Разработка энергосберегающих схем экстрактивной ректификации смесей спиртов и их ацетатов

• Автор: Рудаков, Данила Григорьевич
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 197 с. : ил. + Прил. (167 с.)

Содержание
Введение
1. Литературный обзор
1.1. Сложные эфиры карбоновых кислот: получение и промышленное ПРИМЕНЕНИЕ
1.2. Способы выделения сложных эфиров карбоновых кислот
1.3. Экстрактивная ректификация азеотропных смесей
1.3.1. Выбор экстрактивного агента
1.3.2. Синтез технологических схем ректификации
1.4. Энергосбережение в экстрактивной ректификации. Использование теплоинтеграции
1.4.1 .Термодинамически обратимая ректификация и пути приближения к этому процессу
1.4.2. Проведение процесса ректификации в комплексах со сложными колоннами
Постановка задачи исследования
2. Систематический подход к синтезу технологических схем ректификации с частично связанными тепловыми и материальными потоками
2.1. Ректификация зеотропных смесей
2.1.1. Схемы ректификации зеотропных смесей в простых двухсекционных колоннах
2.1.2. Схемы ректификации с частично связанными тепловыми и материальными потоками
2.2. Экстрактивная ректификация смесей с одним бинарным азеотропом
2.2.1. Алгоритм синтеза схем из двухотборных колонн. Уравнения для подсчёта числа схем
2.2.2. Алгоритм синтеза схем экстрактивной ректификации с частично связанными тепловыми и материальными потоками
2.3. Демонстрация работы алгоритма синтеза схем экстрактивной ректификации с частично связанными тепловыми и материальными ПОТОКАМИ
3. Описание объектов исследования. Моделирование фазового равновесия
4. Оценка эффективности использования комплексов с частично связанными тепловыми и материальными потоками для экстрактивной ректификации смесей спиртов и их ацетатов
4.1. Критерий и алгоритм оптимизации
4.2. Оценка энергоэффективности схем экстрактивной ректификации смеси метилацетат-метанол
4.2.1. Определение оптимальных параметров работы традиционной схемы экстрактивной ректификации смеси метилацетат-метанол

4.2.2. Определение оптимальных рабочих параметров процесса экстрактивной ректификации смеси метилацетат—метанол в комплексе с ЧСТМП
4.2.3. Анализ полученных результатов
4.3. Оценка энергоэффективности схем экстрактивной ректификации СМЕСИ ЭТИЛАЦЕТАТ-ЭТАНОЛ
4.3.1. Определение оптимальных параметров работы традиционной схемы ЭР смеси этилацетат—этанол
4.3.2. Определение оптимальных рабочих параметров процесса экстрактивной ректификации смеси этилацетат—этанол в комплексе с ЧСТМП
4.3.3. Анализ полученных результатов
4.4. Оценка энергоэффективности схем экстрактивной ректификации смеси изобутанол-изобутилацетат
4.4.1. Определение оптимальных параметров работы традиционной схемы экстрактивной ректификации смеси изобутанол-изобутилацетат
4.4.2. Определение оптимапъныхрабочих параметров процесса экстрактивной ректификации смеси изобутанол-изобутилацетат в комплексе с ЧСТМП
4.4.3. Анализ полученных результатов
4.5. Оценка энергоэффективности схем экстрактивной ректификации смеси метанол-изобутанол-изобутилацетат
4.5.1. Параметрическая оптимизация схем экстрактивной ректификации смеси метанол—изобутанол-изобутилацетат
4.5.2. Анализ полученных результатов
5. Обсуждение полученных результатов
5.1. Экстрактивная ректификация бинарных азеотропных смесей метилацетат-метанол, этилацетат-этанол и изобутилацетат-
ИЗОБУТАНОЛ
5.2. Экстрактивная ректификация тройной азеотропной смеси
МЕТАНОЛ-ИЗОБУТ АНОЛ-ИЗОБУТИЛАЦЕТАТ
Выводы
Обозначения и сокращения
Список литературы
Приложения напечатаны отдельным томом

Введение
Сложные эфиры карбоновых кислот находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Среди методов получения сложных эфиров наибольшее распространение получила этерификация, которая является простым и удобным способом получения эфиров, имеющим важное промышленное значение. Тем не менее, в процессах производства сложных эфиров этерификацией или переэтерификацией, в той или иной степени, возникает проблема выделения эфира, поскольку большинство промышленно важных ацетатов и некоторые пропионаты образуют азеотропные смеси с соответствующими спиртами, водой, а также тройные азеотропные смеси типа спирт -эфир вода. На практике для разделения таких смесей часто используют экстрактивную ректификацию, вследствие чего она и получила широкое распространение в химической промышленности. Экстрактивная ректификация - энергоёмкий процесс. Одним из способов снижения энергозатрат является приближение процесса к термодинамически обратимому, например, посредством использования разделительных комплексов со связанными тепловыми и материальными потоками, а также комплексов с обратимым смешением потоков. Однако они обладают некоторыми недостатками, которые затрудняют их практическое использование, вследствие чего в промышленности получили распространение комплексы с частично связанными тепловыми и материальными потоками. В работе проведена оценка энергетической эффективности их применения при разделении продуктов этерификации методом экстрактивной ректификации.
Одной из важных задач фундаментального характера является разработка алгоритмов синтеза полного множества технологических схем ректификации (и, соответственно, схем экстрактивной ректификации). Разработанные на данный момент алгоритмы синтеза схем с частично связанными тепловыми и материальными потоками, в большинстве случаев, базируются на теории графов, и непосредственно не могут служить основой

Одним из интересных новых направлений является использование в качестве экстрактивных агентов «ионных жидкостей» [51]. Под этим термином подразумевают соли, температура плавления которых относительно низка, и в обычных условиях они представляют собой жидкость. Экстрактивная ректификация с ионными жидкостями может сочетать в себе преимущества традиционного варианта с жидкими разделяющими агентами (достаточно простой способ организации процесса) и солевой ректификации (обладающей высокой разделительной способностью) [52].
Авторами [53] рассмотрена проблема выбора ионной жидкости в качестве разделяющего агента для экстрактивной ректификации смеси этилацетат-этанол. В работе исследуется взаимосвязь между молекулярной структурой ионных жидкостей и производительностью процесса разделения. Авторами были исследованы три разных ионных жидкости, а именно: тетрафторборат 1-бутил-З-метилимидазолия, тетрафторборат 1-метил-З-октилимидазолия и тетрафторборат 1-этил-З-метилимидазолия. Показано, что все три жидкости вызывают эффект высаливания. Также авторами были получены данные по парожидкостному равновесию в тройных системах этилацетат-этанол-ионная жидкость для каждой исследуемой соли.
В работе [54] для экстрактивной ректификации смеси этанол-вода предложено использовать трифторметансульфонат 1-этил-З-
метилимидазолия в качестве разделяющего агента. Авторами получены данные по парожидкостному равновесию для исследуемой тройной системы. Также показано, что трифторметансульфонат 1-этил-З-метилимидазолия имеет меньшую вязкость и более низкую температуру плавления, чем некоторые другие ионные жидкости, например, предложенные в [55, 56], что может оказать благоприятное воздействие на процесс разделения.