Сравнение альтернативных методов разделения смеси метилацетат – метанол – уксусная кислота – уксусный ангидрид

Objectives. The paper is a comparative analysis of methyl acetate + methanol + acetic acid + acetic anhydride industrial mixture separation flowsheets based on the use of special distillation methods (extractive distillation and pressure-swing distillation). The results obtained illustrate the variability of the structure of the technological separation flowsheet.Methods. Mathematical modeling using the software package Aspen Plus V. 10.0 was chosen as the research method. The simulation was based on the local composition equation NRTL and the Hayden–O’Connell equation of state. The relative uncertainties of phase equilibrium description do not exceed 3%.Results. The vapor–liquid diagram of the quaternary mixture of methyl acetate + methanol + acetic acid + acetic anhydride was studied using thermodynamic topological analysis. It was shown that the system contains one binary azeotrope and is characterized by one distillation region. Although the structure is not complex, there is a possibility of using several methods for mixture separation: pressure-swing distillation, and extractive distillation with different entrainers. Twelve flowsheets with different structure were proposed, and 29 variants of separation were compared.Conclusions. It was shown that the most perspective structure for the separation of a methyl acetate + methanol + acetic acid + acetic anhydride mixture is a combination of distributed sequence separation and extractive distillation.Цели. Целью работы является сравнительный анализ технологических схем разделения промышленной смеси метилацетат – метанол – уксусная кислота – уксусный ангидрид, основанных на использовании специальных методов разделения: экстрактивная ректификация и варьирование давления. Полученные результаты иллюстрируют вариативность структуры технологической схемы разделения.Методы. В качестве метода исследования выбрано математическое моделирование в программном комплексе Aspen Plus V. 10.0. Моделирование основывалось на уравнении локального состава NRTL и уравнении состояния Хейдена–О'Коннелла. Относительные ошибки описания фазового равновесия не превышают 3%.Результаты. С помощью термодинамико-топологического анализа изучена диаграмма парожидкостного равновесия четырехкомпонентной системы метилацетат – метанол – уксусная кислота – уксусный ангидрид. Показано, что система содержит один бинарный азеотроп и характеризуется одной областью дистилляции. Несмотря на то, что структура не является сложной, существует возможность использования нескольких методов разделения смеси: ректификация с варьированием давления, экстрактивная ректификация с различными разделяющими агентами. Предложено 12 технологических схем различной структуры и проведен сравнительный анализ 29 вариантов разделения.Заключение. Показано, что наиболее эффективным для разделения смеси метилацетат – метанол – уксусная кислота – уксусный ангидрид является сочетание промежуточного режима разделения смеси и экстрактивной ректификации

ПОЛИВАРИАНТНОСТЬ РАСЧЕТА МАТЕРИАЛЬНЫХ БАЛАНСОВ СХЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ ТРЕХКО МПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ

An approach to the determination of free variables required for calculating the material balance of the flowsheet of ternary mixtures separation is presented. Phase diagrams of the considered ternary systems are characterized by the presence of a two-phase splitting area and by the presence of different amounts of azeotropes (classes 3.1.0, 3.1.1, 3.2.1 and 3.3.1). For all the systems flowsheets containing three rectification columns and a florentine vessel for separation were suggested. The multivariance of the solution of the balance problem was shown. The approach was illustrated by the example of real ternary systems characterized by different phase diagrams (methanol - chloroform - water, butyl alcohol - water - toluene, nitromethane - hexane - water). The parameters of the rectification columns were presented.В работе описан подход к определению свободных переменных, необходимых для расчета материального баланса комплекса разделения трехкомпонентных расслаивающихся смесей. Показана поливариантность решения балансовой задачи. Подход проиллюстрирован на примере реальных трехкомпонентных систем, характеризующихся различными фазовыми портретами

Comparison of alternative methods for methyl acetate + methanol + acetic acid + acetic anhydride mixture separation

Objectives. The paper is a comparative analysis of methyl acetate + methanol + acetic acid + acetic anhydride industrial mixture separation flowsheets based on the use of special distillation methods (extractive distillation and pressure-swing distillation). The results obtained illustrate the variability of the structure of the technological separation flowsheet.Methods. Mathematical modeling using the software package Aspen Plus V. 10.0 was chosen as the research method. The simulation was based on the local composition equation NRTL and the Hayden–O’Connell equation of state. The relative uncertainties of phase equilibrium description do not exceed 3%.Results. The vapor–liquid diagram of the quaternary mixture of methyl acetate + methanol + acetic acid + acetic anhydride was studied using thermodynamic topological analysis. It was shown that the system contains one binary azeotrope and is characterized by one distillation region. Although the structure is not complex, there is a possibility of using several methods for mixture separation: pressure-swing distillation, and extractive distillation with different entrainers. Twelve flowsheets with different structure were proposed, and 29 variants of separation were compared.Conclusions. It was shown that the most perspective structure for the separation of a methyl acetate + methanol + acetic acid + acetic anhydride mixture is a combination of distributed sequence separation and extractive distillation