1.4Экстрактивная ректификация смеси бензол-циклогексан

Особое место в углеводородной промышленности занимает процесс разделения смеси бензол-циклогексан.

Циклогексан в основном получают путем каталитического гидрирования бензола и удаления непрореагировавшего бензола. Тем не менее, эти два компонента имеют близкие температуры кипения и образуют азеотропную смесь, которая требует специальных процессов сепарации, таких как экстрактивной дистилляции. Однако существующие обычные растворители, используемые для экстрактивной дистилляции имеет разнообразные ограничения. Разделение смесей бензола и циклогексана была показана [10] как одна из самых сложных задач в нефтехимической промышленности из-за их близких точек кипения (только 0,6 °C).

Добавка растворителя используется, чтобы уменьшить летучесть одного компонента. Другой компонент отгоняется сверху в чистом виде, а внизу смесь подают в отпарную колонну для разделения. Общими растворителями можно назвать сульфолан, N-формилморфолин (NFM), диметилсульфоксид, этиловый эфир ацетоуксусной кислоты, азотосодержащие компоненты соединения, фурфурол, циклодекстрин.

Для увеличения производительности и селективности растворителя добавляют сорастворитель, такой как вода с диметилсульфоксидом, этиленгликолем, N,N-диметилформамидом, метилпирролидоном и как сорастворитель с NFM. Тем не менее, эти растворители не особо применимы, так как требуют дополнительной перегонки для восстановления растворителя [25].

Согласно рекомендациям, приводимым в литературе [19], для эффективного разделения бинарные растворы базовых компонентов с разделяющим агентом должны быть «антиподами», т.е. характеризоваться противоположными знаками всех избыточных термодинамических функций. Этому критерию соответствует 1,1,2,2-тетрахлорэтан. Противоположный характер отклонений от идеального поведения наблюдается, например, в смесях циклогексана и бензола с н-додеканом и этилбензолом.

Формирование множества потенциальных разделяющих агентов для экстрактивной ректификации можно осуществлять по результатам анализа концентрационных зависимостей избыточной энергии Гиббса растворов исходный компонент – РА. В результате такого анализа для разделения смеси циклогексан – бензол предложены [26] 1,1,2,2-тетрахлорэтан, анилин и нитробензол, а также диметилсульфоксид и диметилформамид, которые традиционно используются в промышленности в качестве разделяющих агентов. При использовании анилина, нитробензола или 1,1,2,2-тетрахлорэтана возможно получение в колонне экстрактивной ректификации циклогексана первого сорта (ГОСТ 14198-78). Диметилсульфоксид начинает разлагаться при атмосферном давлении ниже температуры кипения, поэтому ректификацию целесообразно проводить при пониженном давлении. Это благоприятно сказывается и на относительной летучести базовых компонентов. При этом возможно получение технического циклогексана первого сорта (ГОСТ 14198-78). Диметилформамид также разлагается при атмосферном давлении ниже температуры кипения, поэтому ректификацию следует проводить при пониженном давлении. ДМФА является эффективным разделяющим агентом. Однако в бинарной системе циклогексан – ДМФА в широком диапазоне давления существует тангенциальный азеотроп, поэтому получение циклогексана товарного качества невозможно.