содержание   ..  120  121  122  123  124  125  126  127  128  129  .. 

§ 41. ЭКСТРАКЦИОННЫЕ СПОСОБЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ ЖИЖКИ

Метод экстракции уксусной кислоты из водных растворов основан на различной растворимости уксусной кислоты и воды в экстрагенте. Для извлечения уксусной кислоты из водных растворов предложены разнообразные растворители, относящиеся к самым различным классам соединений. В лесохимической промышленности для экстракции кислоты долгое время использовали диэтиловый эфир, обладающий хорошими экстрагирующими свойствами, но малой селективностью. Из простых эфиров исследовали возможность применения для экстракции диизопропилового и пропилового эфиров. Из сложных эфиров в разное время применяли метилацетат, бутилацетат, изобутил ацетат, изопропилацетат, этилбутират и др.

Многочисленные исследования посвящены изучению экстрагирующих свойств этилацетата. Р. Иглисфилд (США), изучив свойства более сорока растворителей, отметил этилацетат, как один из лучших экстрагентов для извлечения уксусной кислоты из растворов с массовой долей ее менее 16 %.

А. Н. Брик и В. П. Сумароков (ЦНИЛХИ, г. Москва) изучили в сравнении свойства диэтилового эфира и этилацетата и установили преимущества последнего. В результате этих исследований на лесохимических предприятиях вместо диэтилового эфира стали использовать этилацетат, что позволило значительно улучшить технико-экономические показатели производства технической уксусной кислоты и снизить его пожароопасность.

Весьма перспективно использование в качестве экстрагентов метилэтилкетона, диэтилкетона, метилпропилкетона, метил-изопропилкетона. Эти растворители бесспорно имеют преимущества перед этилацетатом. Однако небольшие объемы их производства сдерживают использование их в промышленном масштабе. Хорошие результаты получены при извлечении уксусной кислоты некоторыми аминами. Но их токсичность не позволяет применять их в промышленности.

Выбор экстрагента для внедрения его в производство обусловлен совокупностью таких его свойств, как емкость, селективность по отношению к извлекаемому компоненту, коэффициент распределения, плотность, межфазное натяжение, экономичность процессов его регенерации, химическая стабильность, стоимость, промышленная доступность, токсичность, воспламеняемость, коррозионная активность и др. Оптимальное выполнение всех требований затруднительно. Поэтому, как правило, при выборе однокомпонентного экстрагента принимается компромиссный вариант. В последнее время ведется поиск бинарных или многокомпонентных растворителей, что позволяет варьировать конкурирующие свойства их составляющих.

Принято считать, что лучшим из однокомпонентных экстрагентов для извлечения уксусной кислоты из водных растворов является этилацетат, хотя он и обладает рядом существенных недостатков (легко гидролизуется, переэтерифицируется и др.). С целью улучшения экстрагирующих свойств этилацетата предлагались различные добавки: метанол, метилэтилкетон, диэтилкетон, ацетон, метилацетат й другие компоненты, в присутствии которых значительно увеличивается коэффициент распределения уксусной кислоты между органической и водной фазами. Следует ожидать, что дальнейшие поиски экстрагентов, в том числе и для извлечения уксусной кислоты из водных растворов, будут направлены именно на исследование бинарных и более сложных растворителей.

Экстрагирующие свойства растворителя оценивают в основном по трем показателям: коэффициенту распределения извлекаемого компонента между фазами в условиях равновесия Кр, коэффициенту экстракции G и масштабности гетерогенной области.

Для системы вода — уксусная кислота растворитель КР принято выражать как отношение концентрации уксусной кислоты в фазе экстракта (т. е. органическом — верхнем слое) к концентрации кислоты в фазе рафината (т. е. водном слое):

КР = С1/С2 (94)

где С1 С2 — массовые доли кислоты в экстракте и рафинате, %
 

Коэффициент распределения кислоты Кр безусловно является важной характеристикой растворителя, но далеко не полной. Этот показатель определяет в основном число ступеней экстракции, необходимых для достижения заданной степени извлечения при определенном соотношении фаз. Следовательно, этот показатель определяет габариты экстрактора, его высоту. Чем выше Кр, тем меньше требуется ступеней экстракции, тем меньше высота экстрактора и наоборот.

Коэффициент экстракции G дает нам представление о емкости экстрагента. Сравнивая величины G для различных растворителей, полученных в одинаковых условиях, можно сделать вывод, что чем выше значение G, тем меньше потребуется экстрагента для достижения заданной степени извлечения кислоты, т. е. тем меньше будет соотношение потоков экстрагента и исходного раствора, подаваемых в экстрактор, а именно эти параметры определяют и габарит оборудования (диаметр экстрактора у регенерационных колонн) и энергетические затраты.

Важным показателем экстракции является взаимная растворимость компонентов. На рис. 65 показаны кривые растворимости трехкомпонентных систем вода — уксусная кислота — эфир (петролейный, бутилацетат, этилацетат и метилацетат). Самая большая область существования гетерогенных фаз в системе вода — уксусная кислота — петролейный эфир.

Преимущество таких растворителей в том, что их можно использовать для экстракции уксусной кислоты из водных растворов практически любой крепости и после отгонки растворителя из фазы экстракта получать концентрат с высокой массовой долей кислоты и незначительными примесями воды. Петролейный эфир не нашел широкого применения в данной технологии из-за очень низкого коэффициента распределения Кp.

В системе вода — уксусная кислота — метилацетат, наоборот, гетерогенная область весьма незначительна, а значение Кр высокое. Но этот растворитель также не может быть рекомендован для промышленного внедрения из-за малой емкости, легкой гидролизуемости и малой разности между его плотностью и плотностью водного раствора, что снижает линейную скорость движения экстрагента в аппарате. Его можно применять в лабораторных целях только для экстракции кислоты из водных растворов с массовой долей ее не более 18%. Гетерогенная зона в системе вода — уксусная кислота — этилацетат (табл. 35) несколько меньше, чем в системах с петролейным эфиром и бутилацетатом. Но высокое значение Кр и другие достоинства определили внедрение в производство именно этого растворителя.

Из табл. 35 видно, что в системе вода — уксусная кислота—этилацетат значение Кp зависит от кислотности фаз. Для различных экстрагентов удобно представлять зависимость Кр как функцию кислотности водной фазы (т. е. рафината). Характер этой зависимости может быть самый разнообразный (рис. 66), знать о ней необходимо для расчета числа ступеней экстракции для конкретной системы.
 

35. ДАННЫЕ ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ В СИСТЕМЕ ВОДА— УКСУСНАЯ КИСЛОТА—ЭТИЛАЦЕТАТ

Если кривой 1 на графике зависимости f(x)

соответствует кривая 1 на графике зависимости G=f(x), то во всем диапазоне концентраций этот растворитель эффективнее однокомпонентного экстрагента, взятого за основу. Но опти­мальная область составов бинарных растворителей лежит в пре­делах присутствия второго компонента 65—75 %

Если для исследуемого бинарного экстрагента характерны зависимости 2, то этот бинарный экстрагент вряд ли можно рекомендовать взамен основного однокомпонентного, несмотря на то, что в области его концентрации до 85 % наблюдается некоторое повышение коэффициента распределения. И, наобо­рот, экстрагент, для которого характерны зависимости 3, более предпочтителен по сравнению с предыдущим, хотя в области его концентраций и отмечается некоторое снижение значений Кр. Выбор этого экстрагента не однозначен, но при определенных технологических условиях он может конкурировать с исходным однокомпонентным растворителем. Окончательный выбор экстрагента делают на основе технико-экономических расчетов, учитывающих все факторы ведения технологического процесса.

На лесохимических предприятиях страны внедрены различ­ные технологические схемы извлечения уксусной кислоты мето­дом экстракции, отличающиеся способом подготовки жижки к экстракции. Среди них выделим два способа: экстракция из обессмоленной и обесспиртованной жижки с применением этилацетата и переработка необессмоленной и необесспиртованной жижки экстрагентом сложного многокомпонентного состава на основе этилацетата и легкокипящих компонентов жижки.