Кумен процесси дүйнөлүк фенол-ацетон биргелешип өндүрүүдө үстөмдүк кылат, бирок анын татаал реакциялары жана дистилляция кадамдары так реалдуу убакыт режиминде мониторинг жүргүзүүнү талап кылат. Бул жерде тыгыздыкты сызык боюнча өлчөө талашсыз: ал чийки затты бөлүү, ацетонду тазалоо жана фенолду тазалоо этаптары боюнча суюктук агымынын курамын заматта көзөмөлдөп, кошулмалардын жылыштарын же процесстин аномалияларын тез аныктоого мүмкүндүк берет. Бул маалыматтар дистилляция параметрлерин өзгөртүүгө түздөн-түз жетекчилик кылат, продуктунун тазалыгы өнөр жай стандарттарына жооп берерин камсыздайт жана мунара кокстоо же туруксуз гидропероксиддин ажыроосу сыяктуу коопсуздук тобокелдиктерин азайтат — кечигүүлөр жана дрейф тобокелдиктери менен оффлайн үлгү алуу чече албаган боштукту толтурат.
Фенол жана ацетон өндүрүү үчүн кумен процессине сереп
Кумен өндүрүү процесси, көбүнчө Хок процесси деп аталат, бензол менен пропиленден фенол менен ацетонду синтездөөнүн негизги өнөр жай жолу болуп саналат. Ал үч негизги этаптан турат: бензолду куменди пайда кылуу үчүн алкилдөө, куменди кумен гидропероксидине чейин кычкылдандыруу жана бул гидропероксиддин фенол менен ацетонду алуу үчүн кислота-катализдөө жолу менен ажыроосу.
Башында бензол пропилен менен кислоталуу шарттарда реакцияга кирип, көбүнчө заманбап цеолит катализаторлорун колдонуп, куменди пайда кылат. Бул этапта селективдүүлүк абдан маанилүү; температура жана бензолдун пропиленге катышы сыяктуу процесстин параметрлери каалабаган полиалкилдөөнү басуу үчүн катуу көзөмөлдөнөт. Заманбап катализаторлордун жогорку селективдүүлүгү калдыктарды азайтып, айлана-чөйрөгө тийгизген таасирин азайтат, бул бүгүнкү күндөгү жөнгө салуучу климатта негизги фактор болуп саналат.
Кумен өсүмдүгү
*
Кумендин кычкылдануусу аба менен жүргүзүлүп, радикалдуу чынжыр реакциясы аркылуу кумен гидропероксидин пайда кылат. Бул аралык продукт процесстин борборунда турат, бирок олуттуу эксплуатациялык коркунучтарды жаратат. Кумен гидропероксиди оптималдуу эмес температураны көзөмөлдөө шартында экзотермикалык жана жарылуучу потенциалдуу ажыроого жакын, ошондуктан сактоо жана реакция зоналарында бекем инженердик коопсуздук чараларын талап кылат.
Андан кийин гидропероксид кислота-катализдөөчү бөлүнүүгө дуушар болот - көбүнчө күкүрт кислотасы менен жеңилдейт - натыйжада фенол менен ацетон бир убакта 1:1 молярдык катышта пайда болот. Бул катыш процесстин экономикалык симбиозун аныктайт, анткени бир продуктуга суроо-талаптын же рыноктук баанын сөзсүз түрдө өзгөрүшү экинчисинин жашоого жөндөмдүүлүгүнө таасир этет. Фенол менен ацетон жылына миллиондогон тонна биргелешип өндүрүлөт, ал эми кумен процесси 2023-жылга карата дүйнөлүк фенол өндүрүшүнүн болжол менен 95% түзөт. Альфа-метилстирол сыяктуу кошумча продуктулар системага кайра иштетилет, бул материалдын натыйжалуулугун андан ары жогорулатат.
Кумол гидропероксидин негизги аралык продукт катары тандоо процесстин химиясын да, инфраструктурасын да калыптандырат. Анын башкарылуучу ажыроосу жогорку түшүмдүүлүк жана процесстин ишенимдүүлүгү үчүн абдан маанилүү. Гидропероксид ажыроо катализаторлору жана оптималдаштырылган реактордун дизайны кооптуу терс реакцияларды басаңдатуу менен конверсия ылдамдыгын күчөттү. Чийки дистилляция колонкаларынын жана ацетонду тазалоочу агрегаттардын иштеши баштапкы реакция циклинин ылдый жагында интеграцияланган өнөр жай дистилляциялоо ыкмаларынын татаалдыгын дагы бир жолу көрсөтүп турат. Бул бөлүүлөрдү продукт классындагы эрежелерге жооп берген кетонду тазалоо процесстерин колдоо үчүн катуу дистилляция колонкасынын дизайны жана иштөө стратегиялары башкарат.
Кумен процесси өзүнүн химиялык курамына гана мүнөздүү болгон бир катар эксплуатациялык жана коопсуздук көйгөйлөрүн жаратат. Алардын арасында радикалдуу реакцияларды так башкаруу, гидропероксиддин топтолушунун алдын алуу жана күйүүчү же уулуу чыгарууларды тийиштүү экологиялык чектерде кармоо бар. Өнөр жайлык курулуштар кумен гидропероксидинин кооптуу мүнөзүнө жана процесстик агымдардын жогорку күйүүчүлүгүнө байланыштуу адистештирилген реакторлорду, өнүккөн мониторингди жана авариялык системаларды талап кылат. Заманбап процесстерди интенсивдештирүү жана башкаруу долбоорлору менен да, тобокелдик профили үзгүлтүксүз байкоо жүргүзүүнү, операторлорду окутууну жана процесстин коопсуздугун кылдат талдоону талап кылат.
Фенолду өндүрүүнүн альтернативдүү жолдору боюнча изилдөөлөр уланып жатканына карабастан, кумол процессинин жогорку тазалыктагы фенол менен ацетонду интеграцияланган тазалоо жана калыбына келтирүү системалары менен биргелешип өндүрүү мүмкүнчүлүгү анын тармактык эталон катары ролун бекемдейт. Рыноктун, химиянын жана технологиялык процесстердин өз ара аракеттенүүсү бүгүнкү күнгө чейин дүйнөлүк фенол жана ацетон рыногун калыптандырат.
Кумол гидропероксидинин ажыроо механизми жана контролу
Термикалык ажыроо кинетикасы жана жолдору
Кумен гидропероксиди (КГП) фенол-ацетон биргелешип өндүрүү процессинде борбордук орунду ээлейт. Анын ажыроосу кумендин жогорку суроо-талапка ээ болгон эки өнөр жай химиялык затына, фенолго жана ацетонго айлануусунун негизинде турат. Ажыроо механизми КГПдагы O–O байланышынын гомолитикалык ажырашы менен башталат, бул кумилокси радикалдарын пайда кылат. Бул радикалдар тез арада β-кесилүүгө дуушар болуп, кумен процессинин максаттуу продуктулары болгон ацетон менен фенолду пайда кылат.
Реакция кинетикасы татаал жана жөнөкөй биринчи тартиптеги жүрүм-турумдан четтеп кетет. Дифференциалдык сканерлөө калориметриясы (DSC) жана интегралдык кинетикалык моделдер (Флинн-Уолл-Озава жана Киссинджер-Акахира-Суносе) орточо активдешүү энергиясын ~122 кДж/моль деп аныктайт, реакция тартиби 0,5ке жакын, бул аралаш тартиптеги процессти көрсөтөт. Жол кумилперокси жана кумилокси радикалдарын камтыган чынжыр реакцияларын камтыйт, алар ацетофенон, α-метилстирол жана метан сыяктуу кошумча продуктыларды өндүрүү үчүн андан ары реакцияга кириши мүмкүн.
Температура, басым жана CHP концентрациясы сыяктуу иштөө шарттары ацетон менен фенолду өндүрүүдө селективдүүлүктү жана түшүмдүүлүктү чечүүчү түрдө аныктайт. Жогорку температуралар радикалдуу башталышты тездетип, жалпы конверсия ылдамдыгын жогорулатат, бирок атаандаштыкка жөндөмдүү кошумча реакцияларга өбөлгө түзүү менен селективдүүлүктү төмөндөтүшү мүмкүн. Тескерисинче, орточо басым жана CHP оптималдуу концентрациясы фенол менен ацетондун пайда болушуна өбөлгө түзөт, ошол эле учурда кошумча продуктулардын пайда болушун чектейт. Так жылуулук көзөмөлүн колдонуу менен процессти интенсивдештирүү коопсуз, жогорку түшүмдүү фенол менен ацетон өндүрүшүнүн маанилүү бөлүгү бойдон калууда, Lonnmeter тарабынан чыгарылган сыяктуу тыгыздык өлчөгүчтөр аркылуу реалдуу убакыт режиминде мониторинг жүргүзүү менен, кумен өндүрүү процессинде ишенимдүү процесстик пикирди камсыз кылат.
Катализаторлор жана химиялык туруктуулук
Каталитикалык ажыроо кумен процессинин натыйжалуулугун да, коопсуздугун да калыптандырат. Натрий гидроксиди (NaOH) сыяктуу негизги катализаторлор CHPнин ажыроо температурасын жана активдешүү энергиясын бир кыйла төмөндөтөт, бул конверсияны тездетет, бирок ошол эле учурда качып кетүүчү реакциялардын коркунучун жогорулатат. Күкүрт кислотасын (H₂SO₄) кошо алганда, кислоталуу заттар да ажыроону тездетет, бирок ар кандай механикалык жолдор менен, көп учурда радикалдардын жашоо мөөнөтүн өзгөртүп, продуктунун аралашмасына жана кошумча продуктунун таралышына таасир этет.
Катализаторду тандоо конверсия ылдамдыгына, кошумча продуктуларды минималдаштырууга жана эксплуатациялык коопсуздукка түздөн-түз таасир этет. Фенол жана ацетон өндүрүү үчүн өнөр жайда NaOH көзөмөлдөнгөн өлчөмдөрү көп учурда артыкчылыктуу, анткени алар CHP ажыроосун натыйжалуу катализдейт жана каалаган продуктуларга карата жогорку селективдүүлүктү камсыз кылат. Бирок, ашыкча катализатор чынжырдын көзөмөлсүз таралышына өбөлгө түзүп, жылуулук менен агып кетүү коркунучун жана α-метилстирол жана ацетофенон сыяктуу кооптуу кошумча продуктулардын пайда болуу коркунучун жогорулатат. Ошентип, кумен гидропероксидинин ажыроосунда катализатордун коопсуз жана ырааттуу дозасы, ошондой эле процесстин так аналитикасы абдан маанилүү.
Ажыроодогу коопсуздукту башкаруу
ЖЭБ термикалык жактан туруксуз жана иштетүү жана ажыроо учурунда олуттуу коркунуч факторлорун жаратат. Аларга анын тез экзотермикалык реакцияларга жөндөмдүүлүгү, каталитикалык агып кетүүгө сезгичтиги жана булганууга жана жергиликтүү ысык чекиттерге сезгичтиги кирет. Башкарылбаган ЖЭБ ажыроо басымдын жогорулашына, жабдуулардын жарылышына жана кооптуу чыгарууларга алып келиши мүмкүн.
Системанын туруктуулугун сактоо бир нече негизги практикаларга таянат. Лоннметр сыяктуу тыгыздык өлчөгүчтөрү сыяктуу интранеттик мониторинг куралдары концентрация профилдери жана процесстин жылуулук абалы жөнүндө реалдуу убакыт режиминде маалымат берип, анормалдуу шарттарды өз убагында аныктоону камсыз кылат. Жабык процесстик системалар таасирди жана булганууну чектейт. CHP сактоо температурасын кылдат көзөмөлдөө, инерттүү атмосфераны (азот сыяктуу) колдонуу жана катализатордун ашыкча дозаланышына жол бербөө чукул реакциялардын ыктымалдыгын азайтат. Калориметриялык алдын ала баалоо (адиабаттык калориметрияны колдонуу менен) процесстин өзгөчө шарттарында ажыроонун башталышын баалоо жана өзгөчө кырдаалдардагы жол-жоболорду калибрлөө үчүн кеңири колдонулат.
Процесстин дизайны басымдын кескин көтөрүлүшүн башкаруу үчүн бөлүү жана желдетүү системаларын камтыйт, ал эми температураны жөнгө салгычтар жана блоктор ысып кетүү мүмкүнчүлүгүн азайтат. Ажыроо реакциялары, адатта, жылуулукту тез жок кылуу үчүн иштелип чыккан реакторлордун ичинде башкарылуучу үзгүлтүксүз агым астында жүргүзүлөт. Бул чаралар ацетон менен фенолду өндүрүү үчүн зарыл болгон ЖЭБдин жылуулук менен ажыроосунун кеңири кумен процессинин системасында натыйжалуу жана коопсуз бойдон калышын камсыздайт.
Кумен өндүрүш процессинде процесстерди оптималдаштыруу
Түшүмдүүлүктү жана энергиянын натыйжалуулугун жогорулатуу
Жылуулук интеграциясы кумен өндүрүү процессиндеги жылуулук эффективдүүлүгүн максималдуу түрдө жогорулатуунун негизги ыкмасы болуп саналат. Жогорку температурадагы агымдардан жылуулук энергиясын системалуу түрдө калыбына келтирүү жана кайра колдонуу менен заводдор тоюттарды алдын ала жылытып, тышкы коммуналдык керектөөнү азайтып, эксплуатациялык чыгымдарды азайта алышат. Эң таасирдүү жылуулук интеграциялоо стратегиялары, адатта, жылуулук алмаштыргыч тармактарын (HEN) долбоорлоону жана оптималдаштырууну камтыйт, алар максималдуу калыбына келтирилүүчү жылуулук үчүн ысык жана муздак композиттик ийри сызыктарды тегиздөө үчүн кысуу анализи менен жетектелет. Мисалы, дистилляция жана алдын ала ысытуу бөлүмдөрүндө ребойлердин жана конденсатордун жылуулук милдеттерин тегиздөө энергияны олуттуу үнөмдөөгө жана буу өндүрүү аркылуу пайда болгон парник газдарынын чыгарылышын азайтууга мүмкүндүк берет. Учурдагы өнөр жайлык изилдөөлөр коммуналдык кызматтардын 25% га чейин кыскарганын, энергиянын баасынын жана экологиялык талаптарга жооп берүүдө түздөн-түз пайда алып келгенин билдирди.
Дагы бир маанилүү оптималдаштыруу рычагы - тоютту кайра иштетүү. Кумен процессинде бензол менен пропиленди толук конвертациялоо сейрек учурларда гана бир реактордун өтмөгүндө ишке ашат. Реакцияга кирбеген бензол менен куменди кайра иштетүү менен, процесс реактивдердин натыйжалуу конверсиясын жогорулатат жана катализатор ресурстарын натыйжалуураак колдонот. Бул ыкма чийки заттын жоготууларын азайтып гана тим болбостон, заводдун жалпы түшүмдүүлүгүн жогорулатууга да өбөлгө түзөт. Натыйжалуу кайра иштетүү циклинин дизайны басымдын төмөндөшүн минималдаштырууну, реалдуу убакыттагы курамды көзөмөлдөөнү жана агымдын так тең салмактуулугун эске алат. Кайра иштетүүнү башкарууну жакшыртуу катализатордун булгануу коркунучун азайтат жана катализатор циклинин иштөө мөөнөтүн узартат, бул токтоп калуу убактысын жана катализаторду алмаштыруу чыгымдарын азайтат.
Aspen Plus жана MATLAB сыяктуу эксергияны талдоо куралдары ар бир өсүмдүк бөлүгүн деталдуу термодинамикалык баалоону жүргүзүүгө мүмкүндүк берет. Изилдөөлөр эң чоң эксергия жоготуулары – жана ошентип, жакшыртуу потенциалы – жогорку температурадагы дистилляция жана бөлүү блокторунда экенин тастыктайт. Ошондуктан, энергия агымдарын оптималдаштыруу жана бүтүндөй өсүмдүк боюнча кайтарылгыстыктарды минималдаштыруу максатында, бул бөлүктөргө сандык, симуляцияга негизделген багыттоо артыкчылыктуу болуп саналат.
Реактор жана дистилляция колоннасынын иштеши
Реактордун өлчөмүн жана дизайнын оптималдаштыруу капиталдык чыгымдарды эксплуатациялык натыйжалуулук менен тең салмактоо үчүн абдан маанилүү. Реактордун көлөмү, туруу убактысы жана катализатордун жүктөмү басымдын ашыкча төмөндөшүнө же коммуналдык кызматтардын ашыкча керектелишине алып келбестен, бир жолку жогорку конверсияларды камсыз кылуу үчүн туураланышы керек. Мисалы, реактордун диаметрин көбөйтүү басымдын төмөндөшүн азайтышы мүмкүн, бирок аралаштыруунун натыйжасыздыгына алып келиши мүмкүн, ал эми узунураак реакторлор реакциянын тең салмактуулук чектөөлөрүнөн жана кошумча продуктунун пайда болушунан улам кайтарымдуулуктун азайышына чейин конверсияны жакшыртат.
Агымдагы дистилляция колонкасы үчүн, айрыкча чийки дистилляция үчүн, кайнатуу катышын, берүү жайгашкан жерин, лотоктордун аралыгын жана колонканын басымын оперативдүү жөндөө куменди реакцияга кирбеген бензолдон, полиизопропилбензолдон жана башка кошумча продуктылардан так бөлүүгө мүмкүндүк берет. Натыйжалуу дистилляция конфигурациясы куменди калыбына келтирүүнү жогорулатып гана тим болбостон, ребойлерлерге жана конденсаторлорго жүктү азайтат, бул түздөн-түз энергия чыгымдарын кыскартууга алып келет. Каптал тартмаларды же бөлүнгөн берүү конструкцияларын стратегиялык колдонуу ацетон жана кумен сыяктуу жакын кайнаган компоненттердин ортосундагы бөлүүнү жакшыртып, фенол жана ацетон рыногу талап кылган жогорку тазалыктагы фенол менен ацетондун өндүрүшүн колдойт.
Төмөндө рестиляция колоннасынын энергетикалык профилинин өкүлчүлүктүүлүгү көрсөтүлгөн, анда ребойлердеги энергия агымдар жана конденсатордогу агып чыгуулар баса белгиленген, ошондой эле каптал жылуулукту калыбына келтирүү циклдери негизги жылытуу жана муздатуу системаларына болгон жалпы суроо-талапты азайтат.
Реакторду долбоорлоодогу инновация
Акыркы процесстерди интенсивдештирүү стратегиялары кумол реакторунун технологиясын кайра калыптандырууда. Микрокөбүкчөлүү жана миниатюризацияланган реактор системаларын колдонуу реактивдердин ортосундагы беттик байланышты жогорулатып, массанын тезирээк өткөрүлүшүнө жана жогорку селективдүүлүккө жетишет. Бул салттуу эмес реактор форматтары конверсиянын максаттарын сактап же ашып өтүп, төмөнкү жашоо убактысында иштей алат, ошону менен синтезделген продуктунун бирдигине талап кылынган энергияны азайтат.
Микрокөбүктүү реакторлор температуранын кескин көтөрүлүшүн жакшыраак көзөмөлдөөнү камсыз кылат жана катализаторлорду ууландыруучу же андан кийинки бөлүүнү татаалдаштыруучу оор кошумча продуктулардын пайда болушун азайтат. Бул ысык чекиттерди жана басымдын кескин көтөрүлүшүн минималдаштыруу менен коопсуздукту жакшыртат жана эмиссияны, калдык жылуулукту жана чийки заттын ашыкча керектелишин азайтуу аркылуу айлана-чөйрөгө тийгизген таасирин азайтат. Мындан тышкары, миниатюралык реакторлор борбордон ажыратылган, модулдук завод архитектураларын түзүүгө мүмкүндүк берет, фенол жана ацетон өндүрүүгө болгон рыноктук суроо-талаптын өзгөрүшүнө ылайыкташтыруу үчүн жеткиликтүү масштабдалат.
Бул инновациялар кумендин кычкылдануусунда жана гидропероксиддин ажыроосунда реакторлордун натыйжалуулугу жана процесстин туруктуулугу үчүн жаңы эталонду түзүүдө, фенол-ацетон биргелешип өндүрүшүн оптималдаштырууда жана ацетонду тазалоо ыкмаларында жана кетонду тазалоо процесстеринде талап кылынган продуктунун тазалыгынын барган сайын катуу стандарттарына жооп берүүдө.
Бул процессти оптималдаштыруу тактикаларын колдонуу менен, өндүрүүчүлөр кумен процессинин катуу коопсуздук стандарттарынан баш тартпастан, энергиянын натыйжалуулугу, заводдун өндүрүмдүүлүгү, тазалык максаттары жана туруктуулуктун ортосундагы жогорку тең салмактуулукка жетише алышат.
Агымдын төмөнкү агымында иштетүү: фенол жана ацетонду бөлүү
Кумол гидропероксидинин ажыроосунан кийин фенол менен ацетонду бөлүү дистилляция жана тазалоо кадамдарынын так ырааттуулугун талап кылат. Энергияны натыйжалуу башкаруу жана продукцияны калыбына келтирүү ири масштабдуу фенол менен ацетон өндүрүүдөгү процесстин дизайнын жана операциялык практикасын калыптандырат.
Продукцияны бөлүү ырааттуулугу
Агымдагы бөлүк реактордун чийки чыгышын тазалоодон башталат, анын курамында фенол, ацетон, суу, α-метилстирол, кумен, бензол жана башка анча чоң эмес кошумча продуктулар бар. Реактордон чыкканда, аралашма нейтралдашат жана эгерде көп суу болсо, фазаны бөлүү жүргүзүлөт.
Биринчи бөлүү фокусу ацетонду бөлүп алуу болуп саналат. Ацетондун кайноо температурасы төмөн болгондуктан (56 °C), ал, адатта, жогорку кайноо температурасы бар органикалык фазанын калган бөлүгүнөн жогору айдалат. Бул чийки дистилляция колонкасында ишке ашат, анда ацетон, суу жана жеңил кошулмалар жогору карай өтөт, ал эми оор кошулмалары бар фенол төмөнкү продукт бойдон калат. Үстүнкү ацетондо дагы эле суу жана башка жеңил учтардын издери болушу мүмкүн, андыктан ал андан кийин кургатуудан жана тазалоодон өтүшү мүмкүн — эгерде өтө жогорку тазалык талап кылынса, азеотроптук же экстракциялык дистилляция аркылуу — бирок көпчүлүк коммерциялык операцияларда кадимки дистилляция жетиштүү.
Фенолго бай калдык андан ары дистилляциялык колонкалардын ырааттуулугунда тазаланат. Биринчиси калдык ацетон, бензол жана эриген газдар сыяктуу жеңил учтарды алып салат. Кийинки фенол колонкасы негизги бөлүүнү камсыз кылат, таза фенолду берет жана колонканын түбүндөгү жогорку кайноочу кошумча продуктыларды бөлөт. Көпчүлүк макеттерде α-метилстирол сыяктуу баалуу кошумча продуктылар да капталдан тартуу же андан кийинки дистилляция кадамдары менен калыбына келтирилет. Бул колонкалар бөлүү натыйжалуулугун максималдуу түрдө жогорулатуу жана продуктунун жоготууларын минималдаштыруу үчүн эсептелген басым жана температура графигинде иштейт.
Дистилляциялык колонканын жана чийки дистилляциялык колонканын иштеши
Дистилляциялык колонкалар ацетон менен фенолду тазалоодо борбордук орунду ээлейт. Алардын дизайны жана иштеши кумол өндүрүү процессиндеги тазалыкка, түшүмдүүлүккө жана энергия керектөөгө түздөн-түз таасир этет.
Ацетонду кетирүү үчүн, чийки дистилляция колонкасы ацетон менен фенолдун ортосундагы туруксуздук айырмасын эске алуу менен жогорку бөлүү натыйжалуулугун камсыз кылышы керек. Натыйжалуу лотоктору же жогорку өндүрүмдүүлүктөгү таңгагы бар бийик колонкалар колдонулат. Энергияны интеграциялоо абдан маанилүү; үстүнкү буудан чыккан жылуулук тоютту алдын ала ысытышы же ребойлер схемаларында калыбына келиши мүмкүн, бул жалпы энергияны керектөөнү азайтат, бул процессти симуляциялоо изилдөөлөрүндө далилденген, бул ири заводдордо жылуулукту интеграциялоону ишке ашыргандан кийин энергияны керектөөнүн салыштырмалуу көлөмүнүн 15% га азайгандыгын билдирет ([Chemical Engineering Progress, 2022]).
Иштөөдөгү кыйынчылыктарга негизинен ацетон менен суунун ортосунда азеотроптун пайда болушу кирет. Бул толук бөлүүнү татаалдаштырышы мүмкүн болсо да, өнөр жай масштабындагы салыштырмалуу туруксуздук адатта кадимки ректификацияга өбөлгө түзөт. Ацетон буусунун жоголушун болтурбоо жана термодинамикалык кыймылдаткыч күчтөрдү сактоо үчүн басымды көзөмөлдөө өтө маанилүү. Үстү жана асты жагында температураны так башкаруу продуктуларды термикалык жактан начарлатпастан максаттуу курамдарга жетишүүнү камсыз кылат.
Фенолду дистилляциялоо өзүнүн чектөөлөрүнө туш болот. Фенолдун жогорку кайноо температурасы жана кычкылданууга сезгичтиги колонканын ички бөлүктөрү коррозияга туруктуу болушу керек дегенди билдирет, көбүнчө атайын эритмелер колдонулат. Колоннанын басымы энергия чыгымдарын тең салмактоо жана ажыроо коркунучун минималдаштыруу үчүн жөнгө салынат. α-метилстирол сыяктуу термикалык полимерлешүүгө жакын продуктылар тез алынып, кошумча реакцияларды басуу үчүн муздатылат.
Татаал процессти башкаруу элементтери жана сызыктуу өлчөөчү түзүлүштөр, мисалы, Лоннметр, сызыктуу тыгыздык жана илешкектик өлчөгүчтөрү, тилкенин иштешин так жөнгө салуу үчүн үзгүлтүксүз колдонулат, бул тазалык максаттарына жана тилкенин массалык балансына үзгүлтүксүз жетишүүнү камсыз кылат.
Гидропероксиддин ажыроосу жана продукцияны калыбына келтирүү менен интеграциялоо
Ажыроо, бөлүү жана тазалоочу бирдиктерди үзгүлтүксүз интеграциялоо кумен процесси үчүн абдан маанилүү. Реакциядан чыккан агындылар түз эле төмөнкү бөлүнүүгө өтөт. Тез которуу каалабаган кошумча реакцияларды же полимерлешүүнү минималдаштырат.
Ар бир бөлүү этабы кийинкиси менен тыгыз байланышкан. Үстүнкү ацетон тез конденсацияланып, учуучу жоготуулардын алдын алуу үчүн чогултулат. Фенол жана кошумча продуктулар кошумча агымдары андан кийин тазалоо этаптарына кошулат. Баалуу кошумча продуктулар алынган жерлерде, алардын бөлүнүп чыгуу агымдары деталдуу фазалык жана курамдык анализден кийин алынат.
Негизги артыкчылык - жеңил учтар (ацетон/суу фракциясы) менен оор булгоочу заттардын (реакцияга кирбеген кумен, чайырлар) ортосундагы кайчылаш булганууну болтурбоо. Буга колонналардын ичиндеги буу-суюктук тең салмактуулугунун бир нече этаптары жана рефлюкс агымдарын колдонуу аркылуу жетишилет. Түтүктөр жана идиштер токтоп калууну жана кыска туташууну минималдаштыруу үчүн иштелип чыккан.
Оптималдаштырылган заводдордо ацетондун да, фенолдун да калыбына келүү көрсөткүчү 97% дан ашат, жоготуулар көбүнчө сөзсүз түрдө тазалоочу агымдар жана издердин учуп кетиши менен чектелет. Процесс учурунда пайда болгон, эриген органикалык заттарды камтыган агын суулар өзүнчө сакталат жана жөнгө салуучу талаптарга жооп берүү үчүн өнүккөн тазалоо системаларына жөнөтүлөт.
Натыйжалуу интеграция негизги өзгөрмөлөрдү үзгүлтүксүз көзөмөлдөөгө негизделген: Lonnmeter сыяктуу линия ичиндеги өлчөгүчтөрдөн алынган тыгыздык жана илешкектик көрсөткүчтөрү тоюттун сапатын жана продуктунун тазалыгын реалдуу убакыт режиминде текшерип, максималдуу түшүмдүүлүк жана эксплуатациялык коопсуздук үчүн кайтарым байланышты башкарууга мүмкүндүк берет.
Фенол-ацетон өндүрүшүндө натыйжалуу процессти долбоорлоо бекем бөлүү ырааттуулугуна, энергияны оптималдаштырылган дистилляцияга, реакция менен тазалоонун тыгыз интеграциясына жана үзгүлтүксүз сызык ичиндеги мониторингге негизделген, бул процесстин үнөмдүүлүгүн жана продукциянын сапатын колдойт.
Ацетонду тазалоонун өркүндөтүлгөн ыкмалары
Фенол-ацетон биргелешип өндүрүлгөндөн кийин кумен процесси аркылуу ацетонду тазалоо продуктунун сапатына катуу талаптар менен аныкталат. Ацетонду тазалоонун тиешелүү ыкмасын тандоо акыркы колдонуунун тазалык талаптарына, жөнгө салуучу чектөөлөргө жана кумен гидропероксидинин ажыроосунда жана жогорку реакцияларда пайда болгон кошулма профилине жараша болот.
Ацетонду тазалоонун негизги принциптери
Кумендин кычкылдануусунан пайда болгон чийки ацетондун курамында бир топ өлчөмдө суу, фенол, α-метилстирол, кумен, ацетофенон, карбон кислоталары, альдегиддер жана башка кычкылтек менен байытылган органикалык заттар бар. Трансфузиялык тазалоо бул кошулмаларды жок кылуу үчүн колдонулат. Негизги бөлүгү этап-этабы менен дистилляцияланат:
- Баштапкы колонналар оор жана жогорку температурада кайнаган кошулмаларды — негизинен фенолду, α-метилстиролду, ацетофенонду жана чайыр пайда кылуучу заттарды — түбүнөн алуу менен жок кылат. Ортоңку фракция ацетон-суу азеотропун камтыйт, ал эми жеңил учтарды (реакцияга кирбеген кумен сыяктуу) кийинки бөлүктөрдө үстүнкү бетине бөлүүгө болот.
Азеотроптук дистилляция көбүнчө татаал ацетон-суу аралашмаларын бөлүү үчүн маанилүү, ал азеотроптук курамды бузуу жана ацетондун тазалыгын жогорулатуу үчүн углеводороддук сиңирүүчү каражатты колдонот. Кошулмалардын кайноо температурасы окшош болгон жерлерде экстракциялык дистилляция — гликолдор же атайын эриткичтер менен — колдонулат. Бул жерде кошулма салыштырмалуу учуучулукту өзгөртүп, тыгыз байланышкан органикалык заттарды натыйжалуу бөлүүгө жана ацетондун чыгышын максималдуу түрдө жогорулатууга мүмкүндүк берет.
Дистилляциядан тышкары, адсорбциялык тазалоо кадамдары калдык фенолду жана полярдык кошулмаларды жок кылат. Активдештирилген көмүр, кремний гели жана ион алмашуучу чайырлар бул ролду колонка баскычтарынын ортосунда же андан кийин мыкты аткарат. Кычкыл органикалык заттар бар болгон учурда, процесс акыркы дистилляцияга чейин туздарды жана кислоталарды бөлүп алуу үчүн каустикалык соданы нейтралдаштырууну, андан кийин суу менен жууп салууну камтышы мүмкүн.
Жогорку тазалыктагы ацетон (көпчүлүк өнөр жай же лабораториялык талаптар үчүн ≥99,5 салмактык%) көп учурда суунун (<0,3 салмактык%), фенолдун (<10 ppm), оор ароматтык заттардын (<100 ppm) жана жалпы учпаган заттардын (<20 ppm) спецификацияларынын аткарылышын камсыз кылуу үчүн майда чыпкалоону жана өркүндөтүлгөн адсорбцияны айкалыштырган акыркы "жылтыратуу" этабынан өтөт. Бул электроника же фармацевтикалык класстагы ацетон үчүн абдан маанилүү.
Дистилляциядагы оптималдаштыруу жана көйгөйлөрдү чечүү
Ацетонду дистилляциялоо процессинин натыйжалуулугу дистилляция колонкасынын так дизайнына жана тартиптүү иштешине байланыштуу. Фракциялоо колонкалары күчтүү масса алмашууну жана оптималдуу бөлүнүүнү камсыз кылуу үчүн өлчөмдөрү жана иштеши менен айырмаланат. Тазалыгын да, түшүмүн да максималдуу түрдө жогорулатуучу бир нече стратегиялар:
- Көптөгөн табакчалары же жогорку натыйжалуу структураланган таңгагы бар бийик мамычалар, айрыкча ацетон-суу же ацетон-кумен кайноо температуралары жакын болгон жерлерде, так бөлүнүүнү камсыз кылат.
- Ребойлерлер менен конденсаторлордун ортосундагы жылуулук интеграциясы (мисалы, буу рекомпрессиясы же жылуулук алмаштыргычтар аркылуу) энергия керектөөнү азайтат жана температураны турукташтырат, бул ырааттуу бөлүүнү колдойт.
- Тыгыздыкты жана курамды үзгүлтүксүз көзөмөлдөөнүн (Lonnmeter сыяктуу тыгыздык өлчөгүчтөрү менен) негизинде рефлюкс катышын жана продукциянын агып кетүү ылдамдыгын так жөндөө тез жөндөөгө жана продукцияны так бутага алууга мүмкүндүк берет, ар бир партиянын тазалыктын бекем критерийлерине жооп беришин камсыздайт.
Көп кездешүүчү дистилляция көйгөйлөрүнө колонкалардын суу каптоосу, көбүктөнүү жана калдыктардын топтолушу кирет:
Колонналардын суу каптоосу агым ылдамдыгы өтө жогору болгондо пайда болот — суюктук ылдый эмес, өйдө карай жылып, бөлүү эффективдүүлүгүн кескин төмөндөтөт. Муну чечүү үчүн өткөрүү жөндөмдүүлүгүн азайтуу же кайтуу катыштарын тууралоо талап кылынат. Көбүктөнүү жогорку буу ылдамдыгынан же беттик активдүү заттардын (мисалы, чайырлардын же фенолдун издеринин) болушунан келип чыгат. Көбүктөнүүгө каршы агенттер, колонналарды кылдат профилдөө жана процесстик агымдарды этап-этабы менен киргизүү туруктуу көбүктөнүүнү басаңдата алат.
Көбүнчө дистилляциялык блоктун эң төмөнкү лотокторунда же кайра кайнатуучу жайында байкалган калдыктардын топтолушу олигомеризация продуктуларынан же чайырдан келип чыгат. Түбүндөгү продуктуну мезгил-мезгили менен алып салуу, үзгүлтүксүз тазалоо жана температуралык профилдерди белгиленген чекте кармоо чайырдын пайда болушун азайтып, колоннанын узак кызмат кылуусун камсыз кылат.
Азеотропторду бөлүп жатканда же тыгыз кайнап жаткан кошулмаларды башкарууда, кадимки лотокторду жогорку натыйжалуу таңгактоочу материалдар менен алмаштырууга болот. Колонна боюнча температура жана басым профилдери тар терезелерде кармалат. Автоматташтырылган өлчөөчү приборлор — мисалы, үзгүлтүксүз сызык ичиндеги тыгыздыкты өлчөө — операторлорго спецификациядан тышкары продукцияны тез аныктоого жана реалдуу убакыт режиминде жооп берүүгө мүмкүндүк берет, бул операциялык натыйжалуулукту жана түшүмдүүлүктү жогорулатат.
Фенол жана ацетон өндүрүү үчүн ацетонду көп баскычтуу дистилляциялоону жана тазалоону көрсөткөн жөнөкөйлөтүлгөн блок-схема (стандарттык практикага негизделген жеке чийме)
Ацетонду тазалоонун бул өнүккөн ыкмаларынын айкалышкан таасири кумен өндүрүү процессинен алынган кошумча продукцияларды коопсуз иштетүүнү, ацетон жана фенол рыногунун стандарттарына ишенимдүү шайкеш келүүнү жана айлана-чөйрөгө тийгизген таасирин азайтууну камсыз кылат.
Өнөр жайды оптималдаштыруу жана туруктуулук үчүн кесепеттери
Кумол өндүрүү процессинде процесстин дизайнын, катализди жана бөлүү тандоолорун ресурстардын натыйжалуулугу менен тыгыз байланыштыруу өтө маанилүү. Интеграцияланган процесстин дизайны фенол-ацетон биргелешип өндүрүшүнүн ар бир этабында өндүрүмдүүлүктү максималдуу түрдө жогорулатуу жана калдыктарды азайтуу үчүн реакция инженериясын, бөлүү технологиясын жана энергияны калыбына келтирүүнү уюштурат. Күчтүү катуу кислота катализаторлору (цеолиттер жана гетерополикислоталар сыяктуу) сыяктуу өнүккөн каталитикалык системаларды жайылтуу менен, операторлор кумол гидропероксидинин ажыроосунда жогорку селективдүүлүккө жетишип, α-метилстирол жана ацетофенон сыяктуу кошумча продуктулардын пайда болушун азайтышат. Бул селективдүүлүктү жогорулатуу процесстин өндүрүмдүүлүгүн гана жакшыртпастан, калдыктардын агымын азайтуу аркылуу туруктуулукту да колдойт.
Гидропероксиддик ажыроо катализаторлорун тандоодо процессти интенсивдештирүү маанилүү ролду ойнойт. Мисалы, бир тектүү жана гетерогендүү катализдин өзгөчөлүктөрүн айкалыштырган гибриддик каталитикалык ыкмалар иштөө ийкемдүүлүгүнүн жогорулашынан жана катализатордун иштөө мөөнөтүн узартышынан улам популярдуулукка ээ болууда. Ошого карабастан, катализатордун дизайны жогорку активдүүлүктү жана туруктуулукту кокстоо жана кошулмалар менен уулануу сыяктуу көйгөйлөргө каршы айкалыштырышы керек, бул катализатордун минималдуу айлануусун жана колдонулган катализаторду жок кылуудан келип чыккан экологиялык жүктөмдү камсыз кылат. Катализатордун үзгүлтүксүз инновациялары ресурстардын натыйжалуулугуна түздөн-түз таасир этет, чийки заттын жоготууларын азайтат жана коммуналдык муктаждыктарды минималдаштырат.
Процесстин дизайнын интеграциялоо, айрыкча ацетонду тазалоо жана ацетонду дистилляциялоо процессинде, өнөр жайлык оптималдаштыруу үчүн абдан маанилүү бойдон калууда. Бөлүүчү дубал мамычалары сыяктуу өнүккөн дистилляция колонналарынын дизайнын жана энергияны үнөмдөөчү мембранага негизделген бөлүүлөрдү ишке ашыруу үнөмдүү жана туруктуу иштөөгө мүмкүндүк берет. Мисалы, бөлүүчү дубал мамычалары чийки дистилляция колоннасынын иштешин жөнөкөйлөтөт, бул салттуу көп мамычалуу орнотууларга салыштырмалуу 25% га чейин энергияны үнөмдөөгө алып келет, ошол эле учурда физикалык заводдук мейкиндикти бошотот. Андан тышкары, чымчып талдоо сыяктуу ыкмаларды колдонуу менен иштелип чыккан татаал жылуулук интеграциялоо стратегиялары фенол жана ацетон өндүрүш аянтчаларын жаңыртуу документтештирилген маалыматтарда көрсөтүлгөндөй, буу керектөөнүн 20% дан ашканын көрсөттү. Бул чаралар парник газдарынын чыгарылышынын төмөндөшүнө жана казылып алынган отундан алынган буу булактарына көз карандылыктын азайышына алып келет.
Суу менен жылуулукту интеграциялоо кумендин кычкылдануу процессинде жана андан кийинки бөлүү кадамдарында ресурстардын натыйжалуулугун андан ары жогорулатат. Каскаддык кайра иштетүү системалары жана стратегиялык жактан жайгаштырылган өчүрүү зоналары агынды суулардын көлөмүн жана булгануу интенсивдүүлүгүн жөнгө салуу менен агынды суулардын чыгышын 40% га чейин азайта алат. Бул, айрыкча, агынды сууларды чыгарууга жана көмүртек бөлүп чыгарууга чектөөлөр күчөтүлүп жаткан фенол жана ацетондун ири рынокторундагы өнүгүп келе жаткан жөнгө салуучу алкактарга шайкеш келүү үчүн маанилүү.
Кумен процессин колдонуу менен фенол-ацетон биргелешип өндүрүү контекстинде жөнгө салуу жана экологиялык маселелер өзгөчө нюанстарга ээ. Кумен гидропероксиди сыяктуу кооптуу аралык продуктуларга катуу көзөмөл жогорку тобокелдиктеги операциялар учурунда так процессти көзөмөлдөөнү жана реалдуу убакыт режиминде коопсуздукту көзөмөлдөөнү талап кылат. Айрыкча Түндүк Америка жана Европа юрисдикцияларындагы экологиялык эрежелер агынды сууларды тазалоо, эмиссияны көзөмөлдөө жана эриткич/жылуулукту кайра иштетүү боюнча талаптарды күчөтөт. Шайкештик стратегиялары алгачкы этаптагы процесстерди долбоорлоого киргизилген, көбүнчө заводдун схемасын жана технологияны тандоону түздөн-түз калыптандырган процесстин массалык интенсивдүүлүгүнүн метрикасын жана жашоо циклин талдоону камтыйт.
Реалдуу убакыт режиминде мониторинг жүргүзүү жана процессти оптималдаштыруу натыйжалуулукту сактоо жана болтурбоо мүмкүн болгон процесстик жоготууларды минималдаштыруу үчүн маанилүү. Мисалы, Lonnmeter компаниясынын тыгыздык өлчөгүчтөрү жана илешкектик өлчөгүчтөрү ацетон менен фенолду өндүрүү процессинде реакциянын жана бөлүү параметрлерин үзгүлтүксүз, жеринде башкарууга мүмкүндүк берет. Продукциянын жана кошумча продукциянын концентрациясын так көзөмөлдөө менен операторлор маанилүү өзгөрмөлөрдү — мисалы, кайтуу катыштарын, дистилляциядагы кесүү чекиттерин жана катализатордун дозасын — так жөндөй алышат, ошону менен энергияны керектөөнү азайтып, спецификациядан тышкары же калдык материалдардын көлөмүн чектей алышат.
Реалдуу убакыттагы сенсордук маалыматтар менен колдоого алынган өнөр жайлык дистилляция ыкмаларын колдонуу, ошондой эле, бузулуу шарттарында көйгөйлөрдү чечүүнү жана өчүрүүгө жооп кайтарууну тездетет. Өнөктүктөн өнөктүккө өзгөрмөлүүлүктүн азайышы жана партиялык кайра чыгаруунун жогорулашы менен операторлор түз чыгымдарды үнөмдөөгө, чийки заттын запастарынын азайышына жана экологиялык бузулуулардын азайышына жетишишет. Натыйжада, так өлчөө технологиялары менен катализделген реалдуу убакыттагы процессти оптималдаштыруу атаандаштыкка жөндөмдүү, шайкеш жана туруктуу фенол менен ацетон өндүрүү үчүн зарыл бойдон калууда.
Көп берилүүчү суроолор (КБС)
Кумен процесси деген эмне жана ал фенол-ацетондун биргелешип өндүрүшү үчүн эмне үчүн маанилүү?
Кумен процесси, ошондой эле Хок процесси деп да аталат, фенол менен ацетонду бирдиктүү интеграцияланган ырааттуулукта биргелешип өндүрүүнүн өнөр жайлык ыкмасы болуп саналат. Ал алкилдөөдөн башталат, мында бензол пропилен менен реакцияга кирип, цеолиттер же фосфор кислотасы сыяктуу катуу кислота катализаторлорун колдонуп куменди пайда кылат. Андан кийин кумен аба менен кычкылданып, кумен гидропероксидин пайда кылат. Бул аралык продукт кислота-катализатордук бөлүнүүгө дуушар болуп, фенол менен ацетонду так 1:1 молярдык катышта пайда кылат. Бул процесс маанилүү, анткени ал дүйнөлүк фенол менен ацетон өндүрүшүндө үстөмдүк кылат, жогорку түшүмдүүлүктү жана ресурстарды интеграциялоону камсыз кылат. 2023-жылга карата дүйнөлүк фенолдун болжол менен 95% ушул процесс аркылуу өндүрүлөт, бул анын өнөр жайлык жана экономикалык борбордук маанисин баса белгилейт.
Кумол гидропероксидинин ажыроосу процесстин коопсуздугуна жана түшүмдүүлүгүнө кандай таасир этет?
Кумол гидропероксидинин ажыроосу өтө экзотермикалык мүнөзгө ээ, ал бир топ жылуулук бөлүп чыгарат. Эгерде кылдаттык менен башкарылбаса, ал жылуулуктун агып кетишине, жарылууларга же өрттөргө алып келиши мүмкүн - бул процессти долбоорлоого жана эксплуатациялык тартипке катуу талаптарды коет. Гидропероксиддин ажыроо катализаторлорун кылдат тандоо жана реакция шарттарын катуу көзөмөлдөө коопсуз иштөө үчүн абдан маанилүү. Температураны жана реакция ылдамдыгын көзөмөлдөө фенол менен ацетондун чыгышынын максималдуу болушун камсыз кылат, ошол эле учурда кошумча продуктулардын пайда болушун жана коопсуздук тобокелдиктерин минималдаштырат. Өнөр жайдын эң мыкты тажрыйбасына үзгүлтүксүз системаны көзөмөлдөө, авариялык өчүрүү жана экзотермикалыкты башкаруу жана басымдын кескин көтөрүлүшүн токтотуу үчүн реактордун бекем конструкциясы кирет.
Чийки дистилляция колонкасы кумен өндүрүү процессинде кандай ролду ойнойт?
Чийки дистилляция колонкасы гидропероксидди бөлүүдөн кийинки негизги блок болуп саналат. Ал фенолду, ацетонду, реакцияга кирбеген куменди жана майда кошумча продуктыларды бөлүп алат. Чийки дистилляция колонкасынын натыйжалуу иштеши продукциянын калыбына келүүсүн жогорулатат, энергияны керектөөнү азайтат жана кийинки тазалоо этаптарына түз агымдар пайда кылат. Дистиллляция колонкасынын конструкциясы жана иштеши ар кандай курамдык бөлүктөрүнүн жакын кайноо чекиттерин эске алышы керек, бул температураны жана басымды көзөмөлдөөдө тактыкты талап кылат. Дистиллляциядагы бузулуулар продукциянын жоголушуна, булганууга же ашыкча коммуналдык чыгымдарга алып келиши мүмкүн.
Фенол-ацетон өндүрүүдө ацетонду тазалоо эмне үчүн зарыл?
Кумен процессинен алынган ацетон бир катар кошулмаларды камтыйт: кошумча реакция продуктулары (мисалы, метилизобутилкетон, изопропанол), суу жана кычкылдануу жана бөлүнүү учурунда пайда болгон органикалык кислоталар. Ацетон фармацевтикада, эриткичтерде жана пластмассаларда кийинки колдонуу үчүн катуу өнөр жай стандарттарына жооп бериши үчүн катуу тазалоо талап кылынат. Дистилляциялык колонналар аркылуу тыгыз фракциялоо сыяктуу тазалоо процесстери бул кошулмаларды кетирет. Таза ацетон ошондой эле жогорку рыноктук бааны талап кылат, бул натыйжалуу тазалоонун экономикалык негиздемесин бекемдейт.
Процесстик интеграция жана реактордук инновациялар кумен процессинин экономикалык жана экологиялык профилин кантип жакшырта алат?
Процессти интеграциялоо жылуулукту калыбына келтирүү, реакцияга кирбеген материалдарды кайра иштетүү жана энергияны керектөөнү азайтуу үчүн агрегаттардын ишин жөнөкөйлөтүү мүмкүнчүлүктөрүн колдонот. Мисалы, реакциянын жылуулук экспортун интеграциялоо же дистилляциялык ырааттуулуктарды айкалыштыруу күйүүчү май жана коммуналдык чыгымдарды азайта алат. Микрокөбүктүү реакторлор сыяктуу жетишкендиктерди колдонуу масса алмашууну жакшыртып, кычкылдануу натыйжалуулугун жогорулатып, калдыктардын пайда болушун азайтаарын көрсөттү. Бул инновациялар жалпысынан эмиссияны жана агынды суулардын пайда болушун азайтуу менен айлана-чөйрөгө тийгизген таасирин азайтат, ошол эле учурда жалпы иштетүү чыгымдарын кыскартат, фенол-ацетон биргелешип өндүрүшүн туруктуураак жана экономикалык жактан бекем кылат.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 19-декабры
