Трифазна дистиляція етилацетату/води/етанолу: можливість розділення та концептуальне проектування

1
Department of Chemical Engineering, Quchan Branch, Islamic Azad University
2
Department of Chemical Engineering, Quchan Branch, Islamic Azad University

Показано, що при безперервному виробництві етилацетату виникають проблеми розділення через значну кількість азеотропів. Застосовано вдосконалений трифазний метод дистиляції за допомогою різних сценаріїв очищення для потрійного розділення етилацетатної системи (етилацетат/вода/етанол). Встановлено, що вказана неідеальна суміш містить чотири азеотропи та три області дистиляції. Для вибору найкращої області дистиляції досліджена можливість розділення та розроблений концептуальний проект установки за допомогою методу розширеної граничної величини для різних варіантів подачі сировини та вилучення продукту. Визначено, що область, в якій етанол є стабільним компонентом, є найбільш придатною для процесу дистиляції. Концептуальна конструкція трифазної колони оптимізована внаслідок зміни флегмового числа та робочого тиску. На основі результатів концептуального проектування проведено точне моделювання процесу, і визначено, що чистота відділення етанолу становить 99,25 % мол.

[1] Ottenbacher, M.; Hasse, H. Continuous Three-Phase Distillation: A Process for Separating Thermally Unstable Substances. Chem. Eng. Res. Des. 2007, 85, 144-148. https://doi.org/10.1205/cherd06084
[2] Eckert, E.; Vanek, T. Some Aspects of Rate-Based Modelling and Simulation of Three-Phase Distillation Columns. Comput. Chem. Eng. 2001, 25, 603-612 https://doi.org/10.1016/S0098-1354(01)00640-8
[3] Gutierrez-Oppe, E.E.; Salvagnini, W.M.; Santos Taqueda, M.E. Comparison Between the Design of Experiments and Simulation in the Three-Phase Distillation in a Sieve Tray Column for Glycerine Dehydration. Chem. Eng. Res. Des. 2013, 91, 1186-1202. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2013.01.011
[4] Lashkari, S.; Moshfegian, M. Simulation of Three-Phase Distillation Column Using Bubble Point. Eng. J. Univ. Qatar 1995, 8, 43-64. 
[5] Higler, A.; Chande, R.; Taylor, R.; Baur, R.; Krishna, R. Nonequilibrium Modeling of Three-Phase Distillation. Comput. Chem. Eng. 2004, 28, 2021-2036. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2004.04.008
[6] Alamaria, A.; Nawawi, Gh. Dehydration Pervaporation of Ethyl Acetate-Water Mixture via Sago/PVA Composite Membranes Using Surface Methodology. Chem. Chem. Technol. 2015, 9, 479-484. https://doi.org/10.23939/chcht09.04.479
[7] Hu, S.; Zhang, B.-J.; Hou, X.-Q.; Li, D.-L.; Chen, Q.-L. Design and Simulation of an Entrainer-Enhanced Ethyl Acetate Reactive Distillation Process. Chem. Eng. Proc. 2011, 50, 1252-1265. https://doi.org/10.1016/j.cep.2011.07.012
[8] Tavan, Y.; Behbahani, R.M.; Hosseini, S.H. A Novel Intensified Reactive Distillation Process to Produce Pure Ethyl Acetate in One Column—Part I: Parametric Study. Chem. Eng. Proc. 2013, 73, 81-86. https://doi.org/10.1016/j.cep.2013.05.015
[9] Santaella, M.A.; Orjuela, A.; Narváez, P.C. Comparison of Different Reactive Distillation Schemes for Ethyl Acetate Production Using Sustainability Indicators. Chem. Eng. Proc. 2015, 96, 1-13. https://doi.org/10.1016/j.cep.2015.07.027
[10] Smejkal, Q.; Kolena, J.; Hanika, J. Ethyl Acetate Synthesis by Coupling of Fixed-Bed Reactor and Reactive Distillation Column—Process Integration Aspects. Chem. Eng. J. 2009, 154, 236-240. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.04.022
[11] Ong, Y.T.; Tan, S.H. Pervaporation Separation of a Ternary Azeotrope Containing Ethyl Acetate, Ethanol and Water Using a Buckypaper Supported Ionic Liquid Membrane. Chem. Eng. Res. Des. 2016, 109, 116-126. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2015.10.051
[12] Zhang, X.H.; Liu, Q.L.; Xiong, Y.; Zhu, A.M.; Chen, Y.; Zhang, Q.G. Pervaporation Dehydration of Ethyl Acetate/Ethanol/Water Azeotrope Using Chitosan/Poly (Vinyl Pyrrolidone) Blend Membranes. J. Memb. Sci. 2009, 327, 274-280. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2008.11.034
[13] Starchevskyy, V.; Ribun, V.; Kurta, S.; Khatsevich, O. Properties and Composition of Absolutized Ethanol and its Effect on the Gasoline Octane Number. Chem. Chem. Technol. 2018, 12, 346-354. https://doi.org/10.23939/chcht12.03.346
[14] Lai, I.-K.; Liu, Y.-C.; Yu, C.-C.; Lee, M.-J.; Huang, H.-P. Production of High-Purity Ethyl Acetate Using Reactive Distillation: Experimental and Start-Up Procedure. Chem. Eng. Proc. 2008, 47, 1831-1843. https://doi.org/10.1016/j.cep.2007.10.008
[15] Tian, H.; Zhao, S.; Zheng, H.; Huang, Zh. Optimization of Coproduction of Ethyl Acetate and n-Butyl Acetate by Reactive Distillation. Chinese J. Chem. Eng. 2015, 23, 667-674. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2014.12.007
[16] Bausa, J.; von Watzdorf, R.; Marquardt, W. Shortcut Methods for Nonideal Multicomponent Distillation: I. Simple Columns. AIChE J. 1998, 44, 2181-2198. https://doi.org/10.1002/aic.690441008
[17] Lucia, A.; Amale, A.; Taylor, R. Energy Efficient Hybrid Separation Processes. Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45, 8319-8328. https://doi.org/10.1021/ie060035t
[18] Beebe Jr., A.H.; Coulter, K.E.; Lindsay, R.A.; Baker, E.M. Equilibria in Ethanol-Water System at Pressures Less Than Atmospheric. Ind. Eng. Chem. 1942, 34, 1501-1504. https://doi.org/10.1021/ie50396a019
[19] Kgima, K.; Tochigi, K.; Seki, H.; Watase, K. Determination of Vapor-Liquid Equilibriums from Boiling Point Curves. Kagaku Kogaku 1968, 32, 149-153. https://doi.org/10.1252/kakoronbunshu1953.32.149
[20] Ellis, S.R.M.; Garbett, R.D. A New Equilibrium Still for the Study of Partially Miscible Systems. Ind. Eng. Chem. 1960, 52, 385-388. https://doi.org/10.1021/ie50605a023
[21] Griswold, J. Chu, P.L.; Winsauer, W.O. Phase Equilibria in Ethyl Alcohol–Ethyl Acetate–Water System. Ind. Eng. Chem. 1949, 41, 2352-2358. https://doi.org/10.1021/ie50478a063
[22] Kiss, A.A.; Suszwalak, D.J.-P.C. Enhanced Bioethanol Dehydration by Extractive and Azeotropic Distillation in Dividing-Wall Columns. Sep. Purif. Technol. 2012, 86, 70-78. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.10.022
[23] Dutchak, V.; Astakhova, O.; Kvitkovsky, L. Reciprocal Solubility of Gasoline Fractions and Ethanol. Chem. Chem. Technol. 2011, 5, 215-220. https://doi.org/10.23939/chcht05.02.215