Поскольку траектория есть изменение концентраций компонентов по высоте колонны, то ее можно рассматривать как путь процесса, который, как и каждая технологическая схема, обладает определенной термодинамической эффективностью. Коренным отличием предложенных авторами , 36, 37подходов к синтезу схем ректификации от традиционных комбинаторных методов является то, что структуры в различных классах эквивалентности можно рассматривать как образы и прообразы. Следовательно, такой графовый метод синтеза может предсказывать энергетическую эффективность схем.

В частности высказано предположение, что если структура оптимальной технологической схемы, представленная в том или другом виде, сохраняет все или основные свои связи при операциях преобразования, то она порождает оптимальные решения в других классах эквивалентности.

Применение тополого-графового подхода к синтезу и анализу технологий ректификации многокомпонентных смесей позволило разработать ряд технологических решений, обеспечивающих существенное снижение энергозатрат. В частности, предложены схемы разделения:

· широкой фракции легких углеводородов со снижением энергозатрат на 13,0 – 24,7% ;

· олигомеров пропилена со снижением энергозатрат на 7,0% ;

· продуктов алкилирования фенола бутиленами, с получением паратретбутилфенола первого и высшего сорта ;

· синтетических жирных кислот, обеспечивающая снижение энергозатрат на 2,1% .

Таким образом, тополого-графовый подход к синтезу технологических схем ректификации многокомпонентных смесей обеспечивает выбор научно обоснованного энергосберегающего технического решения.

1.4. Некоторые свойства, токсическое действие, получение и применение компонентов.[22]

Толуол (метилбензол) C6H5CH3

Физические свойства. Молярная масса 92,14; бесцветная жидкость с ароматическим запахом;ТПЛ=-94,99 ОС,ТКИП=110,62 ОС. Плотность 0,8669 г/см3. Смешивается со спиртами, углеводородами, хорошо растворим в большинстве органических растворителей; растворимость в воде 0,014% по массе (20 ОС); растворимость воды в толуоле 0,4% (20 ОС).

Химические свойства. По химическим свойствам толуол – типичный представитель ароматических углеводородов. Легко образует комплексы с переносом заряда: с переходными металлами (Co, Mo и др.) комплексы «сэндвичевого» типа, с трикарбонилхромом- «зонтичного» типа, а также со многими органическими акцепторами электронов (тринитробензол и др.). В реакции электрофильного замещения (нитрование, галогенирование, сульфирование и др.) вступает легче бензола, образуя моно-, ди- и тризамещенные, главным образом по пара- и орто-положениям. При окислении по метильной группе (в зависимости от условий) основные продукты реакции- бензиловый спирт (окислитель- О2), бензальдегид (Cr2O3) или бензойная кислота (О2,Br2, бензоаты Co и Mn). При галогенировании в боковую цепь под действием УФ облучения превращается в смесь бензилхлорида, a,a-дихлортолуола (бензальхлорид) и (трихлорметил)бензола (бензотрихлорид); процесс сопровождается хлорированием в ядро. Гидрирование толуола на цеолитных и оксидных (Cr2O3, MoO3, CoO) катализаторах при высоких температурах (600-800 ОС, давление 3,5-6МПа) приводит к бензолу(промышленный метод, до 2 млн. т/год в США), гидрирование в присутствии Ni, Pt и др. в жидкой (10-30 МПа, 100-200 ОС) или газовой (0,1 МПа, 110-180 ОС) фазе к метилциклогексану.

Получение. Получают толуол преимущественно из нефти при вторичной её переработке: риформинге низкокипящих продуктов, полученных при прямой перегонке нефти или каталитическом крекинге, пиролизе газойля и рафинатов риформинга, направленном одновременно на получение непредельных и ароматических углеводородов. Очистку нефтяного толуола осуществляют методом экстракции (экстрагенты ди- и триэтиленгликоли, N-метилпирролидон, ДМФА) или экстактивной ректификации.

Каменноугольный толуол, образующийся в процессе коксования, извлекают из коксового газа в виде компонента сырого бензола, подвергают сернокислотной очистке (для удаления непредельных и серосодержащих соединений) и выделяют ректификацией. Чистоту и качество толуола контролируют методами ГЖХ. Значительное количество толуола получают как побочный продукт при синтезе стирола из бензола и этилена.

Применение. Основное количество толуола перерабатывают в бензол, фенол, капролактам, толуилендиизоцианаты; остальное количество используют в качестве растворителя для пластических масс, нитроцеллюлозных, алкидных лаков и эмалей, высокооктанового компонента моторных топлив, исходного вещества для получения многочисленных производных (в т.ч. галоген-, сульфо- и нитропроизводных).

Безопасность, токсичность. Толуол легко воспламеняется, температура вспышки 4 ОС, температура самовоспламенения 536 ОС, концентрационные пределы воспламенения(КПВ) 1,25-6,7% по объему. Поражает человека через органы дыхания и кожу, вызывает нервное возбуждение, рвоту, при больших концентрациях- потерю сознания; ПДК 0,6 мг/м3,ПДК в воде 0,05 мг/л.

Метилэтилкетон (2- бутанон) CH3COC2H5

Физические свойства. Молярная масса 72,12; бесцветная легколетучая жидкость с запахом, напоминающим запах ацетона; ТПЛ=-86,3 ОС, ТКИП=79,6 ОС. Плотность 0,8054 г/см3. Растворимость в воде 26,8% по массе при 20 ОС, воды в метилэтилкетоне-12,5%. Смешивается с органическими растворителями.

Химические свойства. Обладает всеми химическими свойствами, характерными для алифатических кетонов. Образует кристаллические соединения с гидросульфитами щелочных металлов, например с NaHSO3 – C2H5(CH3)C(OH)SO3Na. Только сильные окислители, например щелочной раствор KMnO4 и хромовая кислота, окисляют метилэтилкетон до муравьиной, уксусной и пропионовой кислот и далее до CO2 и H2O. Каталитически восстанавливается до изо-бутанола, амальгамами Mg и Zn, а также Zn с CH3COOH до CH3(C2H5)C(OH)C(OH)(C2H5)CH3. Атомы водорода легко замещаются при галогенировании, нитрозировании и т.д. Метилэтилкетон окисляет вторичные спирты до кетонов. Вступает в альдольную конденсацию с образованием диацетонового спирта, а также в кротоновую конденсацию.

Получение. В промышленности метилэтилкетон получают из бутенов, содержащихся в бутан-бутиленовой фракции газов переработки нефти. Первая стадия - гидратация бутенов 70-80%-ной H2SO4 при 30-40 ОС и давлении ~0,1 МПа в 2-бутанол с промежуточным образованием 2-бутилсульфата CH3CH(OSO3H)C2H5. 2-Бутанол выделяют ректификацией и превращают в метилэтилкетон дегидрированием при 400-500 ОС (кат. –ZnO на пемзе, цинк-медный) или окислительным дегидрированием при 500 ОС в присутствии Ag на пемзе. Недостатки процесса: образование большого количества сточных вод на стадии гидратации, высокие энергозатраты, связанные с необходимостью концентрирования H2SO4. Разработаны и внедрены процессы прямой гидратации бутенов с использованием гетерополикислот и сульфокатионитов в качестве катализаторов, не имеющие указанных недостатков. Перспективно получение метилэтилкетона окислением бутенов на гомогенном катализаторе – водном растворе соли Pd и обратимо действующего окислителя (например, фосфорномолибденванадиевой гетерополикислоты).