a. Quá trình oxy hoá:
Quá trình oxy hóa cumen bằng oxy không khí hoặc oxy tinh khiết được thực hiện trong thiết bị bằng thép hoặc hợp kim. Quá trình thực hiện trong ba tháp, nó có thể cao hơn 20 m, người ta thường sử dụng các tháp sủi bọt được kết nối với nhau để thu được thời gian lưu phân bố tối ưu trách sự phân hủy cumen hydropeoxit. Dãy tháp được dùng phổ biến trong công nghiệp gồm có
từ 2 đến 4 tháp phản ứng. Quá trình phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 90 ÷1200C và ở áp suất khoảng 0,5 đến 0,7 Mpa. Khí thải từ thiết bị phản ứng được làm lạnh từ hai bồn ngưng tụ các chất hữu cơ tinh khiết. Nước được sử dụng để làm mát ở giai đoạn đầu tiên của quá trình và làm lạnh ở giai đoạn kế tiếp. Quá trình oxy hóa cumen là quá trình tự xúc tác, tốc độ của phản ứng tăng với sự tăng của nồng độ hydrroperoxit. Với phản ứng tốc độ thấp có thể được nhanh chóng nếu sử dụng xúc tác như là kim loại phetacyanua. Các hợp chất tạo thành song song với sự phân huỷ của hydroperoxit. Tuy nhiên chúng không được sử dụng trong công nghiệp.
Quá trình phản ứng là toả nhiệt khoảng 800kJ trên mỗi kg cumen hydroperoxit. Nhiệt của phản ứng được lấy ra nhờ quá trình làm mát. Sản phẩm phụ chính của quá trình là các sản phẩm được tạo thành do sự phân huỷ nhiệt hydroperoxit cumen. Nó xảy ra trong khoảng nhiệt độ lớn hơn 1300 C. Các hợp chất lưu huỳnh như là sufua, disunfua, thiol, sunfuaoxit, thiophel và phenol gây kìm hãm quá trình tự oxy hóa và bắt buộc phải tách ra.
Hàm lượng oxy trong khí thải từ các thiết bị phản ứng là khoảng 1÷6% thể tích. Tại áp suất phản ứng khoảng 0,5÷0,6 MPa nồng độ oxy tới hạn của sự bắt cháy của hỗn hợp cumen- không khí là vào khoảng 8,5% thể tích. Giới hạn nổ của hỗn hợp không khí và hơi cumen là khoảng 0,8÷8,8% thể tích cumen ở áp suất thường. ở áp suất 0,5 Mpa trên giới hạn nổ 10,3% thể tích Cumen. Hỗn hợp quá trình oxy hóa chứa khoảng 20 đến 30 % hydroperoxit Cumen. Nếu quá trình phản ứng xảy ra trong hệ thống alkali-stabol, hỗn hợp oxy hoá được rửa sạch bằng nước và các muối vô cơ trước quá trình phản ứng. Phenol được chưng luyện trong khoảng trống từ hỗn hợp quá trình oxy hóa ta thu được nồng độ hydroperoxit khoảng 65 đến 90% trước khi tách ra.
b. Quá trình phân hủy:
Về phương diện động học, sự phân hủy hydroperoxit bằng axit được đặc trưng bằng tốc độ rất cao, và trên thực tế là chuyển hoá hoàn toàn nếu trong
hỗn hợp có từ 0,005÷0,1% khối lượng H2SO4 (tính theo hydroperoxit), và quá trình phân hủy tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn 700C. Quá trình phân hủy bằng axit sẽ bị kìm hãm bởi nước. Độ chọn lọc của phản ứng phân hủy hydroperoxit thành phenol và axeton sẽ cao hơn 99,5% tại nhiệt độ thấp hơn 700C. Nhưng nếu quá trình tiến hành ở nhiệt độ cao hơn 700C thì độ chọn lọc sẽ thấp hơn do sự tăng số lượng của diphenylmetanol và axetophenol. Do đó trong quá trình phân hủy cần phải giảm nhiệt độ bằng cách làm bốc hơi lượng axeton cho vào tháp phân huỷ.
Bảng 6 cho biết sự hình thành của sản phẩm phụ trong quá trình phân hủy hydroperoxit với hàm lượng axit H2SO4 trong hỗn hợp là 100ppm và 0,5% khối lượng nước.
Bảng 6. Sù tạo thành sản phẩm phụ/phenol theo nhiệt độ.
Nhiệt độ (0C) Tỉ lệ mol (sản phẩm/ phenol). 100
Axetophenol DMPM 70 0,06 0,36 90 0,06 0,61 110 0,15 1,24 120 0,25 2,19 146 0.69 5,04 DMPM: Thành phần bao gồm α
metyl styren và các chất nhựa, cặn khác.
Các yếu tố ảnh hưởng:
1. Xúc tác:
Trong quá trình oxy hoá cumen không dùng xúc tác mà cho chất phụ gia là Na2CO3 (hay NaOH) vừa làm chất nhũ hoá cumen vừa là chất tạo môi trường kiềm để trung hoà axit focmic tạo ra, để loại sự phân huỷ bằng axit của hydroperxit (tạo ra phenol) và sự dehydrat của cacbinol (tạo ra α- styren hoặc α- metyl styren).
+ H2SO4 [An]-SO42- + H2O [An]
[An]SO42- + 2NaOH [An] + Na2SO4
Trao đổi
Tái sinh
Còn trong quá trình phân huỷ cumenhydroperoxit dùng xúc tác là axít H2SO4.
Việc khử axít sau quá trình dùng anionit.