1.2Растворители для экстрактивной ректификации

1.2.1Критерии отбора растворителей

Обязательным этапом предпроектной разработки процесса экстрактивной ректификации является формирование множества потенциальных разделяющих агентов, из которого затем осуществляется выбор наиболее подходящего селективного вещества [10].

В процессе выбора растворителя должны быть рассмотрены как явные, так и неявные свойства растворителя. Явные свойства растворителя, к которым относятся летучесть, селективность, растворимость, могут быть рассчитаны термодинамически. А неявные свойства не могут быть вычислены и являются характеристиками самого растворителя, например, токсичность, стоимость, стабильность и т.д.

Растворитель с самой высокой селективностью всегда считается наиболее перспективным для разделения смеси. Это важнейший критерий выбора растворителя, что указывает на использование растворителя с самой высокой селективностью, и соответственно дает наименьшее общую сумму расходов. Тем не менее, общая потребность процесса в энергии и стоимость растворителя может влиять на его выбор. В процессах экстрактивной ректификации, двустороннее взаимодействие между растворителем и каждым из компонентов должны быть приняты во внимание; это даст представление о легкости регенерации растворителя.

Коэффициенты активности и, следовательно, селективность зависит от концентрации в жидкой фазе и от температуры. Как правило, коэффициент активности (и, таким образом, селективность) каждого основного компонента определяется при бесконечном разбавлении в каждом из потенциальных растворителей. В большинстве случаев, селективность увеличивается, часто почти линейно с концентрацией растворителя. Таким образом, растворитель с наибольшей селективностью при бесконечном разбавлении, как правило, имеет самую большую селективность.

В дополнение к селективности растворителя, есть и другие желательные характеристики для пригодности:

• растворитель не должен образовывать азеотропов с компонентами в смеси, подлежащей разделению (это может быть гарантировано выбором растворителя с температурой кипения на 30-40 °C выше, чем у тяжелого компонента смеси, которая должна быть разделена; это различие также облегчает восстановление растворителя);

• растворитель должен быть термически и химически стабильным при температурах процесса для предотвращения его деградации или химического превращения;

• растворитель должен быть нетоксичным и экологически чистым;

• желательно, чтобы растворитель имел достаточную растворимость в подающей смеси при температуре и концентрации в экстрактивной дистилляции (однако это не является обязательным требованием, чтобы разработать успешную систему разделения);

• растворитель должен легко отделяться от компонентов, связанных с ним.

В большинстве случаев, такие критерии как термостойкость, коррозионностойкость, реактивность и растворимость могут быть выявлены с помощью оптимизации процесса и условий эксплуатации. Таким образом, наиболее важные критерии при выборе растворителя, являются селективность и растворимость.

Как правило, предпочтительнее растворители, которые усиливают разницу в давлении паров компонентов, которые должны быть разделены. Таким образом, требуются растворители с селективностью более 1,0 с целью получить наиболее летучие соединения в верхней части колонны.

Как указано в [7] сильные отклонения от идеальности часто связаны с водородной связью между молекулами и наиболее предпочитаемыми растворителями, являются соединения, способные образовывать прочные водородные связи. Таким образом, в случаях, когда рекомендованы либо полярный, либо неполярный растворитель, полярные соединения являются более предпочтительными.

Одной из важных характеристик экстрактивной ректификации является то, что растворитель увеличивает нагрузку жидкости внутри колонны. При этом количество растворителя должно быть таково, чтобы обеспечить его высокую концентрацию на всех тарелках колонны. Поток паров в колонне является относительно низким по сравнению с потоком жидкости.

В настоящее время принято разделять четыре класса растворителей, которые, используются для экстрактивной ректификации:

• жидкие растворители;

• твердые соли;

• сочетания жидкого растворителя и твердой соли;

• гиперразветвленные полимеры.