Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка малоотходной технологии производства бутилцеллозольва

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Разработка малоотходной технологии производства бутилцеллозольва"

РГ6 од

на правах рукописи

БАХТИНА Ирина Алексеевна

УДК 66.048 : 518.5

РАЗРАБОТКА МАЛООТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА БУТИЛЦЕЛЛОЗОЛЬВА

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных

ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 1998

Работа выполнена в проблемной научно-исследовательской лаборатории технологии рекуперации вторичных материалов промышленности Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова

Научный руководитель: Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Л.Ф. Комарова

кандидат технических наук, старший научный сотрудник М.С. Христенко

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Ю.И. Титаренко

кандидат химических наук, доцент B.C. Смородинов

Ведущая организация: Открытое Акционерное Общество "Казаньоргсинтез"

Защита состоится "/£ " Октября 1998 г. в {3_ часов на заседании диссертационного совета Д 064.45.02 в Алтайском государственном университете по адресу: 656099 г. Барнаул, ул. Димитрова, 66

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Алтайского государственного университета

Автореферат разослан "/£ "¿ента&ЬА. 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.ф-м.н., профессор ^ С.А. Безносюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В связи с ростом техногенного загрязнения окружающей среды все большую актуальность приобретают проблемы создания малоотходных и ресурсосберегающих производств. Одним из аспектов этой проблемы является разработка технологий разделения смесей растворителей, образующихся на предприятиях основного органического синтеза, нефтехимической и смежных отраслей промышленноста.

В частности, при производстве бутилцеллозольва на ОАО "Казаньоргсинтез" на стадии синтеза получают катализат, содержащий остатки исходных реагентов: оксид этилена (ОЭ) и бутиловый спирт (БС), целевые компоненты: бутилделлозольв (БЦ), бутилкарбитол (БК), и побочные продукты реакции: этиленгликоль (ЭГ)> диэтиленгликоль (ДЭГ). В настоящее время из реакционной смеси выделяются ОЭ, БС, целевой БЦ. Значительная часть БЦ теряется с оставшейся смесью растворителей, которая является отходом производства и сжигается.

Необходимо отметить, что бушлцеллозольв и бутилкарбитол являются ценными растворителями, имеют широкий спектр применения в различных отраслях промышленности и пользуются спросом как на российском, так и на мировом рынках сбыта.

Разработка малоотходной технологии разделения катализата БЦ позволит наряду с решением актуальной задачи ресурсосбережения снизить вредное воздействие на окружающую среду и улучшить экологические и экономические показатели производства. Вместе с тем, решения, найденные в рамках частной прикладной задачи, могут быть использованы при создании экологически чистых технологий в любых отраслях промышленности, где применяются аналогичные растворители и стоит задача их выделения.

Работа выполнена по государственной научно-технической программе "Университеты России (технические университеты)" Госкомитета РФ по высшему образованию по направлению 2.7.4. "Энергосбережение и экология" (1993 - 1997 гг.) и по тематике проблемной научно-исследовательской лаборатории АлтГТУ

"Технология рекуперации вторичных материалов промышленности".

Цель работы. Целью работы являлась разработка малоотходной технологам производства буталцеллозольва на ОАО "Казаньоргсинтез".

Научная новизна.

- Впервые получены экспериментальные данные по равновесию жидкость-пар в 11 бинарных и 10 тройных системах.

- Обнаружено существование минимального азеотропа в системе БК-ДЭГ, неизвестного ранее. Определены его состав и температура кипения, и их зависимость от давления.

- Получено математическое описание с использованием уравнения Вильсона парожидкостного равновесия в 10 бинарных составляющих исходной смеси, а также в 10 бинарных системах, образованных компонентами разделяемой смеси с выбранным разделяющим агентом (РА).

- Исследовано влияние РА на фазовое равновесие трудноразделимых составляющих исходной смеси.

- Предложен оригинальный способ стабилизащш режима ректификационных колонн, работающих с малым отбором кубового продукта, путем введения высококипящей добавки.

- Разработана малоотходная технология выделения ценных растворителей: буталцеллозольва и бутилкарбитола.

Практическая ценность.

- Экспериментальные данные по азеотропии и парожидкостному равновесию и результаты их математического описания могут быть использованы для разработки технологических схем разделения смесей, включающих аналогичные растворители.

- Введение высококипящей добавки может быть использовано как способ стабилизащш режима ректификационных колонн, работающих с малым отбором кубового продукта, в любых отраслях промышленности.

- Разработана малоотходная технология выделения ценных растворителей буталцеллозольва и бутилкарбитола. Ожидаемый суммарный эколого-экономический эффект от реализации предлагаемого проекта на ОАО "Казаньоргсинтез" в ценах 1 квартала 1998 года составит 6760 тыс. руб/год, в том числе предотвращенный экологический ущерб 225 тыс. руб/год.

Апробаиия работы. Материалы диссертации докладывались на научно-техшгческой конференции АлтГТУ (г. Барнаул, 1996), II

Байкальском международном студенческом форуме "Безопасное развитие регионов" (г. Иркутск, 1996), VII Менделеевском конкурсе работ студентов-химиков (г. Москва, 1996), в виде бизнес-плана на III Байкальском международном студенческом форуме "Безопасное развитие регионов" (г. Иркутск, 1997), на международной научно-технической конференции "Научные основы высоких технологий" (г. Новосибирск, 1997).

Публикации. По теме диссертащш опубликовано 13 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 189 страницах машинописного текста и включает 32 рисунка, 55 таблиц, список литературы из 175 наименований и приложение в количестве 37 страниц машинописного текста.

На защиту выносятся:

- Экспериментальные данные по азеотрошш в бинарной системе БК-ДЭГ.

- Экспериментальные данные по равновесию жидкость-пар в 11 бинарных и 10 тройных системах.

- Результаты математического описания уравнением Вильсона фазовых равновесий в составляющих исходной смеси и образованных компонентами смеси и разделяющим агентом.

- Новый способ стабилизации режима разделения в ректификационных колоннах с малым отбором кубового продукта.

- Разработанная малоотходная ресурсосберегающая технология выделения бушлцеллозольва.

- Разработанная малоотходная технология выделения бутилкарбитола.

Автор выражает глубокую признательность за внимание и ценные практические советы к.т.н., с.н.с, заведующей лабораторией ПНИЛ TP JI.B. Поляковой и всем сотрудникам этой лабораторш! за помощь и поддержку при выполнении настоящей работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе описан традиционный способ получения моноалкпловых эфиров алкилгликолей и проанализирован состав катализата. Проведен обзор существующих методов разделешш реакционной смеси. Отмечено, что разработаны малоотходные

технологии получения этилцеллозольва и этилкарбитола. Эффективная технология выделения бутилцеллозольва и бутилкарбитола на сегодняшний день отсутствует.

Анализ методов разделения показал предпочтительность использования ректификации, тем более что данный метод используется на основном производстве.

Освещена современная стратегия синтеза

ресурсосберегающих технологических схем разделения (TCP) методом ректификации как для разработки схем разделения в крупно-, так и в малотоннажных производствах. В первом случае пр1шеняется непрерывная ректификация. В последнем - процесс разделения необходимо организовывать по принципу гибкой производственной системы, что достигается использованием периодической ректификации, рассмотрены ее особенности.

Сформулированы цель и задачи работы.

Вторая глава содержит описание методик лабораторных и вычислительных экспериментов, предназначенных для решения прикладных и исследовательских задач работы.

В третьей главе проведена экспертная оценка существующей технологической схемы производства бутилцеллозольва на ОАО "Казаньоргсинтез", которая представлена на рис. 1.

Рис.1. Принципиальная технологическая схема ректафикациисмеси ОЭ(1)-БС(2)-БЦ(3)-ЭГ(4)-БК(5>-ДЭГ(6) на ОАО "Казаньоргсинтез"

I, II, III - колонны непрерывной ректификации; IV, V - колонны периодической ректификации

Стадия выделения ОЭ (колонна I) признана оптимальной и в дальнейшем не рассматривалась. Во II колонну поступает 400 кг/ч разделяемой смеси, состав которой приведен в табл.1.

Таблица 1

Состав разделяемой смеси

Наименование компонентов БС БЦ ЭГ БК ДЭГ

Содержание, (% масс.) 7.0-8.0 70.0-95.0 0.2-1.5 6.0-15.0 0.1-0.5

Ввиду неоптимальности режима разделения в колонне II, БС не выделяется. Смесь БС и БЦ возвращается в колонну I (рис.1), неоправданно нагружая технологическую схему, увеличивая ее энергоемкость. Показана возможность выделения в колонне II БС, соответствующего квалификации качества "х.ч.", что позволит вернуть его на стадию реакции оксиэтилирования, снизив, при этом, расходный коэффициент по исходному сырью.

Стадия выделения БЦ (колонна III) является наиболее энергоемкой, колонна работает с флегмовым числом R=2.0 и долей отбора в дистиллят от питания D/F„=0.92-0.94. Вместе с тем известно, что высокая доля отбора в дистиллят D/F„>0.90 и, соответственно, малая доля отбора в куб W/Fo<0.10 обуславливает неустойчивый режим разделения. Вместе с тем, ввиду высокого содержания БЦ в составе разделяемой смеси, даже высокая доля отбора в дистиллят не обеспечивает полного выделения БЦ. Потери целевого БЦ с кубовым продуктом составляют 120-170 т/год в зависимости от его содержания в катализате. Поставлена цель стабилизации режима в колонне III и сокращения потерь целевого компонента.

На производстве имеются также колонны периодического действия IV и V, предназначенные для разделения кубовых остатков производства БЦ. Однако, технология, предусмотренная регламентом, не позволяет получить растворители заданного качества. Колонны в настоящее время простаивают, а кубовый остаток является отходом производства и сжигается.

В четвертой главе выявлена топологическая структура исходной смеси. Смесь при пониженном давлении характеризуется наличием одного бинарного азеотропа - ЭГ-БК. Ввиду малого содержания азеотропа в составе разделяемой смеси, выбор специального метода разделения азеотропа не проводился. Вышеуказанную азеотропную смесь рационально использовать в

производствах, где применяются одновременно ЭГ и БК, а именно, в производстве растворителей, моющих средств, печатных красок, композиционных материалов и т.д..

На основе термодинамико-топологического анализа (ТТА) структур диаграмм исходной смеси и ряда ее составляющих проведен синтез возможных вариантов разделения и выявлены четыре альтернативные схемы (рис.2). Все они предусматривают выделение БС и отличаются способами получения БЦ и БК.

В вариантах 1 и 2 (рис.2 а, б) размерность смеси не изменяется. Схемы разделения 3 и 4 (рис.2 в, г) предполагают использование разделяющего агента (РА).

Выбор варианта разделения может быть осуществлен после детальной параметрической оптимизации разделительных элементов альтернативных TCP.

В пятой главе проведено экспериментальное исследование и математическое описание парожидкосгного равновесия (ПЖР) составляющих исходной смеси и производных систем, образованных компонентами смеси с РА.

В качестве РА предложен триэтиленгликоль (ТЭГ), который производится на ОАО "Казаньоргсинтез".

Математическая обработка экспериментальных и литературных данных по ПЖР осуществлялась с использованием уравнения Вильсона. Параметры бинарного взаимодействия (Л12, Л21), средние (ДТср) и максимальные (ДТмакс) абсолютные отклонения по температуре кипения для всех двухкомпонентных систем исходной и производной смеси приведены в табл.2. Результаты математической обработки признаны удовлетворительными. Надежность полученных параметров бинарного взаимодействия устанавливалась путем сравнения независимых экспериментальных данных в соответствующих тройных системах с результатами моделирования ПЖР. Средняя абсолютная по1решностъ составила 0.3-1.2 °С, максимальная - не превысила 1.6 °С.

Изученные системы являются наиболее сложивши и представляют все возможные типы трехкомпонентных составляющих исследуемой и производной систем. Это позволило использовать полученные параметры бинарного взаимодействия для моделировании процесса ректификации.

а) 11 2;

Ji.

II

III

IV

vjr

' 2,3.4.5 I_

©ö©

в) U

Fn.

II

ела.

III

<3.1,5.(1

IV

6) Ii 2,

F«,

II

2,3'

X

KJ.4JI

III

IV

o©

¿jlij

г) а

Fi,

II

чо

Рис. 2. Принципиальные технологические схемы ректификации смеси БС(1)-БЦ(2)-ЭГ(3)-БК(4)-ДЭГ(5) и РА(6) а) 1 вариант; б) 2 вариант; в) 3 вариант; г) 4 вариант; II, III, IV, V - ректификационные колонны

9

Установлено, что на выделение целевых компонентов накладываются следующие термодинамические ограничения: азеотропия в системе ЭГ-БК, явление тангенциальной азеотрогаш при пониженном давлении в системах БЦ-ЭГ и БК-ДЭГ (рис.3), которое становится более выраженным при повышении давления, что приводит к появлению минимального азеотропа в системе БК-ДЭГ при Р=760 мм рт.ст. (рис.3 б). Установлены его состав и температура кипения, и их зависимость от давления.

Поиск и локализация особых точек концентрационного симплекса показал, что в исследуемой и производной системах отсутствуют как тройные азеотропы, так и азеотропы большей размерности.

Таблица 2

Результаты математического описания ПЖР

Наименование Параметры ЛТср, ДТмакс,

системы Л12 Ли (°С) (°С)

БС-БЦ 1.6740 0.5269 0.2 0.3

БС-ЭГ 0.4300 0.8047 0.1 0.2

БС-БК 1.0060 1.6380 0.2 0.8

БС-ДЭГ* 1.9800 0.1447 0.5 0.8

БЦ-ЭГ 0.2951 0.8579 0.3 0.5

БЦ-БК* 1.2740 0.7933 — —

БЦ-ДЭГ 1.5310 0.2679 0.3 0.7

ЭГ-БК* 1.1770 0.0259 0.3 0.7

ЭГ-ДЭГ 1.3210 0.6790 0.1 0.1

БК-ДЭГ 0.7202 0.5880 0.2 0.4

БС-ТЭГ 2.1380 0.2657 0.5 0.9

БЦ-ТЭГ 1.2200 0.5299 0.3 0.5

ЭГ-ТЭГ 1.4970 0.5010 0.4 0.7

БК-ТЭГ 1.0290 0.6024 0.4 1.0

ДЭГ-ТЭГ 1.2820 0.7804 0.4 0.6

Примечание: * - данные о ПЖР из справочника

Проведена оценка влияния РА (ТЭГ) на трудноразделимые составляющие исходной смеси. Установлено, что ТЭГ увеличивает летучесть БЦ относительно ЭГ и БК относительно ЭГ, ДЭГ. В целом же по ходу изо-а-линий в соответствующих тройных

- и -

системах (рис.4) ТЭГ можно охарактеризовать как слабоселективньш экстрактивный агент.

Рис.3. Парожидкостное равновесие в системах:а) БЦ-ЭГ; б) БК-ДЭГ при давлении: 1-10 мм рт.ст.; П - 760 мм рт.ст.; III - 2 мм рт.ст.; IV - 40 мм рт.ст.; V- 100 мм рт.ст.

Рис.4. Структура диаграмм изо-а-шпши при давлении 40 мм рт.ст. в системах а) БЦ(1) - ЭГ(2) - ТЭГ(З); б) ЭГ(1) - БК(2) - ТЭГ(З); в) БК(1) - ДЭГ(2) - ТЭГ(З)

Шестая глава посвящена поэтапной параметрической оптимизации технологических комплексов альтернативных вариантов TCP, которая проводилась в вычислительном эксперименте. Оптимальными считались параметры, позволяющие достичь заданную кондицию продуктов разделения при минимальных затратах энергии. Диапазон изменения параметров ограничивался технологическими характеристиками имеющегося оборудования. Проведена эколого-экономическая оценка альтернативных вариантов TCP.

В результате оптимизации режима разделения в колонне II (рис.1) установлены параметры выделения БС, соответствующий квалификации качества "х.ч.". Это позволяет вернуть его в количестве 262.8 т/год на стадию реакции оксиэтилирования, при этом расходный коэффициент по исходному сырью снижается на 13.06 %. Энергозатраты на данной стадии разделения уменьшаются в сравнении с производственными в 2.3 раза.

Для выделения БЦ и БК предложено четыре альтернативных варианта (рис.2).

Оптимизация выделения БЦ проводилась по двум взаимосвязанным критериям: стабилизация режима выделения БЦ во всем диапазоне колебаний составов разделяемой смеси и увеличение выхода целевого компонента.

Согласно варианту 1. увеличение выхода БЦ достигается путем дополнительного его выделения на колонне периодического действия, см. рис.2 а. Установлено, что в данном случае получение БЦ требует высоких энергозатрат и характеризуется низким выходом целевого компонента, что определяется большим диаметром колонны периодического действия.

Увеличение выхода БЦ на колоне непрерывного действия ограничено максимально возможной, по условию устойчивой работы колонны, долей отбора в дистиллят, которая составляет D/Fo=0.90. При данной доле отбора и содержании БЦ в разделяемой смеси менее либо равно 90 % масс., его потери с кубовым продуктом составят 6.5 т/год. При увеличении содержания БЦ до 95 % масс, потери целевого компонента возрастут до 170 т/год. Таким образом, вариант 1 характеризуется высокими потерями целевого БЦ и исключен из дальнейшего рассмотрения.

Традиционный способ стабилизации режима разделения при малом отборе кубового продукта - организация двухколонного комплекса со взаимосвязанными потоками (вариант 2 - рис.2 б). В

качестве второй колонны комплекса может быть использована колонна периодического действия IV (рис.1), при условии ее реконструкции. Доказано, что 2 вариант TCP обеспечивает выделение БЦ практически без потерь целевого компонента. Линии материальных балансов первой и второй колонн комплекса (D1F1W1, D2F2W2, соответственно) указаны на рис.5.

При разделении кубового продукта двухколонного комплекса в дистилляте периодической колонны V (рис.2 б) получаем: полупродукт, содержащий смесь азеотропного состава ЭГ-БК, и целевой БК. Выход БК составляет 87.5 % от потенциала.

Кубовый остаток в количестве 14.7 т/год содержит 7.1 т/год БК и является отходом производства.

В результате расчетов показано, что для организации двухколонного комплекса выделения БЦ производственная

колонна IV (рис.2 б) неприемлема, необходима установка новой ректификационной колонны.

Варианты 3 и 4 предусматривают использование РА для выделеши БЦ и отличаются последовательностью разделения кубового продукта производства БЦ (рис.2 в, г). Определены параметры, позволяющие достичь практически полное выделение целевого БЦ. Материальный баланс приведен на рис.6.

Фракционное разделение на колонне периодического действия согласно варианту 3 (рис.2 в), не позволяет выделить БК заданного качества.

В результате разделения кубового продукта колонны выделения БЦ согласно варианту 4 (рис.2 г) получаем: полупродукт, содержащий смесь азеотропного состава ЭГ-БК; целевой БК и переходную фракцию с остатками БК, ДЭГ, ТЭГ, которая замкнута рециклом на куб периодической колонны.

В кубовом продукте после разгонки получаем в ТЭГ с примесью ДЭГ, который возвращается на стадию выделения БЦ.

БЦ(Ц}

Рис.5. Материальный баланс двухколонного комплекса выделения БЦ: Е>-состав дистиллята; Р—состав разделяемой смеси; \У-состав кубового продукта

Наличие ДЭГ в составе РА не помешает рециклу агента в колонны III (рис. 2 г), ввиду отсутствия термодинамических ограничений на разделение и значительной разницы температур кипения ДЭГ с ключевыми компонентами в данной колонне (БЦ и ЭГ).

Таким образом, наличие ТЭГ обеспечивает максимальный выход целевого БК - 94.6 % (незначительная часть БК теряется в составе азеотропа ЭГ-БК, который является сопутствующим продуктом).

После расчета материальных балансов схем, с учетом рецикловых потоков, проведено сопоставление альтернативных вариантов 2 и 4 по технологическим критерям. Варианты 1 и 3 исключены из рассмотрения. Результаты сравнения по удельным затратам греющего пара (G) и охлаждающей воды (V) на кг готового продукта, представлены в табл.3.

Как следует из данных табл.3, максимальный выход целевых компонентов при минимуме энергозатрат достигается следующим сочетанием процессов: выделение БЦ на двухколонном технологическом комплексе (вариант 2), выделение БК из кубового продукта производства БЦ на колонне периодического действия с использованием ТЭГ в качестве высококшшцей добавки (вариант 4). Технологическая схема разделения указанного сочетания процессов приведена на рис.7.

Для организации двухколонного комплекса, как отмечено выше, необходима установка новой ректификационной колонны. Рассчитан срок окупаемости дополнительных капиталовложений, который составит 0.5 года.

БЦ(Р)

Рис.6. Материальный баланс выделения БЦ с использованием РА (ТЭГ): (DFiWi)-линия материального баланса 3(4) варианта TCP; (DF2W2>-линия материального баланса 5 варианта TCP. D-состав дистиллята; F-coc-тав разделяемой смеси; W-состав кубового продукта

Таблица 3

Сопоставление 2 и 4 вариантов TCP

по технологическим критериям_

Наименование варианта разделения Производство БЦ Производство БК

расход выход, (т/год) расход выход, (т/год)

G, (кг/кг) V, (м%г) G, (кг/кг) V, (м%г)

Производство 1.183 0.027 2820.72 0.000 0.000 0.00

2вариант 0.600 0.017 2917.96 2.328 0.036 270.09

4вариант 1.846 0.027 2917.08 1.583 0.038 290.25

14

24

JL

н

Т31

ii

' 1

X

tLi;

М

TTI

IV

V

©©

Piic.7. Принципиальная технологическая схема ректификации смеси БС(1) - БЦ(2) - ЭГ(3) - БК(4) - ДЭГ(5) с ТЭГ(6), сочетание вариантов 2 и 4

Таким образом, TCP, указанная на рис.7, позволяет выделить БЦ и БК без потерь целевых компонентов, однако ее организация требует нового строительства.

Нами предложен еще один - компромиссный вариант разделения (5 вариант, рис.8), в котором допускаются небольшие потери целевого БЦ. Вместе с тем, его реализация возможна на имеющемся оборудовашт, поэтому предлагаемый 5 вариант может быть признан как компромиссный.

Рис.8. Принципиальная технологическая схема ректификации смеси БС(1) - БЦ(2) - ЭГ(3) - БК(4) - ДЭГ(5) - ТЭГ(6), 5 вариант

В 5 варианте TCP прием для выделения БК с высококипящей добавкой, традиционно применяемый в практике периодической ректификации, использован для выделения БЦ в непрерывном режиме. Количество ТЭГ, используемое при выделении БК на колонне V периодического действия (рис.7), определило необходимую кратность добавки в колонне выделения БЦ. Она составила 10 % от разделяемой смеси, поступающей в колонну III.

При выделении БЦ по 5 варианту, в отличии от варианта 1, который наиболее близок к действующей технологической схеме на ОАО "Казаньоргсннтез", наличие высококшшцего компонента в кубе колонны III, позволило увеличить долю отбора в куб, обеспечив устойчивый режим разделения во всем диапазоне колебаний составов разделяемой смеси и сократить потери БЦ. Линия материального баланса процесса приведен на рис.6, результаты оптимизации представлены на рис.9.

В отличие от варианта 4 (разделение с использованием классической экстрактивной ректификации - рис. 2 г), предложенный способ для выделения БЦ (вариант 5) позволил сократить энергозатраты на нагрев агента, а также совместить процесс разделения кубовых остатков производства БЦ и регенерацию добавки на одной периодической колонне, уменьшив тем самым, затраты на выделение агента.

Рис.9. Зависимость качества верхнего (■■ ) и нижнего (— — —) продуктов разделения от доли отбора в дистиллят в колонне выделения БЦ с использованием кратности агента А/Ро=0.10 при различных флегмовых числах (К); А-расход агента; Ро-расход разделяемой смеси; О/Ро-доля отбора в дистиллят от разделяемой смеси; О/Р-доля отбора в дистиллят от общего питания колонны (Р=Р„+А)

Установлено, что 5 вариант характеризуется небольшими потерями целевого БЦ. При содержании БЦ в разделяемой смеси до 90 % масс, его потери с кубовым продуктом составят до 19.5 т/год. При увеличении содержания БЦ до 95 % масс, потери целевого компонента уменьшатся до 1.7 т/год.

В седьмой главе проведено сопоставление альтернативных 2 и 5 вариантов выделения БЦ, рис.7 и 8, соответственно. Стадия разделения кубового продукта производства БЦ на колонне

периодического действия с использованием ТЭГ в качестве добавки для обоих вариантах одинакова и ее целесообразность показана в главе 6.

Для оценки по экологическим критериям использован показатель удельного количества отходов на единицу готового продукта (кг).. Результаты сравнения представлены в табл.4.

Таблица 4

Сопоставление 2 и 5 вариантов TCP по экологическим

критериям

Наименование Потери целевых Количество отходов,

варианта компонентов, (т/год)

разделения БЦ БК (т/год) (кг/кг)

Производство 120.00 - 130.00- 270.00 - 0.960 -

170.00 180.00 350.00 1.132

2 вариант 1.31 19.33 1.54 0.001

5 вариант 20.85 19.33 1.54 0.001

Как следует из данных табл.4, варианты 2 и 5 сопоставимы и признаны экологически безопасными. В сравнении с существующим производством оба варианта позволяют значительно сократить количество отходов.

Результаты сравнения альтернативных вариантов по экономическим критериям приведены в табл.5.

Таблица 5

Сопоставление 2 и 5 вариантов TCP

по экономическим критериям_

Наименование Производство БЦ Производство БК Экономи-

варианта себес- выход, себес выход, ческий

разделения тои- тои- эффект,

мость, мость

Сруб) (т/год) (РУ6) (т/год) (тыс.руб)

Производство 11.138 2820.72 0.000 0.00 10893.620

2 вариант 9.993 2917.96 5.107 286.96 16301.280

5вариант 9.951 2900.44 5.107 286.96 16335.376

Таким образом, исходя из данных табл.5 очевидно, что 2 и 5 варианты сопоставимы и по экономическому эффекту.

В условиях нового строительства производства БЦ с учетом более жестких экологических требований следует рекомендовать 2

вариант, так как он позволяет обеспечить минимальные потери целевых БЦ и БК.

На ОАО "Казаньоргсинтез" могут быть реализованы оба варианта в зависимости от финансового состояния предприятия. При этом необходимо отметить, что 2 вариант требует нового строительства, реализация 5 варианта возможна на имеющемся оборудовании.

Прибыль предприятия от внедрения предлагаемого проекта составит 6760 тыс.руб/год, в том числе предотвращенный экологический ущерб 225 тыс.руб/год по ценам 1 квартала 1998 года.

ВЫВОДЫ

1. Проведен синтез структур технологических схем разделения с помощью термодинамико-топологического анализа фазовых диаграмм исходной разделяемой смеси и ее составляющих. Выявлено четыре альтернативных варианта разделения, отличающихся способом выделения целевых компонентов (бутилцеллозольва и бутилкарбитола).

2. Получены новые экспериментальные данные по фазовому равновесию жидкость-пар в 7 бинарных и 7 тройных составляющих исходной смеси.

3. Выявлены трудцоразделимые бшгарные составляющие, лимитирующие выделение целевых компонентов: БЦ-ЭГ (тангенциальный зеотроп - экспериментальные данные), ЭГ-БК (азеотроп - литературные данные), БК-ДЭГ (азеотроп - его параметры установлены экспериментально впервые).

4. Осуществлен выбор разделяющего агента. Получены новые экспериментальные данные по парожидкостному равновесию в 5 бинарных и 3 тройных системах, образованных компонентами исходной смеси с разделяющим агентом. Проведена оценка динамики относительной летучести в трудноразделимых составляющих исходной смеси с разделяющим агентом.

5. Проведено математическое omicainie уравнением Вильсона литературных и экспериментальных дашшх по парожидкостному равновесшо.

Получена матемапгческая модель парожидкостного равновесия, адекватно описывающая фазовые равновесия в исходной гтятикомпонентной и производной шестикомпонентнои смеси.

6. Определены оптимальные параметры режима выделения бутилового спирта, соответствующего квалификации качества "х.ч.", что позволяет возвратить его на стадию оксиэтилирования. Расходный коэффициент по исходному сырью снижается при этом на 13.06%.

7. Доказана возможность разделения кубового остатка производства бутилцеллозольва, который в настоящее время является отходом производства, на сопутствующий товарный продукт и целевой бутилкарбитол. Установлены оптимальные параметры процесса. Это позволит:

а) получить новые товарные продукты - целевой бутилкарбитол с содержанием основного вещества не менее 99 % масс, в количестве 286.96 т/год; сопутствующий, содержащий смесь азеотропного состава ЭГ-БК - 46.13 т/год;

б) снизить потребность в невозобнавляемых природных ресурсах (топлива, природного газа), необходимых в настоящее время для сжигания кубовых остатков;

в) снизить плату за выбросы в окружающую среду.

8. Предложено оригинальное технологическое решение для стабилизащш работы колонн с малым отбором кубового продукта, а именно, использование малых кратностей экстрактивного агента для выделения бутилцеллозольва. Его экономическая целесообразность доказана путем сопоставления с вариантом организации двухколонного комплекса.

9. Установлено, что предлагаемая технология выделение бутилцеллозольва с использованием малых кратностей экстрактивного агента по сравнению с существующим производством позволяет:

а) снизить энергозатраты на 19 %;

б) увеличить выход целевого бутилцеллозольва на 3 %;

в) снизить себестоимость целевого бутилцеллозольва на 9 %.

10. Ожидаемый суммарный эколого-экономический эффект от реализации предложенного проекта разделения катализата бутилцеллозольва в ценах 1 квартала 1998 года составит 6760 тыс. руб/год, в том числе предотвращенный экологический ущерб 225 тыс. руб./год.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Бахтина И.А., Христенко М.С., Комарова Л.Ф. Исследование фазового равновесия в бинарных составляющих производства бутилцеллозольва.// Жури, прикл. химии. - 1998. -Т.71. - N6. - С 907-910.

2. Бахтина И.А., Христенко М.С., Комарова Л.Ф. Исследование фазового равновесия в тройных составляющих производства бутилцеллозольва // Журн. прикл. химии. - 1998. -Т.71,-N7.-С. 1078-1080.

3. Бахтина И.А., Христенко М.С., Комарова Л.Ф. Исследования по оптимизации режима выделения бутилцеллозольва из реакционной смеси // Сб. тр./Новосиб. Госуд. Техн. ун-та. - 1997. - С. 9-12.

4. Бахтина И.А., Христенко М.С., Комарова Л.Ф. Физико-химические исследования в разработке экологически чистой технологии регенерации бугалкарбитола // Экологически чистые технологические процессы в решении проблем охраны окружающей среды. Материалы докл. Междунар. конф. -Иркутск, 1996. - С. 8-9.

5. Бахтина И.А., Комарова Л.Ф., Христенко М.С. Исследование по разделению продуктов взаимодействия оксида этилена и бутилового спирта // Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях. Тез. докл. Междунар. конф. — Пермь, 1995.-С. 116-117.

6. Бахтина И.А., Христенко М.С., Полякова Л.В. Выделение бугалкарбитола из кубовых остатков производства бутилцеллозольва // 53 научн.-техн. конф. студентов, аспирантов и проф.-препод. состава АлтГТУ им.И.И. Ползунова, г.Барнаул, ч.1. Тез. докл. - Барнаул, 1995. - С. 178.

7. Бахтина И.А., Горлова H.H., Опарина Е.Г., Комарова Л.Ф. Исследования по выделению бутилцеллозольва из продуктов взаимодействия бутанола с оксидом этилена // Проблемы безопасности в природных и техшгческнх системах. Тез. докл. Всероссийской студ.конф. - Иркутск, 1996. - С. 43-44.

8. Бахтина И.А., Христенко М.С., Сартакова О.Ю., Коровякова И.Г. Разработка технолопш регенерации кубовых остатков производства бутилцеллозольва // Второй Байкальский Междунар. форум "Безопасное развитие регионов". Тез. докл. -Иркутск, 1996. - С. 39-40.

9. Зюзина Т.Н., Илюпшикова Т.В., Бахтина И.А., Сартакова О.Ю. Разработка методики хроматографического анализа кубового остатка производства бутилцеллозольва // 54 научн.-техн. конф. студентов, аспирантов и проф.-препод. состава АлтГТУ им.И.И. Ползунова, г.Барнаул, ч.1. Тез. докл. - Барнаул,

1996.-С. 20.

10. Бахтина И.А., Христенко М.С., Комарова Л.Ф. Разработка малоотходной технологии разделения кубовых остатков производства бутилцеллозольва // Человек - Среда -Вселенная. Тез. докл. Междунар. научно-технич. конф. - Иркутск,

1997.-С. 87-88.

11. Зюзина Т.Н., Книга A.C., Бахтина И.А., Матиевская Г.А., Сартакова О.Ю. Бизнес-план производства растворителей на ПО "Казаньоргситез" // Третий Байкальский Междунар. форум "Безопасное развитие регионов". Тез. докл. - Иркутск, 1997. -С. 20.

12. Бахтина И.А., Христенко М.С., Сартакова О.Ю., Зюзина Т.Н., Комарова Л.Ф. Изучение процесса выделения бутилцеллозольва методом экстрактивной ректификации // "МКХТ - 97". Тез. докл. междунар. конф. молодых ученых по химии и хим.технологии, ч.1. - Москва, 1997. - С. 171.

13. Бахтина И.А., Христенко М.С., Зюзина Т.Н., Комарова Л.Ф. Энергосберегающая технология получения бутилкарбитола // Безопасность бисферы - 97. Тез. докл. Межвуз. научного молодежного симпозиума. - Екатеринбург, 1997. - С. 74..

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата технических наук, Бахтина, Ирина Алексеевна, Барнаул

4У

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И.И. Ползунова

УДК 66.048:518.5

РАЗРАБОТКА МАЛООТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА БУТИЛЦЕЛЛОЗОЛЬВА

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

на правах рукописи

БАХТИНА ИРИНА АЛЕКСЕЕВШ

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Л.Ф. Комарова

Научный консультант кандидат технических наук,

старшии научный сотрудник М.С. Христенко

Барнаул -1998

СОДЕРЖАНИЕ

С.

СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ 5 ОБОЗНАЧЕНИЯ........................................

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................... 7

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ МАЛООТХОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.... 12

1.1. Синтез и разделение продуктов взаимодействия оксида этилена

со спиртами............................................................................................ 12

1.2. Синтез ресурсосберегающих малоотходных технологических схем разделения многокомпонентных смесей методом

ректификации...................................................................................... 18

1.3 Использование периодической ректификации при организации

производства по принципу гибкой производственной системы.......... 25

1.4. Цели и задачи работы..................................................................... 31

2. МЕТОДИКА АНАЛИЗА И ЭКСПЕРИМЕНТА................................ 32

2.1. Очистка веществ.............................................................................. 32

2.2. Хроматографический анализ.......................................................... 33

2.3. Исследование фазовых равновесий................................................ 35

2.4. Лабораторные исследования по ректификации............................. 36

2.5. Вычислительный эксперимент по ректификации........................... 36

3. ЭКСПЕРТНАЯ ОЦЕНКА СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА БУТИЛЦЕЛЛОЗОЛЬВА.......................................................................... 39

4. АНАЛИЗ РАЗДЕЛЯЕМОЙ СМЕСИ И СИНТЕЗ ВОЗМОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ 44 РАЗДЕЛЕНИЯ..............................................

4.1. Ректификационный анализ кубовых остатков производства бутилцеллозольва................................................................................... 44

о

4.2. Термодинамико-топологический анализ структуры исходной смеси и синтез возможных технологических схем разделения............. 47

5. ИЗУЧЕНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПАРОЖИДКОСТНОГО РАВНОВЕСИЯ............................................... 61

5.1. Экспериментальное изучение и математическое описание парожидкостного равновесия в системе БС-БЦ-ЭГ-БК-ДЭГ........... 61

5.2. Выбор экстрактивного агента и прогноз его эффективности....... 70

6. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СХЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ.......................................................................................... 76

6.1. Выделение бутилового спирта (варианты 1-4)............................... 78

6.2. Первый вариант технологической схемы разделения.................... 80

6.2.1. Выделение бутилцеллозольва (вариант 1)............................. 81

6.2.2. Выделение бутилцеллозольва и бутилкарбитола на колонне периодического действия (вариант 1)............................... 84

6.3. Вариант технологической схемы разделения с использованием двухколонного комплекса (вариант 2).................................................. 92

6.3.1. Выделение бутилцеллозольва на двухколонном

комплексе......................................................................................... 93

6.3.2. Выделение бутилкарбитола на колонне периодического действия (вариант 2)........................................................................ 96

6.4. Варианты технологической схемы разделения с использованием экстрактивной ректификации (варианты 3 и 4).................................... 100

6.4.1. Выделение бутилцеллозольва с использованием экстрактивной ректификации (варианты 3 и 4)............................. 102

6.4.2. Регенерация агента................................................................. 105

6.4.3. Выделение бутилкарбитола на колонне периодического действия (вариант 4)........................................................................ 107

6.5. Сопоставление альтернативных вариантов выделения бутилцеллозольва и бутилкарбитола.................................................... 112

-/

6.6. Вариант технологической схемы разделения с использованием

экстрактивной ректификации (вариант 5)........................................................................................117

6.6.1. Выделение бутилцеллозольва с использованием малых кратностей экстрактивного агента (вариант 5)............................................................118

6.6.2. Выделение бутилкарбитола на колонне периодического действия (вариант 5)................................................................................................................................................122

7. СОПОСТАВЛЕНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ........................................................................125

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ..........................................................................................130

ЛИТЕРАТУРА......................................................................................................................................................................................133

ПРИЛОЖЕНИЕ................................................................................................................................................................................152

СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ОЭ - оксид этилена

БС - бутиловый спирт

БЦ - бутилцеллозольв

ЭГ - этиленгликоль

БК - бутилкарбитол

ДЭГ - диэтиленгликоль

ТЭГ - триэтиленгликоль

МКС - многокомпонентная система

БХТС - большая химико-технологическая система

ХТСР - химико-технологическая система разделения

ПТСР - принципиальная технологическая схема разделения

ТТА - термодинамико-топологический анализ

ПЖР - парожидкостное равновесие

ГХТС - гибкая химико-технологическая система

ЭА - экстрактивный агент

Ро - расход разделяемой смеси, кг/ч

В - расход дистиллятного продукта, кг/ч

- расход кубового продукта, кг/ч А - расход агента, кг/ч А/Бо - кратность агента

Т)/¥0 - доля отбора в дистиллят от разделяемой смеси (нетто-доля отбора)

О/И - доля отбора в дистиллят от общего питания колонны (брутто-доля отбора), Б = Ро + А

N - общая эффективность ректификационной колонны (количество теоретических тарелок)

Ир - тарелка ввода базовой смеси

и

Ид - тарелка ввода агента

Я - флегмое число

Т - температура, °С

Р - давление, мм рт.ст.

Уп - поток пара по колонне, кмоль/ч

ёк - диаметр колонны, мм

т - время отбора фракции, ч

ВВЕДЕНИЕ

Во второй половине XX века возросли объемы и темпы техногенного загрязнения окружающей среды, которое достигло такого уровня, что превратилось в одну из важнейших проблем современности. Поэтому все большую актуальность и значимость приобретает проблема экологизации промышленности, а именно, совершенствование существующих технологий, разработка ресурсосберегающих и малоотходных технологических схем, позволяющих предотвратить загрязнение окружающей среды.

Большую долю в образование жидких отходов вносит промышленность основного органического синтеза. В частности, при производстве растворителей из реакционной смеси выделяются только целевые компоненты, а побочные продукты, содержащие ценные компоненты являются отходом производства и сжигаются.

Разработка технологий разделения смеси растворителей является актуальной задачей и необходимым условием создания малоотходных экологически чистых производств и позволяет, как правило, снизить расходы сырья и энергии на производство органических продуктов.

Все вышесказанное актуально и для производства бутилцеллозольва на ОАО "Казаньоргсинтез".

Основными компонентами катализата, образующегося в результате взаимодействия оксида этилена и бутилового спирта, являются: оксид этилена (ОЭ), бутиловый спирт (БС), бутилцеллозольв (БЦ), этиленгликоль (ЭГ), бутилкарбитол (БК), диэтиленгликоль (ДЭГ).

Необходимо отметить, что такие растворители как бутилцеллозольв и бутилкарбитол являются наиболее ценными, имеют широкий спектр применения в различных отраслях промышленности и пользуются спросом как на российском, так и на мировом рынке. ОАО "Казаньоргсинтез" -единственное предприятие в нашей стране, где производится бутилцеллозольв.

В настоящее время на ОАО "Казаньоргсинтез" методом ректификации выделяются ОЭ, БС, БЦ. Кубовые остатки, содержащие до 50 % масс. БЦ, ЭГ, ДЭГ и ценный растворитель БК, подвергаются термической деструкции. Таким образом, не только теряются ценные компоненты, но и вносится дополнительный вклад в загрязнение атмосферы.

Решение поставленной проблемы - разработка малоотходной ресурсосберегающей технологии разделения катализата бутилцеллозольва - выходит за рамки частной прикладной задачи, ввиду того, что найденные решения могут быть использованы при создании экологически чистых производств в любых отраслях промышленности, где применяются растворители данного гомологического ряда и стоит задача их выделения.

В качестве основного метода разделения использована ректификация, так как данный метод традиционен в промышленности основного органического синтеза и применяется на ПО "Казаньоргсинтез".

Экспертная оценка существующей схемы на ПО "Казаньоргсинтез" показала нетехнологичность отдельных стадий процесса, что обуславливает наличие отходов и высокие удельные издержки на производство продуктов. Поэтому, была проведена не только оптимизация основной технологической схемы, но предложены альтернативные схемы ректификации.

Разработка схем ректификации многокомпонентных смесей является сложной задачей из-за поливариантности ее решения.

Структурный синтез возможных вариантов разделения в настоящей работе выполнен на основе термодинамико-топологического анализа (ТТА). Выявлены четыре альтернативных варианта технологических схем разделения. Все они предусматривают выделения БС и отличаются способом получения БЦ и БК. В вариантах 1 и 2 размерность смеси не изменяется. Схемы разделения 3 и 4 предполагают использование экстрактивного агента.

Предложение варианта технологической схемы разделения для промышленного проектирования требует параметрической оптимизации ее

разделительных элементов. Параметрическая оптимизация в настоящей работе проводилась в вычислительном эксперименте. В основе используемых математических моделей лежит модель фазового равновесия жидкость-пар. Поэтому проведено систематическое изучение фазовых равновесий жидкость-пар и их математическое описание по уравнению Вильсона. Осуществлен выбор экстрактивного агента и исследованы производные структуры диаграмм в присутствии экстрактивного агента.

Параметрическая оптимизация позволила определить величины материальных потоков, рассчитать материальные балансы схем с учетом рециклов и выбрать наиболее экономичный вариант разделения.

Установлена возможность выделения БС и возврата его на стадию реакции оксиэтилирования. Это позволяет уменьшить энергозатраты на данной стадии разделения и снизить расходный коэффициент по исходному сырью на 13.06 %.

Предложена малоотходная технология получения БК на колонне периодического действия с использованием высококипящего компонента в качестве "подушки". Показано, что наличие в кубе дополнительного компонента позволяет разделить кубовый остаток колонны выделения БЦ, который в настоящее время является отходом производства, на целевой БК и полупродукт, содержащий смесь азеотропного состава ЭГ-БК. Последний может быть использован в лакокрасочной промышленности, в производстве растворителей, моющих средств и т.д.

Колонна выделения БЦ, как отмечено в результате экспертной оценки существующей схемы производства БЦ, работает с высокой долей отбора в дистиллят, и соответственно, с малой долей отбора в куб, что обуславливает неустойчивый режим разделения и приводит к потерям целевого компонента с кубовым продуктом.

Необходимо отметить, что проблема стабилизации режима разделения в колоннах с малым отбором кубового продукта достаточно широко встречается в практике ректификации, актуальна для предприятий различных отраслей промышленности и имеет большую степень общности.

Для выделения БЦ предложено традиционное решение — организация двухколонного комплекса со взаимосвязанными потоками. Такая технологическая организация позволила обеспечить устойчивый режим разделения при колебании состава разделяемой смеси и выделить БЦ практически без потерь целевого компонента. Доказана экологическая целесообразность и экономическая эффективность двухколонного комплекса. Вместе с тем, для его организации необходима установка новой ректификационной колонны.

С целью реализации малоотходной технологии выделения БЦ в рамках существующего производства предложено оригинальное решение для стабилизации колонн с малым отбором кубового продукта, а именно, выделение БЦ с использованием малых кратностей экстрактивного агента.

В результате параметрической оптимизации показано, что предложенный способ позволяет, с одной стороны, обеспечить устойчивый режим выделения целевого компонента во всем диапазоне колебаний составов разделяемой смеси. С другой стороны, применение малых кратностей экстрактивного агента, в сравнении с вариантом классической экстрактивной ректификации, позволяет сократить энергозатраты и совместить процесс разделения кубовых остатков производства БЦ и регенерацию добавки на одной колонне, таким образом, дополнительная колонна для регенерации агента не требуется.

Использование малых кратностей экстрактивного агента позволяет организовать малоотходную ресурсосберегающую технологию разделения катализата БЦ на имеющемся производственном оборудовании, а его целесообразность подтверждена путем сопоставление с вариантом двухколонного комплекса и существующим производством по экономическим и экологическим критериям.

Необходимо отметить, что ввиду применения малых кратностей слабоселективного экстрактивного агента его разделяющее действие мало, поэтому в общем случае при стабилизации ректификационных колонн с малым отбором кубового продукта возможно применение инертной добавки.

Ожидаемый суммарный эколого-экономический эффект от реализации предлагаемого проекта в ценах 1 квартала 1998 года составит 6760 тыс. руб/год, в том числе предотвращенный экологический ущерб 225 тыс. руб/год.

Работа выполнена по государственной научно-технической программе "Университеты России (технические университеты)" Госкомитета РФ по высшему образованию по направлению 2.7.4. "Энергосбережение и экология" (1993-1997 гг.) и по тематике проблемной научно-исследовательской лаборатории АлтГТУ "Технологии рекуперации вторичных материалов промышленности".

Автор выражает глубокую признательность за внимание и ценные практические советы к.т.н., с.н.с, заведующей лабораторией ПНИЛ ТР Л.В. Поляковой и всем сотрудникам этой лаборатории за помощь и поддержку при выполнении настоящей работы.

Автор защищает:

1. Экспериментальные данные по азеотропии в бинарной системе БК-ДЭГ.

2. Экспериментальные данные по равновесию жидкость-пар в 12 бинарных и 10 тройных системах.

3. Результаты математического описания уравнением Вильсона фазовых равновесий в составляющих исходной смеси и составляющих, образованных компонентами смеси и экстрактивным агентом.

4. Новый способ стабилизации режима разделения в ректификационных колоннах с малым отбором кубового продукта.

5. Разработанные малоотходные ресурсосберегающие технологии выделения бутилцеллозольва и их сопоставительный анализ.

6. Разработанную малоотходную технологию выделения бутилкарбитола.

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ МАЛООТХОДНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Синтез и разделение продуктов взаимодействия оксида этилена со спиртами

Одними из наиболее распространенных растворителей являются моно-алкиловые эфиры алкилгликолей, а именно, моноэфиры этиленгликоля -целлозольвы и моноэфиры диэтиленгликоля - карбитолы. Широкий спектр их применения обусловлен универсальностью, так как наряду с полной нейтральностью, они обладают высокой способностью к смешению с другими растворителями.

Целлозольвы и карбитолы используются как неионогенные поверхностно-активные вещества в производстве моющих и очищающих средств /1-6/, как растворители - в лакокрасочной промышленности /2, 7-9/. В значительных количествах они потребляются при создании композиционных материалов /2, 10-12/ и пластификаторов 12, 13-15/. Применение их в производстве печатных красок, в том числе для струйных принтеров, позволяет получить более качественную печать /16-19/. Использование в текстильной промышленности при обработке волокон - позволяет придать материалам большую прочность /20, 21/. Целлозольвы и карбитолы находят также применение в нефтяной, металлообрабатывающей, химической, кожевенной, фармацевтической промышленности, в сельском хозяйстве и строительном деле /2/.

Традиционный способ получения моноэфиров алкилгликолей - взаимодействие оксида этилена со спиртами 12, 22-31/:

СНз(СН2)тОН + Н2С-СН2п СНз(СН2)т0(СН2СН20)пН

\ / о

При обычных условиях оксид этилена мало склонен к взаимодействию со спиртами /25/. Для проведения реакции оксиэтилирования необходимо повышение температуры и давления, и (или) добавление катализатора.

Катализаторами могут быть едкие щелочи (в основном щелочь натрия