способ экстракции несульфатируемых углеводородов

Формула изобретения

СПОСОБ ЭКСТРАКЦИИ НЕСУЛЬФАТИРУЕМЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ из спиртоводного раствора вторичных алкилсульфатов натрия путем контактирования с углеводородным растворителем и последующего разделения на рафинатную и экстрактную фазы, отличающийся тем, что исходный спиртоводный раствор вторичных алкилсульфатов натрия вначале контактируют с фузельной водой и экстрактной фазой конечной ступени, отделяют отстоем экстрактную фазу, а рафинатную фазу смешивают с углеводородным растворителем в гидродинамической форсунке при линейных скоростях потоков во входных соплах 2,3 - 9,4 м/с и акустическом воздействии упругими колебаниями частотой 60 - 250 Гц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к массообменным процессам химической технологии, в частности, к способам экстракции несульфатируемых углеводородов (НСУ) из спиртового раствора вторичных алкилсульфатов натрия (АСН), и может быть использовано в производстве поверхностно-активных веществ, применяемых в качестве основы синтетических моющих средств, пенообразователей и других продуктов бытовой химии.

Известны способы непрерывной многоступенчатой противоточной экстракции с оборотом растворителя, заключающиеся в смешивании двух жидкостей на каждой ступени в центробежных насосах или мешалках и последующем разделении смеси на рафинатную и экстрактную фазы в отстойниках, установленных либо горизонтально, либо каскадно.

В этих способах на первой ступени смешивают исходный раствор с экстрактом последующей ступени, на промежуточных ступенях - рафинат предыдущей ступени с экстрактом последующей ступени, на конечной ступени - свежий и оборотный растворитель с рафинатом предыдущей ступени. Конечные экстракт и рафинат выводят из отстойников первой и конечной ступеней соответственно и направляют в систему отгонки растворителя.

Известные способы экстракции имеют существенные недостатки. Применяемое в них механическое перемешивание не обеспечивает достаточно развитую поверхность соприкосновения фаз и высокую скорость диффузии экстрагируемого компонента. Удовлетворительные результаты в известных способах достигаются путем применения металлоемкого технологического оборудования, что требует больших капитальных затрат. Как правило, такие процессы отличаются невысокой производительностью с единицы объема массообменного аппарата.

Известен способ экстракции НСУ легкой бензиновой фракцией из раствора АСН в водном изопропиловом спирте (ИПС), реализованный в начале 60-х годов по проекту Куйбышевского филиала "Гипронефтезавод" на отечественных установках по производству моющих средств.

На фиг. 1 приведена схема процесса экстракции, осуществляемого по известному способу.

Исходный спиртоводный раствор АСН I пропускают через гравитационный отстойник 1, где частично выделяют НСУ II и выводят их сверху, а нижнюю фазу III подают насосом 2 в смеситель 3 на разбавление фузельной водой (кубовый остаток колонны отгонки изопропилового спирта) IV. Разбавленный спиртоводный раствор АСН V подают в верхнюю часть насадочной экстракционной колонны 4. В нижнюю часть колонны через смеситель 5 вводят экстрагент VI (бензиновую фракцию с пределами выкипания 55 - 105^оС) и экстрактную фазу VII, забираемую насосом 7 сверху насадочной экстракциионной колонны 6. В колонне 4 экстрагент извлекает из спиртоводого раствора АСН основную массу содеpжащихся в нем НСУ, образуя экстрактную фазу VIII, выводимую сверху, в систему регенерации экстрагента, а спиртоводный раствор АСН IX забирают снизу насосом 8 и подают в верхнюю часть экстракционной колонны 6. В нижнюю часть этой колонны подают свежий экстрагент VI. Очищенный от НСУ спиртоводный раствор АСН Х выводят снизу колонны 6.

Недостатком известного способа является заметное снижение эффективности процесса экстракции при повышении нагрузки экстракционной колонны. Это объясняется тем, что сплошная фаза (экстрагент) и дисперсная (спиртоводный раствор АСН) распределяются по диаметру колонны неравномерно, что особенно характерно для случая пленочного течения дисперсной фазы по поверхности насадки, вследствие лучшей ее смачиваемости. При этом поверхность контакта фаз определяется "смоченной поверхностью" насадки, которая значительно уменьшается по мере удаления от распыляющего устройства. Следствием неравномерности распределения жидкости является необходимость периодического перераспределения потоков. Все это усложняет конструкцию и увеличивает удельный рабочий обеъм экстракционного аппарата.

Целью изобретения является повышение производительности процесса экстракции НСУ из спиртоводного раствора АСН за счет ускорения времени разделения фаз.

Поставленная цель достигается тем, что исходный спиртоводный раствор АСН предварительно смешивают с фузельной водой и экстрактной фазой конечной ступени экстракции, полученную смесь разделяют на экстрактную и рафинатную фазы в гравитационном отстойнике, а выделенную рафинатную фазу смешивают с экстрагентом (бензиновая фракция 55 - 105^оС) в гидродинамической форсунке при линейных скоростях потоков во входных соплах 2,3 - 9,4 м/с и частоте упругих колебаний потока в вихревых камерах 60 - 250 Гц. Смесь после акустической обработки разделяют на экстрактную и рафинатную фазы в насадочной экстракционной колонне.

На фиг. 2 приведена схема осуществления процесса экстракции предлагаемому способу.

В смеситель 1 подают непрерывно спиртоводный раствор АСН 1, фузельную воду II и экстрактную фазу III (раствор НСУ в бензиновой фракции) из экстракционной колонны 3. При этом фузельная вода играет поляризующую роль, способствуя коагуляции молекул АСН в слабополярной среде - экстрактной фазе, причем, возврат экстрактной фазы в исходный спиртоводный раствор АСН повышает в смеси концентрацию образующихся на предыдущих стадиях получения АСН побочных продуктов (вторичные спирты, кетоны, сульфоны и прочие производные). Эти побочные продукты являются полярно-активными веществами и, вследствие этого, усиливают эффект поляризации и коагуляции молекул АСН, способствуя более быстрому разделению смеси на экстрактную и рафинатную фазы.

Смесь VI из смесителя 1 направляют в гравитационный отстойник 2. Верхнюю экстрактную фазу V (раствор НСУ в бензиновой фракции) выводят из отстойника 2 в систему регенерации экстрагента, а нижнюю рафинатную фазу VI (спиртоводный раствор АСН с примесью НСУ) из отстойника насосом 4 подают под избыточным давлением в гидродинамическую форсунку 5. Сюда же под избыточным давлением подают экстрагент VII.

В заявленном способе предпочтительно использование форсунки по или аналогичного типа, в вихревых камерах которой за счет кинетической энергии потоков, подаваемых с линейными скоростями 2,3 - 9,4 м/с обеспечивается регенерирование упругих колебаний частотой 60 - 250 Гц.

Акустические воздействия вызывают структурную и мицеллярную поляризацию и повышают полярность системы. Это способствует разрушению эмульсии, высвобождению и переходу в экстрактную фазу и тех молекул НСУ, на которых прочно адсорбируются гидрофобные части молекул АСН.

Подвергнутую гидроакустическому воздействию смесь VIII подают в среднюю часть насадочной экстракционной колонны 3. При контактировании смеси с насадкой из керамических колец Рашига спиртоводный раствор АСН коагулирует в пленку, стекающую по насадке. Образующаяся рафинатная фаза IX направляется затем в систему отгонки ИПС и воды. Сверху колонны 3 выводят экстрактную фазу, которая поступает на смешение с исходным спиртоводным раствором I и фузельной водой II перед гравитационным отстойником 2.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1 (известный способ). В среднюю часть вертикального отстойника вместимостью 38,0 м³ подают непрерывно 6175 кг/ч спиртоводного раствора АСН следующего состава, мас. % : АСН 11,9; ИПС 36,8; вода 45,4; НСУ 5,9.

С верха отстойника выводят частично отстоенные НСУ, а низа - спиртоводный раствор АСН, который подают в смеситель, где к нему добавляют фузельную воду, содержащую 5,2 мас. % ИПС. Объемное соотношение раствор АСН: фузельная вода составляет 1: 0,6.

Разбавленный фузельной водой спиртоводный раствор АСН подают в верх колонны диаметром 2000 мм и высотой 19546 мм, с четырьмя слоями насадки из колец Рашига размером 50*50 мм. Объем насадки в колонне составляет 18,8 м³.

В низ колонны подают непрерывно смесь экстрактной фазы из второй колонны и свежего экстрагента (бензиновая фракция 55 - 105^оС). Объемное соотношение раствор АСН: экстрагент составляет 1: 0,64.

С верха колонны выводят экстрактную фазу, содержащую 5,4 мас. % НСУ, которую направляют в систему регенерации экстрагента. С низа колонны выводят рафинатную фазу, содержащую 0,45 мас. % НСУ.

Рафинатную фазу подают в верх второй колонны диаметром 1800 мм и высотой 17310 мм, с насадкой из колец Рашига размером 50*50 мм. Объем насадки в колонне составляет 11,5 м³.

В низ второй колонны вводят непрерывно свежий экстрагент. Объемное соотношение раствор АСН: экстрагент составляет 1: 0,56. Суммарное объемное соотношение раствор АСН: экстрагент составляет 1: 1,2. С верха колонны выводят экстрактную фазу, которую в смеси со свежим экстрагентом подают в первую экстракционную колонну. С низа второй колонны выводят рафинатную фазу, содержащую 0,16 мас. % НСУ, из которой после выпаривания получают 2296 кг/ч моющего средства "Прогресс", содержащего 31,2 мас. % поверхностно-активного вещества (ПАВ) и 0,75 мас. % (по отношению к ПАВ) НСУ.

В последующих примерах использовали исходные спиртоводный раствор АСН, фузельную воду и экстрагент того же состава и качества, что и в примере 1.

П р и м е р 2 (известный способ). Процесс экстракции осуществляют по способу, описанному в примере 1, но увеличивают нагрузку по спиртоводному раствору АСН до 7790 кг/ч.

Определяют выход моющего средства, содеpжание в нем ПАВ и НСУ.

П р и м е р 3. Предлагаемый способ экстракции НСУ из спиртоводного раствора АСН реализуют следующим образом.

В смеситель подают непрерывно 7790 кг/ч спиртоводного раствора АСН, фузельную воду и экстрактную фазу из экстракционной колонны, содержащую 1,8 мас. % НСУ. Объемное соотношение раствор АСН: фузельная вода составляет 1: 0,48. Смесь подают в среднюю часть вертикального отстойника вместимостью 38,0 м³. С верха отстойника выводят растворенные в экстрагенте НСУ, содержание которых составляет 12,2 мас. % . С низа отстойника выводят спиртоводный раствор АСН, содержащий 0,64 мас. % НСУ, который под избыточным давлением подают в гидродинамическую форсунку. В эту же форсунку под избыточным давлением подают экстрагент, выдерживая объемное соотношение раствор АСН: экстрагент 1: 0,56 и скорость потоков во входных соплах 3,52 м/с.

В форсунке потоки спиртоводного раствора АСН и экстрагента генерируют упругие колебания частотой 93 Гц. Смесь из форсунки направляют в среднюю часть экстракционной колонны диаметром 2000 мм и высотой 19546 мм, с четырьмя слоями насадки из колец Рашига размером 50*50 мм. Объем насадки в колонне составляет 18,8 м³. Смесь вводят в пространство между вторым и третьим слоями насадки.

Экстрактную фазу с верха колонны направляют на смешение с разбавленным фузельной водой спиртоводным раствором АСН. С низа колонны выводят рафинатную фазу, содержащую 0,065 мас. % НСУ, из которой после выпаривания получают 2926 кг/ч моющего средства "Прогресс", содержащего 33,2 мас. % ПАВ и 0,74 мас. % (по отношению к ПАВ) НСУ.

П р и м е р ы 4 - 9. Процесс экстракции НСУ из спиртоводного раствора АСН осуществляют по способу, описанному в примере 3, но при этом изменяют условия гидроакустического воздействия на смесь потоков в форсунке.

Линейную скорость потоков во входных соплах форсунки изменяют последовательно, м/с: 2,3; 2,1; 5,3; 7,1; 9,4; 9,6.

Соответственно изменяют частоту упругих колебаний потоков в следующем порядке, Гц: 60, 56, 140, 188, 250, 258.

В каждом примере определяют выход моющего средства и его качество.

В таблице приведены условия и результаты конкретного осуществления известного и предлагаемого способов.

Из приведенной таблицы видно, что достижение положительного эффекта в предлагаемом техническом решении в сравнении с известным способом достигается при линейных скоростях потоков во входных соплах форсунки от 2,3 до 9,4 м/с и акустическом воздействии на смешиваемые потоки упругими колебаниями частотой от 60 до 250 Гц.

Отклонения в ту или иную сторону от предложенных параметров гидроакустического воздействия приводит к снижению эффективности процесса экстракции и некоторому ухудшению качества получаемого продукта.

При использовании предлагаемого способа обеспечивается технико-экономический эффект за счет увеличения объема производства моющего средства, уменьшения соотношения объема экстрагента к раствору АСН, снижения материалоемкости процесса экстракции. Кроме того, стабилизируется качество получаемого продукта. Экономия на каждой тонне вырабатываемого продукта составляет порядка 8 - 9 руб. , что для установки средней мощности дает около 150 тыс. руб. в год дополнительной прибыли. (56) Зюлковский З. Жидкостная экстракция в химической промышленности. Перевод с польского инж. А. В. Плисса. Под редакцией проф. П. Г. Романкова, Л. , ГХИ, 1963, с. 125-129.

Броунштейн Б. И. , Железняк А. С. Физико-химические основы жидкостной экстракции. М - Л. : Химия, 1966, с. 213.