Схемы разделения бинарной смеси гидроксиацетон–фенол с использованием специальных методов ректификации

Цели. Исследовать возможность разделения смеси гидроксиацетон–фенол (составляющей смеси производства фенола кумольным методом) в схемах, базирующихся на использовании специальных приемов ректификации: добавлении разделяющих агентов, повышающих относительную летучесть компонентов исходной смеси, и варьировании давления в колоннах.

Методы. В качестве метода исследования применялся вычислительный эксперимент в среде программного комплекса Aspen Plus®. Математическое моделирование равновесия жидкость–пар проводилось с использованием модели локальных составов Non-Random Two Liquid. Адекватность последнего подтверждена сравнением экспериментальных и расчетных данных о фазовом равновесии, данных об азеотропии; средняя относительная ошибка не превышала 3%.

Результаты. В вычислительном эксперименте определена зависимость состава и температуры кипения азеотропа гидроксиацетон–фенол от давления (при увеличении давления азеотроп обогащается фенолом), показана возможность использования комплекса колонн, работающих под разным давлением, для разделения смеси (сдвиг азеотропа составляет порядка 9%). Исследовано изменение относительной летучести пары компонентов исходной смеси в присутствии тяжело(диэтиленгликоль) и легкокипящего (ацетон) разделяющего агента. Оба растворителя являются селективными агентами для процессов экстрактивной и реэкстрактивной ректификации. Предложены три принципиальные технологические схемы разделения, содержащие две ректификационные колонны.

Выводы. Определены статические параметры работы колонн (число теоретических тарелок, номера тарелок подачи исходной смеси и разделяющего агента, флегмовое число) и энергозатраты (суммарные нагрузки на кипятильники колонн) трех схем разделения, обеспечивающие получение продуктов заданного качества (не ниже 0.99 мол. долей). Наименьшими энергозатратами характеризуется схема с диэтиленгликолем. Для дальнейшей оптимизации рекомендованы комплексы экстрактивной и реэкстрактивной ректификации. Последняя позволяет вовлечь в технологический цикл второй продукт кумольного производства – ацетон.

1. Харлампович Г.Д., Чуркин Ю.В. Фенолы. М.: Химия; 1974. 376 с.

2. Кружалов Б.Д., Голованенко Б.И. Совместное получение фенола и ацетона. М.: Госхимиздат; 1963. 200 c.

3. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А, Тимошенко А.В. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Высшая школа; 2010. 408 с. ISBN 978-5-06-006067-6

4. Закошанский В.М. Фенол и ацетон: анализ технологий, кинетики и механизма основных реакций. СПб.: Химиздат; 2009. 608 с. ISBN 978-5-93808-168-0

5. Закошанский В.М. Кумольный процесс получения фенола – ацетона. Нефтехимия. 2007;47(4):301–313.

6. Вебер М., Вебер М., Шнурр О. Способ получения фенола: пат. 2430082 C2 РФ. Заявка № 2008145110/04; заявл. 27.05.2010; опубл. 27.09.2011.

7. Васильева И.И., Тывина Т.Н., Дмитриева И.В. Очистка фенола от гидроксиацетона и 2-метилбензофурана методом ректификации. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2008;52(4):117–124.

8. Закошанский В.М. Проблемы разделения и очистки продуктов при промышленном получении фенола. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2008;52(4):103–111.

9. Васильева И.И., Тывина Т.Н. Дмитриева И.В. Способ очистки фенола от гидроксиацетона: пат. 2323202 C1 РФ. Заявка № 2006127521/04; заявл. 28.07.2006; опубл. 27.04.2008.

10. Васильева И.И., Закошанский В.М., Кошелев Ю.Н., Чулков В.П. Пути образования ацетола в процессе производства фенола и ацетона кумольным способом. Журн. прикладной химии. 2001;74(1):107–110.

11. Кошелев Ю.Н., Закошанский В.М., Васильева И.И., Малов Ю.И. Способ очистки фенола от примесей: пат. 2266275 C1 РФ. Заявка № 2004111561/04; заявл. 16.04.2004: опубл. 20.12.2005.

12. Серафимов Л.А., Фролкова А.К. Фундаментальный принцип перераспределения полей концентраций между областями разделения как основа создания технологических комплексов. Теор. основы хим. технологии. 1997;31(2):193–201.

13. Анохина Е.А. Энергосбережение в процессах экстрактивной ректификации. Тонкие химические технологии (Вестник МИТХТ им. МВ Ломоносова). 2013;8(5):3–19.

14. Фролкова А.К. Разделение азеотропных смесей. Физико-химические основы и технологические приемы: монография. М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС; 2010. 192 с.

15. Гаганов И.С. Оптимизация технологии выделения фенола экстрактивной ректификацией. В сб. тезисов: XXX Менделеевская конференция молодых ученых. М. 2020. С. 51. URL: http://www.chem.msu.su/rus/events/mendeleev-2020/theses.pdf

16. Gaganov I., Frolkova A., Frolkova A. Process for the recovery of phenol from a reaction mixture obtained by cumene method. In: Proceedings of 47th International Conference of SSCHE – online conference. Bratislava, Slovakia: 2021.

17. Гаганов И.С., Фертикова В.Г., Фролкова А.В., Фролкова А.К. Очистка фенола и хлороформа от примесных компонентов экстрактивной ректификацией. Химическая технология. 2022;23(3):138–144.