Способ абсолютирования изопропилового спирта

956491 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз советскихСецнаинстнческнкРеспубинк(22) Заявлено 27.01. 81 (21) 3279283/23-04с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 07,09,82,Бюллетень М 9 33Дата опубликования описания 07,09,82 И) М. Кп.з С 07 С 31/,.10 С 07 С 29/82 ГосударствеинмЯ комитет СССР по делам нзобретениЯ н отврцтнЯ(54) СПОСОБ АБСОЛЮТИРОВАНИЯ ИЗОПРОПИЛОВОГО СПИРТАания отро икло 0 го и зол ся в об спирта, спирта,а Изобретение относится к усовершенствованному способу абсолютирования иэопропилового спирта (АИПС),который находит широкое применениев химической, нефтехимической, автомобильной, лесохимической, медицинской, мебельной, пищевой, парфюмерной провншленностях. Он нашел применение как растворитель, во многихслучаях заменяющий этиловый спирт,например, для масел, жирови смол.В некоторых случаях АИПС является,даже лучшим растворителем, чем этиловый. Особенно важное значениеимеет применение АИПС в медицинской 15проиналенности: в производстве левомецетина, новокаина, мезатона,тетрациклина гидрохлорида и другихмедицинских препаратов. В подобныхотраслях промышленности требуетсяпродукт особого качества, поэтомук,абсолютированному изопропиловомуспирту предъявляются высокие требования с точки зрения его чистоты(ГОСТ 9805-78). 25Процесс получения абсолютированноропилового спирта заключаетезвоживании техническогопредставляющего собой смесьводы и ряда высоко- и низкокипящих примесей, путем применения азеотропной ректификации в присутствии разделяющего агента, который образует с водой и спиртом низкокипящий расслаивающийся тройной азеотроп.Известен способ абсолютиров ,технического ИПС с помощью аэе пнбй перегонки с бензолом или ц гексаном 11 .Недостатками такоГо способа являются низкие выход (81,1 В) и качество (99,4) АИПС, а также необходимость работы с высокотоксичным бензолом, который как примесь содержится в АИПС.Иснользуемвй циклогексан прнгоцен лишь для отделения воды из бинарной смеси изопропиловый спирт - вода. При абсолютировании техничесКого изопропилового спирта, представлякщего собой азеотроп вода - изо" пропиютовый спирт и содержащий легкокипящие примеси, в основном ацетон, метилэтилкетон, а также высококипящие спирты класса С-С, циклогексан не пригоден из-за плохой расслаиваемости тройного азеотропа на водный и органические слои вследствие наличия в изопропиловом спирИзопропиловыйспиртВодаАцетонМетилэтилкетонНепредельныесоединениякислотностьВысококипящиепримеси 87,65 11,33 0,7 0,1 0,020,0008 0,2 В верхнюю часть колонны на 59-ютарелку непрерывно подают комбинированный разделяющий агент: 4 кг ДИПЭи 0,5 кг ЦГ на одну тонну АИПС. Виспаритель куба колонны для создания парового потока подают греющий 69 водяной пар давлением 4-4,5 атм нколичестве 1000,4 кг/ч.При 62-63 С с верха колонны образующиеся пары, представляющие собоймногокомпонентную смесь, состоящую 65 из спирта, диизопропилоного эфира,те ацетона, метилэтилкетона и других примесей, которые в процессеабсолютиронания переходят в водный .слой, уменьшая его плотность до0,860-0,880 г/мл. Плотность органического слоя при этом равна0,780 г/мл, Это, в свою очередь, приводит к уносу циклогексана с воднымслоем, а, следовательно, к его большому расходу - 50 кг на тонну готового продукта, а также к уносу сводным слоем до 55 изопропиловогоспирта, что приводи; к уменьшениювыхода товарного спирта до 60-65от теоретически возможного.Вниду перечисленных причин процесс абсолютиронания изопропилового спирта с использонанием циклогексана является практически неработоспособным в промыйленных условиях,Наиболее близким техническим решением к предложенному является использование в качестве разделяющегоагента диизопропилового эфира 2),Однако данный способ имеет следующие недостатки: небольшая пройзводительность процесса; высокие затраты энергетических средств (тепловойи электроэнергии); малый съем про"дукции с единицы объема; отдельныепоказатели качества АИПС находятсяна пределе ГОСТ 9805-76, так, напри-мер, содержание основного вещестна,влаги, карбонильных и непредельныхсоединений, которые особенно лимитируются при применении АИПС в медицинской, парфюмерной, фармацевтической и других отраслях проьвшленности,Целью изобретения является повышение производительности процессаабсолютирования изопропилового спирта, снижение энергетических затрати улучшение качества целевого продукта,Поставленная цель достигаетсятем, что процесс абсолютированияизопропилового спирта проводят путем азеотропной ректификации в присутствии смеси диизопропилового эфира и циклогексана при весовом соотнощении, равном 1:0,2-4.В качастве разделяющего агентасмеси используют диизопропиловыйэФир (ДИПЭ) и циклогексан (ЦГ) привесовом соотношении 1:0,2-4, преимущественно 1:0,5-2.Применение коМбинированного разделяющего агента с содержанием циклогексана менее 0,2 и более 4 вес.ч.нецелесообразно, так как н этом случае не наблюдается существенногоповышения экономичности процесса иулучшения качества целевого продуктаПри использовании комбинированногоагента, содержащего более 4 вес.ч,циклогексана происходит резкое снижение производительности процесса. Использование предлагаемого способа абсолютиронания ИПС обеспечивает интенсификацию процесса абсолютирования изопропилоного спирта,т,е. проведение процесса с более высокой производительностью (1,31,93 т/ч), что на 21-80 больше,чем при работе на диизопропилономэфире, а, следовательно, и большуюперерабатынающую способность уста- О нонки абсолютирования; снижение теп,ловых энергозатрат в виде греющеговодяного пара, поступающего в испаритель куба колонны абсолютирования,на 33-43 и охлаждающей воды на 53- 15 64; увеличение съема продукции сединицы. объема аппарата на 20-79,т.е. повышение единичной мощностиагрегата также на 20-79, что ведетк снижению капитальных затрат, аИменно к сокращению основного и вспомогательного оборудования, к сокращениюплощадей дляразмещения оборудования,что принодит,всвою очередь, к снижению трудовых и производственных затрат; снижение расходной нормы на разделяющий агент на 25; снижение расходной нормы на электроэнергию на50; получение более высококачествен-.ного целевого продукта с содержанием основного вещества не менее 99,97влаги не более 0,011, непредельныхсоединений не более 0,0022 гВг/100 гИПС, карбонильных соединений не более 0,0122.П р и м е р 1. Процесс проводят З 5 при атмосферном давлении.В колонну абсолютирования диаметром 1200 мм, высотой 17550 мм, числом колпачковых тарелок 59, на 53-ютарелку непрерывно в количестве 40 2,34 т/ч подают исходную смесь - технический изопропиловый спирт с температурой 59-60 С следующего состава,вес.:956491 циклогексана, води,.ацетона, н других поступают в дефлегматор, где они конденсируются, охлаждаются до 15-20 ОС и поступают во флорентийский сосуд на расслаивание, В дефлегматор подают хладагент - воду в количестве 43,8 м З/ч. Из флорентийского сосуда после расслаивания сконденсированных паров органический слой возвращают в верхнюю часть колонны на 59-ю тарелку в качестве флегмы. Состав органического слояследукиций, нес. Ъ: В испаритель куба колонны подаютгреющий пар в количестве 820,8 кг/ч,а в дефлегматор - воду в количестве 36,5 м/ч.Состав органического слоя флорентийского сосуда следующий, вес.%Вода 1,53Диизопропилоьыйэфир 73,74Циклогексан 14,75Ацетон 2,34Метилэтилкетон 0,03Изопропиловыйспирт 7,61 15 Плотность данного слоя 0,744 г/смВодный слой имеет плотность0,966 г/см , состав его следующий3,вес. Ъ: Вода 1,31Диизопропиловыйэфир 45,4Циклогексан 45,57Ацетон 1,39Метилэтилкетон 0,031Изопропилоьыйспирт 6 29Плотность данного слоя 0,752 г/смфСоотношение ЦГ:ДИПЭ в органичесоком слое.1 ф 1Воднй слой птнот д 4 Ю,962 г/см 9 состава, вес. %: Вода Е 5,2Диизопропиловыйэфир 1,34Ацетон 9,84Метилэтилкетон 0,02Изопропиловый25 спирт 23,6Циклогексан в данном составе отсутствуетВ течение суток из куба колонныотбирают 31,7 т АИПС, что соответ ствует 1,32 т/ч.В табл. 1 и 2 представлены данныехарактеризующие экономичностьпроцесса абсолютирования и качествоцелевого продукта.35 В табл. 4 показан материальныйбаланс. 81,32 ВодаДиизопропиловыйэфирЦиклогексанАцетонМетилэтилкетонИзопропиловыйспирт. 1,0820,0164,560,024 12,998 выводят из Флорентийского сосуда и направляют для рекуперации содержащегося в нем изопропилоього спирта, например в систему получения технического изопропилового спирта.Из нижней части колонны очистки непрерывно отбирают целевой продукт - абсолютироьанный изопропиловый спирт в количестве 46, 3 т в сутки, что соответствует 1,93 т/ч.В табл. 1 и 2 представлены данные, характеризукМие экономичность процесса абсолютирования и качественные показатели целевого продукта.В связи с уменьшением в колонне количества разделяющего агента изза различных его потерь (механические потери, унос с водным слоем и прочие), для поддержания стабильного режимапроцесса колоннупериодически подпитывают разделяющим агентом из расчета 4,0 кг ДИПЭ, 0,5 кг ЦГ на 1 т АИПС.Материальный баланс представлен в табл. 3. П р и м е р 2. Опыт проводятаналогично описанному в примере 1.В колонну абсолютирования подаютразделяющий агент при соотношенииЦГ:ДИПЭ, равном 0,2:1, при этомнагрузка на колонну по техническо-му спирту составляет 1,6 т/ч. 61,3 ВодаДИизопропиловыйэфир1 Циклогексан 1,32 0,26 П р и м е р 3. Опыт проводятаналогично опыту, описанному в примерах 1 и 2В колонну абсолютирова ния подают разделяющий агент присоотношении циклогексана к эфиру,равном 4:1, при этом нагрузка на колонну по.техническому спирту состав.ляет 1,57 т/ч, В испаритель куба 45 колонны подают греющий пар в количестве 808,3 кг/ч, а в дефлегматор -воду в количестве 38,6 м/ч. Составорганического слоя флорентийскогососуда сюйдующий, вес. %: Я Вода 2,8Диизопропиловыйэфир. 17,8Циклогексан 71,2Ацетон 1,27 55 Метилэтилкетон 0,03Изопропиловыйспирт 6,9Плотность данного слоя 0,753 г/см .Водный слой имеет плотность ц) 0,945 г/смЗ, состав его следукв 1 Ий,вес. В:7,55 0,04 АцетонМетилэтилкетонИзопропиловыйспирт 29,53 Вода 1,4Диизопропиловыйэфир 90,9Ацетон 5,0Метилэтилкетон 0,0019Изопропиловыйспирт 2,7ЭПлотность данного слоя О, 735 г/см .Водный слой имеет плотность0,972 г/смЭ, состав его следующий,вес. Ъ: 82,3 ВодаДиизопропиуовыйэфирАцетонМетилэтилкетонИзопропиловыйспирт 1,564,040,007 12,1 За сутки из куба колонны отбирают 25,9 т АИПС, что соответствует 108 т/ч. В табл, 1 и 2 представленыданные, характеризующие экономичность 55 процесса абсолютирования изопропилового спирта и его качественные показатели при работе на комбинированном. разделяющем агенте при различном весовом соотношении циклогексан:диизо пропиловый эфир, которые сравнивают с данными при работе на диизопропиловом эфиреВ табл, б представлен материальный баланс. 65 В течение суток из кубаколонны 5отбирают 31,2 т АИПС, что соответствует 1,3 т/чВ табл. 1 и 2 представлены данные, характеризующие экономичностьпроцесса абсолютирования и качество целевого продукта,В табл. 5 представлен материальный баланс.П р и м е р 4, Едля сравнения),Опыт проводят аналогично примерам 1,2 и 3, однако, с целью сравненияэкономеечности процессов и качествацелевого продукта, используют некомбинированный разделяющий агент,а индивидуальный - диизопропиловыйэфир. 20Исходную смесь того же состава,что и в примерах 1-3, подают в колонну абсолютирования в количестве1,3 т/ч, что составляет максимальновозможнум нагрузку по питанию. 25В испаритель куба колонны подаютгреющий пар в количестве 1001,5 кг/ч,а,в дефлегматор - воду в количестве68,6 мЭ/ч.Состав органического слоя флорен- ЗОтийского сосуда следующий, вес. Ъ: П р и м е р 5 едля сравнения). Опыт проводят аналогично примерам 1, 2 и 3 в течение 24 ч,.только в качестве разделяющего агента используют индивидуальное вещество - циклогексан.Исходную смесь того же состава, что и в прймерах 1-3, подают в колон-. ну абсолютирования в, количестве 1,14 т/ч.Это максимальная нагрузка, обеспечивающая стабильную работу установки с вработкой АИПС, отвечающего по своему качеству требовани-. ям ГОСТ 9805-76, на пределе. Каждые два часа колонну подпитывают циклогексаном в количестве 50-55 л.При больших нагрузках установка вырабатывает бракованую продукцию.Состав органического слоя флорентийского сосуда следующий, вес. %:Вода 0,5Циклогексан 79,1Ацетон 0,3Метилэтилкетон 0,002Изопропиловыйспирт 20,1Плотность данного слоя О, 780 г/см,Водный слой имеет плотность0,880 г/см , состав его следующий,3вес. Ъ: Вода 33,7Циклогексан 7,3Ацетон 8,9Метилэтилкетон 0,005Изопропиловыйспирт 50,1За сутки получено 13,7 т АИПС, что соответствует 0,6 т/ч, таким образом, производительность установки при применении в качестве разделякжЕего агента циклогексана в 1,8 раза меньше, чем с применением эфира и в 3,2 раза меньше, чем с применением комбинированного разделяющего агента.Другие технико-экономические показатели также значительно ниже, в частности расход разделяющего агента составляет 50 кг на тонну АИПС, что в 10 раз больше,чем при использовании эФира.Опыты, материальные балансы которых представлены в табл. 3-6, проводят в условиях повышенного содержания высококипящих примесей (0,2), поэтому в материальном балансе отражается поток под названием "Кубовая жидкость", который позволяет выводить периодически эти высококипящие примеси вместе с изопропиловым спиртом непосредственно из жидкой части куба, а целевой продукт - абсолютированный изопропиловый спирт - отбирают с 1-5 тарелок, считая от куба колонны, из паровой фазы.В случае содержания высококипящих примесей менее 0,01 в исходном ,техническом спирте - этот поток в ма956491 териапьном балансе отсутствует Ку бовую жидкость с целью утилизации изопропилового спирта объединяют с водной Фракцией и направляют на переработку известным способом.В материальном балансе все примеси, кипящие при температуре ниже температуры .кипения изопропилового Спирта (ацетон, метилэтилкетон) циклогексан ДиизопролиловыйэФир Прирост показателя, В О,2 агрузка на колоннучистки, техничесого ИПС, т/ч 21-80 2,34 1,6,06 ерасход электро ии на 1 т АИП 25 Расход разделяюагента, кг на 1АИПС о 4,а 2 Т а Показатели ГОСТА9805-76 Очйстка смесью циклогексанаи диизопропилового эфира всоотношении ОчисткаДиизопропиловымэфиром Покаэател 4 0,2 ля изопроирта,МассоваяпиловогоЕдиничная мощностьколонны очистки,т/ч АИПС Удельный расход греющего пара, на 1 тАИПС, кг/ч Удельный расход хладоагента на 1 т АИПСм /ч Температурные, пределы перегонки, С, приодавлении 101325 Па, при которых отгоняется не менее 95 объемных долей, Ъ обозначены как легкокипящие примеси, а примеси с температурой кипения выше температуры кипения изопропилового спирта - высококипящие примеси.В материальных балансах кпрнмерам 1-:3 под разделяющим агентом следует понимать смесь циклогексана и диизопропилового эфира в нужном соотношении.Т,а блица 1 Дийзопропиловый эфир 2,8 81,9-82,8 81,9-812 956491 Продолжение табл. 2 Очистка смесью циклогексанаи диизопропилового эфира всоотношении Очисткадиизопропиловымэфиром Показатели ГОСТА 9805-76 . Показатели о,г 0 Т Не более 0,00070,00050,0005 0,0005 0,0005 Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует Бромное число гброма на 100 г иэопропилового спирта Не более 0,006.00122 001 М Оф 0121 Оф 02 0018 Не более0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,002 Массовая доля нелетучего остатка,вес. 3 Таблица 3 Состав Наименование потоковИзопропиловый спиртВодаЛегкокипящие примесиВысококипящие примеси 8,69 2. Разделяющий агент 2348169 Итого: 100 Выход из колонны: 1, Абсолютированный изопропиловый спирт: 1930)ОО 100,0000 1929,52 Массовая доля кислотв пересчете на уксусную кислоту,вес. % Массовая доля сернистых соединений впересчете на серу Массовая доля карбонильных соединенийв пересчете на группу СО, вес. Ъ Изопропиловый спиртВодаЛегкокипящие примесиВысококипящие примеси 87,65 11,33 0,80 Ою 22 99 ф 9750 0,0100 01012900021 0,19 0,25 0,0413 956491 14 Продолжение табл, 3 Наименование потоков пример 1Состав вес.Ъ2 Водная фракция: 401,52 Иэопропиловый спиртФВода Разделяющий агентЛегкокипящие примеси 3, Кубовая жидкость: 100,00 Изопропиловый спиртВысококипящие примеси 93,13 6,87 4, Потери разделяющего агента 4,27 Итого: 100 2410,20 1 В водной фракции содержание воды на 61,32 кг превышает ее содержание в ,исходном техническом спирте. Это объясняется тем, что при данной максимальной нагрузке на колонну абсолютирования (2,34 т/ч) во флорентийский сосуд для ускорения и улучшения расслаивания водного и органического слоев подают воду в количестве 61,51 кг. Таблица 4 Состав 1 Наименование потоковвес. Ъ Вход в колонну: 1 ОО,ОО 1. Технический иэопропиловый спирт: 2. Разделяющий агент 5 О 94 Итого: 104 1605 О 99 Выход из колонны: 1. Абсолютированный иэопропиловый спирт: 1320 ООО 100,0000 274 О 63 1 ОО ОО 2. Водная фракция: 64,81179 О 06 23 О 60 65 О 20 Изопропиловый спиртВода Изопропиловый спиртВодаЛегкокипящие примесиВысококипящие примеси Изопропиловый спиртВодаЛегкокипящие примесиВысококипящие примеси 100,0 13,0 81,3 1,1 4,6, .Продолжение табл. 4 Состав Т вес. % кг Разделяющий агент 3,6827,08 1,34 9,86 1695,99 6,26 2," 84 2,26 1605,99 Итого: 100 Т а б л и ц а 5 кг Вход,в колонну: 100,00 1569 96 5,85 1575, 81 Итого: 100 Выход из колонны:1300,00 100 0000 260 00 100 ОО 2., Водная Фракция: 100 00.22,03 77,97 1,74 1575,81 Итого: 100 Наименование потоков пример 2Легкокипящие примеси 3. Кубовая жидкость: Изопропиловый спирт Высококипящие примеси4. Потери разделяющего агента Наименование потоков1. Технический изопропиловый спирт: Изопропиловый спиртВодаЛегкокипящие примесиВысококипящие примеси 2. Разделяющий агент 1. Абсолютированный изопропиловый спирт: Изопропиловый спирт ВодаДегкокипящие примеси Высококипящие примеси Изонропиловый спиртВодаРазделяющий агентЛегкокипящие примеси 3. Кубовая жидкость: Высококипящие примеси Иэопропиловый спирт4 Потери разделяющего агента 100,00 68,79 31,21 Составвес. % 88,37 10,16 1,27 0,20 99,9740 0,0110 0,0121 0,0029 29,53 61 9 30 1,58 7,59 1387,41 159,52 19,89 3,14;вес, В кг Вход в колонну: 1. Технический изопропиловый спирт: 100 00 1100 00 1146,98 143,007,16 2,86 88,23 11,00 Изопропиловый спиртВодаЛегкокипящие примесиВысококипящие примеси 0,55 0,22 2. Диизопропиловый эфир 6,48 1306,48 Итого: 100 Выход из колонны: 1. Абсолютированный изопропиловый спирт 1080,00 100 ООО Изопропиловый спиртВодаЛегкокипящие примесиВысококипящие .примеси 100 781,08 0,19 Оф 24 990860 0,100 0,018 00022 2Водная фракция: 100,00 172,45 82030 12;101,56 4;04 141092 20,872,69 6,97 ВодаИзопропиловый,спиртДиизопропиловый эфирЛегкокипящие примеси 50,24 2,62 47,62 3. Кубовая жидкость: 100,00 5,2194,79 Высококипящие примесиИзопропиловый спирт 3 , 7.9 4. Потери разделяющего агента Ф 1306,48Итого: 100 Формула изобретения, 2. Способ по п. 1, о т л .и ч а -1. Способ абсолютирования изопро- , ю щ и й с я тем, что процесс пропилового спирта, получаемого прямой водят с разделяющим агентом, имев,или сернокислотной гидратацией про- щим весовое соотношение днизопропипилена, путем азеотропной ректифи- лового эфира и циклогексана, равкации в присутствии разделякщего 55,ное 1:0,5-2,агента - диизопропилового эфира,о т л и ч а и щ и й с я тем, что, Источники информации,с целью повышения производительности, принятые во внимание при экспертизеснижения энергетических затрат иулучшения качества целевого продук 1. Патент Японии Р 46-17287,та, используют смесь диизопропилового кл. 16 В 413, 1977.эфира и циклогексана при весовом2. Авторское свидетельство СССРсоотношении, равном 1:б,2-4. В 180177, кл. С 07 С 31/10, 1962.ВНИИПИ Заказ 6512/2 Тираж 445 ПодписноеФилиал ППП "Патент", г.ужгород, ул;Проектная,4