Способ разделения смесей близкокипящих гомогенно растворимых жидкостей

Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 15 Х.1969 ( 1330140/23-4) Кл, 12 о, 5/03 присоединением заявкиКомитет оо деава зобретеиии и открыти при Совете Министров СССРМПК С 07 с 27,/26УДК 66.063.725 (088.8). орите Опубликовано 14,Х.1970. Бюллетень32 Дата опубликования описания 23.ХП.1970 Авторыизобретения А. Морозов, А. И. Прудников и А. Н. Башкиро Московский институт тонкой химической технологии им. М. В. ЛомоносоваЗаявител СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ БЛИЗКОКИПЯЩИХ ГОМОГЕННО-РАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙИзобретение относится к способам разделения смесей гомогенно-растворимых жидкостей, кипящих в одном интервале температур и различающихся по удельным весам, Такие вещества обычно совместно образуются в син тезе, например спирты и гликоли; монокарбоновые и дикарбоновые кислоты; монокарбоновые и оксикислоты; углеводороды и кислород- содержащие соединения; галоидные производные углеводородов и кислородсодержащие 10 соединения; гидроперекиси в смеси с органическими соединениями и другие системы. Каждый из названных, классов имеет свое индивидуальное применение и,поэтому требует выделения в чистом виде. 15Известен способ разделения смеси алифатических спиртов и гликолей экстракцией двумя несмешивающимися растворителями: 60%-ным водным раствором метилового спирта и петролейным эфиром. Гликоли переходят 20 в водный раствор метанола, а спирты - в петролейный эфир.Этот способ имеет ряд недостатков: сложность технологической схемы, большие потери целевого, продукта. 25Смеси спиртов имеют существенное различие в удельных весах. Это различие может быть положено в основу способа их разделения. В частности, общеизвестно использование центробежных сил (центрифуги, сепараторы) 30 для разделения суспензии, взвесей и эмульсий, Однако совершенно отсутствуют какие- либо данные о разделении с помощью центробежных сил гомогенно-растворимых жидкостей, различающихся по удельным весам, Это связано с трудностью преодоления межмолекулярного взаимодействия в жидкостях и значительной вязкостью смеси, Принципиально смесь гомогенно-растворимых жидкостей, например, компонентов А и Б, имеющих различие в плотностях Ьр может быть разделена в поле центробежных спл, если центробежная сила 1 превысит силу межмолекулярного взаимодействия Га, б, т, е. Г)Га, о. Так как центробежная сила Г=тщгз прямо пропорциональна квадрату угловой скорости, то для достижения необходимой силы потребуется значительная скорость вращения центрифуги. Центрифуги с числом оборотов 50 - 100 тыс)мин способны развить центробежные силы, в сотни раз превосходящие силы земного притяжения. Однако, на практике использование таких аппаратов связано с целым рядом технических трудностей, таких как прочность камер, наличие воздушных подшипников и др,Для устранения указанных недостатков предложен способ, заключающийся в том, что смеси спиртов или смеси карбоновых кислот подвергают воздепствню центробежной силы в присутствии растворителя.283985 3Разделение смесей гомогенно-растворимых жидкостей, различающихся,по плотности путем центрифугирования с использованием факторов, приводящих к снижению сил межмолекулярного взаимодействия в разделяемой жидкой среде, позволяет достигнуть эффективного разделения при использовании технически доступных центробежных аппаратов. растворителя в течение 30 мин и вращении 5000 об/мин, После вращения взяты, пробы по высоте гильзы в верхней, средней и нижней части. Данные газо-жидкостных хроматографий представлены в табл, 1. Таблица 1Изменение соотношения между спиртоми гликолем по высоте гильзыв их совместной смеси (вес, %)Состав Место отбора пробпо высоте гильзы спирт, %гликоль, % Верхняя частьСредняя частьНижняя частьИсходная смесь 60 47 32 49 40 53 68 51 15 40 Спирт,кгБаланс 0,410 0,401 0,009 Взято Получено Потери 1,000, 0,986 0,014 0,590 0,585 0,005 Для осуществления предлагаемого способа такими факторами являются, например, воздействие магнитного или электрического полей, при действии которых происходит нарушение статистического распределения компонентов в системе, т. е, облегчается расслоение или введение третьего компонентапонижающего межмолекулярное взаимодействие в системе, а также вязкость среды. Практически третий компонент должен обладать некоторой избирательностью растворения в отношении одного из разделяемых компонентов. Различие растворимости разделяемых компонентов смеси в третьем компоненте обеспечивает границу раздела при разделении в поле центробежных сил. Добавляемый разбавитель (третий компонент) должен быть инертным или обеспечивать преимущественное взаимодействие с молекулами только одного из разделяемых компонентов. Например, для разделения смеси алифатических гликолей и спиртов в качестве разбавителя использовали гексан или другие легкие углеводороды. Эффективное разделение достигнуто при вращении центрифуги 5000 об(мин. за время 20 - 30 мин,Использование, предлагаемого способа позволяет достичь высокой степени разделения близкокипящих гомогенно-растворимых жид,костей, различающихся по удельным весам, что особенно важно для таких промышленных продуктов, как гликоли, спирты, оксикислоты и др,Предлагаемый способ обеспечивает следующие преимущества (например, для конкретной задачи разделения гликолей и спиртов):а) упрощается технология и аппаратурное оформление процесса; процесс многоступенчатой экстракции заменяется получасовой операцией вращения с последующим разделением образовавшихся слоев;б) упрощается операция по отгонке растворителя;в) в 3 - 4 раза уменьшается объем применяемого растворителя на одно и то же количество разделяемой смеси;г) потери гликоля, уносимого спиртовым слоем в первой, второй и третьей ступенях экстракции снижаются во много раз. Пример 1. Разделение смеси центрифугированием (без снижения сил межмолекулярного взаимодействия),Искусственная смесь нонилового спирта и бутандиола, 4 при соотношении 49 и 51 вес. % подвергнута центрифугированию без 20 25 30 35 50 55 60 65 П р,и м е р 2. Для усиления эффекта действия центробежных сил смесь спирта и гликоля разбавляют гексаном. Искусственную смесь октилового спирта и бутиленгликоля в молярном отношении 1: 1 подвергают разделению предлагаемым способом. Взятый объем смеси разбавляют 1 объемом гексана, после чего смесь перемешивают и помещают в гильзы конической формы из нержавеющей стали, Вращение продолжают 30 мин при 5000 об/мин. После центрифугирования получают два слоя; верхний - спиртово-углеводородный и нижний - гликолевый. Слои разделяют, гексан отгоняют от спирта на водяной бане. В гликолевом слое после центрифугирования гексан практически отсутствует (табл. 2). Таблица 2Материальный баланс на 1 кг исходнойсмеси при молярном соотношении 1: 1 По полученным данным, содержание гликоля в спиртово-углеводородном слое составляет 1,54% (при увеличении времени центрифугирования до 2 час гликоль в верхнем слое находится в виде следов). Содержание спирта в гликолевом слое составляет 1,24%, Потери гликоля в спиртово-углеводородном слое в расчете на исходный гликоль составляют 2,19%. В то же время на 1 кг исходной смеси по известному способу содержание гликоля в спирто-углеводородном слое составляет 8,75% (при увеличении времени экстракции и объемов экстрагента содержание гликоля в верхнем слое увеличивается) . Содержание спирта в гликолевом слое составляет 5%, Потери гликоля в спиртово-углеводородном слое в расчете на исходный гликоль составляет 12,2% (табл. 3),Баланс 0 576 35 0,560 0,016 1,000 0,980 0,020 0,424 0,420 0,004 ятозлученозтери Составитель Н. Лихтерова Корректор Т, А. Уманец Редактор Т. Рыбалова Заказ 3651/16 Тираж 480 Подпнсчое Ц 11 ИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 Таблица 3 Материальный баланс на 1 кг исходной смеси,разделенной по известному способуПо данным газо-жидкостной хроматографии густота спирта по предлагаемому способу со.авляет 99,30/о, чистота гликоля 98,25 о/о 15 В то же время чистота спирта по известноу способу составляет 91,5%, чистота тликоля э,40 о/оП р и м е р 3, Смесь спиртов и гликолей, поученных гидрированием смеси моно- и дикар)новых кислот с числом углеродных атомов 4 - Сто подвергают разделению по предлагаюму способу (см. условия примера 2), По;ри гликолей в спиртово-углеводородном гое составили 2,78% в расчете на исходные 25 щколи. Материальный баланс на 1 кг технической смеси спиртов и гликолей30 6Чистота гликолей и спиртов, полученных по предлагаемому способу, согласно данным хроматографического анализа, аналогична приведенным в примере 2,Пример 4, Предлагаемым методом могут быть разделены смеси моно- и дикарбоновых кислот и моно- и оксикарбоновых кислот.Смесь моно- и оксикарбоновых кислот, по. лученных окислением эфиров алифатических спиртов с интервалом кипения 180 - 320 С, была подвергнута разделению указанным способом. Результаты см. в табл. 5. По полученным данным, содержание монокарбоновых кислот в слое оксикарбоновых составляет 0,82/,. Потери оксикарбоновых кислот в углеводородном слое составляют 1,64/о. Предмет изобретенияСпособ разделения смесей близкокипящих гомогенно-растворимых жидкостей, например спиртов, карбоновых кислот, селективными растворителями, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности разделения смесей, снижения потерь целевого продукта и упрощения процесса, смесь исходного сырья с растворителем подвергают воздействию центробежной силы.