Кумол процесі жаһандық фенол-ацетон бірлескен өндірісінде басым, бірақ оның күрделі реакциялары мен айдау сатылары нақты уақыт режимінде дәл бақылауды қажет етеді. Мұнда тығыздықты өлшеу туралы сөз қозғалмайды: ол шикі бөлу, ацетонды тазарту және фенолды тазарту сатылары бойынша сұйықтық ағынының құрамын бірден бақылайды, бұл қоспаның ығысуын немесе процестің ауытқуларын тез анықтауға мүмкіндік береді. Бұл деректер айдау параметрлерін өзгертуге тікелей басшылық етеді, өнімнің тазалығының өнеркәсіптік стандарттарға сәйкес келуін қамтамасыз етеді және мұнаралы кокстау немесе тұрақсыз гидропероксид ыдырауы сияқты қауіпсіздік тәуекелдерін азайтады - кідірістер мен дрейф тәуекелдерімен оффлайн сынама алу шеше алмайтын олқылықты толтырады.
Фенол мен ацетон өндірудің кумен процесіне шолу
Кумол өндірісі процесі, әдетте Хок процесі деп аталады, бензол мен пропиленнен фенол мен ацетонды синтездеудің негізгі өнеркәсіптік жолы болып табылады. Ол үш негізгі кезеңнен тұрады: бензолды кумол түзу үшін алкилдеу, кумолды кумол гидропероксидіне тотығу және фенол мен ацетон алу үшін осы гидропероксидтің қышқыл катализдік ыдырауы.
Бастапқыда бензол пропиленмен қышқылдық жағдайда әрекеттесіп, көбінесе заманауи цеолит катализаторларын қолданады және кумол түзеді. Бұл кезеңде селективтілік өте маңызды; температура және бензолдың пропиленге қатынасы сияқты процесс параметрлері қажетсіз полиалкилденуді басу үшін қатаң бақыланады. Заманауи катализаторлардың жоғары селективтілігі қалдықтарды азайтады және қоршаған ортаға әсерді азайтады, бұл бүгінгі реттеуші климатта маңызды мәселе.
Кумен өсімдігі
*
Куменнің тотығуы ауамен жүріп, радикалды тізбекті реакция арқылы кумен гидропероксидін түзеді. Бұл аралық өнім процестің негізгі бөлігі болып табылады, бірақ айтарлықтай пайдалану қауіптерін тудырады. Кумен гидропероксиді оңтайлы емес температура бақылауы кезінде экзотермиялық және жарылғыш болуы мүмкін ыдырауға бейім, сондықтан сақтау және реакция аймақтарында сенімді инженерлік қорғаныс шараларын қажет етеді.
Содан кейін гидропероксид қышқыл катализденетін бөлінуге ұшырайды - көбінесе күкірт қышқылының әсерінен - нәтижесінде фенол мен ацетон бір мезгілде 1:1 молярлық қатынаста түзіледі. Бұл қатынас процестің экономикалық симбиозын анықтайды, себебі бір өнімге деген сұраныстың немесе нарықтық бағаның ауытқуы сөзсіз екіншісінің өміршеңдігіне әсер етеді. Фенол мен ацетон жылына миллиондаған тоннамен бірге өндіріледі, ал кумен процесі 2023 жылғы жағдай бойынша әлемдік фенол өндірісінің шамамен 95%-ын құрайды. Альфа-метилстирол сияқты қосалқы өнімдер жүйеге қайта өңделеді, бұл материалдың тиімділігін одан әрі арттырады.
Кумол гидропероксидін негізгі аралық өнім ретінде таңдау процестің химиясын да, инфрақұрылымын да қалыптастырады. Оның бақыланатын ыдырауы жоғары өнімділік пен процестің сенімділігі үшін өте маңызды. Гидропероксидті ыдырау катализаторлары және оңтайландырылған реактор дизайны қауіпті жанама реакцияларды баса отырып, конверсия жылдамдығын арттырды. Шикі айдау колонналары мен ацетонды тазарту қондырғыларының жұмысы бастапқы реакция циклінің төменгі жағында біріктірілген өнеркәсіптік айдау әдістерінің күрделілігін одан әрі көрсетеді. Бұл бөлулер өнімнің сапасына қойылатын талаптарға сәйкес келетін кетонды тазарту процестерін қолдау үшін қатаң айдау колоннасының дизайны мен жұмыс стратегияларымен реттеледі.
Кумол процесі өзінің химиясына тән бірнеше пайдалану және қауіпсіздік мәселелерін тудырады. Олардың қатарында радикалды реакцияларды дәл басқару, гидропероксидтің жиналуын болдырмау және жанғыш немесе улы шығарындыларды тиісті қоршаған орта шегінде ұстау бар. Өнеркәсіптік қондырғылар кумол гидропероксидінің қауіпті сипатына және технологиялық ағындардың жоғары тұтанғыштығына байланысты мамандандырылған реакторларды, озық мониторингті және төтенше жағдайлар жүйелерін қажет етеді. Қазіргі заманғы процесті күшейту және басқару жобаларымен де, тәуекел профилі үздіксіз бақылауды, операторларды оқытуды және технологиялық қауіпсіздікті мұқият талдауды талап етеді.
Фенол өндірісінің баламалы жолдарын зерттеу жұмыстары жалғасып жатқанына қарамастан, кумол процесінің жоғары тазалықтағы фенол мен ацетонды интеграцияланған тазарту және қалпына келтіру жүйелерімен бірге өндіру мүмкіндігі оның салалық эталон ретіндегі рөлін қамтамасыз етеді. Нарықтың, химияның және технологиялық технологияның өзара әрекеттесуі бүгінгі күнге дейін жаһандық фенол мен ацетон нарығын қалыптастырады.
Кумол гидропероксидінің ыдырау механизмі және бақылауы
Термиялық ыдырау кинетикасы және жолдары
Кумол гидропероксиді (CHP) фенол-ацетонның бірлескен өндіріс процесінде маңызды рөл атқарады. Оның ыдырауы кумолдың жоғары сұранысқа ие екі өнеркәсіптік химиялық зат - фенол мен ацетонға айналуының негізінде жатыр. Ыдырау механизмі CHP-дегі O-O байланысының гомолитикалық бөлінуінен басталып, кумилокси радикалдарын түзеді. Бұл радикалдар тез арада β-жікілуге ұшырайды, бұл кумол процесінің болжамды өнімдері - ацетон мен фенолды түзеді.
Реакция кинетикасы күрделі және қарапайым бірінші ретті мінез-құлықтан ауытқиды. Дифференциалды сканерлеу калориметриясы (DSC) және интегралдық кинетикалық модельдер (Флинн-Уолл-Озава және Киссинджер-Акахира-Суносе) орташа активация энергиясын ~122 кДж/моль құрайды, реакция реті 0,5-ке жақын, бұл аралас ретті процесті көрсетеді. Жолға кумилперокси және кумилокси радикалдары қатысатын тізбекті реакциялар кіреді, олар ацетофенон, α-метилстирол және метан сияқты қосымша өнімдерді өндіру үшін одан әрі әрекеттесуі мүмкін.
Температура, қысым және CHP концентрациясын қоса алғанда, жұмыс жағдайлары ацетон мен фенол өндірісіндегі селективтілік пен өнімділікті маңызды түрде қалыптастырады. Жоғары температура радикалды бастаманы жеделдетеді, жалпы конверсия жылдамдығын арттырады, бірақ бәсекелес жанама реакцияларға ықпал ету арқылы селективтілікті төмендетуі мүмкін. Керісінше, орташа қысым және CHP оңтайлы концентрациясы фенол мен ацетонның түзілуіне ықпал етеді, сонымен бірге қосымша өнімдердің түзілуін шектейді. Дәл термиялық бақылауды қолдана отырып, процесті күшейту қауіпсіз, жоғары өнімді фенол мен ацетон өндірісінің маңызды бөлігі болып қала береді, Lonnmeter шығаратын сияқты желілік тығыздық өлшегіштері арқылы нақты уақыт режимінде бақылау жүргізіледі, бұл кумен өндірісі процесінде сенімді кері байланысты қамтамасыз етеді.
Катализаторлар және химиялық тұрақтылық
Каталитикалық ыдырау кумол процесінің тиімділігі мен қауіпсіздігін қалыптастырады. Натрий гидроксиді (NaOH) сияқты негізгі катализаторлар CHP-нің ыдырау температурасын және белсендіру энергиясын айтарлықтай төмендетеді, бұл конверсияны жылдамдатады, сонымен қатар реакциялардың қашып кету қаупін арттырады. Күкірт қышқылын (H₂SO₄) қоса алғанда, қышқыл заттар да ыдырауды әртүрлі механикалық жолдармен жеделдетеді, бұл көбінесе радикалдардың өмір сүру ұзақтығын өзгертеді және өнім қоспасы мен жанама өнімдердің таралуына әсер етеді.
Катализаторды таңдау конверсия жылдамдығына, қосалқы өнімдерді азайтуға және пайдалану қауіпсіздігіне тікелей әсер етеді. Фенол мен ацетон өндірісі үшін өнеркәсіпте бақыланатын NaOH мөлшері жиі қолданылады, себебі олар CHP ыдырауын тиімді түрде катализдейді және қажетті өнімдерге жоғары селективтілікті жеңілдетеді. Дегенмен, катализатордың шамадан тыс көп болуы тізбектің бақыланбайтын таралуын тудыруы мүмкін, бұл термиялық ағып кету қаупін және α-метилстирол және ацетофенон сияқты қауіпті қосалқы өнімдердің пайда болу қаупін арттырады. Сондықтан кумен гидропероксидінің ыдырауында катализатордың қауіпсіз және тұрақты дозалануы, сондай-ақ дәл процесті талдау өте маңызды.
Ыдырау кезіндегі қауіпсіздікті басқару
ЖЭО термиялық тұрақсыз және өңдеу және ыдырау кезінде елеулі қауіп факторларын тудырады. Оларға оның жылдам экзотермиялық реакцияларға бейімділігі, каталитикалық ағып кетуге бейімділігі және ластануға және жергілікті ыстық нүктелерге сезімталдығы жатады. Басқарылмаған ЖЭО ыдырауы қысымның жоғарылауына, жабдықтың жарылуына және қауіпті шығарындыларға әкелуі мүмкін.
Жүйенің тұрақтылығын сақтау бірнеше негізгі тәжірибелерге негізделген. Лоннметр сияқты желілік тығыздық өлшегіштері сияқты желілік мониторинг құралдары концентрация профильдері мен процестің жылулық күйі туралы нақты уақыт режимінде түсінік береді, бұл қалыптан тыс жағдайларды уақтылы анықтауды қамтамасыз етеді. Жабық процестік жүйелер әсер ету мен ластануды шектейді. CHP сақтау температурасын мұқият бақылау, инертті атмосфераны (азот сияқты) пайдалану және катализатордың артық дозалануын болдырмау реакциялардың қашып кету ықтималдығын азайтады. Калориметриялық болжамдық бағалау (адиабаттық калориметрияны қолдану) процеске тән жағдайларда ыдыраудың басталуын бағалау және төтенше жағдайлар процедураларын калибрлеу үшін кеңінен қолданылады.
Процесс дизайны қысымның көтерілуін басқару үшін бөлу және желдету жүйелерін қамтиды, ал температура реттегіштері мен блоктау құрылғылары қызып кету мүмкіндігін азайтады. Ыдырау реакциялары әдетте жылуды тез кетіруге арналған реакторларда бақыланатын үздіксіз ағынмен жүзеге асырылады. Бұл шаралар ацетон мен фенол өндірісі үшін маңызды CHP термиялық ыдырауының кеңірек кумол процесі жүйесінде тиімді және қауіпсіз болып қалуын қамтамасыз етеді.
Кумен өндірісі процесіндегі процестерді оңтайландыру
Өнімділікті және энергия тиімділігін арттыру
Жылу интеграциясы - кумен өндірісі процесіндегі жылу тиімділігін барынша арттырудың негізгі әдісі. Жоғары температуралы ағындардан жылу энергиясын жүйелі түрде қалпына келтіру және қайта пайдалану арқылы зауыттар қоректі алдын ала қыздыруға, сыртқы коммуналдық шығындарды азайтуға және пайдалану шығындарын азайтуға мүмкіндік береді. Ең әсерлі жылу интеграциясы стратегиялары әдетте жылу алмастырғыш желілерін (HEN) жобалауды және оңтайландыруды қамтиды, оларды максималды қалпына келтірілетін жылу үшін ыстық және суық композиттік қисықтарды туралау үшін қысу талдауы басшылыққа алады. Мысалы, айдау және алдын ала қыздыру бөлімдерінде ребойлер мен конденсатордың жылу міндеттерін туралау энергияны айтарлықтай үнемдеуге және бу өндірісі арқылы пайда болатын парниктік газдар шығарындыларын азайтуға мүмкіндік береді. Қазіргі өнеркәсіптік зерттеулер коммуналдық шығындардың 25%-ға дейін төмендегенін, энергия құны мен қоршаған ортаға сәйкестікте тікелей пайда әкелетінін хабарлады.
Тағы бір маңызды оңтайландыру тұтқасы - жемді қайта өңдеу. Кумол процесінде бензол мен пропиленді толық түрлендіру сирек жағдайда бір реактор өткелінде жүзеге асырылады. Реакцияға түспеген бензол мен кумолды қайта өңдеу арқылы процесс реактивтердің тиімді түрленуін арттырады және катализатор ресурстарын тиімдірек пайдаланады. Бұл тәсіл шикізат шығындарын азайтып қана қоймай, сонымен қатар зауыттың жалпы өнімділігін арттыруға ықпал етеді. Тиімді қайта өңдеу циклінің дизайны қысымның төмендеуін азайтуды, нақты уақыт режимінде құрамды бақылауды және ағынды дәл теңестіруді ескереді. Қайта өңдеуді басқаруды жақсарту катализатордың ластану қаупін азайтады және катализатор циклінің қызмет ету мерзімін ұзартады, бұл тоқтап қалу уақытын да, катализаторды ауыстыру шығындарын да азайтады.
Aspen Plus және MATLAB сияқты эксергияны талдау құралдары әрбір өсімдік бөлімін егжей-тегжейлі термодинамикалық бағалауға мүмкіндік береді. Зерттеулер ең үлкен эксергия шығындарының – және осылайша жақсарту әлеуетінің – жоғары температуралы айдау және бөлу қондырғыларында екенін растайды. Сондықтан, бүкіл зауыт бойынша энергия ағындарын оңтайландыру және қайтымсыздықты азайту үшін осы бөлімдерді сандық, модельдеуге негізделген нысанаға алу басымдыққа ие.
Реактор мен айдау бағанасының жұмысы
Реактордың өлшемдері мен дизайнын оңтайландыру капиталдық шығындарды пайдалану тиімділігімен теңестіру үшін өте маңызды. Реактордың көлемі, тұру уақыты және катализатор жүктемесі қысымның шамадан тыс төмендеуіне немесе коммуналдық қызметтерді шамадан тыс тұтынуға қауіп төндірмей, бір реттік жоғары түрлендірулерді қамтамасыз ету үшін реттелуі керек. Мысалы, реактордың диаметрін арттыру қысымның төмендеуін төмендетуі мүмкін, бірақ тиімсіз араластыруға әкелуі мүмкін, ал ұзағырақ реакторлар реакция тепе-теңдігінің шектеулері мен қосымша өнімдердің пайда болуына байланысты қайтарымның азаю нүктесіне дейін түрлендіруді жақсартады.
Төменгі ағыстағы айдау колоннасы үшін, әсіресе шикі айдау үшін, кері қайнау коэффициентін, беру орнын, науа аралығын және колонна қысымын операциялық реттеу куменді реакцияға түспеген бензолдан, полиизопропилбензолдан және басқа да қосымша өнімдерден дәлірек бөлуге мүмкіндік береді. Тиімді айдау конфигурациясы куменнің қалпына келуін арттырып қана қоймай, сонымен қатар қайта қыздырғыштар мен конденсаторларға түсетін жүктемені азайтады, бұл энергия шығындарын азайтуға тікелей әсер етеді. Бүйірлік тартпаларды немесе бөлінетін беру конструкцияларын стратегиялық пайдалану ацетон мен кумен сияқты жақын қайнайтын компоненттер арасындағы бөлуді жақсарта алады, бұл фенол мен ацетон нарығына қажетті жоғары тазалықтағы фенол мен ацетон өндірісін қолдайды.
Төменде ребойлердегі энергия ағындары мен конденсатордағы шығыс ағындарын көрсететін типтік дистилляциялық бағанның энергия профилі көрсетілген, ал кіріктірілген бүйірлік жылуды қалпына келтіру ілмектері бастапқы жылыту және салқындату жүйелеріне жалпы сұранысты азайтады.
Реактор дизайнындағы инновация
Соңғы кездегі процесті күшейту стратегиялары кумол реакторы технологиясын қайта құруда. Микрокөпіршікті және миниатюралық реактор жүйелерін қолдану реактивтер арасындағы беттік байланысты арттырады, бұл масса алмасуды жылдамдатады және жоғары селективтілікке қол жеткізеді. Бұл дәстүрлі емес реактор форматтары түрлендіру мақсаттарын сақтай отырып немесе одан асып түсе отырып, төменгі тұру уақытында жұмыс істей алады, осылайша синтезделген өнім бірлігіне қажетті энергия шығынын азайтады.
Микрокөпіршікті реакторлар температураның күрт көтерілуін бақылауды жақсартады және катализаторларды уландыратын немесе төменгі ағынды бөлуді қиындататын ауыр қосалқы өнімдердің пайда болуын азайтады. Бұл ыстық нүктелер мен қысымның көтерілуін азайту арқылы қауіпсіздікті жақсартады және шығарындыларды, қалдық жылуды және шикізаттың шамадан тыс тұтынылуын азайту арқылы қоршаған ортаға әсерді азайтады. Сонымен қатар, миниатюралық реакторлар орталықсыздандырылған, модульдік қондырғы архитектураларын жасауға мүмкіндік береді, фенол мен ацетон өндірісіне деген өзгермелі нарықтық сұранысқа сәйкес келетін қолжетімді масштабталады.
Бұл инновациялар кумен тотығуы мен гидропероксид ыдырауындағы реактор тиімділігі мен процесінің тұрақтылығы үшін жаңа эталон орнатуда, фенол-ацетонның бірлескен өндірісін оңтайландыруда және ацетонды тазарту әдістері мен кетонды тазарту процестерінде талап етілетін өнім тазалығының қатаң стандарттарына сәйкес келуде.
Осы процесті оңтайландыру тактикасын қолдану арқылы өндірушілер кумол процесінің қатаң қауіпсіздік стандарттарына нұқсан келтірмей, энергия тиімділігі, зауыттың өнімділігі, тазалық мақсаттары және тұрақтылық арасында жоғары тепе-теңдікке қол жеткізе алады.
Ағынды өңдеу: фенол мен ацетонды бөлу
Кумол гидропероксидінің ыдырауынан кейін фенол мен ацетонды бөлу айдау және тазарту қадамдарының қатаң тізбегін талап етеді. Энергияны тиімді басқару және өнімді қалпына келтіру ірі көлемді фенол мен ацетон өндірісіндегі процестердің дизайнын және пайдалану тәжірибелерін қалыптастырады.
Өнімді бөлу реттілігі
Ағынды бөлім құрамында фенол, ацетон, су, α-метилстирол, кумол, бензол және басқа да шағын қосалқы өнімдер бар шикі реактор шығысын өңдеуден басталады. Реактордан шыққаннан кейін қоспа бейтараптандырылады және айтарлықтай су болған жағдайда фазалық бөлу жүргізіледі.
Бірінші бөлу фокусы ацетонды кетіру болып табылады. Ацетонның қайнау температурасы төмен болғандықтан (56 °C), ол әдетте жоғары қайнайтын органикалық фазаның қалған бөлігінен жоғары айдалады. Бұл шикі айдау бағанында жүзеге асырылады, онда ацетон, су және жеңіл қоспалар жоғары көтеріледі, ал ауыр қосылыстары бар фенол төменгі өнім ретінде қалады. Жоғары ацетонның құрамында әлі де су және басқа жеңіл ұштардың іздері болуы мүмкін, сондықтан ол кейіннен кептіріліп, тазартылуы мүмкін - егер аса жоғары тазалық қажет болса, азеотропты немесе экстракциялық айдау арқылы - дегенмен көптеген коммерциялық операцияларда дәстүрлі айдау жеткілікті.
Фенолға бай қалдық дистилляциялық бағандар тізбегінде одан әрі тазартылады. Біріншісі қалдық ацетон, бензол және еріген газдар сияқты жеңіл ұштарды кетіреді. Келесі фенол бағанасы негізгі бөлуді қамтамасыз етеді, таза фенол береді және бағанның төменгі жағында жоғары қайнайтын қосалқы өнімдерді бөледі. Көптеген орналасуларда α-метилстирол сияқты құнды қосалқы өнімдер де жанама тарту немесе кейінгі дистилляция қадамдары арқылы алынады. Бұл бағандар бөлу тиімділігін барынша арттыру және өнімнің жоғалуын азайту үшін есептелген қысымдар мен температура кестелерінде жұмыс істейді.
Дистилляциялық баған және шикі айдау бағанының өнімділігі
Дистилляциялық колонналар ацетон мен фенолды тазартудың негізгі құралы болып табылады. Олардың дизайны мен жұмысы кумол өндірісі процесіндегі тазалыққа, өнімділікке және энергия тұтынуға тікелей әсер етеді.
Ацетонды кетіру үшін шикі айдау бағанасы ацетон мен фенол арасындағы құбылмалылық алшақтығын ескере отырып, жоғары бөлу тиімділігін ұсынуы керек. Тиімді науалары немесе жоғары өнімді қаптамасы бар биік бағандар қолданылады. Энергияны біріктіру өте маңызды; үстіңгі будан шығатын жылу қоректік заттарды алдын ала қыздыруы немесе ребойлер тізбектерінде қалпына келуі мүмкін, бұл жалпы энергияны тұтынуды азайтады, бұл ірі зауыттарда жылу интеграциясын енгізгеннен кейін меншікті энергия тұтынудың 15%-ға азайғанын көрсететін процесті модельдеу зерттеулерімен дәлелденген ([Chemical Engineering Progress, 2022]).
Пайдалану қиындықтарына негізінен ацетон мен су арасындағы азеотроптың түзілуі жатады. Бұл толық бөлуді қиындатуы мүмкін болса да, өнеркәсіптік масштабтағы салыстырмалы құбылмалылық әдетте дәстүрлі түзетуді қолдайды. Ацетон буының жоғалуын болдырмау және термодинамикалық қозғаушы күштерді сақтау үшін қысымды бақылау өте маңызды. Жоғарғы және төменгі температураны дәл басқару өнімдерді термиялық ыдыратпай мақсатты құрамдарға қол жеткізуді қамтамасыз етеді.
Фенолды айдау өзіндік шектеулерге тап болады. Фенолдың жоғары қайнау температурасы және тотығуға сезімталдығы бағанның ішкі бөліктерінің коррозияға төзімді болуын білдіреді, көбінесе арнайы қорытпаларды пайдаланады. Баған қысымы энергия шығындарын теңестіру және ыдырау қаупін азайту үшін реттеледі. α-метилстирол сияқты термиялық полимерленуге бейім өнімдер жанама реакцияларды басу үшін тез алынып, салқындатылады.
Бағанның жұмысын дәл баптау үшін, тазалық мақсаттары мен баған массасының теңгерімдерінің үздіксіз орындалуын қамтамасыз ету үшін күрделі технологиялық басқару элементтері және ішкі өлшеу құралдары, мысалы, Лоннметр, үнемі қолданылады.
Гидропероксидтің ыдырауы және өнімді қалпына келтірумен интеграция
Ыдырау, бөлу және тазарту қондырғыларын үздіксіз біріктіру кумен процесі үшін өте маңызды. Реакция ағынды сулары тікелей төменгі ағынды бөлуге өтеді. Жылдам тасымалдау қажетсіз жанама реакцияларды немесе полимерленуді азайтады.
Әрбір бөлу сатысы келесі сатымен тығыз байланысты. Үстіңгі ацетон тез конденсацияланады және ұшпа заттардың жоғалуын болдырмау үшін жиналады. Фенол және қосымша өнімдердің жанама ағындары кейіннен тазарту сатыларына түседі. Бағалы қосалқы өнімдер алынған жерде олардың бөліну ағындары егжей-тегжейлі фазалық және құрамдық талдаудан кейін алынады.
Негізгі басымдық - жеңіл ұштар (ацетон/су фракциясы) мен ауыр ластаушы заттар (реакцияға түспеген кумол, шайырлар) арасындағы айқаспалы ластануды болдырмау. Бұған бағандар ішіндегі бірнеше бу-сұйықтық тепе-теңдік сатылары және кері қайту ағындарын пайдалану арқылы қол жеткізіледі. Құбырлар мен ыдыстар кідіріс пен қысқа тұйықталуды азайтуға арналған.
Оңтайландырылған қондырғыларда ацетон мен фенолдың қалпына келу жылдамдығы 97%-дан асады, шығындар негізінен тазарту ағындары мен іздік буланумен шектеледі. Процесс барысында пайда болатын, еріген органикалық заттардан тұратын ағынды сулар бөлек сақталады және нормативтік талаптарға сай болу үшін озық тазарту жүйелеріне жіберіледі.
Тиімді интеграция негізгі айнымалыларды үздіксіз бақылауға негізделген: Lonnmeter сияқты желілік өлшегіштерден алынған тығыздық пен тұтқырлық көрсеткіштері жем сапасы мен өнімнің тазалығын нақты уақыт режимінде тексереді, бұл максималды өнімділік пен пайдалану қауіпсіздігі үшін кері байланысты басқаруға мүмкіндік береді.
Фенол-ацетон өндірісіндегі тиімді процесті жобалау берік бөлу тізбектеріне, энергияны оңтайландыратын айдауға, реакция мен тазартудың тығыз интеграциясына және үздіксіз желілік мониторингке негізделген, бұл процестің үнемділігі мен өнім сапасын қолдайды.
Ацетонды тазартудың озық әдістері
Кумен процесі арқылы фенол-ацетон бірлесіп өндірілгеннен кейін ацетонды тазарту өнім сапасына қойылатын қатаң талаптармен анықталады. Тиісті ацетонды тазарту әдісін таңдау соңғы қолданудың тазалық талаптарына, нормативтік шектеулерге және кумен гидропероксидінің ыдырауы мен жоғары ағынды реакциялар кезінде пайда болатын қоспа профиліне байланысты.
Ацетонды тазартудың негізгі принциптері
Кумен тотығуынан алынған шикі ацетонның құрамында су, фенол, α-метилстирол, кумен, ацетофенон, карбон қышқылдары, альдегидтер және басқа да оттегімен қаныққан органикалық заттар көп мөлшерде болады. Төмендетілген тазарту осы қоспаларды жоюға бағытталған. Негізгі бөлігі кезең-кезеңмен айдалады:
- Бастапқы бағандар ауыр және жоғары қайнайтын қоспаларды — негізінен фенол, α-метилстирол, ацетофенон және шайыр түзетін заттарды — түбінен алу арқылы жояды. Орташа фракция ацетон-су азеотропын қамтиды, ал жеңіл ұштарын (реакцияға түспеген кумен сияқты) кейінгі бөлімдерде үстіңгі жағынан фракциялауға болады.
Азеотропты айдау көбінесе қиын ацетон-су қоспаларын бөлу үшін өте маңызды, азеотропты құрамды бұзу және ацетон тазалығын арттыру үшін көмірсутек сіңіргішті пайдалану керек. Қоспалардың қайнау температурасы ұқсас болған жағдайда, гликольдермен немесе арнайы еріткіштермен экстракциялық айдау қолданылады. Мұнда қоспа салыстырмалы ұшқыштықты өзгертеді, тығыз байланысты органикалық заттарды тиімді бөлуге және ацетон шығымын барынша арттыруға көмектеседі.
Дистилляциядан басқа, адсорбциялық тазарту қадамдары қалдық фенол мен полярлық қосылыстарды кетіреді. Белсендірілген көмір, кремний гелі және ион алмастырғыш шайырлар бұл рөлді баған сатылары арасында немесе одан кейін өте жақсы атқарады. Қышқыл органикалық заттар болған жағдайда, процесс соңғы айдау алдында тұздар мен қышқылдарды кетіру үшін каустикалық содамен бейтараптандыруды, содан кейін сулы жууды қамтуы мүмкін.
Жоғары тазалықтағы ацетон (көптеген өнеркәсіптік немесе зертханалық талаптар үшін ≥99,5 салмақтық%) судың (<0,3 салмақтық%), фенолдың (<10 ppm), ауыр хош иісті заттардың (<100 ppm) және жалпы ұшпайтын заттардың (<20 ppm) сипаттамаларына сәйкес келуін қамтамасыз ету үшін ұсақ сүзгілеу мен озық адсорбцияны біріктіретін соңғы «жылтырату» сатысынан жиі өтеді. Бұл электроника немесе фармацевтикалық ацетон үшін өте маңызды.
Дистилляциядағы оңтайландыру және ақаулықтарды жою
Ацетонды айдау процесінің тиімділігі дәл айдау бағанасының дизайнына және тәртіпті жұмысына байланысты. Фракциялау бағаналары күшті масса алмасуын және оңтайлы бөлуді қамтамасыз ету үшін өлшемделеді және басқарылады. Тазалықты да, өнімділікті де барынша арттырудың бірнеше стратегиясы бар:
- Мол науалары немесе жоғары тиімді құрылымдалған қаптамасы бар биік бағандар, әсіресе ацетон-су немесе ацетон-куменнің қайнау температуралары жақын болған кезде, айқынырақ бөлуді қамтамасыз етеді.
- Ребойлерлер мен конденсаторлар арасындағы жылу интеграциясы (мысалы, буды қайта сығымдау немесе жылу алмастырғыштар арқылы) энергия тұтынуды азайтады және температураны тұрақтандырады, бұл тұрақты бөлуді қолдайды.
- Тығыздық пен құрамды желілік бақылау арқылы (Lonnmeter желілік тығыздық өлшегіштері сияқты құралдармен) рефлюкс коэффициентін және өнімнің шығу жылдамдығын дәл реттеу жылдам реттеуге және өнімді дәл нысанаға алуға мүмкіндік береді, бұл әрбір партияның тазалық критерийлеріне сәйкес келуін қамтамасыз етеді.
Жиі кездесетін айдау мәселелеріне колоннаның су басуы, көбіктену және қалдықтардың жиналуы жатады:
Бағанның су басуы ағын жылдамдығы тым жоғары болған жағдайда орын алады — сұйықтық төмен емес, жоғары қарай жылжиды, бұл бөлу тиімділігін күрт төмендетеді. Мұны шешу үшін өткізу қабілетін азайту немесе кері қайту коэффициенттерін реттеу қажет. Көбіктену жоғары бу жылдамдығынан немесе беттік белсенді заттардың (мысалы, шайырлар немесе фенол іздері) болуынан пайда болады. Көбіктенуден қорғайтын агенттер, бағанның мұқият профилін жасау және технологиялық ағындардың сатылы енгізілуі тұрақты көбіктенуді азайта алады.
Дистилляциялық қондырғының ең төменгі науаларында немесе қайта қайнатқышында жиі кездесетін қалдықтардың жиналуы олигомерлеу өнімдерінен немесе шайырдан туындайды. Түбіндегі өнімді мезгіл-мезгіл алып тастау, үнемі тазалау және температура профильдерін шектерде ұстау шайырдың пайда болуын азайтады және бағананың ұзақ қызмет етуін қамтамасыз етеді.
Азеотроптарды бөлген кезде немесе тығыз қайнайтын қоспаларды басқарған кезде, дәстүрлі науаларды жоғары тиімді қаптама материалдарымен ауыстыруға болады. Баған бойындағы температура мен қысым профильдері тығыз терезелерде сақталады. Үздіксіз желілік тығыздықты өлшеу сияқты автоматтандырылған өлшеу құралдары операторларға техникалық сипаттамадан тыс өнімді тез анықтауға және нақты уақыт режимінде жауап беруге мүмкіндік береді, бұл операциялық тиімділік пен өнімділікті арттырады.
Фенол мен ацетон өндірісіне арналған көп сатылы ацетонды айдау және тазартуды көрсететін жеңілдетілген блок-схема (стандартты тәжірибеге негізделген жеке сызба)
Ацетонды тазартудың осы озық әдістерінің біріккен әсері кумол өндірісі процесінен алынған қосалқы өнімдерді қауіпсіз өңдеуді, ацетон мен фенол нарығының стандарттарына сенімді сәйкестікті және қоршаған ортаға әсерді азайтуды қамтамасыз етеді.
Өнеркәсіптік оңтайландыру және тұрақтылыққа әсері
Кумол өндірісі процесінде процесті жобалауды, катализді және бөлуді таңдауды ресурстарды тиімді пайдаланумен тығыз байланыстыру өте маңызды. Интеграцияланған процесті жобалау фенол-ацетонды бірлесіп өндірудің әрбір кезеңінде өнімділікті барынша арттыру және қалдықтарды азайту үшін реакция инженериясын, бөлу технологиясын және энергияны қалпына келтіруді ұйымдастырады. Берік қатты қышқыл катализаторлары (цеолиттер мен гетерополиқышқылдарды қоса алғанда) сияқты озық каталитикалық жүйелерді енгізу арқылы операторлар кумол гидропероксидінің ыдырауында жоғары селективтілікке қол жеткізеді, α-метилстирол және ацетофенон сияқты қосалқы өнімдердің түзілуін азайтады. Бұл селективтілікті арттыру тек процестің өнімділігін арттырып қана қоймай, сонымен қатар қалдықтар ағындарын азайту арқылы тұрақтылықты қолдайды.
Гидропероксидті ыдырау катализаторларын таңдаған кезде процесті қарқындыландыру маңызды рөл атқарады. Мысалы, біртекті және гетерогенді катализдің ерекшеліктерін біріктіретін гибридті каталитикалық тәсілдер пайдалану икемділігінің артуына және катализатордың қызмет ету мерзімінің ұзаруына байланысты танымал бола бастады. Соған қарамастан, катализаторды жобалау жоғары белсенділік пен тұрақтылықты кокстау және қоспалармен улану сияқты мәселелермен үйлестіруі керек, бұл катализатордың минималды айналымын және пайдаланылған катализаторды жоюдан қоршаған ортаға түсетін жүктемені қамтамасыз етеді. Катализатордың үздіксіз инновациялары ресурстардың тиімділігіне тікелей әсер етеді, шикізат шығындарын азайтады және коммуналдық қызметтерге деген сұранысты азайтады.
Процесті жобалауды интеграциялау, әсіресе ацетонды тазарту және ацетонды айдау процесі кезінде, өнеркәсіптік оңтайландыру үшін өте маңызды болып қала береді. Бөлгіш қабырға бағаналары сияқты озық айдау бағаналарының жобаларын және энергия үнемдейтін мембраналық бөлуді енгізу тиімді және тұрақты жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Мысалы, бөлгіш қабырға бағаналары шикі айдау бағанасының жұмысын жеңілдетеді, бұл дәстүрлі көп бағанды қондырғылармен салыстырғанда 25%-ға дейін энергия үнемдеуге әкеледі, сонымен қатар физикалық зауыт кеңістігін босатады. Сонымен қатар, қысу талдауы сияқты әдістерді басшылыққа ала отырып, күрделі жылу интеграциясы стратегиялары бу тұтынуының 20%-дан асатынын көрсетті, бұл құжатталған фенол мен ацетон өндірісі алаңын жаңартуда көрсетілген. Бұл шаралар парниктік газдар шығарындыларының төмендеуіне және қазба отынынан алынатын бу көздеріне тәуелділіктің төмендеуіне әкеледі.
Су мен жылуды біріктіру кумолды тотығу процесінде және кейінгі бөлу қадамдарында ресурстардың тиімділігін одан әрі арттырады. Каскадты қайта пайдалану жүйелері және стратегиялық тұрғыдан орналастырылған сөндіру аймақтары ағынды сулардың шығарылуын 40%-ға дейін азайта алады, бұл ағынды сулардың көлемі мен ластану қарқындылығын реттейді. Бұл, әсіресе, ағынды сулардың шығарылуы мен көміртегі шығарындыларына шектеулер күшейтіліп жатқан ірі фенол және ацетон нарықтарындағы дамып келе жатқан нормативтік базаларға сәйкестік үшін өте маңызды.
Кумен процесін пайдаланатын фенол-ацетонды бірлесіп өндіру контекстінде нормативтік және экологиялық мәселелер ерекше ескеріледі. Қауіпті аралық өнімдерге, мысалы, кумен гидропероксидіне қатаң бақылау жоғары қауіпті операциялар кезінде дәл процесті бақылауды және нақты уақыт режимінде қауіпсіздікті бақылауды талап етеді. Қоршаған ортаны қорғау ережелері, әсіресе Солтүстік Америка және Еуропа юрисдикцияларындағы ережелер, ағынды суларды тазартуға, шығарындыларды бақылауға және еріткіш/жылуды қайта өңдеуге қойылатын талаптарды күшейтеді. Сәйкестік стратегиялары ерте кезеңдегі процесті жобалауға енгізілген, көбінесе зауыттың орналасуы мен технологияны таңдауды тікелей қалыптастыратын процестің массалық қарқындылық көрсеткіштері мен өмірлік циклді талдауды қамтиды.
Нақты уақыт режимінде бақылау және процесті оңтайландыру тиімділікті сақтау және сөзсіз процестік шығындарды азайту үшін маңызды. Мысалы, Lonnmeter компаниясының желілік тығыздық өлшегіштері мен тұтқырлық өлшегіштері ацетон мен фенол өндірісі желісі бойынша реакция және бөлу параметрлерін үздіксіз, орнында басқаруға мүмкіндік береді. Өнім мен қосымша өнімдердің концентрациясын дәл бақылау арқылы операторлар кері қайту коэффициенттері, айдау кезіндегі кесу нүктелері және катализатордың дозалануы сияқты маңызды айнымалыларды дәл реттей алады, осылайша энергияны пайдалануды азайтады және спецификациядан тыс немесе қалдық материалдардың көлемін шектейді.
Нақты уақыттағы сенсорлық деректермен қамтамасыз етілген өнеркәсіптік айдау әдістерін пайдалану ақаулықтарды жоюды және бұзылу жағдайларында жұмысты тоқтатуға жауап беруді жеделдетеді. Науқаннан науқанға өзгергіштіктің төмендеуі және партиялық қайталанудың жақсаруымен операторлар тікелей шығындарды үнемдеуге, шикізат қорларының азаюына және қоршаған ортаны қорғау саласындағы бұзушылықтардың азаюына қол жеткізеді. Нәтижесінде, дәл өлшеу технологияларымен катализденетін нақты уақыт режиміндегі процесті оңтайландыру бәсекеге қабілетті, стандартқа сәйкес және тұрақты фенол мен ацетон өндірісі үшін өте маңызды болып қала береді.
Жиі қойылатын сұрақтар (ЖҚС)
Кумен процесі дегеніміз не және ол фенол-ацетонның бірлескен өндірісі үшін неліктен маңызды?
Кумен процесі, сондай-ақ Хок процесі деп те аталады, фенол мен ацетонды бір интеграцияланған тізбекте бірге өндірудің өнеркәсіптік әдісі болып табылады. Ол алкилдеуден басталады, мұнда бензол пропиленмен әрекеттесіп, цеолиттер немесе фосфор қышқылы сияқты қатты қышқыл катализаторларын пайдаланып кумен түзеді. Содан кейін кумен ауамен тотығады, кумен гидропероксидін түзеді. Бұл аралық өнім қышқыл-катализденетін бөлінуге ұшырайды, фенол мен ацетонды дәл 1:1 молярлық қатынаста түзеді. Бұл процесс маңызды, себебі ол әлемдік фенол мен ацетон өндірісінде басымдыққа ие, жоғары өнімділік тиімділігі мен ресурстарды біріктіруді ұсынады. 2023 жылғы жағдай бойынша әлемдік фенолдың шамамен 95%-ы осы процесс арқылы өндіріледі, бұл оның өнеркәсіптік және экономикалық орталықтығын көрсетеді.
Кумол гидропероксидінің ыдырауы процестің қауіпсіздігі мен өнімділігіне қалай әсер етеді?
Кумол гидропероксидінің ыдырауы өте экзотермиялық, айтарлықтай жылу бөліп шығарады. Егер мұқият басқарылмаса, ол жылулық ағып кетуді, жарылыстарды немесе өрттерді тудыруы мүмкін - бұл процесті жобалау мен пайдалану тәртібіне қатаң талаптар қояды. Гидропероксид ыдырау катализаторларын мұқият таңдау және реакция жағдайларын қатаң бақылау қауіпсіз жұмыс істеу үшін өте маңызды. Температура мен реакция жылдамдығын бақылау фенол мен ацетон өнімділігінің максималды болуын қамтамасыз етеді, сонымен қатар қосалқы өнімдердің пайда болуын және қауіпсіздік тәуекелдерін азайтады. Саладағы ең жақсы тәжірибеге үздіксіз жүйені бақылау, апаттық сөндіру және экзотермиялықты басқару және кез келген қысымның көтерілуін шектеу үшін сенімді реакторды жобалау кіреді.
Шикі айдау бағаны кумен өндірісінде қандай рөл атқарады?
Шикі айдау бағанасы гидропероксидті бөлшектеуден кейінгі негізгі қондырғы болып табылады. Ол фенолды, ацетонды, реакцияға түспеген кумолды және аздаған қосалқы өнімдерді бөледі. Шикі айдау бағанының тиімді жұмысы өнімді қалпына келтіруді арттырады, энергия шығынын азайтады және кейінгі тазарту кезеңдеріне тікелей түсетін ағындарды шығарады. Дистилляция бағанының дизайны мен жұмысы температура мен қысымды бақылауда дәлдікті талап ететін әртүрлі құрамдас бөліктердің жақын қайнау нүктелерін ескеруі керек. Дистилляциядағы ақаулар өнімнің жоғалуына, ластануына немесе шамадан тыс коммуналдық шығындарға әкелуі мүмкін.
Фенол-ацетон өндірісінде ацетонды тазарту неліктен қажет?
Кумен процесінен алынған ацетон құрамында бірқатар қоспалар бар: жанама реакция өнімдері (мысалы, метилизобутилкетон, изопропанол), су және тотығу және бөлшектеу кезінде түзілетін органикалық қышқылдар. Ацетон фармацевтикада, еріткіштерде және пластмассаларда кейінгі пайдалану үшін қатаң өнеркәсіптік стандарттарға сай болуы үшін мұқият тазарту қажет. Дистилляциялық бағандар арқылы тығыз фракциялау сияқты тазарту процестері бұл қоспаларды кетіреді. Таза ацетон сонымен қатар нарықтық бағаны жоғарылатады, бұл тиімді тазартудың экономикалық негіздемесін күшейтеді.
Процесс интеграциясы және реакторлық инновациялар кумен процесінің экономикалық және экологиялық профилін қалай жақсарта алады?
Процесті интеграциялау жылуды қалпына келтіру, реакцияға түспеген материалдарды қайта өңдеу және энергияны пайдалануды азайту үшін қондырғылардың жұмысын жеңілдету мүмкіндіктерін пайдаланады. Мысалы, реакция жылуын экспорттауды біріктіру немесе айдау тізбектерін біріктіру отын мен коммуналдық шығындарды азайта алады. Микрокөпіршікті реакторлар сияқты жетістіктерді енгізу масса алмасуды жақсартатынын, тотығу тиімділігін арттыратынын және қалдықтардың пайда болуын азайтатынын көрсетті. Бұл инновациялар шығарындылар мен ағынды сулардың пайда болуын азайту арқылы қоршаған ортаға тигізетін ізді азайтады, сонымен қатар жалпы өңдеу шығындарын азайтады, бұл фенол-ацетон бірлескен өндірісін тұрақты және экономикалық тұрғыдан тиімді етеді.
Жарияланған уақыты: 19 желтоқсан 2025 ж.
