III.1. Cơ sở của phơng pháp:
Quá trình Sản xuất Phenol bằng phơng pháp oxy hố toluen đợc thực hiện qua hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: toluen bị oxy hố với sự cĩ mặt của xúc tác thành axit bezoic ở dạng lỏng:
Giai đoạn 2: Tách loại axit benzoic bằng cách đềcacbonxyl với xúc tác là oxy khơng khí để tạo ra phenol:
C6H5 – COOH O2 xt C6H5OH + CO2
Phản ứng oxy hố toluen xảy ra theo cơ chế chuỗi cần các gốc peoxyt: Ar-CH3 → Ar CH2 → Ar- CH2- OO → Ar- CH2- OOH →
Ar- CH2- O → Ar- CHO → Ar- CO → Ar- CO - OO → Ar- CH2- OO H Ar- CO- O → Ar- COOH
Năng lợng hoạt hố của quá trình oxy hố Toluen thành axit benzoic toả ra là: 136kj/mol. Một số lợng lớn các gốc tự do đợc sinh ra trong quá trình phản ứng hình thành ra các sản phẩm phụ khác nhau nh: Benzen alcohol(1%), Benzenalđehil (1 – 2 %), Benzyl Benzat (1-2%), Biphenyl (0,1 –0, 2 %), methybiphenyls (0,7 – 1 %). Thêm vào đĩ là sự hình thành của axit focmic, axit axetic và cácbon oxit, phản ứng xảy ra trong pha lỏng tại 120 – 150oC và 0,5 Mpa, với sự xúc tác Coban 30% Toluen đợc chuyển thành axit Benzoic. Trong quá trình oxy hố đềcacbonxyl của axit Benzoic tạo thành Cu(II) Benzoat.
Phản ứng đợc thực hiện ở 220 – 250oC và áp suất thờng hoặc 0,25 Mpa. Độ chọn lọc 90% các sản phẩm phụ của quá trình là Benzen và cặn nhựa cĩ nhiệt độ sơi cao. Xúc tác cho phản ứng oxy hố Tuloen là Coban lỏng nh Coban Naphtanlen hay Coban Benzoat với hàm lợng khoảng 100 – 300 ppm.
Đối với muối Cu(II) ta phải đợc cho thêm vào quá trình ete các bon xyl hố khoảng 1 – 5% hỗn hợp phản ứng.
III.2. Sơ đồ quy trình sản xuất: III.2.1. Sơ đồ cơng nghệ sản xuất :
1. Tháp oxy hố toluen 2. Thiết bị tinh chế khí thải 3. Tháp tải bốc hơi toluen 4. Tháp tách axít benzoic 5. Tháp oxy hố axít benzoic 6. Tháp tái bốc hơi nớc 7. Thiết bị tinh chế khí thải 8. Tháp tách phenol thơ 9. Tháp tách phenol 10. Thiết bị tách Phenol 11. Tháp tách căn phenol 12. Tháp tách benzen 13. Tháp tách nhựa phenol
benzene phenol nửụực thaỷi Catalyst 5 1 2 3 xuực taực toluene khõng khớ nhửùa 4 6 7 8 9 10 11 12 13
III.2.2.Thuyết minh dây chuyền sản xuất :
Toluen nguyên chất đợc đa vào tháp oxy hố (1) cùng với một lợng toluen tuần hồn và một lợng axít tơng ứng. Khơng khí đợc thổi vào tháp bằng ống phun khí. Khí thải chứa toluen và hơi nớc hình thành trong phản ứng đợc ngng tụ sau đĩ cho qua hệ thống sử lý khí thải (2) trớc khi thải ra mơi trờng, ở đây toluen đợc thu hồi lại. Do phản ứng toả nhiệt nên lị phản ứng cĩ hệ thống làm lạnh. Sản phẩm chính là axít benzoic đợc tách ra khỏi hỗn hợp trong tháp tái bốc hơi (3), toluen đợc quay trở lại tháp oxy hố. Sản phẩm đáy của tháp tái bốc hơi bao gồm axít benzoic và những sản phẩm phụ cĩ nhiệt độ sơi cao đợc chng ở tháp (4) để thu axít benzoic.
Quá trình oxy hố decacboxyl axít benzoic : Axít benzoic đợc đa vào tháp decacboxyl (5) cùng với lợng xúc tác cần thiết, giai đoạn này thực hiện trong pha lỏng. Khơng khí đợc đa vào ống phun cùng hơi nớc, phenol hình thành đ- ợc lấy ra từ tháp phản ứng dới dạng hơi và đem tách khí gồm toluen và benzen. Trong tháp tái sinh bay hơi nớc (6) hơi của khí trơ đợc tách khỏi cặn toluen và benzen trong thiết bị tách khí thải. Phenol đợc tháo ra ở đoạn giữa của tháp tái bốc hơi (6) và đợc tách ra từ tháp tách phenol thơ (8).Phân đoạn cĩ nhiệt độ cĩ nhiệt độ sơi cao từ đáy tháp tách phenol (9) đợc đem cất trích ly trong cột (12), sản phẩm đáy của tháp (6) chứa axít benzoic đợc tái tuần hồn trong thiết bị phản ứng (5). Nhựa hình thành trong thiết bị phản ứng đợc lấy ra liên tục .