các phơng pháp sản xuất axetandehyt
3.2.2.Sản xuất axetandehyt bằng cách hidrat hĩa axetylen tiến hàn hở pha khí
khí .
Năm 1916 ngời ta đã nghiên cứu phơng pháp điều chế axetandehyt bắng cách hidrat hĩa axetylen dùng xúc tác rắn, nhng mãi đến những năm gần đây mới áp dụng vào cơng nghiệp xúc tác tốt nhất là axit photphoric (H3PO4) và muối kẽm tẩm trên than hoạt tính silicagen. dùng xúc tác này axetandehyt đạt hiệu suất 92 ữ 96% so với lý thuyết và axetandehyt chuyển hĩa đợc 60% những xúc tác này cĩ hoạt tính kém hơn thủy ngân và chỉ cĩ thể làm việc ở nhiệt độ cao, đợc sử dụng nh xúc tác dị thể, nhiệt độ cao thì phản ứng tiến hành càng nhanh nhng xúc tác cũng mau mất hoạt tính. Trong thực tế ngời ta sử dụng hỗn hợp CdHPO4.Ca3(PO4)2 vừa cĩ tính axit và vừa chứa nguyên tố cùng nhĩm với thủy ngân trong bảng hệ thống tuần hồn. Hỗn hợp này làm việc ở 350-4500c, hiệu ứng nhiệt của phản ứng hidrat hĩa rất lớn nên dễ nung nĩng xúc tác làm cho quá trình tạo sản phẩm phụ. Để khắc phục điều này ngời ta cho d hơi nớc. Với tỷ số axtylen và hơi nớc thờng dùng là 1:10 đến 1: 20 hoặc cĩ thể pha thêm khí trơ với hơi nớc và cho qua lớp xúc tác ở nhiệt độ cao. Dùng vận tốc C2H2 lớn và giảm thời gian tiếp xúc giữa C2H2 và lớp xúc tác đến 1/10 giây nhằm làm giảm sản phẩm phụ.
Dùng phơng pháp này ta cĩ thể sử dụng C2H2 nồng độ thấp, cĩ thể dùng C2H2 khi nhiệt phân C2H4 nh vậy giảm đợc giai đoạn làm giàu C2H2. Độ chuyển hĩa của C2H2 là 40 ữ50% thì hiệu suất tạo thành axetandehyt là 89%, andehyt crotonic 6 ữ 7%, axit axetic 0,5 ữ 1% và axeton là 0,3% . Do những u điểm trên mà phơng pháp này cĩ triển vọng phát triển.
Hình (2): Sơ đồ cơng nghệ sản xuất axetandehyt đi từ axetylen ở pha khí
Chú thích: 5,6,7: máy phun ; 14: thiết bị nung nĩng; 16, 24, 34: thiết bị phản ứng; 18,29,38,43: thiết bị tách; 48,54: thiết bị cất phân đoạn; 37, 41,51: thiết bị làm lạnh; 56: thiết bị gia nhiệt; 36,40,44: thiết bị khuấy trộn
quá trình đợc tiến hành trong tháp cĩ đờng kính 1- 1,5 m và cao 6 ữ10 m cĩ chứa dung dịch xúc tác cùng với nớc axit đi từ dới lên để nhằm tăng dung l- ợng hơi axetylen.
Dịng nguyên liệu axetylen đầu tiên đợc đa vào đờng (1) và sau dĩ chia làm 3 phần tơng đơng nhau là (2,3,4). Ba nguồn nguyên liệu này lần lợt đợc dẫn vào lỗ thốt máy phun (5,6,7). Dịng nguyên liệu (4) kết hợp với dịng tuần hồn (13) đợc dẫn vào đờng (12). Hỗn hợp axetylen và hơi nớc này đợc đa vào thiết bị nung nĩng (14) để tăng nhiệt độ lên 3150C, sau đĩ đa vào thiết bị (15). Tại đây tiếp xúc với chất xúc tác trong (16) .
Thiết bị chảy dịng chứa etylen chảy từ thiết bị phản ứng (2) cĩ chứa etylen và axetylen, sản phẩm axetandehyt với hơi sẽ thốt ra ngồi ở nhiệt độ 4250C ở đờng (17), dịng chảy này đợc trộn lẫn với hỗn hợp nguyên liệu và hơi sạch từ máy phun (6) ở đờng (18), nớc để làm lạnh ở đờng (19) phải đa vào đủ để làm giảm nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng ở trong ống (18) xuống 3150C là nhiệt độ phản ứng ban đầu mong muốn. Hỗn hợp ở (18) đợc đa vào thiết bị tháo lỏng
4 40 40 38 43 44 41 39 45 48 52 55 54 56 SP 51 61 31 34 24 16 23 15 17 18 21 27 25 29 30 6 7 2 1 N guyê n l iệ u 4 5 12 3 36 37 13 14
hình trụ (20) đa qua ống vào thiết bị phản ứng (23), ở trong thiết bị này cĩ tiếp xúc với xúc tác cố định (24) là canxi orthophosphat đã đợc hoạt hĩa 0,3% đồng orthophosphat.
Dịng chảy thứ (2) đợc tháo ra từ dịng chảy (23) qua ống (25) ở nhiệt độ 4250C cĩ thành phần tơng tự nh dịng chảy thiết bị (15). Nguyên liệu với hơi sạch đợc tháo ra từ máy phun 7 qua ống (26) đợc trộn với nớc lạnh qua ống (19) và vào ống (27) đợc trộn với hỗn hợp ra khỏi thiết bị phản ứng (23) để giảm nhiệt độ, sau khi hỗn hợp đã giảm nhiệt độ đợc dẫn vào thiết bị hình trụ (29). ở
đây cĩ ống (30) để thốt chất lỏng ra khỏi thiết bị lợng nớc làm lạnh trong ống (25) xuống 3150C là nhiệt độ tối u để bắt đầu phản ứng.
Hơi bay lên từ thiết bị tháo khuơn hình (29) theo đờng (31) vào thiết bị (32). ở thiết bị (32) nĩ tiếp xúc với lớp xúc tác cố định là canxi orthor -phosphat. Lợng xúc tác ở mỗi lớp thiết bị là nh nhau, mỗi loại chứa 48m3 chất xúc tác. Thiết bị tháo khuơn hình trụ để bảo vệ khơng cho dung dịch nớc đi vào thiết bị (23) và (32). Thơng thờng trong quá trình vận hành thiết bị này là khơng cần thiết.
Dịng thứ (2) tháo ra ở thiết bị (32) ở nhiệt độ 4250C cĩ thành phần của dịng nh dịng tháo ra ở thiết bị (15) và (24). Dịng thứ biến áp này qua ống (34) vào thiết bị đun nĩng ở thiết bị (14) bằng cách trao đổi nhiệt gián tiếp với hơi, trong ống (12). ở ống (14) dịng thứ biến áp này đợc làm lạnh tới nhiệt độ 2800C và dẫn vào thiết bị làm lạnh khơng khí (36) và ngng tụ (37) đợc đợc vào thiết bị tách nhanh (38), ở đĩ khí lỏng đợc tách ra rất hiệu quả. Quá trình này làm việc ở áp suất 15 psi.
Pha khí từ thiết bị tách (38) đợc vào ống (39) vào thiết bị nén cấp (2), khí đã đợc nén đa qua thiết bị làm lạnh trung gian (41) và sau đĩ vào thiết bị tách nhanh (43) để tách lỏng khí. Thiết bị (43) đợc vận hành ở áp suất 50 psi. Chất lỏng đợc tách ra từ thiết bị (43) đợc quay lại thiết bị tách nhanh (38). Khí bay ra khỏi thiết bị (43) vào thiết bị làm lạnh hai cấp cao hơn ở đĩ hỗn hợp khí đợc nén tới áp suất 170 psi.
Khí đã nén qua đờng (46) vào phân đoạn (47) của thiết bị phân đoạn (48). Một phần cịn lại của thiết bị cất phân đoạn đợc nạp với vật liệu nạp phù hợp nh yêu cầu. Dung dịch lỏng từ thiết bị tách (38) đợc đẩy vào phân cất phân đoạn. Thiết bị cất phân đoạn làm việc ở áp suất 150 psi và tới nhiệt độ đỉnh là 450C và nhiệt độ đáy là 1800C.
Hơi ở trên thiết bị (48) gồm etylen, axetylen cha phản ứng và sản phẩm axetandehyt đợc đa qua ống (52) vào phân đoạn nạp (53) của thiết bị bị cất phân
đoạn (54). Thiết bị đun sơi lại (55) và thiết bị ngng tụ (56) để cung cấp nhiệt cần thiết và lợng lỏng hồi lu trong quá trình vận hành thiết bị cất phân đoạn (53). Thiết bị này làm việc ở áp suất 135 psi. Nhiệt độ đỉnh là 250C và nhiệt độ đáy là 400C. Chất làm lạnh phù hợp nhất là propan và propylen đợc đa vào thiết bị (55) để duy trì nhiệt độ làm việc của thiết bị (53).
Hỗn hợp khí gồm etylen và axetylen cha phản ứng đợc tháo ra thì thiết bị (53) qua đờng (56) ra ngồi. Dịng hơi nớc đợc lấy ra từ đáy thiết bị (48) qua ống (48) qua ống (60). Một phần nhỏ lợng hơi nớc này qua ống (61), (19), (27) để giảm nhiệt độ của dịng chất lỏng của dịng thiết bị (15), (23) đi ra và cịn lại là nớc đa ra ngồi ống (62).