SU1733434A1

SU1733434A1 - Способ разделени смеси метанол - этилацетат - толуол - вода - нелетучие примеси

Info

Publication number: SU1733434A1
Application number: SU904794708A
Authority: SU
Inventors: Валерий Николаевич Кива; Валерий Михайлович Руденко; Сергей Александрович Голодко; Ольга Владимировна Горбачева; Светлана Ивановна Сизова; Владимир Савельевич Тимофеев
Original assignee: Государственный Проектный Научно-Исследовательский Институт Медицинской Промышленности; Московский институт тонкой химической технологии им.М.В.Ломоносова
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1992-05-15

Abstract

Изобретение касаетс производства цефалотина, в частности разделени многокомпонентной смеси метанол-этилацетат- толуол-нелетучие примеси, полученной в указанном производстве. Цель - снижение расхода воды, уменьшение количества сточных вод и увеличение степени извлечени толуола. Разделение ведут с использованием многоступенчатой ректификации и экстракции в присутствии воды. Дл этого из исходной смеси ректификацией выдел ют азеотроп метанола сэтилацетатом и кубового продукта - этилацетата, толуола воды и нелетучих примесей. Дистиллат экстрагируют в присутствии циркулирующих толуола и воды при массовом соотношении 1:(0,9-1.4) с возвратом органического сло в начало процесса (ректификацию). Кубовый продукт ректифицируют с выделением азеотропа этилацетата и воды и дальнейшим разделением на влажный этилацетат, возвращаемый на орошение колонны, и водную фазу, перерабатываемую вместе с водным слоем после экстракции. Регенерированный оез- водный этилацетат вывод т из системы. Кубовый продукт, содержащий толуол и нелетучие примеси ректифицируют в присутствии воды при массовом соотношении ее к толуолу (0.2-0.3):1 с выделением гетеро- азетрона толуол-вода, который раздел ют и ректифицируют толуольный слой с направлением части выделенного толуола на экстракцию и другой части дл вывода из системы. Водный слой после экстракции также ректифицируют с выделением воды и безводной фракции этилацетата и метанола . Воду возвращают в рецикл на экстракцию , а безводную фракцию снова ректифицируют с выделением азеотропа метанола-этилацетата и метанола-регенератора , выводимого из системы. Способ позвол ет сократить расход технологической воды на 100 кг исходной смеси в 43-48 раз, количество сточных вод в 18,8 раз и практически полностью извлечь толуол. 2 ил., 16 табл. ро С XI со со со 4

Description

Изобретение относитс к химической технологии, а именно к разделению многокомпонентной смеси метанол-этилацетат- толуол-нелетучие примеси, полученной в

производстве цефалотина, с использованием сочетани многоступенчатой ректификации и экстракции, и может быть использовано в медицинской промышленности.

Известен способ разделени смесей, содержащих близкокип щие спирты и сложные эфиры, методом экстрактивной ректификации , при котором получают в дистилл те спирт, а в кубе - смесь агента и сложного эфира. Разделение таких смесей осложн етс существованием азеотропов между компонентами. Недостатком указанного способа вл ютс высокие энергетиче- ские затраты. Они обусловлены использованием вспомогательного дорогосто щего экстрагенга (N.N-диметилформа- мида, целлозольва, этиленгликол ).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту вл етс способ разделени смеси метанол-этилацетат-то- луол-вода-нелетучие примеси, включающий экстракцию в присутствии воды с получением водного .сло , обогащенного метанолом, и органического сло , обогащенного этилацетатом и толуолом, выделение на одной из ступеней многосту1 пенчатой ректификации в дистилл те азеотропа метанол-этилацетат. толуол , воду и нелетучие примеси, подачу выделенного азеотропа метанол-зтилаце- тат на экстракцию, ректификацию водного сло экстракции с выделением в дистилл те фракции, содержащей метанол, этилаце- гат и воду, выделение из полученного дистилл та ректификацией метанола, ректификацию фракции, содержащей этилаце- тат, толуол, воду и нелетучие примеси с выделением в дистилл те водного этилаце- тата, последующую ректификацию полученного кубового продукта с выделением в дистилл те регенерированного этилацетата и в кубовом продукте фракции, содержащей толуол и нелетучие примеси, последующую ректификацию указанной фракции дл отделени толуола от нелетучих примесей. Согласно этому способу на первой стадии проводитс экстракци метанола из исходной смеси технологической водой с образованием верхнего органического сло и нижнего водного сло При переработке органического сло последовательно отгон етс азеотроп 1 метанол-этилацетат, возвращаемый на экстракцию, азеотроп П этилацетат-вода, который расслаиваетс на регенерированный влажный этилацетат и водный слой, объединенный с нижним водным слоем, полученным на первой стадии, регенерированный обезвоженный этилацетат; регенерируемый толуол: кубовый остаток , включающий толуол и нелетучие примеси, направл етс на сжигание. При переработке водного сло проводитс отгонка водной фракции метанола и этилацетата от кубового остатка, содержащего воду и нелетучие примеси. Кубовый остаток после трехкратного разбавлени сливают в канализацию . Отгон подаетс на дальнейшую ректификацию, где последовательно отгон етс азеотроп метанол-этилацетат, возвращаемый на экстракцию, и метанол регенерат, оставша с вода сливаетс в канализацию .

0Известный способ позвол ет выделить

из смеси метанол, этилацетат и толуол требуемого качества при высоком коэффициенте извлечени метанола и этилацетата. Недостатком известного способа вл ютс

5 большой расход технологической воды на экстракцию, большое количество образующихс сточных вод, низкий коэффициент извлечени толуола.

Причина первых двух недостатков втом,

0 что при подаче на экстракцию всей исходной смеси необходимо большое количество экстрагента (воды), причем в водном слое после экстракции будут содержатьс гидрофильные нелетучие примеси, вследствие че5 го вода после отгонки метанола и этилацетата из водного сло не может быть возвращена в рецикл на экстракцию и должна быть выведена из системы в стоки, а на экстракцию должна подаватьс свежа тех0 нологическа вода.

Причина низкого коэффициента извлечени толуола в том, что дл нормальной работы кип тильника и слива кубового остатка при отгонке толуола приходитс ос5 тавл ть в кубе вместе с нелетучими примес ми часть толуола дл создани жидкой фазы.

Целью изобретени вл етс снижение расхода воды, уменьшение количества сточ0 ных вод и увеличение степени извлечени толуола.

Поставленна цель достигаетс описываемым способом.

Исходна смесь подвергаетс предва5 рительному разделению в резктификацион- ной колонне на дистилл т: азеотроп метанол-этилацетат и кубовый продукт. Дистилл т подвергаетс экстракции в присутствии циркулирующих воды и толуола при

0 соотношении воды - толуол (0,9-1,4): 1 по массе, органический слой после экстракции возвращаетс на стадию предварительной ректификации.

Кубовый продукт со стадии предвари5 тельной ректификации направл етс на дальнейшую ректификацию, где последовательно отгон ютс фракци азеотропа этилацетат-вода , котора делитс расслаиванием на влажный этилацетат, возвращаемый на орошение колонны и водный

слой, перерабатываемый вместе с водным слоем после экстракции, регенерированный безводный этилацетат, выводимый из системы; толуол регенерат, часть которого подаетс в рецикл на экстракцию, а друга часть выводитс из системы. Отгонка толуола от нелетучих примесей проводитс при добавлении воды в соотношении вода и толуол (0,2-0,3): 1 по массе.

При переработке водного сло сначала проводитс отгонка безводной фракции этилацетата и метанола от воды, возвращаемой в рецикл на экстракцию, отгон поступает на дальнейшую ректификацию, где фракци азеотропа метанол-этилацетат, возвращаема на экстракцию, отгон етс от метанола регенерата, выводимого из системы .

Такое выполнение способа позвол ет подать на экстракцию только часть исходной смеси без избытка этилацетата по отношению к азеотропному составу, причем на содержащую нелетучие примеси, что дает возможность проводить экстракцию циркулирующей , а не свежей водой, сократить расход технологической воды и уменьшить количество сточных вод.

Однако, экстракци метанола из смеси азеотропного состава была бы неэффективной из-за гомогенизирующего воздействи метанола при высоких содержани х его в поступающей на экстракцию смеси, что предотвращаетс проведением экстракции в присутствии циркулирующего толуола при соотношении вода:толуол (0,9-1,4):1 по массе. Подача технологической воды на стадии отгонки толуола в соотношении вода и толуол (0,2-0,3):1 позвол ет создать в кубе колонны при отгонке толуола жидкую фазу и полностью отогнать толуол от воды с нелетучими примес ми, Расход технологической воды и количество сточных вод при этом намного меньше чем при экстракции исходной смеси свежей водой.

На фиг. 1 изображена принципиальна схема за вленного решени ; на фиг, 2 - прототипа.

Пример 1. Процесс регенерации смеси метанол-этилацетат-толуол-вода- нелетучие примеси состоит из семи стадий. Перва стади - предварительна ректификаци 1 - выделение метанола из исходной смеси в виде фракции азеотропа метанол-этилацетат, В куб ректификационной колонны предварительной ректификации , работающей при атмосферном давлении,оборудованной головным резервуаром (3), эффективность 10 теоретических тарелок подаетс исходна смесь в количестве 100 кг состава, мас.%: метанол

7,5; этилацетат 84,4; вода 2,0; толуол 4,2; нелетучие примеси 1,9, и туда же подаетс органический слой экстрактора в количестве 31,65 кг состава, мас.%: метанол 4,72;

этилацетат 35,39; вода 0,63; толуола - 59,06. После достижени стационарного состо ни при кратности циркул ции первой стадии 1,0 и температуре верха колонн 62,5°С, при полном орошении отбирают дистилл т

0 в количестве20,4 кгсостава, мас.%: метанол 44,12; этилацетат 54,90; вода 0,98, и направл ют на вторую стадию экстракцию. Туда же в экстрактор поступает циркулирующа вода в количестве 17,3 кг и циркулирующий

5 толуол в количестве 18,75 кг при соотношении и толуол равном 17,3:18,,9:1 (по массе). Кубовый продукт первой стадии - смесь в количестве 111,25 кг состава, мас.%: этилацетат 75,87; вода 1,80; толуол 20,63;

0 нелетучие примеси 1,70.

На третьей стадии процесса - ректификации П обезвоживаетс на ректификационной колонне кубовый продукт стадии предварительной ректификации 1. После

5 достижени стационарного состо ни при кратности циркул ции 1,5 и температуре верха 70,5°С и полном орошении отбираетс фракци гетероазеотропа вода-этилацетат , котора делитс расслаиванием на

0 влажный этилацетат, возвращаемый на орошение колонны, и водный слой в количестве 2,0 кг, перерабатываемый на стадии шесть - ректификаци V, Кубовый продукт стадии ректификаци П - смесь в количе5 стве 109,25 кг состава, мас.%: этилацетат 77,25; толуол 21,01; нелетучие примеси 1,74.

На четвертой стадии процесса - ректификаци Ш - подвергаетс разделению ку0 бовый продукт стадии ректификаци П на колонне, работающей при атмосферном давлении,оборудованной головным резервуаром и эффективностью 10 теоретических тарелок. После достижени

5 стационарного состо ни при кратности циркул ции 1,5 и при температуре верха 72°С отбираетс зтилацетат в количестве 84,4 кг. Кубовый продукт - смесь в количестве 24,85 кг, мас.%: толуол 92,35; нелетучие

0 примеси - 7,65.

На п той стадии процесса - ректификаци IV - подвергаетс разделению кубовый продукт стадии ректификаци Ш, проводитс отделение толуола от нелетучих

5 примесей при добавлении воды в количестве 2,59 кг и в соотношении вода и толуол 4,59:22,,2:1 (по массе), поступающей со стадии Ректификаци V, на ректификационной колонне, рабочающей при полном орошении водным слоем. После достижени стационарного состо ни при кратности циркул ции 10 и температуре верха колонны 93°С собираетс фракци гетероазе- отроп вода-толуол, который делитс расслаиванием на водный слой в количестве 4,59 кг, возвращаемый на орошение и толуол в количестве 22,95 кг. Часть толуола в количестве 18,75 кг подаетс в рецикл на стадию экстракци . Кубовый остаток стадии ректификаци IV в количестве 6,49 кг состава, мас,%: вода 70,72; нелетучие примеси 29,28, поступает на сжигание.

На шестой стадии процесса - ректификаци V - обезвоживаютс два потока: первый поток - водный слой экстрактора в количестве 26,10 кг состава, мас.%: метанол 31,42; этилацетат 3,07; вода 65,52, и второй поток - водный слой дистилл та после стадии ректификаци П в количестве 2,0 кг и состава, мас.%: вода 100,00, на ректификационной колонне, работающей при атмосферном давлении, оборудованной головным резервуаром, эффективностью 20 теоретических тарелок. После достижени стационарного состо ни при кратности циркул ции 1,5 и температуре верха 64°С и полном орошении отбирают дистилл т в количестве 9,1 кг состава, мас.%: метанол 90,11, этилацетат 8,79; вода 1,10. Кубовый продукт шестой стадии - вода в количестве 17,0 кг. Часть воды в количестве 4,59 кг поступает на стадию ректификаци IV, друга часть воды в количестве 14,41 кг рециклова .

На седьмой стадии процесса - ректификаци IV - подвергаетс разделению ди- стилл тный продукт стадии ректификаци V на ректификационной колонне. После достижени стационарного состо ни при кратности циркул ции 3,0 и температуре верха 62,5°С и полном орошении отбираетс фракци азеотропа метанол-этилацетат- вода в количестве 1,6 кг состава, мас.%: метанол 43,75; этилацетат 50,00; вода 6,25, котора подаетс в рецикл на стадию экстракци , а при температуре куба 64,5°С отбираетс метанол в количестве 7,5 кг.

В табл. 1 представлены исходный состав смеси метанол-этилацетат-толуол-во- да-нелетучие примеси.

Данные по материальному балансу стадий процесса разделени 1-7 представлены в табл. 2-8.

Пример 2. Аппаратурное оформление и услови , как в примере 1, за исключением того, что экстракци азеотропа метанол- этилацетат проводитс циркулирующей водой в присутствии циркулирующего агента при соотношении вода и толуол 1,4:1 (по массе) и отгон толуола от нелетучих примесей проводитс при добавлении воды в количестве 3,01 кг и в соотношении вода и толуол 0,3:1 (по массе). Данные по материальному балансу стадий процесса разделени 1-6 представлены в табл. 9-14. Данные по материальному балансу стадии экстракци приведены в табл. 15. Выполнение способа разделени смеси метанол-этила- цетат-толуол-вода-нелетучие примеси со0 гласно описываемому изобретению позвол ет снизить расход технологической воды, уменьшить количество образующихс сточных вод и увеличить коэффициент извлечени толуола.

5 Эффективность предлагаемого способа разделени многокомпонентных смесей по сравнению с разделением аналогичной смеси при производстве цефалотина известным способом приводитс в табл. 16.

0

Claims

Формула изобретени

Способ разделени смеси метанол-эти- лацетат-толуол-вода-нелетучие примеси, (J. включающий экстракцию в присутствии во5 ды с получением водного сло , обогащенного метанолом, и органического сло , обогащенного этилацетатом и толуолом, выделение на одной из ступеней многоступенчатой ректификации в дистилл те азеотропа

0 метанол-этилацетат и в кубовом продукте фракции, содержащей этилацетат. толуол, воду и нелетучие примеси, подачу выделенного азеотропа метанол-этилацетат на экстракцию , ректификацию водного сло

5 экстракции с выделением в дистилл те фракции, содержащей метанол, этилацетат и воду, выделение из полученного дистилл та ректификацией метанола, ректификацию фракции, содержащей этилацетат, толуол,

0 воду и нелетучие примеси, с выделением в дистилл те водного этилацетата, последующую ректификацию полученного кубового продукта с выделением в дистилл те регенерированного этилацетата и в кубовом

5 продукте фракции, содержащей толуол и нелетучие примеси, последующую ректификацию указанной фракции дл отделени толуола от нелетучих примесей, отличающийс тем, что, с целью снижени расхо0 да воды, уменьшени количества сточных вод и увеличении степени извлечени толуола , азеотроп метанол-этилацетат выдел ют путем предварительной ректификации исходной смеси, при этом в кубовом продук5 те отдел ют фракцию, содержащую этилацетат , толуол, воду и нелетучие примеси, экстракцию ведут при добавлении к воде толуола из расчета массового соотношени вода:толуол (0,9-1,4):1, выделенный при экстракции органический слой подают на стадню предварительной ректификации, ректификацию фракции, содержащей толуол и нелетучие примеси, ведут в присутствии воды при массовом соотношении вода:толуол (0,2-0,3):1 с выделением в дистилл те гете- роазеотропа толуол-вода, который подвергают расслаиванию с последующей

ректификацией толуольного сло и подачей части выделенного при этом толуола на стадию экстракции, причем на стади х экстракции и ректификации фракции, содержащей толуол и нелетучие примеси, используют воду , выделенную при ректификации водного сло .

Таблица 1

Исходный состав смеси мётанол-этилацетат-толуол-вода-нелетучие примеси

Материальный баланс стадии I - предварительна ректификаци 1 Температура верха 62,5°С, температура куба 82,5°С Число теоретических тарелок 10 Флегмовое число бесконечность Кратность циркул ции 1,0

Материальный баланс стадии 3 - ректификаци Температура верха 70,5°С, температура куба 110°С Число теоретических тарелок 10 Флегмовое число бесконечность Кратность циркул ции 1,5

10

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Материальный баланс стадии 4 - ректификаци III

ТехнологическиеТемпература верха колонны 72°С, температура куба 112°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 10

Флегмовое число бесконечность

Кратность циркул ции 1,5

Загрузка в куб колонны

Таблица 5

Материальный баланс стадии 4 - ректификаци IV

ТехнологическиеТемпература верха колонны 93°С, температура куба 100°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 10

Кратность циркул ции 1, Полное орошение водным слоем

Загрузка в куб колонны

Примечание Кубова вода стадии 6 это 2,0 кг воды из исходной смеси и 2,59 кг подпитка.

Таблица 6

Материальный баланс стадии 6 - ректификаци V

Технические Температура верха колонны 64°С, температура куба 100°С параметрыЧисло теоретических тарелок 20

Флегмовое число бесконечность Кратность циркул ции 1,5 Загрузка в куб колонны

Материальный баланс стадии 7 - ректификаци VI

ТехническиеТемпература верха колонны 62,5°С, температура куба 64,5°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 20

Флегмовое число бесконечность

Кратность циркул ции 1,5

Загрузка в куб колонны

Материальный баланс стадии экстракци

Таблица 7

Таблица

Пример2Таблица

Материальный баланс стадии 1 - предварительна ректификаци I ТехнологическиеТемпература верха колонны 62,5°С, температура куба 82,5°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 10

Флегмовое число бесконечность Кратность циркул ции 1,0 Загрузка в куб колонны

Материальный баланс стадии 3- ректификаци II

Технологические параметры

Температура верха колонны 70,5 С, температура куба 110 С Число теоретических тарелок 10 Флегмовое число бесконечность Кратность циркул ции 1,5 Загрузка в куб колонны

Материальный баланс стадии 4- ректификаци III

Технологические параметры

Температура верха колонны 72 С, температура куба 112 С Число теоретических тарелок 10 Флегмовое число бесконечность Кратность циркул ции 1,5 Загрузка в куб колонны

Таблица 10

Таблица 11

Таблица 12

Материальный баланс стадии 5 - ректификаци IV

ТехнологическиеТемпература верха колонны 93°С, температура куба 100°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 10

Кратность циркул ции 1, полное орошение водным слоем Загрузка в куб колонны

Примечание. Кубова вода стадии б это 2 кг воды из исходной смеси и 3,01 кг вода - подпитка.

Таблица 13

Материальный баланс стадии 6 - ректификаци V

ТехнологическиеТемпература верха колонны 62,5°С, температура куба 100°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 20

Флегмовое число бесконечность

Кратность циркул ции 1,5

Загрузка в куб колонны

Таблица 14

Материальный баланс стадии 7- ректификаци VI

ТехнологическиеТемпература верха колонны 62,5°С, температура куба 100°С

параметрыЧисло теоретических тарелок 20

Флегмовое число бесконечность Кратность циркул ции 1,5 Загрузка в куб колонны

%

Материальный балланс стадии экстракции

21

1733434

Сравниваемые параметры

Расход технологической воды на 100 кг исходной смеси Количество поступающего толуола на 100 кг

исходной смеси, кг Количество извлеченного толуола, кг Количество сточных вод на 100 кг исходной смеси, кг

Исходна смесь ГГ

Предварительна ректификаци I

Экстракци

JL

Ректификаци Ж

t

-3LС

Рек/лирикаци У

Вода

Ж

22 Таблица 16

За вленный объект

2,59/3,01

4,2 4,2

6.91

Рек/лификаци Ж

Вода

Реге ер этилаце/ло/п

Рехтисрикаци И

Метанал

Вода

Исходна смесь

Азеатрол метанал-этилацетот

I

Экстракци

Орг. слой

1

I

Видн слой

JЈ

Ректификаци У

I

Ректификаци И

V

Ректификаци Ш

Ректификаци 1

влажный этилаце/па/л

Ректификаци I

L3

, вода, трехкрат

toe разбавление

Ректификаци Ж

Регеке-рир

э/лмоце/ла/п

Ректификаци Ж

Регемерур

/17O/jy0S

ХубоЗый ос/ла/тюк Вода, tteje/nt/w/e /rpuwect/

Метанол

tfyfiofe/u ac/rfff/rro/f