropanol and water by extractive distillation: pat. 800,155 USA. № 4,666,563; filled 20.11.1985; publ. 19.05.1987.

27. Долматов Б.Б., Тимошенко А.В., Волков А.Г., Анохина Е.А. Области энергетической оптимальности схем экстрактивной ректификации смеси метанол - н-пропилацетат - толуол с анилином // Вестник МИТХТ. 2009. Т. 4. № 5. С. 60-68.

28. Honghai Wang, Xiaoying Cui, Chunli Li, Jing Fang. Separation of ethyl acetate -dichloromethane - ethanol by extractive distillation: simulation and optimization // Chem. Eng. Technol. 2013. V. 36. № 4. P. 627-634.

29. Benyounes Н., Frolkova A.K. Аspects of multicomponent mixture separation in the presence of selective solvents // Chem. Eng. Comm. 2010. V. 197. № 7. Р. 901-918.

30. Raeva V.M., Sazonova A.Yu. Separation of ternary mixtures by extractive distillation with 1,2-ethandiol and glycerol // Chem. Eng. Res. Design. 2015. V. 99. P. 125-131.

31. Сазонова А.Ю. Выбор разделяющих агентов и закономерности экстрактивной ректификации смесей органических продуктов: автореф. дис. … канд. техн. наук. М.: МИТХТ, 2015. 225 с.

32. Raeva V.M., Sazonova A.Yu., Frolkova A.K. Synergetic effect of binary separating agents in extractive rectification of homogeneous mixtures // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2013. V. 47. № 5. P. 649-659.

33. Zhigang Zhang, Ming Lv, Donghao Huang [et al.]. Isobaric vapor-liquid equilibrium for the extractive distillation of acetonitrile + water mixtures using dimethyl sulfoxide at 101.3 kPa // J. Chem. Eng. Data. 2013. V. 58. № 12. P. 3364-3369.

34. Luyben W.L. Control of the maximum boiling acetone/chloroform azeotropic distillation system // Ind. Eng. Chem. Res. 2008. V. 47. № 16. Р. 6140-6149.

35. Luyben W.L. Effect of solvent on controllability in extractive distillation // Ind. Eng. Chem. Res. 2008. V. 47. № 13. P. 4425-4439.

36. Гайле А.А., Залищевский Г.Д. N-Метилпирролидон. Получение, свойства и применение в качестве селективного растворителя. СПб.: Химиздат, 2005. 704 с.

37. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Vol. 8. 5th Edition. John Wiley and Sons, 2004. 880 p.

38. Коган В.Б. Азеотропная и экстрактивная ректификация. Л.: Химия, 1971. 439 с.

39. Сазонова А.Ю., Раева В.М., Челюскина Т.В., Фролкова А.К. Выбор экстрактивных агентов для разделения биазеотропной смеси бензол - перфторбензол на основе термодинамического критерия // Теор. основы хим. технологии. 2014. Т. 48. № 2. С. 163-172.