Sản xuất phenol từ benzoic acid thông qua phản ứng oxy hóa bằng oxy khơng khí
Tháp chưng cất là một phần rất quan trọng trong qui trình này bởi vì theo bài báo của nhóm nghiên cứu Jun Miki, Minoru Asanuma, Yakudo Tachibana, và Tsutomu Shikada, lượng nước ban đầu nhập liệu rất lớn, là chất mang và hỗ trợ cho hiệu quả phản ứng. Chính vì thế, trước khi vào tháp chưng cất, nồng độ phenol trong dòng chất chỉ khoảng 0.1029% w/w, do đó
việc tăng nồng độ sản phẩm là cần thiết.
Hình 24. Thơng số dịng chất trước khi vào tháp chưng cất
Qua các lần khảo sát thì số mâm tối thiểu để đạt spec nồng độ là 9.
Hình 26. Tháp chưng cất khi số mâm bằng 9, spec nồng độ ở đỉnh & đáy lần lượt là 0.999 và 0.9979
Tuy nhiên để đảm bảo đạt hiệu quả chưng cất như mong muốn với nồng độ ở đỉnh và đáy cao hơn 0.99 thì số mâm được chọn lúc này là 10.
Hình 27. Tháp chưng cất khi số mâm bằng 10, spec nồng độ ở đỉnh & đáy lần lượt là 0.999 và 0.9979
Ởđây, chỉ quan tâm đến Spec nồng độ đỉnh và đáy. Cụ thể, nồng độ H2O ở đỉnh là 0.9979, còn nồng độ benzoic acid ở đáy là 0.999. Ta không thể tiếp tục nâng nồng độ đỉnh lên vì để đạt được spec yêu cầu thì cần phải tăng số mâm chưng cất. Điều này là không cần thiết và tốn kém.
Sản xuất phenol từ benzoic acid thơng qua phản ứng oxy hóa bằng oxy khơng khí
Hình 28. Các specs & thông số của tháp chưng cất khi số mâm bằng 10
Mặc khác, dựa vào thông số ở trên, ta thấy nồng độ của phenol tại mâm 7 và mâm 8 là gần với nồng độ phenol dòng nhập liệu nhất, đồng thời nhiệt độ cũng gần như bằng nhiệt độ dịng nhập liệu. Do đó, nhập liệu ở 2 mâm trên là lý tưởng nhất. Trong bài này, ta chọn mâm nhập liệu là mâm số 7.
Hình 30. Các thơng số của dịng sản phẩm cuối cùng
Dòng sản phẩm cuối cùng có lưu lượng 8.492 kgmole/h, đạt hiệu suất tổng quát 84.92%. Nhiệt độ của dòng sản phẩm là 288.2oC.
Sản xuất phenol từ benzoic acid thơng qua phản ứng oxy hóa bằng oxy khơng khí
KẾT LUẬN
Quy trình tổng hợp được đề xuất ở trên cho hiệu suất phenol tổng là 84,8% (lưu lượng phenol trong dòng ra là 8,48 kmol/h ứng với lưu lượng benzoic acid nhập liệu là 10 kmol/h). Quy trình được đề xuất trên cịn nhiều hạn chế do:
- Thông tin sử dụng trong bài báo cáo dựa trên bài nghiên cứu ở quy mơ phịng thí nghiệm (kích thước thiết bị dạng ống có đường kính trong 20 mm và chiều dài 500 mm) nên việc scale lên quy mô lớn gây ra rất nhiều sai số và chưa tìm thấy thơng số về hệ số hiệu chỉnh.
- Việc sử dụng rất nhiều H2O và N2 làm tăng chi phí sản xuất và gây phức tạp cho các bước phân tách hậu kỳ.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Miki, J., Asanuma, M., Tachibana, Y. and Shikada, T. (1995). Vapor Phase Oxidation of Benzoic Acid to Phenol over a Novel Catalyst System Consisting of NiO and NiFe2O4.
Journal of Catalysis, 151(2), pp.323-329.
[2] TOLCOVA, M., HRONEC, K., ILAVSKY, J. and KABESOVA, M. (1986). Oxidation of benzoic acid to phenol in the vapor phase - I. Mechanistic aspects. Journal of Catalysis, 101(1), pp.153-161.
[3] Fraga-Dubreuil, J., Garcia-Serna, J., Garcia-Verdugo, E., Dudd, L., Aird, G., Thomas, W. and Poliakoff, M. (p2006). The catalytic oxidation of benzoic acid to phenol in high temperature water. The Journal of Supercritical Fluids, 39(2), pp.220-227.
[4] Douglas, J. (2000). Conceptual design of chemical processes. New York, N.Y.: McGraw-Hill.