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

Экстракция уксусной кислоты этилацетатом из обессмоленной и обесспиртованной жижки

 Принципиальная технологическая схема этого производства показана на рис. 68. Жидкие продукты пиролиза или газификации древесины после частичного отстаивания в ретортных цехах принимаются в сборник 1 химического цеха и направляются в обесспиртовывающий аппарат на верх колонны 25 для отгонки всех легколетучих компонентов. На этой стадии выделяется фракция так называемого спирта-сырца, которая долгое время являлась сырьем для получения технического метанола и спиртовых растворителей. Спирт-сырец содержит до 60 % метанола, 18—30 % воды и 10—42 % прочих компонентов (в основном ацетон и метилацетат). В настоящее время только два лесохимических предприятия перерабатывают эту фракцию с целью получения метанола. На всех других заводах она утилизируется методом сжигания или используется для приготовления спиртовых ра-створителей марки А или Э.

Для снижения осмоления контактных элементов исчерпывающей части колонны 25 вместе с жижкой в аппарат подают отстойную смолу (2—6 % от жижки). В обесспиртовывающем аппарате достигается степень выделения метанола 92—96 %. Ректификацию ведут в колонне с числом практических тарелок (колпачковых) 40 (в исчерпывающей части 15, в укрепляющей— 25) при флегмовом числе 4—5. Температура в верхней части колонны 2 70—75 °С, внизу колонны 25 102—106 °С.

Рис. 68. Принципиальная технологическая схема экстракции уксусной кислоты из обесспиртованной и обессмоленной жижки:
1, 22, 23 — сборники; 2, 14, 15, 18, 19, 20, 25 — ректификационные колонны; 3, 5, 9, 11, 12 — конденсаторы-холодильники; 4, 8 — холодильники; 16, 24 — каландрии; 6 — выпарной аппарат; 7 — экстрактор; 17, 21 — подогреватели; 10, 13 — флорентины



Обесспиртованная жижка после отстаивания от тяжелых отстойных смол в специальном буферном сборнике 23 направляется в выпарной аппарат (двух- или трехкорпусный) 6, где происходит выделение растворимых смол. Принцип работы выпарных аппаратов может быть самым различным. Эксплуатируются три вида выпарных аппаратов: с принудительной циркуляцией (в трубчатых или пленочных испарителях с циркуляцией увариваемой смолы с помощью насосов), двухкорпусные и трехкорпусные с использованием соковых паров.

В трубчатку первого корпуса выпарного аппарата 6 непрерывно подается обесспиртованная жижка, в межтрубное пространство этого корпуса — насыщенный пар. Температура в первом корпусе 102—110°С, давление атмосферное. Пары жижки из первого корпуса направляются в межтрубное пространство второго корпуса выпарного аппарата, где они служат уже теплоносителем для второй ступени аппарата. Частично упаренная в первом корпусе жижка направляется в трубное пространство второго корпуса, где создается вакуум (40—53) • 103 Па. Этому давлению соответствует температура кипения упаренной жижки 85—90 °С. Третий корпус работает по принципу второго. Вакуум в этом аппарате поддерживается (80—82,5) • 103 Па, температура 60—70 °С. Конденсат из меж-трубного пространства второго и третьего корпусов аппарата и пары из третьего корпуса направляются в конденсатор-холодильник 5, а затем обессмоленная и обесспиртованная жижка (или кислая вода) тщательно отстаивается в сборнике 22 от легких всплывных масел.

В разное время и разными исследователями доказано отрицательное влияние легких всплывных масел на процесс экстракции. В присутствии легких всплывных масел резко увеличивается растворимость этилацетата в системе, что приводит к увеличению соотношения экстрагент — исходный раствор, и возрастанию потерь этилацетата за счет гидролиза (в основном на стадии регенерации его из рафината).

Кислая вода (или смесь кислой воды и жижки на одном из лесохимических заводов) кислотностью 7—12 % направляется на верх экстрактора 7 для извлечения уксусной кислоты этил-ацетатом, который подается в нижнюю его часть. Экстрагент диспергируется в барботажных прорезях и в виде капель поднимается в верхнюю часть аппарата благодаря разности плотностей, извлекая из исходного раствора уксусную кислоту. В практике широко используются ситчатые колонные экстракторы (провального типа или с организованным переливом тяжелой фазы). Эти экстракторы характеризуются достаточно высокой единичной мощностью: например, экстрактор диаметром 1,2 м имеет нагрузку по двум фазам до 27—30 м3/ч.

Эффективность таких аппаратов существенно зависит от степени горизонтального отклонения ситчатых тарелок. Такие массообменные элементы требуют очень строгого горизонтального их расположения при монтаже оборудования. В противном случае в массообмене будет участвовать не вся тарелка, а только ее часть.

Для системы уксусная кислота —вода — этилацетат при начальной кислотности исходного раствора 10—12% степень извлечения 98 % достигается на 6—7-й теоретических ступенях экстракции. Число теоретических ступеней экстракции рассчитывается на основании данных о взаимной растворимости компонентов системы, зависимости КР от кислотности водной фазы и материального баланса (по.компонентам): где F, Q, R и Э — соответственно масса исходного раствора, оборотного экстрагента, рафината и экстракта; х—массовая доля; i — компонент системы.

На рис. 69 показана зависимость кислотности эфироводы от числа теоретических, или идеальных, ступеней экстракции, полученная экспериментально по методу Шейбеля. Температура подаваемых в экстрактор потоков воды и оборотного экстрагента должна быть не более 28 °С.

Эфировода с остаточной кислотностью 0,1—0,2 % выводится на регенерацию растворенного в нем экстрагента через гидравлик из нижней части экстрактора 7 (см. рис. 68) (на 0,8— 1 м ниже ввода экстрагента). Из верхней части экстрактора отбирается эфирокислота. Кислотность эфирокислоты зависит от соотношения масс экстрагента и кислой воды, исходной кислотности раствора и числа ступеней экстракции. При экстрагировании уксусной кислоты из раствора концентрацией 8— 12 % на 6—8-й ступенях экстракции и соотношении экстрагент — исходный раствор 1,24-1,6:1 (по массе) кислотность эфирокислоты. колеблется в пределах 5—7 %.

Для регенерации этилацетата из эфироводы и из эфирокислоты применяется метод азеотропной ректификации, т. е. используется свойство этилацетата образовывать с водой положительный (низкокипящий) гетероазеотроп (табл. 36). Регенерация этилацетата из водной фазы осуществляется в двухколонном эфироводном аппарате. В первой колонне 20 (см. рис. 68) (число тарелок 25—26) регенерируется этилацетат, в колоннах 18, 19 выделяются спиртовые продукты.
 

36. АЗЕОТРОПНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМЫ ЭТАНОЛ —ВОДА —

ЭТИЛАЦЕТАТ

Перед подачей на 12—13-ю тарелку эфировода подогрева­ется до температуры 75—85°С. Пары азеотропной смеси этил­ацетат— вода с примесями тройного азеотропа этанол — этил­ацетат— вода при температуре в верхней части колонны 20 70—74 °С поступают в конденсатор-холодильник 9, где смесь охлаждается до 20—25°С и затем во флорентине 10 разделя­ется на два слоя. Нижний водный слой полностью возвраща­ется в колонну на тарелку питания, а верхний частично воз­вращается на флегму (флегмовое число 0,4—0,5), а частично, после дополнительного охлаждения в холодильнике 8, возвра­щается на экстракцию. Эта стадия процесса является очень от­ветственной, так как в основном омыление этилацетата проис­ходит в ней. С целью снижения потерь этилацетата рекоменду­ется избегать частых пусков процесса регенерацйи, т. е. процесс должен быть именно непрерывным.

Вместе с этилацетатом из эфироводы этанол регенерируется лишь частично, что объясняется взаимодействием водородных связей этанола и воды. Для более глубокой степени очистки сточной воды от спиртов кубовый остаток из колонны 20 на­правляется в исчерпывающую колонну 19 спиртового аппарата.

Число тарелок- в исчерпывающей колонне должно быть не менее 15, в укрепляющей 14—16. Процесс ведут при флегмовом числе 5—6. Температура в верхней части колонны 18 65— 68 °С, в нижней части колонны 19 102—104 °С. Спиртовая фракция после конденсации и охлаждения используется для приготовления низкоквалифицированных растворителей, т. е. выводится из экстракционного процесса. Сточная вода, выходящая из эфироводного аппарата, при переработке кислой воды имеет загрязненность по ХПК 4000—6000 мг/л.

При переработке смеси жижки и кислой воды ХПК значительно выше за счет присутствия органических компонентов растворимой смолы (до 30 000 мг/л). Массовая доля этанола в сточной воде не должна быть выше 0,15%, этилацетата не выше 0,08 %, уксусной кислоты 0,15—0,20 %.

Регенерация этилацетата из эфирокислоты осуществляется в одноколонном ректификационном аппарате. Эфирокислота перед подачей в нижнюю часть колонны 14 подогревается до температуры 70—80 °С. Пары этилацетата и воды в виде азео-тропной смеси выводятся из колонны 14 в конденсатор-холодильник 12 и с температурой 20—25 °С поступают во флорентину на разделение. Водный слой из флорентины направляется вместе с эфироводой из экстрактора на переработку в эфироводный аппарат (в колонну 20), а эфирный слой разделяется на два потока: флегму (флегмовое число процесса зависит от кислотности эфирокислоты, рис. 70) и оборотный экстрагент, который дополнительно охлаждается в холодильнике, 8 (см. рис. 68) и вместе с эфиром, регенерированным из эфироводы, возвращается на экстракцию. Основное требование к этому процессу — получение регенерированного эфира кислотностью не выше 0,006%. При большей кислотности оборотного эфира не может быть достигнута высокая степень извлечения уксус-, ной кислоты из кислой воды. Черная кислота, с массовой долей этилацетата до 4 % и воды до 5 % выводится из каландрии 16. Температура в верхней части колонны 14 70—72 °С, в каландрии 16 122—130 °С. Число тарелок в исчерпывающей части колонны 16, в укрепляющей — 20.