Сравнение селективных агентов при ректификационном разделении смеси метанол – этанол – вода

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Представлены результаты расчета схем разной структуры для ректификационного разделения смеси метанол – этанол – вода с агентами, проявляющими различное селективное действие: моноэтаноламин, морфолин, N-метилпирролидон, пирролидин. Рабочее давление колонн в схемах 101.32 кПа. Для пирролидина рассмотрены варианты ввода агента выше и ниже уровня подачи смеси метанол – этанол – вода. По критерию суммарных энергозатрат на разделение рекомендовано использовать экстрактивную ректификацию с моноэтаноламином.

About the authors

Д. А. Рыжкин

МИРЭА –Российский технологический университет

Email: raevalentina1@gmail.com

Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

Russian Federation, Москва

В. М. Раева

МИРЭА –Российский технологический университет

Author for correspondence.
Email: raevalentina1@gmail.com

Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

Russian Federation, Москва

References

  1. Frolkova A.K. Separation of azeotropic mixtures. Physicochemical fundamentals and technological methods. Moscow.: Gumanit. Centr VLADOS, 2010. [Фролкова А.К. Разделение азеотропных смесей. Физико-химические основы и технологические приемы. Монография. М.: Гуманитар. Центр ВЛАДОС, 2010.]
  2. Krupinova O.N., Zhuchkov V.I., Frolkova A.K. Synthesis and discrimination of process flow sheets for the separation of a reaction mixture of methyl tert-butyl ether production. // Theor. Found. Chem. Eng. 2015. V. 49. № 3. P. 280. [Крупинова О.Н., Жучков В.И., Фролкова А.К. Синтез и дискриминация технологических схем разделения реакционной смеси производства метилтретбутилового эфира // Теорет. основы хим. технологии. 2015. Т. 49. № 3. С. 295.] https://doi.org/10.1134/s0040579515030069
  3. Sebyakin A.Y., Frolkova A.K. Separation of ethanol–propan-1-ol–butan-1-ol–water azeotropic mixture // Theor. Found. Chem. Eng. 2015. V. 49. P. 750. [Себякин А.Ю., Фролкова А.К. Разделение азеотропной четырехкомпонентной смеси этанол – пропан-1-ол – бутан-1-ол – вода // Теорет. основы хим. технологии. 2014. Т. 15. № 10. С. 591.] https://doi.org/10.1134/S0040579515050139
  4. Okhlopkova E.A., Frolkova A.V. Сomparative analysis of separation schemes of reaction mixtures of epichlorohydrin production in the presence of various solvents. // Theor. Found. Chem. Eng. 2019. V. 53. № 6. P. 1028. [Охлопкова Е.А., Фролкова А.В. Сравнительный анализ схем разделения реакционных смесей получения эпихлоргидрина в присутствии различных растворителей // Теорет. основы хим. технологии. 2019. Т. 53. № 6. С. 681.] https://doi.org/10.1134/S0040579519060101
  5. Mayevskiy M.A., Frolkova A.V, Frolkova A.K Separation and purification of methyl isobutyl ketone from acetone + isopropanol + water + methyl isobutyl ketone + methyl isobutyl carbinol + diisobutyl ketone mixture // ACS Omega. 2020. V. 5. P. 25365. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03718
  6. Anokhina E.A., Rudakov D.G., Afaunov A.A., Timoshenko A.V. Energy-saving distillation flowsheets for crude isopropanol separation with different solvents // Chem. Technol. Organic Substances. 2021. V. 18. № 2. P. 19. [Анохина Е.А., Рудаков Д.Г., Афаунов А.А., Тимошенко А.В. Энергосберегающие схемы ректификации изопропанола-сырца с применением разделяющих агентов // Химия и технология органических веществ. 2021. Т. 18. № 2. С. 19.] https://doi.org/10.54468/25876724_2021_2_19
  7. Ryzhkin D.A., Raeva V.M. Analysis of energy consumption of extractive distillation flowsheets of four-component solvent mixture // Chem ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. № 6. P. 47. [Рыжкин Д.А., Раева В.М. Анализ энергопотребления схем экстрактивной ректификации четырехкомпонентной смеси // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2021. Т. 64. № 6. С. 47] https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216406.6326
  8. Рыжкин Д.А., Раева В.М., Фролкова А.К. Закономерности экстрактивной ректификации смеси метанол – ацетонитрил – тетрагидрофуран – вода // Химическая технология. 2023. Т. 24. № 4. С. 151. https://doi.org/10.31044/1684-5811-2023-24-4-151-159
  9. Frolkova A.K., Frolkova A.V., Raeva V.M., Zhuchkov V.I. Features of distillation separation of multicomponent mixtures // Fine Chemical Technologies. 2022. V. 17. № 2. P. 87. [Фролкова А.К., Фролкова А.В., Раева В.М., Жучков В.И. Особенности ректификационного разделения многокомпонентных смесей // Тонкие химические технологии. 2022. Т. 17. № 2. С. 87] https://doi.org/10.32362/2410-6593-2022-17-2-87-106
  10. Gaganov I.S., Belim S.S., Frolkova A.V., Frolkova A.K. Development of flowsheet of separation of a phenol production mixture based on the analysis of phase equilibrium diagrams. // Theor. Found. Chem. Eng. 2023. V. 57. P. 35. [Гаганов И.С., Белим С.С., Фролкова А.В., Фролкова А.К. Разработка схем разделения смеси получения фенола на основе анализа диаграмм фазового равновесия // Теорет. основы хим. технологии. 2023. Т. 57. № 1. С. 38.] https://doi.org/10.31857/S0040357123010049
  11. Ivanova L.V., Timoshenko A.V., Timofeev V.S. Synthesis of flowsheets for extractive distillation of azeotropic mixtures // Theor. Found. Chem. Eng. 2005. № 1. P. 16. [Иванова Л.В., Тимошенко А.В., Тимофеев В.С. Синтез схем экстрактивной ректификации азеотропных смесей // Теорет. основы хим. технологии. 2005. Т. 39. № 1. С. 19.] https://doi.org/10.1007/s11236-005-0022-7
  12. Frolkova A.V., Shashkova Y.I., Frolkova A.K., Mayevskiy M.A. Comparison of alternative methods for methyl acetate + methanol + acetic acid + acetic anhydride mixture separation // Fine Chemical Technologies. 2019. V. 14 № 5. P. 51. [Фролкова А.В., Шашкова Ю.И., Фролкова А.К., Маевский М.А. Сравнение альтернативных методов разделения смеси метилацетат – метанол – уксусная кислота – уксусный ангидрид // Тонкие химические технологии. 2019. Т. 14. № 5 С. 51.] https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-5-51-60
  13. Dolmatov B.B., Anokhina E.A., Timoshenko A.V. Isocriterial manifolds during extractive distillation of a mixture of methanol-n-propyl acetate-toluene with aniline // Theor. Found. Chem. Eng. 2009. V. 43. № 2. P. 143. https://doi.org/10.1134/s0040579509020031
  14. Anokhina E.А., Gracheva I.M., Akishin A. Yu., Timoshenko А.V. Acetone-chloroform-n-butanol mixture separation by the extractive distillation in schemes of two-outlet colums // Fine Chemical Technologies. 2017. V. 12. № 5. P. 34. [Анохина Е.А., Грачева И.М., Акишин А.Ю., Тимошенко А.В. Разделение смеси ацетон – хлороформ – н-бутанол с применением экстрактивной ректификации в схемах из двухотборных колонн // Тонкие химические технологии. 2017. Т. 12. № 5 С. 34.] https://doi.org/10.32362/2410-6593-2017-12-5-34-46
  15. Klauzner P.S., Rudakov D.G., Anokhina E.A., Timoshenko A.V. Application of diabatic extractive distillation schemes with preliminary separation of azeotropic components for separation of acetone-toluene-n-butanol mixture // Fine Chemical Technologies. 2023. V. 18. № 2. P. 83. [Клаузнер П.С., Рудаков Д.Г., Анохина Е.А., Тимошенко А.В. Применение схем неадиабатической экстрактивной ректификации с предварительным отделением азеотропообразующих компонентов для разделения смеси ацетон–толуол–н-бутанол. // Тонкие химические технологии. 2023. Т. 18. № 2. С. 83.] https://doi.org/10.32362/2410-6593-2023-18-2-83-9
  16. Guo Ch., Wang F., Xing J., Cui P.. Thermodynamic and economic comparison of extractive distillation sequences for separating methanol/dimethyl carbonate/water azeotropic mixtures // Sep. Purif. Technol. 2022. V. 282. P. 120150. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.120150
  17. Анохина Е.А., Тимошенко А.В., Ребровская А.Е., Федюшина А.В. Энергосберегающие схемы экстрактивной ректификации смеси бензол-циклогексан-толуол с N-метилпирролидоном. Часть 1. Схемы из двухотборных колонн // Хим. пром-сть сегодня. 2015. № 2. С. 47.
  18. Yang A., Su Y., Chien I.-L., Jin S, Yan C., Wei Shun, Shen W. Investigation of an energy-saving double-thermally coupled extractive distillation for separating ternary system benzene/toluene/cyclohexane // Energy. 2019. V. 186. P. 115756. https://doi.org/0.1016/j.energy.2019.07.086
  19. Стоякина И.Е., Новрузова А.Н., Раева В.М. Разделение смеси бензол – циклогексан – толуол экстрактивной ректификацией // Тез. докл. II Всероссийской научно-практической конф. студентов и молодых ученых (Современные тенденции развития химической технологии, промышленной экологии и техносферной безопасности). СПб: Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, Высшая школа технологии и энергетики. 2021. С. 125.
  20. Новрузова А.Н., Стоякина И.Е., Раева В.М. Оценка селективных свойств сульфолана // Тез. докл. II Междунар. научно-практической конф. студентов и молодых ученых (Актуальные проблемы и направления развития технологий органического и неорганического синтеза в условиях импортозамещения). Стерлитамак: Уфимский государственный нефтяной технический университет. 2022. С. 657.
  21. Suppino R. S., Cobo A.J.G. Influence of solvent nature on extractive distillation of the benzene hydrogenation products // Ind. Eng. Chem. Res. 2014. V. 53. № 42. Р. 16397. https://doi.org/10.1021/ie501753n
  22. Rév E., Lelkes Z., Varga V., Stéger C., Fonyó Z. Separation of a minimum-boiling azeotrope in a batch extractive rectifier with an intermediate-boiling entrainer // Ind. Eng. Chem. Res. 2003. V. 42. № 1. Р. 162. https://doi.org/10.1021/ie020080a
  23. Rodriguez-Donis I., Gerbaud V., Joulia X. Thermodynamic Insights on the Feasibility of Homogeneous Batch Extractive Distillation. 4. Azeotropic Mixtures with Intermediate Boiling Entrainer // Ind. Eng. Chem. Res. 2012. V. 51. № 18. Р. 6489. https://doi.org/10.1021/ie2019432
  24. Luyben W.L. Improved design of an extractive distillation system with an intermediate-boiling solvent // Sep. Purif. Technol. 2015. V. 156. № 2. P. 336. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.10.020
  25. Ma J., Li W., Ni Ch., Li Y., Huang Sh., Shen Ch., Xu Ch. Investigation of distillation systems using heavy or intermediate entrainers for separating toluene – methanol: process economics and control // J. Chem. Technol. Biotechnology. 2016. V. 91. № 7. P. 2111. https://doi.org/10.1002/jctb.4809
  26. Yue R., Lu K., Xu L., Yuan X. Design and control of a novel single-column extractive distillation with internally circulated intermediate boiling entrainer // Sep. Purif. Technol. 2023. V. 309. P. 123041. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.123041
  27. Benyounes H., Frolkova A.K. Aspects of Multicomponent Mixture Separation in the Presence of Selective Solvents // Chem. Eng. Communications. 2010. V. 197. P. 901. https://doi.org/10.1080/00986440903088561
  28. Raeva V.M., Sukhov D.I. Selection of extractive agents for the separation of chloroform – methanol – tetrahydrofuran mixture // Fine Chemical Technologies. 2018 V. 13. № 3. P. 30. [Раева В.М., Сухов Д.И. Выбор экстрактивных агентов для разделеня смеси хлороформ – метанол – тетрагидрофуран // Тонкие химические технологии. 2018. Т. 13. № 3. С. 30.] https://doi.org/10.32362/24106593-2018-13-3-30-40
  29. Raeva V.M., Gromova O.V. Separation of water – formic acid – acetic acid mixtures in the presence of sulfolane // Fine Chemical Technologies. 2019. V. 14. № 4. P. 24. [Раева В.М., Громова О.В. Разделение смеси вода – муравьиная кислота – уксусная кислота в присутствии сульфолана // Тонкие химические технологии. 2019. Т. 14. № 4. С. 24.] https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-4-24-32
  30. Raeva V.M., Dubrovsky A.M. Comparison of extractive distillation flowsheets for methanol – tetrahydrofuran – water mixtures // Fine Chemical Technologies. 2020. V. 15. № 3. P. 21. [Раева В.М., Дубровский А.М. Сравнение схем экстрактивной ректификации смесей метанол – тетрагидрофуран – вода // Тонкие химические технологии. 2020. Т. 15. № 3. С. 21.] https://doi.org/10.32362/2410-6593-2020-15-3-21-30
  31. Dong Y., Dai C., Lei Z. separation of the methanol–ethanol–water mixture using ionic liquid // Ind. Eng. Chem. Res. 2018. V. 57. № 32. P. 11167. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b01617
  32. Liu S., Wang Z., Zhu R., Le Z., Zhu J. [EMIM][DCA] as an entrainer for the extractive distillation of methanol – ethanol – water system // Green Energy Environment. 2021. V. 6. № 3. P. 363. https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.12.022
  33. Thirumaran S., George Gene, Vijay S., Prakash N. Acoustical and thermodynamical studies of molecularinteractions in aqueous ethylene glycol at 303.15, 308.15 and 313.15K // Int. J. Pharm. Chem. Biol. Sci. 2013. V. 3. № 3. P. 488. URL: https://www.ijpcbs.com/archive/ijpcbs-volume-3-issue-3-year-2013.html (дата обращения 15.08.2023).
  34. Kostikova N.A., Glukhan E.N., Kazakov P.V., Antonova M.M., Klimov D.I. Assessment of resource-saving technologies in low-tonnage chemical industries for compliance with best available technologies principles // Fine Chemical Technologies. 2023. V. 18. № 3. P. 187. [Костикова Н.А., Глухан Е.Н., Казаков П.В., Антонова М.М., Климов Д.И. Оценка ресурсосберегающих технологий малотоннажных химических производств на соответствие принципам наилучших доступных технологий // Тонкие химические технологии. 2023. T. 18. № 3. С. 187.] https://doi.org/10.32362/2410-6593-2023-18-3-187-218https://doi.org/10.32362/2410-6593-2023-18-3-187-218
  35. Standard Reference Database of National Institute of Standards and Technology (NIST). 2022. № 69. https://doi.org/10.18434/T4D303
  36. Walas S. Phase Equilibria in Chemical Engineering Butterworth-Heinemann. 1985. [Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии. В 2 ч. / Пер. с англ. под ред. В.С. Бескова. М.: Мир, 1989.]
  37. Лупачев Е.В., Полковниченко А.В. Влияние экстрактивных агентов на разделение смеси 2.2.2-трифторэтанол – изопропанол // Сб. тр. Концепции современного образования: вопросы теории и практики. Казань: ООО “СитИвент”. 2020. С. 214.
  38. Анохина Е.А., Шлейникова Е.Л., Тимошенко А.В. Энергоэффективность комплексов с частично связанными тепловыми и материальными потоками в экстрактивной ректификации смеси метилацетат – хлороформ // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2013. Т. 8. № 2. С. 18.
  39. Polkovnichenko A.V., Chelyuskina Т.V. Mutual transformations of α = 1 lines diagrams of butyl butyrate – butyric acid – separating agent systems // Chemistry and Technology of Organic Substances. 2021. V. 17. № 1. Р. 21. https://doi.org/10.54468/25876724_2021_1_21
  40. Momoh S.O. Assessing the accuracy of selectivity as a basis for solvent screening in extractive distillation processes // Sep. Sci. Technol. 1991. V. 26. № 5. P. 729. https://doi.org/10.1080/01496399108049911
  41. Raeva V.M., Sazonova A. Yu. Separation of ternary mixtures by extractive distillation with 1,2-ethandiol and glycerol // Chem. Eng. Res. Design. 2015. V. 99. P. 125. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2015.04.032

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies